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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hopfenbehandlung bei der Bierherstellung.
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Üblicherweise wird beim Bierbrauen Hopfen bei der Würzekochung in die Würzepfanne zugegeben, insbesondere um eine Aromatisierung und Bitterung zu erreichen, bestimmte Ausfällungsreaktionen zu begünstigen und die mikrobiologische Stabilität zu verbessern. Dabei wird der Hopfen zu unterschiedlichen Zeiten der Würzekochung verabreicht. Eine frühe Hopfengabe hat die Bitterung der Würze zum Ziel. Der Eintrag an Bitterstoffen erfolgt durch die zeit- und temperaturabhängige Umsetzung der wasserlöslichen α-Säuren des Hopfens in lösliche Iso-α-Säuren (Isomerisierung). Durch die verhältnismäßig lange Kochdauer von circa 60 bis 80 Minuten bei der Hopfengabe zu Beginn der Kochung werden leicht flüchtige Aromastoffe (Öle) vermehrt ausgetrieben und leisten dadurch kaum mehr einen Beitrag zum gewünschten Hopfenaroma. Aus diesem Grund wird der Hopfen in mehreren Teilgaben zudosiert, welche immer einen Kompromiss zwischen erhöhter Ausbeute an Bitterstoffen und erhöhter Ausbeute an Aromastoffen darstellen. Eine Hopfengabe am Ende der Kochung leistet nur einen sehr verminderten Beitrag zur Bittere, dafür jedoch einen erhöhten Beitrag zur Aromatisierung.
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Um diese Nachteile der unterschiedlichen Zielsetzungen einzelner Hopfengaben zu kompensieren, wird zur Einstellung der Grundbittere und Erzielung eines gewünschten Hopfenaromas entsprechend mehr Hopfen zugegeben.
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Zusätzlich wird oftmals besonders aromatischer Hopfen zwischen der Kochung und dem Würzekühlen (sogenanntes Late-Hopping), z.B. im Whirlpool der heißen Würze zudosiert und/oder im Kaltbereich der Brauerei (sog. Dry-Hopping) zugegeben, um so die gewünschte Aromatisierung zu erreichen. Die genannten Verfahren bringen immer einen Mehreinsatz von Hopfen - dem teuersten Rohstoff bei der Bierherstellung - mit sich, was zu höheren Produktkosten führt. Gerade für das sogenannte Dry-Hopping werden große Hopfenmengen benötigt, welche dem Bier im Kaltbereich der Brauerei zugegeben werden. Dieser Hopfen wird nur zur Aromatisierung verwendet. Die im Hopfen vorliegenden a-Säuren werden bei den niedrigen Temperaturen kaum isomerisiert und bleiben somit weitgehend ungenutzt und werden mit den ausgelaugten Hopfenfeststoffen verworfen.
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Der Stand der Technik bringt somit den Nachteil mit sich, dass im Wesentlichen immer entweder hauptsächlich Aroma oder hauptsächlich Bitterstoff des Hopfens ausgenutzt werden und die andere Komponente ungenutzt bleibt. Somit erhöht sich der Hopfenbedarf. Durch den erhöhten Hopfenbedarf werden außerdem die Würze- und/oder Bierverluste größer, da die Hopfenprodukte oft Flüssigkeit aufnehmen, und die gequollenen Feststoffe vor der Weiterverarbeitung entfernt werden.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die benötigte Hopfenmenge bei der Bierherstellung wirksam zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
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Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren zur Hopfenbehandlung bei der Bierherstellung zunächst den Schritt der Herstellung einer wässrigen Hopfensuspension aus einem Hopfenprodukt und einem wässrigen Medium. Ein Hopfenprodukt kann beispielsweise ein Hopfenpellet, Hopfendolden oder flüssiger Hopfenextrakt sein. Bei dem wässrigen Medium handelt es sich insbesondere um Wasser, zum Beispiel Brauwasser, das beispielsweise zur pH-Wert-Einstellung auch vorbehandelt sein kann. Die Hopfensuspension wird vorzugsweise nicht aus Würze oder Bier hergestellt, sondern aus einem zusätzlichen wässrigen Medium im Brauprozess
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Zur simultanen Gewinnung von Aromastoff und Bitterstoff aus der Hopfensuspension, wird die Hopfensuspension in einer separaten Vorrichtung destilliert. Aus dem Destillat kann dann eine aromastoffreiche Fraktion gewonnen werden und aus dem Sumpf eine bitterstoffreiche Fraktion.
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Die Destillation der Hopfensuspension im Wasserbad hat gegenüber einer Trägerdampfdestillation den Vorteil, dass gleichzeitig Isomerisierungsvorgänge ablaufen und die Iso-α-Säuren in die wässrige Phase übergehen, da der Aromastoffträger direkt in einer wässrigen Phase dispergiert vorliegt. Bei der Trägerdampfdestillation wird in einem externen Gefäß ein Dampf erzeugt, der durch einen mit Hopfen beladenen Siebboden strömt, um die Aromastoffe aus dem Hopfen auszutreiben. Außerdem kann das wässrige Medium vorbehandelt werden, zum Beispiel der pH-Wert eingestellt werden, um die Isomerisierungsvorgänge zu verbessern, was bei einer Trägerdampfdestillation nicht möglich ist. Durch eine Erhitzung steigen die leichtflüchtigen Öle beispielsweise in Dampf auf, so dass eine Niederschlagung durch eine Kühlung und zum Beispiel anschließende Ölabscheidung vorgenommen werden kann.
