WO1998022570A2 - Verfahren und anordnung zur beschleunigten hefevermehrung im brauprozess - Google Patents

Verfahren und anordnung zur beschleunigten hefevermehrung im brauprozess Download PDF

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WO1998022570A2
WO1998022570A2 PCT/EP1997/006487 EP9706487W WO9822570A2 WO 1998022570 A2 WO1998022570 A2 WO 1998022570A2 EP 9706487 W EP9706487 W EP 9706487W WO 9822570 A2 WO9822570 A2 WO 9822570A2
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yeast
wort
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Siegfried Riess
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Tuchenhagen Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/14—Fungi; Culture media therefor
    • C12N1/16—Yeasts; Culture media therefor
    • C12N1/18—Baker's yeast; Brewer's yeast
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer

Definitions

  • the invention relates to a method for accelerated yeast propagation in the brewing process according to the preamble of claim 1 and an arrangement for performing the method.
  • a process of the generic type is known from DE 43 31 409 C1 in essential process steps.
  • a measurement variable dependent on the extract content of the suspension and the oxygen content of the suspension are continuously measured and kept within the limits specified for the respective propagation program.
  • the air input which is based on the task of saturating the wort with oxygen, cannot be increased further, so that the logarithmic growth phase, the implementation of which is the aim of the aforementioned method, is not ensured on the one hand and on the other hand the overall yeast multiplication rates sought by the method cannot be achieved. Even if the prerequisites for increasing the pumping capacity in the circuit were given, so that more oxygen could be offered to the substrate, the known method would be unfavorable because of its relatively high energy requirement.
  • brewer's yeast have become known (DE 41 37 537 C2; DE 43 08 459 C2). They are characterized, inter alia, by the fact that a wort-yeast suspension is pumped through a circuit outside a propagation tank, that the wort-yeast suspension is pumped with sterile air and further wort and that the yeast produced after reaching a Maximum volume in the propagation tank is discharged for further use.
  • the particular plant for carrying out the method is essentially characterized in that the multiplication container has an inlet in its upper region and an outlet in its lower region, and in that a pumping device is provided which connects the outlet to the inlet via a pump, a ventilation and a mixing device.
  • the propagation tank is set to parameters that deviate from the optimal fermentation parameters, but are suitable for the propagation of the yeast cells.
  • the aim of the methods is to ensure a constant iogarithmic multiplication of the yeast.
  • the "logarithmic phase" represents the actual multiplication phase in yeast cultivation. In this, an exponential multiplication takes place, which leads to massive cell growth in a short time.
  • the method according to DE 43 31 409 C1 is designed with regard to the optimal multiplication of the yeast in the context of the logarithmic growth phase.
  • aerobic conditions are created, i.e. the yeast is propagated in the presence of oxygen-saturated wort, which is under atmospheric pressure.
  • the yeast multiplies at maximum speed, whereby the nutrients contained in the wort are metabolized in the respiratory metabolism and not fermented as under anaerobic conditions - i.e. in the absence of dissolved oxygen.
  • the energetic utilization of the wort ingredients is approximately nineteen times higher than when fermenting the same, which means that considerably more biomass is formed with the same use of nutrients.
  • far fewer fermentation neberi products are formed, such as: B. organic acids and carbon dioxide, which lead to a drop in the pH of the substrate and in the case of carbon dioxide formation to drive off oxygen from the solution.
  • the substrate in the assimilator can be ventilated in two ways.
  • the first possibility is to feed the substrate in the assimilator directly using lance-like nozzle sticks or other suitable devices gas.
  • the substrate is circulated in a circuit via a bypass line to the assimilator, which flows out of its conical bottom part and flows out again approximately halfway up the assimilator, the substrate being enriched with sterile air on its way through the bypass line.
  • the yeast needs 0.78 g 0 2 / g yeast dry matter increase. With an average increase of 50 million cells / ml, this corresponds to about 90 mg 0 2 / liter of wort and is an approximately ten times higher requirement for oxygen than is normally to be solved when aerating wort to multiply the yeast at the beginning of the fermentation process (9 up to 10 mg O 2 / liter wort).
  • the air is usually introduced into the substrate guided via the bypass via jet nozzles in connection with a step diffuser, with jet pipes, with static mixers or with injector nozzles, and it is usually associated with a relatively high expenditure of energy.
  • a step diffuser with jet pipes, with static mixers or with injector nozzles
  • the ability of liquids to dissolve gases increases with the prevailing solution pressure.
  • the oxygen content usually goes back behind the entry point or at the latest after maintaining the pressure back to the level that corresponds to the pressure in the assimilator into which the bypass line flows and the substrate temperature (approx. 12 mg 0 2 / liter at 0.5 bar overpressure and 15 ° C).
  • the yeast only absorbs the oxygen for metabolism immediately in the dissolved state.
  • the current state of the art in the gassing of wort in the bypass to the assimilator is illustrated using an example with regard to the conditions previously determined: in 20 hours, a total of 4000 hl of substrate are circulated in an assimilator filled with 440 hl of substrate with a pumping rate of 200 hl / h .
  • the necessary oxygen requirement, continuously introduced into the circulation flow of 200 hl / h, is around 36 kg in order to increase the number of cells from 15 to 70 million cells / ml (usual concentration) in the substrate volume (440 hl) provided in the assimilator . This means that 90 mg O 2 / liter must currently be solved continuously in the course of the gassing in the bypass.
  • the accelerated yeast multiplication has the task of significantly reducing the production times of pure breeding and possibly completely replacing the use of set yeast.
  • the aim in the context of measures to accelerate yeast propagation can be considered today; to reduce the previously required breeding times of pure breeding to 20 - 30% depending on the breeding temperature, the oxygen requirement and the circulation rate in the breeding tank.
  • accelerated yeast multiplication means, among other things, less required tank capacity and thus a smaller dimensioning of the yeast cellar and high wort supply capacity with the resulting advantages.
  • Fumigation in the assimilation tank is only possible to a limited extent due to the foaming of the pure bred.
  • the tanks may therefore only be half full.
  • more and more breweries are rejecting movable fittings in the pure-breeding tanks today, whereby the fittings are supposed to intensify the material exchange, for example by circulating the substrate.
  • the enrichment of the pure culture outside the assimilation tank in the course of pumping over is associated with the disadvantages described above (see, inter alia, DE 43 31 409 C1).
  • Generation time is the time to increase the cell count to double the original cell count.
  • the generation time under otherwise optimal production conditions depends very much on the production temperature.
  • the highest possible circulating capacity can be achieved, which can be achieved by means of the aforementioned pumping method with considerable effort with regard to the dimensioning of the flow paths and a relatively high energy requirement.
  • the aim of the invention is an accelerated, batchwise or continuous yeast cultivation or yeast production for the fermentation process (shortening the production times of pure cultivation), the yeast multiplication being to take place with relatively simple means with a low specific energy requirement.
  • This aim is achieved by a method with the characterizing features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the proposed method are the subject of the dependent claims.
  • An arrangement for carrying out the method results from the characterizing features of subsidiary claim 6.
  • Advantageous embodiments of the proposed arrangement are the subject of the subclaims.
  • the essential process steps by which the proposed process differs from known processes consist in that a partial flow withdrawn via the circuit from the assimilator, hereinafter referred to as the motive flow, is enriched with oxygen at a higher pressure than the pressure in the assimilator, so that the latter is such Oxygen-enriched propellant stream is then expanded in the assimilator to a pressure prevailing there, and that the kinetic energy of the propellant stream resulting from the expansion generates a convection current that encompasses the entire contents of the assimilator.
  • the energy supplied in the assimilator by means of the driving current of the wort-yeast suspension in the assimilator ignites a convection flow which results in a circulating capacity in the assimilator which is a multiple of the circulating capacity due to pumping in the known methods mentioned above.
  • a pumping capacity which records the net content of the assimilator approximately once an hour
  • a circulating capacity is generated in the assimilator which corresponds to approximately ten times the pumping capacity. This ensures an intensive mass transfer between oxygen and the yeast cells with a relatively low energy input.
