DE202007003338U1 - High temperature wort boiling device for use in beer brewing process, comprises a pressure valve or flap for pressure relief integrated in a vapor escape tube and a heat exchanger mounted at vapor escape of the device for energy recovery - Google Patents

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Abstract

The high temperature wort boiling device for use in beer brewing process, comprises a pressure valve or flap, a heat exchanger mounted at vapor escape of the device for energy recovery, a vapor condenser mounted at the vapor escape, which is connected with the device by piping to hold the temperature constantly and to regulate the temperature of the wort at a heat retaining stage. The wort is supplied into the device in charge wise- and discontinuous manner and is heated in high temperature. The high temperature wort boiling device for use in beer brewing process, comprises a pressure valve or flap, a heat exchanger mounted at vapor escape of the device for energy recovery, a vapor condenser mounted at the vapor escape, which is connected with the device by piping to hold the temperature constantly and to regulate the temperature of the wort at a heat retaining stage. The wort is supplied into the device in charge wise- and discontinuous manner and is heated in high temperature. The pressure in the device is continuously relaxed to achieve evaporation and to completely remove the unwanted substances. The pressure valve or flap is integrated in a vapor escape tube, in which the pressure in the pan is relaxed in fewer steps. The steam emerging during the relaxation is led away by the tube. The device is designed for an over pressure of up to 7 bar and is exchangeable with the geometry of a conventional wort pan. The device is isolated against thermal radiation. The pressure valve or flap for pressure reduction is connected with a drive unit, by which the speed of the pressure reduction and steam mass flow is controlled individually.

Description

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur diskontinuierlichen Hochtemperaturkochung von Bierwürze (Batch-Verfahren). Durch das der Vorrichtung zugrunde liegende Verfahren ist es in Kombination mit der Vorrichtung möglich, die Vorteile einer Hochtemperaturwürzekochung zu nutzen, ohne hierbei Einbußen in der Qualität der Ausdampfung hinnehmen zu müssen.The An innovation relates to a device for discontinuous high-temperature cooking of beer wort (Batch process). By the method underlying the device it is possible in combination with the device, the benefits of a high-temperature wort boiling to use without sacrificing in quality to have to accept the evaporation.

Alle Ausführungen der früher häufig angewandte Hochtemperaturwürzekochung [1, 2] haben gemein, dass die Kochung kontinuierlich durch eine Entspannung der vorher aufgeheizten Würze erfolgt. Hierzu wird die abgeläuterte Würze auf Temperaturen von bis zu 150°C erhitzt und meist in einem Rohrleitungssystem für unterschiedliche Zeitintervalle auf dieser Temperatur gehalten. Durch die hohen Temperaturen kommt es zu einer deutlichen Beschleunigung des Ablaufs kinetischer Vorgänge, wie beispielsweise der Eiweißkoagulation oder der Isomerisierung. Dies stellt den eigentlichen Vorteil dieses Systems dar. Im Gegensatz zur einfachen atmosphärischen Kochung bei Temperaturen um 100 °C werden nur noch Heißhaltezeiten von unter 10 min., abhängig von der Höhe der Temperatur, benötigt um ein ausreichendes Ablaufen dieser Vorgänge zu gewährleisten. Daraufhin wird die Würze in einen Entspannungsbehälter entspannt, wodurch es zur Verdampfung von Wasser und Aromastoffen kommt. Bei der kontinuierlichen Hochtemperaturwürzekochung werden meist mehrere Entspannungsstufen hintereinander geschaltet. So wird die Würze in einer ersten Stufe beispielsweise auf 130 °C erhitzt und nach einer gewissen Zeit in ein Gefäß auf ca. 120 °C entspannt, ehe sie nach einer erneuten Heißhaltezeit bei 120 °C in ein weiteres Gefäß auf rund 100 °C entspannt wird. Im Anschluss an diesen Vorgang erfolgt die weitere Würzebehandlung in der Regel wieder auf herkömmlichen Weg [2].All versions the sooner often applied high temperature wort boiling [1, 2] have in common that the cooking is continuous by a relaxation the previously heated seasoning he follows. This is the refurbished Spice up Temperatures of up to 150 ° C heated and usually in a piping system for different time intervals kept at this temperature. Due to the high temperatures comes it leads to a significant acceleration of the course of kinetic processes, such as for example, protein coagulation or isomerization. This represents the real advantage of this system In contrast to simple atmospheric cooking at temperatures around 100 ° C are only holding times of less than 10 min., depending from the height the temperature, needed to ensure that these processes run smoothly. Then the Seasoning in a relaxation tank relaxes, causing it to evaporate water and flavorings comes. In the continuous Hochtemperaturwürzekochung are usually several Relaxation levels connected in series. So is the seasoning in one first stage, for example, heated to 130 ° C and after a certain Time in a vessel at approx. 120 ° C relaxed, before after a new holding time at 120 ° C in another vessel on round 100 ° C relaxed becomes. Following this process, the further wort treatment takes place usually back to conventional Way [2].

