DE102010044966A1

DE102010044966A1 - Getränkeherstellungsverfahren und Getränkeherstellungsanlage

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Publication number: DE102010044966A1
Application number: DE102010044966A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: DE102010044966B4

Abstract

Vorgeschlagen wird Getränkeherstellungsverfahren mit den Verfahrensschritten:
Aufbereiten von Frischwasser zu Getränkewasser, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier, durch
– Herstellen mindestens einer abgesättigtes Kalkwasser enthaltenden Prozesslösung (27) durch Absättigen, bevorzugt Sättigen, eines ersten Teilstromes (1) des Frischwassers mit Kalk (16), bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch (70) in das Frischwasser des ersten Teilstroms (1),
– Einmischen von zumindest einem Teilvolumen der Prozesslösung (27) in einen zweiten Teilstrom (2) des Frischwassers in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis zur Herstellung eines Getränkewasserstroms (5), und nachfolgende Herstellung eines Getränkes (8) aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstroms (5) in einem Getränkeherstellungsprozess. Dabei werden die Prozesslösung (27) und/oder das Getränkewasser des Getränkewasserstroms (5) durch Membranfiltration in einer Vorrichtung zur Membranfiltration (50) geklärt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getränkeherstellungsverfahren und eine Getränkeherstellungsanlage zur Durchführung des Verfahrens. Das Getränkeherstellungsverfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
Aufbereiten von Frischwasser zu Getränkewasser, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier, durch Herstellen mindestens einer abgesättigtes Kalkwasser enthaltenden Prozesslösung durch Absättigen, bevorzugt Sättigen, eines ersten Teilstromes des Frischwassers mit Kalk, bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch in das Frischwasser des ersten Teilstroms, und Einmischen von zumindest einem Teilvolumen der Prozesslösung in einen zweiten Teilstrom des Frischwassers in einem vorgegeben Mischungsverhältnis zur Herstellung eines Getränkewasserstroms. Nachfolgend wird ein Getränk aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstromes in einem Getränkeherstellungsprozess hergestellt.
Ein derartiges Getränkeherstellungsverfahren ist aus der Bierherstellung, d. h. beim Brauen von Bier, bekannt. Sowohl im Bereich der Wasserentkarbonisierung, d. h. in Kalkfällungsanlagen, als auch bei der Getränkeherstellung spielt Calcium in mehrerlei Hinsicht eine wichtige Rolle, so dass es von Interesse ist, klare Prozesslösungen aus Weißkalkhydrat – einem handelsüblichen Feststoff – herzustellen. Z. B. im Bierherstellungsprozess, ist der Calciumgehalt im Brauwasser bei verschiedenen Herstellungsprozessstufen von entscheidender Bedeutung für die Qualität des zu brauenden Bieres. Neben der Beeinflussung des Maische-pH-Wertes verbessert Calcium die Enzymwirkung, unterstützt die Kochtrubbildung und stimuliert die Hefevermehrung und -flockung. Wesentlich ist auch die frühzeitige Ausfällung von Oxalaten im Bierherstellungsprozess durch Calcium, die notwendig ist, um ein technologisch bedingtes spontanes Überschäumen des Bieres beim Öffnen einer Bierflasche, also das sogenannte sekundäre Gushing, zu vermeiden oder zu vermindern.
Um den Calciumgehalt des Brauwassers, insbesondere in Würze und Bier, zu steigern und/oder um einen definierten Calciumgehalt im Brauwasser zu erreichen, wird in der DE 10 2005 061 492 B1 ein gattungsgemäßes Verfahren zur Aufbereitung von Brauwasser bei einem Getränkeherstellungsverfahren vorgeschlagen. Dabei wird nach einer Absättigung des Frischwassers mit Kalk in einem Kalksättiger, insbesondere durch Zugabe von Kalkmilch, eine Aufhärtung des zu Brauwasser aufzubereitenden Frischwassers mit Nichtkarbonathärte, also eine Anreicherung von CaSO₄ und von CaCl₂ vorgenommen. Unter Absättigung wird eine Untersättigung, eine Sättigung oder eine Übersättigung des Frischwassers mit Kalk verstanden. Bei einem Kalksättiger handelt es sich um einen Behälter, in dem das mit Kalk vermischte Frischwasser bevorratet wird. Das abzusättigende Frischwasser verbleibt dabei so lange in dem Behälter, bis sich die eingemischte Kalkmilch abgesetzt hat und das abgesättigte Kalkwasser in einem trübefreien klaren Zustand aus dem Behälter abgezogen werden kann. Der beschriebene Vorgang erfolgt dabei in einem Durchflussverfahren. Zur Aufhärtung wird dabei Salzsäure HCl und/oder Schwefelsäure H₂SO₄ dem abgesättigten Frischwasserstrom zugegeben, so dass eine Prozesslösung mit einer hohen CaSO₄ und CaCl₂ Konzentration entsteht, die einem zweiten Frischwasserstrom zugegeben wird, um einen Brauwasserstrom mit definierten chemischen Eigenschaften zu erhalten, wodurch ein daraus hergestelltes Getränk gleichbleibende Qualitätseigenschaften aufweist. Diese Aufbereitung des Frischwassers erfolgt üblicherweise zumindest hinsichtlich der Zugabe von Salzsäure HCl und/oder Schwefelsäure H₂SO₄ während des Durchflusses des abgesättigten Frischwassers durch ein Leitungssystem. Dabei können, insbesondere bei der Aufbereitung von großen Frischwasservolumina, Probleme bei der exakten Einstellung eines stabilen pH-Wertes des Brauwassers oder der Prozesslösung auftreten. Weiter kann bei einem hohen Wasserdurchsatz durch den Kalksättiger, also bei großen Getränkeproduktionsmengen, eine Eintrübung des abgesättigten Frischwasserstroms nicht immer vermieden werden, da die Verweilzeit des Wassers im Kalksättiger mit zunehmendem Durchsatzvolumen abnimmt und so ein vollständiges Absetzen der Kalkpartikel im Wasser nicht immer gewährleistet ist.