  • the arrangement for carrying out the proposed method which preferably works with a liquid jet mixing nozzle, is easy to clean in the flow. This is limited the entire arrangement required for this on an easily cleanable outlet area in the conical bottom part of the assimilator.
  • the oxygen to be added to the wort-yeast suspension is generally supplied in the form of sterile air to the motive current withdrawn from the assimilator via the circuit. In order to increase the oxygen solubility, this supply takes place at a higher pressure than the pressure in the assimilator.
  • a so-called static mixer is provided to achieve a high solubility in oxygen, which favors the mass transfer conditions by generating a high specific bubble surface.
  • the proposed method consistently implements the recognition that the oxygen requirements of the yeast cells, the so-called attrition, is to satisfy efficiently with a high circulation rate within Assimilator with lower 0 2 solution as high ö 2 - ⁇ dissolution, the most in the circuit, but cannot be achieved in the assimilator and small circulation rates in the assimilator.
  • the proposed method of yeast in the tank offers freshly dissolved oxygen for drawing more often than is the case with the aforementioned known methods.
  • an advantageous embodiment of the proposed method provides that the driving current is enriched with pure oxygen (0 2 ).
  • a further embodiment of the proposed method provides that the in the overall system of Assimilators located wort-yeast suspension oxygen is always offered in an amount that exceeds the respective current basic need for oxygen consumption of the yeast cells by a defined amount, avoiding harmful wort oxidation.
  • Such a sufficient supply of oxygen for the consumption of the yeast cells cannot be satisfactorily carried out with the known methods, since the supply of oxygen in part escapes ineffectively from the substrate in the assimilator due to unfavorable mass transfer conditions.
  • the arrangement for carrying out the method consists of a tank-like assimilator for receiving the wort-yeast suspension, which has an inlet, outlet and a circulation line connecting these two lines in connection with a pumping device and a device for metering in oxygen.
  • a static mixer is provided in the circulation line, into which the device for metering in oxygen opens.
  • a liquid jet mixing nozzle is arranged in the outlet area of a conical bottom part of the assimilator, the nozzle of which is connected to the inlet line, and in addition the outlet of the conical bottom part opens into the outlet line.
  • one embodiment of the proposed arrangement provides that the static mixer is at the shortest possible distance from Nozzle is arranged.
  • the drain line viewed in the direction of flow, is connected to the drain line behind the circulating pump. This makes it possible to use the delivery rate of the circulation pump to empty the assimilator.
  • a further embodiment of the proposed arrangement provides that the filling line, seen in the direction of flow, is in front of the static mixer to the feed line connected.
  • Active yeast requires a lower number of cells when starting: Starting with 8 - 10 million cells / ml instead of 20 - 25 million cells / ml
  • VDK Vicinale Diketone
  • Figure 2 also - schematic, highly simplified representation of the: lower -
  • FIG. 3 shows a detailed representation of essential parts in the outlet area of the
  • a yeast multiplication tank 1 (FIG. 1), which is known per se in its basic structure and is known as an assimilator, has a tank connection housing 6 at the outlet of a conical bottom part 5, via which the assimilator 1 is connected to a Wort yeast suspension is added or is emptied from it.
  • a device for tank cleaning 23 and tank fittings for cleaning and overpressure protection 24 are assigned to the head area of the assimilator 1.
  • A is the outlet of the tank fittings 24 to the atmosphere and R is the supply of cleaning agent.
  • the assimilator 1 has a full detection probe 25 in its head area, which is also used to prevent foam overflow.
  • An inlet line 7a (driving current line) and an outlet line 7b are connected to the tank connection housing 6. Both lines 7a, 7b are connected to one another via a circulation line 7c.
  • a circulation pump 26 is located in the discharge line 7b, behind which, seen in the direction of flow, a drain line 7d branches off from the discharge line 7b. Behind this branch point, a device for oxygen measurement 28, a device for temperature measurement 29, a device for measuring the hydrogen ion concentration 30 and a first device for flow measurement 31 are provided in the subsequent circulation line 7c, viewed in the direction of flow and one after the other.
  • a filling line 7e opens, in which a second device for flow measurement 33 is arranged.
  • a static mixer 3 and then a device for pressure measurement 32 are provided in the feed line 7a behind the mouth parts of the filling line 7e.
  • the suspension is fed via a device for metering in oxygen 22 which enters the static mixer 3; in the.
  • Assimilator 1 supplied with the sterile air L required for yeast multiplication; alternatively, the addition of pure oxygen (0 2 ) is also possible.
  • a liquid jet mixing nozzle 2 is provided in the outlet area of the conical bottom part 5 of the assimilator I, the nozzle 2 a (FIGS. 2 and 3) of which is connected to the feed line 7 a.
  • a drive stream T gassed with sterile air L or pure oxygen 0 2 is fed to the nozzle 2a via the feed line 7a, which first generates a drive jet S + T in the assimilator 1, which in turn produces a mushroom-shaped, rising in the center, which is distributed in a star shape in the region of the substrate surface on all sides the convection current K descending the circumferential wall of the assimilator 1 to ensure the necessary circulating power and in the suction area of the liquid jet mixing nozzle 2, there in cooperation with its suction pipe 2b, forms a suction flow S (FIGS. 2 and 3).
  • the convection flow K branches in the suction area of the suction pipe 2b (FIGS.
  • Flange connection consisting of a tank flange 4 and a groove flange 9 with an O-ring 10, a tank cone 5 * arranged in which the liquid jet mixing nozzle 2, consisting of the nozzle 2a and the suction pipe 2b, is essentially accommodated.
  • the tank flange 4 and the groove flange 9 are connected to one another via connecting means 11.
  • Below the tank cone 5 * is the tank connection housing 6, which laterally receives an outlet connection 8a and via an inlet connection 8b on its underside, in the extension of the axis of the assimilator 1, from a mixing nozzle tube 19 connected to the nozzle 2a of the liquid jet mixing nozzle 2 , through which the drive current T is introduced, is permeated.
  • a connecting flange 13 is formed, which is connected to the tank connection housing 6 by means of a so-called half ring 12.
  • the tank connection housing 6 is closed in the penetration area of the mixing nozzle valve by a sealing flange 16, which is sealed both on the outside of the housing and on the inside of the mixing nozzle tube 19 by an O-ring 14 and 15, respectively.
  • the O-ring 15 is clamped in the axial direction by a press bushing 17 which displaceably encloses the mixing nozzle tube 19, so that on the one hand a sealing and on the other hand a displaceable connection between the mixing nozzle tube 19 and the sealing flange 16 is ensured.
  • the press bushing 17 is pressed into the sealing flange 16 via a press flange 18 by means of connecting means (not shown).
  • the latter is connected to the tank connection housing 6 via a further half ring 12.
  • the mixing nozzle tube 19 which can also be designed, for example, as a sight glass, is connected via a tube bend 20 to a disk valve 21, into which, on the other hand, the inlet line 7a (drive flow line) opens.
  • a mixing nozzle tube 19 designed as a sight glass is clamped between the press flange 18 and the tube bend 20 via connecting means 27. If the mixing nozzle tube 19 designed in the manner of a sight glass is dispensed with, the alternative arrangement of the tube bend 20 * results.
  • the driving jet S + T leaves the suction pipe 2b of the liquid jet mixing nozzle 2 and forms the convection current K in the assimilator 1.
  • the downward-directed convection current K branches off in the suction region of the suction pipe 2b into the suction current S and the non-degassed driving current T1. The latter reaches the drain line 7b via the tank connection housing 6 and the drain connection 8a.
  • a multiplication cycle in the assimilator 1 is as follows:
  • the assimilator 1 Before filling, the assimilator 1 is prestressed to an excess pressure of 0.5 to 1 bar compared to atmospheric pressure. Then the assimilator 1 is filled with a Wüfze-yeast suspension, which has the starting number for propagation, up to about half of its gross content (e.g.: .300 h! ''. While the assimilator 1 is being filled, the wort is Yeast Susperisiori pumped in a circuit via the discharge line 7b, the circulation pump 26, the circulation line 7c and the inlet line 7.
