FI101158B - Menetelmä oluen jatkuvaksi kypsyttämiseksi - Google Patents

Description

101158

Menetelmä oluen jatkuvaksi kypsyttämiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä oluen jatkuvaksi kypsyttämiseksi muokkaamalla primäärissä fermentointivaiheessa käsiteltyä vierrettä edelleen kantajaan sidotun hii-5 van avulla.

Oluen kypsytys tapahtuu tavallisesti varastoimalla nuorta olutta alhaisissa lämpötiloissa muutaman viikon ajan, mikä johtaa maun muuttumiseen ja primäärikäymises-sä muodostuneiden sivutuotteiden konversioon.

Tällainen varastointi ei pelkästään edellytä suuria säilytystiloja ja huomattavien 10 olutmäärien varastossapitoa, vaan se vaikeuttaa myös panimojen kykyä reagoida kysynnän epätavalliseen kasvuun.

Tästä syystä alalla on jo tehty yrityksiä oluen kypsytyksen nopeuttamiseksi. Esimerkiksi julkaisun DE-PS 21 44 754 perusteella tunnetaan menetelmä, jonka mukaan pääkäymiskuohujen, joiden käymisaste on keskimääräinen, lisääminen 2-3 15 vuorokauden aikana johtaa diasetyylin hajoamiseen, jota diasetyyliä pidetään tärkeimpänä vähennettävänä makukomponenttina.

Yunji Wang on kuvannut kalsiumalginaattigeeliin immobilisoitua hiivaa hyväksikäyttävän leijukerrosmenetelmän, jonka mukaan saavutetaan 14 tunnin pituinen primäärikäymisjakso ja 0,5 ppm oleva diasetyylipitoisuus, kun viiveaika reaktorissa 20 on 2,8 tuntia ja kierrätysluku on 5 [katso CA 112 (21) 196 633 g]. Mitään tietoja ei ole kuitenkaan esitetty oluen laadusta eikä laitteiston käyttöiästä.

A. Willet [Biotechnol. Lett. JO, 7 (1988), s. 473-78] on kuvannut laboratoriokokeita oluen kypsymisen nopeuttamiseksi bakteerien avulla käyttäen γ-karrageeniin immo-bilisoituja mikro-organismeja kuten Bacillus polymyxa ja muita vastaavia koealus-25 taa sisältävissä kartiopulloissa. Myös tässä tapauksessa on vaikeata arvioida menetelmän hyvyyttä makua ajatellen.

H. Lommi (Brewing & Distilling Intemat. 1990, 23-23) on kuvannut menetelmän oluen kypsyttämiseksi heterogeenisen, DEAE-selluloosasta, poly styreenistä ja titaanidioksidista koostuvan kantajan pinnalla kasvaneen hiivan avulla kiinteässä pe-30 tissä, jossa läpivirtaus on jatkuvaa.

2 101158

Lopuksi patenttijulkaisun US-4 915 959 perusteella tunnetaan menetelmä oluen kypsyttämiseksi, jossa alustavasti käsitelty vierre johdetaan ylipaineessa DEAE-selluloosaan immobilisoitua hiivaa sisältävän reaktiopylvään läpi.

DEAE-selluloosalla on esimerkiksi seuraavia haittapuolia: 5 - Kun kantaja regeneroidaan, jolloin se sterilisoidaan ja päällystetään uudella hiival la, DEAE-selluloosa täytyy sterilisoida vahvojen kemiallisten liuosten avulla (ks. esim. em. US-julkaisu, palsta 5, rivi 63). Sellaisten liuosten käyttö on hankalaa ja kallista (vaatii mm. useita huuhtelukertoja). Myös niiden hävittäminen käytön jälkeen on ongelmallista.

10 -Hiiva kiinnittyy DEAE-kantajaan sitoutumalla sen aktiivisiin ioninvaihtokohtiin. Regenerointisyklissä osa aktiivisista kohdista aina tyydyttyy, niin että muutamien syklien jälkeen ei ole enää paikkoja, joihin hiiva voisi kiinnittyä. Tällöin kantaja on vaihdettava, mistä aiheutuu runsaasti kustannuksia.

- DEAE-selluloosalla on voimakas pintavaraus (ks. esim. em. julkaisu H. Lommi, s.

15 22, oikea palsta). Tämä johtaa oluen kypsytyksessä makuaineiden, erityisesti prote iinien, adsorboitumiseen ja siten makuhaittoihin. Tämä vaikutus on erityisen voimakas heti regeneroinnin jälkeen, mistä aiheutuu myös laatuvaihtelua.

