DE1266266B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von alkoholarmen bzw. alkoholfreiem Bier - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C12c

Deutsche Kl.: 6b-21/01

Nummer: 1 266 266

Aktenzeichen: A 40049IV a/6 b

Anmeldetag: 21. April 1962

Auslegetag: 18. April 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von alkoholarmem bzw. alkoholfreiem Bier und auf eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Untersuchungen über die den Geschmack eines Bieres bildenden Komponenten haben gezeigt, daß offensichtlich der Alkohol und einige sonstige leichtflüchtige Stoffe hierauf nur von geringem Einfluß sind. Vielmehr bestimmen die nicht und nur wenig flüchtigen Extraktstoffe in erster Linie den Geschmack. Von größter Bedeutung sind hierbei die nicht vergärbaren Kohlehydrate, die Bitterstoffe, Melanoidine und für die Schaumeigenschaften auch proteinartige Stoffe. Dabei ist jedoch von Wichtigkeit, daß diese Stoffe harmonisch aufeinander abgestimmt in der richtigen Konzentration vorkommen.

Hiervon ausgehend, sind verschiedene Versuche unternommen worden, alkoholarmes oder alkoholfreies Bier dadurch herzustellen, daß einem normal vergorenen Bier der Alkohol durch Vakuumdestillation entzogen wird. Wenn diese Verfahren nicht zu dem gewünschten Erfolg führten, so liegt dies daran, daß sich die Vakuumdestillation eines Bieres wegen der sehr störenden Schaumbildung technisch nur schwierig durchführen läßt. Aus diesem Grund mußten oft technische Maßnahmen ergriffen werden, die einerseits die Vakuumdestillation so ausführten, daß außer dem Alkohol auch schwerflüchtige Stoffe dem Bier entzogen wurden, und die andererseits die Neubildung von fremden Geschmacksstoffen bewirkten, die in einem normalen Bier nicht vorkommen. Hinzu tritt, daß die bekannten Verfahren sehr aufwendige Apparate erforderlich machten.

Aus diesem Grund ist es für die Herstellung eines alkoholarmen oder alkoholfreien Bieres von Wichtigkeit, daß

a) die Vakuumdestillation technisch einfach durchgeführt werden kann,

b) nur der Alkohol und einige wenige sonstige leichtflüchtige Stoffe bei dieser Destillation dem Bier entzogen werden,

c) das entalkoholisierte Produkt eine Nachbehandlung erfährt, die ihm die einem normalen Bier eigenen, erfrischenden Eigenschaften zurückgibt, und

d) der ganze Prozeß technisch so einfach durchgeführt werden kann, daß sich die hierfür entstehenden Kosten in einem erträglichen Maß halten.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von alkoholarmem bzw. alkoholfreiem Bier bekannt, bei dem ein auf bekannte Weise hergestelltes Bier

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
von alkoholarmem bzw. alkoholfreiem Bier

Anmelder:

Aktiengesellschaft für Brauerei-Industrie,

Glarus, Basel (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

zwecks Austreibung eines mehr oder minder großen Teils seines Alkohols einer Vorerwärmung, darauf einer Verteilung auf die Wände eines Vakuumkessels und in diesem Kessel dann einer Vakuum-Dünnschicht-Verdampfung unterworfen wird, wonach der konzentrierte Rückstand unter Umständen rückverschnitten und mit Kohlensäure wieder imprägniert wird. Bei diesem Verfahren erfolgt die Vorwärmung des Bieres vor dem Eintritt in den Vakuumkessel mit Hilfe derjenigen Wärme, die in dem Alkohol-Wasser-Dampf enthalten ist, der sich als Folge der Vakuumverdampfung ergibt. Diese Vorerwärmung des zu entalkoholisierenden Bieres stellt indessen nicht eine Zuführung von Verdampfungswärme dar. Vielmehr wird das Bier nur von der eventuell niedrigen Kellertemperatur auf das Temperaturniveau gebracht, mit dem der entalkoholisierte Bierrückstand schließlich den Vakuumprozeß wieder verläßt.

