SK281402B6 - Proces kontinuálnej prípravy sladiny a jej použitie - Google Patents

Abstract

Vynález sa týka procesu kontinuálnej prípravy sladiny, ktorý zahŕňa kontinuálnu enzymatickú konverziu sladu v aspoň jednom rotačnom diskovom kontaktnom reaktore a oddelenie mláta zo zápary v separačnej jednotke, ako aj procesu kontinuálnej prípravy sladiny, ktorý zahŕňa kontinuálnu želatináciu a enzymatické skvapalnenie zmesi, založenej na nesladovom obilí, slade alebo enzymatickom zdroji a vode v rotačnom diskovom kontaktnom reaktore. Pridaním sladu alebo zdroja enzýmov sa získa enzymatickou konverziou produktov a oddelením mláta zo zápary v separačnej jednotke čistá sladina. Vynález sa taktiež týka použitia sladiny pripravenej uvedeným procesom pri kontinuálnej príprave piva.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka procesu kontinuálnej prípravy sladiny, zahŕňajúci kontinuálnu enzymatickú konverziu sladu v aspoň jednom rotačnom diskovom kontaktnom reaktore a oddelenie zo zápary v scparačncj jednotke. Vynález sa taktiež týka použitia sladiny pripravenej uvedeným procesom pri kontinuálnej príprave piva.

Doterajší stav techniky

Keď sa vyrábajú nápoje z obilnín, konkrétnejšie, keď sa varí pivo, používa sa sladina. Konvenčná príprava sladiny sa vykonáva zmiešaním východiskových materiálov, napr. obsahujúcich nesladové obilie (kukurica) a vodu. Pevné materiály sú najprv rozomleté na prášok a prášok je zmiešaný s vodou. Výsledná suspenzia je udržovaná určitý čas pri teplote aspoň 40 °C za prítomnosti zdroja enzýmov, napr. sladu. Dochádza tým k želatinácii a skvapalneniu. V ďalšom kroku je vytvorená kontinuálna enzymatická konverzia zmesí (zápary) po dodatočnom pridaní sladu alebo vonkajšieho zdroja enzýmov.

Takisto je možné pripraviť sladinu na báze sladu a vody. Potom je prvý krok vynechaný.

Takto získaný produkt obsahuje hlavne vodu, nerozpustné komponenty surovín a tiež komponenty ako fermcntabilné a nefermentabilné cukry a proteíny. V konvenčnom spôsobe je táto zmes filtrovaná, aby sa odstránili nerozpustné zložky, mláto. Filtrát alebo extrakt je sladina. Na varenie piva je potom k sladine pridaný chmeľ, ktorý je varený. Vločky kukurice, pokiaľ sa vytvoria, sú odstránené a sladina je ochladená na teplotu cca 8 °C a fermentovaná.

V mnohých minulých výskumných prácach bolo urobené kontinuálne rozpracovanie krokov ako želatinácia, skvapalnenie a konverzia na fermentabilné a nefermentabilné cukry. Najmä bol robený výskum rozpracovania týchto krokov v obklopení výmenníkom tepla (Food Engineering Int. 1, Dcc. 76, pp. 22 - 27). Tento výskum však nevyústil do komerčného použitia.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je vytvoriť spôsob kontinuálnej prípravy sladiny, v ktorom sa nevyskytujú problémy vzhľadom na kontamináciu a pod., a ktorá má dodatočnú výhodu, že tu nie sú obmedzené alebo sú podstatne zredukované, čo sa týka veľkosti častíc surovín, ktoré budú použité.

Vynález sa takisto týka procesu kontinuálnej prípravy sladiny, zahŕňajúcej kontinuálnu enzymatickú konverziu sladu v rotačnom diskovom reaktore a oddelenie mláta zo zápary v separačnej jednotke. Vynález sa takisto týka takého procesu, ktorý zahŕňa kontinuálnu želatináciu a enzymatické skvapalnenie zmesi, založené na nesladovom obilí, zdroji enzýmov a vode v rotačnom diskovom kontaktnom reaktore, pridaním sladu alebo zdroja enzýmov k výslednému produktu, enzymatickou konverziou tohto produktu a oddelenie mláta zo zápary v separačnej jednotke.

Enzymatická konverzia je vykonávaná kontinuálne v rotačnom diskovom kontaktnom reaktore.

Proces je možno vykonať v jednom alebo vo väčšom počte rotačných diskových kontaktných reaktorov. Počet reaktorov závisí čiastočne od pôvodu surovín, ktoré majú byť použité.