  • the gassing of the substrate with sterile air L or pure oxygen (0 2 ) is started
  • the outlet of the assimilator 1 shows the current residual oxygen content in the assimilator 1.
  • a setpoint value for the oxygen concentration serves as a reference variable for the dosing control via the device Oxygen metering 22.
  • the display shows “zero” when the oxygen measurement device 28 measures a value greater than “zero” and then reached the target value of the set, desired excess oxygen, this excess is then adjusted to the predetermined target value.
  • the sterile air L or the pure oxygen 0 2 are blown in under pressure in the static mixer 3 and dissolved there. The incoming dissolved and the undissolved amount of gas are intimately mixed with the substrate via the circulation in the assimilator 1.
  • the assimilator 1 is completely or partially emptied via the discharge line 7b and the discharge line 7d branching off behind the circulation pump 26 for dosing into the wort, the circulation in the assimilator 1 continuing to homogenize its contents.
  • the device for measuring the temperature 29 detects the substrate temperature and also serves to control the tank cooling.
  • the device for measuring the hydrogen ion concentration 30 controls the aerobic fermentation and, when the value drops, indicates too little oxygen due to increased fermentation. With increasing pH, e.g. after standstill in the assimilator 1 until emptying, there is a risk of yeast autolysis and the assimilator 1 must be emptied as quickly as possible.
  • the device for pressure measurement 32 once determined and recorded, for example, in a functional equation or another data assignment, indicates the pumping capacity of the circulation pump 26. This parameter can be used to adjust -, * 'depending on the Usri gear in Assimilator 1 depending on' - '-.' different fillings' serve.
  • the full detection probe 25 protects the assimilator 1 from overfilling and reports foam before it penetrates into the cleaning and gas fittings 23 and 24.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beschleunigten Hefevermehrung im Brauprozeß und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens, wodurch eine beschleunigte, batchweise oder kontinuierliche Hefereinzucht bzw. Hefeproduktion für den Gärprozeß (Verkürzung der Herführzeiten von Reinzuchten) ermöglicht wird und die Hefevermehrung mit relativ einfachen Mitteln bei geringem spezifischem Energiebedarf stattfindet. Dies wird verfahrenstechnisch dadurch erreicht, daß ein über den Kreislauf dem Assimilator entnommener Treibstrom (T1) bei einem gegenüber dem Druck im Assimilator höheren Druck mit Sauerstoff angereichert wird, daß ein nach der Anreicherung mit Sauerstoff entstandener Treibstrom (T) anschließend im Assimilator auf einen dort herrschenden Druck entspannt wird, und daß die durch die Entspannung entstehende kinetische Energie des Treibstromes (T) einen den gesamten Inhalt des Assimilators umfassenden Konvektionsstrom (K) generiert.

Description

Verfahren und Anordnung zur beschleunigten Hefevermehrung im Brauprozeß
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beschleunigten Hefevermehrung im Brauprozeß nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist in wesentlichen Verfahrensschritten aus der DE 43 31 409 C1 bekannt. Bei diesem Verfahren werden darüber hinaus eine vom Extraktgehalt der Suspension abhängige Meßgröße und der Sauerstoffgehalt der Suspension laufend gemessen und in für das jeweilige Vermehrungsprogramm festgelegten Grenzen gehalten.
Die Realisierung des in der DE 43 31 409 C1 vorgeschlagenen Verfahrens stößt auf Schwierigkeiten, wobei die erwartete Vermehrungsrate der Hefe nicht erreicht wird. Ursachen hierfür sind in der ebenfalls in der DE 43 31 409 C1 vorgeschlagenen Anlage zu suchen, die die verfahrenstechnischen Anforderungen nicht be- friedigend umsetzen kann. So hat es sich gezeigt, daß der Substratverbrauch im Vermehrungsbehälter derart hoch ist, daß die Würzen schon in dem Vermehrungsbehälter endvergoren werden, einhergehend mit einer entsprechenden Bruchbildung der Hefen. Durch die sich vermehrende Hefe wird der Sauerstoff schneller verbraucht als dieser zugeführt wird. Durch die Hefebelüftungseinrich- tung und den Anfall von Gärungskohlensäure, bedingt durch die vorgenannte Endvergärung im Vermehrungsbehälter, wird in letzterem mehr Schaum gebildet als in der gleichen Zeit zusammenfällt, so daß der Vermehrungsbehälter permanent überschäumt. Die dabei auftretenden Hefeverluste betragen bis zu 20 %. Darüber hinaus wurde anhand von aus dem Konusbereich des Vermehrungsbe- hälters gezogenen Proben festgestellt, daß die Würze-Hefe-Suspension milchige und vollkommen schaumige Konsistenz aufwies. Dieser Tatbestand ist ein Indiz dafür, daß einerseits Gärungskohlensäure gebildet und andererseits Sauerstoff aus der Lösung ausgetrieben wird, wobei die Größe der Gasblasen sehr gering ist. Darüber hinaus ist zu vermuten, daß diese kleinen Gasblasen aufgrund ihrer geringen Abmessungen und der vorhandenen großen Oberflächenspannung unter den vorherrschenden Bedingungen weder zerplatzen noch koaleszieren. Im Endergebnis ist eine Abscheidung der kleinen Gasblasen unter der Schwerkraft weitgehend nicht gegeben. Der im Vermehrungsbehälter überreichlich gebildete und überaus stabile Schaum wird durch Umpumpen im Kreislauf außerhalb des Vermehrungsbehälters bei jedem Umlauf nochmals weiter verfeinert.
Durch die vorstehend geschilderten Sachverhalte kann der Lufteintrag, dem die Aufgabe zugrunde liegt, die Würze mit Sauerstoff zu sättigen, nicht weiter erhöht werden, so daß die logarithmische Wachstumsphase, deren Realisierung sich das vorgenannte Verfahren zum Ziel gesetzt hat, einerseits nicht sichergestellt ist und andererseits können die mit dem Verfahren insgesamt erstrebten Hefevermehrungsraten nicht erreicht werden. Selbst wenn die Voraussetzungen für eine Erhöhung der Umpumpleistung im Kreislauf gegeben wären, so daß dem Substrat mehr Sauerstoff angeboten werden könnte, wäre das bekannte Verfahren wegen seines relativ hohen Energiebedarfs ungünstig.
Zur Bewältigung der vorstehend erwähnten Probleme und nachteiligen Wirkungen wurde bereits vorgeschlagen, die Schaumbildung durch wirksame Abscheidung der überschüssigen Luft und Gärungskohlensäure zu reduzieren, und zwar durch die Anordnung einer geeigneten Trenneinrichtung im Bereich der Kreislaufführung. Diese Maßnahmen waren jedoch nicht erfolgreich.
Darüber hinaus sind noch weitere Verfahren und Anlagen zur Vermehrung von Bierhefe bekannt geworden (DE 41 37 537 C2; DE 43 08 459 C2). Sie zeichnen sich unter anderem übereinstimmend dadurch aus, daß eine Würze-Hefe-Suspension durch einen Kreislauf außerhalb eines Vermehrungsbehälters umgepumpt wird, daß der Würze-Hefe-Suspension beim Umpumpen sterile Luft und weitere Würze zugeführt wird, und daß die erzeugte Hefe nach Erreichen eines Maximalvolumens im Vermehrungsbehälter zur weiteren Verwendung abgeführt wird. Die jeweilige Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Vermehrungsbehälter in seinem oberen Bereich einen Zulauf und in seinem unteren Bereich einen Ablauf aufweist, und daß eine Umpumpeinrichtung vorgesehen ist, die den Auslauf über eine Pumpe, eine Be- lüftunqs- und eine Mischeinrichtung mit dem Zulauf verbindet.