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Da nun sowohl eine aromastoffreiche Fraktion vorliegt als auch eine bitterstoffreiche Fraktion, ist es möglich, die Bitterstoffe und Aromastoffe zeitlich getrennt im Brauprozess zuzudosieren.
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Somit ist der effiziente Einsatz der wertgebenden Inhaltsstoffe mit geringen Verlusten möglich. Insbesondere können nun die Bitterstoffe im Heißbereich (z.B. bei Temperaturen der Würze über 70°C), z.B. bei der Kochung und/oder zwischen Heißtrubabscheidung und Würzekühlung, der Bierherstellung, d.h. also vor einer Würzekühlung zudosiert werden. Der Stoffübergang der Bitterstoffe verläuft in heißer Würze schneller als in kalter Würze, weshalb eine Dosage der Bitterstoffe im Heißbereich bevorzugt wird. Eine verlängerte Behandlung der iso-alpha-Säuren bei hohen Temperaturen bewirkt eine weitere Umsetzungsreaktion dieser und vermindert die Ausbeute, weshalb keine Dosage der bereits vor-isomerisierten alpha-Säuren zu Kochbeginn vorgesehen ist. Somit ist eine Zugabe der bitterstoffreichen Fraktion aus dem Destillationssumpf am Ende der Kochung oder im Whirlpool zu bevorzugen. Besonders Vorteilhaft ist eine Zugabe, bzw. eine Extraktion des Destillationssumpfes nach der Heißtrubabscheidung, da zu diesem Zeitpunkt eine verringerte Feststofffracht in der heißen Würze vorliegt.
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Weiter ist vorgesehen, dass die aromastoffreiche Fraktion im Kaltbereich (z.B. bei Temperaturen der Würze unter 70, insbesondere unter 35, also nach einer Würzekühlung, insbesondere während oder nach der Fermentation zudosiert wird. Es wäre grundsätzlich auch möglich, die aromastoffreiche Fraktion zwischen Würzekühlung und Fermentation zuzuführen, da hier die Würze bereits abgekühlt ist, oder bei mehrstufigen Würzekühlern zwischen der ersten und letzten Stufe.
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Da die Aromakomponenten leicht flüchtig sind, können somit die Aromastoffverluste wesentlich verringert werden - im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem leichtflüchtige Aromakomponenten während der Würzekochung ausgetrieben werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt nun also eine separate Hopfenbehandlung bei der Bierherstellung in der Brauerei. Somit können Aromastoffe wie auch Bitterstoffe des Hopfens innerhalb einer separaten Anlage simultan gewonnen werden und dem weiteren Brauprozess gesondert zugefügt werden. Unter aromastoffreicher Fraktion versteht man hier das Destillat oder das weiterverarbeitete Destillat, beispielsweise aus dem Destillat abgetrenntes Aromaöl. Die bitterstoffreiche Fraktion umfasst den Destillationssumpf oder von Feststoffen separierten Destillationssumpf und/oder Flüssigkeit mit der der Destillationssumpf ausgewaschen wurde.
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Die jeweiligen Fraktionen können jeweils mit einer Gabe zudosiert werden und/oder in mehreren zum Beispiel zeitlich versetzten Gaben und/oder in unterschiedlichen Prozessschritten.
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Die zugegebene Menge richtet sich dabei nach der jeweiligen Sudgröße und dem jeweiligen Rezept, so dass entsprechend zumindest ein Teil der gewonnenen Fraktionen zudosiert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann also die bitterstoffreiche Fraktion von Feststoffen separiert werden, d.h., dass z.B. Feststoffe aus dem Destillationssumpf entfernt wurden, und z.B. auf eine Siebeinrichtung gebracht werden oder im unteren Bereich des Prozessbehälters bereits eine Siebeinrichtung (z.B. Siebboden) vorgesehen ist auf der die Feststoffe aufliegen und durch die die Flüssigkeit ablaufen kann. Die Feststoffe können vorteilhafterweise mit Flüssigkeit ausgewaschen werden, wobei hier entweder Brauwasser oder Würze verwendet werden kann und somit die Ausbeute an Bitterstoffen erhöht werden kann da die ausgewaschenen Bitterstoffe ebenfalls wieder dem Brauprozess zugeführt werden können.
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Es hat sich ganz besonders vorteilhaft herausgestellt, dass eine atmosphärische Destillation durchgeführt wird, d.h., dass die Hopfensuspension bei der Destillation auf atmosphärische Siedetemperatur erwärmt wird, z.B. auf 80 bis 102 Grad Celsius. Diese Temperatur ist abhängig vom Standort der Kochung und damit der Höhe über Normalhöhennull sowie dem vorherrschenden Luftdruck. Die atmosphärische Destillation hat den Vorteil einer niedrigen thermischen Belastung verglichen mit einer Überdruckkochung und der einfacheren konstruktiven Gestaltung in Bezug auf Wandstärken und Sicherheitseinrichtungen, wie sie bei Behältern für den Unter- wie auch Überdruck ausgeführt sein müssen.
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Dadurch, dass die thermische Belastung niedrig gehalten werden kann, kann auch wirksam das Zersetzen wertvoller Aromastoffe verhindert werden.
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Vorteilhafterweise wird das aromastoffreiche Destillat kondensiert und weitergekühlt, insbesondere auf eine Temperatur von 10 bis 70 Grad Celsius, bevorzugt mindestens 20 Kelvin unter der Kondensationstemperatur. Eine Kühlung des Kondensatbehälters verhindert eine Nachverdampfung und erhöht die Qualität der Aromaöle/Aromastoffe durch eine niedrigere thermische Belastung.
