DE2426120C2

DE2426120C2 - Kontinuierliches Gärverfahren

Info

Publication number: DE2426120C2
Application number: DE2426120A
Authority: DE
Inventors: Lars Karl Johan Tullinge Ehnström
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-05-29
Publication date: 1984-03-29
Also published as: US3940492A; FR2236932B1; DD113567A5; ZA743755B; NL7407999A; AU467232B2; BE816989A; JPS5733028B2; DE2426120A1; DK363674A; CA1013690A; DK139231B; AU6993974A; JPS5048180A; YU165274A; FR2236932A1; GB1422076A; SE7309617L; SE387657B; DK139231C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur kontinuierlichen Gärung von Bierwürze oder einem anderen geeigneten Würze-Substrat.

Bei einem derartigen Verfahren kann die Konzentration der Zellmasse (Mikroorganismen) in der Würze während des Gärprozesses hoch gehalten werden, was zu der erwünschten hohen Gärgeschwindigkeit führt Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Gärprozeß nach einer gewissen Zeit aufhört sAus dickem Grund muß das Verfahren unterbrochen u.id die Anlage geleert und gereinigt werden.

Aus der DE-AS 12 01795 ist ein Verfahren zur halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Vergärung von Bierwürze bekannt, bei dem ein konstant zu haltender Hefegehalt von 12 g/l bis 100g/lHTS2o eingestellt wird. Dabei ist vorgesehen, bei einer kontinuierlichen Gärstrecke die Hefe aus der vergorenen Würze durch Zentrifugieren abzutrennen und teilweise wieder der unvergorenen Würze zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das gattungsgemäße Verfahren derart zu verbessern, daß bei dem kontinuierlichen Gärprozeß grundsätzlich keine Unterbrechungen des Verfahrensablaufes notwendig sind. Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 und dessen bevorzugte Ausgestaltung nach Anspruch 2.

Erfindungsgemäß wird die Mischung aus Würze und Zellmasse nach Abschluß der Gärung in dem langgestreckten Kanal, der aus Wärmetauschern 5, 10 und Reaktoren 7, 18 besteht, durch Zentrifugieren in drei Komponenten getrennt, nämlich vergorene Würze, lebende Hefemasse und Verunreinigungen, wobei die vergorene Würze, die Verunreinigungen und der gebildete Überschuß an lebender Zellmasse kontinuierlich aus der Zentrifuge ausgetragen werden. Hierdurch kann der Gärprozeß praktisch über einen unbegrenzt langen Zeitraum fortgesetzt werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die Verunreinigungen aus dem Gärsystem ausgetragen. Die Verunreinigungen bestehen aus toten Hefezellen und anderen Ausscheidungen, die während des Gärprozesses gebildet werden, hauptsächlich Proteine, die sich bei dem herkömmlichen Verfahren, wie es einleitend beschrieben wurde, in dem Kreislauf bis zu einer solchen Konzentration ansammeln, daß ihre Anwesenheit den Gärprozeß unterbindet Wenn z. B. Bier produziert wird, macht der Austrag an Zelimasse aus dem Kreislauf nur 1 bis 2% derjenigen Zellmasse aus, die in dem Kreislauf zirkuliert Die toten Zellen und Verunreinigungen sind erfindungsgemäß von der lebenden Zellmasse trennbar, weil die Verunreinigungen eine höhere Dichte haben als die lebenden ZeIIeE.

ίο Bevorzugt wird das Zentrifugieren in dev Weise durchgeführt, daß die aus der Zentrifuge ausgetragene lebende Zellmasse einen Trockenmassegehalt von wenigstens 10 Gew.-% aufweist Dadurch ist es möglich, eine hohe Zellkonzentration und demzufolge eine geringe Strömungsgeschwindigkeit in dem Kreislauf <->hne Sedimentation in den Kanälen der Anlage aufrechtzuerhalten. Hierdurch kann die Anlage kompakter ausgeführt sein und gleichzeitig kann die Mischung aus Würze und Zellmasse durch den geschlossenen Kanal als kohärenter Pfropfenstrom hindurchtreten, ohne daß Teile der Würze mit unterschiedlichem Gärgrad vermischt werden.