Keď sa použije nesladové obilie, vykonajú sa dva reakčné kroky, prvý, v ktorom je materiál rozomletý na prášok, želatinovaný a skvapalnený vplyvom enzymatického systému. Tento enzymatický systém často pochádza zo sladu. V druhom kroku sa pridá slad alebo enzymatický systém a prebieha ďalšia reakcia. Je teda nutné urobiť dva reakčné kroky, ktoré môžu byť urobené výhodne v dvoch reaktoroch, hoci je taktiež možné použiť jeden reaktor za podmienky, že je vnútri vybavený vlastným miestom. Keď sa použije iba slad bez nesladového zrna, stačí urobiť iba druhý reakčný krok, ktorý sa dá urobiť v jednom reaktore.

Prekvapivo bolo zistené, že je veľmi dobre možné pripraviť sladinu procesom podľa vynálezu bez toho, aby dochádzalo k problémom, ktoré prislúchajú známym kontinuálnym metódam prípravy sladiny.

Tuhé komponenty ako slad a nesladové obilie, použité podľa vynálezu, sú najprv rozomleté na prášok, napríklad v kladivkovom mlyne, na veľkosť častíc, ktoré môžu prechádzať sitami s veľkosťou zrna v rozmedzí od 5 pm do 5 mm.

Práškové pevné materiály sú zmiešané s vodou a vedené do reaktora alebo reaktorov. Keď sa použije nesladové zrno, je v prvom reakčnom kroku udržovaná teplota v rozmedzí od 40 °C do 100 °C. Želatinácia a skvapalnenie týmto prebieha vplyvom prítomného enzýmového systému. V druhom reakčnom kroku dochádza k enzymatickej konverzii. Teplota v tomto reakčnom kroku je všeobecne udržovaná v rozmedzí 30 až 80 °C. Keď sa použije nesladové obilie, je iba tento reakčný krok a zmes sladu a vody vedená do druhého reakčného kroku.

Podľa vynálezu sa používa rotačný diskový kontaktný reaktor známeho typu kolónového reaktora, ako je opísaný napríklad Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, tretie vydanie, zväzok 9, str. 702.

Taký reaktor pozostáva všeobecne z kolóny vybavenej miešacím hriadeľom spojeným s 10 alebo viacerými diskami alebo doskami. Tieto disky alebo dosky pokrývajú aspoň 80 % prierezu kolóny. Obyčajne táto plocha neprevyšuje 95 %. Otáčaním hriadeľa a diskov v kolóne sa uskutočňuje disperzia pevnej hmoty v kvapaline.

V spojení s požadovanou možnosťou čistenia kolóny sa používa prednostne systém, v ktorom môže byť hriadeľ jednoducho odstránený v dôsledku neprítomnosti rozrážača v kolóne.

Použitie rotačného diskového kontaktného reaktora má prekvapivú výhodu, že veľkosť častíc surovín môže byť upravená vždy nezávisle od zariadenia. V kombinácii s použitím kontinuálnej filtrácie sladiny to znamená, že veľkosť častíc východiskových materiálov môže byť volená ľubovoľne, takže môže byť upravená veľkosť častíc optimálne, nezávisle od vlastností výrobného zariadenia.

Oddelenie mláta zo zápary môže byť urobené rôznymi spôsobmi. Je možné urobiť konvenčnú filtráciu sladiny. To je najmä v situácii, že existujúca varňa môže byť rozšírená. Jednoduchým pridaním rotačného diskového kontaktného reaktora v spojení s ústrojnou nádobou môže byť zvýšená kvapacita a efektívnosť varne. V tomto prípade sa takisto vykoná enzymatická konverzia prednostne konvenčným diskontinuálnym spôsobom.

Výhody procesu podľa vynálezu môžu byť lepšie využité, ak sa vykoná filtrácia sladiny takisto kontinuálne, napr. s použitím kombinácie zmiešavača a usadzovacich jednotiek. Je uprednostňované použitie membránovej filtrácie, pokiaľ je výsledkom optimálny účinok v kontinuite procesov a účinnosti prípravy sladiny.

Uprednostňované vytvorenie procesu podľa vynálezu je charakterizované tým, že je mláto oddelené zo zápary as2 poň v jednej membránovej filtračnej jednotke, keď je následne požadovaný prídavok chmeľu k sladine a jej varenie.

Membránová filtrácia je zefektívnená použitím aspoň jedného membránového filtra, ale prednostne použitím viacstupňového filtra, napr. viacstupňového protiprúdového filtračného zariadenia, ako trojstupňové zariadenie, alebo viacstupňového filtračného zariadenia so skríženými prúdmi.