Kostenintensiv bei der Herstellung der Prozesslösung ist also die Klärung des Kalkwassers, die üblicherweise auf Sedimentation z. B. in Kalksättigern beruht, da diese aufgrund der dabei niedrigen maximal möglichen Strömungsgeschwindigkeit große Behälter erfordert. Dazu kommen insbesondere im Grenzbelastungsbereich derartiger Sedimentationseinrichtungen oder auch bei häufigem Ein- und Abschalten der Anlagen Qualitätsprobleme in Form von trüben Abläufen, die in nachfolgenden Prozessen zu erheblichen Schwierigkeiten führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getränkeherstellungsverfahren und eine Getränkeherstellungsanlage bereitzustellen, welche Nachteile des Standes der Technik vermeiden, insbesondere wobei eine Trübung des herzustellenden Getränkes auch bei hohen Getränkeproduktionsmengen zuverlässig vermieden werden soll und/oder undefinierter Eintrag von Alkalität vermieden werden soll.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung nach den Patentansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Ein erfindungsgemäßes Getränkeherstellungsverfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
Aufbereiten von Frischwasser zu Getränkewasser, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier, durch
– Herstellen mindestens einer abgesättigtes Kalkwasser enthaltenden Prozesslösung durch Absättigen, bevorzugt Sättigen, eines ersten Teilstromes des Frischwassers mit Kalk, bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch in das Frischwasser des ersten Teilstroms,
– Einmischen von zumindest einem Teilvolumen der Prozesslösung in einen zweiten Teilstrom des Frischwassers in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis zur Herstellung eines Getränkewasserstroms, und nachfolgende Herstellung eines Getränkes aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstroms in einem Getränkeherstellungsprozess.
Unter dem Getränkewasser wird Wasser verstanden, das mit z. B. Geschmacksstoffen vermischt wird, um ein fertiges Getränk herzustellen. Als Prozesslösung wird dabei das mit Kalk abgesättigte Frischwasser des ersten Teilstromes verstanden, wobei darin auch bereits zugegebene Säuren enthalten sein können. Die Prozesslösungen können jeweils unterschiedliche Kalksättigungsgrade und/oder Säurezudosierungen aufweisen, d. h. es können unterschiedliche Säuren in unterschiedlichen Mengen zur Ausbildung der Prozesslösungen zugegeben werden.
Unter Frischwasser wird Wasser verstanden, das sich zur Herstellung von Lebensmitteln eignet. Z. B kann es sich dabei um Leitungswasser oder um Wasser aus einem geeigneten Brunnen handeln. Das Frischwasser kann auch z. B. in einem Umkehrosmoseprozess vorbehandelt sein. Als Getränkewasser wird das aufbereitete Frischwasser bezeichnet, wie es nachfolgend zur Getränkeherstellung verwendet wird. Es muss sich bei dem Getränkeherstellungsprozess nicht um ein Brauen im eigentlichen Sinne von z. B. Bierbrauen handeln. Der Getränkeherstellungsprozess kann auch z. B. die Herstellung eines alkoholfreien Getränkes, wie Tafelwasser, betreffen.
Erfindungsgemäß wird die Prozesslösung und/oder das Getränkewasser des Getränkewasserstroms durch Membranfiltration in einer Vorrichtung zur Membranfiltration geklärt. Es können dabei selbstverständlich mehrere Membranfilter zum Einsatz kommen.
Es wird derart trübefreies und klares, mit Kalk abgesättigtes, d. h. Weißkalkhydrat enthaltendes Wasser als Filtrat aus der Membranfiltration abgeleitet. Insbesondere wird eine klare Prozesslösung aus Weißkalkhydrat durch die Membranfiltration hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert als Prozesslösung untersättigtes oder gesättigtes Kalkwasser bzw. in besonderer Ausgestaltung Prozesslösung, die CaSO₄ und/oder CaCl₂ enthält, die vorteilhaft z. B. für die Bierbereitung zur Erhöhung der Nichtkarbonathärte eingesetzt werden kann.
Derart können große Frischwasservolumina in kurzer Zeit zu Prozesslösung weiterverarbeitet werden. Das Absättigen des ersten Teilstromes des Frischwassers mit Kalk erfolgt auf einfache Weise durch Zugabe von Kalkmilch in den ersten Teilstrom. Letzteres kann sowohl in einem Kalksättiger, d. h. einem Absetzbehälter, als auch direkt durch Einleiten der Kalkmilch in eine den ersten Teilstrom führende Leitung erfolgen. Wird die Zugabe von Kalkmilch in den ersten Teilstrom ohne Einsatz eines Absetzbehälters vorgenommen, dann kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer besonders platzsparend ausgeführten Getränkeherstellungsanlage durchgeführt werden.
