NL9100050A - Werkwijze voor het continu bereiden van wort. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het continu bereiden van wort.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het continu bereiden van wort, omvattende het continu enzymatisch omzetten van mout tot een beslag. Tevens betreft de uitvinding het continu verstij fselen en enzymatisch vervloeien van een mengsel gebaseerd op ongemout, een enzymbron en water.

De uitvinding heeft ook betrekking op een continue werkwijze voor het bereiden van wort omvattende de bovengenoemde stappen gevolgd door een continue afscheiding van de bostel van de maische.

Bij de bereiding van dranken uit granen, meer in het bijzonder bij het brouwen van bier wordt gébruik gemaakt van wort. Een conventionele bereiding van wort vindt plaats door de uitgangsstoffen, bij voorbeeld omvattende ongemout (mais) en water te mengen. De vaste stoffen worden eerst verkleind en vervolgens gemengd met het water. De verkregen suspensie wordt in aanwezigheid van een enzymbron, bij voorbeeld mout, gedurende enige tijd op een temperatuur van ten minste 40°C gehouden. Daarbij treedt verstijfseling en vervloeiing op. in een vervolg trap wordt na additionele toevoeging van mout en/of een externe enzymbron de enzymatische omzetting van het mengsel (beslag) voortgezet.

Het is ook mogelijk wort te bereiden op basis van mout en water. Daarbij vervalt dan de eerste trap.

Het aldus verkregen produkt bestaat in hoofdzaak uit water, niet oplosbare componenten van de grondstoffen, evenals oplosbare componenten daarvan, zoals vergistbare en onvergistbare suikers en eiwitten. Bij de conventionele methode wordt dit mengsel gefiltreerd voor het verwijderen van de niet oplosbare componenten, de bostel. Het filtraat of extract is de wort. Voor het brouwen van bier voegt men vervolgens hop toe aan de wort, kookt men deze, verwijdert men de eventueel gevormde vlokken, koelt men de wort af tot ca.8°C en vergist men de wort.

Er is in het verleden veel onderzoek gedaan naar het continu uitvoeren van de trappen van de verstijfseling, .vervloeiing en omzetting in vergistbare en onvergistbare suikers. Met name is onderzoek gedaan aan het uitvoeren van deze trappen in een envelop warmte-wisselaar (Food Engineering Int'1, Dec. 76, pp 22-27). Dit onderzoek heeft echter niet tot commerciële toepasing geleid.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een methode voor het continu bereiden van wort, waarbij zich geen problemen voordoen met betrekking tot vervuiling en dergelijke en waarbij bovendien het voordeel aanwezig is dat men niet of nagenoeg niet beperkt is in de deeltjesgrootte van de toe te passen grondstoffen.

De uitvinding betreft derhalve een werkwijze voor het continu bereiden van wort, omvattende het continu, enzymatisch omzetten van mout in een draaischijfreactor (rotating disc contactor) en afscheiding van bostel van maische in een afscheidingseenheid. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een dergelijke werkwijze, omvattende het continu verstijfselen en enzymatisch vervloeien van een mengsel gebaseerd op ongemout, een enzymbron en water in een draaischijfreactor, toevoeging van mout en/of een enzymbron aan het verkregen product, enzymatische omzetting van genoemd produkt en afscheiding van de bostel van de maische in een afscheidings-eenheid.

Bij voorkeur wordt de enzymatische omzetting continu uitgevoerd in een draaischijfreactor.

Het is mogelijk de werkwijze uit te voeren in één of meer draaischijfreactoren. Het aantal reactoren is mede afhankelijk van de aard van de toe te passen grondstoffen.

Bij gébruik van ongemout past men twee reactietrappen toe, waarbij in de eerste trap het verkleinde materiaal verstij fseld en onder invloed van een enzymsysteem vervloeid wordt. Dit enzymsysteem is veelal afkomstig van mout. in een tweede trap wordt mout en/of additioneel enzymsysteem toegevoegd en treedt verdere reactie op. Het is daarbij dus nodig twee reactietrappen te gebruiken, hetgeen met voordeel in twee reactoren kan geschieden, hoewel het ook mogelijk is één reactor toe te passen, mits deze voorzien is van toevoeren op de juiste plaatsen. Bij gebruik van alleen mout, zonder ongemout, volstaat men met alleen de tweede reactietrap, welke in één reactor uitgevoerd kan worden.