- Viitatuissa menetelmissä käytetty DEAE-selluloosa on pieninä, noin 3 mm x 3 mm kokoisina silputtuina palasina. Kuiturakenteen vuoksi tämmöinen silppu helposti 20 paakkuuntuu (kuten märkä paperisilppu) suuremmiksi möhkäleiksi. Möhkäleiden sisällä olevien kantajapalasten pinnalla oleva hiiva ei pysty (ainakaan kunnolla) osallistumaan kypsytysreaktioon, jolloin systeemin teho olennaisesti heikkenee. Paak-kuuntumisen estämiseksi on kantajamateriaalia käsiteltävä varovaisesti, minkä vuoksi joudutaan muun muassa käyttämään sellaisia reaktoreita, joissa kantajaan 25 kohdistuva mekaaninen tai kineettinen kuormitus pysyy pienenä.

J. Cop et ai. (EBC-kongressi 1989) ovat kuvanneet fermentointikokeita, joissa on käytetty alginaatin sisään suljettuja hiivasoluja ja joissa on huomioitu erityisesti aminohappojen siirtyminen soluihin ja niiden konversio. Tällöin todettiin aminohappojen hyväksikäytön paraneminen panoskäymisessä siirryttäessä irtokappaleker-30 roksen käsittävästä reaktorista liikkuvan kerroksen tai leijukerroksen käsittävään reaktoriin. He ovat myös esittäneet tuloksia, jotka on saatu käyttäen huokoisia lasikan-tajia, joiden sijaintipaikkaa tai merkitystä he eivät kuitenkaan tarkastelleet.

Nämä erilaiset menetelmät eivät ole kuitenkaan toistaiseksi johtaneet yleisesti hyväksyttyyn oluen kypsytysmenetelmään.

3 101158 Näin ollen keksinnön tavoitteena on mahdollisimman pitkäikäinen menetelmä oluen nopeutetuksi kypsyttämiseksi, joka menetelmä on ennen kaikkea myös oluen puhtautta säätelevien määräysten mukainen ("Reinheitsgebot").

Tätä tarkoitusta varten kehitetty keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, 5 että olutta muokataan korotetussa paineessa hiivalla, joka on immmobolisoitu avonaisia huokosia käsittävään sintterilasiin, jonka huokoisuus on 40-65 %, huokosten koon ollessa 60-300 pm.

Keksinnössä on olennaista, että käytetään uudenlaista hiivan kantajamateriaalia, nimittäin tietynlaista huokoista sintterilasia.

10 Keksinnössä käytettävä sintterilasi voidaan yksinkertaisesti sterilisoida höyryllä, jolloin ei tarvita kemikaaleja eikä moninkertaisia huuhteluja. Höyrysterilisointi on sitä paitsi juuri elintarviketeollisuudessa erityisen suositeltavaa.

Sintterilasikantajalla hiiva kasvaa huokosissa, eikä pinnalla ole mitään erityisiä kemiallisesti aktiivisia kohtia, joihin hiiva sitoutuu. Näin kantaja voidaan regeneroida 15 lukemattomia kertoja. Lasilla ei ole myöskään sellaisia ioninvaihto-ominaisuuksia, kuten DEAE-selluloosalla, eikä vastaavia makuhaittojakaan ilmene. Lasipartikkelit eivät myöskään paakkuunnu möhkäleiksi, vaan ovat niin stabiileja, että niitä voidaan käyttää jopa leijukerrosreaktorissa.

Menetelmä voidaan toteuttaa jatkuvana kiinteätä kerrosta tai edullisesti leijukerrosta 20 käyttäen siten, että tyhjää putkea vastaava nopeus on 20-120 m/h, erityisesti 30-100 m/h ja erityisesti korkeintaan 80 m/h kantajaan sidotun hiivan leijuttamiseksi, jonka hiivan on annettu kasvaa lasisintterikantajien, joiden hiukkaskoko on < 5 mm, erityisesti 1-2 mm, päälle.

Kiinteässä kerroksessa käytetään erityisesti hiivaa, joka on kasvanut halkaisijaltaan 25 8-25 mm olevien Raschig-renkaiden päälle.