Aufgrund der mit den hohen Temperaturen einhergehenden thermischen Belastung kann es zu stark negativen geschmacklichen Veränderungen der resultierenden Würzen bzw. Biere kommen, soweit die hierfür verantwortlichen Aromastoffe nicht in ausreichendem Maße wieder aus der Würze ausgedampft werden. Da die Ausdampfung bei der Hochtemperaturwürzekochung durch eine Entspannungsverdampfung erfolgt und somit nicht in ausreichendem Maße abläuft, kommt es je nach Temperatur und Heißhaltezeit zu einer mehr oder minder stark ausgeprägten geschmacklichen Verschlechterung. Deshalb wird diese Form der Hochtemperaturwürzekochung heutzutage im Braubereich nur noch selten angewandt.by virtue of the associated with the high temperatures thermal stress can There are too strong negative changes in the taste of the resulting taste Spice up or beers come, as far as the responsible flavoring substances not enough again from the wort be evaporated. As the evaporation in the high-temperature wort boiling by a flash evaporation and thus not in sufficient Dimensions expire, comes depending on the temperature and holding time to a more or less pronounced deterioration in taste. Therefore, this form of high-temperature wort boiling nowadays in brewing only rarely used.

Der Grund, warum es bei dieser Form der Kochung nicht gelingt, unerwünschte Stoffe in genügendem Maße wieder auszutreiben, ist in der Form der durchgeführten Verdampfung zu suchen. Grundsätzlich ist zu sagen, dass eine Verdampfung durch Entspannung immer eine schlechtere Austreibung flüchtiger Stoffe bedingt, als eine einfache offene Kochung durch Wärmezufuhr [3–5]. Die Größe dieser Verschlechterung steigt hierbei mit steigenden Temperaturdifferenzen der Würze vor und nach der Entspannung stark an [6, 7]. Durch die hohen Temperaturdifferenzen der einzelnen Temperaturstufen ist die Abweichung der Entspannungsverdampfung zur einfachen offenen Kochung durch Wärmezufuhr groß. Bei einer Temperaturdifferenz von 35 °C ergibt sich für den Aromastoff Dimethylsulfid beispielsweise eine Verschlechterung der Anreicherung im entweichenden Dampf und somit der Austreibung um 83 %. Dies macht deutlich, wie schlecht die Ausdampfung bei der herkömmlichen Hochtemperaturwürzekochung ist.Of the Reason why it does not succeed in this form of cooking, unwanted substances in enough Dimensions again to drive off, is to look in the form of evaporation carried out. in principle is to say that evaporation through relaxation is always one worse expulsion fleeting Substances conditioned, as a simple open cooking by heat [3-5]. The size of this deterioration increases here with increasing temperature differences of the wort and strongly after relaxation [6, 7]. Due to the high temperature differences the individual temperature levels is the deviation of the flash evaporation great for easy open cooking by supplying heat. At a Temperature difference of 35 ° C arises for the flavoring agent dimethylsulfide, for example, a deterioration the accumulation in the escaping steam and thus the expulsion by 83%. This makes it clear how bad the evaporation in the usual High temperature wort boiling is.