Verrassenderwijs is gebleken dat het met de werkwijze volgens de uitvinding uitstekend mogelijk is wort te bereiden, zonder dat zich de problemen voordoen die inherent zijn aan de bekende continue wort bereidings methoden.

De vaste componenten zoals mout en ongemout die men bij de uitvinding toepast, worden eerst verkleind, bij voorbeeld in een hamermolen tot een deeltjesgrootte die door zeven met een maaswijdte gelegen tussen 5 μπι en 5 mm kan passeren.

De verkleinde vaste stoffen worden gemengd met het water en toegevoerd aan de reactor of reactoren. Bij toepassing van ongemout wordt in een eerste reactietrap een temperatuur gelegen tussen 40 en 100°C aangehouden. Daarbij treedt verstij fseling en onder inwerking van het aanwezige enzymsysteem vervloeiing op. in de tweede reactietrap wordt mout en/of de enzymbron en water toegevoerd, tezamen met het in de eerste reactietrap verkregen produkt. In deze reactietrap vindt een enzymatische omzetting plaats. De temperatuur in deze reactietrap ligt in het algemeen tussen 30 en 80°C. Als geen ongemout toegepast wordt is dit de enige reactietrap en voert men een mengsel van mout en water toe aan deze reactietrap.

Volgens de uitvinding past men een 'rotating disc contactor' (draaischijfreactor) toe, een bekend type kolomreactor dat bij voorbeeld beschreven is in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition, vol. 9, page 702.

Een dergelijke reactor bestaat in het algemeen uit een kolom die voorzien is van een centrale roeras, waaraan 10 of meer schijven of platen bevestigd zijn. Deze schijven of platen beslaan ten minste 80% van de dwarsdoorsnede van de kolom. In het algemeen bedraagt dit oppervlak maximaal 95%. Door het roteren van de as en de schijven in de kolom treedt een goede dispergering op van de vaste stof in de vloeistof.

In verband met de wenselijkheid de kolom te kunnen reinigen past men liefst een systeem toe waarbij de as gemakkelijk te verwijderen is, bij voorbeeld door afwezigheid van baffles in de kolom.

Toepassing van een rotating disc contactor heeft het verrassende voordeel dat de deeltjesgrootte van de grondstoffen nagenoeg onafhankelijk van de toegepaste apparatuur ingesteld kan worden. In combinatie met de toepassing van een continue wortfiltratie betekent dit dat men de deeltjesgrootte van de uitgangsmaterialen nagenoeg vrij kan kiezen zodat men deze deeltjesgrootte optimaal kan instellen, onafhankelijk van de aard van de procesapparatuur.

De afscheiding van de bostel uit de maische kan op diverse manieren plaats vinden. Het is bij voorbeeld mogelijk een conventionele wortfiltratie uit te voeren. Dit is met name een mogelijkheid in de situatie dat een bestaand brouwhuis uitgebreid moet worden. Men kan dan door eenvoudig bijplaatsen van een draaischijf reactor in combinatie met een buffervat de capaciteit en effectiviteit van een brouwhuis aanzienlijk vergroten. In dat geval vindt de enzymatische omzetting bij voorkeur ook op conventionele, niet-continue wijze plaats.

De voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding zijn echter beter te benutten als men de wortfiltratie ook continu uitvoert, bij voorbeeld onder toepassing van een combinatie van mengers en bezinkeenheden. De voorkeur heeft de toepassing van een membraanfiltratie, aangezien daarmee een optimaal effect bereikt wordt in de continuïteit van de werkwijze en het rendement van de wort bereiding.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat men de bostel van de maische scheidt in ten minste één membraanfiltratie eenheid, desgewenst gevolgd door toevoegen van hop aan de wort en het koken van de wort.

De membraanfiltratie vindt plaats onder toepassing van ten minste één membraanfilter, doch bij voorkeur onder toepassing van een meertraps filter, bij voorbeeld een meertraps tegenstroom filter installatie zoals een drietraps installatie of een meertraps dwarsstroom filter installatie.

