DE69202146T2 - Verfahren zur herstellung von würze. - Google Patents

Verfahren zur herstellung von würze.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Würze, ausgehend von Maische, umfassend das Abtrennen des Malztrebers von der Maische. Insbesondere betrifft die Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen von Würze.
  • Beim Herstellen von Getränken aus Getreide, insbesondere wenn Bier gebraut wird, wird Würze verwendet. Eine übliche Herstellung von Würze besteht aus dem Mischen der Ausgangsmaterialien, die z.B. unvermälztes Getreide (Mais) und Wasser enthalten. Die festen Materialien werden zuerst geguetscht (pulverisiert) und dann mit dem Wasser vermischt. Die resultierende Suspension wird einige Zeit bei einer Temperatur von mindestens 40 ºC in Gegenwart einer Enzymquelle, z.B. Malz, gehalten. Gelatinierung und Verflüssigung findet dabei statt. In einem nächsten Schritt wird die enzymatische Umwandlung des Gemisches (Maische) nach Zugabe von weiterem Malz und/oder einer externen Enzymquelle fortgestezt.
  • Es ist auch möglich, Würze auf der Basis von Malz und Wasser herzustellen. Dann wird der erste Schritt ausgelassen.
  • Das so erhaltene Produkt besteht im wesentlichen aus Wasser, unlöslichen Komponenten der Rohmaterialien sowie löslichen Komponenten, wie fermentierbare und unfermentierbare Zucker und Proteine. In einem üblichen Verfahren wird dieses Gemisch filtriert, um die unlöslichen Komponenten, den Malztreber, zu entfernen. Das Filtrat oder Extrakt ist die Würze. Zum Brauen von Bier wird dann Hopfen zur Würze hinzugefügt, welche dann gekocht wird. Die gebildeten Flocken, wenn vorhanden, werden entfernt, und die Bierwürze wird auf etwa 8 ºC gekühlt und fermentiert.
  • Die europäische Patentanmeldung 0 265 152 offenbart die Filtration der Maische unter Verwendung einer Membran mit einem Teilchendurchmesser von 10,0 bis 100,0 mm. Wie es aus dem Text dieser Veröffentlichung ersichtlich ist, ist die Membran dafür bestimmt, den Malztreber von der Maische abzutrennen, wobei der Vorteil darin liegt, daß so eine kleinere Teilchengröße der Ausgangsmaterialien verwendet werden kann. In Bezug auf die Extraktionseffizienz der Zucker aus den Ausgangsmaterialien hat dies Vorteile.
  • Die Membranfiltration gemäß dieser Veröffentlichung führt nicht zu einer klaren Würze, die für die weitere Verwendung geeignet ist. Insbesondere erscheint es aus dem Text der Anmeldung, daß die ursprünglich hergestellte Würze nicht frei von suspendierten Teilchen ist, so daß eine zusätzliche Filtration erforderlich ist. Dies ist ein Nachteil dieses Verfahrens. Insbesondere kann das in dieser Veröffentlichung beschriebene Verfahren nicht kontinuierlich durchgeführt werden.
  • Die Aufgabe dieser Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung von Würze ausgehend von Maische, die Abtrennung des Malztrebers von der Maische, um eine klare Bierwürze zu bilden, zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren den Vorteil hat, daß es kontinuierlich durchgeführt werden kann, während außerdem die Abtrennung mit einer höheren Ausbeute an Extrakt stattfindet.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Malztreber von der Maische abgetrennt wird in mindestens einer Membran-filtrationseinheit mit einer Membranporengröße, die 2,0 mm nicht überschreitet, falls erwünscht gefolgt von der Zugabe von Hopfen zur Würze und Kochen der Würze.
  • Überraschenderweise wurde festgestellt, daß eine verbesserte Abtrennung des Malztrebers von der Maische unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird. Die Würze ist nicht nur klar, was bedeutet, daß sie ohne weitere Reinigungmit Hopfen gemischt und gekocht werden kann, auch ist die Ausbeute des Extrakts besser. Insbesondere tritt während des erfindungsgemäßen Verfahrens eine geringere Verstopfung der Membran auf als mit dem Verfahren gemäß der europäischen Patentanmeldung 0 265 152. Letzteres hat den Vorteil, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann, da sehr viel weniger Reinigung der Membran erforderlich ist.