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Vorteilhafterweise wird die aromastoffreiche Fraktion dem herzustellenden Bier zudosiert, wenn 50 bis 100% des vergärbaren Extrakts fermentiert sind, vorzugsweise vor der Lagerung. Somit können Aromastoffverluste wirksam verringert werden. Die Gabe der aromastoffreichen Fraktion, d.h., der Aromaöle zu einem Zeitpunkt, bei dem noch Stoffwechselaktivität der Hefe vorhanden ist, ist von Vorteil, da sich dadurch die Hopfenaromen positiv beeinflussen lassen. Die Hefe sollte sich jedoch nicht in einem Stadium mit hoher Gäraktivität befinden, da zum einen das entstehende CO2 Hopfenaromen verstärkt austreibt und zum anderen Hopfenöle vermehrt durch die Hefe verstoffwechselt werden. Bei einem zu späten Gabezeitpunkt relativ kurz vor Abfüllen bindet sich das Hopfenaroma nicht in die Geschmacksmatrix ein und wird als parfümiert empfunden. Aus diesem Grund hat sich ein Zeitbereich, bei dem zwischen 50 bis 100% des vergärbaren Extrakts fermentiert werden -sprich am Ende oder nach der Hauptgärung- als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Vorteilhafterweise wird die bitterstoffreiche Fraktion, also mit oder ohne Feststoffe und vorzugsweise auch Flüssigkeit mit der die Feststoffe ausgewaschen wurden der Würze im Heißbereich zugeführt. Durch die erhöhte Temperatur bei der Würzekochung/Heißhaltung kann nun, wie zuvor beschrieben, eine bessere Auslaugung des Hopfenrückstandes hinsichtlich Bitterstoffen stattfinden, ohne dass gleichzeitig Hopfenaromen beeinträchtigt werden. Unter dem Bierbereitungsschritt der Würzekochung wird ebenfalls die Heißhaltung der Würze verstanden, wobei die Würze bei Temperaturen knapp unterhalb der Siedetemperatur, aber immer größer 80 Grad Celsius gehalten wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Isomerisierung der a-Säure begünstigt werden kann, indem das wässrige Medium oder aber die bereits hergestellte Hopfensuspension vor, während/und oder nach der Destillation behandelt wird. Insbesondere wird hier der pH-Wert erhöht, zum Beispiel auf einen Wert von 9 bis 12. Auch eine Mineralisierung und/oder Ionisierung ist möglich.
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Vor der Zugabe der aromastoffreichen Fraktion des Destillats kann in einer oder mehreren hintereinander angeordneten Trenneinrichtungen die Ölphase von der Wasserphase abgetrennt werden, wobei sich die Aromastoffe dann hauptsächlich in dem abgetrennten Öl befinden und das abgetrennte Öl der aromastoffreichen Fraktion entspricht, die zudosiert wird. In der wässrigen Phase des Destillats können ebenfalls noch wertgebende Aromakomponenten vorliegen. Deshalb ist es auch möglich das gesamte Destillat und/oder nur eine Teilmenge davon als aromastoffreiche Fraktion zu dosieren.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die wässrige Hopfensuspension während der Destillation in Bewegung versetzt wird, insbesondere gerührt und /oder Vibrationen ausgesetzt wird. Es ist auch möglich, dass die Hopfensuspension zusätzlich oder alternativ umgewälzt wird. Darüber hinaus kann die Hopfensuspension auch mit Ultraschall oder anderen, wahlweise konstanten und/oder alternierenden Wellenfrequenzen behandelt werden. Dies fördert die Desagglomerisation des Hopfens, insbesondere der Pellets und somit Vergrößerung der spezifischen Oberfläche für den Stoffübergang. Die Hopfensuspension kann auch zusätzlich oder alternativ vor der Destillation in der Vorrichtung oder einer externen Vorrichtung mit Ultraschall und/oder Wellen in niedrigeren Frequenzbereichen behandelt werden.
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Zur Herstellung des Bieres werden bevorzugt folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Maischen, Läutern bzw. Filtern der Maische, Kochen und/oder Heißhalten der Würze, sowie Fermentieren, wobei das wässrige Medium zur Herstellung der Hopfensuspension nicht der Würze entspricht, sondern vorzugsweise Wasser, insbesondere Wasser ist.
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Eine Vorrichtung zum Trennen von Aroma-und Bitterstoffen, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens umfasst eine Einrichtung zum Destillieren mit einem Prozessbehälter zur Aufnahme der Hopfensuspension, einer Heizeinrichtung zum Heizen der Hopfensuspension, einem Dunstabzug, sowie einen Kühler zum Kondensieren des Kondensats.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung im Prozessbehälter weiter eine Siebeinrichtung, insbesondere zwischen Dunstabzug und einem unteren Bereich des Prozessbehälters auf, durch die Dampf über den Dunstabzug entweichen kann und in die nach der Destillation Feststoffe, d.h. Feststoffe aus dem Sumpf einbringbar sind oder auf dieser aufliegen (z.B. bei einem Siebboden), um diese weiter auszuwaschen. Somit kann in vorteilhafterweise die Destillation und das Auswaschen des Sumpfes in einer Vorrichtung stattfinden. Es ist aber auch möglich, dass die Siebeinrichtung außerhalb des Prozessbehälters angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung mit einer produktführenden Leitung, insbesondere würzeführenden Leitung und/oder mit einer Würzepfanne verbunden um die bitterstoffreiche Fraktion zu zudosieren und/oder mit einer produktführenden Leitung, insbesondere einer Zuleitung zu einem Fermentationstank oder mit dem Fermentationstank um die aromastoffreiche Fraktion zu zudosieren, wobei die Produkte auch alternativ oder zusätzlich chargenweise gesammelt, wahlweise behandelt und dann zu einem gewählten Zeitpunkt zugegeben werden können.