Die Zeichnung zeigt ein Flußdiagramm einer Anlage, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

In einer Rohrleitung 1 zum Zuführen von frischer Würze ist eine Pumpe 2 vorgesehen, durch die eine vorbestimmte Menge Würze pro Zeiteinheit in den Mischer 3 eingeführt wird, der ohne bewegliche Teile

jo arbeitet In diesem Mischer wird die Würze mit der Zellmasse gemischt, die durch die Rohrleitung 4 angeliefert wird. Die Mischung aus Würze und Zellmasse wird aus dem Mischer 3 an einen spiralförmigen Wärmetauscher 5 geliefert, wo die Mischung auf einer schneckenförmigen Strecke nach innen in ein Zentrum fließt, und zwar im Gegenstrom und unter indirektem Wärmeaustausch mit einem Medium, das durch einen ebenso schneckenförmigen Weg hindurchfließt Die Mischung fließt von dem genannten Zentrum

■»ο direkt in eine Leitung 6, die .zu einem schneckenförmigen Reaktor 7 führt, wo die Mischung zuerst auf einem schneckenförmigen Weg nach innen zu einem Zentrum fließt und dann auswärts von diesem Zentrum auf einem anderen schneckenförmigen Weg. Es erfolgt kein

■»5 Wärmeaustausch in diesem schneckenförmigen Reaktor, der als Haltezone für die Mischung dient Die Mischung wird durch eine Pumpe 8 von dem Reaktor 7 durch eine Leitung 9 an einen schneckenförmigen Wärmetauscher 10 von der gleichen Art wie der Wärmetauscher 5 herangeführt. Die Pumpe 8, die von bekannter Art ist, kann Schaum oder Gas abscheiden, etwa überschüssige Luft oder entstandene Kohlensäure, und dieses Gas wird über die Rohrleitung Il vermittels einer Pumpe 12 abgenommen, die einen leichten Unterdruck erzeugt. Pumpen von der Art der Pumpe 8 sind an den notwendigen Stellen des geschlossenen Kanals angeordnet, der durch die verschiedenen schneckenförmigen Wärmetauscher und die schneckenförmigen Reaktoren gebildet wird. Es ist möglich,

M) anstelle einer Pumpe der genannten Art eine Kombination eines Expansionsgefäßes 13 und einer Pumpe 14 zu verwenden. Das in das Expansionsgefäß 13 freigegebene Gas wird über die Leitung 11 herausgesaugt und die Mischung aus Würze und Zellmasse wird dann vom

b> Boden des Gefäßes durch eine Leitung 15 an eine Zentrifuge 16 gepumpt. Die Mischung fließt dann weiter von dem schneckenförmigen Wärmetauscher 10 durch eine Leitung 17 an einen schneckenförmigen Reaktor 18