  • Die Membranfiltration wird unter Verwendung mindestens eines Membranfilters, aber bevorzugt unter Verwendung eines mehrstufigen Filters durchgeführt, z.B. einer mehrstufigen Gegenstromfiltrationsvorrichtung, wie z.B. einer dreistufigen Vorrichtung oder einer mehrstuf igen Querstromfiltrationsvorrichtung.
  • Die Membranen im Membranfilter haben eine Porengröße, die 2,0 mm nicht überschreitet, bevorzugt von 0,1 bis 1,5 mm. Eine solche Porengröße führt zu einer optimalen Aktivität der Filtrationseinheit, weil bei dieser Porengöße eine gute klare Würze mit hoher Effizienz erhalten wird. Der Membranfilter hat auch eine gute Selbstreinigungsfähigkeit. Das Material der Membran ist nicht sehr kritisch. Von besonderer Wichtigkeit ist die mechanische Stabilität bei der Temperatur, bei welcher die Bierwürze filtriert werden muß. Zusätzlich muß das Material für die Verwendung in Kontakt mit Lebensmitteln geeignet sein. Besonders geeignet sind Membranen auf Basis von keramischen Materialien.
  • Ein überraschender Gesichtspunkt des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die Tatsache, daß die Teilchengröße der festen Materialien nur eine geringe Wirkung auf die Aktivität der Membranen hat, im Gegensatz zu dem, was in der genannten europäischen Patentanmeldung gesagt wird.
  • Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Würze hat eine Klarheit, gemessen in EBC-Einheiten bei 65 ºC, von 0,25 bis 5. Die klare Würze wird mit Hopfen gemischt, und das Gemisch wird gekocht. Ausflocken von Material, wie Proteinen und Polyphenolen, kann dann stattfinden. Falls erwünscht, werden diese Flocken entfernt, z.B. mit einem Separator oder einem "Whirlpool". Nach dem Abkühlen der Würze auf eine Temperatur von 2 bis 25 ºC, bevorzugt auf etwa 8 ºC, kann die Würze zu Bier fermentiert werden.
  • Das Kochen der Würze findet bevorzugt kontinuierllich mit dem Rückgewinnen von mindestens einem Teil der Wärme statt. Hierfür geeignete Vorrichtungen sind aus der Literatur bekannt. Diese Vorrichtungen können z.B. auf Vielfachwirkungsverdampfern mit einem Wärmeaustausch der Trebergase mit der Bierwürze basieren.
  • Die gemäß der Erfindung in Bierwürze umgewandelte Maische kann auf verschiedenen Wegen erhalten werden, z.B. durch eine übliche Behandlung in Batchweisen arbeitenden Maischebereitern. Innerhalb des Umfangs der Erfindung ist jedoch die Verwendung einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Maischen bevorzugt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor mit idealer Strömung dafür verwendet, das bedeutet, ein Reaktor, der nur ein geringes Rück-Mischen und Vor-Mischen der Reaktanden zeigt.
  • Es ist möglich, das Verfahren in einem oder mehreren Reaktoren mit idealer Strömung durchzuführen. Die Anzahl der Reaktoren hängt teilweise von der Natur der zu verwendenden Rohmaterialien ab.
  • Wenn unvermälztes Getreide verwendet wird, werden zwei Reaktionsschritte durchgeführt, in dem ersten wird das pulverisierte Material gelatiniert und unter dem Einfluß eines Enzymsystems verflüssigt. Dieses Enzymsystem stammt häufig aus Malz. In einem zweiten Schritt wird das Malz und/oder weiteres Enzymsystem zugegeben, und weitere Reaktion findet statt. Es ist so notwendig, zwei Reaktionsschritte zu verwenden, die vorteilhaft in zwei Reaktoren durchgeführt werden können. Wenn nur Malz ohne unvermälztes Getreide verwendet wird, ist es ausreichend, nur den zweiten Reaktionsschritt durchzuführen, was in einem Reaktor getan werden kann.
  • Die festen Komponenten, wie Malz und unvermälztes Getreide, werden zuerst pulverisiert, z.B. in einer Hammermühle, auf eine Teilchengröße, die durch Siebe mit einer Maschengröße von 5 mm bis 5 mm passieren kann.