Der Vermehrungsbehälter wird auf Parameter eingestellt, die von den optimalen Gärungsparametern abweichen, jedoch für die Vermehrung der Hefezellen geeignet sind. Ziel der Verfahren ist es, eine ständige iogarithmische Vermehrung der Hefe zu gewährleisten. Die "logarithmische Phase" stellt die eigentliche Vermeh- rungsphase bei der Hefekultivierung dar. In dieser findet eine exponentielle Vermehrung statt, die in kurzer Zeit zu einem massiven Zellwachstum führt. Insbesondere das Verfahren gemäß DE 43 31 409 C1 ist im Hinblick auf die optimale Vermehrung der Hefe im Rahmen der logarithmischen Wachstumsphase ausgelegt. Hierzu werden aerobe Bedingungen geschaffen, das heißt die Vermehrung der Hefe erfolgt in Anwesenheit von sauerstoffgesättigter Würze, die sich unter atmosphärischem Druck befindet. Dabei vermehrt sich die Hefe mit maximaler Geschwindigkeit, wobei die in der Würze enthaltenen Nährstoffe im Atmungsstoffwechsel metabolisiert werden und nicht, wie unter anaeroben Bedingungen - also unter Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff - vergoren werden.
Sofern es gelingt, den Atmungεstoffwechsel durch die Hefe aufrecht zu erhalten, ist die energetische Ausnutzung der Würzeinhaltstoffe ca. neunzehnmal höher als bei der Vergärung derselben, wodurch wesentlich mehr Biomasse bei gleichem Nährstoffeinsatz gebildet wird. Darüber hinaus werden weit weniger Gärungs- neberi-produkte gebildet, wie z. B. organische Säuren und Kohlendioxid, die zu einem Sturz des pH-Wertes des Substrats und im Fall der Kohlendioxidbildung zum Austreiben von Sauerstoff aus der Lösung führen.
Die Belüftung des Substrates im Assimilator kann auf zweierlei Arten realisiert werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, das Substrat im Assimilator direkt mittels lanzenähnlicher Düsenstöcke oder anderen geeigneten Vorrichtungen zu begasen. Bei der zweiten Möglichkeit, von der in den vorstehend namentlich genannten Druckschriften Gebrauch gemacht wird, wird das Substrat über eine Bypaßleitung zum Assimilator, die aus dessen kegelförmigem Bodenteil aus- und etwa auf halber Höhe wieder in den Assimilator einmündet, im Kreislauf umge- wälzt, wobei das Substrat auf seinem Wege über die Bypaßleitung in dieser mit Sterilluft angereichert wird.
Nach Angaben in der Fachliteratur benötigt die Hefe 0,78 g 02/g Hefetrockensubstanz-Zuwachs. Dies entspricht bei einer durchschnittlichen Vermehrung um 50 Mio. Zellen/ml etwa 90 mg 02/Liter Würze und ist ein etwa zehnfach höherer Bedarf an Sauerstoff als normalerweise bei der Belüftung von Würze zur Vermehrung der Hefe zu Beginn des Gärprozesses gelöst werden muß (9 bis 10 mg O2/Liter Würze).
Die Einbringung der Luft in das über den Bypaß geführte Substrat erfolgt üblicherweise über Strahldüsen in Verbindung mit einem Stufendiffusor, mit Strahlrohren, mit statischen Mischern oder mit Injektordüsen, und sie ist meist mit relativ hohem Energieaufwand verbunden. Bekanntlich steigt die Fähigkeit von Flüssigkeiten, Gase zu lösen, mit dem herrschenden Lösungsdruck. Selbst wenn unter Gegen- druck im Leitungssystem höhere Lösungswerte erreicht werden, geht der Sauerstoffgehalt meist hinter der Eingabestelle oder spätestens nach der Druckhaltung wieder zurück auf jenen Gehalt, der dem Druck im Assimilator, in den die Bypaßleitung einmündet, und der Substrattemperatur entspricht (ca. 12 mg 02/Liter bei 0,5 bar Überdruck und 15 °C). Die Hefe nimmt den Sauerstoff nur im gelösten Zustand sofort zum Stoffwechsel auf. Man spricht in diesem Zusammenhang von „Zehrung", die in 10 bis 20 Minuten stattfindet, so daß der Sauerstoffgehalt gegen null geht, wenn kein weiterer mehr zugeführt wird. Ist jedoch ein kontinuierliches Sauerstoffangebot gegeben, dann wird die Sauerstoffaufnahme durch die herrschenden Stoffübergangsbedingungen und die Verweilzeit bestimmt. Der Stoff- Übergang vom Kern der Gasphase in die Flüssigkeit wird bekanntlich durch den Stoffdurchgangskoeffizienten, die wirksame Austauschfläche, die Gleichgewichts- konzentration und die aktuelle Konzentration des Sauerstoffs in der Lösung determiniert.
Der gegenwärtige Stand der Technik bei der Begasung von Würze im Bypaß zum Assimilator sei hinsichtlich der bislang festgelegten Bedingungen an einem Beispiel verdeutlicht: In 20 Stunden werden in einem mit 440 hl Substrat befüllten Assimilator bei einer Umpumpleistung von 200 hl/h insgesamt 4000 hl Substrat umgewälzt. Der notwendige Sauerstoffbedarf, kontinuierlich eingebracht in den Umlaufstrom von 200 hl/h, beträgt rund 36 kg, um in dem im Assimilator vorgeleg- ten Substratvolumen (440 hl) die Zellzahl von 15 auf 70 Mio. Zellen/ml (übliche Konzentration) zu vermehren. Dies bedeutet, daß aktuell ständig im Zuge der Begasung im Bypaß 90 mg O2/Liter zu lösen sind.
Die Erfahrung zeigt, daß beispielsweise bei einem Gegendruck von 4 bar Über- druck, einer Temperatur von 15 °C und beim Einsatz eines einzigen statischen Mischers, der mit einer maximalen Fließgeschwindigkeit von 2,8 m/s betrieben werden kann und der dabei einen Druckverlust von 1 bar aufweist, ungefähr 50 mg O2/Liter mittels einer üblichen Begasungsrate zu lösen sind. Wird nun derart mit Sauerstoff angereicherte Würze in den Assimilator eingeleitet, in dem lediglich ein Gegendruck von 0,5 bar Überdruck herrscht und bei dem demzufolge aufgrund der Gleichgewichtsbedingungen maximal 12 mg 02/Liter lösbar sind, dann entweicht nach der Druckabsenkung der überschüssige Sauerstoff aus der Würze. Dies zeigt, daß die hohen Sauerstoffkonzentrationen in der Würze den Mikroorganismen nur für sehr kurze Zeit im Bereich des Bypaßsystems vor der Druck- haltung zur Zehrung zur Verfügung steht.
Die vorstehend geschilderte Situation stellt sich so bei allen bisher bekannt gewordenen Verfahren und Einrichtungen, die mit einer Kreislaufführung des Substrates über ein Bypaßsystem arbeiten, in annähernd adäquater Weise dar. Daher wurde in diesem Zusammenhang bereits vorgeschlagen, die Sauerstoffzehrung unter höherem Druck in eine längere Lösungsstrecke zu legen und damit einer längeren Verweilzeit zu unterwerfen. Dies soll gemäß einem Vorschlag dadurch erreicht werden, daß mehrere statische Mischer hintereinander geschaltet werden, wodurch sich einerseits der Druckverlust entsprechend der Anzahl der eingesetzten statischen Mischer erhöht und die zur Durchströmung notwendige Ver- weilzeit verlängert. Die Verweilzeit zur Zehrung soll dabei noch durch Rohrstücke zwischen den einzelnen Mischern auf kostengünstige Weise verlängert werden. Auch diese Maßnahmen vermochten das Problem der hinreichenden Sauerstoffanreicherung bei gleichzeitiger Begrenzung der Schaumbildung nicht zu lösen.
