DE2708697C3 - Ausscheiden von Trübstoffen aus einer zu vergärenden Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausscheiden von Trübstoffen bei der Bier- oder Weingärung aus einer in einem Gärbehälter mit im wesentlichen konischem Boden befindlichen zu vergärenden Flüssigkeit, in der die schweren, Trübstoffe enthaltenden Bestandteile sich gegenläufig zu den leichteren abwärts bewegen.

Ein solcher Vorgang tritt also bei der Bier- und Weinherstellung auf, wo die entstehende Kohlensäure nach oben steigt und gärstarke Hefe mitnimmt, während die Trübstoffe, bei Bier insbesondere der sogenannte Kühltrub, infolge seiner relativen Schwere die Tendenz so hat, sich nach unten zu bewegen und allmählich am Boden des Gefäßes abzusetzen. Bei der Bier-Herstellung verläuft das bekannte Verfahren im wesentlichen so, daß zunächst der gekühlten Würze Hefe zugegeben wird und die Flüssigkeit in einen sog. Anstell- oder Sedimentationsbehälter eingelassen wird. Die Würze beginnt durch die Hefezugabe bereits zu gären, wobei der Kühltrub sich am Boden absetzt; bei einem anderen Verfahren unter Zufuhr von atmosphärischer Luft erfolgt das Absetzen an der Oberfläche infolge t>o Verbindung mit Sauerstoff. Erst nach dieser Vorstufe des Verfahrens wird die Würze in den' Hauptbehälter, also den eigentlichen Gärbehälter, überführt, wobei der KUhltrub entweder am Boden oder an der Oberfläche im Anstellbehälter zurückbleibt. Innerhalb von bei- <^r> spielsweise 7 bis 8 Tagen vollzieht sich die Hauptgärung, wobei sich die Hefe vermehrt. Die dabei entstehende Wärme erfordert eine laufende Kühlung, wobei sich Hefe in dünner Schicht am Boden des Gärbehälters absetzt und abgezogen werden muß, bevor das entstandene Jungbier in den Behälter für die Nachgärung überführt wird. Dabei wird nicht etwa reine Hefe abgezogen, sondern ein Gemisch von Hefe, Kühltrub und Jungbier in Form eines relativ zähen Gemisches. Es ist also eine zweifache Reinigung erforderlich, nämlich zunächst im Anstellbehälter und anschließend im Gärbehälter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren zu vereinfachen und Trübstoffe einschließlich überschüssiger Hefe mittels eines Verfahrens zu beseitigen, das in einem einzigen Behälter durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, das sich dadurch kennzeichnet, daß der Flüssigkeit während der Gärung im nichtgekühlten unteren Bereich des Gärbehälters durch eine Querschnittsverengung eine beschleunigte Bewegung in vertikaler Richtung erteilt wird, weiche die Ansammlung der schwereren Bestandteile unterhalb der Verengung beschleunigt und daß diese von dort entnommen werden, wobei das Volumen der Flüssigkeit unterhalb der Verengung auf 1 — 10% des darüber befindlichen Volumens bemessen wird.

Bei diesem Verfahren kann dem Gärbehälter für die Hauptgärung die Würze mit Kühltrub und Hefe zugeführt werden, ohne daß die Beseitigung mindestens eines großen Anteils an Kühltrub vorher in einem Anstellbehälter erfolgt Beim Einsetzen der Gärung steht die entstehende Kohlensäure im unteren Teil des Gärungsbehälters unter stärkerem Flüssigkeitsdruck und erfährt bei ihrer Aufwärtsbewegung im Bereich der Querschnittsverengung eine erhebliche Beschleunigung, die eine Turbulenz derart begünstigt, daß Kohlensäure mit Hefe und einem Anteil an Würze ständig nach oben steigt, während gekühlte Würzflüssigkeit aus dem oberen Bereich kontinuierlich nach unten abströmt. Da der untere Teil des Behälters nicht gekühlt ist hat er infolge höherer Temperatur eine stärkere Gärung mit entsprechend gesteigerter Kohlensäureentwicklung und Hefevermehrung. Tatsächlich verlaufen, wie an einem Glasmodell beobachtet werden konnte, durch .den engen Hals gegenläufige Strömungen, nämlich im Kern nach oben und längs der Außenseiten der Verengung nach unten. Dadurch ist eine ständige Zirkulation während der Hauptgärung gewährleistet, von der die schwereren Bestandteile jedoch weniger betroffen sind. Diese Bestandteile und insbesondere der Kühltrub setzen sich daher relativ rasch am Boden des Behälters ab, von wo der Kühltrub innerhalb von etwa sechs Stunden entnommen werden kann und auch verbrauchte Hefezellen nach Bedarf abgezogen werden können. Bevor eine Entnahme der abzuschneidenden Bestandteile erfolgt wird am besten die Verbindung zwischen dem oberen und unteren Behälterteil, also oberhalb und unterhalb der Querschnittsverengung, durch geeignete Maßnahmen gesperrt bzw. unterbrochen. Dies hat den Vorteil, daß während der Entnahme aus dem oberen Hauptteil des Behälters keine Flüssigkeit nachströmt und die Turbulenz sich zugunsten einer kompakten Entnahme vorübergehend beruhigt

