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Die vorliegende Schrift beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung der Entspannungsverdampfung zur Würzekochung, so dass die Druckdifferenz zwischen der im Kocher überhitzten Würze und der Würze in der Pfanne auf minimal 1 Pa gesenkt wird.
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Die Bierherstellung umfasst alle Arbeitsschritte, um aus den Rohstoffen Wasser, Malz und Hopfen das Getränk Bier herzustellen. Der Begriff Bier umfasst dabei alle vergorenen oder unvergorenen, auf Malz oder Stärke basierenden, zum Verzehr angebotenen Getränke. Alle vergorenen oder unvergorenen auf Malz oder Stärke basierenden, noch nicht zum Verzehr angebotenen Vorprodukte in flüssiger Form werden dem Überbegriff Würze zugeordnet.
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Zur Herstellung von Bier werden verschiedene thermische, mechanische und biochemische Grundoperationen eingesetzt. Deren Vielfältigkeit und Komplexität machen die Bierherstellung im Vergleich zu anderen Verfahren der Lebensmittelherstellung zeit- und kostenaufwendig sowie im Hinblick auf die aufzuwendende Verfahrenstechnik höchst anspruchsvoll.
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Ein zentraler und energieintensiver Prozess ist die Kochung der Würze. Hierfür wird Würze umgebungsdruckabhängig auf ca. 100°C erhitzt und dann zum Sieden gebracht. Dieses Verfahren kann durch direktes Beheizen eines Behälters, der die Würze enthält, erfolgen. Das klassische Verfahren wird durch Feuerbeheizen des Behälters umgesetzt. Dabei bedeutet Feuerbeheizen, dass ein Brennstoff mittels Verbrennung in Sauerstoffatmosphäre umgesetzt wird und dass die frei werdende Wärme zum Heizen benutzt wird.
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Eine effizientere Umsetzung besteht in der Verwendung eines Heizmediums. Dabei wird ein Heizmedium mit entsprechender Wärmekapazität wie etwa Wasser durch z. B. Feuerbeheizen in einem Kessel erhitzt. Das erhitzte Heizmedium wird anschließen an die Behälterwandung geleitet und das Heizmedium gibt diese Wärmeenergie über die Wandung des Behälters an die Würze weiter. Bekannte Heizmedien sind Dampf oder überhitztes Wasser. Diese Form der direkten Kochung wird nachfolgend als Pfannenkochung bezeichnet. Systeme dieser Art sind heutzutage sehr selten geworden, da ihre Energieeffizienz im Vergleich zu den nachfolgenden Systemen schlechter ist.
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Alternativ kann z. B. Dampf in eine zu beheizende Würze direkt eingeleitet werden. Diese Verfahren geht mit einer hohen Effizienz einher, jedoch ist die Herstellung von entsprechend geeignetem und qualitativen Genußdampf kostenintensiv. Für die hier vorliegende Erfindung sind diese Systeme aufgrund ihres andersartigen Funktionsprinzips jedoch gegenstandslos. Auch sind sie sehr selten eingesetzt.
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Um die Effizienz der Wärmeübertragung mittels Heizmedien im Hinblick auf mehr Austauschfläche und höhere Gradienten zu verbessern, werden Wärmetauscher im Braubereich eingesetzt. Einer Würzepfanne wird ein Wärmetauscher oder auch Kocher genannt zugeordnet. Sitzt der Kocher in der Würzepfanne ist dies ein Innenkocher. Wird der Wärmetauscher außerhalb der Pfanne positioniert, wird von einem Außenkocher gesprochen. Dieses Prinzip der indirekten Kochung, umgesetzt in Außenkocher und Innenkocher, wird nachfolgend als Außenkochung bezeichnet. Daher sind Ausführungen zu dem Begriff des Außenkochers auch der Innenkocher zuzuordnen. Das Prinzip der Außenkochung wird in der überwältigenden Mehrheit aller Würzebereitungsprozesse eingesetzt.
