ES2643537T3 - Método para tratar un mosto en una caldera hirviendo - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Metodo para tratar un mosto en una caldera hirviendo Campo tecnico

La presente invencion se refiere a una mejora de las tecnicas convencionales de coccion del mosto en los procesos de elaboracion de cerveza. Particularmente se refiere a tal proceso que es sustancialmente mas economico en terminos de consumo de ene^a que el logrado hasta ahora.

Antecedentes de la invencion

Como se muestra en las Figuras 1, la elaboracion de una cerveza o una bebida a base de malta comprende alimentar la malta (100) a un molino (200) que se mezcla entonces con agua y pulpa (300) a una temperatura moderadamente alta para detener la conversion enzimatica de almidones en azucares fermentables. En la etapa de filtracion (400), la pulpa se separa en el mosto lfquido claro y el grano residual. El mosto asf separado se alimenta despues a una caldera (1), en una etapa denominada tradicionalmente como etapa de "coccion" debido a que el mosto se calienta convencionalmente por encima de su temperatura de ebullicion para esterilizarla, terminar la actividad enzimatica, y convertir y/o eliminar los componentes no deseados. Despues de la etapa de coccion, la sedimentacion que se ha formado durante la etapa de coccion, se separa del mosto usualmente en un tanque de sedimentacion (500), como se describe por ejemplo en el documento DE10 2008 033 287. El mosto entonces se enfna (600), se fermenta (700), se madura (800), se filtra (900) y se envasa (1000), por ejemplo, en botellas, barriletes, latas, y similares.

Las cervecenas en el mundo globalizado se enfrentan a numerosos desaffos, como el aumento de los precios de energfa y el transporte complicado debido a la exportacion. El aumento de exportacion obliga a las cervecenas a buscar cambios tecnologicos que mejoran la estabilidad coloidal, microbiana y de sabor. La estabilidad del sabor aun hoy no se entiende completamente. Se conoce, sin embargo, que el proceso de coccion del mosto (ver la Figura 1, #1) tiene un gran impacto sobre la estabilidad del sabor de la cerveza.

La coccion del mosto es una de las etapas del proceso que consume mas energfa en la cervecena. Sirve para varias funciones:

(a) Esterilizacion del mosto,

(b) Terminacion de la actividad enzimatica,

(c) Isomerizacion de alfa-acidos en iso-alfa-acidos,

(d) Coagulacion de protemas y polifenoles,

(e) Descomposicion de S-metilmetionina (SMM) en dimetilsulfuro (DMS),

(f) Eliminacion de compuestos de sabor no deseados.

La esterilizacion del mosto y la terminacion de la actividad enzimatica se logran facilmente cuando se alcanzan temperaturas de mas de 90 °C. La velocidad de isomerizacion de acidos de lupulo depende de la temperatura, que practicamente se duplica cada 10 °C. La desnaturalizacion de las enzimas y protemas que activan la turbiedad con coagulacion y precipitacion posteriores con polifenoles debe completarse durante el proceso de coccion del mosto. El proceso de coagulacion se mejora dramaticamente cuando se amplfa la interfaz entre el lfquido y el gas. Cuando el mosto alcanza la temperatura de ebullicion, las burbujas de vapor proporcionan esta interfaz adicional.

La descomposicion de S-metilmetionina (SMM) a dimetilsulfuro (DMS) que es muy volatil es una etapa necesaria antes de la evacuacion de DMS. El objetivo que requiere mas energfa es la eliminacion de compuestos de sabor no deseados, particularmente DMS, pero tambien otros compuestos de sabor. Cada componente volatil se determina por el equilibrio vapor-lfquido (VLE) del componente y el mosto, este ultimo se considera ffsicamente como casi identico al agua pura. Esto significa que una cantidad determinada de evaporacion es necesaria para reducir el nivel de un compuesto no deseado a niveles subumbrales. Por lo tanto, se requiere siempre una evaporacion minima y los sistemas mas recientes funcionan con un mmimo de 4-6 % en peso de evaporacion durante el proceso de coccion.

Varias tecnicas de coccion del mosto se conocen en la tecnica. Por ejemplo, desde la decada de 1970, un metodo de coccion comunmente aplicado es hervirlo con conveccion natural por medio de una caldera interna. La caldera interna es de forma cilmdrica formada por un conjunto de tubos calentados huecos, y el mosto puede fluir libremente a traves de estos tubos. El principio de funcionamiento es del tipo "termosifon", de manera que el mosto entre en los tubos de calentamiento, alcance la temperatura de ebullicion y se formen y surjan las burbujas de vapor. Estas burbujas de vapor (densidad muy baja) son la fuerza impulsora hacia arriba a traves de la caldera interna, lo que garantiza de esta manera una conveccion natural. Alternativamente, la caldera puede localizarse fuera de la caldera y el mosto se alimenta a traves del mismo por medio de una bomba y se devuelve a la caldera.

En la ultima decada se han introducido numerosos sistemas de coccion nuevos e innovadores. Todos ellos se centran en la reduccion de energfa mediante la disminucion de la evaporacion y mediante la reduccion de la carga termica medida en el mosto por el metodo del mdice de acidez tiobarbiturico (TBA). Los ejemplos de sistemas de coccion del mosto modernos se basan en: coccion dinamica del mosto; evaporacion de pelmula delgada; caldera termosifon externa

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con mayor superficie de calentamiento; coccion del mosto continua; coccion al vado, caldera interna con conveccion forzada; coccion suave con evaporacion subita; y la coccion del mosto con rociado de gas inerte. Particularmente, la coccion del mosto con rociado de gas inerte consiste en hervir el mosto por una duracion de aproximadamente 30 min en cuyo punto, mientras se sigue hirviendo, se rocfa un gas inerte en la coccion del mosto, lo que mejora considerablemente la tasa de remocion de DMS. El rociado se proporciona por una estructura anular localizada en el fondo de la caldera de mosto, tal como se describe en el documento EP875560. Debido a la eliminacion de DMS facilitada, el tiempo de coccion puede acortarse y las velocidades de evaporacion podnan reducirse a aproximadamente 4 % en peso.

