DE1442237B2 - Verfahren zum Herstellen von konzentriertem Bier - Google Patents

Description

Der Wasserentzug von Nahrungs- und Genußmitteln dient bekanntlich der Einsparung von Transportkosten — insbesondere bei großen Entfernungen. Dieser Wasserentzug wird vorwiegend durch Eindampfen der Ware bewerkstelligt. Eindampfprozesse können normalerweise nicht angewendet werden, wenn den Lebensmitteln mit dem Verdampfungsprozeß wertbestimmende Bestandteile entzogen werden. Das ist z. B. bei alkoholischen Flüssigkeiten der Fall, da der Alkohol sich mit dem verdampfenden Wasser verflüchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wasserentzug von alkoholhaltigen und kohlendioxydhaltigen Flüssigkeiten, insbesondere Bier so zu bewerkstelligen, daß der für das Produkt wertbestimmende Alkohol während des Eindampf- und Konzentrierprozesses ebenfalls konzentriert wird und die im Bier wert- und geschmacksbestimmenden Aroma- und Geschmacksstoffe praktisch im vollen Umfang erhalten bleiben.

Es ist bekannt, einem Gärungsprodukt aus Trauben oder Obst den Alkohol und einen Teil des Wassers durch Destillation zu entziehen (US-PS 3 052 546). Dabei werden die bei der Destillation übergehenden Aroma- und Geschmacksstoffe gesammelt, dem Rückstand wieder zugeführt, nachdem dieser Rückstand in einem Vakuumverdampfer im gewünschten Umfang vom Wasser befreit worden ist.

Es ist weiter bekannt, durch Destillation alkoholischen Bieres am Rückflußkühler ein alkoholfreies Getränk herzustellen (DT-PS 88 340). Es ist weiter bekannt, alkoholarmes Bier durch kontinuierliches Verdampfen von Normalbier durch Vakuumdünnschichtverdampfung zu erzielen (US-PS 1286 315).

Auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von konzentriertem Bier dient normal ausgebrautes kohlensäurehaltiges bzw. kohlendioxydhaltiges Bier als Ausgangsstoff. Da es sich hierbei im Gegensatz zu den zum Stand der Technik geschilderten Verfahren um eine Konzentration des Alkohols und der Aromastoffe des Ausgangsbieres unter Abscheidung von Wasser handelt, muß das Ausgangsbier eingedampft werden. Dabei entsteht normalerweise eine starke Schaumbildunii. Dieser Schaum verbreitet sich innerhalb kurzer Zeit über das gesamte Verdampfersystem und macht ein Abdampfen des Alkohols unmöglich.

Daher werden erfindungsgemäß an Stelle der normalen Verdampfer Dünnschichtverdampfer, vorzugsweise mit mechanischer Filmbildung, verwendet, und der Abdampferprozeß erfolgt bei Temperaturen unterhalb von 70⁰C und damit unter Vakuum. Dadurch läßt sich einerseits kohlensäurehaltiges Bier ohne Schaumbildung eindampfen und ohne Veränderung von Inhaltsstoffen des Bieres, die sich beim Eindampfen unter atmosphärischem Druck verändern, z. B. werden Eiweißstoffe denaturiert und fallen als Trübung aus, Bitterstoffe werden in ihrer Struktur verändert und verleihen dem Getränk einen metallisch bitteren Geschmack.

Am Ausgang des Dünnschichtverdampfers werden die nichtfiüchtigen Bestandteile einschließlich Aroma- und Geschmacksstoffen abgezogen und die flüchtigen Geschmacks- und Aromastoffe mit den Wasserbrüden zur Konzentration des Alkohols und der Aroma- und Geschmacksstoffe einer Gegenstromdestillation unterworfen.

Hier erfolgt eine Trennung des Brüdengemisches in Alkohol mit Geschmacks- und Aromastoffen einerseits und in Wasser andererseits. Am Kopfende der Kolonne wird der Alkohol zusammen mit den flüchtigen Aromastoffen des Bieres kontinuierlich abgenommen. Schließlich werden die Rückstände vom Dünnschichtverdampfer und die oberen Abgänge der Gegenstromdestillation zum Konzentrat zusammengemischt.