Der Grund dafür ist, daß die Temperatur des bei dem Prozeß entweichenden Alkohol-Wasser-Dampfes vom angelegten Vakuum abhängt. Das eintretende Bier kann also nur auf erne Temperatur erwärmt werden, wie sie auch die austretenden Dämpfe haben, da das angelegte Vakuum aber gleichzeitig auch bestimmend für die Temperatur der flüssig bleibenden Phase ist und diese flüssig bleibende Phase (Verdampfungsrückstand) die gleiche Temperatur hat wie der austretende Dampf, muß das Bier ungefähr mit der Temperatur in den Vakuumkessel kommen, die dort herrscht. Das Bier hat dann keinen Wärmeüberschuß, der als Verdampfungswärme für eine erste Verdampfung, z. B. bei der Verteilung des eintretenden Bieres auf die Kesselwände, dienen könnte.

Deswegen muß bei dem bekannten Verfahren die gesamte Verdampfungswärme für die Entalkoholisierung dem Bier bei der Dünnschichtverdampfung

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zugeführt werden, die dann stattfindet, wenn das auf die Kesselwände verteilte Bier an diesen herabläuft und über die Heizzonen kommt.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von alkoholarmem bzw. alkoholfreiem Bier, bei dem ein auf bekannte Weise hergestelltes Bier zwecks Austreibung eines mehr oder minder großen Teils seines Alkoholgehaltes einer Verdampfung im Vakuum unterworfen und der resultierende Rückdampf benötigt wird, und zwar in Teilmengen, die ihm außerhalb des Vakuumkessels durch die zwei Heizungsvorrichtungen erteilt werden.

Man hat davon auszugehen, daß für eine weit-5 gehende Austreibung des Alkohols das Bier mmdestens auf 85 bis 90%, vorzugsweise auf 70 bis 80%, seines Ausgangsvolumens eingeengt werden muß. Für diese Einengung werden 100 bis 150 kcal je Liter Bier benötigt. Erwärmt man das Bier z. B. vor stand rückverschnitten und mit Kohlensäure impräg- io dem Eintritt in den Prozeß auf 40° C und herrscht niert wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeich- in dem Vakuumkessel ein Druck, der einer Vernet, daß das zu entalkoholisierende Bier vor dem dampfungstemperatur von 10° C entspricht, dann Eintritt in den Vakuumprozeß unter Druck auf eine stehen dem eintretenden Bier 30 kcal je Liter Bier, Temperatur erhitzt wird, die höher liegt als die Tem- also etwa ein Drittel bis ein Fünftel der insgesamt peratur des Bieres im Vakuumkessel, daß dieses Bier 15 benötigten Energie für die Verdampfung bei der andann einer Zerstäubungsverdampfung unter Vakuum fänglichen Zerstäubung zur Verfügung. Die benöunterworfen wird, daß das resultierende, entgaste tigte Restenergie von etwa 70 bis 120 kcal je Liter und teilentgeistete Bier aus dem Vakuumkessel abge- Bier wird durch den Kreislaufprozeß zugeführt. Von zogen, erneut erwärmt und in den Vakuumkessel der Erwärmungstemperatur im Umlauferhitzer hängt rückgeführt und dabei einer Dünnschichtverdamp- 20 es ab, wie oft das Bier dann weiterhin den Kreislauf fung unterworfen wird, wobei diese zweite Erwär- durchlaufen muß, bis ihm die benötigte Energie ermung, zusammen mit der Dünnschichtverdampfung, teilt und damit der gewünschte Grad der Entalkohoals Kreislaufprozeß durchgeführt wird, bis das Bier lisierung erreicht ist.

mindestens auf 85 bis 90%, vorzugsweise auf 70 bis Die Zuführung der Verdampfungsenergie in Teil-