Incluso con las ultimas tecnicas de coccion del mosto, la coccion del mosto sigue siendo la etapa de mas alto consumo de energfa de todo el proceso de elaboracion. Por lo tanto sigue existiendo en la tecnica una clara necesidad de un proceso de tratamiento mas economico de mosto expedido desde un tanque de filtrado. La presente invencion proporciona tales procesos. Esta y otras ventajas estan presentes en las siguientes secciones.

Resumen de la invencion

La presente invencion se define en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las modalidades preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. Particularmente, la presente invencion se refiere a un proceso para tratar un mosto en una caldera, dicho metodo comprende las etapas de:

(a) proporcionar:

• una caldera provista con una entrada adecuada para alimentar un mosto en la caldera y con una salida adecuada para que fluya el mosto fuera de la caldera,

• medios de calentamiento adecuados para llevar el mosto contenido en la caldera cerca de o a la temperatura de ebullicion, asf como tambien para controlar dicha temperatura,

• un sistema de rociado de gas adecuado para rociar un gas inerte en dicho mosto,

(b) alimentar el mosto a partir de una etapa de filtracion en dicha caldera hirviendo a traves de la entrada, dicho mosto que esta a una temperatura por debajo de su temperatura de ebullicion;

(c) mientras se rocfa un gas inerte a traves del mosto, calentar dicho mosto a, y mantenerlo a una temperatura de tratamiento, Ta, que esta por debajo de la temperatura de ebullicion, Tb, del mosto para una duracion del tratamiento, ttratamiento, comprendido entre 15 y 90 min, preferentemente entre 20 y 75 min, con mayor preferencia entre 30 y 60 min, y no mas de lo requerido para evaporar a lo maximo 4 % en peso de agua inicialmente presente en el mosto;

(d) transferir el mosto tratado a una etapa de separacion de la sedimentacion a traves de la salida.

La temperatura de tratamiento, Ta, preferentemente es mayor que 90 °C, preferentemente mayor que 97 °C, con mayor preferencia entre (Tb - 2 °C) y Tb, en donde Tb es la temperatura de ebullicion del mosto. Se prefiere que incluso despues del penodo de tratamiento, ttratamiento, el mosto nunca alcance la temperatura de ebullicion, Tb, del mismo durante toda la duracion de su residencia en dicha caldera hirviendo.

El proceso de la presente invencion puede llevarse a cabo en calderas de la tecnica anterior usadas para la coccion convencional de mosto, al cual se anade un sistema de rociado de gas. Particularmente, la caldera puede ser del tipo de caldera interna, que comprende tubos de calentamiento orientados de manera vertical a traves de los cuales fluye el mosto a calentar o que se mantiene a temperatura elevada. Es ventajoso si dichos tubos de calentamiento se localizan directamente por encima del rociador de gas. Alternativamente, la caldera puede ser de tipo caldera externa, que comprende tubos de calentamiento a traves de los cuales fluye el mosto a calentar o que se mantiene a temperatura elevada, dichos tubos de calentamiento se localizan fuera de la caldera y en comunicacion de fluidos con la misma a traves de una tubena y una bomba.

El gas inerte puede rociarse en el mosto por medio de un rociador de gas localizado en el fondo de la caldera y se orienta hacia arriba o hacia los lados en la direccion radial, dicho rociador que comprende preferentemente una placa circular, cilmdrica o anular proporcionada con una multitud de aberturas. Las aberturas pueden ser orificios o poros abiertos de un material sinterizado, tal como acero inoxidable sinterizado. Para homogenizar la temperatura del mosto durante la etapa de calentamiento, se prefiere que el regimen de flujo de rociado de gas inerte tengan un valor inicial despues de la introduccion del mosto en la caldera hirviendo, que es mas alto y preferentemente esta comprendido entre 0,05 y 50 m3/h/hl de mosto, con mayor preferencia entre 0.1 y 10 m3/h/hl. A la temperatura de tratamiento, Ta, se alcanza el regimen de flujo del gas y puede disminuirse progresivamente a un valor preferentemente comprendido entre 25 y 75 %, con mayor preferencia entre 37 y 45 % del valor inicial del regimen de flujo de rociado de gas inerte. El gas inerte es preferentemente nitrogeno o dioxido de carbono.

Al final del proceso, el mosto asf tratado entonces puede transferirse a una etapa de separacion de la sedimentacion, por ejemplo en un tanque de sedimentacion, y luego a recipientes de tratamiento adicionales para producir una cerveza o una bebida a base de malta. La cerveza o bebida a base de malta producida asf preferentemente tiene una o mas de las siguientes propiedades:

(a) Estabilidad de la espuma (NIBEM) de al menos 150 s;

(b) Turbidez medida en la cerveza fresca o bebida a base de malta inferior a 1.0 EBC; y/o

(c) Turbidez medida en la cerveza o bebida a base de malta envejecida durante 3 dfas a 60 °C inferior a 1,5 EBC.

Breve descripcion de las figuras

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Para una comprension mas completa de la naturaleza de la presente invencion, se hace referencia a la siguiente descripcion detallada tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:

La Figura 1 muestra las diversas etapas de un proceso de elaboracion.

La Figura 2 es una representacion esquematica de un perfil de temperatura del mosto y regimen de flujo de rociado de gas durante todo el proceso de la presente invencion,

La Figura 3 muestra una primera modalidad de un hervidor de la caldera interna adecuada para la presente invencion,

(a) vada y (b) rellena con mosto y con gas que se roda en la misma.

La Figura 4 muestra una segunda modalidad de un hervidor de la caldera externa adecuada para la presente invencion, (a) vada y (b) rellena con mosto y con gas que se roda en la misma.

