KR101455812B1 - 당화액 추출물의 제조 방법 및 그러한 방법을 수행하기 위한 장치 - Google Patents
당화액 추출물의 제조 방법 및 그러한 방법을 수행하기 위한 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 한 가지 관점은 다음의 공정, 즉
a. 입상 전분을 함유하며 필요에 따라 맥아가 첨가된 원료를 재순환된 수성류와 혼합하여 당화액을 생성하는 공정과,
b. 상기 당화액을 가열하여 상기 전분을 효소 가수 분해하는 공정과,
c. 상기 열처리된 당화액을 제1 분리기에 통과시켜서 발효성 당화액 추출물과 맥주박으로 분리시키는 공정과,
d. 상기 맥주박을 제1 혼합 용기에 이송하고, 그 맥주박을 스파징 용수와 혼합하는 공정과,
e. 상기 맥주박과 스파징 용수로 이루어진 혼합물을 제2 분리기에 이송하여 맥주박을 분리시키는 공정과,
f. 상기 제2 분리기로부터의 수성류를 상기 당화액 생성 공정에 재순환시키는 공정
을 포함하고, 상기 제1 분리기로부터 얻은 발효성 당화액 추출물의 비중은 15˚P 이상에서 유지되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 에너지 소모와 추출 수율의 관점에서 매우 효율적인 장점을 제공한다. 그 밖에, 본 발명의 방법은 양조장 작업에 있어서 매우 높은 생산성을 달성한다.
본 발명은 전술한 방법을 수행하기 위한 장치도 역시 제공한다.
Description
본 발명은 당화액(糖化液; mash) 추출물, 특히 맥주 등의 효모 발효 음료의 제조에 사용하는 데 적합한 당화액 추출물의 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게 말하자면, 본 발명은 다음의 공정들, 즉
a. 열처리된 당화액을 제1 분리기에 이송하여 발효성 당화액 추출물로 이루어진 유동류와 맥주박으로 분리시키는 공정과,
b. 상기 맥주박을 혼합 용기에 이송하여 그 맥주박을 스파징 용수 (sparging water)와 혼합하는 공정과,
c. 상기 맥주박과 스파징 용수로 이루어진 혼합물을 제2 분리기에 이송하여 맥주박을 제거하는 공정과,
d. 상기 제2 분리기부터의 수성류를 상기 당화액 생성 공정에 재순환시키는 공정
을 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 장치에도 역시 관련되어 있다.
전술한 당화액 생성법은 영국 특허 GB-B 879 470에 개시되어 있다. 더 상세하게 말하자면, 상기 영국 특허에는 열처리된 당화액을 제1 스크린 분리기에 도입하는 양조 맥아즙의 연속 제조 방법이 기재되어 있다. 상기 제1 스크린 분리기를 통과한 맥주박은 제1 세척 용기 중에 도입되는데, 여기서 상기 맥주박은 제2 스크린 분리기의 곡물 슬러리의 스크린 분리로부터 유래하는 매우 묽은 맥아즙과 만나서 혼합된다. 상기 제1 세척 용기 중의 혼합 슬러리는 제2 스크린 분리기 위로 넘쳐 흐른다. 상기 제2 스크린 분리기를 통과하는 묽은 맥아즙은 상기 당화액 생성 공정으로 재순환되고 상기 스크린을 통과하는 맥주박은 제2 세척 용기 중에 도입되고, 여기서 상기 맥주박이 수성류와 혼합되는 것이다. 상기 제2 세척 용기 중의 슬러리는 제3 스크린 분리기 위로 넘쳐 흐른다. 상기 스크린을 통과하는 매우 묽은 맥아즙은 상기 제1 세척 용기에 공급되고 상기 맥주박은 상기 스크린으로부터 배출되어 맥주박 처리기에 보내진다.
상기 영국 특허 중에 기재되어 있는 방법은 상기 고체 분획에 다단계 역류 추출법을 수행하는데, 그의 각 단계들은 후속 단계로부터의 세척 방출물로 재슬러리화하고 조질(粗質) 고체를 기계적으로 분리하여 실질적으로 완전히 배출된 조질 고체 폐기물을 제조하는 공정을 포함한다. 상기 영국 특허의 실시예는 3 가지의 상이한 제조법 실시의 결과를 기재하고 있다. 이들 실시 중에 제조되는 가공 맥아즙 증기는 비중 (S.G.)이 1.04117 내지 1.04484의 범위이다. 이들 비중은 약 10~11도 플라토 (degrees Platol; ˚P)의 비중과 동등하다.
독일 특허 출원 DE-A 42 44 596에는 고체-액체 분리가 일련의 3개의 디켄터 중에서 연속식으로 달성되는 알코올 무함유 맥주의 제조 방법이 기재되어 있다. 열 처리된 당화액은 제1 디켄터 중에 도입되고, 여기서 상기 당화액은 가공 처리 맥아즙과 맥주박으로 분리된다. 상기 제1 디켄터로부터의 맥주박은 제2 디켄터에 이송되고, 여기서 그 맥주박은 제3 디켄터로부터 얻은 묽은 맥아즙과 혼합된다. 상기 제2 디켄터로부터 얻은 묽은 맥아즙은 상기 당화액 생성 공정으로 재순환된다. 상기 제2 디켄터로부터 얻은 맥주박은 제3 디켄터에 이송되고, 여기서 그 맥주박은 물과 혼합된다. 상기 제3 디켄터로부터 얻은 배출된 맥주박은 폐기된다.
선행 기술 중에 고비중 당화액 추출물의 제조를 포함하는 맥주 양조 공정이 기재되어 있다. US 4,140,799에는 발효성 탄수화물을 함유하고 고형분 함량이 18 도 내지 36 도 플라도 (Plato) 범위인 수용성 발효성 기질을 제조하는 공정을 포함하는 알코올성 음료의 제조를 위한 회분식 공정이 기재되어 있다. 상기 미국 특허는 일반적으로 상기 추출액의 총중량을 기준으로 하여 약 35 중량% 내지 65 중량%로 함유되어 있는 맥아를 첨가물과 혼합하여 당화액을 생성함으로써 상기 맥아즙을 제조하는 방법을 설명하고 있다. 상기 미국 특허는 발효 도중의 탄수화물 소모량이 감소(거품 붕괴로 알 수 있다)하는 즉시, 희석에 의하여 곧 고체 함량을 감소시키는 것을 교시하고 있다.
그 밖에, DE-A 44 01 694에는 상기 맥아즙의 향상된 농도를 달성하기 위하여 회수된 여과수를 사용하는 여과된 맥아즙의 제조를 위한 회분식 공정이 기재되어 있다. 이 문헌에서 천명된 목적은 상기 당화액 여과기를 사용하는 분리 공정을, 증발법에 의한 농도 전에, 19 GG-% 이상의 최종 농도가 달성되도록 하는 방식으로 배열하는 것이다. 또한, 상기 독일 특허 출원에서는, 좋기로는 상기 1차 맥아즙 농도는 23 GG-% 내지 25 GG-%인 것이 관찰된다.
발명의 요약
본 발명의 발명자들은 연속식으로 유리하게 운전될 수 있는 고비중 당화액 추출물의 제조의 매우 효율적인 방법을 개발하였다. 본 발명의 방법은 훨씬 더 비중이 높은 당화액을 제조하는 것을 제외하고는, 상기 영국 특허 GB-B 879 470에 기재되어 있는 방법과 유사하다. 본 발명의 방법은 증발법 또는 첨가물을 사용하는 일이 없이 고비중 당화액 추출물을 제조하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 방법은 에너지 소모와 추출 수율의 관점에서 고효율적이라는 장점을 제공한다. 그 밖에, 본 발명의 방법은 양조장의 작업에 있어서 매우 높은 생산성을 달성한다.
도 1은 본 발명의 방법을 사용하는 고비중 당화액 추출물의 연속 제조용 장치를 나타내는 도면으로서, 이 장치에는 당화액 추출물을 제조하기 위하여 2개의 분리기와 1개의 혼합 용기가 사용된다.
도 2는 본 발명의 방법을 사용하여 고비중 당화액 추출물을 제조하는, 탈취된 발효성 맥아즙의 연속 제조용 장치를 나타내는 도면으로서, 이 장치에는 상기 당화액 추출물을 제조하는 데 3개의 분리기와 2개의 혼합 용기가 사용된다.