Wenn mindestens eine der Prozesslösungen und/oder das Getränkewasser durch Membranfiltration geklärt wird, können noch größere Mengen von Prozesslösung pro Zeiteinheit bereitgestellt werden, da dann der zeitaufwändige Absetzprozess zur Klärung des abgesättigten Kalkwassers im Absetzbehälter nicht mehr mengenbeschränkend wirkt. Die Membranfiltration wird durch einen Membranfilter vorgenommen, wobei es sich um einen Filter mit mindestens einer mikroporösen Membran handelt, die als Filter eingesetzt wird.
Bei der Membranfiltration handelt es sich vorteilhaft um eine Mikrofiltration, bevorzugt eine Ultrafiltration, wodurch eine vollständige Ausfilterung von wassertrübenden Kalkpartikeln ermöglicht wird. Man unterscheidet Mikrofiltration, Nanofiltration und Ultrafiltration über den Grad der Abtrennung. Werden Partikel mit der Größe 0,5–0,1 μm abgetrennt, spricht man von Mikrofiltration, sind die Partikel 0,1–0,01 μm groß, dann bezeichnet man es als Ultrafiltration. Sehr vorteilhaft wird die Vorrichtung zur Membranfiltration im Überströmverfahren (Crossflow) betrieben. Dadurch wird eine immer ausreichende Menge des abgesättigten klaren Kalkwassers, d. h. der Prozesslösung zum Abführen aus der Membranfiltration als Filtrat zur Verfügung gestellt.
Besonders bevorzugt durchläuft, nach der Zugabe von Kalkmilch in das Frischwasser des ersten Teilstroms, der erste Teilstrom einen bevorzugt statischen Mischer zur Absättigung des Kalkwassers der Prozesslösung. Dadurch wird bei einer direkten Einleitung der Kalkmilch in eine den ersten Teilstrom führende Leitung eine bessere Durchmischung der Kalkmilch mit dem Frischwasser des ersten Teilstromes erreicht. Bei einem Mischer handelt es sich um ein Durchströmelement mit Innenstrukturen, die zu einer Verwirbelung der den Mischer durchströmenden Flüssigkeit führen. Der Mischer wird als statisch bezeichnet, wenn die Innenstrukturen statisch, d. h. nicht z. B. elektrisch angetrieben, ausgeführt sind. Derartige Innenstrukturen können z. B. sich teilweise in Strömungsrichtung überdeckende Anströmflächen ausbilden.
Wenn die Membranfiltration der Prozesslösung unmittelbar nach Durchlaufen des Mischers vorgenommen wird, werden Kalkabsetzungen innerhalb einer den ersten Teilstrom führenden Leitung weitgehend vermieden. Unter „unmittelbar” wird dabei insbesondere verstanden, dass keine Zugabe einer Säure zwischen dem Mischer und der Membranfiltration der Prozesslösung in den mit Kalkmilch vermischten ersten Teilstrom, d. h. die Prozesslösung, vorgenommen wird.
Vorteilhaft kann eine Rückführung von abgesättigtem Kalkwasser und/oder von Filterretentat aus der Vorrichtung zur Membranfiltration zu einer Kalkmilchmischvorrichtung zur Anmischung der Kalkmilch vorgenommen werden. In der Kalkmilchmischvorrichtung wird die Kalkmilch zur Zugabe in den ersten Teilstrom des Frischwassers angemischt. Es wird dazu ca. 5 bis 50 Gewichtsprozent Kalk in Wasser in einem Behälter der Kalkmilchmischvorrichtung eingemischt, insbesondere eingerührt. Dadurch wird eine übersättigte Kalkmilch, die eine dickflüssige Konsistenz aufweist, zur Zugabe in den ersten Teilstrom bereitgestellt. Über den ersten Teilstrom wird die hochkonzentrierte Kalkmilch auf eine Konzentration von 0,1 bis 5% verdünnt und in dieser Zusammensetzung dem statischen Mischer zugeführt.
Die Prozesslösungen können vor der Zugabe in den zweiten Teilstrom jeweils in einen Vorratstank eingeleitet werden, so dass eine Pufferung der Prozesslösungsmengen bei schwankender Getränkeherstellungsmenge und/oder eine Überbrückung von Stillstandzeiten, z. B. bei Reinigung und Kalkneuansatz, ermöglicht wird.
Allgemein kann die Zugabe von mindestens einer Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, und/oder CO₂, an nahezu beliebiger Stelle vorgenommen werden. Z. B.:
Vor der Membranfiltration und/oder in die Frischwasserteilströme und/oder hinter der Membranfiltration vor einer Bevorratung der Prozesslösung in einem Vorratsbehälter und/oder in den zweiten Frischwasserteilstrom nach Zugabe von Kalkwasser und/oder in Prozesslösungsströme nach einem Durchlaufen von Pumpen zu deren Zugabe in einzelne Getränkeherstellungsschritte. Dazu sind an einer erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsanlage entsprechende Dosagestellen am Leitungssystem vorgesehen.