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Im Gegensatz zur Erhitzung der Würze über die Behälterwand hindurch wird bei Verwendung eines Wärmetauschers die Würze durch eben diesen Kocher geführt. Gleichzeitig wird auch das Heizmedium in den Wärmetauscher gelenkt. Jedes Fluid wird hierbei separat, also ohne gegenseitige Vermischung, geführt. Über die Wandung der Führung erfolgt der Wärmetransport vom Heizmedium zur Würze. Bekannte Führungssysteme sind Rohrbündelwärmetauscher. Die Würze wird hierbei im Rohr geführt und von außen wird das Heizmedium an die Systemgrenze Rohrwandung geleitet. Zu unterscheiden sind Gleichstrom-, Gegenstrom und Kreuzstromführung, deren Vor- und Nachteile sind in der verfahrenstechnischen Literatur zu finden.
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Der Rohrbündelwärmetauscher ist die weitverbeiteste, apparative Umsetzung eines Wärmetauschers zur Würzekochung. Generell kann auch ein Plattenwärmetauscher eingesetzt werden. Die Reinigung dessen ist konstruktiv bedingt schwieriger als bei einem Rohrbündelwärmetauscher und daher ist seine Verwendung zur Würzekochung sehr selten. Die hier vorgestellte Erfindung ist bei jedem praxisrelevanten und praxismöglichen Wärmetauscher einzusetzen.
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Die Beheizung von Würze über einen Rohrbündelwärmetauscher erfolgt durch die Durchströmung des Wärmetauschers mit Würze und dem Zurückleiten der Würze in die Würzepfanne. Prinzipiell ist diese Durchströmung mit Hilfe des Prinzips der Mammutpumpe zu erklären. Würze im Wärmetauscher wird überhitzt, es entstehen erste kleine und überhitzte Dampfblasen, die die Dichte der Würze verringern. Mit der Entspannung außerhalb des Kochers wird die Dichte weiter verändert.
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Die Dichtedifferenz zwischen Würze im Inneren des Wärmetauschers und Würze in der eigentlichen Würzepfanne bewirkt eine kontinuierliche Strömung zwischen Kocher und Pfanne. Dies ist als Naturumlauf zu bezeichnen. Problematisch ist hierbei der Anlaufvorgang, der zu einem unregelmäßigen Kochverhalten und zu einem Strömungsabriß führen kann.
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Alternativ und zur Verbesserung des Aufheizvorgangs kann die Würze auch zwangsgeführt werden. Hierfür ist eine Pumpe in die zum Kocher führende Würzeleitung einzusetzen. In der Folge wird die Würze unabhängig vom Kocherzustand durch diesen gefördert. Dieser Vorgang wird Zwangsanströmung genannt.
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Die Würzekochung wird somit heutzutage mit dem Prinzip der Außenkochung mittels Außen- oder Innenkochern, zwangsangeströmt oder im Naturumlauf vollzogen. Die Ziele der Würzekochung bestehen in Temperatur abhängigen Umwandlungsreaktionen und in Verdampfungsprozessen. Letztere wird im Prinzip der Außenkochung als eine Entspannungsverdampfung umgesetzt.
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Die Außenkochung der Würze bewirkt die Verdampfung von Wasser und unerwünschten Aromastoffen durch Entspannung. Wasser und Aromastoffe dampfen in unterschiedlichem Maße aus und dieser Prozess ist ein Trennvorgang. Hier ist im Besonderen der Aromastoff Dimethylsulfid (DMS) und seine Vorläufersubstanz DMSP-Precursor (DMSP) zu nennen. Diese gelangen aus dem Malz in das Bier. DMSP hat keinen Geschmackseindruck, DMS bewirkt aber konzentrationsabhängig einen unerwünschten Geschmackseindruck nach Sauerkraut. Die Summe aus DMS und DMSP wird als Gesamt-DMS bezeichnet. DMS ist die zentrale, aromatische Leitsubstanz um Kochprozesse als Trennvoränge zu beschreiben und zu bewerten. Die hier getroffenen Aussagen zur Entwicklung des DMS-Gehaltes sind auch für alle anderen unerwünschten Aromastoffe zu verstehen.