따라서, 본 발명의 한 가지 관점은 다음의 공정, 즉
a. 입상 전분을 함유하며 필요에 따라 맥아가 첨가된 원료를 재순환된 수성류(水性流)와 혼합하여 당화액을 생성하는 공정과,
b. 상기 당화액을 가열하여 상기 전분을 효소 가수 분해하는 공정과,
c. 상기 열처리된 당화액을 제1 분리기에 통과시켜서 발효성 당화액 추출물과 맥주박으로 분리시키는 공정과,
d. 상기 맥주박을 제1 혼합 용기에 이송하고, 그 맥주박을 스파징 용수와 혼합하는 공정과,
e. 상기 맥주박과 스파징 용수로 이루어진 혼합물을 제2 분리기에 이송하여 맥주박을 분리시키는 공정과,
f. 상기 제2 분리기로부터의 수성류를 상기 당화액 생성 공정에 재순환시키는 공정
을 포함하고, 상기 제1 분리기로부터 얻은 발효성 당화액 추출물의 비중은 15˚P 이상에서 유지되는 것인 당화액 추출물 제조 방법에 관련되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 "당화액 생성 (mashing)"이라는 용어는 전분 함유 원료, 물 및 전분을 가수 분해시킬 수 있는 효소를 혼합하는 것을 말한다. 상기 효소는, 예컨대 맥아에 의하여 또는 또 다른 효소 원료, 예컨대 맥아 중에서 발견되는 것 등의 전분 분해 효소를 함유하는 시판되고 있는 효소 제제, 그 중에서도 α-아밀라제, β-아밀라제 및/또는 글루코아밀라제에 의하여 제공될 수 있다. 상기 효소는 본 발명의 방법 중에서 맥아의 형태로 사용되는 것이 좋다.
본 명세서에서 사용되는 "분리기"라는 용어는 액체로부터 고체를 분리하는 데 적절하게 사용될 수 있는 어떠한 장치라도 포함한다. 본 발명의 방법에 적절하게 사용될 수 있는 분리기의 예로서는 원심 분리기, 디켄터, 침전기, 수력 사이클론, 시이브, 여과기, 막(膜) 및 압착기를 들 수 있다. 일반적으로, 상이한 종류의 분리기의 조합 (예컨대, 디켄터와 시이브)가 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 좋기로는, 본 발명의 방법에 사용되는 분리기는 원심 분리기, 디켄터 및 시이브로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 더 좋기로는, 사용되는 분리기는 디켄터와 원심 분리기로 구성되는 원심 분리형 분리기의 군으로부터 선택된다. 가장 좋기로는, 사용되는 분리기는 디켄터이다.
제1 분리기, 제2 분리기, 제3 분리기 등이 언급되는 경우, 그러한 제1, 제2 또는 제3 분리기는 실제로는 고체와 액체를 분리시키는 작용을 함께 수행하는 2개 이상의 분리 장치를 포함할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다. 이들 2개 이상의 분리 장치는 병렬 및/또는 직렬로 운전될 수 있다. 예를 들면, 시이브의 구멍 크기가 하향류 방향으로 감소되는 일련의 시이브로 구성되는 분리기를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이와 유사하게, 인가되는 원심력이 하향류 방향으로 증가되는 일련의 원심 분리기 및/또는 디켄터를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 상기 공정이 연속식으로 운전되는 경우, 다수의 분리 장치는 병렬식으로 운전되는 것도 역시 유리할 수 있다. 훨씬 총용량 이하에서의 병렬 가동시, 1개의 분리 장치의 고장 또는 가동 정지는 상기 당화액 추출 공정의 중단을 필연적으로 요하는 것은 아닌데, 이는 상기 공정이 장시간 중단되지 않고 운전될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 분리기와 마찬가지로, 본 발명의 방법에서 사용되는 혼합 용기도 역시 실제로는 직렬식 또는 병렬식으로 운전되는 2개 이상의 혼합 장치로 구성될 수 있다.
특히, 상기 당화액 중에 함유되어 있는 전분의 효소 가수 분해 후에, 상당량의 부원료 (예컨대, 시럽)를 혼합함으로써 발효성 당화액 추출물에 고비중을 부여하는 것은 양조 산업에서 알려져 있다. 이들 부원료는 고농도의 발효성 당을 제공할 수 있고, 그 결과 당화액 추출물과 맥아즙의 비중을 증대시키는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에 있어서, 고비중은 당화액 중에 함유되어 있는 전분의 효소 가수 분해 후에 발효성 당을 첨가하는 일이 없이 상기 당화액 추출물과 맥아즙 중에서 달성될 수 있다. 당화액 추출물과 맥아즙 중의 발효성 당의 일반적으로 30 중량% 미만, 좋기로는 10 중량% 미만은 상기 당화액 중에 함유되어 있는 전분의 가수 분해 후에 첨가된 발효성 당으로부터 유래된다. 가장 좋기로는, 상기 당화액 추출물과 맥아즙은 당화액 중에 함유되어 있는 전분의 가수 분해 후에 첨가된 발효성 당으로부터 유래되는 어떠한 발효성 당도 함유하지 않는다.
증발법에 의하여 당화액 추출물 또는 맥아즙의 비중을 증가시키는 것도 역시 알려져 있다. 본 발명의 방법에 있어서, 증발법에 의한 농축은 전혀 사용되지 않는 것이 좋다.
본 발명의 방법의 장점은 상기 제1 분리기로부터 얻은 당화액 추출물의 비중이 18˚P 초과인 경우에 현저하다. 더 좋기로는, 상기 당화액 추출물의 비중은 20˚P 초과이고, 더욱 더 좋기로는 25˚P 초과이다. 특히 양호한 실시 상태에 있어서, 상기 제1 분리기로부터 얻은 당화액 추출물의 비중은 28˚P 초과이고, 가장 좋기로는 30˚P 초과이다.
예상과 달리, 본 발명의 방법으로 얻은 당화액 추출물의 고비중에도 불구하고, 상기 방법에서 관찰되는 추출물 손실률은, 일반적으로 6 중량% 미만, 좋기로는 5 중량% 미만, 더 좋기로는 4 중량% 미만, 가장 좋기로는 3 중량% 미만이다. 좋기로는, 가장 나중의 효율은 당화액 분리 및 트럽 (trub) 분리의 양자를 비롯한 전체 맥아즙 제조 공정을 통하여 실현된다. 당화액 추출물의 제조 중의 추출물 손실량은 맥아즙 중의 추출물의 농도를 측정하기 위한 표준법 (예컨대, 안톤 파르 (Anton Paar)에 의한 밀도 측정법)에 의하여 맥주박 액층 중의 추출물 농도를 측정함으로써 적절하게 측정될 수 있다. 탈수된 맥주박 중에는 유리(遊離) 액체는 존재하지 않기 때문에, 상기 맥주박은 열수로 간편하게 추출시킨 다음, 여과에 의하여 배출된 맥주박을 분리시킬 수 있다. 상기 추출물 손실률은 첨가된 물의 양을 감안하여, 상기 추출액 중의 측정된 추출물 농도로부터 산출할 수 있다.
특히, 본 발명의 방법이 일련의 3개 이상의 분리기를 사용하는 경우, 추출물 손실률을 매우 효율적으로 극소화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 양호한 실시 상태는 다음의 공정, 즉
a. 상기 제2 압착기로부터 얻은 맥주박을 제2 혼합 용기 내에 이송하고, 이를 스파징 용수와 혼합하는 공정과,
b. 상기 맥주박과 스파징 용수로 이루어진 혼합물을 제3 분리기에 이송하여 맥주박을 제거하는 공정과,
c. 상기 제3 분리기로부터의 수성류를 스파징 용수로서 상기 제1 혼합 용기에 재순환시키는 공정
을 더 포함하는 전술한 방법에 관련되어 있다.
상기 제2 분리기로부터 얻은 수성류의 비중은, 일반적으로 1~10˚P 범위, 좋기로는 1~8˚P 범위이다. 상기 제3 분리기로부터 얻은 수성류의 비중은 일반적으로 매우 낮은데, 이는 상기 맥주박이 본질적으로 배출되는 것을 나타낸다. 좋기로는, 상기 제3 분리기로부터의 수성류의 비중은 0.1~2˚P 범위, 더 좋기로는 0.1~1.5˚P 범위이다. 상기 제2 및 제3 분리기로부터 얻은 수성류 중에 실현되는 비중은 최초 당화액 추출물 중에 달성되는 추출물 농도에 크게 좌우된다.
추출물 손실을 최소화하면서 고비중 당화액 추출물을 제조하려면, 상기 제2 분리기로부터 얻은 완전한 수성류를 상기 당화액 생성 공정에 재순환시키는 것이 좋다. 상기 당화액 생성 공정에 있어서, 제2 분리기로부터의 수성류 외에, 양조장의 하향류, 예컨대 효모 세척으로부터 생성되는 수성류도 역시 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 제2 분리기로부터의 재순환된 수성류는 당화액 생성 공정 중에 사용되는 액체 전체의 80 중량% 이상, 좋기로는 90 중량% 이상을 구성한다. 가장 좋기로는, 상기 제2 분리기로부터의 재순환된 수성류는 상기 당화액 생성 공정 중에 사용되는 당화액 생성 액체의 전부를 제공한다.