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Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung einen Zulauf für ein wässriges Medium zur Herstellung der Hopfensuspension und eine Zufuhröffnung für Hopfen aufweisen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Suspension in der Vorrichtung hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ im Prozessbehälter ein Zulauf für eine fertige Hopfensuspension vorgesehen ist. Insbesondere können zusätzlich ein Zulauf und ein Ablauf für Würze vorgesehen sein, wobei der Auslauf mit einer würzeführenden Leitung verbunden ist, die beispielsweise mit einer Würzepfanne und/oder einem Whirlpool und/oder einem Würzekühler verbunden ist.
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Somit kann Würze verwendet werden, um beispielsweise die Feststoffe des Sumpfes in der Siebeinrichtung weiter auszuwaschen.
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Ferner kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Rühren und/oder eine Vibrationseinrichtung umfassen. Außerdem kann die Vorrichtung auch eine Umwälzeinrichtung aufweisen und/oder eine Ultraschallsonde zum Behandeln der Hopfensuspension mit Ultraschall.
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Außerdem sollte die Vorrichtung so konzipiert werden, dass gegeben dem Fall, dass Feststoffe zurückgehalten werden, sich diese möglichst einfach und vollständig entfernen lassen.
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Schließlich ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorrichtung weiter mindestens eine Kühleinrichtung umfasst zum Kühlen des mindestens einen Kondensatbehälters.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert:
- 1 zeigt grob schematisch wesentliche Einrichtungen zur Bierherstellung mit einer integrierten Vorrichtung zum Trennen von Aroma- und Bitterstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung
- 2 zeigt grob schematisch eine Vorrichtung zum Trennen von Aroma- und Bitterstoffen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt grob schematisch ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- 5 zeigt grob schematisch eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
- 6 zeigt grob schematisch eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
- 7 zeigt grob schematisch eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
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1 zeigt die wesentlichen Einrichtungen zum Herstellen von Bier. Wesentliche Komponenten des Sudhauses sind beispielsweise das Maischgefäß 2, der Läuterbottich 3 zum Gewinnen der Läuterwürze sowie die Würzepfanne 4 zum Würzekochen-/heißhalten, beispielsweise ein Whirlpool 5 zum Abtrennen der Feststoffe (dem sogenannten Heißtrub, der überwiegend aus Hopfen und Eiweißen besteht) aus der Würze und einem Kühler 6 zum Kühlen der Würze. Den Einrichtungen des Sudhauses ist mindestens ein Fermentationstank 40 zum Fermentieren des herzustellenden Bieres nachgeordnet, wobei nach dem Fermentationstankank 40 ein nicht dargestellter Lagertank 8 vorgesehen sein kann. Zur Aromatisierung und Bitterung muss bei der Bierherstellung Hopfen zudosiert werden. Allgemein soll festgehalten werden, dass die Prozesse der Hauptgärung, Nachgärung, Reifung und Lagerung in einem Tank durchgeführt werden können oder in zwei- oder sogar drei Tanks. Somit sprich man von einem 1-Tankverfahren oder 2-Tankverfahren oder 3-Tankverfahren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun in der Brauerei eine Vorrichtung 1 zum Trennen von Aroma- und Bitterstoffen aus dem Hopfen vorgesehen. Die Aroma- und Bitterstoffe können dann wie in 1 und nachfolgend noch näher erläutert wird, im Brauprozess zeitlich getrennt zudosiert werden. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die bitterstoffreiche Fraktion dem herzustellenden Bier vor der Fermentation, d.h. vorzugsweise im Heißbereich (vor einem Würzekühler 6), zugeführt und die aromastoffreiche Fraktion im Kaltbereich, bevorzugt während oder nach der Fermentation, zudosiert. Wie aus 1 hervorgeht, werden hier beispielsweise die Bitterstoffe der Würze vor oder in der Würzepfanne 4 zudosiert und die Aromastoffe der Würze, d.h. dem herzustellenden Bier vor oder in den Fermentationstank 40.
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3 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie aus 3 hervorgeht wird zunächst aus einem wässrigen Medium und Hopfen eine Hopfensuspension hergestellt (Schritt S1). Zum Steigern der Isomerisationsrate, d.h. dass wasserunlösliche a-Säuren in wasserlösliche Iso-α-Säuren in effizienter Weise umgewandelt werden können, kann beispielsweise optional das wässrige Medium, d.h. Wasser vorbehandelt werden, wie gestrichelt in 3 dargestellt ist. Bei der Vorbehandlung kann dazu der pH-Wert auf einen bevorzugten Wert in einem Bereich von 9 bis 12 eingestellt werden, wobei das wässrige Medium dazu insbesondere ionisiert werden kann und/oder mineralisiert (z.B. durch Magnesiumsalzgabe) werden kann. Als Hopfenprodukt können beispielsweise Hopfenpellets, Hopfendolden oder Hopfenextrakt verwendet werden. Die Konzentration des Hopfens im wässrigen Medium liegt beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 50 Gew.-%.
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Die Hopfensuspension kann entweder vorab, oder aber in der Vorrichtung 1 hergestellt werden. Zusätzlich oder alternativ zu der vorherigen Behandlung, kann aber auch, wie gestrichelt dargestellt, die Hopfensuspension wie zuvor beschrieben, behandelt werden (z.B. durch PH-Wert Einstellung, Ionisierung, Mineralstoffzugabe), um die Isomerisierungsrate zu steigern.