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Das Ziel der Würzekochung ist die Reduktion des Gesamt-DMS-Gehaltes unter eine Geschmackschwelle von 100 μg/l. Die Spaltung von DMSP zu DMS wird Nachbildung genannt, die Verdampfung von DMS wird als Ausdampfung bezeichnet.
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Es ist festzuhalten, dass Pfannenkochung und Außenkochung bei gleichen Ausgangsbedingungen (gleiche Würzequalität, gleiches Würzevolumen, gleicher Energieeinsatz) zu einem unterschiedlichen Ausdampfungsergebnis an DMS führen. Im Fall der Außenkochung ist die Ausdampfung weniger effektiv als im Fall der Pfannenkochung. Zu erklären ist dies mittels verfahrenstechnischer Überlegungen. Eine Pfannenkochung bedeutet eine offene Verdampfung, eine Außenkochung beschreibt eine geschlossene Führung der Würze. Letztere bedeutet die Überhitzung und Entspannung der Würze. Hierbei bedeutet Überhitzung, dass die Würze eine Temperatur über der atmosphärischen Siedetemperatur erreicht. Verlässt die Würze den Kocher und strömt zurück in die Pfanne, dann erfolgt ein Entspannungsvorgang. Die Energie, die die Überhitzung bedeutet, bestimmt die Verdampfung. Je größer die Überhitzung ist, desto höher ist die anschließende Verdampfung und umso schlechter ist die Ausdampfung an DMS und aller anderen unerwünschten Aromastoffe.
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Es ist Stand des Wissens, aus der Überhitzung der Würze die anschließende Entspannung zu berechnen. Weiterhin kann auch die Ausdampfung an DMS berechnet werden. Auch ist die Ausdampfung an DMS unter Berücksichtigung der Nachbildung zu berechnen und auszulegen. Vertiefende Informationen sind der Literatur zu entnehmen, auf die sich inhaltlich bezogen wird [1].
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Es ist ebenfalls Stand des Wissens, dass hinsichtlich der Ausdampfung an DMS die Pfannenkochung effektiver als die Außenkochung ist: Für eine bestimmte quantitative Ausdampfung an DMS wird bei der Pfannenkochung weniger Energie benötigt als bei der Außenkochung. Vertiefende Informationen sind der Literatur zu entnehmen, auf die sich inhaltlich bezogen wird [1].
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Es ist ebenfalls festzuhalten, dass Pfannenkochung und Außenkochung bei gleichen Ausgangsbedingungen (gleiche Würzequalität, gleiches Würzevolumen, gleicher Energieeinsatz) zu einem unterschiedlichen Nachbildungsergebnis an DMS kommen. Die höheren Temperaturen gehen mit beschleunigten Umwandlungsreaktionen einher. So wird die Vorläufersubstanz von DMS, der DMS-Precursor (DMSP) effektiver umgewandelt. Zu einem früheren Zeitpunkt ist bei einer Außenkochung bereits alles an DMSP abgebaut und zu DMS umgewandelt, als dies bei der Pfannenkochung der Fall ist.
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Es ist Stand des Wissens, dass hinsichtlich der Nachbildung die Außenkochung effektiver ist als die Pfannenkochung: Für eine bestimmte quantitative Nachbildung an DMS wird bei der Außenkochung weniger Energie benötigt als bei der Pfannenkochung. Vertiefende Informationen sind der Literatur zu entnehmen, auf die sich inhaltlich bezogen wird [1].
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Somit ist an dieser Stelle zusammenzufassen, dass bei der Wahl eines Kochsystems hinsichtlich der Nachbildung und Ausdampfung an DMS zwischen den Formen Pfannen- und Außenkochung zu wählen ist. Weiterhin ist festzuhalten, dass es die Absicht aller Optimierungsanstrengungen sein muss, den Vorteil der Pfannenkochung mit dem Vorteil der Außenkochung zu vereinen. Zusätzlich ist festzuhalten, dass aus Gründen der Effizienz sich die Außenkochung in Form von Innen- und Außenkochern durchgesetzt hat. Insofern müssen weitere Optimierungsanstrengungen die Verbesserung der Außenkochung um den Vorteil der Pfannenkochung beinhalten.