Bevorzugt wird in mindestens eine der Prozesslösungen mindestens eine Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, zugegeben wird. Die Säure kann dabei vor oder nach der Mikrofiltration, insbesondere noch vor einer möglichen Speicherung, der Prozesslösung zugegeben werden. Bevorzugt wird die Säure vor der Membranfiltration zugegeben, da dann auftretende Ausfällungen mit aus der Prozesslösung herausgefiltert werden. Es kann auch dem ersten oder dem zweiten Teilstrom des Frischwassers mindestens eine Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, zugegeben werden und/oder es kann dem Getränkewasser mindestens eine Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, zugegeben werden. Es erfolgt derart eine Aufhärtung des zu Getränkewasser aufzubereitenden Frischwassers mit Nichtkarbonathärte, also eine Anreicherung von CaSO₄ und von CaCl₂ im Getränkewasser. Zur Nachjustierung der CaSO₄- und CaCl₂-Konzentration kann in den zweiten Teilstrom und/oder in den Getränkewasserstrom HCl und/oder H₂SO₄ zugegeben werden.
Es kann eine Bevorratung von mindestens einer der Prozesslösungen in jeweils einem Behälter, insbesondere zu deren Zugabe in das Getränkewasser während des Getränkeherstellungsprozesses vorgenommen werden. Die Bevorratung ermöglicht es, die Prozesslösung in gleichbleibenden Mengen und damit besonders stabil herzustellen. Die Bevorratung erfolgt in jeweils einem Vorratstank pro Prozesslösung, wobei die Vorratstanks bevorzugt aus Kunststoff oder Edelstahl hergestellt sind. Weiter kann nötigenfalls eine Veränderung des Wasserhärtegrades des Getränkewassers in verschiedenen Herstellungsstufen des Getränkes vorgenommen werden. Diese Bevorratung ermöglicht auch die Verfügbarkeit der Prozesslösungen während eines Kalkneuansatzes und/oder einer Reinigung der Membranfiltervorrichtung.
Besonders bevorzugt wird während des Aufbereitens des Frischwassers zu Getränkewasser in einen der Teilströme und/oder in mindestens eine der Prozesslösungen und/oder vor der Herstellung des Getränkes in den Getränkewasserstrom CO₂ zudosiert, d. h. eingeleitet. Die CO₂-Zudosierung kann dabei in einer vorgegebenen Menge vorgenommen werden oder auch variabel gesteuert werden.
Dadurch kann die Qualität des Getränkewassers exakt und gleichbleibend eingestellt werden, so dass ein daraus hergestelltes Getränk nach dessen Herstellung immer gleichbleibende Eigenschaften aufweist. Die Einstellung eines stabilen pH-Wertes in Prozesslösung und damit im Getränkewasser wird durch die Zugabe von CO₂ verbessert. CO₂ erhöht das Puffervermögen des Getränkewassers im neutralen Bereich. Die CO₂-Zudosierung kann z. B. im Bereich von 1 bis 5 mval pro Liter erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Steuerung des Prozesses der Entstehung von CaSO₄ und/oder CaCl₂ aus der Reaktion von Ca(OH)₂ mit Salzsäure HCl und/oder Schwefelsäure H₂SO₄ in der Prozesslösung und/oder im Getränkewasser. Das CO₂ wird zur Stabilisierung des pH-Wertes in der Prozesslösung z. B. zur Bierbereitung und/oder im Getränkewasser im Zusammenhang mit der gezielten Aufhärtung der Prozesslösung und/oder des Getränkewassers durch die Reaktion von Ca(OH)₂ mit Salzsäure HCl und/oder Schwefelsäure H₂SO₄ verwendet.
Das CO₂ kann in den mit Kalk abgesättigten ersten Teilstrom und/oder in mindestens eine der Prozesslösungen und/oder in den Getränkewasserstrom zudosiert werden. Dadurch wird die Zudosierung nach der Absättigung mit Kalk vorgenommen, wodurch der zudosierte CO₂-Gehalt nicht während des Absättigungsprozesses unkontrolliert abnehmen kann.
Vorteilhaft wird das CO₂ nach der Zugabe der Säure, insbesondere von HCl und/oder H₂SO₄, zudosiert, wodurch die Aufhärtung und damit der einzustellende pH-Wert noch während der Reaktion der Säuren mit dem im Wasser gelösten Kalk, also Ca(OH)₂, gezielt gesteuert und beeinflusst werden kann. Darüberhinaus werden CaCO₃ Ausfällungen vermieden.
Bevorzugt über die CO₂ Zugabe wird die Pufferung des Wassers erhöht und damit die Einstellung eines stabilen pH-Wertes durch die Säuren H₂SO₄ und/oder HCl erleichtert. Die CO₂ Zugabe erfolgt in der Regel nicht über eine pH-Wertregelung. Bevorzugt erfolgt eine Rückkoppelung des pH-Wertes auf die Dosage von H₂SO₄ und/oder HCl. Das Zudosieren von CO₂ kann derart geregelt werden, dass im Getränkewasser ein vorgegebener pH-Wert eingestellt wird. Dazu wird bevorzugt der pH-Wert im Getränkewasser gemessen und über eine Steuerungs- und/oder Regelungsrückkopplung die CO₂-Zudosierung eingestellt, so dass der pH-Wert dauerhaft im Getränk bestehen bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Einsatz beim Bierbrauen. Als Getränkewasser wird dann Brauwasser zur Herstellung von Bier hergestellt. Bevorzugt wird dabei mindestens eine der Prozesslösungen in mindestens einem Bierbereitungsschritt, insbesondere dem Maischen und/oder Läutern und/oder Würzekochen dem Getränkewasser zugegeben, wodurch eine feinere Abstimmung der Bierqualität möglich wird.