Membrány v membránovom filtri nemajú veľkosť pórov, prevyšujúcu 2,0 pm, prednostne v rozmedzí 0,1 až 1,5 pm. Výsledkom veľkosti pórov je optimálna aktivita filtračnej jednotky, pretože s touto veľkosťou pórov sa získa dobre čistá sladina a dosiahne sa vysoký výťažok. Membránový filter má takisto dobrý samočistiaci účinok. Materiál membrány nie je veľmi dôležitý. Mimoriadna dôležitosť sa dáva na jeho mechanickú stabilitu pri teplote sladiny, ktorá má byť filtrovaná. Okrem toho musí byť materiál vhodný na použitie pri styku s potravinami. Sú vhodné najmä membrány na báze keramických materiálov.

Je treba poznamenať, že Európska patentová prihláška O 265 152 zverejňuje filtráciu sladiny, používajúcu membránu s veľkosťou pórov s priemerom 10,0 až 100,0 pm. Ako vyplýva z textu tejto publikácie, je membrána určená na oddelenie mláta zo zápary, výhoda spočíva v tom, že môžu byť tak použité menšie častice východiskových materiálov. Toto má výhody vzhľadom na účinnosť extrakcie cukrov Zo surovín.

Ale výsledkom membránovej filtrácie podľa vynálezu tejto publikácie nie ja čistá sladina, ktorá je jednoducho prispôsobená na ďalšie použitie. V podstate vyplýva z textu použitia to, že sladina, ktorá ja pôvodne produkovaná, obsahuje suspendované častice, takže je žiaduca dodatočná pomocná filtrácia. Toto je nevýhoda tejto metódy.

Keď sa použije membrána, ktorá má limitovanú veľkosť pórov podľa predloženého vynálezu, je výťažok extraktu lepší, ako keď sa použije membrána s väčšími pórmi. Okrem toho dochádza k zapchaniu membrány menej. Posledné má výhodu v tom, že môže byť proces vykonaný kontinuálne, pretože je požadované menej čistenie membrán.

Sladina získaná procesom podľa vynálezu má čistotu, meranú ako EBC jednotky pri 65 °C v rozmedzí 0,25 až 5. Čistá sladina sa zmieša s chmeľom a zmes sa varí. Môže dôjsť k fiokácii materiálov, ako proteíny a polyfenoly. Keď je to požadované, musia byť vyvločkované materiály odstránené napríklad v separátore. Po ochladení sladiny na teplotu v rozmedzí 2 až 25 °C, prednostne cca 8 °C môže byť sladina fermentovaná na pivo.

Varenie sladiny prebieha prednostne kontinuálne so získaním aspoň časti tepla. Aparáty na to vhodné sú známe z literatúry. Tieto zariadenia môžu byť založené napríklad na účinkoch väčšieho počtu odpariek s výmenou tepla záparových plynov s kvapalinou, ktorá je varená. Teplo môže byť výhodne použité pri želatinácii, skvapalňovaní alebo pri enzymatickej konverzii.

Ochladená sladina môže byť fermentovaná voliteľným spôsobom po usadení v ústrojnej nádobe. Vynález sa preto takisto týka procesu varenia piva, ktorý využíva sladinu pripravenú opísaným spôsobom.

Prekvapivý aspekt procesu podľa vynálezu vyplýva zo skutočnosti, že veľkosť častíc pevných materiálov ovplyvňuje aktivitu filtrov iba nepatrne v porovnaní s tým, čo je navrhované v Európskom patente.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude v ďalšom podrobnejšie objasnený so zreteľom na priložené výkresy, ktoré ukazujú príklad vý robného postupu uprednostňovaného vyhotovenia vynálezu, ako aj vyhotovenie dvoch membránových filtračných systémov. Na výkresoch znázorňuje: obr. 1 uprednostňovaný proces podľa vynálezu, obr. 2 detailné vyhotovenie trojstupňovej protiprúdovej membránovej filtrácie a obr. 3 vyhotovenie membránovej filtrácie so skríženými prúdmi.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Do zmiešavača 1 sa privádza voda 6 s teplotou cca 55 °C, rozomleté nesladové obilie a práškový slad cez potrubie 2, 3 a 4. Po zmiešaní je zmes vedená cez potrubie 5 do prvého rotačného diskového kontaktného reaktora 6, ktorý pozostáva z miešacieho hriadeľa 7, ktorý je vybavený diskami 8. Reaktor 6 je vybavený ohrievacími prvkami (nie sú znázornené), pomocou ktorých môže byť obsah reaktora upravený na požadovanú teplotu a táto môže byť udržovaná.

