DE19747106C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen und atmosphärischen Kochen der Würze bei der Bierherstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen und atmo­ sphärischen Kochen der Würze bei der Bierherstellung.

Bekannterweise wird als ein Schritt bei der Herstellung von Bier die Würze, die im Läuterprozeß gewonnen wird, aufgeheizt und gekocht. Dabei wird ihr in irgendeiner Form der Hopfen zugegeben. Diese Maßnahmen bezwecken einmal das Verdamp­ fen des überschüssigen Wassers zur Erzielung der gewünschten Würzekonzentrati­ on, die Zerstörung der Enzyme und eine Sterilisierung der Würze sowie eine mög­ lichst vollkommene Ausscheidung der Eiweißstoffe und schließlich soll auch die Lö­ sung der Hopfenbestandteile, vor allem der Bitterstoffe, in der Würze bewirkt werden. Die beim Kochvorgang ablaufenden chemischen Prozesse sind vielfältiger Natur und beeinflussen letztlich die Qualität und den Geschmack des Bieres entscheidend. So ist z. B. auch bekannt, daß es wünschenswert ist, den vom Malz stammenden Dime­ thylsulfidprecursor in freies DMS (Dimethylsulfid) umzuwandeln und beim Kochvor­ gang dann auszutreiben, weil DMS in größeren Mengen dem Bier einen unerwünsch­ ten Geruch und Geschmack verleihen kann.

Die Würzekochung gliedert sich in eine Aufheizphase und eine eigentliche Kochpha­ se. Die Aufheizphase kann einen unterschiedlichen Anteil der gesamten Kochzeit ausmachen, je nachdem, ob die Würze schon vorerhitzt aus einem Vorlaufgefäß entnommen wird oder aber erst von der Temperatur im Läuterbottich auf die Kochtemperatur erhitzt werden muß.

Bisher hat man üblicherweise bei diesem Kochprozeß für die Aufheizphase einen bestimmten Druck bzw. eine bestimmte Temperatur für das Heizmedium, z. B. Heizdampf bzw. Heißwasser, vorgegeben. Für die Kochphase wurde dann entweder mit der gleichen Heizmitteltemperatur/Druck konstant gearbeitet, oder es wurde mit leicht reduzierter Energiezufuhr gekocht, solange bis sich die gewünschten chemi­ schen Prozesse abgespielt haben. Die Dauer und die Temperatur/bzw. Druck des Heizmediums richteten sich im Wesentlichen nach Erfahrungswerten in der Brauerei. Häufig wurde auch über die gesamte Zeit, also Aufheizphase und eigentliche Koch­ phase mit konstanter Heizmitteltemperatur/Druck gearbeitet.

Bekannt war es auch schon, über einen bestimmten Zeitraum das Heizmedium ab­ zuschalten und die Würze sich ohne Zufuhr von Energie selbst zu überlassen (Heißhaltephase) und danach wieder mit der zuvor gewählten Heizmitteltemperatur fortzufahren.

Diese Vorgehensweise hatte es jedoch nicht erlaubt, den individuellen Anforderun­ gen der verschiedenen im Kochprozeß ablaufenden chemischen Reaktionen aus­ reichend in einfacher Weise Rechnung zu tragen. Eine mehr oder weniger pauschal nach Erfahrungswerten eingestellte konstant gehaltene Heizmitteltemperatur/Druck kann nicht in optimaler Weise die für die Qualität der Würze und damit letztlich des Bieres ausschlaggebenden Prozesse berücksichtigen.

Aus der DD-PS-260285 ist es außerdem bekannt, bei der Bierwürzekochung unter Überdruck, also bei der Druckkochung, zur Erreichung eines gewünschten Drucks und einer gewünschten Temperatur im Würzekochgefäß die Heizdampfzufuhr oder die Kondensatableitung oder den Dampfdruck zu verändern.

Dieses Verfahren befaßt sich anders als die vorstehende Anmeldung aber mit der Druckkochung.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die es erlauben, eine bessere Würzequalität bei der atmosphärischen Kochung zu erhalten.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäß vorausgesetzten Verfahren dadurch, daß für die Leistung der Umwälzpumpe und für wenigstens einen weiteren die Heizleistung des Würzekochers während des Aufheiz- und/oder Kochprozesses beeinflussender Parameter eine Sollwertprofilkurve erstellt und festgehalten wird, daß dann während des Aufheiz- und/oder Kochprozesses die jeweiligen Istwerte dieser Parameter kontinuierlich oder in kleinen Zeitabständen erfaßt und mit den zugeordne­ ten Sollwerten verglichen werden und daß dann der Aufheiz- und/oder Kochprozeß so gefahren wird, daß die Istwerte den Sollwertprofilkurven im wesentlichen folgen.