La Figura 5 muestra una tercera modalidad de un hervidor de la caldera externa adecuada para la presente invencion, (a) vada y (b) rellena con mosto y con gas que se roda en la misma.

La Figura 6 muestra la evolucion del contenido de DMS en el mosto durante ttratamiento.

La Figura 7 compara el consumo de energfa de un proceso de pseudococcion de acuerdo con la presente invencion con el de un proceso de coccion llevado a cabo con conveccion natural y forzada, respectivamente.

Descripcion detallada de la invencion

Como se muestra en la Figura 1, la presente invencion aborda la etapa de tratamiento del mosto seguido de rociado (400) y la separacion de sedimentacion anterior (500) tal como se realiza mas a menudo en un tanque de sedimentacion. Esta claro que un tanque intermedio o de precalentamiento puede interponerse entre un tanque de rociado y la caldera (1) sin cambiar nada a la presente invencion. La etapa de tratamiento del mosto objeto de la presente invencion se denomina tradicionalmente como una etapa de "coccion" debido a que el mosto se calienta tradicionalmente por encima de su temperatura de ebullicion para esterilizarla, terminar la actividad enzimatica, y convertir y/o eliminar los componentes no deseados. En el presente proceso, sin embargo, se usa el termino etapa de "pseudococcion" debido a que contrariamente a los procesos de la tecnica anterior, el mosto no se lleva a su temperatura de ebullicion en cualquier momento durante el tiempo de tratamiento, ttratamiento.

El proceso de pseudococcion de la presente invencion esta destinado a reemplazar ventajosamente los procesos de coccion descritos y usados hasta la fecha en la tecnica, con una reduccion sustancial concomitante del consumo de energfa. Particularmente, despues de tanto una etapa de coccion como una de pseudococcion:

(a) El mosto debe esterilizarse,

(b) la actividad enzimatica, debe terminarse

(c) la cantidad de alfa-acidos se reducira y se reemplazara por iso-alfa-acidos,

(d) una cantidad sustancial de S-metilmetionina (sMm) debe haberse transformado en dimetilsulfuro (DMS),

(e) las protemas que activan la turbiedad y polifenoles deben haberse coagulado para su separacion, y

(f) los compuestos de sabor no deseados, particularmente DMS, se eliminaran.

Los objetivos anteriores (a) a (d) son en su mayona dependientes de la temperatura en el tiempo y pueden alcanzarse a temperaturas por encima de 90 °C, con una velocidad que aumenta con la temperatura. La coagulacion de protemas y polifenoles y la eliminacion de componentes de sabor volatiles no deseados, por otro lado, se aceleran sustancialmente cuando se aumenta el area interfacial entre el lfquido y el gas. Por esta razon, es necesario poner el mosto a ebullicion para generar las burbujas de vapor que aumentan sustancialmente el area interfacial lfquido-gas, y por tanto la velocidad de coagulacion de las protemas que activan la turbiedad y los polifenoles, y la velocidad de eliminacion de los componentes volatiles no deseados. Este metodo de coccion del mosto funciona para aumentar el area interfacial lfquido-gas perotiene dos inconvenientes principales:

(a) Es altamente consumidor de energfa, y

(b) La evaporacion del agua vana desde 4 % en peso para los sistemas de coccion mas economicos, hasta 6-10 % en peso y mas para las tecnicas de coccion mas tradicionales.

Hervir el agua consume mucha energfa. Las propiedades del calor ffsico del mosto son muy comparables a las del agua. El calor latente de vaporizacion del agua (y del mosto) es muy alto: 2260 kJ/kg. Se deduce que si el calor requerido para calentar 1 litro de mosto por una diferencia de temperatura, dT, hasta una temperatura por debajo de la temperatura de ebullicion del mosto, Tb, es Q = cp dT kJ/kg en donde cp es el calor espedfico del mosto (-4,19 kJ/kg °C), mientras que se requieren 2260 kJ/kg por el sistema para convertir dicho 1 litro de agua lfquida en vapor una vez que la temperatura del mosto ha alcanzado la temperatura de ebullicion, Tb. Observese que dado que la temperatura de ebullicion del mosto (y del agua) depende de la presion, el valor real de Tbvana como una funcion del tiempo y la localizacion de la cervecena. A presion atmosferica, Tb = 100 °C, pero esta claro que el mosto lfquido nunca alcanzara tal temperatura en una cervecena localizada en la Ciudad de Mexico o en Lhasa.

La eliminacion de compuestos de sabor volatiles no deseados tales como el DMS depende del equilibrio vapor-lfquido (VLE) de cada compuesto volatil con mosto. Esto significa que una cantidad determinada de evaporacion es necesaria para reducir el nivel de un compuesto no deseado a niveles subumbrales. Por lo tanto siempre se requiere una evaporacion minima y los sistemas mas recientes funcionan con un mmimo de 4-6 % evaporacion, que es todavfa una cantidad considerable.

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Para llevar a cabo un proceso de acuerdo con la presente invencion, se requiere una caldera (1), que se proporciona con una entrada (1u) adecuada para alimentar un mosto en la caldera y con una salida (1d) adecuada para que fluya el mosto fuera de la caldera. Deben proporcionarse medios de calentamiento (2) adecuados para calentar el mosto en la caldera. Los medios de calentamiento estan generalmente en la forma de un conjunto de tubos huecos paralelos encamisados, en donde el mosto se hace circular a traves del lumen de los tubos huecos que se calientan por un fluido de calentamiento que circula en las chaquetas. Los medios de calentamiento (2) pueden localizarse dentro de la caldera, lo que forma por lo tanto un hervidor de la caldera interna como se ilustra en la Figura 3(a). Debido a su densidad muy baja estas burbujas de vapor son la fuerza impulsora hacia arriba a traves de la caldera interna, lo que garantiza de esta manera una conveccion natural. En algunos sistemas de la tecnica anterior, una bomba se localiza por debajo de la caldera interna para obligar al mosto recogido en varios puntos de la caldera a fluir a traves de las tubenas de calentamiento. Aunque puede aplicarse, tal sistema de conveccion forzada no es obligatorio en la presente invencion debido a que, como se describe a continuacion, las burbujas de gas rociadas crean ya una conveccion forzada. Alternativamente, los medios de calentamiento (2) pueden localizarse fuera de la caldera, conectarse flmdicamente al mismo por las tubenas, lo que forma por lo tanto un hervidor de la caldera externa como se ilustra en las Figuras 4(a) & 5(a). Una bomba (8) se usa usualmente para obligar al mosto a fluir a traves de la caldera, la mayona de las calderas de la tecnica anterior, usados tradicionalmente para llevar a cabo una etapa de coccion del mosto cumplen los requisitos anteriores,