Beim Durchführen dieses Verfahrens führt die aus dem System austretende Kohlensäure noch gewisse Mengen an Aromastoffen mit sich. Aus diesem Grunde wird die ausgetretene Kohlensäure vor Verlassen des Systems ausgewaschen. Bei dem Waschprozeß kann die Kohlensäure entweder durch eine Waschkolonne, die ähnlich wie eine Fraktionierkolonne gebaut ist, oder durch eine andere Wascheinrichtung geführt werden. Als Waschflüssigkeit dient zweckmäßigerweise nach Tiefkühlung das am oberen Ende der Gegenstromdestillationskolonne anfallende alkoholische Konzentrat.

Da eine längere Heiß- und Warmhaltung des Bieres bei Temperaturen unterhalb 70⁰C ebenfalls zu Schädigungen der Bierinhaltsstoffe führen kann, ist es zweckmäßig, den Eindampfprozeß so ablaufen zu lassen, daß das Bier innerhalb kurzer Zeit auf die gewünschte Siedetemperatur erhitzt wird und nach erfolgter Eindampfung das gewonnene Produkt sofort wieder auf Lagertemperatur gekühlt wird. Auf diese Weise läßt sich der gesamte Eindampfprozeß kontinuierlich durchführen.

In der beschriebenen Weise läßt sich das Bier bis auf knapp ein Zwanzigstel seines ursprünglichen Volumens eindampfen. Auch der Alkohol des Bieres kann bis auf nahezu ein Zwanzigstel des ursprünglichen Biervolumens konzentriert werden. Die Vermischung von Bier- und Alkoholkonzentrat ist unmittelbar nach dem Eindampfprozeß vorzunehmen, da anderenfalls biologische Veränderungen in dem erhaltenen Bierkonzentrat eintreten können. Auf diese Weise kann das Endprodukt praktisch ohne besondere Schutzmaßnahmen unbegrenzt lange gelagert bzw. über weite Strecken transportiert werden.

Bei Durchsatz von 1000 1 Bier mit einem Alkoholgehalt von 5 Volumprozent, das 50 1 reinen Alkohol

und 40 kg nichtflüchtiger Extraktstoffe enthält, ergeben sich folgende Verhältnisse:

1. Im geschlossenen Sammelraum unterhalb von Dünnschichtverdampfer befinden sich 40 1 nichtflüchtige Extraktstoffe in Lösung in Wasser mit einem Gesamtinhalt von 40 kg Extrakt und 10 1 Wasser, was ein Eindampfen auf 4% des ursprünglichen Volumens bedeutet.

2. Am Ende der Waschsäule, welche der Gegenstromkolonne nachgeschaltet ist, ergeben sich 50 1 Alkohol plus Aromakonzentrat, das sich zusammensetzt aus 40 1 reinem Alkohol und knapp 10 1 wäßriger Aromalösung, was einem Eindampfen auf 6% des ursprünglichen Volumens entspricht.

3. Aus 1. und 2. wird das Bierkonzentrat zusammengemischt, das aus 50 1 reinem Alkohol, 40 kg Extrakt und etwa 20 1 wäßriger Aromalösung besteht, also gegenüber dem Ausgangsvolumen von 1000 1 auf 10% eingedampft ist mit einem Anteil von 50 Volumprozent Alkohol.

Im örtlichen Verbrauchsbereich wird das konzentrierte Produkt wieder mit destilliertem Wasser auf die Ursprungsstärke verdünnt, mit Kohlensäure versetzt und abgefüllt.

>5

20 Daß sich im Endkonzentrat praktisch die im Ausgangsbier enthaltenen wert- und geschmacksbestimmenden Aroma- und Geschmacksstoffe wieder finden, haben zahlenmäßige Vergleichsversuche ergeben. Dazu wurden 4 Fässer mit je 30 1 Exportbier der Anmelderin mit einem Vakuum-Rohrverdampfer System LUWA im Vakuum eingedampft. Das Eindampfen erfolgte in mehreren Stufen, die in den unten angegebenen Meßwerten zu diesen Versuchen als Versuche 1 bis 9 angegeben sind.

Im Versuch 1 wurde von der Ausgangsmenge etwa 15% abgedampft. Das gewonnene Brüdendestillat wurde im Versuch 8 und 9 weiter geteilt, indem zuerst ein Teil verdampft wurde und dann von dem »Konzentrat« nochmal ein Teil verdampft wurde.

Im Versuch 2 bis 6 wurde in 5 Stufen das Bier nach Refraktometer auf 50% konzentriert.