Mit diesen Merkmalen ist eine den individuellen Anforderungen gerecht werdende Verfahrensführung möglich, da für jeden Zeitpunkt der Würzevorerhitzung und Wür­ zekochung die geeignete Temperatur/Druck des Heizmediums individuell vorgege­ ben werden kann, d. h. individuell die Energiezufuhr und damit die Heizleistung des Würzekochers vorgegeben werden kann. Die so erstellte Sollwertprofilkurve kann in einem Prozeßrechner abgelegt werden und dient dann zur Steuerung und Regelung der Energiezufuhr für den Würzeaufheiz- und Kochprozeß. Während des Aufheizens und Kochens werden die entsprechenden Parameter gemessen und dann der Auf­ heiz- und/oder Kochprozeß entsprechend der Sollwertprofilkurve gefahren.

Dabei ist bei der atmosphärischen Kochung die Würzetemperatur beim eigentlichen Kochvorgang konstant, es ändert sich jedoch die durch die individuelle Vorgebemög­ lichkeit in den einzelnen Phasen zugeführte Energie (Heizleistung des Würzeko­ chers) so daß insbesondere die Verdampfungsrate der Würze je nach dem ob mehr oder weniger Energie zugeführt wird, beeinflußt werden kann. Damit können für die einzelnen Phasen jeweils ablaufende chemische Prozesse individuell beeinflußt werden was die Würzequalität verbessert.

Als Parameter eignen sich alle diejenigen Größen, die die Heizleistung des Würzeko­ chers und damit die Energiezufuhr zur Würze beeinflussen. Bei einer Würzepfanne mit Innenkocher oder Außenkocher kann dies die Heißwassertemperatur des Innen- oder Außenkochers sein, es kann aber auch die Dampftemperatur oder der Dampf­ druck des Heizdampfes sein, mit dem die Kocher - dabei kann es sich auch um Kombinationen von Kochern (zwei Außenkocher, Innenkocher und Außenkocher usw.; als Heizmedium kann auch Brüdendampf in Frage kommen) - beheizt werden. Auch die Dampftemperatur und der Dampfdruck beeinflussen die Heizleistung des Würzekochers.

Während der Aufheizphase, in der sich die Temperatur der Würze ändert, kann auch die Temperatur der Würze selbst als Parameter gemessen werden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Temperatur in der Würzepfanne während der Aufheiz­ phase nicht unbedingt homogen verteilt ist, so daß in diesem Fall eine charakteristi­ sche Würzetemperatur ermittelt werden sollte. Dies kann z. B. durch Temperaturmes­ sung an verschiedenen Stellen der Würzepfanne und nachfolgende Ermittlung eines Durchschnittswertes stattfinden. Natürlich kann es aber auch ausreichen, nur einen Temperaturwert zu messen.

Erfindungsgemäß wird auch die Leistung der Umwälzpumpe in einer Sollwertprofil­ kurve vorgegeben. Die Leistung der Umwälzpumpe, die während des Aufheiz- und Kochvorgangs zumindest zeitweise eingeschaltet wird, um die Würze umzupumpen, bestimmt den Energieeintrag pro Zeiteinheit auf die Würze. Grundsätzlich ist das Umpumpen der Würze bereits bekannt, wie z. B. aus dem deutschen Gebrauchsmu­ ster DE-U-29 609 642 hervorgeht.

Die erfindungsgemäße Verfahrensführung ermöglicht eine individuelle Anpassung in den einzelnen Phasen der Würzekochung an die jeweils ablaufenden chemischen Prozesse. So kann es z. B. vorteilhaft sein, etwa im Bereich des letzten Drittels der Kochzeit eine Phase mit gegenüber den vorhergehenden Sollwerten deutlich erhöh­ ten Heizmittelsollwerten vorzusehen, mit anderen Worten im letzten Drittel des Koch­ prozesses die Heizmitteltemperatur (Dampf, Wasser) noch einmal deutlich anzuhe­ ben und/oder die Leistung der Umwälzpumpe entsprechend anzupassen. Durch eine solche Verfahrensführung ist es dann möglich, in der Endphase der Kochung insbesondere das Dimethylsulfid (DMS) auszutreiben, um somit die Qualität der Wür­ ze zu erhöhen.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist im Anspruch 7 beschrieben.