El equipo requerido por la presente invencion requiere un sistema de rociado de gas (3) adecuado para rociar un gas inerte en dicho mosto. Aunque se conocen en la tecnica, tal como se describe en el documento EP875560, pocas calderas de coccion se proporcionan con un sistema de rociado de gas. Un sistema de rociado de gas puede ser muy simple; y puede incluir una placa circular, cilmdrica o anular proporcionada con una multitud de aberturas. Las aberturas pueden ser a traves de canales, como en un cabezal de ducha, o pueden ser los poros de una estructura de poro abierto, tal como un material sinterizado (por ejemplo, acero inoxidable sinterizado). Si el gas inerte usado es nitrogeno, un convertidor de nitrogeno es muy simple y barato de instalar, y si se usa CO2 en su lugar, esta claro que tal gas esta disponible en abundancia en todas las fabricas de cervezas. Una ventaja de la presente invencion es por lo tanto que requiere poca o ninguna modificacion al equipo existente. Como se muestra en las Figuras 3(b) y 4(b), el rociador de gas (3) se localiza preferentemente en el fondo de la caldera, de manera que las burbujas de gas pueden elevarse hasta la superficie del mosto, se fijan en su camino hacia arriba las protemas volatiles y las protemas que activan la turbiedad. En una modalidad alternativa, ilustrada en la Figura 5(a) & (b), se proporciona un hervidor de la caldera externa con un sistema de rociado de gas localizado en el extremo aguas arriba de la caldera externa con respecto a la direccion de flujo del mosto (en el caso de la Figura 5, en el fondo de la caldera). Las burbujas son forzadas a traves de los tubos de calentamiento huecos (2a) y se inyectan en junto con el mosto. Para las calderas del tipo de caldera interna, se prefiere que el rociador se localice por debajo de los tubos de calentamiento (2a) y preferentemente tenga una dimension mayor (diametro en el caso de un disco, cilindro, o un anillo) que sea menor que el diametro mas grande de la caldera (2). Con tal configuracion, las burbujas de gas que se elevan a traves de los tubos huecos (2a) de la caldera interna crean una conveccion forzada que impulsa el mosto a traves de los lumenes de los tubos huecos de la caldera. Esto es muy ventajoso debido a que, por un lado, no se requiere una bomba sumergida para creartal conveccion forzada y, por otro lado, la velocidad de flujo del mosto a traves de los tubos de calentamiento huecos durante la etapa de calentamiento es mayor y mas homogenea en comparacion con los sistemas de conveccion natural a temperaturas por debajo de, Tb, cuando estan presentes las burbujas de vapor insuficientes para crear una conveccion natural con el riesgo del sobrecalentamiento de manera local del mosto.

Cuando se usa una caldera proporcionada con una caldera interna (2), un deflector (5) y un techo del deflector (6) se proporcionan preferentemente en la parte superior de la caldera interna para canalizar el flujo de las burbujas de gas ascendentes y el mosto, redistribuirlas sobre la interfaz lfquido-aire del mosto, y reducir el grosor de la espuma formada por lo tanto para permitir mejor eliminacion en el aire de los compuestos volatiles arrastrados con las burbujas (ver la Figura 3(b)).

El mosto se alimenta a la caldera a partir de una etapa de filtracion (400). En algunos casos, el mosto en primer lugar se hace pasar a traves de un tanque intermedio o tanque de precalentamiento antes de que entre en la caldera. La temperatura del mosto esta generalmente por debajo de 90 °C, a menudo comprendido entre 65 y 85C. Despues de llenar la caldera (1) con mosto, se rocfa un gas inerte en el mosto y este ultimo se calienta concomitantemente a una temperatura de tratamiento, Ta, que es inferior a la temperatura de ebullicion, Tb, del mosto, como se ilustra en la Figura 2. Cuando el mosto ha alcanzado la temperatura de tratamiento, Ta, se mantiene a dicha temperatura, Ta, todavfa bajo el flujo de dicho gas inerte, durante un penodo de tiempo, ttratamiento, comprendido entre 15 y 90 min, preferentemente, entre 20 y 75 min, con mayor preferencia entre 30 y 60 min. Como se menciono anteriormente, el gas inerte es preferentemente nitrogeno o dioxido de carbono, siendo el primero el mas preferido.

Como se ilustra en la Figura 2, el regimen de flujo del gas inerte es mas alto durante el penodo de calentamiento del mosto a temperatura, Ta, y se disminuye cuando el mosto se mantiene a temperatura, Ta. El regimen de flujo del gas inerte inicial puede estar comprendido entre 0,05 y 50 m3/h/hl de mosto, con mayor preferencia entre 0,1 y 10 m3/h/hl. Una vez que el mosto ha alcanzado su temperatura de tratamiento, Ta, el regimen de flujo del gas puede reducirse a aproximadamente 35 a 50 %, con mayor preferencia entre 37 y 45 % del valor inicial (QN2(0)), del regimen de flujo de rociado de gas inerte.