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Eine einfache Optimierungsstrategie der Außenkochung besteht in der Senkung der Entspannung durch Verringerung der Überhitzung. Dies bewirkt zwar eine effektivere Ausdampfung, jedoch wird dadurch auch der Außenkochungsvorteil der verbesserten Nachbildung stark gesenkt. Weiterhin wird mehr Prozesszeit benötigt.
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Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung der Außenkochung besteht in der Installation von Rektifikationskolonnen im Schlot der Würzepfanne. Durch diese wird Würze im Gegenstrom zum aufsteigenden Dampf geführt. Dadurch erfolgt eine verstärkte Ausdampfung an DMS, die im optimalen Fall der Ausdampfung der Pfannenkochung entspricht. Nachteilig ist jedoch, dass durch den zusätzlichen Widerstand der Rektifikationskolonne der Druck in der Pfanne um bis zu ca. 150 mbar steigen kann. Dies bedeutet, dass gerade ältere Pfanne nicht nachgerüstet werden können.
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Weitere Verbesserungsstrategien der Außenkochung und auch Pfannenkochung bestehen in der Trennung von Heißhalten und Ausdampfen. So wird die Würze aufgeheizt und dann bei einer Temperatur nahe 100°C heißgehalten. Ohne Ausdampfung erfolgt die Spaltung an DMS, so dass zu Beginn der eigentlichen Koch- und Ausdampfungsphase ein Maximum an freiem DMS vorliegt. Nachteilig ist hier die stark gestiegene Prozesszeit. Die eigentliche Nachbildung wird nicht durch höhere Temperaturen beschleunigt. Weiterhin ist auch der Ausdampfungsprozess nicht verbessert, da die Verdampfung durch Entspannung unverändert ist.
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Ein Optimierungsansatz für die wenigen Systeme der Pfannenkochung besteht in der Installation eines Bypasses bestehend aus Erhitzung, Heißhaltung und Wärmerückgewinnung. Würze wird mittels einer Pumpe durch den Bypass gefördert, erhitzt auf eine Temperatur über 100°C, heißgehalten für eine kurze Prozesszeit und dann vor Rückführung in die Pfanne wird die Reaktionswärme wieder entzogen. Die Prozessführung hierfür kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein.
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Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung aller Kochsysteme besteht darin, dass nur noch heißgehalten wird, und die Verdampfung durch nachgeschalte Einheiten vollzogen wird. Hier ist aber festzustellen, dass dabei das eigentliche Problem nicht gelöst sondern nur umgangen wird. Insbesondere ist die zusätzliche Installation einer Nachverdampfungseinheit kostenaufwendiger als die Verbesserung einer bestehenden Anlage.
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Den Stand der Technik zusammenfassend ist festzuhalten, dass es aktuell kein Kochsystem gibt, bei dem der Vorteil der Außenkochung mit dem Vorteil der Pfannenkochung kombiniert wird. Weiterhin gibt es keine nachrüstbaren Lösungen, um den Nachteil der Außenkochung durch den Vorteil der Pfannenkochung und um den Nachteil der Pfannenkochung durch den Vorteil der Außenkochung zu verbessern. Da das Prinzip der Außenkochung hauptsächlich Anwendung in den Brauereien findet und da das Prinzip der Pfannenkochung so gut wie keine Praxisrelevanz aufweist, wird in den nachfolgenden Überlegungen die Verbesserung der Außenkochung behandelt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um die Außenkochung hinsichtlich des Nachteils der schlechteren Ausdampfung zu verbessern.
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Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Kocher überhitzte Würze vor Austritt in die Pfanne und damit Entspannung durch Kontakt und Vermischung mit nicht überhitzter Würze heruntergekühlt wird, so dass die Druckdifferenz zwischen der im Kocher überhitzten Würze und der Würze in der Pfanne auf minimal 1 Pa gesenkt wird. Die folgende Entspannungsverdampfung ist stark vermindert und der Außenkochernachteil ist verfahrenstechnisch optimiert.