본 발명의 방법은 맥주, 에일 맥주, 맥아주, 흑맥주 및 섄디 등의 효모 발효 맥아 음료, 특히 알코올 또는 무알코올 맥주의 제조에 사용될 수 있는 맥아 추출물을 제조하는 데 특히 적절하다.
따라서, 본 발명의 방법은 좋기로는 다음의 공정, 즉
- 당화액 추출물을 60℃ 이상의 온도로 15 분 이상 가열함으로써 필요에 따라 호프를 가한 당화액 추출물을 맥아즙으로 전환시키는 공정과,
- 감압하거나 또는 기체 또는 증기로 스트리핑 (stripping)시킴으로써 상기 고온의 맥아즙으로부터 휘발성 유기 물질을 제거하는 공정
을 더 포함한다. 특히 양호한 실시 상태에 있어서, 상기 당화액 추출물의 비중은 이들 추가의 공정 도중에 15˚P 이상, 좋기로는 18˚P 이상, 더 좋기로는 20˚P 이상에서 유지된다. 더욱 더 좋기로는, 상기 비중은 이들 추가 공정 도중에 25˚P 이상, 가장 좋기로는 30˚P 이상에서 유지된다.
본 발명의 방법에 있어서, 당화액 추출물은 이 당화액 추출물을 75~150℃로 30 분 내지 4 시간, 좋기로는 30 분 내지 3 시간 가열함으로써 맥아즙으로 전환시키는 것이 좋다. 상기 당화액 추출물은 관류 흐름형 반응기 (plug flow reactor) 중에서 맥아즙으로 적절하게 전환시킬 수 있다.
상기 휘발성 유기 물질은 감압하거나 또는 이를 기체 또는 증기로 스트리핑시킴으로써 고온의 맥아즙으로부터 제거된다. 이는 역류형으로 수행되는 것이 좋다. 가장 좋기로는, 상기 휘발성 유기 물질은 고온의 맥아즙을 시이브 플레이트 구조 (sieve plate geometry)를 갖춘 컬럼 내에서 불활성 기체 또는 증기로 스트리핑시킴으로써 제거된다. 일반적으로, 휘발성 유기 물질이 제거될 때, 맥아즙은 95~110℃에서 유지된다. 상기 휘발성 물질의 제거는 10 분 내에 적절하게 달성될 수 있는데, 좋기로는 2 분 내에 달성된다.
상기 휘발성 유기 물질의 제거 후 얻은 고온의 맥아즙은 단백질, 단백질-탄닌산 복합체 및 호프로 구성된, 때로는 트럽 (trub)이라고 부르는 슬러지를 함유한다. 양호한 실시 상태를 따르면, 상기 휘발성 물질이 제거된 후, 상기 트럽은 분리기 중에서 분리된다. 적절한 분리기의 예로서는 원심 분리기, 디켄터, 수력 사이클론, 침전기, 시이브 및 막 여과기를 들 수 있다. 좋기로는, 상기 분리기는 디켄터, 침전기 및 디스크형 원심 분리기로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 좋기로는, 사용되는 분리기는 디스크형 원심 분리기이다. 일반적으로, 상기 분리기는 1 ㎥/시간의 맥아즙 유속에서 1,000 ㎡ 이상, 좋기로는 2,500 ㎡ 이상, 가장 좋기로는 5,000 ㎡ 이상의 이론적 용량 인자 값으로 운전된다. 더 높은 용량은 상기 분리기를 통과하는 유속과 이론적 용량 인자에 의하여 비례적으로 정해질 수 있다.
원심 분리기의 이론적 용량 인자 (SIGMA 값)는 문헌 ["Solid-Liquid Separation", 2nd edition, 1981, by Ladislav Svarovsky, Butterworth-Heineman]에 기재되어 있는 방법에 기초하여 산출된다. 상기 인자는 디스크의 수 (n), 중력 가속도 (g), 각속도 (ω), 상기 디스크와 수직 공급관의 각도 (α), 디스크 용기의 내부 반경 (r1 ) 및 디스크 용기의 외부 반경 (r2 )간의 다음의 관계식에 따라 산출된다.
특히 양호한 실시 상태에 따르면, 상기 휘발성 유기 물질과 핫 브레이크 (hot break)를 제거한 다음, 맥아즙에 효모 발효를 수행하기 전에 이를 희석한다. 본 발명의 방법에 있어서, 상기 맥아즙은, 효모 발효 전에, 10~35˚P 범위의 비중으로, 좋기로는 10~30˚P 범위의 비중으로 희석된다. 일반적으로, 희석 도중, 상기 맥아즙의 비중은 2˚P 이상, 좋기로는 4˚P 이상, 가장 좋기로는 6˚P 이상 감소된다. 고비중, 예컨대 35 ˚P 초과의 비중에서의 발효는 그러한 고비중에서 효모의 성장 및 효모 신진 대사가 손상되기 때문에 실용적이지 못하다. 상기 맥아즙의 희석은 트럽 제거의 전 및/또는 후에 일어날 수 있다. 좋기로는, 상기 맥아즙은 트럽 제거 후에 희석된다.
상기 맥아즙의 희석은 맥아즙을 상기 맥아즙보다 비중이 낮은 수성류에 혼합함으로써 달성된다. 그러한 수성류는, 예컨대 수돗물 또는 용천수로 구성될 수 있다는 사실을 이해하게 될 것이다. 양조 공정 중의 세척 작업으로부터 얻게 된 유출 수용액을 사용하는 것도 역시 본 발명의 범위 내이다. 특히, 상기 맥아즙을 효모 세척으로부터 얻은 수성류와 혼합하는 것이 유리할 수 있다.
상기 맥아즙의 희석은 여전히 고온인 맥아즙을 온도가 실질적으로 더 낮은 물과 혼합함으로써 수행되는 것이 유리하다. 이는 연속식뿐만 아니라 불연속식으로도 수행될 수 있는데, 연속식이 더 좋다. 일반적으로, 상기 휘발성 유기 물질이 제거된 맥아즙의 온도는 희석시 50℃ 초과, 좋기로는 60℃ 초과, 가장 좋기로는 70~100℃의 범위이다.
이와 같이 하여 얻은 희석된 맥아즙은 회분식 또는 연속식으로 발효될 수 있다. 특히 양호한 실시 상태에 따르면, 상기 희석된 맥아즙의 발효는 다음의 공정, 즉
a. 상기 희석된 맥아즙을 증식 용기에 공급하고, 공급된 맥아즙을 효모 함유 잔사로 이루어진 재순환류(再循環流)와 혼합하고, 산소를 공급하여 효모 생장을 개시하는 공정과,
b. 상기 증식 용기로부터의 맥아즙을 상기 효모가 현탁된 채로 유지되는 일련의 1개 이상의 발효 용기 중에 공급하는 공정과,
c. 상기 발효된 맥아즙을 1개 이상의 분리기에 공급하여 효모 함유 잔사를 제거하는 공정과,
d. 상기 효모 함유 잔사의 일부를 상기 증식 용기에 재순환시키는 공정과,
e. 상기 발효된 맥아즙의 나머지를 후속되는 처리 공정에 공급하는 공정
에 의하여 연속식으로 달성된다.
일반적으로, 상기 증식 용기와 1개 이상의 발효 용기 중의 희석된 맥아즙과 효모 함유 잔사로 이루어진 혼성류(混成流)의 원래 비중은 12˚P 초과이다. 좋기로는, 상기 원래 비중은 15~35˚P 범위 내, 더 좋기로는 15~30˚P 범위 내이다.
상기 증식 용기 중에서 효모 생장이 바람직한 높은 속도로 일어나는 것을 보장하려면, 산소를 공급하여야 한다. 이는 상기 증식 용기가 주변의 대기와 개방 연결된 공기의 헤드스페이스 (headspace)를 함유하는 것을 보장하고, 발효 배지 (fermentation broth)를 격렬하게 교반함으로써 수행될 수 있다. 별법으로서, 산소 또는 공기는 상기 증식 용기 중에 들어 있는 효모 함유 맥아즙에 도입하여도 좋고, 상기 증식 용기 중에 도입하기 전에 효모 함유 잔사로 이루어진 맥아즙류(流) 또는 재순환류에 도입하여도 좋다. 이 두 가지 경우에 있어서, 산소 또는 공기는 상기 효모 함유 맥아즙 전체에 분배되는 것이 유리하다. 이는 교반, 재순환에 의하여, 또는 다수의 기체 분사 장치를 통하여 산소 또는 공기를 도입함으로써 달성될 수 있다. 특히 양호한 실시 상태에 따르면, 산소는 상기 증식 용기 중에 도입하기 전에 이를 상기 맥아즙류 중에 도입함으로써 공급된다. 이 실시 상태는 산소 농도가 정교하게 제어될 수 있다는 장점을 제공한다. 산소는 일반적으로 상기 효모 함유 맥아즙에, 맥아즙 주유동류(主流動流)에 대하여 산출하여, 8 ppm 이상, 좋기로는 10~40 ppm의 양으로 도입된다.