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Die Hopfensuspension, die sich in dem Prozessbehälter 7 der Vorrichtung 1 (siehe zum Beispiel 2) befindet, wird anschließend destilliert (Schritt S2). Es hat sich ganz besonders vorteilhaft herausgestellt, dass eine atmosphärische Destillation durchgeführt wird, d.h. dass die Hopfensuspension bei der Destillation auf atmosphärische Siedetemperatur erwärmt wird, z.B. auf 80 bis 102 Grad Celsius. Durch die Erhitzung steigen die leichtflüchtigen Komponenten wie Aromaöle als Dampf auf, so dass ein aromastoffreiches Destillat gewonnen werden kann (Schritt S3). Im Prozessbehälter 7 verbleibt dann der bitterstoffreiche Sumpf (Schritt S4), da die Bitterstoffe weniger leicht flüchtig sind. Zum Gewinnen der aromastoffreichen Fraktion kann beispielsweise das Kondensat, insbesondere der Kondensatbehälter weiter gekühlt werden (Schritt S5), beispielsweise auf eine Temperatur von 10 bis 70 Grad Celsius, bevorzugt mindestens 20 Kelvin unterhalb der Kondensationstemperatur. Eine Kühlung des mindestens einem Kondensatbehälters verhindert eine Nachverdampfung und erhöht die Qualität der Aromaöle durch eine niedrige thermische Belastung. Im Anschluss kann eine Öl- bzw. Aromastoffabscheidung (Schritt S6) stattfinden, wobei die aromareiche Fraktion gewonnen werden kann. Diese so erzeugte aromareiche Fraktion kann dann gezielt wie zuvor beschrieben während oder nach der Fermentation zudosiert werden (Schritt S7). Da die aromareiche Fraktion erfindungsgemäß erst im Kaltbereich zudosiert wird, gibt es nur wenig Verluste der leicht flüchtigen Aromastoffe. Grundsätzlich ist es auch möglich das Destillat aus Schritt S3/S5 als aromastoffreiche Fraktion abzutrennen und dem herzustellenenden Bier zuzuführen.
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Der Destillationssumpf besteht überwiegend aus den Rückständen der destillierten Aromaträger und einer wässrigen Phase in welcher sich vermehrt Bitterstoffe befinden. Grundsätzlich könnte der gesamte Sumpf - oder ein Teil davon der Würze zudosiert werden. Es ist aber vorteilhaft, wenn die Feststoffe des Sumpfs zuvor zu einem Großteil (vorzugsweise über 80 Massen-%) abgetrennt werden (Schritt S8), so dass eine bitterstoffreiche Flüssigkeit erhalten wird (Schritt S9). Gleichzeitig wird ein Feststoff erhalten (Schritt S10). Die bitterstoffreiche Flüssigkeit, die im Schritt S9 erhalten wurde, kann zusätzlich oder alternativ wieder wie zuvor beschrieben (z.B. PH-Wert Einstellung, Ionisierung, Mineralstoffzugabe) behandelt werden, um die Isomerisationsrate zu steigern.
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Da sich auch im Feststoff noch Bitterstoffe befinden, können die Feststoffe (Schritt S11) ausgewaschen werden, mit einem flüssigen Medium, wie beispielsweise Wasser oder aber auch z.B. mit Würze aus dem Brauprozess. Die damit erhaltene Flüssigkeit (Schritt S12) ist ebenfalls bitterstoffreich und kann auch an dieser Stelle alternativ oder zusätzlich zur Steigerung der Isomerisierungsrate, wie zuvor beschrieben behandelt werden. Die Flüssigkeiten aus Schritt S9 und Schritt S12 können zusammengeführt werden. Die Flüssigkeit aus S9 kann auch zu dem Flüssigen Medium zum Auswaschen der Feststoffe zugesetzt werden.
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Somit kann eine bitterstoffreiche Fraktion erhalten werden, die entweder den ganzen Sumpf S4 umfasst oder aber zumindest die aus dem Sumpf abgeschiedene Flüssigkeit (S9) und/oder noch die ausgewaschene Flüssigkeit aus Schritt S12. Die bitterstoffreiche Fraktion kann dann vorzugsweise vor der Fermentation zudosiert werden, insbesondere im Heißbereich, derart, dass die Umwandlung- bzw. Überführung der wasserlöslichen Iso-α-Säuren bevorzugt ablaufen kann. Der Feststoff aus Schritt S10 kann dann z.B. in einen dafür vorgesehenen Bunker/Zwischenspeicher abgeführt werden. Grundsätzlich wäre auch möglich, den gesamten Sumpf aus Schritt S4 beispielsweise der Würzepfanne zuzuführen, um dann die Feststoffe zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise vor der Würzekühlung zu entfernen.
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Somit können nun die wertgebenden Inhaltsstoffe mit nur geringen Verlusten eingesetzt werden, da aus nur einer Hopfensuspension Aroma- und Bitterstoffe getrennt werden können und gezielt zeitlich getrennt im Brauprozess zudosiert werden können. Die aromastoffreiche Fraktion enthält aufgrund der Destillation mehr Aromastoffe als die bitterstoffreiche Fraktion- und die bitterstoffreiche Fraktion enthält mehr Bitterstoffe als die aromareiche Fraktion.
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Aromastoffe sind beispielweise: Linalool, Myrcen, Monoterpene, Sesquiterpene Bitterstoffe sind beispielsweise Isohumulone (Iso-alpha-Säuren) und Hulupulone, Hartharz- und Weichharzfraktionen.
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Die Menge an Aromastoffen und Bitterstoffen, die dem jeweiligen Sud zugeführt wird hängt von der jeweiligen Sudgröße, Biersorte, Hopfensorte/-jahrgang und dem jeweiligen Bierrezept ab.