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Unter dem Begriff Kocher sind alle Wärmetauscher zu verstehen, die in ihrer Funktion mit Prinzip der Außenkochung zu beschreiben sind. Hierunter fallen Innen- und Außenkocher.
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Unter dem Begriff Würze ist dabei die eingangs genannte Definition zu verstehen.
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Unter dem Begriff Kocher sind alle Varianten des Wärmetauschers zur Erhitzung von Würze zu verstehen. Insbesondere ist der Rohrbündelwärmetauscher damit erfasst.
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Unter dem Begriff Entspannung ist eine Druckreduktion zu verstehen. Auch ist dieser insbesondere durch Bezeichnungen wie Druckabbau und Druckverringerung zu beschreiben.
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Unter dem Begriff Entspannungsverdampfung ist eine Verdampfung zu verstehen, deren notwendige Energie zum Verdampfen aus der Entspannung resultiert.
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Unter dem Begriff überhitzt ist eine Würze zu verstehen, die eine höhere Temperatur als bei atmosphärischen Druck möglich aufweist.
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Unter dem Begriff unentspannt ist der mit der Überhitzung einhergehende Überdruck in Würze beschrieben.
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In einem ersten Schritt erkennt die Erfindung, dass herkömmliche Kochsysteme, die in ihren Ausführungen der Außen- oder Pfannenkochung folgen, entweder die optimale Form der Nachbildung an DMS durch Spaltung aus DMSP aufweisen oder aber die optimale Form der Ausdampfung aufgrund der offenen Kochung beinhalten.
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Dies führt dazu, dass alle Kochsysteme entweder hinsichtlich der Ausdampfung oder bezogen auf die Nachbildung nicht effektiv arbeiten.
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In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass es im allgemeinen kein Kochsystem gibt, dass die Vorteile der Außenkochung mit den Vorteilen der Pfannenkochung vereint.
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In einem weiteren Schritt erkennt die Erfindung, dass speziell bei der Optimierung eines Außenkochers eine Reduktion der Entspannung und der damit verbundenen Verdampfung nicht zielführend ist. Zwar wird die Ausdampfung in der Trennung verbessert, gleichzeitig steigt die notwendige Prozesszeit, da zur Reduzierung der Entspannung pro Zeiteinheit weniger Energie zugesetzt wird, zur Erreichung einer notwendigen minimalen Gesamtverdampfung aber mehr Zeit aufzuwenden ist. Weiterhin ist besonders negativ festzuhalten, dass zwar die Ausdampfung verbessert wird, dass aber aufgrund der geringeren Energiezufuhr pro Zeiteinheit die Nachbildung verschlechtert wird. Im ungünstigsten Fall einer soweit reduzierten Entspannung, dass diese mit guter Näherung dem Optimum der Pfannenkochung entspricht, ist die nun vorliegende Außenkochung schlechter als die Pfannenkochung, da der Außenkochervorteil verloren ist und da die Energiezufuhr pro Zeiteinheit stark reduziert werden muss.
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Weiterhin erkennt die Erfindung, dass speziell zur Verbesserung der Pfannenkochung ein Bypass zur separaten Nachbildung in der Würze installiert werden kann (Prinzip KZE). Da aber Systeme der Pfannenkochung sehr selten sind, spielt diese Überlegung keine praxisrelevante Rolle. Weiterhin ist die Installation eines Bypasssystems für Außenkochersysteme zu vernachlässigen, weil hier bereits der Vorteil der verbesserten Ausdampfung vorhanden ist. Dieser wäre auf diesem Weg zwar zu steigern, jedoch ist ein solches Vorgehen sehr kostenintensiv und würde nur eine geringe Effektivitätserhöhung bedeuten. Weiterhin wäre der Nachteil der Außenkochung nicht behoben.