알반적으로, 상기 증식 용기 중의 체류 시간은 0.5~5 시간의 범위 내이다. 상기 증식 용기 중의 체류 시간은 그 증식 용기의 운전 용량을 증식 용기로 향하는 맥아즙의 유속으로 나눔으로써 산출할 수 있다. 상기 증식 용기의 운전 용량은 그 용기 중에 포함되어 있는 액체의 총부피와 동일하다.
산소가 혼합된 효모 함유 잔사의 재순환에 의하여 상기 증식 용기 중에서 높은 효모 농도를 유지하는 것이 가능하게 된다. 일반적으로, 상기 증식 용기 중의 맥아즙의 효모 함량은 20 g/ℓ (젖은 효모 기준) 초과에서 유지된다. 특히 양호한 실시 상태에 따르면, 상기 증식 용기 중의 맥아즙의 효모 농도는 30~300 g/ℓ (역시 젖은 효모 기준)의 범위 내이다. 더욱 더 좋기로는, 상기 증식 용기 중의 맥아즙의 효모 농도는 50~200 g/ℓ의 범위 내이다. 현탁액 중에 포함되어 있는 젖은 효모의 양은 원심 분리기에 의하여 상기 현탁액으로부터 단리될 수 있는 수분 함량이 73%인 효모 케익의 양과 동일하다. 전술한 수분 함량에는 상기 효모 세포에 포함되어 있는 수분을 포함된다. 이들 효모 농도는 상기 증식 용기의 1개 이상의 발효 용기 하향류로 유지되는 것이 유리하다. 높은 효모 농도를 사용하면, 특히 생산성 및 비용 효율성의 관점에서 몇 가지의 중요한 장점이 제공된다.
상기 증식 용기 내의 액체의 온도는 5~40℃ 범위, 좋기로는 6~25℃ 범위, 더 좋기로는 8~18℃ 범위 내에 유지되는 것이 적절하다. 상기 증식 용기는, 특히 가압 공기 또는 산소를 상기 용기 중에 도입하는 경우, 초대기압에서 운전될 수 있다. 상기 증식 용기는 대략 대기압에서 운전하는 것이 좋다.
효율성을 극대화하려면, 상기 증식 용기에 재순환되지 않는 효모 함유 잔사부분이 다량 배출되어 거의 모든 (미숙성) 맥주가 이들로부터 제거된다는 것이 보장되어야 한다. 이는 발효된 맥아즙에 포함되어 있는 효모 및/또는 재순환되지 않은 효모 함유 잔사를 세척함으로써 유리하게 달성될 수 있다.
일반적으로, 상기 발효된 맥아즙 중에 존재하는 효모의 20% 이상, 특히 40% 이상이 상기 발효된 맥아즙을 정제하기 전에 또는 정제하지 않을 경우는 그것을 충전(充塡)하기 전에 상기 발효된 맥아즙으로부터 제거된다. 상기 발효된 맥아즙 중에 존재하는 효모의, 좋기로는 60% 이상, 더 좋기로는 80% 이상, 더욱 더 좋기로는 90% 이상, 가장 좋기로는 95% 이상이 제거된다. 상기 효모는 침전법에 의하여 제거하는 것이 좋다.
본 발명의 방법은 상기 효모가 현탁된 채로 유지되는 1개 이상의 발효 용기를 사용한다. 좋기로는, 상기 효모는 캐리어 (carrier) 표면에 고정되지 않는다. 이 효모는 교반, 재순환 및/또는 이산화탄소 방출에 의하여 상기 발효 용기 중에 현탁된 채로 적절하게 유지된다.
일반적으로, 1개 이상의 발효 용기 중의 총체류 시간은 5~80 시간 범위 내이다. 상기 1개 이상의 발효 용기 중의 총체류 시간은 각 발효 용기 내의 체류 시간을 합하여 산출될 수 있다. 상기 발효 용기 내의 체류 시간은 상기 발효 용기의 총운전 체적을 상기 발효 용기를 향하는 맥아즙의 유속으로 나눔으로써 산출된다.
상기 1개 이상의 발효 용기 내에서 발효 맥아즙의 온도는 5~25℃ 범위 내, 좋기로는 8~18℃ 범위 내, 더 좋기로는 10~15℃ 범위 내에서 적절하게 유지된다. 특히 양호한 실시 상태에 따르면, 본 발명의 방법에는 2개 이상의 발효 용기가 사용된다. 2개 이상의 발효 용기를 사용하면, 가장 마지막의 발효 용기 직전의 용기에서 더 높은 기질 전환률이 달성될 수 있다는 장점이 있다. 일반적으로, 일련의 4개 이하의 발효 용기가 사용된다. 가장 좋기로는, 본 발명의 방법에는 일련의 2개 또는 3개의 발효 용기가 사용된다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 증식 용기와 상기 1개 이상의 발효 용기 중의 총체류 시간은 80 시간을 초과하지 않는 것이 보통이다. 양호한 실시 상태에 따르면, 총체류 시간은 40 시간을 초과하지 않는다. 가장 좋기로는, 총체류 시간은 5~30 시간의 범위 내이다. 이들 비교적 단기간의 체류 시간은 전술한 바와 같이 비교적 높은 효모 농도를 사용함으로서 적절하게 달성될 수 있다.
상기 희석된 맥아즙의 발효는 다음의 공정, 즉
에 의하여 회분식으로 달성될 수 있다.
효모 증식에 요하는 산소는 산소 또는 공기를 상기 맥아즙이 들어 있는 탱크에 도입하거나, 산소 또는 공기를 이들이 상기 탱크에 도입되기 전에 상기 희석되거나 희석되지 않은 맥아즙 중에 도입함으로서 공급될 수 있다.
효모 함유 잔사를 상기 발효된 맥아즙으로부터 제거한 다음, 이와 같이 하여 얻은 미숙성 맥주에 가공 처리를 더 수행할 수 있다. 맥주 제조의 경우에 있어서, 상기 추가의 가공 처리로서는, 좋기로는 숙성법, 저온 저장법, 정제법, 탄산법, 충전법을 들 수 있다. 이 추가의 가공 처리도 역시 연속식으로 수행되는 것이 좋다.
일반적으로, 본 발명의 방법은 성숙 공정과 상기 발효액으로부터 효모 세포를 제거하는 후속 공정을 사용한다. 발효 후, 다수의 목적하지 않은 맛과 향이 "미숙성" 또는 설익은 맥주 중에 존재한다. 숙성 (라이프닝 (ripening)이라고 부르는 경우도 있다)은 이들 불필요한 화합물의 농도를 저하시켜서 더 맛이 좋은 제품을 생성한다. 상기 숙성 공정은 본 발명의 공정 중에서 좋기로는 여과 전에, 더 좋기로는 저온 저장 전에 일어난다. 숙성은 용기 상부에 미숙성 맥주를 공급함으로써 본 발명의 방법 중에서 연속식으로 달성된다. 상기 맥주는 하향류로 이동하고 효모는 맥주 용량 전체에 걸쳐 침전한다. 효모는 상기 용기의 바닥에서 그리고 상기 효모 수준의 위에서 수집되고, 숙성된 맥주는 제거되어 저온 저장 용기에 공급된다. 상기 맥주는 저온에서 일정 기간 동안 유지되어서 콜로이드 입자를 응고 및 안정화시킨다.
숙성은 상기 미숙성 맥주를 숙성 용기 또는 발효기 내에서 숙성시킴으로써 회분식으로도 역시 달성될 수 있다. 숙성 공정 다음에, 효모는 제거하는 것이 좋다. 그 다음, 맥주는 안정화용 저온 저장 탱크에 이송하거나 상기 발효기 또는 숙성 용기 내에서 냉각시킨다.
저온 저장은 상기 발효액을 10℃ 미만, 좋기로는 5℃ 미만, 더 좋기로는 2℃ 미만의 온도에서 12 시간 이상, 좋기로는 24 시간 이상 유지시키는 공정을 포함하는 것이 보통이다. 양호한 실시 상태에 따르면, 상기 저온 저장은 숙성 후 및 여과 전에 적용된다.