  • Die pulverisierten festen Materialien werden mit dem Wasser vermischt und in den Reaktor oder die Reaktoren gegeben. Wenn unvermälzes Getreide verwendet wird, wird eine Temperatur, die von 40 bis 100 ºC reicht, in einem ersten Reaktionsschritt gehalten. Gelatinierung und Verflüssigung unter dem Einfluß des dabei vorliegenden Enzymsystems findet statt. In dem zweiten Reaktionsschritt werden Malz und/oder die Enzymquelle und Wasser zusammen mit dem im ersten Reaktionsschritt erhaltenen Produkt hinzugefügt. In diesem Reaktionsschritt findet die enzymatische Umwandlung statt. Die Temperatur in diesem Reaktionsschritt reicht im allgemeinen von 30 bis 80 ºC. Wenn kein unvermälztes Getreide verwendet wird, ist dies der einzige Reaktionsschritt, und ein Gemisch aus Malz und Wasser wird zu diesem Reaktionsschritt gegeben.
  • Als Reaktoren mit idealer Strömung können verschiedene Reaktorarten verwendet werden, in diesem Zusammenhang ist es von besonderer Wichtigkeit, daß kein unannehmbares Rück-Mischen und/oder Vor-Mischen der Komponenten stattfindet. Beispiele dafür sind röhrenförmige Reaktoren und Kaskaden von mehr oder weniger ideal gerührten Tankreaktoren. Ein geeigneter Reaktortyp wird durch den sogenannten Zentrifugalextraktor gebildet, welcher eine bekannte Art eines Säulenreaktors ist, wie z.B. in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Vol. 9, Seite 702.
  • Ein solcher Reaktor besteht im allgemeinen aus einer Säule ausgestattet mit einer Rührwerkswelle mit 10 oder mehr daran angebrachten Scheiben oder Platten. Diese Scheiben oder Platten bedecken mindestens 80 % des Querschnitts der Säule. Im allgemeinen überschreitet diese Oberfläche nicht 95 %. Beim Rühren der Welle und der Scheiben in der Säule findet eine geeignete Dispersion der festen Teilchen in der Flüssigkeit statt.
  • Im Zusammenhang mit der gewünschten Möglichkeit, die Säule zu reinigen, wird bevorzugt ein System verwendet, worin die Welle einfach entfernt werden kann, z.B. wegen der Abwesenheit von Absenkscheiben in der Säule.
  • Die Verwendung eines Zentrifugalextraktors hat den überraschenden Vorteil, daß die Teilchengröße der Rohmaterialien nahezu unabhängig von dem verwendeten Gerät eingestellt werden können, ohne daß Probleme mit dem Absetzen oder dem Verklumpen von festem Material auftreten. In Kombination mit der Verwendung der Membranfiltration bedeutet dies, daß die Teilchengröße der Ausgangsmaterialien nahezu frei ausgewählt werden können, so daß diese Teilchengröße optimal eingestellt werden kann, unabhängig von der Natur der Vorrichtung des Verfahrens. Verglichen mit der Situation bei der üblichen Batch-Filtration ist dies ein großer Vorteil. Bei der Batch-Filtration gibt es kaum Möglichkeiten, die Teilchengröße zu variieren, weil dieser Wunsch sofort zu Problemen bei der Filtration der Würze führt.
  • Die abgekühlte Würze kann fermentiert werden, gegebenenfalls nach dem Verbleiben in einem Pufferkessel. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Bierbrauen unter Verwendung der wie oben beschrieben hergestellten Würze.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, die ein Beispiel eines Verfahrensschemas nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen, sowie einer Ausführungsform von zwei in Membranfiltrationssystemen.
  • In den Figuren zeigt Fig. 1 ein Verfahrensschema einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine genauere Ausführungsform der dreistufigen Gegenstrommembranfiltration. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Querstrommembranfiltration.
  • Das Verfahrensschema von Fig. 1 zeigt einen Mixer 1, in welchen Wasser mit einer Temperatur von etwa 55 ºC, pulverisiertes unvermälztes Getreide und pulverisiertes Malz durch die Leitungen 2, 3 bzw. 4 geleitet werden. Nach dem Mischen wird das Gemisch durch eine Leitung 5 zum ersten Zentrifugalextraktor 6 geleitet, welcher einen mit Scheiben 8 ausgestatteten Rührschaft 7 enthält. Der Reaktor 6 ist mit Heizelementen, nicht gezeigt, ausgestattet, mit welchen der Reaktorinhalt auf die gewünschte Temperatur eingestellt und dabei gehalten werden kann.