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La temperatura de tratamiento, Ta, de acuerdo con la presente invencion esta por debajo de la temperatura de ebullicion, Tb, del mosto. Particularmente, preferentemente es mayor que 90 °C, con mayor preferencia mayor que 97 °C. Como se describio anteriormente, la velocidad de varias de las reacciones necesarias para que ocurran durante el proceso de pseudococcion depende de la temperatura, tal como esterilizacion, terminacion de la actividad enzimatica, conversion de SMM en DMS, y similares. Por lo tanto, se encuentra un valor de temperatura de compensacion en donde el tiempo de tratamiento, ttratamiento, sigue siendo comercialmente razonable y el consumo de energfa esta por debajo de los niveles actuales. Este valor de compensacion de la temperatura de tratamiento, Ta, esta comprendido preferentemente entre (Tb - 2 °C) y la temperatura de ebullicion, Tb, del mosto. No se excluye calentar el mosto a la temperatura de ebullicion, Tb, despues del tiempo de tratamiento, pero en la gran mayona de los casos no es necesario, y el exceso de energfa necesaria para hervir el mosto, incluso durante un corto tiempo debe justificarse por algunos requisitos espedficos del mosto tratado.

Como se muestra en las Figuras 3(b) & 4(b), un rociador de gas inerte localizado en el fondo de la caldera genera una columna de burbujas de gas. Los componentes volatiles presentes en el mosto por lo tanto estan en equilibrio entre las fases gaseosa y lfquida sin necesidad de hervir el mosto. Como se describio anteriormente, la columna de burbujas que penetra a traves de los lumenes de los tubos huecos de una caldera interna como se representa en la Figura 3(b), crea una conveccion forzada independiente de la temperatura, contrariamente a la conveccion natural que es altamente dependiente de la temperatura para la creacion de suficientes burbujas de vapor. Por otro lado, las burbujas de gas inerte actuan como burbujas de vapor cuando emergen, lo que produce el mismo efecto que con este ultimo con respecto a la eliminacion de componentes volatiles y coagulacion de las protemas que activan la turbiedad, pero sin tener que hervir y evaporar grandes cantidades de mosto. El flujo de gas tambien es ventajoso debido a que homogeniza el mosto mediante la creacion de un sistema de elevacion de gas con un flujo ascendente central y un flujo descendente lateral, como se ilustra por las flechas negras en las Figuras 3(b) & 4(b).

Despues del proceso de pseudococcion de la presente invencion, el mosto puede alimentarse a un tanque de sedimentacion o similares para separar la sedimentacion del mosto claro, y por lo tanto proceder a la fermentacion (700), maduracion (800), filtrado (900) y envasado (1000) de la cerveza asf producida exactamente de la misma manera que en los procesos de elaboracion convencionales.

Ejemplo 1

5,4 hl de mosto procedente de una etapa de filtracion se dividio en dos lotes de 2,7 hl cada uno. Uno se alimento a una etapa de coccion tradicional, y se usa como referencia (= REX.1) y el otro se trato con un proceso de pseudococcion de acuerdo con la presente invencion (= EX.1). Los dos lotes se trataron en hervidores de las calderas internas identicas (1), pero el rociador de gas (3) no se activo en el lote de referencia, REX1.

Proceso de coccion de REX.1

Cuando el nivel de mosto en la caldera alcanzo la caldera interna, se produjo el intercambio de calor y el mosto se calento hasta 100 °C, de donde el mosto comenzo a hervir intensamente con altas turbulencias y se mantuvo en tal estado de ebullicion durante un tiempo de tratamiento, ttratamiento(REX1) = 60 min. Se observo vapor de agua denso durante todo el penodo de tratamiento.

Proceso de pseudococcion de EX.1

Desde el momento en que el cabezal del rociador estuvo por debajo del nivel de mosto, el proceso de rociado comenzo con nitrogeno a un regimen de flujo de 0,1 m3/h/hl. Para garantizar una homogeneizacion suficiente del mosto durante el calentamiento, la conveccion forzada es una necesidad absoluta durante esta fase. Al principio, por lo tanto, se aplica el regimen de flujo maximo de nitrogeno.

Cuando el calentamiento avanza hacia la temperatura de tratamiento, Ta= 98,5 °C, el regimen de flujo de nitrogeno puede disminuirse regularmente hasta que se obtenga un regimen de flujo de 40 % del valor inicial a 98 °C. La magnitud de flujo de nitrogeno debe ajustarse al estado similar a la ebullicion del mosto a 98,5 °C. En este sistema dinamico, parece que el mosto ya se hierve, pero desde un punto de vista termodinamico, este no es el caso en absoluto. La mezcla de nitrogeno y los vapores del mosto garantizan una circulacion muy vigorosa. La adicion de lupulo puede producirse en cualquier etapa de la fase de calentamiento. En Ex1 y REX1 se anadio lupulo tan pronto como la caldera se relleno con mosto.

La temperatura del mosto se mantuvo a aproximadamente 98.5 °C, lo que mantiene de esta manera el estado similar a la pseudococcion durante un tiempo de tratamiento, ttratamiento (EX1) = 60 min. Durante todo el proceso, el mosto pareda como si estuviese hirviendo muy intensamente con altas turbulencias como en el REX1, pero por el contrario, los vapores ascendentes eran muy delgados, lo que resulta en una evaporacion muy limitada. Los componentes volatiles no deseados por lo tanto podnan evacuarse sin una velocidad de evaporacion extensa.

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Las burbujas de nitrogeno ascendentes tambien proporcionan una interfaz para la orientacion de protemas desnaturalizadas responsables entre otras cosas de la formacion de turbidez en la cerveza, lo que mejora por lo tanto la coagulacion de la misma. Por lo tanto la coagulacion puede tener lugar sin que se alcance la temperatura de ebullicion dado que las burbujas de nitrogeno reemplazan las burbujas de vapor.

De manera simultanea, la columna de burbujas proporciona la conveccion forzada, en la caldera hirviendo. Por lo tanto no es necesario un calentamiento intensivo para crear las burbujas de vapor segun se requiera para activar el principio termosifon en los hervidores de las calderas internas con conveccion natural. Es suficiente proporcionar suficiente fluido de calentamiento, tal como vapor, en las chaquetas de los tubos huecos (2a) que conforman la caldera (2) para mantener solamente la temperatura requerida, Ta = 98.5 °C.