Zur Überwachung und/oder Regelung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine pH-Wert-Messung und/oder eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Getränkewassers und/oder des geklärten abgesättigten Kalkwassers und/oder mindestens einer der Prozesslösungen vorgenommen werden. Z. B. kann bei einer elektrischen Leitfähigkeit von unter 8 millisiemens pro cm der Prozesslösung nach deren Membranfiltration darauf geschlossen werden, dass die Kalkkonzentration in der Prozesslösung unter die Sättigungsgrenze gefallen ist, wodurch eine Nachspeisung von Kalk oder Neuansatz der Kalkmilch vorgenommen werden sollte.
Eine erfindungsgemäße Getränkeherstellungsanlage ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsverfahrens eingerichtet. Die Getränkeherstellungsanlage weist eine Kalkabsättigungsvorrichtung, bevorzugt einen Kalksättigungsbehälter und/oder einen Mischer auf. Selbstverständlich können auch mehrere Kalkabsättigungsvorrichtungen vorhanden sein. Die Kalkabsättigungsvorrichtung ist zum Ausbilden mindestens einer Prozesslösung durch Absättigen eines ersten Teilstromes von Frischwasser mit Kalk, bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch in den ersten Teilstrom, eingerichtet. Es ist ein Leitungssystem mit einer Leitung zur Ableitung des abgesättigten ersten Teilstromes aus der Kalkabsättigungsvorrichtung, und einer Dosierstelle zum Einmischen von mindestens einem Teilvolumen der Prozesslösung in einen zweiten Teilstrom des Frischwassers in einem vorgegeben Mischungsverhältnis zum Ausbilden eines Getränkewasserstromes vorgesehen. Ferner ist eine Getränkeproduktionsanlage zur nachfolgenden Herstellung eines Getränkes aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstromes in einem Getränkeherstellungsprozess vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist an dem Leitungssystem mindestens eine Vorrichtung zur Membranfiltration der Prozesslösung und/oder des Getränkewasserstroms vorgesehen.
Dabei ist vorteilhaft an dem Leitungssystem mindestens eine Verzweigung zur Zugabe von mindestens einer Säure, insbesondere von HCl und/oder H₂SO₄, bevorzugt in mindestens eine der Prozesslösungen und/oder in den Getränkewasserstrom vorgesehen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsanlage ist an dem Leitungssystem und/oder der Kalkabsättigungsvorrichtung mindestens eine Vorrichtung zum Zudosieren von CO₂ vorgesehen.
Es versteht sich, dass erfindungsgemäß auch Verfahrensschritte mit dem Getränkeherstellungsverfahren abgedeckt sind, die die direkte Nutzung einer oder mehrerer Prozesslösungen ohne Vermischung mit Frischwasser (zweiter Teilstrom) zur Herstellung eines Getränks oder eines anderen beliebigen Betriebswasserstroms vorsehen. Darüberhinaus ist das erfindungsgemäße Getränkeherstellungsverfahren auch für die Herstellung von Prozesslösungen uneingeschränkt geeignet, die nicht Getränkewasserqualität aufweisen, d. h. auch nicht als Trinkwasser genutzt werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vor oder hinter dem statischen Mischer bzw. anstatt des statischen Mischers ein Behältnis vorgesehen sein, in das das Kalkmilch-Frischwassergemisch eingeleitet wird, bevor es anschließend der Membranfiltration zugeleitet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsverfahrens.
Die 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsverfahrens, bei der die Mikrofiltration vor einer Säurezugabe in die Prozesslösung vorgenommen wird.
Die Figuren der Zeichnungen zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind so dargestellt, dass ihr Aufbau gut gezeigt werden kann.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Getränkeherstellungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsverfahrens dargestellt. In die Getränkeherstellungsanlage werden ein erster und ein zweiter Teilstrom 1, 2 von Frischwasser eingeleitet. Dieses Frischwasser wird in der Getränkeherstellungsanlage zu Getränkewasser, insbesondere zu Brauwasser zur Herstellung von Bier, aufbereitet. Ein Storm dieses Brauwassers (Getränkewasserstrom bzw. Brauwasserstrom 5) wird nachfolgend durch eine Brauwasserleitung 6 in eine Getränkeproduktionsanlage 7 eingeleitet. Dabei wird das Brauwasser zur Herstellung eines Getränkes 8 aus dem Brauwasser in einem Getränkeherstellungsprozess weiterverarbeitet. Bei der Getränkeproduktionsanlage kann es sich zum Beispiel um eine Bierbrauanlage handeln. Dabei wird ein Maischen 10 und ein Läutern 11 und ein Würzekochen 12 vorgenommen, was in der Figur durch die Aufteilung der symbolisch dargestellten Getränkeproduktionsanlage 7 dargestellt ist.