Im Versuch 8 wurde aus dem Brüdendestillat des Versuches 2 der ersten Konzentrierungsstufe auch etwa 15% verdampft. In diesem Brüdendestillat waren noch erhebliche Geruchs- und Geschmacksstoffe zu erkennen, die sich dann in den abdestillierten 15% wiederfanden.

Tabelle

Meßwerte mit eingetragenen Proben Nr. I, II, VI, VII, VIII, IX und XI

	tA	Temperatur	's	Absch. Druck	A	Mengen	B
Nr.	49	Ή	45	P(T)	I 44 l/h 44 kg/h	K	VI 18,1 1 7,1 l/h
1	50	52	46	75 T	51,5 l/h 52,5 kg/h	II 93,51 36,9 l/h 36,9 kg/h	29,21 20,1 l/h
2	50	70	46	75 T	44,2 l/h 45,5 kg/h	45,5 1 31,4 l/h 32,4 kg/h	20,61 18,2 l/h
3	48	70	46	75 T	42,4 l/h 45,4 kg/h	29,5 1 26 l/h 29,5 kg/h	12,1 1 18,6 l/h
4	47	71	46,5	75 T	46,3 l/h 51,4 kg/h	15,51 23,8 l/h 26,8 kg/h	3,8 1 16,3 l/h
5	54	74	47	75 T	29,1 kg/h 24,8 l/h	71 30 l/h 35,1 kg/h	1,8 1 5,7 l/h
6	48	98	44,5	75 T	61,7 l/h	7,4 kg 23,4 kg/h 19,1 l/h	2,71 9,5 l/h
7	50	54	42	72 T	51,7 l/h	14,8 1 52,2 l/h	VII 4,5 1 15,0 l/h
8	50	52	45	73 T	36,7 I/h	VIII 11 1 36,7 l/h	IX 3,8 1 13,4 l/h
9	60	73 T	6,61 23,3 l/h

A = Ausgangsmaterial. K = Konzentrat. B = Brüdenkonzentrat.

(Fortsetzung)

	Sdgz. Gew.	Konzentrat	n. Refraktom.	e/Bil.	Bemerkungen
Nr.	ν Α			1,19	Alkohol abstrippen
1	~ 1		5,2		Proben von KaB
					B zu 10% eingesetzt = Probe XI
				1,62	1. Konzentrierungsstufe
2	-1,02	5,2	8,5		Proben von K u. B
				1,54	2. Konzentrierungsstufe
3	-1,03	8,5	15		Probe K
				1,69	3. Konzentrierungsstufe
4	-1,07	15	26,5	1,46	4. Konzentrierungsstufe
5	-1,11	26,5	37,5	1,3	5. Konzentrierungsstufe
6	-1,17	37,5	50	1,18	Vom Brüden Versuch Nr. 2
7	^y 1				Geschmacksstoffe abstrippen
				1,41	Vom Brüden Versuch Nr. 1
8	"w 1				Alkohol abstrippen
				' 1,58	Rückstand (= K) vom Versuch Nr. 8
9	-1				nochmals teilen

Aus diesen Versuchen stammende Proben I, II, VI, VII, VIII, IX und XI wurden dem Institut für Gärungsgewerbe der VLB Berlin übersandt mit dem Auftrag, durch gaschromatographische Untersuchungen feststellen zu wollen, inwieweit die flüchtigen Geschmacks- und Aromastoffe bei der schonenden, im Vakuum und unter Vermeidung von Luftberührung im Modellversuch mehrstufig nacheinander durchgeführten Destillation wiedergefunden werden können.

Dabei ergaben sich folgende Aromakomponenten des Bieres:

Proben

VI!

IX

XI

Methylacetat, mg/1 .
Äthylacetat, mg/1...
Isoamylacetat, mg/1.
n-Propanol, mg/1...
Isobutanol, mg/1 ...

Gärungsisoamylalkohole
(2-MethylbutanoI-(l)
+ 3-Methylbutanol-(l),
mg/1

Acetaldehyd, mg/1

Diacetyl, mg/1

Pentandion-(2,3)m mg/1 ..