Erfindungsgemäß wurde nun Folgendes festgestellt:
Wird die Hochtemperaturwürzekochung in einem Batch-Prozess durchgeführt, können die oft erwähnten geschmacklichen Beeinträchtigungen dieser Kochart vollkommen ausgeschaltet werden. Hierzu muss die Würze zuerst in einer Vorrichtung, welche dem entstehenden Überdruck standhält, auf die notwendige Temperatur gebracht werden. Der Aggregatszustand der Würze in der Vorrichtung bleibt hierbei flüssig. Nach einer gewünschten Heißhaltephase muss die zweite Temperaturstufe durch eine kontinuierliche und nicht durch eine schlagartige Reduktion des Druckes erreicht werden. Je nach Anzahl der gewählten Temperaturstufen, würde sich dieser Vorgang wiederholen, wobei die für die kinetischen Vorgänge benötigte Heißhaltungszeit bei den einzelnen Temperaturstufen individuell gewählt und gesteuert werden kann.According to the invention, the following has now been found:
If the high-temperature wort boiling is carried out in a batch process, the often mentioned taste impairments of this type of cooking can be completely eliminated. For this purpose, the wort must first be brought to the necessary temperature in a device which withstands the resulting overpressure. The state of aggregation of the wort in the device remains liquid. After a desired hot-holding phase, the second temperature stage must be achieved by a continuous and not by a sudden reduction of the pressure. Depending on the number of selected temperature levels, this process would be repeated, with the required for the kinetic processes holding temperature can be individually selected and controlled at the individual temperature levels.

Dadurch, dass die Entspannung bei diesem System nicht mehr schlagartig verläuft, sondern in infinitesimal kleinen Schritten, entspricht die Abnahme durch die vollzogene Verdampfung mit guter Näherung der einfachen Kochung durch Wärmezufuhr. Somit wird die Austreibung an Aromastoffen deutlich forciert, die immensen Vorteile der höheren Temperaturen auf kinetische Vorgänge bleiben jedoch beibehalten. Durch dieses System kann die Kochzeit auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Durch die somit minimierte Heißhaltezeit wird auch die für Abstrahlverluste einer Sudpfanne aufzubringende Energie reduziert, wodurch sich nicht nur zeitliche, sondern auch energetische Vorteile ergeben.Thereby, that the relaxation in this system is no longer abrupt, but in infinitesimal small steps, the decrease corresponds to the completed evaporation with a good approximation of simple cooking by heat. Consequently The expulsion of aromatic substances is clearly forced, the immense Benefits of the higher Temperatures on kinetic processes however, they are retained. Through this system, the cooking time be reduced to an absolute minimum. By thus minimized Holding time will also be the for Radiation losses of a brewing pan reduced energy, which results in not only temporal, but also energetic advantages result.

Die für dieses Verfahren benötigte Vorrichtung kann in einer günstigen Ausführung aufgrund des Traditionsempfindens eines Brauers und des mit dem Produkt Bier einhergehenden Konsumentenbewusstsein im Aussehen einer herkömmlichen Sudpfanne entsprechen. Prinzipiell ist jedoch auch jede andere Bauform des Behälters möglich.The apparatus required for this process can be designed in a convenient manner due to the traditional feeling of a brewer and the consumer awareness associated with the product beer in the appearance of a conventional brew corresponding pan. In principle, however, any other design of the container is possible.

Aufgrund der Geometrie muss die Pfanne bzw. der Behälter aus einem für hohe Drücke geeignetem Material bestehen und in ihrer Ausführung den Anforderungen für einen Überdruck von bis zu 7 bar entsprechen. Vorzugsweise wird Edelstahl in einer ausreichenden Wandstärke verwendet.by virtue of the geometry of the pan or container from a suitable for high pressures Material and meet in their execution the requirements for an overpressure correspond to up to 7 bar. Preferably, stainless steel is in a sufficient Wall thickness used.