Produccion de cerveza

El lote tratado de acuerdo con la presente invencion (= EX1) registro una velocidad de evaporacion de 2,8 % en peso, mientras que el lote usado como referencia (= REX.1) registro una velocidad de evaporacion de 10.8 % en peso. Cuando se compara el proceso de pseudococcion de EX.1 con el proceso de coccion del mosto convencional de REX.1, es imprescindible que todos los otros parametros de produccion de cerveza se mantengan constantes a lo largo de todo el proceso de produccion. Por esta razon, despues de alimentar el mosto asf tratado a un tanque de sedimentacion (500), una cantidad de agua caliente (76 °C) se anadio al mosto de REX.1 para compensar la diferencia de densidad entre los 2 mostos debido a las diferentes velocidades de evaporacion. Despues de enfriar, el mosto aireado se anadio con iguales cantidades de suspension de levadura y los perfiles de temperatura se mantuvieron iguales durante la fermentacion (700). Despues de la filtracion (900) las cervezas finales se embotellaron (1000) y una porcion del mismo se sometio a un envejecimiento acelerado (ya sea termico u oxidativo), antes del analisis.

Resultados

Los parametros generales de calidad de las cervezas producidas de los mostos tratados en EX.1 y en REX.1 se enumeran en la Tabla 1. La diferencia en la evaporacion es espectacular: 8 % de diferencia entre 10,8 % en peso para REX.1 y 2,8 % en peso para EX.1. No se observaron cambios significativos en la estabilidad de la espuma ni en la estabilidad de la turbidez. La estabilidad de la turbidez de la cerveza de EX.1 fue incluso ligeramente mejor que la referencia. El color de EX.1 fue sustancialmente mejor que el de REX.1 y el aumento de TBA de EX.1 fue 28 % menor que el de REX.1.

• La estabilidad de la espuma se determino de acuerdo con el metodo NIBEM descrito. El instituto NIBEM ha establecido normas para la medicion de la estabilidad de la espuma. El analizador de estabilidad de espuma NIBEM mide el tiempo de colapso de la espuma a una distancia de 30 mm y se expresa en segundos.

• La turbidez se midio mediante el uso de un Medidor de turbidez que mide la luz dispersa causada por partfculas e incorpora las ultimas normas de MEBAK (Mitteleuropaische Brautechnische Analysekommission):

o Angulo de medicion de 90 ° o Luz roja 650 ± 30 nm o Norma de calibracion de formazina

• Las partmulas mas pequenas que 1 pm, tal como protemas, causan principalmente la luz dispersa y se miden por debajo de 90 °. Las partmulas mayores que 1 pm, tal como tierra de diatomeas y levadura, causan principalmente la luz dispersa hacia adelante y se miden por debajo de 25 °. Se coloca una muestra (cubeta o botella) en la camara de medicion, que se rellena con agua. Se realiza la medicion automatica, posicionando la muestra y girandola, haciendo 100 mediciones, y calculando el valor promedio.

• El metodo de mdice de acidez tiobarbiturico (TBA) se llevo a cabo como se describio enGrigsby, J.H. y Palamand, S.R. "Studies on the Staling of beer: the use of 2-thiobarbituric acid in the measurement of beer oxidation", ASBC J. (1975) 34 (2), 49-55. Cinco ml de una solucion de TBA (288 mg de acido tiobarbiturico en 100 ml acido acetico (90 %)) se anadio a 10 ml de mosto en tubos Pyrex sellados (en duplicado). Las mezclas se mantuvieron en un bano de agua a 70 °C durante 70 minutos. Las muestras despues se enfriaron en hielo. El tratamiento termico anterior permite la formacion de complejos entre TBA e hidroximetilfurfural (HMF), la presencia de este ultimo en el mosto que resulta de reacciones de Maillard, bien conocidas por los expertos en la tecnica. La presencia de complejos HMF-TBA puede identificarse facilmente y cuantificarse por espectrofotometna ya que se caracterizan por una fuerte absorcion a una longitud de onda de 448 nm. Si es necesario, las muestras se diluyeron para obtener un valor en el intervalo lineal del espectrofotometro. Como la medida en blanco, se midio la absorcion del mismo mosto con TBA pero sin el tratamiento termico a la misma longitud de onda. El valor de TBA entonces podna calcularse como sigue TBA= 10 x (D x A448 (muestra) - A448(blanco)), en donde D es un factor de dilucion: A448(muestra) y A448(blanco) son las absorciones medidas a 448 nm del mosto tratado termicamente + muestras de solucion de TBA y blanco (mosto + solucion de TBA no tratado termicamente), respectivamente.

Tabla 1: La comparacion de parametros de calidad de cerveza elaborada con mosto de acuerdo con EX1&REX.1

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65

Parametro

EX1 REX1

evaporacion, (% en peso) (\)

2,8 10,83

estabilidad de la espuma (NIBEM), (s) (/)

269 274

Turbidez (despues de 3 dfas a 60 °C), (EBC) (\)

0,51 0,58

Turbidez (cerveza fresca), (EBC) (\)

0,29 1,01

color, (EBC) (\)

7,55 8,75

carga termica durante el (pseudo) cocido, (ATBA) (\)

7,9 10,9

2-furfural (ppb) (\)

150 180

fenilacetaldefudo (ppb) (\)

122 140

linalol (ppb) (/)

135 87

R = ADMS / % evaporacion (ppb DMS / % de vapor) (/)