Mit diesen Maßnahmen wird dem Brauer eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, in der er individuell für den gesamten Aufheiz- bzw. Kochvorgang die jeweils angestreb­ te Heizleistung des Würzekochers und Leistung der Umwälzpumpe in einen Speicher vorgeben kann, so daß dann beim eigentlichen Aufheiz- und/oder Kochvorgang die Anlage nach diesen abgespeicherten Daten gefahren wird. Vorzugsweise ist die Ein­ gabemöglichkeit so beschaffen, daß für sehr kleine Zeitabstände, beispielsweise Abstände von 2 bis 3 Minuten, jeweils ein gewünschter Wert vorgegeben werden kann und sich so nach und nach die Kurve erstellen läßt. Ein typischer Auf­ heiz- und/oder Kochprozeß dauert zwischen 60 und 120 Minuten. Über den gesamten Zeit­ raum kann dann für kleine Abschnitte individuell ein geeigneter Parameter für die Heizleistung und die Leistung der Umwälzpumpe vorgegeben werden.

Entsprechende Sensoren sind vorgesehen, die die Werte der jeweils gewünschten Parameter messen (z. B. die Heißwassertemperatur, die Dampftemperatur oder den Dampfdruck). Auch die Drehzahl der die Würze umwälzenden Pumpe wird wie erläu­ tert vorgegeben und dann entsprechend gesteuert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anlage und

Fig. 2 ein Diagramm, das einen erfindungsgemäßen Aufheiz- und Kochpro­ zeß mit einer erfindungsgemäßen Verfahrensführung darstellt.

In Fig. 1 ist mit 1 eine herkömmliche Würzepfanne bezeichnet, wie sie im Braupro­ zeß beim Brauen von Bier zum atmosphärischen Kochen der Würze eingesetzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Würzepfanne 1 mit einem Röhreninnen­ kocher 2 ausgestattet, der zum Erhitzen und Kochen der Würze dient. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen auch auf Würzepfannen mit Außenkochern oder auch auf kombinierte Whirlpool und Würzepfannen anwendbar.

Der Innenkocher weist einzelne Röhren 15 auf, durch die das Heizmedium über die Zuleitung 16, z. B. Heizdampf, zugeführt wird. An die Dampfleitung 16 ist ein Sensor 8 angeschlossen, der entweder die Dampftemperatur oder den Dampfdruck oder bei­ des erfassen kann. Der Sensor gibt über eine Leitung 9 sein Signal an eine Steuer­ einrichtung 11, die beispielsweise ein Prozeßrechner sein kann, ab. Die Steuerein­ richtung 11 weist eine Eingabetastatur 10 auf, deren Funktion unten noch erläutert wird.

Die Steuereinrichtung ist u. a. über eine Steuersignalleitung 12 an die vorzugsweise frequenzgeregelte Entnahmepumpe 4 angeschlossen. Die Entnahmepumpe kann über die Entnahmeleitung 3 Würze 17 aus der Würzepfanne während und nach dem Kochprozeß entnehmen. Die Pumpe 4 fördert die Würze entweder über das Ablauf­ ventil 5 in einen nachgeschalteten Heißtrubabscheider (z. B. Whirlpool) oder aber über das Rücklaufventil 7 zurück in die Würzepfanne 1, je nachdem welches der bei­ den Ventile 5, 7 geöffnet ist.

Zusätzlich wird die Temperatur der Würze 17 in der Würzepfanne 1 auch noch über einen Temperatursensor 18 gemessen, was insbesondere während des Aufheizens von Bedeutung ist. Das Meßsignal kann über eine Leitung 13 ebenfalls in die Steu­ ereinrichtung 11 gegeben und dort verarbeitet werden.

Die Steuereinrichtung 11 ist so aufgebaut, daß es möglich ist, in der Steuereinrich­ tung 11 über die Eingabeeinheit 10 Sollwertprofilkurven zu hinterlegen, nach dem die Heizleistung des Würzekochers und die Pumpleistung der Umwälzpumpe während der Aufheiz- und/oder Kochprozeß gefahren werden soll.