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2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst den Prozessbehälter 7, in welchen entweder die Hopfensuspension oder aber Hopfen und wässriges Medium zum Erzeugen der Suspension eingeleitet werden kann. Der Prozessbehälter 7 weist beispielsweise ein Volumen von 10 - 2000 L auf. Um die Entleerung und Reinigung zu gewährleisten und Wartungsarbeiten zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn eine Zugänglichkeit, zum Beispiel über ein Mannloch 8 im Prozessbehälter 7 vorgesehen ist. Da die Temperatur der Hopfensuspension eingestellt werden soll, ist eine Heizvorrichtung 9 vorgesehen, zum Beispiel der in 2 gezeigte Außenkocher. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Zargen- Konus- und/oder Bodenheizfläche und/oder ein Innenkocher vorgesehen sein, wobei als Heizmedium Strom, Wasser und/oder Dampf möglich ist. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise Dampf und/oder Heißluft direkt in den Prozessbehälter 7 -wahlweise unterhalb oder oberhalb eines möglichen Siebbodens/Siebelements eingeleitet werden.
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Außerdem ist es vorteilhaft, die Hopfensuspension zu homogenisieren. Dies kann beispielsweise über eine Umwälzeinrichtung 10 mit einer entsprechenden Pumpe und/oder mit einem Rühr- und/oder Hackwerk 11 realisiert werden. Alternativ kann auch eine nicht dargestellte Vibrationseinrichtung oder ein (Ultra)schallgenerator mit mindestens einer (Ultra)schallsonde vorgesehen sein. Der Prozessbehälter 7 ist mit einem Dunstabzug 12 hier in Form eines Dunstabzugsrohrs verbunden. Somit können die verdampfenden Aromastoffe über den Kamin 13 abgeführt und in mindestens einem Kühler 14 niedergeschlagen werden. In bevorzugter Art und Weise ist der mindestens eine Kondensatbehälter 15 ebenfalls gekühlt, beispielsweise auf eine Temperatur von 10 bis 70 Grad Celsius, vorzugsweise mindestens 20 Kelvin unterhalb der Kondesationstemperatur .
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Bei diesem Ausführungsbeispiel können Stoffe von oben durch den Abzug 12 in den Prozessbehälter 7 eingebracht werden. Dabei kann es mehrere Zuführmöglichkeiten 16 A, B, C geben. Hier können beispielsweise neben Hopfen auch andere Ingredienzien, wie beispielsweise Orangenschalen, Kaffee, Kakao, Nüsse, Kräuter etc. eingebracht werden. Wahlweise können eingebrachte Stoffe zuvor abgewogen und/oder automatisiert über eine Wägezelle 17 in eine Dampfschleuse 18 dosiert werden. Durch das Öffnen einer Schließvorrichtung (zum Beispiel Scheibenventil oder Schieber) fallen die Komponenten in das Dunstrohr 12. Das Dunstabzugsrohr 12 kann wahlweise modular mit weiteren Einrichtungen, wie Glockenböden 19 bestückt sein, die sich idealerweise so verstellen lassen (zum Beispiel klappbar/kippbar), so dass Fließ- und Schüttgut gezielt weiter herab gelangen -bzw. nicht Hopfenprodukte auf Zwischenebenen eingelagert werden können. Das von den Glockenböden aufgefangene Destillat wird dann beispielsweise auch mindestens einem Destillatbehälter 15 zugeführt. Ferner können beliebig viele und in Form variierende Erweiterungen/Verjüngungen 20 montiert werden, durch die das Schütt/Fließgut entweder direkt in den Prozessbehälter 7 gelangt, oder wahlweise durch (vorzugsweise weg klapp-/schwenk-/schiebbare) Siebe 21 zumindest temporär zurückgehalten werden kann. Der Prozessbehälter 7 kann zudem mit einer Siebeinrichtung, hier einem Siebboden 22 ausgerüstet werden, so dass eine vorfiltrierte Flüssigkeit über eine Leitung 23, d.h. hier bitterstoffreiche Flüssigkeit von unten abgezogen werden kann. Optional ist diese Leitung 23, sprich die Filtratabführung und/ oder ein Treberschacht 24 mit einer Umwälzleitung verbunden, so dass die gefilterte Flüssigkeit im Prozessbehälter 7 zum Beispiel über einen Verteilerschirm zirkuliert werden kann. Auch ist es möglich, die Leitungen 23, 24 so zu verbinden, dass eine Anschwänzung, sprich Überschwallung der Hopfenfeststoffe, welche beispielsweise zuvor auf dem Sieb 22 aufgebracht wurden zu ermöglichen (Verbindungsleitung nicht dargestellt). Wie bereits erläutert, kann zur Behandlung entweder des wässrigen Mediums oder der wässrigen Hopfensuspension eine entsprechende Einrichtung vorgesehen werden. Hier ist beispielsweise die lonisierungsvorrichtung 25, über die der PH- Wert erhöht werden kann, zum Beispiel in einer Umwälzleitung 23 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Mineralstoffeinstellung vorgenommen werden. Zu diesem Zwecke können entsprechende Stoffe, wie etwa Magnesiumpräparate aber auch Laugen, vor-oder während dem Destillationsprozess, über eine Öffnung/Dosagestelle aber auch zum Beispiel über das Mannloch 8 zugegeben werden.