Weiter kann das erfindungsgemäß· Verfahren in günstiger Weise so durchgeführt werden, daß der Gärungsverlauf durch Ändern des Querschnitts der Verengung gesteuert wird. Hierdurch lassen sich Gärdauer, Gärgeschwindigkeit sowie die Temperatur

regeln.

Das Volumen der Flüssigkeit bzw. des Behälters unterhalb der Querschnittsverengung beträgt 1 bis ίθ% des darüberbefindlichen Volumens, wodurch eine Konzentration dei abzuscheidenden Stoffe im unteren Bereich begünstigt wird.

Die beispielsweise bei der Bierherstellung erforderliche Hefezugabe zur zu vergärenoen Würze kann wiederum nach einer Durchfühningsart des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise erfolgen, daß Hefe für den Gärvorgang in einen am besten lösbar vorgesehenen Behälterteü unterhalb der Querschnittsverengung eingebracht wird. Dies gibt die Möglichkeit, die erforderliche Hcfemenge im unteren Teil des Behälters vorzusehen und diesen dann unterhalb der Verengung an den Hauptteil anzuschließen. Wenn dann die Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Volumen hergestellt wird, setzt die Gärung im unteren, die- Hefe enthaltenden Teil mit großer Intensität ein und verstärkt den durch die Querschnittsveren^ung hervorgerufenen Turbulenzeffekt, weil zunächst nur im unteren Bereich Kohlensäure entsteht

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Gärbehälter zur Aufnahme der zu vergärenden Flüssigkeit, wobei der Boden des Gärbehälters mit im wesentlichen konischer Gestalt ausgebildet ist, die sich dadurch kennzeichnet, daß der Boden des Gärbehälters im Bereich seines unteren Endes mit einem darunter befindlichen kleineren Gefäß verbunden ist, an das eine Entnahmeleitung angeschlossen ist, wobei das Gefäß 1 —10% des Volumens des Gärbehälters aufweist

In diesem Falle stellt die Verbindungsstelle des Behälters mit dem darunter befindlichen Gefäß die Querschnittsverengung für das Gesamtvolumen dar, wobei die oben erwähnte Turbulenz einen ständigen, durch die Verengung beschleunigten, Austausch zwischen dem Inhalt des Behälters und dem des Gefäßes bewirkt Die zur Einhaltung der gewünschten Gärtemperatur erfordet liehe Ableitung der laufend entstehenden Wärme erfolgt dabei mindestens überwiegend am Gärbehälter, wobei der untere Bereich des Gärbehälters nicht gekühlt ist, während das darunter befindliche Gefäß wenig oder gar nicht gekühlt wird. Daher findet dort verstärkte Gärung gegenüber dem darüber befindlichen Behälter statt mit entsprechend vermehrter Kohlensäureerzeugung, die die Fließgeschwindigkeit nach oben verstärkt und damit den Antrieb für die Flüssigkeitszirkmation zwischen dem Gärbehälter und dem darunter befindlichen Gefäß. Letzteres ist wesentlich kleiner als der Gärbehälter, und sein Volumen beträgt 1 —10%, am besten nur 1 bis 3% vom Volumen des Gärbehälters. Es besitzt daher auch eine kleinere Bodenfläche, die eine entsprechend größere Schichtdikke der Ablagerung an Trübstoffen ergibt, die dadurch relativ sauber und frei von Beimengungen, insbesondere von zu vergärender Flüssigkeit, über die Entnahmeleitung in Bodennähe nach Bedarf beseitigt werden können.

