DE4429809A1 - Verfahren zur vollautomatischen Gärprozeßregelung bei der Herstellung alkoholischer Getränke nach dem "Umpumpverfahren" - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur vollautomatischen Gärprozeßregelung bei der Herstellung alkoholischer Getränke in Gär- und Lagerbehältern (Tanks) mit externem Kühlkreislauf, gemäß Anspruch 1.

Die bei der alkoholischen Gärung entstehende Gärungswärme muß durch ein geeignetes Verfahren aus dem Gärbehälter abgezogen werden. Diese Wärmeenergie kann entweder über gekühlte Wärmetauscherelemente an der Behälterwand oder be­ vorzugt über einen externen Wärmetauscher, durch den der Behälterinhalt gepumpt wird, aus dem Gärsubstrat entfernt werden.

Um einen geschlossenen Regelkreis zu erhalten, ist eine on­ line-lnformation über den tatsächlichen Zustand des Substrates im Gärbehälter notwendig. Bisher wurden bei der Steuerung von Gärprozessen nur Temperatur und Druck im Behälter als Parameter zur Beeinflussung des Prozesses benutzt.

Bei der alkoholischen Gärung wird durch den Stoffwechsel der Hefezellen Zucker zu Alkohol und Kohlendioxid umge­ wandelt; dabei entsteht Wärme. Durch die Umwandlung des Zuckers ändert sich auch die Dichte des Gärsubstrates.

Die Beschreibung des Gärverlaufes über die Dichteänderung des flüssigen Gärsubstrates scheiterte bei wandgekühlten Gär- und Lagertanks bisher am Mißverhältnis zwischen kleinem Probevolumen und großem Tankinhalt. Eine repräsentative und statistisch abgesicherte Probenahme war nach dem bisherigen Stand der Meßtechnik nicht möglich. Dagegen wird bei Gärbehältern mit einem externen Kühlkreis­ lauf durch das Umwälzen des Behälterinhaltes eine ausreichende Homogenität der Substrates geschaffen, dessen Dichte damit also einheitlich ist.

Durch eine geeignete Prozeßmeßtechnik kann in einer Umwälz­ leitung die Dichte des Gärsubstrates einfach und sicher erfaßt werden.

Ein besonderer Vorteil des beanspruchten Verfahrens ist die mikrobiologische Sicherheit des Meßverfahrens. Die in die Umwälzleitung eingesetzte Meßtechnik kann voll in den automatischen Reinigungskreislauf des Gär- und Lagerkellers integriert werden. Eine Reinigung und Desinfektion kann bei geeigneter Verschaltung unabhängig vom Zustand des Behälterinhaltes durchgeführt werden.

In der Fig. 1 ist beispielhaft eine Anlage für die Gärung und Lagerung von Gärsubstrat dargestellt. Die Anlage besteht hauptsächlich aus einem Gär- und Lagerbehälter 10, einer Umwälzpumpe 12 und einem externen Wärmetauscher 13. Der Tank wird während der gesamten Gärzeit durch den Wärme­ tauscher 13 umgepumpt. Dadurch kann der durch Rezeptur vorgegebene zeitliche Temperaturverlauf im Gärsubstrat realisiert werden.

Das beanspruchte Verfahren verfolgt den Gärprozeß in Gär- und Lagertanks mit einem externen Kühlkreislauf vorteil­ hafterweise durch die direkte Erfassung der Dichte des Gärsubstrates in der Umwälzleitung. Das erforderliche Meßinstrument kann entweder direkt in der Umwälzleitung (Fig. 2) oder in einer Bypass-Leitung um die Umwälz­ pumpe 12 (Fig. 3) oder um den externen Wärmetauscher 13 (Fig. 4) angeordnet werden.

Mit der zur Verfügung stehenden Meßtechnik erhält man eine genügend genaue Information über den aktuellen Zustand des Gärsubstrates und über den Verlauf der Gärung in dem beobachteten Gärbehälter. Über eine Verknüpfung dieser Informationen mit klassischen Regelanweisungen oder mittels fuzzy-logic-Strukturen lassen sich dann vollautomatische Gärprozeßregelungen optimal realisieren und bei der Anwendung von fuzzy-logic-Strukturen und neuronalen Netzen zuverlässige Vorhersagen über den künftigen Verlauf und das Ende der Hauptgärung treffen. Die Anwendung der erwähnten fuzzy-logic-Strukturen in Verbindung mit neuronalen Netzen sind in der Monatsschrift für Brauwissenschaft, 45. Jahrgang 1992, Heft Nr. 6, Seiten 196-204, und im Abschlußbericht des AiF-Forschungsvorhabens Q8/90 "Entwicklung von Realzeitexpertensystemen" ausführlich beschrieben.

Claims (5)

1. Verfahren zur vollautomatischen Gärprozeßregelung bei der Herstellung von alkoholischen Getränken in Gär- und Lagerbehältern mit einem externen Kühlkreislauf, bei dem Druck, Temperatur, Kühlleistung u. a. regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des flüssigen Gärsubstrats im Gärbehälter laufend außerhalb desselben erfaßt wird, wobei

• a) der Sollwertverlauf der Dichte in einer Rechnerschaltung hinterlegt wird,
• b) fortlaufend ein Vergleich zwischen dem Istwertverlauf und dem Sollwertverlauf der Dichte durchgeführt wird, und
• c) eine Differenz der Verläufe zur Regelung der für den Gärbehälter maßgeblichen Einflußfaktoren wie Temperatur, Druck und Kühlleistung bzw. Umwälzleistung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte in einer Umwälzleitung mittels eines Prozeß­ refraktometers ermittelt und das Dichtesignal über einen Prozeßrechner (PC) zur Gärprozeßregelung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte in einer Umwälzleitung oder in einer Bypass- Leitung um die Umwälzpumpe mittels eines Massedurchflußmeß­ gerätes ermittelt und das Dichtesignal über einen Prozeß­ rechner (PC) zur Gärprozeßregelung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte in einer Umwälzleitung oder in einer Bypass- Leitung um die Umwälzpumpe mittels eines Biegeschwingers ermittelt und das Signal über einen Prozeßrechner (PC) zur Gärprozeßregelung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte in einer Umwälzleitung oder in einer Bypass- Leitung um die Umwälzpumpe mittels einer Ultraschallsonde ermittelt und das Signal über einen Prozeßrechner (PC) zur Gärprozeßregelung verwendet wird.