  • Das Produkt aus dem Reaktor 6 wird durch eine Leitung 9 durch den Zentrifugalextraktor 10 geleitet. Wasser von etwa 55 ºC und pulverisiertes Malz werden durch die Leitungen 12 und 13 in einen Mixer 11 geleitet. Das resultierende Gemisch wird durch eine Leitung 14 auf den Boden der Säule 10 geleitet, worin es nach einiger Verweilzeit mit dem Produkt aus dem Reaktor 6 vermischt wird. Durch eine Leitung 15 wird die resultierende Maische durch eine Membranfiltration 16 geleitet, zu welcher zusätzlich Wasser über eine Leitung 17 geführt wird. Durch eine Leitung 18 wird die erhaltene klare Würze aus der Membranfiltrationseinheit abgelassen. Der Malztreber wird über eine Leitung 19 abgelassen.
  • Die klare Würze wird mit über eine Leitung 20 zugeführten Hopfen vermischt. Das Gemisch aus Würze und Hopfen wird zu einem Wärmeaustauscher 21 zugeführt, worin es mit einer Heizung aus dem Kochschritt vorerhitzt wird. Die vorerhitzte Würze wird zum Würzekocher 22 geleitet, worin es einige Zeit gekocht wird. Das gekochte Produkt wird über eine Leitung 23 in den Separator 24 geleitet, worin ausgeflockte Materialien, wie Proteine und Polyphenole, abgetrennt werden. Die klare gekochte Würze wird dann über eine Leitung 25 in eine Kühlvorrichtung 26 geleitet, worin sie abgekühlt wird. Über eine Leitung 27 kann die Würze, z.B. für die Fermentation, abgelassen werden.
  • Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung einer dreistufigen Gegenstrommembranfiltration.
  • In dieser Figur wird die Maische durch eine Leitung 51 zum ersten Membranfilter 52 geleitet, aus welchem die klare Würze über eine Leitung 53 abgelassen wird. Ein Teil des Retentats aus dem Filter 52 wird über eine Leitung 54 zum Zugabeende des Filters zusammen mit dem Permeat aus dem zweiten Membranfilter 55 zurückgeführt. Der Rest des Retentats wird über eine Leitung 56 zum zweiten Membranfilter 55 geleitet. Das Permeat aus dieser Membran wird über eine Leitung 57 zum ersten Membranfilter zurückgeführt. Das Retentat aus dem zweiten Filter 55 wird teilweise zum Zuleitungsende des zweiten Membranfilters 55 über eine Leitung 58 zurückgeführt, während der Rest über eine Leitung 59 zum dritten Membranfilter 60 geleitet wird. Das Permeat aus diesem dritten Membranfilter 60 wird über eine Leitung 61 zum Zugabeende des zweiten Membranfilters 55 zurückgeführt. Teil des Retentats aus dem dritten Filters 60 wird über eine Leitung 62 zum Zugabeende des dritten Filters zusammen mit über eine Leitung 63 zugeführtem Wasser zurückgeführt. Der Rest des Retentats, der Malztreber, wird über eine Leitung 64 abgelassen.
  • Die Beschreibung dieses Systems basiert auf einer dreistufigen Filtrationseinheit, aber es ist auch möglich, die Anzahl der Stufen unter Verwendung des gleichen Prinzips den Erfordernissen anzupassen.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Querstromfiltrationseinheit auf der Basis einer dreistufigen Vorrichtung, aber die Anzahl der Stufen kann den Erfordernissen unter Verwendung des gleichen Prinzips angepaßt werden.
  • In Fig. 3 wird die Maische über eine Leitung 100 zum ersten Membranfilter 101 geleitet, aus welchem die klare Würze über eine Leitung 102 abgelassen wird. Das Retentat aus dem Filter 101 wird teilweise über eine Leitung 103 durch den zweiten Membranfilter 104 geleitet und teilweise über eine Leitung 112 zum Zugabeende des Filters 101 zurückgeführt. Über eine Leitung 105 wird Wasser zum Zugabeende des Filters 104 geleitet. Das Permeat aus dem Membranfilter 104 wird über eine Leitung 106 abgelassen und mit dem Permeat aus dem ersten Membranfilter 101 vereinigt. Das Retentat aus dem zweiten Membranfilter 104 wird teilweise über eine Leitung 107 zum dritten Membranfilter 108 zusammen mit über eine Leitung 109 zugeführtem Wasser geleitet und teilweise über eine Leitung 113 zum Zugabeende des Filters 104 zurückgeführt. Das Permeat aus diesem dritten Membranfilter 108 wird über eine Leitung 110 mit dem Permeat aus den ersten beiden Filtern vereinigt. Der Rest des Retentats, der Malztreber, wird teilweise über eine Leitung 111 abgelassen und teilweise über eine Leitung 114 zum Zugabeende des Filters 108 zurückgeführt.