전술한 방법의 특히 유리한 실시 상태에 따르면, 상기 방법은 완전히 연속식으로 운전된다. 본 발명의 방법의 연속 운전은 하기 장점을 비롯한 다수의 중요한 장점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 관점은 다음의 장치, 즉
- 분말형 출발 물질을 제1 혼합 장치 (2)에 공급하기 위한 공급 장치 (1)과,
- 가열 유닛 (3)에 접속되는 배출구 및 수성류 수용용 투입구가 있는 제1 혼합 장치 (2)와,
- 비교적 저함량의 고체 분획용 제1 저함량 고체 배출구 (5)와 비교적 고함량의 고체 분획용 제2 고함량 고체 배출구 (6)이 있고, 저함량 고체 배출구 (5)에서 비중이 15˚P, 좋기로는 18˚P, 더 좋기로는 20˚P를 초과하는 추출물을 제공하는데 적합한 제1 분리기 (4)에 접속되는 배출구가 있는 가열 유닛 (3)과,
- 상기 제2 배출구 (6)에 접속되어 있고, 수성류 (8, 15) 수용용 투입구 및 제2 혼합 장치 (7)의 배출구가 있는 제2 혼합 장치 (7)과,
- 상기 제2 혼합 장치의 배출구에 부착되어 있고, 상기 제1 혼합 장치 (2)의 투입구에 접속되는 저함량 고체 배출구 (11)이 있는 제2 분리기 (9)
를 포함하는 발효성 당화액 추출물 제조용 장치에 관련되어 있다.
디켄터 및 원심 분리기 등의 원심 분리형 분리기는 상기 저함량 고체 배출구 (5)에서 고비중 추출물을 제조하는 데 특히 적합하다. 따라서, 특히 양호한 실시 상태에 따르면, 상기 제1 분리기 (4)는 원심 분리형 분리기이다.
또 다른 양호한 실시 상태에 있어서, 상기 제2 분리기 (9)에는 제3 혼합 장치 (13)에 접속되는 고함량 고체 배출구 (12)가 있고,
- 수분 투입구 (8)과 배출구가 있는 제3 혼합 장치 (13)과,
- 상기 제3 혼합 장치 (13)의 배출구에 접속되어 있고, 상기 제2 혼합 장치 (7)의 투입구에 접속되는 저함량 고체 배출구 (15)가 있는 제3 분리기 (14)
를 더 포함한다.
상기 저함량 고체 배출구 (5)로부터 얻은 고비중 추출물은 유리하게 가열 처리되어 맥아즙을 생성한다. 따라서, 양호한 실시 상태에 있어서, 상기 제1 분리기 (4)의 저함량 고체 배출구는 제2 가열 장치 (17)의 투입구에 접속된다.
도 1에 도시되어 있는 장치의 배열에 있어서, 맥아분은 호퍼 (1)로부터 혼합 용기 (2)에 연속 공급되고, 이 혼합 용기 중에서 상기 맥아분은 재순환된 수성류 (11)과 완전히 혼합되어 당화액이 제조된다. 당화액은 상기 혼합 용기 (2)로부터 당화액 생성탑 (3)으로 연속 이송되고, 이 당화액 생성탑에서는 당화액에 전분의 효소 분해를 돕는 가열이 수행된다. 가열 처리된 당화액은 당화액 생성탑 (3)으로부터 제1 분리기 (4), 즉 디켄터에 공급된다. 이 제1 분리기에서, 상기 가열 처리된 당화액은 당화액 추출물 (5)와 맥주박 (6)으로 분리된다. 맥주박 (6)은 혼합 용기 (7)에 연속 이송되고, 여기서 맥주박은 스파징 용수 (8)의 연속 공급에 의하여 완전히 혼합된다. 그 결과 얻은 슬러리는, 역시 디켄터인 제2 분리기 (9)에 이송된다. 제2 분리기 (9) 중에서, 상기 슬러리는 배출된 맥주박 (10)과 혼합 용기 (2)에 재순환되는 수성류 (11)로 분리된다.
도 2는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치의 배열을 도시하고 있다. 맥아분은 호퍼 (1)로부터 혼합 용기 (2)에 연속 공급되고, 이 혼합 용기 중에서 상기 맥아분은 재순환된 수성류 (11)과 완전히 혼합되어 당화액이 제조된다. 당화액은 상기 혼합 용기 (2)로부터 당화액 생성탑 (3)으로 연속 이송되고, 이 당화액 생성탑에서는 당화액에 전분의 효소 분해를 돕는 가열이 수행된다. 가열 처리된 당화액은 당화액 생성탑 (3)으로부터 제1 분리기 (4), 즉 디켄터에 공급된다. 이 제1 분리기에서, 상기 가열 처리된 당화액은 당화액 추출물 (5)와 맥주박 (6)으로 분리된다. 맥주박 (6)은 혼합 용기 (7)에 연속 이송되고, 여기서 맥주박은 수성류 (15)와 완전히 혼합된다. 그 결과 얻은 슬러리는, 역시 디켄터인 제2 분리기 (9)에 이송된다. 제2 분리기 (9) 중에서, 상기 슬러리는 맥주박 (12)와 혼합 용기 (2)에 재순환되는 수성류 (11)로 분리된다. 맥주박 (12)는 혼합 용기 (13)에 연속 이송되고, 여기서 맥주박은 스파징 용수 (8)의 연속 공급에 의하여 완전히 혼합된다. 그 결과 얻은 슬러리는, 역시 디켄터인 제3 분리기 (14)에 이송된다. 제3 분리기 (14) 중에서, 상기 슬러리는 배출된 맥주박 (10)과 혼합 용기 (7)에 재순환되는 수성류 (15)로 분리된다.
상기 당화액 추출물 (5)는, 호프 추출물 (16)의 첨가 후, 관류 흐름형 반응기 형태의 맥아즙 보일러 (17) 중에 연속 도입된다. 상기 고온 맥아즙은 맥아즙 보일러 (17)로부터 맥아즙 스트리퍼 (stripper) (18) 중에 공급되고, 이 스트리퍼 중에서 휘발성 유기 물질은 증기에 의한 역류식 스트리핑 (stripping)에 의하여 제거된다. 상기 맥아즙 스트리퍼로부터 방출되는 탈취된 고온 맥아즙은 원심 분리기 (19) 중에 도입되어 트럽 (trub) (20)을 제거한다. 트럽 무함유 맥아즙 (21)은 원심 분리기 (19)로부터 2개의 냉각 유닛 (22a) 및 (22b)에 공급되고, 이 냉각 유닛에서 맥아즙은 냉각된 다음, 효모에 의하여 발효되어 맥주를 제조할 수 있다.
다음의 실시예에 의하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
실시예
1
6개의 상이한 생산 운전에 있어서, 맥아즙 생산 공정의 종말기(終末期)에 추출물 농도가 13 내지 31˚P 범위인 맥아즙 0.40 내지 0.44 ㎥/시간의 유동류를 생성시킨다. 이 맥아즙을 배치 발효기 중에서 발효, 숙성 및 안정화시키고, 이어서 연속 원심 분리하여 여과한다.
맥아 투여 유속과 물 투여 유속을 비롯한 이들 상이한 운전의 자료는 표 1에 제시되어 있다. 생산 운전의 상세한 설명은 이하에 제공되어 있다.
상기 공정의 초기에, 50℃의 재순환된 수성류를 82 내지 168 ㎏/시간의 햄머 분쇄한 맥아 분말 (스크린 크기 1.5 ㎜)과 연속 혼합한다. 이들 2개의 유동류를 모두 50℃의 온도에서 운전 용량이 70 ℓ인 연속 교반 탱크 반응기 중에 도입한다. 이 처리는 체류 시간은 약 7 분이고, 상기 맥아 중의 단백질의 통상의 분해를 수행하여, 글루칸과 관련 성분이 용해 및 분해되도록 한다.
그 후, "당화액"이라고 부르는 상기 혼합물을 수직 원통형의 관류 흐름형 반응기에 공급한다. 이 반응기 형식은 하이네켄 (Heineken)에 의한 선행 특허 (WO 92/12231)에 기재된 바 있다. 상기 컬럼의 소정의 높이에서, 당화액을 가열 자켓 (heating jacket)에 의하여 가열하고, 반응기 전체를 단열시켜 열손실을 최소화한다. 온도 프로파일은 맥아 전분이 발효성 당으로 전환되는 것이 목적 생성물에 적합하도록 선택한다. 이 실시예 중에서 사용된 온도 프로파일은 50℃에서의 단백질 휴지기와, 이어지는 67℃에서의 당화 휴지기 및 78℃의 매싱 오프 (mashing-off) 온도를 포함한다. 상기 당화액은 상기 컬럼 내부의 총체류 시간이 76 분이고, 그 결과 얻은 당화액은 당화액 분리 구역 중에 공급된다.