Die Sollwertprofilkurve gibt Parameter für Sollwerte an, die die Heizleistung des Ko­ chers während des Aufheiz- und Kochprozesses widerspiegeln. Solche Parameter sind z. B. der Dampfdruck oder die Dampftemperatur des Heizdampfes, mit dem der Kocher 2 beheizt wird. Auch die Heißwassertemperatur des Kochers kann dafür her­ angezogen werden. Generell eignen sich alle Parameter, die Einfluß auf den Ener­ gieeintrag in die Würze in der Würzepfanne haben.

Der Brauer kann nun über die Eingabeeinheit 10 einen bestimmten Verlauf des ent­ sprechenden Sollwertes als Sollwertprofilkurve vorgeben. In dem Ausführungsbei­ spiel der Fig. 2 ist die Sollwertprofilkurve als durchgezogene schwarze Linie darge­ stellt. In dem konkreten, einer tatsächlich durchgeführten Messung entsprechenden Beispiel spiegelt die Sollwertprofilkurve den Dampfdruck bzw. die Dampftemperatur des Heizdampfes, mit dem der Innenkocher beheizt ist, wieder. Der erste Bereich in dem Diagramm bis zu der gestrichelten Vertikallinie stellt dabei die Aufheizphase dar. Der eigentliche Kochvorgang findet rechts von der gestrichelten Vertikallinie statt. Die Abszisse links gibt die Heizmitteltemperatur T wieder, während die Koordinate die Zeitachse t darstellt. Auf der rechten Abszisse ist die Pumpenleistung der Um­ wälz-(Entnahme)pumpe (s. Bezugszeichen 4 in Fig. 1) mit aufgetragen. Das Diagramm der Sollwertvorgabe für die Pumpenleistung ist strichpunktiert eingezeichnet.

Der Brauer gibt nun also eine Sollwertprofilkurve z. B. für die Heizmitteltemperatur entsprechend der durchgezogenen Linie vor. Dabei kann er individuell den Kochvor­ gang in einzelne Zeitabschnitte unterteilen. Die einzelnen Zeitsegmente sind links auf der Zeitachse mit kleinen Strichen dargestellt. Typische Zeitabstände können ein oder zwei Minuten betragen. Für jeden dieser Zeitabstände kann der Brauer einen bestimmten Wert vorgeben, so daß sich insgesamt dann die durchgezogene Kurve darstellt. Insbesondere ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im letzten Drittel eine stufenweise Anhebung der Dampftemperatur (Druck) zu sehen. Auch die Pum­ penleistung wird im letzten Drittel angehoben. Mit dieser Art der Verfahrensführung kann insbesondere wirkungsvoll am Ende des Kochvorganges Dimethylsulfid (DMS) ausgetrieben werden.

Diese Sollwertkurven werden nun in der Steuereinrichtung 11 abgespeichert. Für den aktuellen Aufheiz- und Kochvorgang holt sich nun die Steuereinrichtung 11 die Daten aus der Sollwertkurve als Sollwert und vergleicht sie mit aktuellen, im Laufe des Kochvorgangs gemessenen Werten, z. B. den Meßsignalen des Sensors 8 der Fig. 1. Der so gemessene Istwert z. B. des Dampfdruckes ist in Fig. 2 punktiert darge­ stellt. Die Steuereinrichtung gibt nun entsprechende Stellsignale, beispielsweise über die Leitung 19 an ein nicht näher gezeigtes Stellglied, das den Dampfdruck für den Kocher 2 beeinflussen kann, oder aber wenn die Sollwertvorgabe die Dampftempera­ tur widerspiegelt, über die Leitung 20 entsprechende Signale an den Dampftempe­ raturregler (ebenfalls nicht dargestellt) ab, so daß der gemessene Istwert möglichst nahe dem vorgegebenen Sollwertprofil folgt. Natürlich können bestimmte Schwan­ kungen und Toleranzbereiche zugelassen werden, in denen ohne nachzuregeln der Istwert vom Sollwert abweichen darf.