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Um den Hopfen und/oder Ingredienzien nach der Aromastoffauslaugung und optionalen Isomerisierung für weitere Prozesse in der Brauerei zu nutzen, ist es sinnvoll eine Verbindung 26 mit anderen Prozesseinheiten, wie der Würzepfanne 4 herzustellen. Zudem ist es durch die erfindungsgemäße Konfiguration auch möglich, dass nur ein Teil der Ingredienzien für einen späteren Bierherstellungsprozess genutzt werden (zum Beispiel Hopfen), wohingegen ein anderer Teil (zum Beispiel die Orangenschalen etc., die eventuell separat dem Bereich 20 nach dem Hopfen eingebracht und nicht mit der Flüssigkeit während der gesamten Destillation in Kontakt standen) separat entfernt werden. Die Operation kann manuell, voll- oder semiautomatisch erfolgen. Zudem ist es auch möglich, mehrere Abzugsrohre mit mehreren Fallschächten und entsprechenden Sieben vorzusehen.
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In den 4 bis 7 sind weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung zur simultanen Aroma- und Bitterstoffgewinnung aus Hopfen dargestellt, die im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechen. Die Einbringung des Hopfenprodukts kann in den in den 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl manuell als auch automatisch in die Prozessbehälter 7 unterhalb der im Prozessbehälter angeordneten Siebkörbe 22 erfolgen, so dass diese mit beispielsweise einer Wasservorlage direkt in Kontakt tritt. Dazu ist eine entsprechende nicht dargestellte Öffnung vorgesehen. Die Hopfensuspension wird exemplarisch über die Konusheizung 9 auf Siedetemperatur unter atmosphärischen Bedingungen aufgeheizt (hier beispielsweise auf 80 bis 102 Grad Celsius) und für eine bestimmte Dauer gekocht (zum Beispiel 10 bis 80 Minuten, vorzugsweise 35-60 Minuten). Während dieser Zeit ist beispielsweise das Ventil V7 geöffnet und es ist wird Dampf mit Aroma im Kühler 14 kondensiert und in mindestens einem Kondensatbehälter 15 aufgefangen. Gleichzeitig werden Bitterstoffe des Hopfens im Sumpf in die wasserlöslichen Iso-α-Säuren umgewandelt. Der mindestens eine Behälter zum Auffangen des Destillats 15 sollte vorteilhafterweise ebenfalls mindestens eine Kühleinrichtung aufweisen, insbesondere mindestens einen Kühlmantel, um das Kondensat weiter ab zu kühlen. Diese Unterkühlung verhindert Nachverdampfungsvorgänge und die Qualität der Aromastoffe erfüllt sich durch eine verminderte thermische Belastung. Bei einer fehlenden Unterkühlung des Destillats ist es aus thermodynamischen Gründen nur möglich, bis zur Kondensationstemperatur abzukühlen.
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In 4 ist es für eine gesteigerte Durchmischung möglich, die Hopfensuspension über das Ventil V4, die Leitung 23, die Pumpe 30 und die Ventile V5 und V2 zu zirkulieren. Das heißt, die Hopfensuspension wird im unteren Bereich des Prozessbehälters 7 abgezogen und vorteilhafterweise unterhalb des Siebs 22 wieder eingeleitet. Um die Hopfenfeststoffe zurückzuhalten und die wertgebenden Iso-α-Säuren zu extrahieren, ist es im Anschluss an die Destillation möglich, die Suspension über die Pumpe 30 und die Ventile V4, V5 und V3 in die oben im Prozessbehälter 7 angebrachten Siebe, d.h. hier Siebkörbe 22, einzulagern. Danach werden die Ventile V5 und V3 geschlossen und die mit Bitterstoffen angereicherte Flüssigkeit durch Öffnen von den Ventilen V1 und V2 mit Brauflüssigkeit, zum Beispiel Würze, verdrängt und einem Zwischenprodukt der Bierherstellung zugeführt, insbesondere der Würze vor oder beim Würzekochen bzw. zwischen Würzekochen und Heißtrubabscheidung oder besser zwischen Heißtrubabscheidung und Würzekühlung. Die Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser- und/oder Würze, kann über die Ventile V1, V2 die Hopfenfeststoffe in den Siebkörben 22 umströmen, um die Hopfenfeststoffe von Bitterstoffen auszulaugen. Eine Durchströmung durch Öffnen der Ventile V1 und V3 ist auch möglich. Nach der Auslaugung der Hopfenfeststoffe werden diese manuell durch Ausbau der Siebkörbe entfernt. Die mit Bitterstoffen angereichte Flüssigkeit, hier zum Beispiel Würze, kann dann wieder aus dem unteren Bereich der Vorrichtung über das Ventil V4, Leitung 23, Pumpe 30 und Leitungsabschnitt 26 abgeleitet werden, insbesondere in eine würzeführende Leitung.
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In der 5 wird der Hopfen nach der Destillation nicht in die Siebkörbe 22 gepumpt, sondern verbleibt im Prozessbehälter 7. Die Würze wird über das Ventil V2 direkt in die Suspension eingebracht und oberhalb der Siebkörbe 22 wird über das Ventil V3 und die Pumpe 30 Flüssigkeit ohne Feststoffe abgezogen. Dabei lagern sich die Feststoffe hier von außen an den Siebkörben/Trägergerüßten 22 an. Nach der Auslaugung können die Feststoffe durch Öffnen von Ventil V1 und V3 und Schließen von Ventil V2 von den Siebkörben 22 abgeschwemmt und als Suspension über das Ventile V4 mit der Pumpe zum Beispiel zum Trubtank gefördert werden.