Dimethylsulfid, ;xg/l

Diäthylsulfid. ug/I

U
27,6

4,7
13,6
10,7

64,1

5,7

0,022

0,012
41

7,5 61,8 0,0 3,0 3,0

12,5

9,1

0,046

0.016

4 11

297,9 4,8 0,025 0,010 9 6

25,8
339,7

25,9
128,0
184,1

991,0
8,6
0,020
0,010
15
5

5,3 13,6

1,6 44,7 42,5

200,4 3,7 0,049 0,017

10

5,0 19,0

0,8 34,7 33,9

183,7

10,4 0,055 0,020 2

12

Die Alkoholbestimmungen wurden durch Destil- Bestimmung keine quantitative Ermittlung des Alkolationsanalysc im eigenen Labor der Anmelderin holgehaltes vorgenommen wurde,
vorgenommen, weil bei der gaschromatographischen Die Ergebnisse dieser Bestimmungen zeigt Tabelle 2.

Tabelle 2

Scheinbarer Extrakt . Alkoholgehalt

Gewichtsprozent .. Wirklicher Extrakt .. »Stammwürzegehalt«

Ausgangs	1. Zwischen
bier	konzentrat
2,30	4,75
4,14	1,32
4,14	5,35
12,16	7,97

2.

Zwischenkonzentrat

8,60

0,37 8,69 9,41

IO

Außerdem wurden folgende Alkoholgehalte ermittelt:

In der Probe VI wurde ein Alkoholgehalt von 17,21 Gewichtsprozent festgestellt.

In der Probe VII, d. h. dem Destillat aus dem ersten Brüdenkondensat mit 44,05 Gewichtsprozent, 6,48 Gewichtsprozent Alkohol.

Tabelle 3 zeigt als Stoffbilanz die rechnerische Auswertung der gaschromatographischen Ermittlungen auf, in welchen der Verbleib der dem Versuch unterworfenen flüchtigen Bier-Aromastoffe verfolgt ist.

Probe I

zugeführt

Ausgangsbier

1101

Probe II

aus der 1. Stufe

wieder gef. in 93,5 1

Zw. Konz. 1

Probe VI

18,1 1
1. Brüdenkondensat

Summe aus II und VI

Methylacetat, mg

Äthylacetat, mg

Isoamylacetat, mg

n-Propanol, mg

Isobutanol, mg

Gärungsisoamylalkohole = 2-MethylbutanoM 1) + 3-Methylbutanol-(l), mg

Acetaldehyd, mg

Diacetyl, mg

Pentandion-(2,3), mg

Dimethylsulfid, \ig

Diäthylsulfid, jag

Äthylalkohol, kg

132 3320

565 1635 1282

7700 685 2,64 1,4 4920 480 4,554 700

5780

280
280

1168

860
4,30
1,55

384

103
1,234

115,5
1550

153,8
1054

965

5380
87

0,453
0,18
183
108,5
3,115

815,5 7330

153,8 1334 1245

6548

947 4,753 1,73

567

211,5 4,349

Probe VII

Destillat aus VI

Menge 4,5 1

Probe IX

Destillat aus

Brüdenkondensat

aus 3,8 1

Summe aus VII und IX

Methylacetat, mg

Äthylacetat, mg

Isoamylacetat, mg

n-Propanol, mg

Isobutanol, mg

Gärungsisoamylalkohole = 2-Methylbutanol-(l) + 3-Methylbutanol-(l), mg

Acetaldehyd, mg

Diacetyl, mg

Pentandion-(2,3), mg

Dimethylsulfid, μg

Diäthylsulfid, [j.g

116 1530 116,6 576 830

4460 38,8

0,09

0,045 67,5 22,5

(Fortsetzung) 19,6

51,7
6,1
166
157

762
12,3
0,163
0,065

38,0

135,6 1581,7 122,7 742
987

5222

51,1 0,253 0,110

67,5

60,5

Probe XI

Brüdenkondensat 2

(aus Zwischenkonz. 1 etwa

10% überdest.) Anfall etwa 2,7 1

Summe VII + IX +XI

Methylacetat, mg .
Äthylacetat, mg ...
Isoamylacetat, mg.
n-Propanol, mg ...
Isobutanol, mg ...