Um die Abstrahlung von Wärme gegenüber der Umgebung so gering wie möglich zu halten, muss die gesamte Vorrichtung nach außen hin isoliert werden. In einer vorteilhaften Ausführung kann dies durch einen Doppelmantel erfolgen, in welchen Isoliermaterial eingebracht wird. Auch das Erzeugen eines Vakuums im Doppelmantel ist denkbar.Around the radiation of heat opposite the Environment as low as possible To hold, the entire device must be isolated to the outside. In an advantageous embodiment this can be done by a double jacket, in which insulating material is introduced. Also creating a vacuum in the double jacket is conceivable.

Der wesentliche Bestandteil der Vorrichtung ist ein Apparat zur kontinuierlichen Entspannung der Würze. In einer vorteilhaften Ausführung ist dieser Apparat in Form eines Ventils gebaut. Dieses muss den Druck in der Pfanne in so kleinen Schritten reduzieren können, dass die Druckabsenkung nicht schlagartig und in kleinen Sprüngen, sondern kontinuierlich erfolgt. Der Ausdampferfolg der Anlage ist maßgeblich hiervon abhängig. Bei geeigneter Ausführung entspricht die Verdampfung dieser kontinuierlichen Entspannung dem Optimum einer einfachen Kochung durch Wärmezufuhr.Of the essential component of the device is a device for continuous Relaxation of the wort. In an advantageous embodiment This device is built in the form of a valve. This must be the Pressure in the pan in such small steps can reduce that the pressure drop not abruptly and in small leaps, but continuously. The Ausdampferfolg the system is authoritative dependent on this. With suitable design the evaporation of this continuous relaxation corresponds to that Optimum ease of cooking by supplying heat.

Das Ventil ist in einer vorteilhaften Ausführung mit einer Steuereinheit verbunden, durch welche die Geschwindigkeit der Druckreduzierung, und somit der Verdampfung, gesteuert werden kann.The Valve is in an advantageous embodiment with a control unit connected by which the speed of pressure reduction, and thus the evaporation, can be controlled.

Die Vorrichtung ist zur Rückgewinnung von Wärme bzw. Energie aus den bei der Entspannung entweichenden Brüden in einer vorteilhaften Ausführung dampfseitig mit einem Wärmetauscher bzw. einem Brüdenverdichter verbunden. Die bei hohen Temperaturen entweichenden Brüden werden dazu genutzt, neue Läuterwürze wieder aufheizen zu können. Darüber hinaus können die bei der Entspannung auf eine weitere Temperaturstufe entstehenden Brüden auch dazu genutzt werden, die Würze in dieser weiteren Temperaturstufe auf der gewollten Temperatur zu halten.The Device is for recovery of heat or energy from the escaping during the expansion vapors in one advantageous embodiment on the steam side with a heat exchanger or a vapor compressor connected. The vapors escaping at high temperatures become used to new läuter wort again to heat up. About that can out the resulting in the relaxation to another temperature level vapors also be used to the seasoning in this further temperature level at the desired temperature to keep.

Die Vorrichtung selbst kann durch die im Braubereich gängigen Kocherarten [8] betrieben werden. Das Aufheizen erfolgt in der Regel durch Innen- oder Außenkocher oder durch eine Mantelbeheizung der Vorrichtung.The The device itself can be used in the brewing range [8] are operated. The heating is usually done by indoor or external boiler or by a jacket heating of the device.