Der Gärbehälter wird mit dem darunter befindlichen Gefäß zweckmäßig über ein Absperrventil verbunden, das einstellbar derart ausgebildet sein kann, daß ein mehr oder weniger großer Durchström-Querschnitt freigegeben werden kann, um damit den Gärvorgang zu steuern. Vor einer Entnahme von im Gefäß abgelagerten Substanzen wird das Absperrventil geschlossen, und am Gefäß ist zweckmäßig eine Belüftungsvorrichtung vorzusehen, die bei der Entnahme einen Lufteintritt in das Gefäß ermöglicht

Besonders vorteilhaft ist es, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Entnahmeleitung an den Boden oder in der Nähe des Bodens an das Gefäß anzuschließen und mit Abstand darüber eine zweite Entnahmeleitung anzuschließen. Dies ermöglicht eine Rückgewinnung von gärstarker Hefe, die sich oberhalb verbrauchter, gärschwacher Hefe und eventueller Trübstoffe absetzt Sie stellt ein wichtiges Nebenprodukt dar, das auf diese Weise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sauber gewonnen werden kann. Am besten ist am Gefäß ein Schauglas vorgesehen, das eine Kontrolle über die jeweilige Höhe der Ablagerungen ermöglicht

In günstiger Weise ist das untere Gefäß an dem Gärbehälter lösbar angeschlossen. Der Gärbehälter selbst, der erhebliche Ausmaße haben kann, besitzt natürlich eine eigene Abstützung, so daß das Gefäß darunter nach Bedarf montiert oder entfernt werden kann. Diesbezüglich kann eine besonders vorteilhafte Art zum Einbringen der Hefe in die Würze vorgesehen sein, indem in das Gefäß die gewünschte Menge von Hefe eingegeben und dann das wenigstens teilweise gefüllte Gefäß unter dem mit Würze gefüllten Behälter

angebracht, und darauf die Verbindung durch öffnen des Absperrventils hergestellt wird. Mit der in das Gefäß eindringenden Würze wird die Gärung eingeleitet, und unier sehr lebhafter Kohlensäureentwicklung beginnt der oben beschriebene Zirkulationsprozeß zwischen dem Gärbehälter und dem Gefäß. Nach anfänglicher Entfernung der am Boden des Gefäßes sich ansammelnden Trübstoffe und ggf. wahlweiser Entnahme von Hefe gleichfalls aus dem Gefäß kann nach Ablauf der Hauptgärung das Gefäß wieder entfernt werden, während im Gärbehälter selbst auch noch die Nachgärung bei entsprechend eingestellter Temperatur stattfinden kann. Dadurch entfallen alle Maßnahmen der Oberleitung der Würze von einem Behälter in den anderen, weil der einzige Gärbehälter zugleich die Funktionen des Ansteilbehälters, des Hauptgärbehälters und des Nachgärbehälters übernimmt

Die Erfindung ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnung bespielsweise näher erläutert und zwar für den Fall der Vergärung von Würze bei der

■ti Bierherstellung.

Die Zeichnung zeigt einen Gärbehälter 1, der erhebliche Ausmaße haben kann und oben abgebrochen dargestellt ist Die Höhe kann beispielsweise bis etwa 22 m betragen. Der Behälter 1 weist einen zylindrischen Hauptteil 2 auf, dessen Boden 3 konisch gestaltet ist und etwa Vio der Höhe des Gesamtbehälters einnehmen kann, mit einem Konuswinkel von beispielsweise 75°. Der Boden 3 ist an der tiefsten Stelle mit einer Durchlaßöffnung 4 versehen und hier über ein Absperrventil 10 mit wahlweise einstellbarem Durchflußquerschnitt mit einem darunter befindlichen Gefäß 3 verbunden, das wesentlich kleiner als der Behälter 1 ist

Sein Volumen beträgt beispielsweise nur 2% von dem Volumen des Gärbehälters 1, und die Fliehe seines

ho Bodens 6 hat nur einen Bruchteil des Querschnitts im zylindrischen Teil 2 des Gärbehälters 1.