상기 당화액로부터의 맥아 껍질과 기타의 고체의 분리를 2개의 디켄터에 의하여 수행한다. 이들 디켄터는 정제액과 농후(濃厚)한 맥주박을 연속 폐기하는 스크롤형 보울 원심 분리기이다. 제1 디켄터는 3,500 rpm의 회전 속도 및 3 rpm의 차등(差等) 스크류 속도로 운전된다. 이 디켄터는 이론전 용량 인자의 값이 1,700 ㎡이다.
디켄터의 이론적 용량 인자 (SIGMA 값)는 원주형 보울의 길이 (L), 중력 가속도 (g), 각속도 (ω), 댐 링 (dam ring) 또는 오버플로우 링 (overflow ring)의 반경 (r1 ) 및 원주형 보울의 반경 (r2 )간의 다음의 관계식에 따라 산출된다.
상기 생성물 (당화액 추출물)은 상기 제1 디켄터로부터 그 다음 단위 조작 (비등)에 배출되며, 맥주박을 소형의 연속식 교반 탱크 반응기 중에 방출시킨다. 후자에 있어서, 80℃의 세척수 380 내지 470 ℓ/시간을 13 분의 체류 시간으로 적 용하고, 맥주박 입자와 물을 균일하게 혼합한다.
그 결과 얻은 혼합물의 액층을 상기 제1 디켄터의 것 (2 rpm의 차등 스크류 속도, 4000 rpm, 1,800 ㎡의 이론적 용량 인자)와 유사한 설정에서 운전되는 제2 디켄터에 의하여 분리시킨다. 상기 정제액의 상징액(上澄液)을 전술한 당화액 생성 용기에 재순환시킨다. 상기 제1 디켄터로부터의 생성물 유동류는 추출물 농도가 13 내지 31˚P이다. 양쪽 디켄터에는 원심 분리형 팬이 장착되었고, 그 결과 상기 상징액 배출구에서의 펌프로서 작동한다.
이제, 상기 당화액 분리로부터 얻은 생성물은 맥아즙이라 부르는데, 이는 유속이 약 0.4 내지 0.44 ㎥/시간이다. 호프 추출물을 140 g/시간의 속도에서 연속하여 인-라인 (in-line)으로 투여하고, 상기 혼합물을 직접 증기 주입법 의하여 102℃의 온도로 가열한다. 상기 제1 디켄터의 포지티브 헤드 (positive head)에 의하여, 상기 맥아즙을 관류 흐름형 반응기 중에 압송한다. 이 컬럼 반응기는 특성이 전술한 당화액 생성 전환 컬럼의 것과 동일하다. 이 반응기의 부피는 1 ㎥이고 체류 시간은 일반적으로 2.5 시간이다. 이 반응기에서 일어나는 일반적인 반응은, 단백질 변성 및 응고, 살균, 호프 이성질체화, 색상 형성, 그의 맥아계 전구체 (S-메틸메티오닌)로부터의 디메틸술피드 (DMS) 생성이다.
그 후에, 상기 맥아즙을 하이네켄 특허 (WO 95/26395)에 이미 기재되어 있는 시이브 플레이트 구조의 스트리핑 컬럼 (stripping column) 중에서 처리한다. 1.5 bar의 증기를 역류식 운전 중에 사용하여 좋지 않은 맛의 화합물 (주로 DMS)을 15 ㎏/시간의 유속 및 상기 스트리퍼 (stripper)의 정부에서 대기압 조건으로 제거한 다. 상기 스트리퍼의 저부로부터 나오는 맥아즙을 무시해도 좋은 부피의 소량의 완충제 중에 공급하고 불연속 배출형의 원심 분리기 중에 직접 공급한다. 이 기계는 회전 속력이 7,400 rpm이고 이론적 용량 인자가 13,000 ㎡이다.
그 다음, 상기 맥아즙의 냉각 반응을 2개의 병렬 플레이트와 프레임 (frame) 맥아즙 냉각기 중에서 수행하여, 2 단계 물-글리콜 장치에 의하여 맥아즙의 온도를 95 내지 100℃로부터 8℃로 하강시킨다.
총부피가 2.2 ㎥인 냉각된 맥아즙을 활성 효모가 2.5 g/ℓ의 농도로 혼합되어 있는 원주형/원추형 발효 탱크에 공급한다. 연속 산화 반응은 인-라인 에어레이션 (aeration)에 의하여 달성된다. 초기 배치 발효는 10℃에서 수행하였는데, 상기 추출물 농도가 6.5˚P에 도달하는 경우, 온도는 13℃로 상승하였다. 상기 디아세틸의 농도가 30 ppm의 수준으로 감소한 후, 상기 탱크의 내용물을 24 시간 내에 -1.5℃로 냉각시켰다. 이 저온 상태를 6 일간 유지시켰다.
이어서, 상기 맥주를 수직 디스크형의 키젤구르 브라이트 비어 필터 (kieselguhr bright beer filter)로 여과하였다. 이 여과 후, 상기 맥주를 통상의 PVPP의 투여 및 필요한 PVPP 여과로 안정화시켰다. 최종적으로, 상기 맥주를 적당한 용기 (유리병)에 포장하였다.
표 1 제조 운전을 위한 설정 및 추출물 손실률
| 운전 수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| 맥아 투여 속도 | ㎏/시간 | 82 | 103 | 142 | 167 | 165 | 168 |
| 물 투여 속도 | ㎏/시간 | 466 | 426 | 416 | 391 | 382 | 384 |
| 맥주박 중의 추출물 손실률 |
% | 1.3 | 2.1 | 2.5 | 2.8 | 3.4 | 3.2 |
| 맥아즙 중의 추출물 농도 |
% (w/w) | 12.7 | 19.0 | 25.5 | 29.1 | 29.5 | 30.8 |
실시예
2
생산 운전에 있어서, 맥아즙 생산 공정의 종말기에 추출물 농도가 22.6 ± 0.5˚P인 맥아즙 0.75 ㎥/시간의 유동류를 생성시킨다. 이 맥아즙을 배치 발효기 중에서 발효, 숙성 및 안정화시키고, 이어서 연속 원심 분리하여 여과한다. 상기 생산 운전의 상세한 설명은 이하에 제공되어 있다.
상기 공정의 초기에, 58℃의 재순환된 수성류 약 750 ℓ/시간을 햄머 분쇄한 맥아 분말 (스크린 크기 1.5 ㎜)의 유동류 230 ㎏/시간과 연속 혼합한다. 이들 2개의 유동류를 모두 50℃의 온도에서 운전 용량이 70 ℓ인 연속 교반 탱크 반응기 중에 도입한다. 이 처리는 체류 시간이 약 4 분이고, 상기 맥아 중의 단백질의 통상의 분해를 수행하여, 글루칸과 관련 성분이 용해 및 분해되도록 한다.
그 후, "당화액"이라고 부르는 상기 혼합물을 수직 원통형의 관류 흐름형 반응기에 공급한다. 이 반응기 형식은 하이네켄 (Heineken)에 의한 선행 특허 (WO 92/12231)에 기재된 바 있다. 상기 컬럼의 소정의 높이에서, 당화액을 가열 자켓에 의하여 가열하고, 반응기 전체를 단열시켜 열손실을 최소화한다. 온도 프로파일은 맥아 전분이 발효성 당으로 전환되는 것이 목적 생성물에 적합하도록 선택한다. 이 실시예 중에서 사용된 온도 프로파일은 58℃에서의 단백질 휴지기와, 이어지는 67℃에서의 당화 휴지기 및 78℃의 매싱 오프 (mashing-off) 온도를 포함한다. 상기 당화액은 상기 컬럼 내부의 총체류 시간이 60 분이고, 그 결과 얻은 당화액은 당화액 분리 구역 중에 공급된다.
상기 당화액로부터의 맥아 껍질과 기타의 고체의 분리를 3개의 디켄터에 의하여 수행한다. 이들 디켄터는 정제액과 농후(濃厚)한 맥주박을 연속 폐기하는 스크롤형 보울 원심 분리기이다. 제1 디켄터는 3,500 rpm의 회전 속도 및 3 rpm의 차등 스크류 속도에서 운전된다. 이 디켄터는 이론전 용량 인자의 값이 1,700 ㎡이다. 상기 생성물 (당화액 추출물)은 상기 제1 디켄터로부터 그 다음 단위 조작 (비등)에 배출되며, 추출물 농도는 23.4 ± 0.2˚P이다. 맥주박을 소형의 연속식 교반 탱크 반응기 중에 방출시키고, 이 반응기 중에 하향류 디켄터 (제3 디켄터)로부터 유래하는 세척액으로 이루어진 추출물의 농도가 1.1˚P인 재순환류를 공급한다. 이 반응기 중의 체류 시간을 10 분으로 하여, 맥주박 입자와 물을 균일하게 혼합하여 추출물 농도 5.3 ± 0.1˚P를 달성한다.