Das der Vorrichtung zugrundeliegende Verfahren kann u.a. wie folgt beschrieben werden:
Nach dem Läutern erfolgt die Gabe des Bitterhopfens und die Würze wird in der Vorrichtung auf eine Temperatur von 130 °C erhitzt. Hierauf wird die Würze für rund 3 min. auf dieser Temperatur gehalten, wodurch es zu den beschriebenen kinetischen Vorgängen kommt. Im Anschluss erfolgt eine kontinuierliche Entspannung auf atmosphärische Bedingungen. Dadurch, dass der Vorgang der Entspannung nicht schlagartig erfolgt, sondern kontinuierlich, benötigt dieser eine gewisse Zeit. Da die Temperaturen in der Würze in dieser Entspannungsphase immer noch hoch sind, wird keine weitere „Rast" benötigt. Im Anschluss an diese Ausdampfung durch kontinuierliche Entspannung erfolgt die Aromahopfengabe. Für das Hopfenaroma sind ebenfalls flüchtige, jedoch erwünschte Aromastoffe verantwortlich. Deswegen empfiehlt sich eine Aromahopfengabe im Anschluss an die eigentliche Verdampfung. Nach einer für Lösungsvorgänge benötigten kurzen Verweilzeit bei atmosphärischen Bedingungen von rund 100 °C erfolgt die weitere Würzebereitung auf herkömmlichen Wege.The method underlying the device may be described, inter alia, as follows:
After refining, the bitterness is given and the wort is heated in the device to a temperature of 130.degree. Then the seasoning for about 3 min. held at this temperature, which leads to the described kinetic processes. This is followed by a continuous relaxation to atmospheric conditions. The fact that the process of relaxation does not happen abruptly, but continuously, this requires a certain amount of time. Since the wort temperatures are still high in this phase of relaxation, no further "rest" is needed, and this is followed by evaporation through continuous relaxation, while the hops aroma is also supplied with volatile but desirable aromas Aroma hops are added after the actual evaporation After a short residence time at atmospheric conditions of around 100 ° C, which is required for solution processes, further wort preparation is carried out in a conventional way.

Durch diese Vorrichtung ist es in Kombination mit dem dazugehörigen Verfahren möglich, die für die Würzekochung benötigte Zeit auf ein Minimum zu reduzieren, wodurch sich neben zeitlichen auch energetische Vorteile ergeben.By this device is in combination with the associated method possible, the for the wort boiling needed Time to a minimum, which in addition to temporal also give energy benefits.

Literatur:Literature:

  • 1. Seaton, J. C.; Forrest, I. S. und Sugett, A.: High temperature wort boilingconsequence to beer flavour. Berichte der Tagung: 18th Congress of the European Brewery Convention (1981), Kopenhagen.1. Seaton, J. C .; Forrest, I.S. and Sugett, A .: High temperature word boilingconsequence to beer flavor. Reports of the session: 18th Congress of the European Brewery Convention (1981), Copenhagen.
  • 2. Narziß, L.: Die Technologie der Würzebereitung, Verlag: Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1985.2. Narcissus, L .: The technology of wort preparation, publishing: Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1985.
  • 3. Sattler, K.: Thermische Trennverfahren, Verlag: VCH, Weinheim, 1995.3. Sattler, K .: Thermal Separation Process, Publisher: VCH, Weinheim, 1995th
  • 4. Mersman, A.; Kind, M. und Stichlmair, J.: Thermische Verfahrenstechnik Grundlagen und Methoden, Verlag: Springer, Berlin, Heidelberg, 2005.4. Mersman, A .; Kind, M. and Stichlmair, J .: Thermal Process Engineering Fundamentals and Methods, Publisher: Springer, Berlin, Heidelberg, 2005.
  • 5. Gmehling, J. und Brehm, A.: Grundoperationen-Lehrbuch der Technischen Chemie, Band 2, Verlag: Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1996.5. Gmehling, J. and Brehm, A .: Basic Operations Textbook of Technical Chemistry, Volume 2, Publisher: Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1996th
  • 6. Hertel, M., et alo.: Die Würzekochung: Ausdampfvorgänge korrekt betrachtet Teil 3: Vergleich gängiger Würzekochsysteme. Brauwelt 147 (2007), S. 90–94.6. Hertel, M., et alo .: Wort boiling: Evaporation processes correct considered Part 3: Comparison of common Wort boiling systems. Brauwelt 147 (2007), p. 90-94.
  • 7. Hertel, M., et al.: Die Würzekochung: Ausdampfvorgänge korrekt betrachtet Teil 1: Grundlagen der Verdampfung. Brauwelt 147 (2007), S. 22–26.7. Hertel, M., et al .: The wort boiling: Ausdampfvorgänge considered correctly Part 1: Basics of evaporation. brewery 147 (2007), p. 22-26.
  • 8. Narziß, L.: Abriß der Bierbrauerei, 6. Aufl., Verlag: Ferdinand Enke, Stuttgart, 1995.8. Narcissus, L .: demolition of Beer Brewery, 6th ed., Publisher: Ferdinand Enke, Stuttgart, 1995.