Produkt z reaktora 6 je vedený cez potrubie 9 do rotačného diskového kontaktného reaktora 10. Voda s teplotou cca 55 °C a práškový slad sú do zmiešavača 11 vedené cez potrubia 12 a 13. Výsledná zmes je vedená cez potrubie 14 do spodnej časti kolóny 10, kde je zmiešaná s produktom z reaktora 6. Cez potrubie 15 je vzniknutá zápara vedená do membránovej filtrácie 16, kde sa okrem toho privádza cez potrubie 17 voda. Cez potrubie 18 sa odvádza výsledná čistá sladina z membránovej filtračnej jednotky. Mláto sa odvádza cez potrubie 19.

Čistá sladina je zmiešaná s chmeľom dodávaným cez s potrubie. Zmes sladiny a chmeľu je vedená do výmenníka ? tepla 21, v ktorom sa predhreje teplom z varného kroku. Predhriata sladina sa dopravuje do varáka sladiny 22, v ktorom sa po určitý čas varí. Uvarený produkt je vedený cez potrubie 23 do separátora 24, v ktorom sú oddelené flokulované materiály, ako proteíny a polyfenoly. Čistá uvarená n sladina je vedená cez potrubie chladiča 26, v ktorom sa : ochladí. Cez potrubie 27 môže byť sladina odvádzaná napríklad na fermentáciu.

Obr. 2 znázorňuje možné vyhotovenie trojstupňovej protiprúdovej membránovej filtrácie.

Na tomto obrázku je vedená zápara cez potrubie 51 do prvého membránového filtra 52, z ktorého sa čistá sladina odvádza cez potrubie 53. Časť filtračného koláča z filtra 52 sa vracia cez potrubie 54 k plniacemu otvoru filtra spolu s filtrátom druhého membránového filtra 55. Zvyšok filtračného koláča je vedený cez potrubie 56 do druhého membránového filtra 55. Filtrát, ktorý prešiel touto membránou, sa vracia cez potrubie 57 do prvého membránového filtra. Filtračný koláč druhého filtra 55 je sčasti vracaný k plniacemu otvoru druhého membránového filtra 55 cez potrubie 58, zatiaľ čo zvyšok je vedený cez potrubie 59 do tretieho membránového filtra 60. Filtrát z tohto tretieho membránového filtra 60 je vracaný cez potrubie 61 k plniacemu otvoru druhého membránového filtra 55. Časť filtračného koláča tretieho filtra ja vracaná cez potrubie 62 k plniacemu otvoru tretieho filtra 60 spolu s vodou dopravovanou cez potrubie. Zvyšok filtračného koláča, mláto, je odvádzané cez potrubie 64. Opis tohto systému je založený na trojstupňovej filtračnej jednotke, ale počet stupňov môže byť samozrejme prispôsobený požiadavkám, pri použití toho istého princípu.

Obr. 3 znázorňuje vyhotovenie filtračnej jednotky so skríženými prúdmi, na základe trojstupňového vybavenia, ale počet stupňov môže byť prispôsobený požiadavkám, pri použití rovnakého princípu.

SK 281402 Β6

Na obr. 3 je zápara vedená cez potrubie 100 do prvého membránového filtra 101, z ktorého je odvádzaná čistá sladina cez potrubie 102. Filtračný koláč filtra 101 je sčasti vedený cez potrubie 103 do druhého membránového filtra 104 a sčasti vracaný potrubím 112 k plniacemu otvoru filtra 101. Cez potrubie 105 sa vedie k plniacemu otvoru filtra 104 voda. Filtrát membránového filtra 104 sa vracia cez potrubie 106 a spojuje sa s filtrátom prvého membránového filtra 101. Filtračný koláč druhého filtra 104 je sčasti vedený cez potrubie 107 do tretieho membránového filtra 108 spoločne s vodou privádzanou cez potrubie 109, a sčasti sa vracia cez potrubie 113 k plniacemu otvoru filtra 104. Filtrát tohto tretieho membránového filtra 108 je spojený potrubím 100 s filtrátmi prvých dvoch filtrov. Zvyšok filtračného koláča, mláto, je sčasti odvádzaný cez potrubie 111a sčasti i vracaný cez potrubie 114 k plniacemu otvoru filtra 108.

Vynález je v ďalšom znázornený pomocou príkladu, ale nie je na tento obmedzený.

