DE19649661A1 - Maischeverfahren - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Maischeverfahren. Die Erfindung bezieht sich
außerdem auf spezielle Maischefilter- und Verarbeitungsvorrichtungen sowie
deren Verwendung.
Maischen ist bei der Bierherstellung ein wesentlicher Verfahrensschritt.
Hierbei wird der feste Ausgangsstoff Malz, bzw. das daraus definiert ge
mahlene Schrot mit Wasser in Temperatur/Zeit Intervallen einem Lösungs
prozeß unterzogen. Die direkt wasserlöslichen Malzinhaltstoffe Zucker, β-
Glucane, Pentosane, Eiweißprodukte, Lipide, Polyphenole werden direkt
gelöst. Der wichtigste Bestandteil, die Malzstärke, wird durch im Malz
vorhandene oder extern zugefügte Enzyme abgebaut und damit in wasser
lösliche Form gebracht. Die Lösung dieser Inhaltsstoffe und die Abtrennung
der ungelösten Bestandteile ist das Ende des Maischeprozesses. Die abfil
trierte Lösung - die Würze - ist in ihrer Zusammensetzung entscheidend für
die Art und die Qualität des daraus gebrauten Bieres.
Die Unterschiede in den Zusammensetzungen der Ausgangsrohfrüchte (bei
spielsweise Gerste, Mais, Reis) bleiben über die Malzbereitung hin bis zum
Maischen erhalten. Mittels unterschiedlicher Maischeverfahren (Zusammen
fassung in Schuster, Weinfurtner, Narziss (1985)) wird zum einen die unter
schiedliche Malzzusammensetzung kontrolliert, zum andern werden hierüber
biersortentypische Würzen erzeugt.
Ziel jedes dieser Maischeverfahren ist es, eine hohe Ausbeute (Lösung aller
löslichen Bestandteile) zu erreichen. Nach dem Trennvorgang sollte die
Würze möglichst partikelfrei sein, damit die nachfolgenden Schritte der
Bierherstellung kontrolliert und gleichmäßig ablaufen. Hierbei sind besonders
geringe β-Glucan-Gehalte im Hinblick auf die spätere Filtrierbarkeit der
Biere sowie geringe Polyphenol- und Anthocyanogen-Gehalte im Hinblick auf
Bierfarbe, Geschmack sowie die kolloidale Bierstabilität wichtig.
Die Trennung der ungelösten Maischebestandteile (Treber), d. h. die Gewin
nung der Würze, wird als "Abläutern" bezeichnet.
Die heutigen konventionellen Filtrations- oder Trennverfahren lassen sich in
Abhängigkeit von ihrer apparativen Ausführung grundsätzlich in zwei unter
schiedliche Verfahrensweisen unterteilen. Hierbei werden in der Regel
- - Läuterbottich oder
- - Maischefilter
eingesetzt, die beide aufgrund von Ablagerungen von Malzpartikeln auf
einem grobporigen Filtermittel einen Filterkuchen ausbilden, der eine Separa
tion der Feststoffe von der Würze erlaubt (Kuchen-Filtration).
Bei der Verwendung eines Läuterbottichs wird im Prinzip über grobe Siebe
mit regelmäßigen Durchtrittsöffnungen im Bereich 700 bis 1200 µm eine
kontinuierliche Filtration durchgeführt. Hierbei wird die Maische in den
Läuterbottich eingepumpt, und es beginnt eine Sedimentation der Spelzen und
groben Malzkornbestandteile. Diese bilden auf dem Boden des Läuterbottichs
eine grobe primäre Filterschicht. Hat diese Filterschicht eine gewisse Dicke
erreicht, so läßt man die Maische unter Schwerkrafteinschluß den primären
Filterkuchen durchströmen. Durch weitere, feinere Partikel in der Maische
wird eine dichtere, sekundäre Filterschicht gebildet. Da zu Beginn der
Filtration noch sehr viele Feststoffe die primäre Filterschicht durchfließen,
wird die abfließende Würze so lange wieder dem Läuterbottich von oben
zugeführt, bis eine ausreichend feststoffarme Würze abläuft. Die Klärwirkung
wird daher überwiegend durch die anwachsende und sich durch abgelagerte
Partikel verdichtende Sekundärschicht bestimmt. Verringert sich die Durch
laufgeschwindigkeit aufgrund einer zu starken Filterverdichtung unter einen
bestimmten Wert, so muß der angefallene Filterkuchen mit mechanischen
Mitteln, üblicherweise mit einem sogenannten Hackwerk, aufgelockert wer
den. Im Anschluß muß der Filterkuchen in der Regel bis zu dreimal mit
heißem Wasser ausgewaschen werden, um noch im Filterkuchen befindliche
Würze zu verwerten.