Vaikka huokoinen lasi otettiinkin huomioon jo 1977 [Navarro et ai., European J. Appi. Microbiol. 4 (1977) 243-54] hiivan immobilisoimiseksi (vastaava patenttijulkaisu DE-OS 28 39 580) ja vaikka myös hakija on kuvannut patenttijulkaisuissa DE-OS 34 10 650 sekä patenttijulkaisussa DE-PS 36 39 153 huokoisia laseja, joita voi-30 daan käyttää mikro-organismien kantajina, sekä esittänyt mahdollisuuden käymis-tuotteiden valmistamiseksi ja käytön kiinteään kerrokseen tai leijukerrokseen perustuvassa reaktorissa, niin nämä yleiset maininnat eivät ilmeisestikään ole olleet suuntaa antavia erityisten oluenvalmistusmenetelmien kehitykselle, joissa menetelmissä 4 101158 on tähän saakka, erityisesti oluen kypsytyksen puitteissa, käytetty alginaattia ja kar-rageenia sekä selluloosajohdannaisia.

Keksinnön mukaisesti kantajana käytetään erityisen edullisesti avonaisia huokosia käsittävää kalkki-natron- tai boorisilikaattilasia. Tarkoituksenmukaiset kypsytysläm-5 pötilat ovat alueella 2-15 °C ja viiveajat ovat alueella 1-15 h, erityisesti noin 10 tuntia siten, että säätösuureena käytetään tarkoituksenmukaisesti tuotteeseen toivottavaa alhaista diasetyylipitoisuutta.

Tässä menetelmässä käytetään inerttien (lasi)kantajien lisäksi vain olutpanimojen luonnollisia lähtöaineita, joten menetelmä on puhtausmääräysten mukainen, ja ai-10 kaan on saatu laitteistolliset ja prosessitekniset edellytykset pitkäaikaiseen häiriöttömään toimintaan, menetelmän säädettävyyden ollessa hyvä.

Leijukerrosmenetelmässä hiivan kantajana käytetään erityisesti suuria huokosia käsittäviä sintterilasihelmiä, joiden halkaisija on < 2 mm ja huokoisuus noin 50 %. Huokoisuuden tulee olla mahdollisimman suuri, jotta alusta pääsisi hyvin huoko-15 sissa olevan hiivan luo tehokkaan aineenvaihdon takaamiseksi siten, että primääri-käymiseen verrattuna sekundäärikäymisessä huomattavasti pienentyneestä ravinto-ainetarjonnasta huolimatta hiiva pysyy riittävän aktiivisena aiheuttaakseen nopeasti kypsymisessä välttämättömän jäännösvierrekonversion ja sokeripitoisuuden vähenemisen. Samalla mahdollinen diasetyylipitoisuus pienenee riittävästi siten, että suurin 20 pitoisuus saadaan < 0,1 mg/1 seuraamalla diasetyylipitoisuutta jatkuvasti on-line-analytiikkaan ja prosessiparametrien kuten lämpötilan ja viiveajan mitta-arvoista riippuvaan säätöön perustuen.

Fermentointi tapahtuu tarkoituksenmukaisesti alueella 2-6 bar, erityisesti alueella 2,5-3 bar olevissa paineissa, joiden tuottajana on kehittyvä C02.

25 Reaktorina voidaan käyttää leijukerrosreaktoria, joka käsittää ulkoisen kierrätys-pumpun, joka huolehtii riittävästä läpivirtauksesta. Pylväänmuotoinen reaktori käsittää yläpäässään poikkileikkauksen laajennuksen, joka saa aikaan nestevirtauksen riittävän hidastumisen ja näin ollen suspendoituneen hiukkasmaisen materiaalin palaamisen takaisin reaktoriin.

30 Tällaisessa reaktorissa leijukerroksen tilavuus muodostaa noin 50-60 % koko työs-kentelytilavuudesta, täyttötilavuuden ollessa noin 25-30 % tästä työskentelytilavuu-desta.

5 101158 Tällainen leijukerrosreaktori voi taata tyydyttävät säätöominaisuudet ja reaktoripois-teen muuttumattomana pysyvän laadun.