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Weiterhin erkennt die Erfindung, dass eine Trennung der Prozesse Ausdampfen und Nachbildung für Außen- und Pfannenkochung zu einer Erhöhung der Prozesszeit führt. Eine alternative Nachrüstung mit Nachverdampfungssystemen bedeutet neue Aggregate im Sudhaus, die ausnahmslos kostenintensiv sind. Weiterhin werden durch solche Verbesserungsüberlegungen die spezifischen Nachteile der Systeme nicht gemindert oder aufgehoben. Daher wird die formulierte Aufgabenstellung nicht gelöst.
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Die Erfindung erkennt jedoch, dass zur Verbesserung von Außen- und Pfannenkochung deren jeweilige Vorteile erhalten werden müssen und dass die jeweiligen Nachteile zu aufzuheben sind. In diesem Zusammenhang wird erkannt, dass Außenkochersysteme bei weitem die größere Praxisrelevanz aufweisen als Systeme der Pfannenkochung. Insofern wird nachfolgend die Optimierung von Außenkochersystemen behandelt.
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Im besonderen erkennt die Erfindung, dass die Außenkochung hinsichtlich des Nachteils der Entspannungsverdampfung zu optimieren ist. Bei gleichzeitigem Beibehalten des Vorteils der Nachbildung muss die eigentliche Entspannung reduziert werden. Dies ist nur möglich, wenn die Überhitzung der Würze vor der Entspannung abgebaut wird. Um die Überhitzung der Würze vor der Entspannung abzubauen, muss die Würze durch Kontakt und Vermischung mit nicht überhitzter Würze heruntergekühlt werden, In der Folge wird die Entspannungsverdampfung in ihrer Höhe gemindert und der Außenkochernachteil ist verfahrentechnisch optimiert.
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Die Erfindung erkennt aber vor allem auch, dass der Volumenstrom der zuzuführenden Würze zur Kühlung, nachfolgend Würzekühlstrom oder Kühlwürze genannt, in Abhängigkeit des Prozesszeitpunktes und der gewünschten Würzetemperatur zu variieren ist. So ist z. B. während der Aufheizphase weniger Würze zuzuführen, da die Überhitzung aufgrund der geringeren Würzetemperatur ebenfalls geringer ausfällt.
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Neben der Variation des Würzekühlstrom ist auch das Verhältnis aus Energiezuführung zum Verdampfer (Heizrate) und Würzezuführung zum Kocher (Umwälzrate) zu variieren. Wird in einem ersten Beispiel zum Zweck der forcierten Nachbildung an DMS die Heizrate bei gleicher Umwälzrate erhöht, dann muss aufgrund der erhöhten Überhitzung der Würzekühlstrom proportional im selben Maße angehoben werden. Ein solches Verfahren wäre zu Beginn der Kochung durchzuführen. Wird in einem zweiten Beispiel zu Zweck der forcierten Ausdampfung die Umwälzrate bei konstanter Heizrate erhöht, dann muss auch der Würzekühlstrom reduziert werden. Ein solches Verfahren wäre zum Ende der Kochung durchzuführen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Würzekühlstrom über minimal einen Würzeanstich abgezogen werden kann. Dies erklärt sich dadurch, dass die gesamte in der Würzepfanne vorliegende Würze entspannt und drucklos ist und daher maximal ca. 100°C aufweist. Eine höhere Temperatur ist aufgrund des Prozessdruckes, der mit guter Näherung dem Umgebungsdruck entspricht, nicht möglich. Etwaige Inhomogenitäten, die sich in einer anderen Würzezusammensetzung ausweisen, sind ohne Bedeutung für die Reduzierung der Überhitzung, da sie eventuell eine geringere Temperatur als 100°C einher gehen, das wiederum positiv zur Kühlung zu bewerten ist.
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In diesem Zusammenhang ist auch festzuhalten, dass der zusätzliche Abzug von Würze an einem sonst nicht vorhandenem Anstich und dessen Rückführung über den Kocher die Homogenität der Würze in der Pfanne fördert.