In Abhängigkeit von der Größe der Brauerei und den immer höheren Anforderungen an eine gleichmäßig hohe Bierqualität bei kürzeren Produktionszeiten, gepaart mit niedrigen Herstell kosten, steigen auch die Anforderungen an die Güte und Leistungsfähigkeit der Hefe. Diese Anforderungsmerkmale sind nur mit kontrollierbaren, stets gleichen Durchlaufbedingungen bei der batchweisen oder kon- tinuierlichen Hefereinzucht bzw. Hefeproduktion für den Gärprozeß erreichbar. Besonderes Augenmerk wird heute auf eine beschleunigte Hefereinzucht gelegt, wobei die Brauereien zum Anstellen und Vergären der Biere immer mehr aerob hergeführte Reinzuchthefen - das ist eine fast unvergorene Würze mit hoher Zellkonzentration von ca. 80 bis ≥ 120 Mio. Zellen/ml - verwenden. Damit soll der Ver- brauch von Satz- oder Kernhefen aus den zylindrokonischen Gärtanks für die nächstfolgenden Führungen reduziert werden. Die beschleunigte Hefevermehrung hat die Aufgabe, die Herführzeiten von Reinzuchten wesentlich zu verkürzen und womöglich die Verwendung von Satzhefen ganz zu ersetzen. Als Zielsetzung im Rahmen von Maßnahmen zur beschleunigten Hefevermehrung kann heute gelten; die bisher benötigten Herführzeiten von Reinzuchten nach Maßgabe der Herführtemperatur, des Sauerstoffbedarfs und der Umwälzrate im Herführtank auf 20 - 30 % zu reduzieren.
Beschleunigte Hefevermehrung bedeutet im Kontext zum gesamten Brauprozeß u.a. weniger erforderliche Tankkapazität und damit eine kleinere Dimensionierung der Hefekeller und hohe Versorgungsleistung der Würze mit den daraus resultie- renden Vorteilen. Hierzu ist Voraussetzung, daß das Angebot an gelöstem Sauerstoff an die Hefezellen in zeitlich ausreichendem Maße und hinreichende Stoffaustauschbedingungen gegeben sind. Eine Begasung im Assimilationstank ist wegen des Aufschäumens der Reinzucht nur bedingt möglich. Die Tanks dür- fen deshalb allenfalls nur bis zur Hälfte gefüllt sein. Aus reinigungstechnischen und biologischen Gründen (Kontaminationsgefahr) lehnen heute immer mehr Brauereien bewegliche Einbauten in den Reinzuchttanks ab, wobei die Einbauten beispielsweise durch Umwälzung des Substrates den Stoffaustausch intensivieren sollen. Die Anreicherung der Reinzucht außerhalb des Assimilationstankes im Zu- ge des Umpumpens ist mit den vorstehend beschriebenen Nachteilen verbunden (siehe u.a. DE 43 31 409 C1).
Es ist bekannt, daß bei der Hefevermehrung der Zellzuwachs bzw. die erzeugte Hefetrockensubstanz pro Generationszeit im wesentlichen abhängig ist von der Umwälzleistung des Substrates im Tank, wobei der Zusammenhang gilt: 02-Konzentration x Umwälzleistung = erzeugte Masse Hefe.
Unter Generationszeit versteht man die Zeit zur Vermehrung der Zellzahl auf das Doppelte der Ausgangszellzahl. Die Generationszeit ist unter sonst optimalen Herführbedingungen unter anderem sehr stark von der Herführtemperatur abhängig. Neben einer möglichst hohen Sauerstoffbeladung der Suspension ist eine möglichst hohe Umwälzleistung zu realisieren, die im Wege des vorgenannten Umpumpverfahrens.Tiur mit erheblichem Aufwand bezüglich der Dimensionieraag der Strömungswege und einem relativ hohen Energiebedarf verwirklicht werden kann.
Ziel der Erfindung ist eine beschleunigte, batchweise oder kontinuierliche Hefereinzucht bzw. Hefeproduktion für den Gärprozeß (Verkürzung der Herführzeiten von Reinzuchten), wobei die Hefevermehrung mit relativ einfachen Mitteln bei geringem spezifischen Energiebedarf stattfinden soll. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Kennzeichenmerkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens ergibt sich durch die Kennzeichenmerkmale des Nebenanspruchs 6. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorgeschlagenen Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die wesentlichen Verfahrensschritte, durch die sich das vorgeschlagene Verfahren von bekannten Verfahren unterscheidet, bestehen darin, daß ein über den Kreislauf dem Assimilator entnommener Teilstrom, nachfolgend als Treibstrom bezeichnet, bei einem gegenüber dem Druck im Assimilator höheren Druck mit Sauerstoff angereichert wird, daß dieser derart mit Sauerstoff angereicherte Treibstrom anschließend im Assimilator auf einen dort herrschenden Druck entspannt wird, und daß die durch die Entspannung entstehende kinetische Energie des Treibstromes einen den gesamten Inhalt des Assimilators umfassenden Kon- vektionsstrom generiert. Durch die mittels des Treibstromes der Würze-Hefe- Suspension im Assimilator zugeführte Energie wird dort eine Konvektions- strömung entfacht, die eine Umwälzleistung im Assimilator zur Folge hat, die ein Vielfaches der Umwälzleistung infolge Umpumpens bei den vorgenannten be- kannten Verfahren beträgt. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, daß bei einer Umpumpleistung, die stündlich etwa einmal den Nettoinhalt des Assimilators erfaßt, eine Umwälzleistung im Assimilator generiert wird, die etwa der zehnfachen .Umpumpleistung entspricht. Dadurch ist mit relativ geringernvEner- gieeinsatz-eϊn intensiver Stoffaustausch zwischen dem- Sauerstoff und den Hefe- zellen gewährleistet.
Da die zur Erzeugung der Konvektionsströmung erforderliche Energie über einen vom Substrat gebildeten Flüssigkeitsstrahl, einen Treibstrahl, in das System eingebracht wird, und zwar ohne bewegliche Teile, ist die Anordnung zur Durchfüh- rung des vorgeschlagenen Verfahrens, die vorzugsweise mit einer Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse arbeitet, im Durchfluß einfach zu reinigen. Dabei beschränkt sich die gesamte hierfür erforderliche Anordnung auf einen leicht reinigbaren Auslaufbereich im kegelförmigen Bodenteil des Assimilators. Der der Würze-Hefe- Suspension zuzuführende Sauerstoff wird in der Regel in Form von Sterilluft dem über den Kreislauf dem Assimilator entnommenen Treibstrom zugeführt. Um die Sauerstofflöslichkeit zu erhöhen, geschieht diese Zufuhr bei einem gegenüber dem Druck im Assimilator höheren Druck. Im Rahmen der vorgeschlagenen Anordnung zum Durchführen des Verfahrens ist zur Erreichung einer hohen Löslichkeit an Sauerstoff ein sogenannter statischer Mischer vorgesehen, der die Stoffübergangsbedingungen durch Erzeugen einer hohen spezifischen Blasen- Oberfläche begünstigt.
Bei der Entspannung des Treibstromes vom Begasungsdruck im statischen Mischer auf den Druck im Assimilator, der vorzugsweise, wie dies vorgesehen ist, unter 0,5 bis 1 bar Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck zu halten ist, wird einerseits ein Treibstrom hoher kinetischer Energie erzeugt, andererseits bewirkt die Druckabsenkung eine teilweise Entbindung von gelöstem Sauerstoff. Die dabei entstehenden mehr oder weniger großen Blasen werden durch die im Treibstrahl vorliegenden Schubspannungen zerteilt, wobei der sich bildende Bla- senschwarm, überwiegend bestehend aus feinen Blasen, durch die starke Kon- vektion sehr innig mit dem Substrat vermischt wird, so daß die Stoffübergangsbedingungen an den Zellmembranen sich schnell und ständig erneuern.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren sind die in der nachfolgenden Tabelle 1 in der Spalte „BHV" (beschleunigte Hefevermehrung) angegebenen Generations- Zeiten tg zu erreichen, wobei in der Spalte „konventionell" die bisher notwendigen Generationszeiten vergleichsweise angegeben sind: Generationszeit tg in h
Temperatur (°C) BHV konventionell
25 - 20 2,5 - 4,0 8 - 14
20 -18 4,0 - 5,0 > 14
18 - 16 5,0 - 7,0 —
16 - 12 7,0 - 10,0 —
12 - 10 > 10 Tabelle 1
Das vorgeschlagene Verfahren setzt konsequent die Erkenntnis um, daß der Sauerstoffbedarf der Hefezeilen, die sogenannte Zehrung, mit einer hohen Umwälzrate im Assimilator bei geringerer 02-Lösung effizienter zu befriedigen ist als mit hoher ö2-ϊ ösung, die allenfalls im Kreislauf, aber nicht im Assimilator zu ver- wirklichen ist, und kleinen Umwälzraten im Assimilator. Außerdem bietet das vorgeschlagene Verfahren der Hefe im Tank häufiger frisch gelösten Sauerstoff zur Zehrung an, als dies bei den vorgenannten bekannten Verfahren der Fall ist.