Der erste Teilstrom 1 wird in einen Behälter 15 eingeleitet, in dem das Absättigen des Frischwassers des ersten Teilstromes 1 mit Kalk erfolgt. Bei diesem Behälter 15 handelt es sich um einen Absetzbehälter (Kalksättiger), also eine Sedimentationsstufe des Getränkeherstellungsverfahrens, in den der Kalk 16, z. B. als Kalkmilch, aus einem Kalkmilchvorrats- oder Mischbehälter 17 eingeleitet wird. Der mit Kalk abgesättigte erste Teilstrom 18 wird über eine Leitung eines Leitungssystems 20 der Getränkeherstellungsanlage als trübefreies und klares abgesättigtes Wasser aus dem Kalksättiger abgezogen. Die Fließrichtungen innerhalb der Leitungen des Leitungssystems 20 sind in der Figur durch Pfeilspitzen auf den Leitungen symbolisch dargestellt und Punkte an Leitungs-Kreuzungen bedeuten, dass an diesen Stellen aufeinandertreffende Flüssigkeitsströme miteinander vermischt bzw. ineinander übergeführt werden können.
An der Leitung zur Ableitung des abgesättigten ersten Teilstromes 18 aus dem Behälter 15 sind Verzweigungen 25 zur Zugabe von HCl und/oder H₂SO₄ in den mit Kalk abgesättigten ersten Teilstrom 18, also in die Prozesslösung 27, vorgesehen. Diese Zugabe wird über jeweils eine Dosierpumpe 28 in vorgegebenen Dosierungen vorgenommen. Weiter ist an dieser Leitung des Leitungssystems 20 eine Vorrichtung zur Zudosierung 29 von CO₂ z. B. aus einer Gasflasche vorgesehen. Diese Zudosierung 29 von CO₂ erfolgt nach der Zugabe von HCl und/oder H₂SO₄. Auch diese Zudosierung 29 wird in einer vorgegebenen Dosierung vorgenommen. Es kann weiter über einen pH-Wert Sensor 30 an einer Leitung, durch die das aufbereitete Brauwasser in die Getränkeproduktionsanlage 7 geleitet wird, das Zudosieren von Säure derart geregelt werden, dass im Brauwasser ein vorgegebener pH-Wert eingestellt wird.
Die Prozesslösung 27 wird durch das Leitungssystem 20 über eine Dosierstelle 33, d. h. eine bevorzugt regelbare Verzweigung, dosiert dem zweiten Teilstrom 2 des Frischwassers zum Ausbilden des Brauwasserstromes 5 in einem vorgegeben Mischungsverhältnis zugemischt. Überschüssige Prozesslösung 27 wird über eine Abzweigung 35 im Leitungssystem 20 in einen Vorratsbehälter 37, z. B. einen Tank aus Kunststoff oder Edelstahl, zur Bevorratung der Prozesslösung 27 eingeleitet. Selbstverständlich kann auch die gesamte Prozesslösung 27 zunächst in den Behälter 37 eingeleitet werden und aus dem Behälter 37 in den zweiten Teilstrom 2 zugemischt werden. Letztere Variante ist in der Figur durch eine gestrichelt eingezeichnete Leitung 40 dargestellt. Aus dem Behälter 37 kann eine Zugabe der Prozesslösung in das Getränk 8 während des Getränkeherstellungsprozesses vorgenommen werden. Dazu sind Leitungen mit Dosierpumpen 42 zur Dosierung der Prozesslösung 27 zwischen dem Behälter 37 und der Getränkeproduktionsanlage 7 vorgesehen. Zum Beispiel kann eine Zugabe der Prozesslösung 27 beim Maischen 10 und/oder beim Läutern 11 und/oder beim Würzekochen 12 vorgenommen werden. Nach der Mischung des Brauwassers aus Frischwasser und Prozesslösung 27 kann eine weitere Zudosierung 45 von CO₂ über eine weitere Zudosierungsvorrichtung, z. B. ein Einleitungsventil, vorgenommen werden.
In dem Leitungssystem 20 ist eine Vorrichtung zur Membranfiltration (Membranfilter) 50 der Prozesslösung 27 vorgesehen. Der Membranfilter 50 ist vor der Abzweigung 35 für die Ableitung von Prozesslösung 27 in den Vorratsbehälter 37 und vor deren Zuleitung in den zweiten Teilstrom 2 des Frischwassers vorgesehen, so dass die Prozesslösung 27 vollständig den Membranfilter 50 durchläuft und filtriert wird, bevor sie zur Brauwasserherstellung verwendet wird. Die Zugabe von HCl und/oder H₂SO₄ in die Prozesslösung erfolgt vor dem Membranfilter 50.