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Neben der Einspeisung der Kühlwürze in die überhitzte und unentspannte Würze können auch weitere Fluide wie z. B. Gase eingespeist werden, um z. B. die Ausdampfung mittels Desorption in die Gasphase zu fördern. Insbesondere können Inertgase eingesetzt werden. Auch die Verwendung reaktiver Gase z. B. zur Oxidation ist möglich, wenn auch technologisch unerwünscht. Weiterhin können diese Gase auch gekühlt werden, um zusätzlich die Temperatur der überhitzten Würze zu reduzieren.
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Zur optimalen Vermischung zwischen unentspannter Würze und Kühlwürze ist auch eine entsprechende Verteilungsvorrichtung z. B. geschlitzte Leitungen oder gelochte Kugeln vorzusehen, durch welche heiße und kühle Würze optimal gemischt werden können. Diese sind direkt nach dem Innen- oder Außenkocher vor der Entspannung auf Atmosphärendruck zu installieren.
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Als Verfahrensergänzung ist die Kühlwürze mit Hopfenprodukten zu versetzen. Diese gelangen mit der Kühlwürze in die unentspannte Würze. Durch die erhöhten Temperaturen werden bestimmte Reaktionen, wie die Lösung von wertgebenden Hopfenbestanteilen, z. B. Bitterstoffen und Aromakomponenten, gefördert. Besonders vorteilhaft wird durch die verringerte Verdampfung durch Entspannung die Ausdampfung erwünschter Aromakomponenten reduziert.
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Als weitere Ergänzung kann statt Würze aus der kochenden Pfanne auch Restbier oder Jungbier von extern zugeführt werden. Diese sind optional zusätzlich zu kühlen.
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Weiterhin ist es auch möglich, die eigentliche Ausdampfung durch das beschriebene Verfahren soweit zu reduzieren, dass die Verwendung einer Nachverdampfungseinheit sinnvoll wird. Durch das beschriebene Verfahren wird der Kochprozess auf einen Nachbildungs- oder Bildungsvorgang wertgebender technologischer Komponenten reduziert.
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Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Würze aus der Pfanne über eine Pumpe in eine Leitung abgezogen wird und die Leitung in ihrem Auslass direkt an das Ende des Kochers grenzt. Im Fall eines Außenkochers ist dies der Beginn der Leitung zurück zur Pfanne. Im Fall des Innenkochers muss dies ein Rohr oder ein Schirm sein, der sich über das Ende des Kochers stülpt und die überhitzte und unentspannte Würze aufnimmt, bevor sie sich in die Pfanne entspannt.
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Unter der Wortkombination „Ende des Kochers” ist der Bereich direkt nach oder an dem Kocher erfasst, in den hinein die Würze, überhitzt und unentspannt, den Kocher verlässt.
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Die Leitung samt Pumpe, die die Kühlwürze führt, kann sich grundsätzlich innerhalb der Würzepfanne befinden. Dies ist besonders für einen Innenkocher vorteilhaft. Auch eine Installation außerhalb der Pfanne ist hierbei möglich. Dies ist besonders für einen Außenkocher vorteilhaft.
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Die für das Verfahren genannten Vorteile können sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden. Weitere vorteilhafte Ausführungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Die Leitung samt Pumpe, die die Kühlwürze führt, weist in einer vorteilhaften Ausführung eine Einbringstelle für ein Gas auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist Leitung samt Pumpe, die die Kühlwürze führt, ein Kühlelement auf.
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Anstatt die überhitzte und unentspannte Würze aus dem Kocher durch Zufuhr von nicht überhitzter und entspannter Würze aus der Pfanne zu kühlen, ist es auch möglich, die Würze entsprechend in die Pfanne zurückzuleiten. Wird die Würze am Pfannenboden eingeleitet und ist die Flüssigkeitshöhe circa 2 m, dann steht der überhitzten und unentspannten Würze ein hydrostatischer Druck von circa 0,2 bar entgegen. Hierfür ist die überhitzte und unentspannte Würze über eine entsprechende Leitung von der Öffnung des Kochers zum Pfannenboden zu führen.