An den Boden 6 des Gefäßes 3 anschließende Seitenwände 7 verjüngen sich bis zu einem verengten Halsteil 8, dessen lichter Querschnitt etw« in der

i" Größenordnung der öffnung 4 am Boden des Gärbehälters 1 liegt.

Das Absperrventil 10 ist oben und unten durch geeignete Anschlußarmaturen mit Dichtungen einer-

seits mit dem Gärbehälter 1 und andererseits mit dem Gefäß 5 lösbar verbunden.

Im Bodennähe ist eine Entnahmeleitung 12 mit einem Ventil 13 «n das Gefäß 5 angeschlossen und mit Abstand darüber eine zweite Entnahmeleitung 14. Im oberen Bereich nahe dem Halsteil 8 ist eine Belüftungseinrichtung 11 an das Gefäß 5 angeschlossen.

Zunächst wird die den Kühltrub noch enthaltende Würze in dem Gärbehälter 1 eingefüllt, wobei das Absperrventil 10 zunächst geschlossen ist. In das noch nicht mit dem Gärbehälter 1 verbundene Gefäß 5 wird die für den Gärvorgang erforderliche Hefemenge eingegeben und dann das Gefäß 5 über die untere Anschlußarmatur am Absperrventil 10 mit diesem verbunden. Nachdem die Verbindung durch öffnen des Ventils 10 hergestellt ist, stürzt Würze aus dem Gärbehälter 1 in das Gefäß 5 und trifft dort auf die Hefe, wodurch der Gärvorgang sehr lebhaft eingeleitet wird. Unter dem Druck der Flüssigkeitssäule im Gärbehälter 1 steigt die bei der Gärung entstehende Kohlensäure aus dem Gefäß 5 nach oben und wird im Bereich des Ventils 10 und der anschließenden engen Querschnitte des Gefäßes 5 und des Gärbehälters 1 erheblich beschleunigt, so daß eine heftige Aufwärtsströmung im achsnahen Bereich des Gärbehälters 1 entsteht, während gleichzeitig längs der gekühlten Wandbereiche des Gärbehälters 1 Würze in das Gefäß 5 nachströmt

Mit der Gärung entsteht Wärme im Gefäß 5, wodurch gleichzeitig die gärende Hefe, die z.T. auch an der Kohlensäure haftet, in den Gärbehälter 1 transportiert wird, in welchem sich der Kühltrub zunächst in der Schwebe befindet, jedoch laufend mit der abströmenden Würze in das Gefäß 5 gelangt Dieser Vorgang vollzieht sich laufend, während beispielsweise etwa 5 bis 6 Stunden, indem dauernd Kohlensäure und aktive Hefe nach oben und Würze mit Kühltrub nach unten strömt

Infolge seiner Schwere setzt sich der Kühltrub am Boden des Gefäßes 5 ab. Gleichzeitig vermehrt sich die Hefe und das Volumen der sich vermehrenden Hefe ist im Schauglas 4 sichtbar. Der Vorgang erfolgt unter laufender Kühlung auf die Gärtemperatur, beispielsweise etwa zwischen 6 und 8°, wobei während der Gärung der Oberteil des Gärbehälters 1, also der obere zylindrische Bereich 2 gekühlt und der Konus 3 ebenso wie das Gefäß 5 praktisch nicht gekühlt wird. Dies begünstigt wiederum die thermische Abwärtsströmung längs der Außenwände und die Aufwärtsströmung aus dem relativ wärmeren Gefäß 5.

Durch wahlweise Steuerung des engsten Durchflußquerschnitts am Absperrventil 10 kann die Gärdauer bzw. die Gärgeschwindigkeit nach Wunsch beeinflußt werden. Bei einem üblichen Verlauf hat sich nach 5 bis 6 Stunden bereits praktisch der ganze Kühltrub im Gefäß 5 über dem Boden 6 abgesetzt, während die Hauptgärung die übliche Zeit von 6 bis 8 Tagen weiterläuft Erst am Ende der Hauptgärung, beispielsweise während der letzten zwei Tage, wird selbstverständlich auch der konische Teil 3 stark gekühlt, damit die Hefe sich absetzt