von gleicher Art wie der Reaktor 7. Falls notwendig, können weitere Baugruppen von schneckenförmigen Wärmetauschern und schneckenförmigen Reaktoren in Serie in der Rohrleitung 19 zusammengeschaltet werden, wie dies durch die unterbrochene Linie angedeutet ist Da durch das Zellwachstum Wärme entsteht, wird ein Kühlmedium, etwa kaltes Wasser, an die schneckenförmigen Wärmetauscher durch die Leitungen 20 geliefert, und das erwärmte Kühlmittel wird durch die Leitung 21 abgeführt Die eintretende Mischung wird in der Zentrifuge 16 in vergorene Würze, lebende Zellmasse und Verunreinigungen (tote Zellen und Niederschlag) getrennt Die Würze wird als leichteste Phase durch ein Scheiderohr 22 aufgenommen und insgesamt aus der Anlage durch eine Rohrleitung 23 abgeführt Die lebende Zellmasse als Phase von mittlerer Schwere sammelt sich als zweitäußerste Schicht 24 im Schlammraum des Zentrifugenrotors und wird durch Rohrleitungen 25 in einen zentralen Raum 26 geleitet wo sie eine Limfangsschicht 27 bildet Die lebende Zellmasse wird aus: dieser Schicht durch ein Rohr 28 abgeführt und zum größten Teil durch die Leitung 29 in die Anlage zurückgeführt Nur ein kleiner Teil, entsprechend dem Anteil an iebender Zellmasse, die während des Hindurchströmens durch die Anlage neu gebildet wurde, wird über ein Ventil 30 abgenommen, das den Druck in der Rohrleitung 29 konstant hält Die Verunreinigungen,, die in der Zentrifuge abgetrennt wurden, sammeln sich als schwerste Phase in der äußersten Schicht 31 in dem Schlammraum des Zentrifugenrotors und werden von dort durch öffnungen am Umfang des Rotors ausgetragen, die entweder als permanent: offene Düsen oder als normalerweise geschlossene öffnungen vorliegen, die beispielsweise durch ein axial verschiebbares ringförmiges Kolbenventil zeitweilig geöffnet werden. Es ist möglich, einen Teil der lebenden Zellmasse an den Zentrifugeneingang 15 durch eine Leitung 32 zurückzuführen, so daß die Zellmasse dann mit einer erwünschten hohen Konzentration durch das Rohr 28 abgeführt werden kann.

Die Konzentration der Zellmasse kann zu Beginn des Verfahrens, aber auch während des Verfahrens vermittels eines Steuerventils 33 eingestellt werden, das sich in der Rückführleitung 32 befindet. Bei der Herstellung von Bier kann ein Teil der Kohlensäure von der Druckseite 34 der Pumpe 12 über die Leitung 35 unter Überdruck in das Bier eingeleitet werden, das durch die Rohrleitung 23 abgeführt wiird. Hierdurch erhält das Bier den gewünschten Prozentsatz an Kohlensäure, dessen Höhe durch das Ventil 36 bestimmt werden kann.

Beim Start des Verfahrens wird die Anlage zuerst mit einer Mischung aus Wasser und Zellmasse gefüllt, wie sie bereits durch die Leitung 1 erhältlich ist. Nachdem in der Zentrifuge 16 die Konzentration der /ellmasüe durch Entwässerung der Mischung auf eben notwendigen Wert angehoben worden ist, wird die Würze von etwa 20° C durch die Leitung 1 angeliefert Diese Würze ersetzt nach und nach das Wasser in der Mischung, die in der Anlage zirkuliert, bis die Würzekonzentration einen Wert erreicht, der zum Betreiben notwendig ist. Die verdünnte Würze, die die Anlage über die Leitung 23 verläßt, kann an einen Abfluß oder zu einer geeigneten Weiterverarbeitung geleitet werden. Um eine Sedimentation in den Kanälen der Anlage zu vermeiden, muß eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der Mischung aus Würze und Zellmasse aufrechterhalten werden. Bei einem Trockenmassegehalt der Mischung von 15 Gew.-% ist eine Geschwindigkeit von 0,* m/Sek. ausreichend. Falls der Trockenmassegehalt unterhalb von 10Gew.-% liegt sind Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb von 03 m/Sek. notwendig. Das Kanalsystem ist derart ausgelegt, daß die Haltezeit darin ein bis zwei Stunden beträgt und zv/ar abhängig von der Art der Gärung. Die Kanaifläche sollte nicht größer sein als 100 cm², falls die Strömung