이 추출물은 상기 혼합물을 4,000 rpm, 1,800 ㎡의 이론적 용량 인자에서 운전되는 제2 디켄터 중에 공급함으로써 회수된다. 상기 정제액의 상징액을 전술한 당화액 생성 용기에 재순환시킨다. 양쪽 디켄터에는 원심 분리형 팬이 장착되었고, 그 결과 상기 상징액 배출구에서의 펌프로서 작동한다. 상기 제2 디켄터로부터 얻은 맥주박을 80℃의 세척수 675 ℓ/시간이 공급되는 제2 연속 교반 탱크 반응기 중에 공급한다. 그 결과 얻은 추출물의 농도는 1.1˚P만큼 낮다. 상기 혼합물을 최종적으로 제3 디켄터에서 분리하여 상기 제1 교반 세척 용기 중에서 세척액으로서 재사용되는 수성류와 건물 31% w/w를 함유하는 탈수된 맥주박 유동류를 얻는다.
상기 제3 다켄터는 상기 제1 및 제2 디켄터에 비하여 현저하게 작고 차등 스크류 속도는 10 rpm이며 보울 회전 속도는 5,000 rpm이고 이론적 용량 인자는 500 ㎡이다. 이 디켄터 분리법으로 달성되는 총추출물 손실률은 맥아 인피드 (infeed)를 기준으로 하여 1.0 ± 0.2% 낮다.
이제, 상기 당화액 분리로부터 얻은 생성물은 맥아즙이라 부르는데, 이는 유속이 0.75 ㎥/시간이다. 호프 추출물을 140 g/시간의 속도에서 연속하여 인-라인 (in-line)으로 투여하고, 상기 혼합물을 직접 증기 주입법 의하여 102℃의 온도로 가열한다. 상기 제1 디켄터의 포지티브 헤드 (positive head)에 의하여, 상기 맥아즙을 관류 흐름형 반응기 중에 압송한다. 이 컬럼 반응기는 특성이 전술한 당화액 생성 전환 컬럼의 것과 동일하다. 이 반응기의 부피는 1 ㎥이고 체류 시간은 일반적으로 80 분이다. 이 반응기에서 일어나는 일반적인 반응은, 단백질 변성 및 응고, 살균, 호프 이성질체화, 색상 형성, 그의 맥아계 전구체 (S-메틸메티오닌)로부터의 디메틸술피드 (DMS) 생성이다.
그 후에, 상기 맥아즙을 하이네켄 특허 (WO 95/26395)에 이미 기재되어 있는 시이브 플레이트 구조의 스트리핑 컬럼 (stripping column) 중에서 처리한다. 1.5 bar의 증기를 역류식 운전 중에 사용하여 좋지 않은 맛의 화합물 (주로 DMS)을 15 ㎏/시간의 유속 및 상기 스트리퍼 (stripper)의 정부에서 대기압 조건으로 제거한다. 상기 스트리퍼의 저부로부터 나오는 맥아즙을 무시해도 좋은 부피의 소량의 완충제 중에 공급하고 불연속 배출형의 원심 분리기 중에 직접 공급한다. 이 기계는 회전 속도가 7,400 rpm이고 이론적 용량 인자가 13,000 ㎡이다. 상기 배출 빈도는 1,200 초로 설정된다. 추출물 손실률은 트럽을 수집하여 추출물 농도와 트럽의 양을 측정함으로써 1.4 ± 0.1%로 정량되었다.
그 다음, 상기 맥아즙의 냉각 반응을 2개의 병렬 플레이트와 프레임 (frame) 맥아즙 냉각기 중에서 수행하여, 2 단계 물-글리콜 장치에 의하여 맥아즙의 온도를 95 내지 100℃로부터 8℃로 하강시킨다.
총부피가 2.2 ㎥인 냉각된 맥아즙을 활성 효모가 2.5 g/ℓ의 농도로 혼합되어 있는 원주형/원추형 발효 탱크에 공급한다. 연속 산화 반응은 인-라인 에어레이션에 의하여 달성된다. 초기 배치 발효는 10℃에서 수행하였는데, 상기 추출물 농도가 6.5˚P에 도달하는 경우, 온도는 13℃로 상승하였다. 상기 디아세틸의 농도가 30 ppm의 수준으로 감소한 후, 상기 탱크의 내용물을 24 시간 내에 -1.5℃로 냉각시켰다. 이 저온 상태를 6 일간 유지시켰다.
이어서, 상기 맥주를 수직 디스크형의 키젤구르 브라이트 비어 필터 (kieselguhr bright beer filter)로 여과하였다. 이 여과 후, 상기 맥주를 통상의 PVPP의 투여 및 필요한 PVPP 여과로 안정화시켰다. 최종적으로, 상기 맥주를 적당한 용기 (유리병)에 포장하였다.
실시예
3
생산 운전에 있어서, 맥아즙 생산 공정의 종말기에 추출물 농도가 24.5 ± 0.2˚P인 맥아즙 1.0 ㎥/시간의 유동류를 생성시켰다. 이어서, 이 유동류를 상기 비등 공정 후에 희석시킨 결과, 추출물 농도가 17.9 ± 0.1˚P인 맥아즙으로 이루어진 최종 맥아즙 유동류 1.4 ㎥/시간을 얻었다. 이 맥아즙을 배치 발효기 중에서 발효, 숙성 및 안정화시키고, 이어서 연속 원심 분리하여 여과한다. 상기 생산 운전의 상세한 설명은 이하에 제공되어 있다.
상기 공정의 초기에, 온도가 55℃인 재순환된 수성류 약 920 ℓ/시간을 햄머 분쇄한 맥아 분말 (스크린 크기 1.5 ㎜)의 유동류 332 ㎏/시간과 연속 혼합한다. 이들 2개의 유동류를 모두 55℃의 온도에서 운전 용량이 70 ℓ인 연속 교반 탱크 반응기 중에 도입한다. 이 처리는 체류 시간이 약 4 분이고, 상기 맥아 중의 단백질의 통상의 분해를 수행하여, 글루칸과 관련 성분이 용해 및 분해되도록 한다.
그 후, "당화액"이라고 부르는 상기 혼합물을 수직 원통형의 관류 흐름형 반응기에 공급한다. 이 반응기 형식은 하이네켄 (Heineken)에 의한 선행 특허 (WO 92/12231)에 기재된 바 있다. 상기 컬럼의 소정의 높이에서, 당화액을 직접 증기 주입법에 의하여 가열하고, 반응기 전체를 단열시켜 열손실을 최소화한다. 온도 프로파일은 맥아 전분이 발효성 당으로 전환되는 것이 목적 생성물에 적합하도록 선택한다. 이 실시예 중에서 사용된 온도 프로파일은 55℃에서의 단백질 휴지기와, 이어지는 67℃에서의 당화 휴지기 및 78℃의 매싱 오프 (mashing-off) 온도를 포함한다. 상기 당화액은 상기 컬럼 내부의 총체류 시간이 55 분이고, 그 결과 얻은 당화액은 당화액 분리 구역 중에 도입된다.
상기 당화액로부터의 맥아 껍질과 기타의 고체의 분리를 2개의 디켄터에 의하여 수행한다. 이들 디켄터는 정제액과 농후한 맥주박을 연속 폐기하는 스크롤형 보울 원심 분리기이다. 제1 디켄터는 4,000 rpm의 회전 속도 및 4 rpm의 차등 스크류 속도에서 운전된다. 이 디켄터는 이론전 용량 인자의 값이 2,275 ㎡이다. 상기 생성물 (당화액 추출물)은 1,014 ㎏/시간의 질량 유속에서 상기 제1 디켄터로부터 그 다음 단위 조작 (비등)에 배출되며, 추출물 농도는 24.5 ± 0.2˚P이다. 건물 함량이 24.5 ± 0.9%인 맥주박을 상기 제1 디켄터로부터 소형의 연속식 교반 탱크 반응기 중에 방출시킨다. 이 반응기 중에, 80℃의 세척수 940 ℓ/시간을 도입하고, 8 분간 체류시키며, 맥주박 입자와 물을 균일하게 혼합한다.
그 결과 얻은 혼합물의 액층을 2 rpm의 차등 스크류 속도, 4,000 rpm, 1,800 ㎡의 이론적 용량 인자에서 운전되는 제2 디켄터에 의하여 분리시킨다. 상기 정제액의 상징액을 전술한 당화액 생성 용기에 재순환시키고 상기 맥주박을 28.8 ±0.4%의 건물 함량으로 배출시킨다. 양쪽 디켄터에는 원심 분리형 팬이 장착되었고, 그 결과 상기 상징액 배출구에서의 펌프로서 작동한다.