Auch wird abhängig von einem gewünschten ebenfalls abgespeicherten Profil die Pumpenleistung der vorzugsweise frequenzgeregelten Umwälz-Entnahmepumpe 4 geregelt, wobei die Pumpe dabei ihre Signale über die Steuerleitung 12 empfängt. Beim Umpumpen ist das Entnahmeventil 5 geschlossen und das Rücklaufventil ge­ öffnet. Entsprechend der strichpunktiert dargestellten Kurve variiert nun die Pumpen­ leistung, was ebenfalls Einfluß auf den Würzekochvorgang haben kann. Insbeson­ dere ist erkennbar, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel im letzten Drittel die Pumpenleistung noch einmal stark angehoben wird, so daß möglichst viel Würze umgewälzt wird. Die umgewälzte Würze strömt bekanntermaßen gegen den Umlenk­ schirm 14, so daß sich ein Fächer ausbildet und sich eine hohe Ausdampffläche ergibt. Gerade im Bereich des letzten Drittels des Kochvorgangs ist dies von Vorteil.

Die erfindungsgemäße Verfahrensführung ermöglicht es dem Brauer, individuell für einen Brauvorgang abhängig vom Biertyp vom zu verarbeitenden Malz, vom Hopfen und dergl. mehr ganz individuell den Würzekochvorgang durch Beeinflussung ent­ sprechender Parameter zu wählen, so daß eine sehr feine und individuelle Führung des Aufheiz- und/oder Kochvorganges und daher eine Optimierung der Würzequali­ tät erzielt wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Aufheizen und atmosphärischen Kochen der Würze bei der Bier­ herstellung, bei dem die Würze in einem Gefäß, vorzugsweise einer Würzepfanne, über eine bestimmte Zeit unter wenigstens zeitweiser Umwälzung mittels einer Um­ wälzpumpe aufgeheizt und gekocht wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Leistung der Umwälzpumpe und für wenigstens einen weiteren die Heizlei­ stung des Würzekochers während des Aufheiz- und/oder Kochprozesses beeinflus­ sender Parameter eine Sollwertprofilkurve erstellt und festgehalten wird, dann wäh­ rend des Aufheiz- und/oder Kochprozesses die jeweiligen Istwerte dieser Parameter kontinuierlich oder in kleinen Zeitabständen erfaßt und mit den zugeordneten Soll­ werten verglichen werden und daß dann der Aufheiz- und/oder Kochprozeß so ge­ fahren wird, daß die Istwerte den Sollwertprofilkurven im wesentlichen folgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sollwertprofilkurve die Dampftemperatur oder den Dampfdruck des Heizdamp­ fes des Würzekochers wiedergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sollwertprofilkurve die Heißwassertemperatur des Würzekochers wiedergibt.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheizphase die Sollwertprofilkurve die an einer oder mehreren Stellen gewünschte Temperatur der Würze wiedergibt.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Heizleistung des Würzekochers beeinflussenden Sollwertprofilkurve etwa im Bereich des letzten Drittels der Kochzeit eine Phase mit gegenüber dem vorher­ gehenden Sollwert deutlich erhöhtem Sollwert vorgesehen ist.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertprofilkurve in einzelne Zeitabschnitte unterteilt ist, wobei jeweils ein Zeit­ abschnitt bevorzugt 1 bis 3 Minuten entspricht.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem mit einer Heizeinrichtung zusammenarbeitenden Behälter zur Aufheizung und zur atmosphärischen Kochung der Würze und mit einer Steuerein­ richtung zur Steuerung dieser Vorgänge, gekennzeichnet durch
eine Eingabeeinheit (10) für die Steuereinrichtung (11), über die wenigstens eine Sollwertprofilkurve wenigstens eines die Heizleistung des Würzekochers während des Aufheiz- und/oder Kochprozesses beeinflussenden Parameters und eine die Leistung der Umwälzpumpe vorgebende Sollwertprofilkurve eingebbar ist;
einen Speicher zum Abspeichern der Sollwertprofilkurven;
wenigstens einen Sensor (8; 18) zur Messung des Istwertes des die Heizleistung des Würzekochers beeinflussenden Parameters und
eine Vergleichereinrichtung (11) zum Vergleichen von Soll- und Istwert und zur Aus­ gabe eines Steuersignals (19; 20; 12) über die Heizleistung des Würzekochers ab­ hängig von der Differenz zwischen Soll- und Istwert beeinflußt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein die Heißwassertemperatur des Würzekochers messender Sensor ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) ein den Dampfdruck oder die Dampftemperatur des Heizdampfes des Würzekochers messender Sensor ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11) die Drehzahl einer die Würze umwälzenden Pumpe (4) beeinflußt.