Bei der vorstehend vorgeschlagenen Verwendung von Sterilluft entsteht wegen der relativ großen Luftmengen, unter anderem wegen des anwesenden und nur zu einem geringen Teil in Lösung gehenden Stickstoffs, sehr viel Schaum. Der Assimilator wird deshalb nur etwa zur Hälfte befüllt. Um sein Überschäumen zu verhindern, ist gegebenenfalls die Luftzugabe zu limitieren, was zu einem geringeren Sauerstoff-Angebot und einer Verlängerung der Vermehrungszeiten führen kann. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens vor, daß die Anreicherung des Treibstromes mit reinem Sauerstoff (02) erfolgt.
Da die Stoffübergangsbedingungen bezüglich der Sauerstoff-Lösung im Substrat durch die mit dem vorgeschlagenen Verfahren erzielbare intensive Konvektions- strömung außerordentlich günstig beeinflußt werden, sieht eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens vor, daß der im Gesamtsystem des Assimilators befindlichen Würze-Hefe-Suspension stets Sauerstoff in einer Menge angeboten wird, die den jeweiligen aktuellen Grundbedarf der Sauerstoffzehrung der Hefezellen um einen definierten, eine schädliche Würzeoxidation vermeidenden Betrag übersteigt. Ein derart hinreichendes Sauerstoff-Angebot für die Zeh- rung der Hefezellen ist mit den bekannten Verfahren nicht befriedigend durchführbar, da das Sauerstoff-Angebot aufgrund ungünstiger Stoffübergangsbedingungen teilweise wirkungslos aus dem Substrat im Assimilator entweicht.
Um festzustellen, ob das Sauerstoff-Angebot für die Sauerstoffzehrung der Hefe- zellen hinreichend ist, sieht eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen
Verfahrens vor, daß die Sauerstoff-Konzentration im Treibstrom T1 gemessen und der Meßwert zur Regelung für die im Assimilator aktuell erforderliche Sauerstoff- Konzentration herangezogen wird.
Die Anordnung zum Durchführen des Verfahrens besteht aus einem tankartigen Assimilator zur Aufnahme der Würze-Hefe-Suspension, der über eine Zu-, Ablauf- und eine diese beiden Leitungen miteinander verbindende Umlaufleitung in Verbindung mit einer Umpumpeinrichtung und einer Einrichtung zur Sauerstoff- Zudosierung verfügt. In dieser an sich bekannten Anordnung ist gemäß der Erfin- düng in der Umlaufleitung ein statischer Mischer vorgesehen, in den die Einrichtung zur Sauerstoff-Zudosierung einmündet. Des weiteren ist im Auslaufbereich eines kegelförmigen Bodenteils des Assimilators eine Flüssigkeitsstrahl- Mischdüse angeordnet, deren Düse an die Zulaufleitung angeschlossen ist, und ' darüber hinaus mündet der Auslauf des kegelförmigen Bodenteils in die Ablauf-: leitung ein.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der Anordnung zu seiner Durchführung gelingt es, wie die vorstehende Tabelle 1 zeigt, eine Generationszeit tg von weniger als vier Stunden zu realisieren. Dies bedeutet, daß in dieser Zeit jeweils eine Verdoppelung der Zellzahl durch Vermehrung erreicht wird. Um die Blasen mit Blick auf die erforderlichen günstigen Stoffübergangsbedingungen sehr klein zu halten und eine Koaleszenz der Blasen auf dem Weg zwischen dem statischen Mischer und der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse zu verhindern, sieht eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Anordnung vor, daß der statische Mischer im kürzestmöglichen Abstand zur Düse angeordnet ist.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorgeschlagenen Anordnung ist die Entleerungsleitung, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Umwälzpumpe an die Ablaufleitung angeschlossen. Dadurch ist es möglich, die Förderleistung der Umwälzpumpe für die Entleerung des Assimilators zu nutzen.
Damit sich bei der Befüiiung des Assimilators mit frischer Würze diese mit dem Restsubstrat vorvermischt und mit dem Treibstrahl sofort im Assimilator intensiv verteilt wird, sieht eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung vor, daß die Fülleitung, in Strömungsrichtung gesehen, vor dem statischen Mischer an die Zulaufleitung angeschlossen ist.
Die wesentlichen Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens zur beschleunigten Hefevermehrung im Brauprozeß und der Anordnung zum Durchführen des Ver- fahrens sind nachfolgend zusammenfassend angegeben:
• Verkürzung der Herführzeiten für Reinzuchten zum Anstellen der Würze
• mehr Reinzucht und weniger wiederverwendete Satzhefe durch aktivere Anstellhefen mit höherer Vitalität; besserer, stabilerer physiologischer Zustand der Hefezellen • hoher Anteil lebender Hefezellen, hohe Viabilität, geringe Verschmutzung
(< 1 % gegenüber > 5 % bei bekannten Verfahren); weniger Hefeverschmutzung durch tote Zellen und Rückstände aus der Gärdecke (oxidierte Eiweiß- Hopfenharz-Partike!)
• kürzere Angärzeiten • schnellere und gleichmäßige, zeitgenaue Gärverläufe; bessere Belegungsmöglichkeit der zylindrokonischen Gärtanks • geringerer Bedarf an Tankkapazität bei den zylindrokonischen Gärtanks erforderlich bzw. es steht mehr Tankkapazität zur Verfügung durch die Möglichkeit einer exakteren Vorausplanung
• die aktive Hefe macht eine geringere Zellzahl beim Anstellen erforderlich: An- stellen mit 8 - 10 Mio. Zellen/ml statt mit 20 - 25 Mio. Zellen/ml
• verstärkter Abbau der VDK (Vicinale Diketone), wie Diacetyl und Pentantion, durch höhere Abbaufähigkeit der aktiven Hefezellen
• weniger Abfall-Hefe, weniger Rest-Bier
• geringere Investitionskosten für Tanks und Ausrüstung durch größere Nutzung • geringerer Energiebedarf als bei herkömmlichen Verfahren und Anordnungen
• größere biologische Sicherheit durch höheren Anteil frischer Reinzucht; Verringerung der Kontaminationsgefahr durch weniger Bewegungen von Tank zu Tank und Reduzierung der Zwischenbehandlung der Hefe
• bessere und gleichmäßigere Geschmacksqualität, höhere Stabilität und ver- besserte Haltbarkeit der Biere.
Ausführungsbeispiele der Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen
Figur 1 in schematischer, stark vereinfachter Darstellung eine Anordnung zum
Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens; Figur 2 ebenfalls- in- schematischer, stark vereinfachter Darstellung den: unteren-
Teil eines Hefevermehruπgstanks (Assimilator) und.der.angrenzenden , Teile der Anordnung gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine detaillierte Darstellung wesentlicher Teile im Auslaufbereich des
Assimilators gemäß den Figuren 1 und 2.