80%, seines Ausgangsvolumens eingeengt ist, wo- 25 mengen außerhalb des Verdampfungskessels hat einnach kontinuierlich die dem zugeführten Bier äqui- mal den Vorteil, daß die Wärmezufuhr sehr gut bevalente Menge an alkoholarmem Destillationsrück- herrscht werden kann, so daß praktisch jedes Bierstand ständig abgeführt wird. teilchen die Energie erhält, die ihm zugedacht ist. Vorzugsweise wird das Vakuum während des Zer- Weiterhin aber wird sichergestellt, daß das Bier stets stäubungsprozesses und der Dünnschichtverdamp- 30 nur ganz kurze Zeit bei erhöhten Temperaturen gefung zwischen 5 und etwa 30 Torr gehalten. halten wird, so daß selbst dann, wenn man in den Erfindungsgemäß werden also die oben aufgezeig- Erhitzern mit hohen Temperaturen arbeitet, keine ten Nachteile des bekannten Verfahrens dadurch ver- Gefahr für die Neubildung von Geschmacks- und mieden, daß die Zufuhr der gesamten Verdamp- Geruchsstoffen besteht. Eine Schaumbildung wthfungswärme grundsätzlich getrennt vom Verdamp- 35 rend des ganzen Prozesses wird deswegen weitgehend fungsprozeß erfolgt. Eine erste Zufuhr von Ver- vermieden, weil das Bier — wenn es beim Eintritt dampfungswärme wird vorgenommen, indem man
das für die Entalkoholisierung bestimmte Bier vor
dem Eintritt in den Vakuumprozeß unter Druck auf
eine Temperatur erhitzt, die höher liegt als die Tem- 40
peratur des Bieres im Vakuumkessel, und in diesem
erhitzten Zustand durch eine Verstäubungsdüse in
einen Vakuumkessel einführt. Beim Austritt des
Bieres durch die Düse erfolgt im Gegensatz zu dem
oben geschilderten bekannten Verfahren sofort eine 45 gesehener Ablaufstutzen über eine Leitung 9 mit Verdampfung, jedoch ohne Wärmezufuhr während einem 10 m unter ihm angeordneten Fallgefäß 10 dieses ersten Verdampfungsprozesses. Dann wird das verbunden ist, das an seinem unteren Ende über eine zerstäubte Bier, das aber noch nicht genügend ent- Pumpe 11 mit einem Wärmeaustauscher 12 in Veralkoholisiert ist, aus dem Vakuumkessel abgezogen bindung steht, der bierseitig an einem auf der Innen- und außerhalb erneut erhitzt. Dieses erneut er- 50 wand des Vakuumgefäßes angeordneten Rieselring

durch die Zerstäubungsdüse in den Vakuumkessel die erste Verdampfung mitmacht — praktisch schon vollkommen von Kohlensäure befreit wird.

Zur Ausführung dieses Verfahrens dient eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in ein Vakuumgefäß 5 eine von einer Bierpumpe 2 über eine Erhitzungseinrichtung 3 gespeiste Sprühdüse 4 mündet und daß ein am Boden 8 des Gefäßes vor

wärmte, schon zum Teil entalkoholisierte Bier wird dann wiederum in den Vakuumkessel zurückgeführt, wobei sofort eine weitere Verdampfung stattfindet, wenn das Bier auf die Innenwände des Kessels verteilt an diesen herabläuft. Dieser Dünnschicht-Verdampfungsprozeß mit Wärmezufuhr durch einen außerhalb des Vaküumkessels gelegenen Erhitzer wird im Kreislauf fortgesetzt, bis das Bier mindestens auf 85 bis 90%, vorzugsweise 70 bis 80%, seines

13 angeschlossen ist und an seinem oberen Ende einen Ablauf für das entalkoholisierte Bier besitzt. Die Durchführung des Verfahrens wird an Hand der Zeichnung noch näher beschrieben.
55 Aus einem Tank 1 wird alkohol- und kohlensäurehaltiges Bier mittels einer Pumpe 2 unter einem Druck, der über dem Sättigungsdruck der Kohlensäure liegt, durch einen Wärmeaustauscher 3 (insbesondere einen Plattenerhitzer) geleitet, wo es auf bis

Ausgangsvolumens eingeengt ist. Von diesem Zeit- 60 zu etwa 40° C erwärmt wird. Von hier gelangt es punkt an wird dann der Anlage kontinuierlich ent- durch eine Leitung 21 zu einer Zerstäubungsdüse 4 alkoholisiertes Bier in Abhängigkeit von der Ein- im Inneren eines unter Vakuum stehenden KessefeS. speisung von alkoholhaltigem Bier durch die Ver- In diesem Kessel wird mit Hilfe einer Vakuum-

stäubungsdüse abgenommen. pumpe 6 und eines Dampfstrahlers 7 ein Vakuum

Bei der erfindungsgemäßen Durchführung des Ver- 65 von insbesondere 5 bis 15 Torr aufrechterhalten. Das fahrens bringt also das Bier, wenn es in den Vaku- Bier wird in dem Kessel S versprüht und verliert daumkessel eintritt, bereits Wärme mit, die zur bei seine Kohlensäure, ohne daß es zu störender Austreibung von Alkohol, Kohlensäure und Wasser- Schaumbildung kommt. Gleichzeitig kühlt es sich da-