  • Die Erfindung wird später unter Bezugnahme auf ein Beispiel erläutert, ist aber nicht auf dieses beschränkt.
    • Beispiel
  • In dem Mixer 1 einer wie in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung werden pro Stunde 5 kg Maische, 2,5 kg Malz und 22,5 l Wasser mit einer Temperatur von 55 ºC gegeben. Die Maische und das Malz wurden in einer Hammermühle auf eine Teilchengröße, die ein 1,5 mm-Sieb passieren kann, pulverisiert. Das Gemisch hatte eine Temperatur von 50 ºC. Das Gemisch wurde über einen Zentrifugalextraktor, in welchem die Temperatur auf 95 ºC erhöht wurde, geleitet. Die gesamte Verweilzeit des Gemisches bei 50 ºC war 5 Min., während die Verweilzeit bei 95 ºC 10 bis 15 Min. war.
  • Zum Gemisch 11 wurden pro Stunde 15 kg Malz mit der gleichen Teilchengröße und 45 l Wasser mit einer Temperatur von 55 ºC gegeben. Das darin erhaltene Gemisch hatte eine Temperatur von 50 ºC und wurde durch den Boden des zweiten Zentrifugalextraktors geleitet.
  • Das Produkt aus dem ersten Zentrifugalextraktor wurde durch den zweiten Zentrifugalextraktor in einer solchen Menge geleitet, daß die Verweilzeit des Malz/Wasser-Gemisches etwa 15 Min. bei 50 ºC war. Beim Zumischen des heißen Produktes stieg die Temperatur auf 65 ºC. Diese Temperatur wurde 30 Min. gehalten, danach wurde sie auf 76 ºC erhöht, wobei diese Temperatur für weitere 5 Min. gehalten wurde.
  • Nach dieser Behandlung wurde eine Maische mit einem Extraktgehalt von etwa 21,5 % erhalten, welche durch die Membranfiltrationseinheit 16 geleitet wurde. Diese Einheit war wie in Fig. 2 gezeigt. Die Membranfiltration unter Verwendung von Membranen mit einer Porengöße von 0,4 mm ergab eine Würze mit einer Klarheit von 0,3 EBC-Einheiten (bei 65 ºC). Nach dem Mischen mit Hopfen, Kochen, Abtrennen der gebildeten Flocken und Abkühlen wurde eine kalte Würze mit einer Temperatur von 8 ºC erhalten, die zu Bier vergoren werden konnte.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Würze ausgehend von Maische, worin die Maische in mindestens eine Membranfiltrationseinheit zum Abtrennen von Malztreber von der Maische eingeleitet wird, um eine klare Würze mit einer Klarheit von 0,25 bis 5 EBC-Einheiten (bei 65 ºC) zu bilden, falls erwünscht Zugabe von Hopfen zur Würze, und Kochen der Würze, worin die Membranen in der Filtrationseinheit eine Porengröße haben, die 2,0 um nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Membranfiltration in einer mehrstufigen Gegenstromfiltrationseinheit oder einer Querstromfiltrationseinheit durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Membranfiltration in einer dreistufigen Gegenstromfiltrationseinheit durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, worin die klare Würze mit mindestens einem Teil der rückgewonnenen Wärme gekocht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, worin die Maische durch kontinuierliche enzymatische Umwandlung eines Gemisches aus Malz und Wasser in einem Reaktor mit idealer Strömung erhalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, worin die Maische erhalten wird durch kontinuierliche Gelatinierung und enzymatische Verflüssigung des unvermälzten Getreides in einem Reaktor mit idealer Strömung, Zugabe von Malz und/oder einer Enzymquelle zum resultierenden Produkt und kontinuierliche enzymatische Umwandlung in einem zweiten Reaktor mit idealer Strömung.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, worin ein Zentrifugalextraktor als Reaktor mit idealer Strömung verwendet wird.
8. Verfahren zum Brauen von Bier, umfassend die Herstellung von Würze unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gefolgt von der Fermentation der Würze.
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