Ein in seinem grundsätzlichen Aufbau an sich bekannter, als Assimilator bezeich- neter Hefevermehrungstank 1 (Figur 1) besitzt am Auslauf eines kegelförmigen Bodenteils 5 ein Tankanschlußgehäuse 6, über das der Assimilator 1 mit einer Würze-Hefe-Suspension befüiit oder von dieser entleert wird. Dem Kopfbereich des Assimilators 1 sind eine Einrichtung zur Tankreinigung 23 und Tankarmaturen zur Reinigung und Überdrucksicherung 24 zugeordnet. Mit A ist der Austritt der Tankarmaturen 24 zur Atmosphäre und mit R ist die Zuführung von Reinigungs- mittel gekennzeichnet. Darüber hinaus verfügt der Assimilator 1 in seinem Kopfbereich über eine Vollmeldesonde 25, die auch der Schaumüberlaufsicherung dient.
An das Tankanschlußgehäuse 6 sind eine Zulaufleitung 7a (Treibstrom-Leitung) und eine Ablaufleitung 7b angeschlossen. Beide Leitungen 7a, 7b sind über eine Umlaufleitung 7c miteinander verbunden. In der Ablaufleitung 7b befindet sich eine Umwälzpumpe 26, hinter der, in Strömungsrichtung gesehen, eine Entleerungsleitung 7d von der Ablaufleitung 7b abzweigt. Hinter dieser Abzweigstelle sind in der sich anschließenden Umlaufleitung 7c, in Strömungsrichtung und nacheinander gesehen, eine Einrichtung zur Sauerstoffmessung 28, eine Einrichtung zur Temperaturmessung 29, eine Einrichtung zur Messung der Wasserstoff- ionen-Konzentration 30 sowie eine erste Einrichtung zur Durchflußmessung 31 vorgesehen. Am Übergang zwischen der Umlaufleitung 7c und der Zulaufleitung 7a mündet eine Füllleitung 7e ein, in der eine zweite Einrichtung zur Durchfluß- messung 33 angeordnet ist. Hinter der Einmündungssteile der Fülleitung 7e sind in der Zulaufleitung 7a ein statischer Mischer 3 und danach eine Einrichtung zur Druckmessung 32 vorgesehen. Über eine Einrichtung zur Sauerstoff-Zudosierung 22, die in iden statischen 'Mischer 3 eintritt, wird der Suspension; im. Assimilator 1 die zur Hefevermehrunginotwendige Sterilluft L zugeführt; alternativ ist auch die Zufuhr von reinem Sauerstoff (02) möglich. Im Auslaufbereich des kegelförmigen Bodenteils 5. des Assimilators I ist eine Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 vorgese^- hen, deren Düse 2a (Figuren 2 und 3) an die Zulaufleitung 7a angeschlossen ist. Der Düse 2a wird über die Zulaufleitung 7a ein mit Sterilluft L oder reinem Sauerstoff 02 begaster Treibstrom T zugeführt, der im Assimilator 1 zunächst einen Treibstrahl S+T erzeugt, der wiederum einen pilzförmigen, mittig aufsteigenden, sich im Bereich der Substratoberfläche sternförmig verteilenden und allseits an der Umfangswand des Assimilators 1 absteigenden Konvektionsstrom K zur Sicherstellung der notwendigen Umwälzleistung und im Ansaugbereich der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2, dort im Zusammenwirken mit deren Saugrohr 2b, einen Saugstrom S (Figuren 2 und 3) ausbildet. Der Konvektionsstrom K verzweigt sich im Ansaugbereich des Saugrohres 2b (Figuren 2 und 3) in den vorgenannten Saugstrom S und einen unbegasten Treibstrom T1, der aus einer Öffnung im Auslaufbereich des kegelförmigen Bodenteils 5 des Assimilators 1 in das Tankanschlußgehäuse 6 und von dort in die Ablaufleitung 7b gelangt.
Am Auslaufbereich des kegelförmigen Bodenteils 5 (Figur 3) ist über eine
Flanschverbindung, bestehend aus einem Tankflansch 4 und einem Nutflansch 9 mit einem O-Ring 10, ein Tankkonus 5* angeordnet, in dem die Flüssigkeitsstrahl- Mischdüse 2, bestehend aus der Düse 2a und dem Saugrohr 2b, im wesentlichen Aufnahme findet. Der Tankflansch 4 und der Nutflansch 9 sind über Verbin- dungsmittel 11 miteinander verbunden. Unterhalb des Tankkonusses 5* schließt sich das Tankanschlußgehäuse 6 an, welches seitlich einen Ablaufanschluß 8a aufnimmt und über einen Zulaufanschluß 8b an seiner Unterseite, in der Verlängerung der Achse des Assimilators 1 , von einem mit der Düse 2a der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 verbundenen Mischdüsenrohr 19, über das der Treibstrom T herangeführt wird, durchdrungen ist. Am unteren Ende des Tankkonusses 5* ist ein Verbindungsflansch 13 ausgebildet, der mit dem Tankanschlußgehäuse 6 mittels eines sogenannten Halbringes 12 verbunden ist. Das Tankanschlußgehäuse 6. ist irπ-Durchdringungsbereich des MischdüsenrchresTlö durch einen Üichtüngsflansch .16 verschlossen, der sowohl äußenseitsJm Taπkansoh iß- '.gehäuse 6 als auch innenseits am Mischdüsenrohr 19 jeweils über einen O-Ring 14 bzw. 15 abgedichtet ist. Der O-Ring 15 wird von' einer das Mischdüsenrohr 19 verschieblich umschließenden Preßbuchse 17 in axialer Richtung verspannt, so daß zum einen eine abdichtende, zum anderen eine verschiebliche Verbindung zwischen dem Mischdüsenrohr 19 und dem Dichtungsflansch 16 sichergestellt ist. Durch die Verschiebbarkeit des Mischdüsenrohres 19 in Verbindung mit der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 ist letztere in dem Tankkonus 5* justierbar. Die Preß- buchse 17 wird über einen Preßflansch 18 mittels nicht näher bezeichneter Verbindungsmittel in den Dichtungsflansch 16 hineingedrückt. Letzterer ist über einen weiteren Halbring 12 mit dem Tankanschlußgehäuse 6 verbunden.
Das Mischdüsenrohr 19, das beispielsweise auch als Schauglas ausgebildet sein kann, ist über einen Rohrbogen 20 mit einem Scheibenventil 21 verbunden, in welches andererseits die Zulaufleitung 7a (Treibstrom-Leitung) einmündet. Ein als Schauglas ausgebildetes Mischdüsenrohr 19 wird über Verbindungsmittel 27 zwischen dem Preßflansch 18 und dem Rohrbogen 20 eingespannt. Bei Verzicht auf das schauglasartig ausgebildete Mischdüsenrohr 19 ergibt sich die alternative Anordnung des Rohrbogens 20*.
Der Treibstrahl S+T verläßt das Saugrohr 2b der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 und bildet in dem Assimilator 1 den Konvektionsstrom K aus. Der abwärtsgerichte- te Konvektionsstrom K (Figuren 1 und 2) verzweigt sich im Ansaugbereich des Saugrohrs 2b in den Saugstrom S und den unbegasten Treibstrom T1. Letzterer gelangt über das Tankanschlußgehäuse 6 und den Ablaufanschluß 8a in die Ablaufleitung 7b.