ίο durch die Kanäle in Form eines kohärenten Pfropfenstroms stattfinden soll. Durch Einstellen des Gegendrucks vermittels des Ventils 30 ist es möglich, eine derartige Abdeckung der Öffnung des Rohres 28 zu erreichen, daß eine geeignete Menge Luft der Zellmasse zugemischt wird, die durch das Rohr 28 ausgepumpt wird. Wenn die Öffnung des Rohres 28 vollständig abgedeckt ist, wird eine Zumischung von Luft zu der Zellmasse verhindert, was bei verschiedenen Arten von Alkoholgärung in Frage kommt Falls die Produktion von Zellma-jse das wesentliche Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, muß dafür geurgt werden, daß große Mengen Luft über das Rohr 28 angesaugt werden. Ein Überschuß an Zellmasse, die zu einem entsprechenden Druckanstieg in dem Rohr 28 führt, wird durch das Ventil 30 ausgetragen. Infolge der hohen Konzentration von lebenden Zellen in der Würze erfolgt die Gärung rasch. Vermittels der verschiedenen schneckenförmigen Wärmetauscher in dem Gärkanal kann die Temperatur in den verschiedenen Teilen des KanpJs unter Kontrolle gehalten werden. Es ist nicht nur möglich, zu kühlen, sondern auch Wärme zuzuführen, falls das gewünschte Gärverfahren dies notwendig macht Die verschiedenen Stellen zum Abführen von Gas, wie dies bei 8 und 13 angedeutet ist, können in Abständen von 10 Minuten

i'> (mit Bezug auf die Reaktionszeit) entlang des Kanals angeordnet werden. Außerdem können an den Eingängen der schneckenförmigen Wärmetauscher oder der schneckenförmigen Reaktoren verschiedene Nährsalze und Enzyme oder andere Zusätze zugegeber, werden, die den pH-Wert einstellen, wodurch die Gärbedingungen in optimaler Weise bezogen auf den jeweiligen Gärabschnitt eingestellt werden können.

Beispiel 1
Herstellung von Bier

Die Anlage wird mit Bierhefe gefüllt, die von einem vorangehenden Produktionsabschnitt stammt und gelagert worden ist.

5» Die Hefemasse, die einen Trockenmassegehalt von etwa 15 Gew.-% hat. enthält bereits Bier und Würze und braucht normalerweise nicht vor dem Beginn konzentriert zu werden. Falls die Hefemasse verunreinigt ist, wi-d .ie. mit Wasser verdünnt und dann durch die

^5r> Zentrifuge geleitet, wobei das Waschwasser abgetrennt und das Kanalsystem mit der Zellmasse gelullt wird. Bierwürze von der gewünschten Zusammensetzung und Konzentration, gewöhnlich mit einem Extraktgehalt von 8 bis 16 Geiv.-% und einer Temperatur von 10 bis 15° C, wird in den Kreislauf vermittels der Pumpe 2 eingegeben. Die Strömung der Hefemasse ist konstant und wird durch geeignete Düsen am inneren Ende der Rohrleitungen 25 eingestellt Die Strömung sollte so eingestellt werden, daß die Haltezeit für eine Hefezelle während des Hindurchtritts durch den Gärkanal ein bis zwei Stunden beträgt, was bei der hohen Zellkonzentration ausreicht. Eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,1 m/Sek. ist notwendig, wenn der Trockenmasse-