Außer dem Kühltrub setzen sich auch verbrauchte Hefezellen am Boden des Gefäßes 5 ab und können mit diesem zusammen über die Entnahmeleitung 12 entnommen werden. Hierfür wird zunächst das Absperrventil 10 vorübergehend geschlossen, die Belüftungseinrichtung 11 und das Ventil 13 der Entnahmeleitung 12 geöffnet Gleichzeitig kann nach Bedarf und Wunsch über die Entnahmeleitung 14 aktive bzw. gärstarke Hefe entnommen werden, die sich oberhalb des Kühltrubs absetzt, da sie durch Anlagerung an Kohlensäure leichter ist Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß der Sedimentationsvorgang im Gefäß 5 schon vor der Entnahme eine praktisch saubere Trennung der aktiven Hefezellen von den übrigen Trübstoffen bei der Entnahme vorzugsweise über die getrennten Leitungen 12 und 14 ermöglicht Es entfällt daher jeder Aufwand an Geräten und Arbeit für die nachträgliche Trennung der verschiedenen im Gefäß S sich absetzenden Substanzen.

Proben der Flüssigkeit, also der Würze, können dem Gärbehälter 1 oder dem Gefäß 5 entnommen werden, da die Zusammensetzung infolge des lebhaften Austausches hier praktisch die gleiche wie im Gärbehälter 1 ist.

Weiter ist es von Vorteil, daß die über dem Boden 6 des Gefäßes 5 sich anhäufenden Substanzen in relativ fester Form vorliegen und praktisch ohne Verlust an Würze oder Jungbier beseitigt werden können. Insbesondere die gärstarke Hefe ist hinreichend sauber und für die Wiederverwendung gut geeignet, gegenüber der im bekannten Verfahren abgezogenen Hefe, die mil gärschwachen Bestandteilen sowie Würze und Jungbier im allgemeinen stark vermischt ist Die für die Trennung erforderlichen Vibrationssiebe, Filter oder Waschanlagen sowie der Aufwand für deren Reinigung entfällt daher bei der Erfindung. Entsprechendes gilt für der Kühltrub, der als Viehfutter od. dgL verwendet werden kann.

Die Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung bei der Bierherstellung beschränkt, sondern eignet sich auch für die Herstellung von Wein. Unabhängig davon ob die zu vergärende Flüssigkeit bereits Hefe enthält oder diese vor oder nach dem Füllen des Gärbehälters der Flüssigkeit zugegeben wird, wirkt sich die Querschnittsverengung günstig auf die Abscheidung dei Trübstoffe aus sowie auf die durch Turbulenz bzw zwangsläufige Zirkulation bedingte Steigerung dei Kontaktzeit zwischen den reagierenden Substanzen.

Erhebliche fortschrittliche Bedeutung kommt weitei der mit der Erfindung gegebenen Möglichkeit zu, übei eine Steuerung des Durchflußquerschnitts der verengten Stelle den Gärvorgang in einem gewünschten Sinne zu beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausscheiden von Tnäbstoffen bei der Bier- oder Weingärung aus einer in einem Gärbehälter mit im wesentlichen konischem Boden s befindlichen zu vergärenden Flüssigkeit, in der die schweren, Trübstoffe enthaltenden Bestandteile sich gegenläufig zu den leichteren abwärts bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit während der Gärung im nichtgekühlten unteren ι ο Bereich des Gärbehälters durch eine Querschnittsverengung eine beschleunigte Bewegung in vertikaler Richtung erteilt wird, welche die Ansammlung der schwereren Bestandteile unterhalb der Verengung beschleunigt und daß diese von dort entnom- is men werden, wobei das Volumen der Flüssigkeit unterhalb der Verengung auf 1 — 10% des darüber befindlichen Volumens bemessen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gärbehälter zur Aufnahme der zu vergärenden Flüssigkeit, wobei der Boden des Gärbehälters mit im wesentlichen konischer Gestalt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) des Gärbehälters (1) im Bereich seines unteren Endes mit einem darunter 2s befindlichen kleineren Gefäß (5) verbunden ist, an das eine Entnahmeleitung (12) angeschlossen ist, wobei das Gefäß (5) 1-10% des Volumens des Gärbehälters (1) aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeleitung (12) an den Boden (6) oder in der Nähe des Bodens (6) an das Gefäß (5) angeschlossen ist und mit Abstand darüber eine zweite Entnahmeleitung (14) angeschlossen ist

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