*

De membranen in het membraanfilter hebben een poriegrootte van ten hoogste 2,0 μιη, bij voorkeur gelegen tussen 0,1 en 1,5 μπι. Met een dergelijke poriegrootte verkrijgt men een optimale werking van de filtratie eenheid, omdat bij deze poriegrootte een goede heldere wort verkregen wordt, met een hoog extract rendement. Het membraanfilter heeft tevens een goede zelfreinigende werking. Het materiaal van het membraan is niet erg kritisch. Van belang is vooral de mechanische stabiliteit bij de temperatuur van de te filtreren wort. Tevens moet het materiaal geschikt zijn voor toepassing in contact met voedingsmiddelen. Geschikt zijn vooral membranen op basis van keramische materialen.

Opgemerkt wordt dat het uit de Europese octrooiaanvrage 265.152 bekend is wort te filtreren onder toepassing van een membraan met een poriediameter van 10,0 tot 100,0 Mm. Zoals blijkt uit de tekst van genoemde aanvrage is het membraanfilter bedoeld voor het scheiden van de bostel van de maische of het beslag, waarbij het voordeel daarin ligt, dat men op deze wijze een kleinere deeltjesgrootte van de uitgangsprodukten kan toepassen. Dit heeft voordelen ten aanzien van de extractierendement van de suikers uit de grondstoffen.

De membraanfiltratie volgens deze publicatie leidt echter niet tot een heldere wort die zonder meer verder toegepast kan worden. Met name blijkt uit de tekst van de publicatie dat de wort die initieel geproduceerd wordt, niet vrij is van gesuspendeerde deeltjes, zodat een aanvullende filtratie vereist is. Dit is een nadeel van deze methode.

Bij toepassing van een membraan met een poriegrootte binnen de grenzen volgens de onderhavige uitvinding is het extract rendement beter dan bij toepassing van een membraan met grotere poriën. Tevens treedt dan minder vervuiling van het membraan op. Dit laatste heeft het voordeel dat de werkwijze continu uitgevoerd kan worden, aangezien veel minder reiniging van de membranen nodig is.

De wort die verkregen wordt met de werkwijze volgens de uitvinding heeft een helderheid, gemeten als EBC eenheden bij 65°C van 0,25 tot 5. De heldere wort wordt gemengd met hop en * vervolgens wordt het mengsel gekookt. Daarbij treedt eventueel een uitvlokken op van materie, zoals eiwitten en polyfenolen.

Dit uitgevlokte materiaal kan in een separator afgescheiden worden. Na afkoeling van de wort tot een temperatuur gelegen tussen 2 en 25 °C, bij voorkeur tot ca. 8°C kan de wort vergist worden tot bier.

Het koken van de wort geschiedt bij voorkeur continu onder terugwinning van ten minste een deel van de warmte. Daarvoor geschikte inrichtingen zijn bekend uit de literatuur. Deze inrichtingen kunnen bij voorbeeld gebaseerd zijn op multieffect indampers met een warmtewisseling van de afgassen met de te koken vloeistof. De warmte kan met voordeel toegepast worden bij het verstijfselen, vervloeien en/of enzymatisch omzetten.

De gekoelde wort kan, eventueel na verblijf in een buffervat, vergist worden. De uitvinding betreft derhalve ook een werkwijze voor het brouwen van bier onder toepassing van wort die bereid is zoals hierboven beschreven.

Een verrassend aspect van de werkwijze volgens de uitvinding ligt in het feit dat de deeltjesgrootte van de vaste stoffen slechts een geringe invloed heeft op de werking van de filters, dit in tegenstelling tot hetgeen gesuggereerd is in de geciteerde Europese octrooiaanvrage.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een tekening, waarin een voorbeeld van een processchema volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding weergegeven is, evenals een uitwerking van een tweetal membraan filtratie systemen.

In de tekening is in figuur l een processchema van een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding gegeven. In figuur 2 is een gedetailleerdere uitwerking van de ' drietraps tegenstroom membraan filtratie getoond. Figuur 3 geeft een uitvoering van een dwarsstroom membraan filtratie.