menge der Hefemasse bei etwa 15 Gew.-% liegt. Die in den Kreislauf gegebene Bierwürzemenge wird mit der Hefemasse in dem Mischer 3 gründlich gemischt. Vorzugsweise sollte das Verhältnis von Bierwürze zu Hefemasse 1 :5 bis 1 :10 betragen. Durch Verändern des Zusatzes an Bierwürze kann die Haltezeit (Gärzeit) innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden, wobei jedoch die Haupteinstellung vermittels der Hefeströmung von der Zentrifuge erfolgt. Während der Gärung werden etwa 101 Kohlensäure je Liter Bierwürze gebildet, wobei dieses Gas aus dem System herausgeführt werden muß, weil es sonst wegen seines Raumbedarfs die Kontaktzeit herabsetzt und dadurch die Gärung stört. Vorzugsweise wird der Kanal in Abschnitte unterteilt, die jeweils einer Kontaktzeit von 10 Min. entsprechen, wobei Kühlung (Wärmetauscher) und Abführen von Kohlensäure für jeden Abschnitt vorgesehen ist. Chemikalien, beispielsweise Aminosäuren oder Enzyme, können während des Hindurchtritt.«: durch den Kanal zugefügt werden, wodurch die Qualität des fertigen Bieres gesteuert wird. Eine Steuerung des Gärverlaufes kann durch Messen beispielsweise des spezifischen Gewichts oder der Menge der gebildeten Kohlensäure erreicht werden. In der Zentrifuge wird Bier im geklärten Zustand unter überatmosphärischem Druck mit einem gewissen Prozentsatz an Kohlensäure abgetrennt. Gebildete Abfallprodukte, etwa abgeschiedene Proteine, tote Hefezellen und dergleichen, werden als schwere Phase abgeschieden. Die Hefephase wird vermittels des Scheiderohres abgetrennt und an den jo Kreislauf zurückgeführt Das Hefewachsturn wird vermittels des Gegendruckes im Hefeaustrag gesteuert. Der Gegendruck ist proportional der Abdeckung der öffnung des Scheiderohres und umgekehrt proportional zur Luftversorgung, wodurch das Hefewachstum gesteuert wird. Infolge des Hefewachstums nimmt der Druck in dem geschlossenen System zu, wonach sich das Ventil 30 öffnet und überschüssige Hefe abgibt.

Beispiel 2 Herstellung von Bäckerhefe

Bei der Herstellung von Bäckerhefe werden gewöhnlich sterilisierte Melasse (und Nährsalze) als Substrat verwendet, und das Verfahren wird im wesentlichen wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Gärung ist aerob und aus diesem Grund muß eine größtmögliche Menge Luft (oder Sauerstoff) dem Gärprozeß zugeführt werden, um eine hohe Ausbeute zu erzielen. Luft wird in der Zentrifuge vermittels des Scheiderohres für die Hefemasse zugeführt. Die Anlage arbeitet unter überatmosphärischem Druck, wobei sich eine große Menge Luft in der Suspension von Melasse und Hefe löst. Luft oder Sauerstoffgas können auch an anderen Stellen des Gärkanals zugefügt werden, ebenso Nährsalze, Stickstoff. Gas und dergleichen. Nachdem die Mischung aus Melasse und Hefe eine Anzahl von Halteabschnitten passiert hat, wird Luft, die durch Gasentwicklung während dieses Abschnittes verunreinigt ist, abgesaugt und durch neue Luft ersetzt. Die Zellkonzentration in der Suspension wird auch hier auf einem h"ohen Niveau bzw. auf eine Trockenmassemenge von etwa 15Gew.-% gehalten. Waschwasser kann am Ende des Gärkanals gegebenenfalls zugefügt werden und wird dann in der Zentrifuge zusammen mit der verbrauchten Melasse abgetrennt. Die gebildete Hefe strömt automatisch durch das Ventil 30 ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Gärverfahren in einem langgestreckten, geschlossenen Kanal (5,7,10,18) bei dem die Hefe kontinuierlich durch Zentrifugieren aus der vergorenen Würze abgetrennt und mindestens teilweise der zu vergärenden Würze wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vergorene Würze durch Zentrifugieren in 3 Komponenten zerlegt wird, nämlich hefefreie vergorene Würze, lebende Hefemasse und Verunreinigungen, wobei der gebildete Überschuß an lebender Zellmasse sowie die Verunreinigungen aus dem Gärsystem ausgetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugieren in einer solchen Weise durchgeführt wird, daß die lebende Hefemasse, die durch die Zentrifuge abgeschieden wird, einen Trockenmassegehalt von wenigstens 10Gew.-% hat