Do zmiešavača 1 zariadenia, ako znázorňuje obr. 1, bolo pridávané každú hodinu 5 kg kukurice, 2,5 kg sladu a 22,5 1 vody s teplotou 55 °C. Kukurica a slad boli rozomleté na prášok v kladivkovom mlyne na veľkosť častíc, ktoré môžu prechádzať sitom s veľkosťou 1,5 mm. Zmes mala teplotu 50 °C. Zmes bola dopravená do rotačného diskového kontaktného reaktora, v ktorom bola teplota zvýšená na 95 °C. Celkový čas bez odkladu zmesi s teplotou 55 °C bol 5 minút, zatiaľ čo čas odloženia pri teplote 95 °C bol 10 až 15 minút.

K zmesi 11 bolo pridané 15 kg/hod. sladu s tou istou veľkosťou zŕn a 45 1 vody s teplotou 55 °C. Takto získaná zmes mala teplotu 50 °C a bola dopravená do spodnej časti druhého rotačného diskového kontaktného reaktora.

Produkt z prvého rotačného diskového kontaktného reaktora bol vedený do druhého rotačného diskového kontaktného reaktora v takej výške, aby čas zadržania zmesi sladu a vody bol cca 15 min. pri 50 °C. Privádzaním horúceho produktu sa zvýšila teplota na 65 °C. Táto teplota bola udržovaná 80 minút, a potom bola zvýšená na 76 °C a udržovaná 5 minút.

Po tomto spracovaní bola získaná zápara s obsahom extraktu okolo 21,5 %, ktorá bola vedená do membránovej filtračnej jednotky 16. Táto jednotka bola znázornená na obr. 2. Membránová filtrácia s membránami s veľkosťou pórov 0,4 pm poskytla sladinu s čistotou 0,3 EBC jednotiek pri 65 °C. Po zmiešaní s chmeľom, varení, odstránení vytvorených flokulantov a ochladení, bola získaná studená sladina s teplotou 8 °C, ktorá bola fermentovaná na pivo.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Proces kontinuálnej prípravy sladiny, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa kontinuálnu enzymatickú konverziu sladu v aspoň jednom rotačnom diskovom kontaktnom reaktore a oddelenie mláta zo zápary v separačnej jednotke.
2. 2. Proces kontinuálnej prípravy sladiny, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa kontinuálnu želatináciu a enzymatické skvapalňovanie zmesi, obsahujúcej nesladové obilie, slad alebo zdroje enzýmov a vody v rotačnom diskovom kontaktnom reaktore, ďalej pridanie sladu a/alebo zdroja enzýmov k získanému produktu s jeho následnou enzymatickou konverziou a oddelením mláta zo zápary v separačnej jednotke.
3. 3. Proces podľa nároku 2, vyznačujúci sa t ý m , že enzymatická konverzia sa uskutočňuje kontinuálne v rotačnom diskovom kontaktnom reaktore.
4. 4. Proces podľa nároku 1 až 3, vyznačujúci sa t ý m , že pevné látky, ktoré sú používané, môžu byť vedené sitom s veľkosťou ôk v rozmedzí 5 pm až 5 mm.
5. 5. Proces podľa nároku laž 4, vyznačujúci sa t ý m , že sa oddelenie mláta od sladiny uskutočňuje v membránovej filtračnej jednotke, kde veľkosť pórov filtra neprevyšuje 2,0 pm alebo v konvenčnom filtri, alebo v zmiešavacej alebo usadzovacej jednotke, čím sa získa čistá sladina.
6. 6. Proces podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že oddelenie mláta zo zápary sa uskutočňuje kontinuálne v membránovej filtračnej jednotke.
7. 7. Proces podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúci sa tým, že oddelenie mláta v membránovej filtračnej jednotke pozostáva aspoň z troch stupňov.
8. 8. Proces podľa nároku 1 až 7, vyznačujúci sa t ý m , že získaná sladina sa po pridaní chmeľu varí.
9. 9. Proces podľa nároku 8, vyznačujúci sa t ý m , že sladina sa varí v systéme so získaním tepla.
10. 10. Proces podľa nároku 9, vyznačujúci sa t ý m , že získané teplo sa využije pri želatinácii, skvapalnení alebo pri enzymatickej konverzii.
11. 11. Proces podľa nárokov laž 10, vyznačujúci sa t ý m , že uvarená sladina sa podľa voľby po vyčistení ochladzuje a fermentuje.
12. 12. Použitie sladiny pripravenej procesom podľa nárokov 1 až 11 pri kontinuálnej príprave piva.