In het processchema van fig. 1 is een menger l aangegeven, waaraan via leidingen 2, 3 en 4 resp. water met een temperatuur van ca 55°C, verkleind ongemout en verkleind mout toegevoerd wordt. Na mengen wordt het mengsel via leiding 5 toegevoerd aan de eerste draaischijfreactor 6. Daarin bevindt zich een roeras 7 die voorzien is van schijven 8. De reactor 6 is voorzien van niet getekende verwarmingselementen, waarmee de reactorinhoud op de gewenste temperatuur gebracht en gehouden kan worden.

Het produkt afkomstig uit reactor 6 wordt via leiding 9 toegevoerd aan draaischijfreactor 10. Aan menger 11 wordt via leidingen 12 en 13 water van ca 55°C en verkleind mout toegevoerd. Het verkregen mengsel wordt via leiding 14 onder in kolom 10 gevoerd, waar het na enige verblijftijd gemengd wordt met het produkt dat afkomstig is uit reactor 6. Via leiding 15 wordt het verkregen beslag (maische) toegevoerd aan een mebraanfiltratie 16, waaraan tevens water wordt toegevoerd via leiding 17. via leiding 18 wordt de verkregen heldere wort uit de membraanfiltratie eenheid afgevoerd. Via leiding 19 wordt de bostel afgevoerd.

De heldere wort wordt gemengd met hop die via leiding 20 toegevoerd wordt. Het mengsel van wort en hop wordt aan warmtewisselaar 21 toegevoerd, waarin het voorverwarmd wordt met warmte afkomstig van de kookstap. De voorverwarmde wort wordt toegevoerd aan wortkoker 22, waarin de het enige tijd gekookt wordt. Het gekookte produkt wordt via leiding 23 naar de afscheider 24 gevoerd, waarin uitgevlokte materialen zoals eiwitten en polyfenolen afgescheiden worden. De heldere gekookte wort gaat vervolgens via leiding 25 naar koeler 26 waarin af gekoeld wordt. Via leiding 27 kan de wort af gevoerd worden, bij voorbeeld naar een vergisting.

In Fig. 2 is een mogelijke opzet van een drietraps tegenstroom membraanfiltratie weergegeven.

In deze figuur wordt het beslag via leiding 51 toegevoerd aan het eerste membraanfilter 52. Hieruit wordt via leiding 53 de heldere wort afgevoerd. Een deel van het retentaat van het filter 52 wordt via leiding 54 teruggevoerd naar de toevoer van het filter, tezamen met het permeaat van het tweede membraanfilter 55. De rest van het retentaat wordt via leiding 56 toegevoerd aan het tweede membraanfilter 55. Het permeaat van dit membraan wordt via leiding 57 teruggevoerd naar het eerste membraanfilter. Het retentaat van het tweede filter 55 wordt deels teruggevoerd naar de toevoer van het tweede membraanfilter 55, via leiding 58, terwijl de rest via leiding 59 toegevoerd wordt aan het derde membraanfilter 60. Het permeaat van dit derde membraanfilter 60 wordt via leiding 61 teruggevoerd naar de toevoer van het tweede membraanfilter 55. Een deel van het retentaat van het derde filter 60 wordt via leiding 62 teruggevoerd naar de toevoer van het derde filter 60, tezamen met water dat via leiding 63 toegevoerd wordt. Het restant van het retentaat, de bostel, wordt via leiding 64 afgevoerd.

De beschrijving van dit systeem is gebaseerd op een drietrapsfiltratie eenheid. Het is echter uiteraard mogelijk het aantal trappen naar behoefte aan te passen onder toepassing van hetzelfde principe.

In figuur 3 wordt een uitwerking gegeven van een dwars stroom filtratie eenheid, op basis van een drie traps installatie. Het aantal trappen is echter naar behoefte aan te passen onder toepassing van hetzelfde principe.

Via leiding 100 in fig. 3 wordt de het beslag toegevoerd aan het eerste membraanfilter 101. Hieruit wordt via leiding 102 de heldere wort afgevoerd. Het retentaat van het filter 101 wordt via leiding 103 toevoerd aan het tweede membraanfilter 104. Via leiding 105 wordt water toegevoerd aan het retentaat van filter 101. Het permeaat van membraan filter 104 wordt via leiding 106 afgevoerd en gecombineerd met het permeaat van het eerste membraanfilter 101. Het retentaat van het tweede filter 104 wordt via leiding 107 toegevoerd wordt aan het derde membraanfilter 108, tezamen met via leiding 109 toegevoerd water. Het permeaat van dit derde membraanfilter 107 wordt via leiding 110 gecombineerd met het permeaat van de eerste twee filters. Het restant van het retentaat, de bostel, wordt via leiding lil afgevoerd.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een voorbeeld, doch is daartoe niet beperkt.