이제, 상기 당화액 분리로부터 얻은 생성물은 맥아즙이라 부르는데, 이는 유속이 1 ㎥/시간이다. 호프 추출물을 140 g/시간의 속도에서 연속하여 인-라인 (in-line)으로 투여하고, 상기 혼합물을 직접 증기 주입법 의하여 102℃의 온도로 가열한다. 상기 제1 디켄터의 포지티브 헤드 (positive head)에 의하여, 상기 맥아즙을 관류 흐름형 반응기 중에 압송한다. 이 컬럼 반응기는 특성이 전술한 당화액 생성 전환 컬럼의 것과 동일하다. 이 반응기의 부피는 1 ㎥이고 체류 시간은 62 분이다. 이 반응기에서 일어나는 일반적인 반응은, 단백질 변성 및 응고, 살균, 호프 이성질체화, 색상 형성, 그의 맥아계 전구체 (S-메틸메티오닌)로부터의 디메틸술피드 (DMS) 생성이다.
그 후에, 상기 맥아즙을 하이네켄 특허 (WO 95/26395)에 이미 기재되어 있는 시이브 플레이트 구조의 스트리핑 컬럼 (stripping column) 중에서 처리한다. 1.5 bar의 증기를 역류식 운전 중에 사용하여 좋지 않은 맛의 화합물 (주로 DMS)을 15 ㎏/시간의 유속 및 상기 스트리퍼 (stripper)의 정부에서 대기압 조건으로 제거한다.
상기 스트리퍼의 저부로부터 나오는 맥아즙을 무시해도 좋은 부피의 소량의 완충제 중에 공급하고 80℃의 고온수로 이루어진 유동류와 혼합하여 17.9 ± 0.1˚P의 최종 비중을 달성한다. 이 희석된 생성물을 불연속 배출형의 원심 분리기 중에 공급한다. 이 기계는 회전 속도가 7,400 rpm이고 이론적 용량 인자가 13,000 ㎡이다. 이 맥아즙 제조 공정 도중에 관찰되는 추출물 손실률은 상기 디켄터들에 대하여 3.0 ± 0.2%이고 상기 분리기에 대하여 1.6 ± 0.1%이며, 4.6 ± 0.2%의 총 추출물 손실률을 얻는다.
그 다음, 상기 맥아즙의 냉각 반응을 2개의 병렬 플레이트와 프레임 (frame) 맥아즙 냉각기 중에서 수행하여, 2 단계 물-글리콜 장치에 의하여 맥아즙의 온도를 95 내지 100℃로부터 8℃로 하강시킨다.
총부피가 2.2 ㎥인 냉각된 맥아즙을 활성 효모가 2.5 g/ℓ의 농도로 혼합되어 있는 원주형/원추형 발효 탱크에 공급한다. 연속 산화 반응은 인-라인 에어레이션에 의하여 달성된다. 초기 배치 발효는 10℃에서 수행하였는데, 상기 추출물 농도가 6.5˚P에 도달하는 경우, 온도는 13℃로 상승하였다. 상기 디아세틸의 농도가 30 ppm의 수준으로 감소한 후, 상기 탱크의 내용물을 24 시간 내에 -1.5℃로 냉각시켰다. 이 저온 상태를 6 일간 유지시켰다.
이어서, 상기 맥주를 수직 디스크형의 키젤구르 브라이트 비어 필터 (kieselguhr bright beer filter)로 여과하였다. 이 여과 후, 상기 맥주를 통상의 PVPP의 투여 및 필요한 PVPP 여과로 안정화시켰다. 최종적으로, 상기 맥주를 적당한 용기 (유리병)에 포장하였다.
Claims (18)
- 다음의 공정, 즉a. 입상 전분을 함유하며 맥아가 첨가된 원료를 재순환된 수성류와 혼합하여 당화액을 생성하는 공정과,b. 상기 당화액을 가열하여 상기 전분을 효소 가수 분해하는 공정과,c. 상기 열처리된 당화액을 제1 분리기에 통과시켜서 발효성 당화액 추출물과 맥주박으로 분리시키는 공정과,d. 상기 맥주박을 제1 혼합 용기에 이송하고, 그 맥주박을 스파징 용수와 혼합하는 공정과,e. 상기 맥주박과 스파징 용수로 이루어진 혼합물을 제2 분리기에 이송하여 맥주박을 분리시키는 공정과,f. 상기 제2 분리기로부터의 수성류를 상기 당화액 생성 공정에 재순환시키는 공정을 포함하고, 상기 제1 분리기로부터 얻은 발효성 당화액 추출물의 비중은 15˚P 초과인 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 분리기로부터 얻은 당화액 추출물의 비중은 18˚P 초과인 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 분리기로부터 얻은 당화액 추출물의 비중은 20˚P 초과인 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 당화액 추출물의 제조 중에 관찰되는 추출물 손실률은 6 중량% 미만인 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 분리기로부터의 재순환된 수성류는 상기 당화액 생성 공정에 사용되는 총액체의 80 중량% 이상을 구성하는 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 다음의 공정, 즉a. 상기 제2 분리기로부터 얻은 맥주박을 제2 혼합 용기 내에 이송하고, 이를 스파징 용수와 혼합하는 공정과,b. 상기 맥주박과 스파징 용수로 이루어진 혼합물을 제3 분리기에 이송하여 맥주박을 제거하는 공정과,c. 상기 제3 분리기로부터의 수성류를 스파징 용수로서 상기 제1 혼합 용기에 재순환시키는 공정을 더 포함하는 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1개 이상의 분리기는 원심 분리기, 디켄터, 침전기, 수력 사이클론, 시이브, 여과기, 막(膜) 및 압착기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 다음의 추가 공정, 즉당화액 추출물을 75℃ 이상의 온도로 15 분 이상 가열함으로써 당화액 추출물을 맥아즙으로 전환시키는 공정과,
감압하거나 또는 기체 또는 증기로 스트리핑시킴으로써 상기 고온의 맥아즙으로부터 휘발성 유기 물질을 제거하는 공정
을 더 포함하되, 상기 추가 공정들 동안 당화액 추출물의 비중은 15˚P 이상으로 유지되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 상기 추가 공정들 동안 당화액 추출물의 비중은 18˚P 이상으로 유지되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 추가 공정들 동안 당화액 추출물의 비중은 20˚P 이상으로 유지되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 휘발성 유기 물질을 제거시킨 다음, 효모 발효 전에 상기 맥아즙은 10 내지 35˚P 범위 내의 비중으로 희석되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제11항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 방법은 완전히 연속식으로 운전되는 것인 당화액 추출물의 제조 방법.
- 다음의 장치, 즉- 분말형 출발 물질을 제1 혼합 장치 (2)에 공급하기 위한 공급 장치 (1)과,- 가열 유닛 (3)에 접속되는 배출구 및 수성류 수용용 투입구가 있는 제1 혼합 장치 (2)와,- 비교적 저함량의 고체 분획용 제1 저함량 고체 배출구 (5)와 비교적 고함량의 고체 분획용 제2 고함량 고체 배출구 (6)이 있고, 저함량 고체 배출구 (5)에서 비중이 15˚P를 초과하는 추출물을 제공하는데 적합한 제1 분리기 (4)에 접속되는 배출구가 있는 가열 유닛 (3)과,- 상기 제2 배출구 (6)에 접속되어 있고, 수성류 (8, 15) 수용용 투입구 및 제2 혼합 장치 (7)의 배출구가 있는 제2 혼합 장치 (7)과,- 상기 제2 혼합 장치의 배출구에 부착되어 있고, 상기 제1 혼합 장치 (2)의 투입구에 접속되는 저함량 고체 배출구 (11)이 있는 제2 분리기 (9)를 포함하는 발효성 당화액 추출물 제조용 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 분리기 (4)는 저함량 고체 배출구 (5)에서 비중이 18˚P를 초과하는 추출물을 제공하는데 적합한 것인 발효성 당화액 추출물 제조용 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 분리기 (4)는 저함량 고체 배출구 (5)에서 비중이 20˚P를 초과하는 추출물을 제공하는데 적합한 것인 발효성 당화액 추출물 제조용 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 분리기 (4)는 원심 분리형 분리기인 것인 발효성 당화액 추출물 제조용 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 제2 분리기 (9)에는 제3 혼합 장치 (13)에 접속되는 고함량 고체 배출구 (12)가 있고,- 수분 투입구 (8)과 배출구가 있는 제3 혼합 장치 (13)과,- 상기 제3 혼합 장치의 배출구에 접속되어 있고, 상기 제2 혼합 장치 (7)의 투입구에 접속되는 저함량 고체 배출구 (15)가 있는 제3 분리기 (14)를 더 포함하는 것인 발효성 당화액 추출물 제조용 장치.
- 제13항 내지 제17항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 분리기 (4)의 저함량 고체 배출구 (5)는 제2 가열 장치 (17)의 투입구에 접속되는 것인 발효성 당화액 추출물 제조용 장치.
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