bei auf etwa O bis 10° C ab, so daß bei diesem ersten Arbeitsgang etwa ein Drittel bis ein Fünftel der für die Verdampfung von Alkohol-Wasser-Gemisch erforderlichen Energie zugeführt werden. Das zum Teil entgeistete Bier sammelt sich am Boden 8 des Vakuumgefäßes 5 und fließt durch eine Falleitung 9 zu einem 10 m tiefer liegenden, zunächst unter Wasserverschluß stehenden isobarometrischen Fallgefäß 10. Von dort wird es durch eine Pumpe 11 durch einen Wärmeaustauscher 12 zur erneuten Aufheizung auf bis zu 40° C geführt und gelangt über einen Stutzen

14 in einen Rieselringraum 13, der im Inneren des senkrecht stehenden Vakuumgefäßes angeordnet ist. Im Vakuumgefäß 5 fließt das Bier aus dem Rieselringraum 13 heraus und an der Zylinderinnenwand

15 herab, kühlt sich dabei wieder auf etwa 0 bis 10° C ab und verliert erneut einen Teil seines Alkohol- und Wassergehaltes. Dieser Kreislauf wird so lange fortgesetzt, bis der gewünschte Grad der Entalkoholisierung erreicht ist. Von dann ab wird am Fallgefäß 10 über die Leitung 16 in dem Maß entalkoholisiertes Bier entnommen, wie durch die Düse 4 normales Bier in das Vakuumgefäß 5 eingespeist wird. Der Durchsatz der ganzen Anlage richtet sich naturgemäß nach den angewendeten Temperatüren. Ebenso hängt das Verhältnis Durchsatz durch die Düse 4 zu Durchsatz durch den Rieselringraum 13 von den jeweils angewendeten Temperaturen in den beiden Wärmeaustauschern 3, 12 ab.

Das bei der beschriebenen Arbeitsweise verdampfende Alkohol-Wasser-Gemisch kann durch geeignete Kondensatoren vor dem Dampfstrahler 7 wiedergewonnen und z. B. zu Trinkbranntwein aufgearbeitet werden. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, auf diese Wiedergewinnung zu verzichten und den Alkohol zusammen mit dem Kondensat des Dampf Strahlers 7 in die Abwasserleitung abzuführen. Dies ist in der schematisch gezeigten Einrichtung der Zeichnung vorgesehen. Das mittels des Dampfstrahlers? aus dem Vakuumgefäß abgesaugte Gemisch aus Wasser- und Alkoholdampf wird zusammen mit dem Betriebsdampf des Dampfstrahlers, der über die Leitung 17 zugeführt worden ist, über eine Leitung 18 zu einem Kondensator 19 geleitet, dem Kühlwasser über eine absperrbare Leitung 20 zufließt. Das Kondensat wird über eine Falleitung 22 dem Flüssigkeitsschloß eines Wasserfallgefäßes 23 zugeführt, von dem aus es über eine Leitung 24 abgeführt wird. Das Wasserfallgefäß liegt 10 m unter dem Kondensator 19. Mittels der bereits obenerwähnten Vakuumluftpumpe 6 wird das Vorvakuum vor dem Einschalten des Dampfstrahlers 7 erzeugt.

Im Ausführungsbeispiel sind das Bierfallgefäß 10 und das Wasserfallgefäß 23 vorgesehen, um die Flüssigkeiten, die in dem Vakuumgefäß 5 bzw. dem Kondensator 19 anfallen, auf atmosphärischen Druck zu schleusen. Statt dessen könnten auch Pumpen vorgesehen werden.

Zur Vermeidung von Oxydationsvorgängen wird die Entalkoholisierung des Bieres in Anwesenheit von lebender Hefe in dem Bier durchgeführt. Man kann dabei so vorgehen, daß die Hefe dem Bier erst nach der Zerstäubung zugesetzt wird und dann die weitere Vakuumbehandlung macht. Das zu entalkoholisierende Bier kann aber auch ein Jungbier sein, das die Hefe in den Prozeß mitbringt.