11,4 4,8

(/) alto valor deseado, (\) bajo valor deseado

La eficiencia de evaporacion de un sistema de coccion del mosto se evalua principalmente mediante la eliminacion de DMS durante el (pseudo) cocido como una funcion de cantidad de evaporacion del mosto. Se tomaron las muestras al principio (t = 0 min), en el medio (t = 30 min), y al final (t = 60 min) del tiempo de tratamiento, ttratamiento = penodo de 60 min. Las cantidades de DMS medido en diferentes momentos se trazan en la Figura 6. En el tiempo, t = 0 min, el mosto tratado de acuerdo con la presente invencion (= EX.1, drculos negros)) contema 38 ppb DMS mientras que al mismo tiempo, el mosto que alcanzaba su temperatura de ebullicion de acuerdo con un proceso de coccion convencional (REX.1, drculos blancos) contema 59 ppb. Esto se explica debido a que, mientras que los dos lotes de mosto teman exactamente el mismo contenido de 65 ppb de DMS al entrar en la caldera (1), durante la etapa de calentamiento del mosto a sus temperaturas de tratamiento respectivas, Ta, DMS ya estaba eliminandose activamente por las burbujas de nitrogeno rociadas en el mosto durante dicha etapa (ver la Figura 2), mientras que en ausencia de un gas de rociado en REX.1, el contenido de DMS no disminuyo significativamente durante la etapa de calentamiento. Despues de un tiempo de tratamiento, ttratamiento, de 60 min, las cantidades de DMS que quedan en los dos lotes de mosto fueron comparables con 6 ppb DMS en EX.1 y 7 ppb DMS en REX.1. La eficiencia de evaporacion, R, puede caracterizarse por la relacion de la cantidad de DMS eliminados durante la etapa de (pseudo) cocido, a la cantidad de agua evaporada durante el mismo tiempo, R = ADMS / % evaporacion, lo que produce 11,4 ppb DMS / % de vapor para EX.1, contra 4,8 ppb DMS / % de vapor para REX.1, es decir, EX.1 produce una eficiencia de evaporacion 2,4 veces mayor que REX.1.

Calidad de la cerveza

Para conocer la estabilidad del sabor de las cervezas producidas, se almacenaron botellas de cerveza fresca durante 3 dfas a 60 °C y las cantidades de furfural y fenilacetaldefudo se midieron para las cervezas de EX.1 y REX.1 (ver las ultimas filas de la Tabla 1). El furfural se considera generalmente como un compuesto indicador para el dano de sabor inducido por calor y tambien se sospecha que el fenilacetaldelmdo, uno de los aldelmdos de Strecker esta implicado en la estabilidad del sabor. Ambos compuestos se encontraron en cantidades mayores en cervezas de referencia frescas y envejecidas. Esto no fue inesperado, ya que estos compuestos estan relacionados con la carga termica total, cuantificada por el valor TBA. Sorprendentemente, la concentracion de linalol y otros compuestos de sabor a lupulo (no enumerados) era hasta un 80 % mayor en la cerveza de EX.1 que en la cerveza REX.1 (ver la ultima fila de la Tabla 1). Se sabe que estos compuestos terpenoides contribuyen positivamente al sabor general de la cerveza. Se puede suponer que las burbujas de nitrogeno son (afortunadamente) menos eficientes en la eliminacion de tales terpenoides que las burbujas de vapor.

Las cervezas tambien fueron evaluadas por un panel de degustacion entrenado. La cerveza fresca de EX.1 tuvo una puntuacion general alta de 7.1 en comparacion con la cerveza de referencia 6.6. Este es, sin duda, al menos en parte, debido a la mayor retencion de volatiles de lupulo beneficiosos o la reduccion del amargor de la cerveza de EX.1. Despues del envejecimiento, la cerveza de EX.1 se califico ligeramente superior que la referencia cerveza de REX.1 con 3,9 contra 3,5, respectivamente. El panel concluyo que la intensidad de envejecimiento general, los componentes Maillard y los aldelmdos era ligeramente superiores en la cerveza de referencia (= REX.1), mientras que el sabor de lupulo viejo se volvio mas evidente en la cerveza de la presente invencion (= EX.1). Sorprendentemente, el sabor envejecido similar al sulfurilo, heno era sustancialmente mas dominante en la cerveza de referencia (REX.1). Aparentemente, los sabores sulfurosos o sus compuestos precursores se expulsaron mas completamente por el proceso de pseudococcion con rociado de nitrogeno de la presente invencion (= EX.1) que por el proceso de coccion convencional del ejemplo de referencia, REX.1.

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Ejemplo 2

El experimento de coccion llevado a cabo en una planta piloto de EX.1 se repitio en un equipo de preparacion de cerveza a escala completa. Despues de la pseudococcion del mosto durante un tiempo, ttratamiento, de 60 min de acuerdo con la presente invencion, la velocidad de evaporacion fue 1.5 % en peso (= EX.2). Un proceso de coccion convencional del tipo usado en REX.1 mediante el uso de un hervidor de la caldera interna con conveccion natural (= REX.2) produjo una velocidad de evaporacion de 8 % en peso. El mismo experimento se llevo a cabo con un hervidor de la caldera interna con conveccion forzada (es decir, en donde se impulsa el mosto a traves de los tubos calentados de la caldera por una bomba) (= REX.3) lo que produce una velocidad de evaporacion de 5 % en peso. La Tabla 2 compara los consumos de energfa de los tres procesos de (pseudo) coccion de EX.2, y REX.2&3. Puede observarse que el proceso de pseudococcion de la presente invencion consume solamente 19 % de la energfa consumida por el proceso de coccion convencional con conveccion natural (REX.2) y aproximadamente un tercio de la energfa consumida por un proceso de coccion con conveccion forzada (REX.3). La Figura 7 compara graficamente los consumos de energfa absolutos y relativos de EX.2 (columna negra) y REX.2&3 (columnas blancas).