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In den in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel können die Siebkörbe 22 auch in einer Art Register innerhalb des Prozessbehälter 7 ausgeführt sein, um den Filtratbereich nicht mit einer Platte vom Unfiltratbereich zu trennen. Hierbei wird die Hopfensuspension im Anschluss an die Destillation mit der Pumpe 30 über die Ventile V4, V5 und V3 in die Siebkörbe 22 gepumpt. Im Anschluss ist es wie bei dem Ausführungsbeispiel in 4 möglich, die mit Bitterstoffen angereicherte Flüssigkeit mit Brauflüssigkeit, z.B. Würze, über die Ventile V1 und V2 zu verdrängen und die Hopfenfeststoffe mit Würze zu umströmen oder durch Schließen von Ventil V2 und Öffnen von Ventil V3 zu durchströmen. Im Anschluss an die Auslaugung der Bitterstoffe werden die Hopfenfeststoffreste durch das geöffnete Ventil V8 entfernt.
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In 7, die ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt, ist das Sieb 22 außerhalb des Prozessbehälters 7 angeordnet. Nach der Destillation wird die Hopfensuspension über die Leitung 26, die Pumpe 30 und das Ventil V4 in das Sieb eingebracht. Ventil V8 wird geschlossen und Ventil V6 ist geöffnet. Nach Einbringung der Suspension und Anlagerung der Hopfenfeststoffe im Sieb 22, ist es möglich, diese durch Öffnen der Ventile V2 und V6 mit Würze auszulaugen. Im Anschluss an die Auslaugung der Bitterstoffe werden die Hopfenfeststoffe durch das Ventil V8 entfernt.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist es neben der destillativen Gewinnung der Hopfenöle auch möglich, die gesamte Anlage im Kaltbereich zum Hopfenstopfen zu verwenden. Dabei wird lediglich Hopfen in die Siebkörbe vorgelegt und mit Bier über Ventile V1, V2, V4 und V6 zirkuliert. Dabei gehen beim Umströmen der Hopfenfeststoffe (strainen) Aromastoffe in das Bier über, es werden jedoch keine Bitterstoffe ausgelaugt. Die ausgeführte Anlage ist somit sowohl für den Einsatz im Heißbereich zur destillativen Aromaöl- und Bitterstoffgewinnung geeignet, wie auch für den Einsatz im Kaltbereich zum sogenannten Hopfenstopfen.
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Beim sogenannten Hopfenstopfen von Bier werden Hopfenpellets oder Dolden während der Lagerung dem vergorenen Bier zugegeben. Dabei werden leicht flüchtige Stoffgruppen in das Lösungsmittel Bier übertragen, welche ein ausgeprägtes Hopfenaroma verleihen. Beim Hopfenstopfen müssen die Hopfenprodukte dispergiert werden, um eine große Oberfläche für den Stoffübergang bereitzustellen und lange im Bier verbleiben, damit die Aromen übergehen. Die Dispergierung geschieht durch Quellenlassen der Partikel über einen längeren Zeitraum oder durch Geräte, welche die Partikel mechanisch dispergieren. Durch den Einsatz von Ultraschall, oder Wellen in niedrigeren Frequenzbereichen kann der Stoffübergang beim Hopfenstopfen beschleunigt werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Hopfen- Wassersuspension in der Vorrichtung 1 vor und/oder während der Destillation mit (Ultra)schall behandelt wird. Die durch den (Ultra)schall erzeugten Vibrationen sorgen für eine schnellere Dispergierung des Hopfenproduktes, z.B. der Hopfenpellets im Lösungsmittel und somit zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche für den Stoffübergang. (Ultraschall)sonden können beispielsweise im Prozessbehälter 7 angeordnet werden oder aber in eigens ausgeführten Extraktionsbehältern. Durch die beschleunigte Dispergierung z.B. der Pellets vergrößert sich die Kontaktfläche für den Stoffübergang. Daneben bewirkt der (Ultra)schall eine erhöhte Freisetzung der aromarelevanten Stoffgruppen. Somit ist es möglich, selbst bei geringerem Einsatz von Hopfen ein vergleichbares Hopfenaroma zu erzeugen. Positiver Nebeneffekt sind geringere Bierverluste bei geringerem Hopfeneinsatz. Der Einsatz von (Ultra)schall kann ebenfalls zur Erzeugung von Aromawasser mit Hopfen genutzt werden und bei Brauereien mit High-Gravity-Bieren, ein Blending mit Hopfenaromenwasser hinter der Filtration zu realisieren. Als Aromawasser wird hierbei eine Lösung aus Wasser mit extrahierten Aromakomponenten aus den Hopfenfeststoffen verstanden, welche außer einer Extraktion und einer Feststoffabtrennung nicht weiter prozessiert wurde.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung 1 einen (Ultra)schallgenerator auf mit mindestens einer (Ultra)schallsonde, über die (Ultra)schallwellen in die Hopfensuspension eingekoppelt werden können. Über den (Ultra)schallgenerator und die Sonde können Druckwellen in der Hopfensuspension erzeugt werden. Die erzeugte (Ultra)schallkavitation verursacht je nach (Ultra)schallintensität die teilweise bzw. vollständige Zerstörung der Hopfenzellen und die Freisetzung des intrazellulären Materials. Hierbei wird beispielsweise ein (Ultra)schallgenerator in einem Leistungsbereich von 0,1 bis 20 Kilowatt und einem Frequenzbereich von 10 bis 30 Kilohertz verwendet. Neben Ultraschall sind auch Vibrationen mit niedrigerer Frequenz, beispielsweise im Bereich von 10 bis 200 Hertz, zur verbesserten Dispergierung und einem damit verbundenen beschleunigtem Stoffübergang möglich.
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Dieser Generator und die zuvor genannten Frequenzen eignet sich insbesondere zur Behandlung der Hopfensuspension bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren.