Ein Vermehrungszyklus im Assimilator 1 gestaltet sich wie folgt:
Der Assimilator 1 wird vor dem Befüllen auf einen Überdruck von 0,5 bis 1 bar gegenüber Atmosphärendruck vorgespannt. Alsdann wird der Assimilator 1 mit einer Wüfze-Hefe-Suspension, die die Ausgangszeüzahl.für die Vermehrung aufweist, bis etwa zur Hälfte seines Bruttoinhaltes (z.B:.300 h! befüli 'Bereits wäh- rend des Befüliens des Assimilators 1 wird die Würze-Hefe-Susperisiori über die Ablaufleitung 7b, die Umwälzpumpe 26, die Umlaufleitung 7c und die Zulaufleitung 7a im Kreislauf umgepumpt. Nach beendeter Befüllung wird die Begasung des Substrates mit Sterilluft L oder reinem Sauerstoff (02) gestartet. Die Sauerstoffmessung mittels der Einrichtung 28 am Auslauf des Assimilators 1 zeigt den aktuellen Restsauerstoffgehalt im Assimilator 1 an. Ein Sollwert der Sauerstoff- Konzentration dient als Führungsgröße für die Dosierregelung über die Einrich- tung zur Sauerstoff-Zudosierung 22. Solange der Grundbedarf der Sauerstoffzehrung der Hefezellen im Gleichgewicht zur Sauerstoff-Lösung steht, ergibt sich bei der Sauerstoffmessung die Anzeige „null". Sobald die Einrichtung zur Sauer- stoffmessung 28 einen Wert größer „null" mißt und danach den Sollwert des eingestellten, gewünschten Sauerstoff-Überschusses erreicht, wird dieser Überschuß sodann auf den vorgegebenen Sollwert eingeregelt. Die Sterilluft L oder der reine Sauerstoff 02 werden im statischen Mischer 3 unter Druck eingeblasen und dort gelöst. Über die Umwälzung im Assimilator 1 werden die eintretende gelöste und die nicht gelöste Gasmenge innig mit dem Substrat vermischt.
Nach Ablauf der Vermehrungsphase wird der Assimilator 1 über die Ablaufleitung 7b und die sich hinter der Umwälzpumpe 26 abzweigende Entleerungsleitung 7d zur Dosierung in die Würze ganz oder teilweise entleert, wobei die Umwälzung im Assimilator 1 zur Homogenisierung seines Inhaltes ständig weiterläuft. Die Ein- richtung zur Messung der Temperatur 29 erfaßt die Substrat-Temperatur und dient auch zur Regelung der Tankkühlung. Die Einrichtung zur Messung der Wasserstoffionen-Konzentration 30 kontrolliert die aerobe Gärung und weist bei sinkendem Wert durch erhöhte Gärung auf zu wenig Sauerstoff hin. Bei steigendem pH-Wert, z.B. nach Stillstand im Assimilator 1 bis zur Entleerung, besteht die Gefahr der Hefeautolyse und der Assimilator 1 muß schnellstens entleert werden. Die Einrichtung zur Druckmessung 32 gibt, einmal ermittelt und beispielsweise in einer Funktionsgleichung oder einer anderen Datenzuordnung festgehalten, die Umpumpleistung der Umwälzpumpe 26 an. Dieser Parameter kann zur Anpas-,* ' surig der Usriwälzleistung im Assimilator 1 in Abhängigkeit'von dessen unter- ' -.' schiedlichen Füllungen' dienen. Die Vollmeldesonde 25 schützt den Assimilator 1 vor Überfüllung und meldet Schaum, bevor dieser in die Reinigungs- und Gasai- - maturen 23 bzw. 24 eindringt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur beschleunigten Hefevermehrung im Brauprozeß, bei dem in einem als Assimilator bezeichneten Hefevermehrungstank, der mit einer Zu- und Ablaufleitung verbunden ist, eine Grundmenge Hefe mit als Nahrung der Hefe dienender Nährlösung (Würze) in Form einer Würze-Hefe-Suspension vorgelegt wird, die Suspension durch einen Kreislauf außerhalb des Assimilators umgepumpt und beim Umpumpen mit Sauerstoff angereichert wird und bei dem sich die Suspension in diesem Milieu unter geregelten Wachstumsbedingungen bis zu einer vorgegebenen Populationsdichte vermehrt, worauf die Suspension teilweise oder ganz aus dem Assimilator abgezogen und einem Gärtank zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, a) daß ein über den Kreislauf dem Assimilator (1) entnommener Treibstrom (Tl) bei einem gegenüber dem Druck im Assimilator höheren Druck mit Sauerstoff angereichert wird, b) daß ein nach der Anreicherung mit Sauerstoff entstandener Treibstrom (T) anschließend im Assimilator (1) auf einen dort herrschenden Druck entspannt wird, c) und daß die durch die Entspannung entstehende kinetische Energie des Treibstromes (T) einen den gesamten Inhalt des Assimilators (1) umfassenden Konvektionsstrom (K) generiert.
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Assini lator (1) unter Überdruck gegenüber Atmosphärendruck, vorzugsweise 0,5 < pg < 1 bar, gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung des Treibstromes (T1) mit Sauerstoff durch Zufuhr von Sterilluft L erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung des Treibstromes (T1) mit Sauerstoff durch Zufuhr von reinem Sauerstoff (02) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gesamtsystem des Assimilators (1) befindlichen Würze-Hefe- Suspension stets Sauerstoff in einer Menge angeboten wird, die den jeweiligen aktuellen Grundbedarf der Sauerstoffzehrung der Hefezellen um einen definierten, eine schädliche Würzeoxidation vermeidenden Betrag übersteigt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Konzentration im Treibstrom (T1) gemessen und der Meßwert zur Regelung für die im Assimilator aktuell erforderliche Sauerstoff- Konzentration herangezogen wird.
7. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem tankartigen Assimilator zur Aufnahme der Würze-Hefe- Suspension, der über eine Zu-, eine Ablauf- und eine diese beiden Leitungen miteinander verbindende Umlaufleitung in Verbindung mit einer Umpumpein- richtung und einer Einrichtung zur Sauerstoff-Zudosierung verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulaufleitung (7a) ein statischer Mischer (3) vorgesehen ist,;in den die Einrichtung zur Sauerstoff-Zudosierung: (22); einmün- . det, daß im Auslaufbereich eines kegelförmigen Bodentei!s'(5: 5*) des-Assimi-- lators (1) eine Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse (2; 2a, 2b) angeordnet ist, deren ' Düse (2a) an die Zulaufleitung (7a) angeschlossen .ist, und daß der Auslauf
•des kegelförmigen Bodenteils (5; 5*) in die Ablaufleitung (7b) einmündet.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Mischer (3) im kürzestmöglichen Abstand zur Düse (2a) angeordnet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ist die Entleerungsleitung (7d), in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Umwälzpumpe (26) an die Ablaufleitung (7b) angeschlossen.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fülleitung (7e), in Strömungsrichtung gesehen, vor dem statischen Mischer (3) an die Zulaufleitung (7a) angeschlossen ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021160458A1 (de) * 2020-02-10 2021-08-19 Krinner Drucklufttechnik Gmbh Verfahren zum vermehren von hefezellen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4041180A (en) * 1975-04-08 1977-08-09 Brewing Patents Limited Introducing gases into fermentation liquids
EP0175607A1 (de) * 1984-08-31 1986-03-26 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren und Vorrichtung zur Kultivierung von Mikroorganismen
DE4137537C1 (de) * 1991-11-14 1992-11-12 Klaus Esau Armaturen Maschinen Anlagen & Hans Hueber Gmbh, 8898 Schrobenhausen, De
DE4331409C1 (de) * 1993-09-15 1994-11-10 Bam Apparate Und Maschinenbau Verfahren und Anlage zur Vermehrung von Bierhefe
DE4316944A1 (de) * 1993-05-21 1994-11-24 Puth Hans Edgar Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Milchsäure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4041180A (en) * 1975-04-08 1977-08-09 Brewing Patents Limited Introducing gases into fermentation liquids
EP0175607A1 (de) * 1984-08-31 1986-03-26 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren und Vorrichtung zur Kultivierung von Mikroorganismen
DE4137537C1 (de) * 1991-11-14 1992-11-12 Klaus Esau Armaturen Maschinen Anlagen & Hans Hueber Gmbh, 8898 Schrobenhausen, De
DE4316944A1 (de) * 1993-05-21 1994-11-24 Puth Hans Edgar Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Milchsäure
DE4331409C1 (de) * 1993-09-15 1994-11-10 Bam Apparate Und Maschinenbau Verfahren und Anlage zur Vermehrung von Bierhefe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021160458A1 (de) * 2020-02-10 2021-08-19 Krinner Drucklufttechnik Gmbh Verfahren zum vermehren von hefezellen

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