Der Maischefilter ist ein Kammerfilter. Bei der Maischefiltration wird die
Maische nach dem Maischeprozeß in die Kammern des Filters eingepumpt.
Die Platten der einzelnen Filterkammern sind beidseitig mit Filtertüchern
belegt. Die Filtertücher bestehen in der Regel überwiegend aus Polymerge
webe, z. B. aus Polypropylen, Polyamid oder bei älteren Ausführungen aus
Baumwolltüchern.
Ein typisches Charakteristikum des Maischefilters sind Durchtrittsöffnungen
der Filtertücher im Bereich von 100 µm Durchmesser. Auch bei diesem
Filtrationsprozeß besteht der eigentliche Trennmechanismus darin, daß die
Maische einen sich auf den Filtertüchern ansammelnden Filterkuchen durch
laufen muß. Auch beim Filtrationsverfahren durch Maischefilter muß ein Teil
der zu Beginn abgetrennten Würze, der sogenannte Vorlauf, das Filtrations
verfahren nochmals durchlaufen, da der Feststoffanteil noch zu hoch ist.
Auch beim Maischefilter sind Nachgüsse mit heißem Wasser zur Gewinnung
von im Filterkuchen enthaltener Restwürze notwendig.
Nachteilig wirkt sich bei den bislang beschriebenen Filtrationsverfahren die
Notwendigkeit aus, die Vermahlung der eingesetzten Frucht nur bis zu einer
bestimmten Untergrenze für die Partikelgröße zu betreiben.
Typische Zusammensetzung von Läuterbottich- und Maischefilterschroten sind
in Tabelle 1 (nach Krüger E., Bielig, H.J., (1976)) angeführt.
Zusammensetzung von Läuterbottich- und Maischefilter
schrot (Angaben in Gew.-%)
Zusammensetzung von Läuterbottich- und Maischefilter
schrot (Angaben in Gew.-%)
Zahlreiche Arbeiten aus den 60er und 70er Jahren beschreiben eine wei
tergehende Feinvermahlung von Gerstenmalz (Kienanger, H., (1977)), Schöf
fel, F., (1972)) mit dem Ziel, höhere Extraktausbeuten mit kürzen Maische
zeiten zu erreichen. Ein Einsatz dieser feinvermahlenen Malze selbst mit
kompletten Spelzenanteil scheiterte im wesentlichen an geeigneten Trennver
fahren und Apparaten zur Abtrennung der Würze (Deublein, D., Schoffel
F., (1980)). Der Einsatz einer alternativen Trenntechnik - Vakuumtrommelfil
ter -, bekannt als "Reiterverfahren" (Reiter, F., Brauwelt 102 (1962), 104
(1964)), ergab auch keine zufriedenstellende Lösung.
Eine solche Beschränkung der Feinanteile in den Malzschroten ist jedoch
vom Brauvorgang her nicht wünschenswert. Grundsätzlich geht das Bestreben
dahin, eine möglichst feine Vermahlung des Malzes zu erreichen. Eine
Malzfeinvermahlung erlaubt schnellere enzymatische Abbauvorgänge beim
Maischen durch Vergrößern der für den Stoffaustausch aktiven Oberfläche.
Die Stärkekörner und die proteinreichen Malzfraktionen werden von umge
benden Gerüstsubstanzen freigelegt. Dies bewirkt eine generelle Verkürzung
der Maischzeit und ein besseres Verarbeiten schlechtgelöster Malze. Weiter
hin ergeben sich Geschmacksvorteile für das Bier, wenn auf einen Großteil
der Spelzen als Filtriermittel verzichtet werden kann. Um eine Verarbeitung
von fein vermahlenem Malz im Maischprozeß zu ermöglichen, wurde ver
sucht, anstelle der oben genannten Filtrationsverfahren eine Querstrom-Fil
tration (crossflow filtration) der Maische durchzuführen.