Die Filtration der Prozesslösung 27 ermöglicht es, eine direkte Einmischung in einem Mischer 51 von Kalk 16, insbesondere von Kalkmilch, z. B. aus einem Vorratsbehälter 53, in den ersten Teilstrom 1 des Frischwassers vorzunehmen, ohne dass dabei der Absetzbehälter 15 durchlaufen werden muss, da durch die Filtration im Membranfilter 50 eine ausreichende Klärung der Prozesslösung 27 ermöglicht wird. In der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist die direkte Einmischung 51 von Kalk 52 parallel zum Durchlaufen des Absetzbehälters 15 zur Absättigung mit Kalk vorgesehen, so dass je nach benötigter Menge von Prozesslösung 27 die direkte Einmischung 51 alternativ oder in Kombination mit der Verwendung des Absetzbehälters verwendet werden kann. Selbstverständlich kann auch lediglich ein Absetzbehälter 15 ohne die direkte Einmischung von Kalkmilch vorhanden sein. Der Membranfilter 50 dient dann zur Klärung der Prozesslösung und/oder des Getränkewassers bei unvollständigem Absetzen der Trübungen im Absetzbehälter 15.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsverfahrens dargestellt. Anlagenteile, die denen aus 1 entsprechen, sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform wird die Mikrofiltration vor einer Säurezugabe in die Prozesslösung vorgenommen, d. h. Verzweigungen 25 zur Zugabe von HCl und/oder H₂SO₄ in die Prozesslösung erfolgen nach deren Mikrofiltration d. h. die Vorrichtung zur Membranfiltration 50 ist stromaufwärts vor den Verzweigungen 25 im Leitungssystem 20 angeordnet.
Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Getränkeherstellungsanlage wird Kalkmilch 70, z. B. mit einer Konzentration von ca. zwanzig Gewichtsprozent Kalk in Wasser, in den ersten Teilstrom 1 des Frischwassers eingeleitet, so dass danach ein Kalkgehalt von ca. 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Kalk im Frischwasser enthalten ist. Ein Absetzbehälter ist nicht vorhanden.
Die Kalkmilch 70 wird in einer Kalkmilchmischvorrichtung 71 angesetzt, wobei die Kalkmilch 20 durch Einmischen von Kalk 16 in aus einer Wasserleitung zugeführtes Wasser 75 in einem Behälter, z. B. unter Rühren mittels eines Rührwerkes, zusammengemischt wird. Nach Einleiten der Kalkmilch 70 in den ersten Teilstrom 1 wird das Kalkmilch-Frischwassergemisch durch einen statischen Mischer 80 geleitet. Zusätzlich bzw. alternativ kann vor oder hinter dem statischen Mischer 80 ein Behältnis angeordnet sein, in das Kalkmilch-Frischwassergemisch eingeleitet wird. Aus diesem Behältnis wird anschließend nach einer bestimmten Verweilzeit dieses Kalkmilch-Frischwassergemisch der Membranfiltration 50 zugeleitet.
Als Kalkabsättigungsvorrichtung kann die zur Einleitung der Kalkmilch (70) in den ersten Teilstrom (1) vorhandene Einleitstelle im Leitungssystem auch ohne einen Mischer eingesetzt werden.
Nachfolgend wird das Kalkmilch-Frischwassergemisch, also die Prozesslösung 27, durch die Vorrichtung zur Membranfiltration 50 (Membranfilter) geleitet. Die Vorrichtung zur Membranfiltration 50 ist dazu derart in dem Leitungssystem 20 angeordnet, dass der Filter der Vorrichtung zur Membranfiltration 50 im Überströmverfahren betrieben werden kann. Es wird also nur ein Teil der eingeleiteten Flüssigkeit als Filtrat ausgeleitet und ein weiterer Teil der Flüssigkeit (Überströmung der Filterfläche) wird über eine Rückführungsleitung 85 zur Kalkmilchmischvorrichtung 71 zurückgeleitet und wieder zum Ansetzen von Kalkmilch 70 verwendet. Der letztgenannte Teil der Flüssigkeit kann auch ganz oder teilweise wieder in die Vorrichtung zur Membranfiltration 50 eingeleitet werden. Dazu ist eine Leitung 90 vorgesehen, die über regelbare Abzweigungen 91, den Überströmablauf 93 des Membranfilters 50 und dessen Zuleitung 94 verbindet.
Die als Filtrat aus der Vorrichtung zur Membranfiltration 50 abgeführte Prozesslösung 27 aus klarem abgesättigtem Kalkwasser wird nachfolgend zu deren Mengenpufferung in einen Vorratstank 96 eingeleitet. Aus diesem Vorratstank 96 wird die Prozesslösung 27 in jeweils gewünschter Menge zur weiteren Getränkeherstellung abgeleitet und/oder durch Zugabe von mindestens einer Säure weiterverarbeitet.
Vorgeschlagen wird Getränkeherstellungsverfahren mit den Verfahrensschritten: Aufbereiten von Frischwasser zu Getränkewasser, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier, durch

– Herstellen mindestens einer abgesättigtes Kalkwasser enthaltenden Prozesslösung 27 durch Absättigen, bevorzugt Sättigen, eines ersten Teilstromes 1 des Frischwassers mit Kalk 16, bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch 70 in das Frischwasser des ersten Teilstroms 1,
– Einmischen von zumindest einem Teilvolumen der Prozesslösung 27 in einen zweiten Teilstrom 2 des Frischwassers in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis zur Herstellung eines Getränkewasserstroms 5, und nachfolgende Herstellung eines Getränkes 8 aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstroms 5 in einem Getränkeherstellungsprozess.