13,5
51,4
24,0
93,6
91,5

149,1

1633,1

146,7

835,6

1078,5

409 581/2

Fortsetzung

10

Probe XI

Brüdenkondensat 2

(aus Zwischenkonz. 1 etwa

10% überdest.) Anfall etwa 2,7 1

Summe VII + IX + XI

Gärungsisoamylalkohole = 2-Methylbutanol-(l)

+ 3-Methylbutanol-(l), mg

Acetaldehyd, mg

Diacetyl, mg

Pentandion-(2,3), mg

Dimethylsulfid, μg

Diäthylsulfid, μg

Bei den gaschromatographisch verfolgten Stoffen handelt es sich ausnahmslos um »leicht-flüchtige« Substanzen, die dafür bekannt sind, daß sie wesentliche Bestandteile des biertypischen Aromas darstellen. Für alle untersuchten Aromabestandteile gibt es gewisse Grenzwerte, bei deren Überschreitung das gesamte' Aroma des Bieres in ungünstiger Weise beeinflußt wird. Dies ist ganz genau bekannt bei den im gaschromatographischen Analysenattest zuletzt aufgeführten vier Substanzen: Diacetyl, Pentadion und den Merkaptamen Dimethylsulfid und Diäthylsulfid. Von diesen machen sich im allgemeinen schon sehr geringe Mengen geschmacklich und geruchlich abträglich bemerkbar (d. h., die Schwellenwerte dieser Stoffe sind sehr gering). Deshalb sind die gefundenen und als Summen berechneten Merkaptame auch in Mikrogramm anzugeben, im Gegensatz zu den übrigen Feststellungen in Milligramm).

Vor allem bei Probe II dem Zwischenkonzentrat der 1. Stufe wurden teilweise viel höhere Werte an Methylacetat, Äthylacetat und Acetaldehyd gefunden als im Ausgangsbier, wofür zunächst keine Erklärung gegeben werden kann. Denkbar wäre lediglich, daß dies auf Polymerisationen bestimmter Stoffe beruht oder aber auch im Zusammenhang mit einer im Kleinmaßstab vielleicht nicht absolut gelungenen Fernhaltung von Sauerstoff steht und daher auf Oxydationen beruht, die im technischen Maßstab ohne weiteres vermeidbar wären. Jedenfalls können diese Aromaprodukte wegen ihrer Leichtflüchtigkeit auch nicht im Konzentrat angereichert bleiben und 495

26,1
0,148
0,054
5,4

32,4

5717

77,2
0,401
0,164

72,9

92,9

müssen natürlich in den Brüden übergehen. Andererseits ist hierfür im Brüdenkondensat (s. Probe XI) kein Anhalt gegeben.

Die weiteren geringfügigen Divergenzen der in den beiden »Stoffbilanzen« festgehaltenen Daten sind wohl auf die hohen Umrechnungsfaktoren und die mit dem Kleinversuch im Zusammenhang stehenden Ungenauigkeiten in der Mengenerfassung zurückzuführen.

Insgesamt kann aber insbesondere beim Vergleich der Proben I (Ausgangsbier) und VI (1. Brüdenkondensat), wie andererseits aus VI mit Proben VII (Destillation aus VI) sowie den Summen aus VII und IX bzw. Summe aus VII, IX und XI der Schluß gezogen werden, daß bei dem angewendeten Verfahren der Fallstrom-Vakuumverdampfung, gemäß der Anmeldung unter den angewendeten Versuchsbedingungen auch gaschromatographisch der Beweis erbracht werden konnte, daß die wesentlichen Aromastoffe mit dem Alkohol zusammen praktisch verlustlos in jene Destillationsfraktionen von geringem Volumen übergehen, die zusammen mit dem zähflüssigen und nicht destillierbaren Anteil des "Bierkonzentrates das »Bierkonzentrat« schlechthin darstellen.

Zu beachten dürfte sein, daß es einen wesentlichen Vorteil darstellt, daß allgemein die geschmacklich und geruchlich abträglichen Bestandteile: Diacetyl, Pentandion, Dimethylsulfid und Diäthylsulfid und auch in gewissem Sinne dabei auch Acetaldehyd eine nennenswerte Einschränkung erfahren.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Bierkonzentrat, wobei das Bier kontinuierlich unter Vakuum in Dünnschichtverdampfern eingedampft wird, dadurch gekennzeichn et,'daß die vom Bier bei Temperaturen unterhalb von 70⁰C abgetriebenen, die flüchtigen Geschmacks- und Aromastoffe enthaltenden Alkohol- und Wasserbrüden zu ihrer Konzentration einer Gegenstromdestillation unterworfen werden, das dabei gewonnene, Geschmacks- und Aromastoffe enthaltende Alkoholkonzentrat unmittelbar mit dem aus dem Dünnschichtverdampfer erhaltenen Destillationsrückstand vermischt wird, und die in der gleichzeitig abgetriebenen Kohlensäure noch vorhandenen Aromastoffe durch Waschen mit dem anfallenden Alkoholkonzentrat in dieses rückgeführt werden.