Käynnistysvaiheessa mikro-organismeja viljellään kantajamateriaalin päällä edullisesti leijukerrosreaktorissa siten, että hiivatiivistettä lisätään siirrosteeksi reaktoriin 5 20-35 °C:n lämpötilassa, huolehtien hiivan kaksinkertaistumisaikaa lyhyemmillä viiveajoilla siitä, että kantajamateriaalin päälle tapahtuvan pesäkkeenmuodostus-vaiheen aikana saavutetaan optimaalinen selektiopaine alustaan kiinnittyneiden mikro-organismien hyväksi tila-aika-saannon ollessa suuri. Tarkoituksenmukaisesti tällainen käynnistysvaihe toteutetaan yhden viikon aikana ja sitä voidaan valvoa otta-10 maila näytteitä säännöllisin väliajoin ja arvioimalla ne skannaavalla elektronimikroskoopilla. Mahdollisia ovat luonnollisestikin, olosuhteista riippuen, lyhyemmät, 2-3 vuorokautta kestävät käynnistysvaiheet tai myöskin pitemmät, jopa useita viikkoja kestävät käynnistysvaiheet.

Valittu kantajamateriaali, jossa on runsaasti avonaisia huokosia ja jonka hiukkasko-15 ko on suhteellisen pieni, sallii suurten biomassapitoisuuksien pidättämisen, jotka pitoisuudet ovat monta kertaa suurempia kuin ilman kantajaa toteutetuissa tavanomaisissa panostyyppisissä menetelmissä läsnäolevat pitoisuudet. Biomassan mitatut kuiva-ainepitoisuudet ovat alueella 25-30 g/1 leijukerrostilavuutta.

Erityisen edullista on yhtiön Schott Glaswerke, Mainz, Saksan liittotasavalta, 20 Siran®-granulaatti, jonka käsittämässä kaksinkertaisessa huokosrakenteessa on suuria läpimeneviä huokosia, jotka edistävät hyvää aineenvaihduntaa, ja pieniä, hiivan kiinnittymistä edistäviä mikrohuokosia makrohuokosten seinissä.

Liitteenä olevan kuvion esittämä leijukerrosreaktori on 12.4.1991 päivätyn DE-patenttihakemuksen mukainen, johon hakemukseen ohessa erityisesti viitataan. Re-25 aktorin syöttö on peräisin primäärifermentaation läpikäynyttä vierrettä sisältävästä esisäiliöstä, josta sitä saadaan jatkuvasti pumpulla. Kierrätyspumppu huolehtii reaktorissa kantajan leijutuksesta nostamalla lineaarinopeuden alueelle 15-50 m/h. Kierrätettävä neste kulkee lämmönvaihtajan läpi lämpötilan asettamiseksi toivottuun arvoon. Lämpötila pidetään muuttumattomana leijukerrosreaktorin käsittämällä ulkoi-30 sella lämpöeristyksellä.

Tuotepumppua ohjataan konduktometrisellä pinnansäädöllä siten, että reaktori voi toimia vakiotilavuudessa. Kuviossa on esitetty katkoviivoin tietokoneavusteinen prosessiohjaus ja -valvonta mikrotietokonetta apuna käyttäen viiveajan muuttamiseksi siten, että toivottu diasetyyliraja-arvo saavutetaan on-line-pitoisuusmittauksen 35 jälkeen.

Claims (8)

1. Menetelmä oluen jatkuvaksi kypsyttämiseksi muokkaamalla primäärissä fer-mentointivaiheessa käsiteltyä vierrettä edelleen kantajaan sidotun hiivan avulla, tunnettu siitä, että muokkaus toteutetaan korotetussa paineessa hiivalla, joka on im- 5 mobolisoitu avonaisia huokosia käsittävään sintterilasiin, jonka huokoisuus on 40-65 %, huokosten koon ollessa 60-300 pm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se toteutetaan leijukerroksessa käyttäen sintterilasikantajia, joiden raekoko on < 5 mm, ja alueella 20-120 m/h, erityisesti 30-100 m/h olevaa, tyhjää putkea vastaavaa nopeutta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käyte tään kantajaa, jonka hiukkaskoko on 1-2 mm.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se toteutetaan kiinteässä kerroksessa käyttäen Raschig-renkaita, joiden halkaisija on 8-25 mm.

5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu sii-15 tä, että se toteutetaan alueella 2-15 °C olevissa lämpötiloissa käyttäen alueella 1-15 tuntia olevia viiveaikoja.

6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muokkaus toteutetaan alueella 2-6 bar olevissa paineissa.

6 101158

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu sii-20 tä, että diasetyylipitoisuutta säädetään jatkuvasti siten, että se on < 0,1 mg/1.

8. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käytetään huokoisen kantajan pinnalle muutaman vuorokauden aikana kasvatettua hiivaa siirrostamalla hiivatiivistettä 20-35 °C:n lämpötilassa ja käyttämällä hiivan kaksinkertaistumisaikaa lyhyempiä viiveaikoja. 7 101158