Dabei werden die Prozesslösung 27 und/oder das Getränkewasser des Getränkewasserstroms 5 durch Membranfiltration in einer Vorrichtung zur Membranfiltration 50 geklärt.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005061492 B1 [0003]

Claims

Getränkeherstellungsverfahren mit den Verfahrensschritten Aufbereiten von Frischwasser zu Getränkewasser, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier, durch – Herstellen mindestens einer abgesättigtes Kalkwasser enthaltenden Prozesslösung (27) durch Absättigen, bevorzugt Sättigen, eines ersten Teilstromes (1) des Frischwassers mit Kalk (16), bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch (70) in das Frischwasser des ersten Teilstroms (1), – Einmischen von zumindest einem Teilvolumen der Prozesslösung (27) in einen zweiten Teilstrom (2) des Frischwassers in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis zur Herstellung eines Getränkewasserstroms (5), und nachfolgende Herstellung eines Getränkes (8) aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstroms (5) in einem Getränkeherstellungsprozess, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesslösung (27) und/oder das Getränkewasser des Getränkewasserstroms (5) durch Membranfiltration in einer Vorrichtung zur Membranfiltration (50) geklärt wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Membranfiltration um eine Mikrofiltration oder eine Ultrafiltration handelt und/oder dass die Vorrichtung zur Membranfiltration (50) im Überströmverfahren betrieben wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zugabe von Kalkmilch (70) in das Frischwasser des ersten Teilstroms (1) der erste Teilstrom einen bevorzugt statischen Mischer (80) zur Absättigung der Prozesslösung (27) und Konzentrationsreduzierung der Kalkmilch (70) durchläuft.
Getränkeherstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfiltration der Prozesslösung (27) unmittelbar nach Durchlaufen des Mischers (80) vorgenommen wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung von abgesättigtem Kalkwasser und/oder von Filterretentat aus der Vorrichtung zur Membranfiltration (50) zu einer Kalkmilchmischvorrichtung (71) zur Anmischung der Kalkmilch (70) vorgenommen wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesslösungen (27) vor der Zugabe in den zweiten Teilstrom (2) jeweils in einen Vorratstank (96, 37) eingeleitet werden.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens eine der Prozesslösungen (27) mindestens eine Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, zugegeben wird, bevorzugt wobei die Säure vor der Membranfiltration zugegeben wird und/oder dass dem ersten Teilstrom (1) oder dem zweiten Teilstrom (2) des Frischwassers mindestens eine Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, zugegeben wird, und/oder dass dem Getränkewasser des Getränkewasserstroms (5) mindestens eine Säure, insbesondere HCl und/oder H₂SO₄, zugegeben wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bevorratung mindestens einer der Prozesslösungen (27) in jeweils einem Behälter (37), insbesondere zu deren Zugabe in das Getränkewasser, während des Getränkeherstellungsprozesses vorgenommen wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbereitens des Frischwassers zu Getränkewasser in einen der Teilströme (1, 2) und/oder in mindestens eine der Prozesslösungen (27) und/oder vor der Herstellung des Getränkes in den Getränkewasserstrom (5) CO₂ zudosiert (29, 45) wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das CO₂ nach der Zugabe der Säure, insbesondere von HCl und/oder H₂SO₄, zudosiert (29, 45) wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zudosierencon Säure derart geregelt wird, dass im Getränkewasser ein vorgegebener pH-Wert eingestellt wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Getränkewasser Brauwasser zur Herstellung von Bier hergestellt wird, bevorzugt wobei mindestens eine der Prozesslösungen (27) in mindestens einem Bierbereitungsschritt, insbesondere dem Maischen (10) und/oder Läutern (11) und/oder Würzekochen (12) dem Getränkewasser zugegeben wird.
Getränkeherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine pH-Wertmessung und/oder eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Getränkewassers und/oder des geklärten abgesättigten Kalkwassers und/oder mindestens einer der Prozesslösungen (27) vorgenommen wird.
Getränkeherstellungsanlage zur Durchführung des Getränkeherstellungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit – einer Kalkabsättigungsvorrichtung, bevorzugt einem Kalksättigungsbehälter (15) und/oder einem Mischer (51, 80), zum Ausbildung mindestens einer Prozesslösung (27) durch Absättigen eines ersten Teilstromes (1) von Frischwasser mit Kalk (16), bevorzugt durch Zugabe von Kalkmilch (70) in den ersten Teilstrom (1), – einem Leitungssystem (20) mit einer Leitung zur Ableitung des abgesättigten ersten Teilstromes (18) aus der Kalkabsättigungsvorrichtung, und einer Dosierstelle (33) zum Einmischen von mindestens einem Teilvolumen der Prozesslösung (27) in einen zweiten Teilstrom (2) des Frischwassers in einem vorgegeben Mischungsverhältnis zum Ausbilden eines Getränkewasserstromes (5), und – einer Getränkeproduktionsanlage (7) zur nachfolgenden Herstellung eines Getränkes (8) aus dem Getränkewasser des Getränkewasserstromes (5) in einem Getränkeherstellungsprozess, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Leitungssystem (20) mindestens eine Vorrichtung zur Membranfiltration (50) der Prozesslösung (27) und/oder des Getränkewasserstroms (5) vorgesehen ist.
Getränkeherstellungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Leitungssystem (20) mindestens eine Verzweigung (25) zur Zugabe von mindestens einer Säure, insbesondere von HCl und/oder H₂SO₄, bevorzugt in mindestens eine der Prozesslösungen (27) und/oder in den Getränkewasserstrom (5) vorgesehen ist.
Getränkeherstellungsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Leitungssystem (20) und/oder der Kalkabsättigungsvorrichtung mindestens eine Vorrichtung zum Zudosieren (29, 45) von CO₂ vorgesehen ist.