Durch diese Maßnahme wird — wie schon erwähnt — vermieden, daß Oxydationsprozesse durch Sauerstoffspuren auftreten. Außerdem werden durch die gleichzeitig stattfindende Endvergärung der restlichen Extraktstoffe Reduktionsreaktionen durchgeführt. Hierbei entstehende, geruchsstörende Stoffwechselprodukte der Gärung werden wegen des herrschenden Vakuums sofort wieder entfernt.

Das am Fallgefäß entnommene, kohlensäurefreie und mehr oder weniger entalkoholisierte Bier muß zunächst mit Wasser wieder auf etwa 95% des anfänglichen Volumens zurückgeführt werden, um zu einem Getränk zu kommen, das die nichtflüchtigen Extraktstoffe in der gleichen Konzentration enthält wie das Bier. Vorzugsweise dient zur Rückverdünnung des entalkoholisierten Destillationsrückstandes ein Hopfenabsud mit Wasser oder Würze.

Schließlich muß das rückverdünnte und alkoholarme Bier wieder karbonisiert werden. Dies kann dadurch geschehen, daß es mit Gärungskohlensäure imprägniert wird. Man kann aber auch so vorgehen, daß das rückverdünnte Bier mit so viel Würze aufgekräust wird, daß bei der stattfindenden Nachgärung der gewünschte Gehalt an Kohlensäure wieder erreicht wird, wobei selbstverständlich zu berücksichtigen ist, daß der Würzezusatz nur so hoch sein darf, daß durch die Nachgärung nicht erneut eine größere Menge Alkohol gebildet wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von alkoholarmem bzw. alkoholfreiem Bier, bei dem ein auf bekannte Weise hergestelltes Bier zwecks Austreibung eines mehr oder minder großen Teils seines Alkoholgehaltes einer Verdampfung im Vakuum unterworfen und der resultierende Rückstand rückverschnitten und mit Kohlensäure imprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu entalkoholisierende Bier vor dem Eintritt in den Vakuumprozeß unter Druck auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher liegt als die Temperatur des Bieres im Vakuumkessel, daß dieses Bier dann einer Zerstäubungsverdampfung unter Vakuum unterworfen wird, daß das resultierende entgaste und teilentgeistete Bier aus dem Vakuumkessel abgezogen, erneut erwärmt und in den Vakuumkessel rückgeführt und dabei einer Dünnschichtverdampfung unterworfen wird, wobei diese zweite Erwärmung, zusammen mit der Dünnschichtverdampfung, als Kreislaufprozeß durchgeführt wird, bis das Bier mindestens auf 85 bis 90%, vorzugsweise auf 70 bis 80 % seines Ausgangsvolumens eingeengt ist, wonach kontinuierlich die dem zugeführten Bier äquivalente Menge an alkoholarmem Destillationsrückstand ständig abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum während des Zerstäubungsprozesses und der Dünnschichtverdampfung zwischen 5 und etwa 30 Torr gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entalkoholisierung des Bieres bei Anwesenheit von lebender Hefe in dem Bier durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefe dem Bier erst nach der Zerstäubung zugesetzt wird und dann die weitere Vakuumbehandlung mitmacht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu entalkoholisierende Bier ein Jungbier ist, das die Hefe in den Prozeß mitbringt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückverdünnung des entalkoholisierten Destillationsrückstandes ein Hopfenabsud mit Wasser oder Würze dient.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das entalkoholisierte und rückverdünnte Bier aufgekräust wird.

8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Vakuumgefäß (5) eine von einer Bierpumpe (2) über eine Erhitzungseinrichtung (3)

gespeiste Sprühdüse (4) mündet und daß ein am Boden (8) des Gefäßes vorgesehener Ablaufstutzen über eine Leitung (9) mit einem 10 m unter ihm angeordneten Fallgefäß (10) verbunden ist, das an seinem unteren Ende über eine Pumpe (11) mit einem Wärmeaustauscher (12) in Verbindung steht, der bierseitig an einen auf der Innenwand des Vakuumgefäß angeordneten Rieselring (13) angeschlossen ist und an seine» oberen Ende einen Ablauf für das entalkoholisierte Bier besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 114 744, 733 233;
USA.-Patentschriften Nr. 1277 931, 1 286 315.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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