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Eine alternative Lösung ist die Installation eine Säule, die schmal und hoch ist. Es empfiehlt sich ein Breite zu Höhe Verhältnis von 1:30. Ist beispielhaft die Säule 0,1 m breit, dann ist sie 3 m hoch und erzeugt einen hydostatischen Druck von 0,3 bar. Hierfür ist die Säule zwischen Kocher und Pfanne zu installieren und ist Bestandteil der angesprochenen Verbindungsleitung zu verstehen. Über die Säule bauen sich die Überhitzung und der Überdruck entsprechend ab.
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Um die Parameter und Vorgänge bei der Aromastoffeinbringung regeln und messen zu können, ist die Vorrichtung vorteilhafterweise mit einer entsprechenden Steuer- oder Regelungs- und Messeinheit verbunden. Die Parameter sind hierfür Druck, Temperatur und die Volumenströme an Gas.
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Zur Reinigung des Behälters und seiner Peripherie ist die Vorrichtung vorteilhafterweise mit einer Reinigungsapparatur, insbesondere einer CIP-Apparatur verbunden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wir anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine Würzepfanne (2) und einen zugehörigen Wärmetauscher (1). Der Wärmetauscher (1) ist extern der Würzepfanne (2) zugeordnet. Verbunden sind beide Einheiten über eine Leitung (3), die Würze mittels einer Pumpe (4) von der Würzepfanne (2) zum Wärmetauscher (1) fördert. Der Wärmetauscher (1) wird mittels Dampfzufuhr über die Dampfleitung (5) betrieben. Die überhitzte Würze gelangt vom Wärmetauscher (1) mittels der zurückführenden Leitung (6) wieder in die Würzepfanne. Zur Umsetzung der Erfindung wird Würze zur Kühlung über die Leitung (7) mittels Pumpe (8) abgezogen und der überhitzten Würze vor der Entspannung in die Würzepfanne wieder zugeführt. Eine optimale Zuführung ist in die Leitung (6) sehr nah an der oberen Öffnung des Kochers (1b).
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Nicht aufgeführt ist in der 1 die Vorteilvorrichtung der Würze in der Pfanne. Ebenfalls sind die Steuer-, Mess- und Regeleinheiten nicht gezeigt. Weiterhin sind Sicherheits-, Über- und Unterdruckventile nicht aufgeführt.
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2 zeigt eine Würzepfanne (2) und einen intern angeordneten zugehörigen Wärmetauscher (1). Über die untere Öffnung des Kochers (1a) wird Würze in den Kocher gezogen oder mittels Pumpe gedrückt. An der oberen Öffnung des Kochers (1b) verlässt die überhitzte und entspannte Würze den Kocher. Weiterhin ist eine zusätzliche Haube (3) dargestellt. Diese dient der Druck- und Temperaturaufrechterhaltung in der überhitzten und unentspannten Würze. Die benötigte Kühlwürze wird über die Anstiche (7) aus der Pfanne abgezogen und mittels Pumpe (5) in der Leitung (4) in Richtung der oberen Öffnung des Kochers (1b) gefördert. Die Kühlwürze wird an der oberen Öffnung des Kochers (1b) im Bereich der Haube (3) eingeleitet und mit der überhitzten und unentspannten Würze vermischt.
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Nicht aufgeführt ist in der 2 die Vorteilvorrichtung der Würze in der Pfanne. Ebenfalls sind die Steuer-, Mess- und Regeleinheiten nicht gezeigt. Weiterhin sind Sicherheits-, Über- und Unterdruckventile nicht aufgeführt.
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Durch diese Vorrichtungen kann in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die notwendige Energie zur Abreicherung unerwünschter Aromastoffe auf ein bisher nicht dagewesenes Minimum reduziert werden. Bei gleicher Bierqualität wird die Bierherstellung effizienter. Auf diesem Weg ergeben sich große Kosteneinsparungen.
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Literatur
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- [1] Scheuren, H.: Modellierung gekoppelter Austreibungs- und Nachbildungsprozesse aromatischer Komponenten in der Lebensmittelindustrie am Beispiel der Würzebereitung; Dissertation TU München; 2011