Claims (13)

Vorrichtung zur Hochtemperaturwürzekochung im Zuge eines Bierbrauprozesses, in welche Würze chargenweise und diskontinuierlich zugeführt und auf hohe Temperaturen erhitzt werden kann und in welcher der Druck in der Vorrichtung kontinuierlich entspannt werden kann, um eine Verdampfung und eine damit einhergehende effektive Austreibung unerwünschter Substanzen zu erreichen.Apparatus for high-temperature wort boiling in the course of a beer brewing process, in which wort can be supplied in batches and discontinuously and heated to high temperatures and in which the pressure in the apparatus can be continuously expanded, to evaporate and to achieve a concomitant effective expulsion of undesired substances. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie für einen Überdruck von bis zu 7 bar ausgelegt ist.Device according to claim 1, characterized in that it for an overpressure of up to 7 bar is designed. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorrichtung ein Apparat angebracht ist, mit welchem der Druck in der Pfanne kontinuierlich entspannt werden kann.Device according to Claim 1 or 2, characterized in that an apparatus is attached to the device with which the pressure in the pan can be continuously relaxed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorrichtung ein Apparat angebracht ist, mit welchem der Druck in der Pfanne in sehr kleinen Schritten entspannt werden kann.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that an apparatus is attached to the device with which the pressure in the pan can be relaxed in very small increments. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat zur Druckentlastung ein Ventil ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the pressure relief device is a valve. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat zur Druckentlastung eine Klappe ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized that the apparatus for pressure relief is a flap. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat zur Druckentlastung im Brüdenabzugsrohr integriert ist und der bei der Entspannung entstehende Dampf über das Rohr abgeführt wird.Device according to one of claims 1 to 6, characterized the apparatus for pressure relief is integrated in the vapor withdrawal tube and the steam generated during the expansion is removed via the pipe. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Brüdenabzug ein Wärmetauscher zur Energierückgewinnung angebracht ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized that to the vapor draw a heat exchangers for energy recovery is appropriate. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Brüdenabzug ein Brüdenverdichter angeschlossen ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized that to the vapor draw a Vapor connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brüdenabzug über Rohrleitungen mit der Vorrichtung verbunden ist, um die Temperatur der Würze auf einer Heißhaltestufe zu regeln und konstant zu halten.Device according to one of claims 1 to 9, characterized that the vapor withdrawal via pipelines connected to the device to increase the temperature of the wort a holding level to regulate and keep constant. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie der Geometrie nach einer herkömmlichen Sudpfanne nachempfunden ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized that they are modeled on the geometry of a conventional brewing pan is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung gegen Wärmeabstrahlung isoliert ist.Device according to one of claims 1 to 11, characterized that the device against heat radiation is isolated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Druckminderung benötigte Apparat mit einer Steuereinheit verbunden ist, durch welche die Geschwindigkeit der Druckreduzierung und somit auch der Dampfmengenstrom individuell gesteuert werden kann.Device according to one of claims 1 to 12, characterized that needed for pressure reduction Apparatus is connected to a control unit through which the Speed of pressure reduction and thus also the steam flow rate can be controlled individually.
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