Tabla 2: comparacion del consumo de energfa entre los procesos de coccion y pseudococcion

EX,2 INV REX,2 caldera interna con conveccion natural REX,3 caldera interna con conveccion forzada

evaporacion (% en peso)

1,5 8 5

consumo de energfa (kJ/hl)

3,387 18,063 11,290

energfa (kWh / hl)

0,94 5,02 3,14

consumo de energfa relativo (REX,2 relativo) (%)

19 % 100 % 63 %

consumo de 400,000 hl (MWh)

376 2,007 1,254

El proceso de pseudococcion de la presente invencion es una alternativa ventajosa a la coccion del mosto convencional lo que produce cerveza de calidad comparable con mas de 80 % de ahorro de energfa. Todos los parametros de calidad observados de los mostos y cervezas producidas de acuerdo con la presente invencion fueron comparables o mejores que sus correspondientes cervezas de referencia, mientras que la velocidad de evaporacion del proceso de pseudococcion fue solamente de 20 a 30 % de la velocidad de evaporacion de referencia. Los ahorros de energfa potenciales del proceso de la presente invencion son muy altos (hasta 4 kWh/hL), lo cual es una ventaja, dado que la energfa se hace mas cara cada dfa.

El proceso de pseudococcion de la presente invencion combina la ventaja de los sistemas de coccion del mosto con conveccion forzada, el mantenimiento en caliente o el desmoldeo y proporciona un medio excelente para cumplir los requisitos de coccion del mosto:

• La evacuacion de volatiles se mejora sin la necesidad de una evaporacion extensiva y por lo tanto, de energfa.

• Se garantiza la conveccion forzada por una corriente ascendente continua de burbujas de nitrogeno (elevacion

de gas). La conveccion es por lo tanto completamente independiente de la intensidad de calentamiento

• No es necesaria la temperatura de ebullicion. El mantenimiento en caliente es suficiente.

• Se produce la coagulacion de protemas sin la presencia de burbujas de vapor. Las burbujas de nitrogeno

pequenas proporcionan una interfaz grande, que permite coagular las protemas desnaturalizadas. Los resultados de las cervezas finales muestran una buena turbidez y estabilidad de la espuma (ver la Tabla 1).

Claims (11)

1. 5

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   20

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   40

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   55

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   Reivindicaciones

   1. El proceso paratratar un mosto en una caldera, dicho metodo comprende las etapas de:

   (a) proporcionar:

   • una caldera (1) provista con una entrada (1u) adecuada para alimentar un mosto en la caldera y con una salida (1d) adecuada para que fluya el mosto fuera de la caldera,

   • los medios de calentamiento (2) adecuados para llevar el mosto contenido en la caldera cerca de o a la temperatura de ebullicion, asf como tambien para controlar dicha temperatura,

   • un sistema de rociado de gas (3) adecuado para rociar un gas inerte en dicho mosto,

   (b) alimentar el mosto a partir de una etapa de filtracion en dicha caldera hirviendo a traves de la entrada, dicho mosto que esta a una temperatura por debajo de su temperatura de ebullicion, Tb;

   (c) mientras se rocfa un gas inerte a traves del mosto, calentar dicho mosto a, y mantenerlo a una temperatura de tratamiento, Ta, que este por debajo de la temperatura de ebullicion, Tb, del mosto para una duracion del tratamiento, comprendido entre 15 y 90 min, y no mas de lo requerido para evaporar a lo maximo 4 % en peso de agua inicialmente presente en el mosto;

   (d) transferir el mosto tratado a una etapa de separacion de la sedimentacion a traves de la salida.
2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el mosto no alcanza la temperatura de ebullicion, Tb, del mismo durante toda la duracion de su residencia en dicha caldera hirviendo.
3. 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en donde la temperatura de tratamiento, Ta, es mayor que 90 °C, preferentemente mayor que 97 °C, con mayor preferencia entre (Tb - 2 °C) y Tb, en donde Tb es la temperatura de ebullicion del mosto.
4. 4. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el gas inerte se rocfa en el mosto por medio de un rociador de gas (3) localizado en el fondo de la caldera y orientado hacia arriba, dicho rociador que comprende preferentemente una placa circular, cilmdrica o anular proporcionada con una multitud de aberturas.
5. 5. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en donde la caldera es del tipo de caldera interna, que comprende tubos de calentamiento orientados de manera vertical (2a) a traves de los cuales fluye el mosto a calentar o que se mantiene a temperatura elevada, dichos tubos de calentamiento se localizan por encima del rociador de gas.
6. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en donde la caldera es del tipo de caldera externa, que comprende los tubos de calentamiento (2a) a traves de los cuales fluye el mosto a calentar o que se mantiene a temperatura elevada, dichos tubos de calentamiento se localizan fuera de la caldera y en comunicacion de fluidos con la misma a traves de tubena y de una bomba (8).
7. 7. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el regimen de flujo de rociado de gas inerte tiene un valor inicial despues de la introduccion del mosto en la caldera hirviendo, que es mas alto y preferentemente esta comprendido entre 0.05 y 50 m3 / h / hl de mosto, con mayor preferencia entre 0.1 y 10 m3 / h / hl, y disminuye progresivamente a medida que el mosto alcanza su temperatura de tratamiento, Ta, a un valor preferentemente comprendido entre 25 y 75 %, con mayor preferencia entre 37 y 45 % del valor inicial del regimen de flujo de rociado de gas inerte.
8. 8. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tiempo de tratamiento, ttratamiento, esta comprendido entre 20 y 75 min, preferentemente entre 30 y 60 min.
9. 9. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el gas inerte es nitrogeno o dioxido de carbono.
10. 10. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el mosto asf tratado se transfiere a un tanque de sedimentacion y luego a recipientes de tratamiento adicionales para producir una cerveza o una bebida a base de malta.
11. 11. El metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, en donde la cerveza o bebida a base de malta tiene una o mas de las siguientes propiedades:

    (a) Estabilidad de la espuma de acuerdo con NIBEM de al menos 150 s;

    (b) Turbidez medida en la cerveza fresca o bebida a base de malta inferior a 1,0 EBC; y/o

    (c) Turbidez medida en la cerveza o bebida a base de malta envejecida durante 3 dfas a 60 °C inferior a 1,5 EBC.