VOORBEELD

Aan de menger 1 van een inrichting zoals beschreven in figuur 1 werd per uur 5 kg mais, 2,5 kg mout en 22,5 1 water met een temperatuur van 55°C toegevoerd. De maïs en het mout waren verkleind in een hamermolen tot een deeltjesgrootte die een zeef van 1,5 mm kan passeren. Het mengsel had een temperatuur van 50°C. Het mengsel werd toegevoerd aan een draaischijfreactor, waarin de temperatuur verhoogd werd tot 95°C. De totale verblijftijd van het mengsel op 50°C bedroeg 5 min., terwijl de verblijftijd bij 95°C 10 tot 15 min. bedroeg.

Aan menger ll werd per uur 15 kg mout met dezelfde deeltjesgrootte en 45 1 water met een temperatuur van 55°C toegevoerd. Het daarin verkregen mengsel had een temperatuur van 50°C en werd toegevoerd aan de bodem van de tweede draaischij freactor.

Het produkt afkomstig uit de eerste draaischijfreactor werd op zodanige hoogte aan de tweede draaischijfreactor toegevoerd, dat de verblijftijd van het mout/water mengsel bij 50°C ca. 15 min. bedroeg. Door het bij mengen van het warme produkt steeg de temperatuur tot 65°C. Deze temperatuur werd gedurende 30 min. gehandhaafd, waarna deze verhoogd werd tot 76°C, welke temperatuur nog 5 min. gehandhaafd werd.

Na deze behandeling verkreeg men een beslag met een extract gehalte van ca 21,5 %, dat toegevoerd werd aan de membraanfiltratieenheid 16. Deze eenheid was uitgevoerd zoals beschreven in figuur 2. De membraanfiltratie onder toepassing van membranen met een poriegrootte van 0,4 Mm leverde een wort met een helderheid van 0,3 EBC eenheden (bij 65°C) . Na mengen met hop, koken, afscheiden van gevormde vlokken en af koelen verkreeg men een koude wort met een temperatuur van 8°C, die vergist kon worden tot bier.

*

Claims (12)

1. Werkwijze voor het continu bereiden van wort, omvattende het continu, enzymatisch omzetten van mout in ten minste één draaischijfreactor (rotating disc contactor) en afscheiding van bostel van maische in een afscheidingseenheid.

2. Werkwijze voor het continu bereiden van wort, omvattende het continu verstijfselen en enzymatisch vervloeien van een mengsel gebaseerd op ongemout, mout en/of een enzymbron en water in een draaischijf reactor, toevoeging van mout en/of enzymbron aan het verkregen product, enzymatische omzetting van het verkregen produkt en afscheiding van de bostel van de maische in een afscheidingseenheid.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin de enzymatische omzetting continu in een draaischijfreactor uitgevoerd wordt.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarin de toe te passen vaste stoffen zeven met een maaswijdte gelegen tussen 5 μπι en 5 mm kunnen passeren.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarin de afscheiding van de bostel van de maische geschiedt in een membraanfiltratie-eenheid met een poriegrootte van het filter van ten hoogste 2,0 μπι, of in een conventioneel filter, of in een meng/bezink eenheid, onder vorming van een heldere wort.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarin de afscheiding van de bostel van de maische continu geschiedt, in een membraanf iltratie-eenheid.

7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, waarin de membraanfiltratie-eenheid ten minste drie trappen omvat.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-7, waarin de wort na toevoeging van hop gekookt wordt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin de wort gekookt wordt in een systeem met terugwinning van warmte.

10. Werkwij ze volgens conclusie 9, waarin de warmte toegepast wordt bij het verstijfselen, vervloeien en/of enzymatisch omzetten.

11. Werkwijze volgens conclusie 1-10, waarin de gekookte wort, eventueel na klaring afgekoeld wordt en vergist wordt.

12. Werkwijze voor het brouwen van bier omvattende het vergisten van wort verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens conclusie l-ll.