In "EPC Kongreß 1993", S. 76 ff., beschreiben Bühler et al. die Anwen
dung von Membranen für neue Ansätze in Brauerei-Operationen. Insbesonde
re erwähnen sie eine konventionelle Crossflow-Maischefiltration mittels Mem
branen.
Bei der Querstrom-Filtration wird eine Strömung der suspendierten Maische
parallel zur Filtermitteloberfläche erzeugt, um Partikelablagerungen weitge
hend zu verhindern. Im Unterschied zur oben beschriebenen Kuchen-Fil
trationsmethode formen die Feststoffe im Idealfall keinen Filterkuchen auf
dem Filtermittel, d. h. die Maische wird in der Regel allein durch das
eingesetzte Filtermedium geläutert. Während die Querstrom-Filtrationssysteme
grundsätzlich zum Einsatz bei der Läuterung von Maische aus fein ver
mahlenem Malz geeignet sein sollten, ergeben sich jedoch in der Praxis
Probleme, die den Einsatz dieses Filtrationsverfahrens bislang erschwert
haben.
So ist beispielsweise bei den Querstrom-Filtrationsverfahren ein hoher Druck
notwendig, um die hohen Fließgeschwindigkeiten zu ermöglichen, die erfor
derlich sind, um die für die Durchführung des Filtrationsverfahrens erforder
lichen hohen Scherkräfte auf der Oberfläche des Filtrationsmediums zu
erreichen. Weiterhin werden durch Druckunterschiede an der Oberfläche des
Filters Druckgradienten erzeugt, die ein Verstopfen des Filters bewirken
können. Weiterhin können solche Druckunterschiede, insofern sie eine starke
Ausprägung haben, einen Rückfluß der schon filtrierten Würze durch das
Filtermedium bewirken, was zu einem deutlichen Rückgang der Effizienz des
Verfahrens führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein gegenüber dem
heute industriell angewandten Maischeverfahren verbessertes Verfahren zur
Verfügung zu stellen, insbesondere ein solches, das
- - kurze Maischezeiten,
- - höchste Ausbeuten an Kohlehydraten (höchste Extraktausbeute),
- - Flexibilität hinsichtlich der apparativen Ausbaubarkeit in kleinen Stufen,
- - Flexibilität hinsichtlich des Produktes, insbesondere Ermöglichung der Steuerung der bierproduktspezifischen Eigenschaften des Biers durch Steuerung der Maischeverfahrensparameter,
- - eine einfache Durchführung des Verfahrens,
- - eine verbesserte Würzequalität für verbesserte Bierqualität
- - ein kontinuierliches oder quasi-kontinuierliches Verfahren,
- - die Beseitigung der Notwendigkeit der Vorlaufrezyklierung,
- - die Herstellung einer im wesentlichen feststofffreien Würze,
- - die Herstellung einer für die anschließenden Stufen des Bierher stellungsverfahrens verbesserte Maische, insbesondere einer β-Glu can-ärmeren Maische
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Maischeverfahren, Vorrichtungen
und spezielle Verwendung der Vorrichtungen gelöst, wie sie in den An
sprüchen definiert sind. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den
Unteransprüchen sowie den Beispielen.
Gegenstand der Erfindung ist damit ein Maischeverfahren, bei dem Maische
filtriert und Würze erhalten wird, wobei die Maische dem Filtermaterial
eines dynamischen Querstromfiltrationssystems zugeführt wird, Würze von
der Abstromseite des Filtermaterials abgeleitet wird und verdickter Rückstand
von der Anströmseite des Filtermaterials abgeleitet wird.
Unter einem dynamischen Querstromfiltrationssystem wird eine Filtereinrich
tung verstanden, bei der das zu filtrierende Material in einem Volumenseg
ment zwischen einer Filteroberfläche und einer weiteren Oberfläche bewegt
wird, wobei zumindest eine wesentliche Komponente der Relativgeschwindig
keit zwischen zu filtrierendem Material und Filteroberfläche senkrecht zur
Normalen der Filterfläche an der Filterfläche entlang verläuft (Querkom
ponente). Diese Querkomponente wird im Wesentlichen durch Bewegung von
Oberflächen relativ zum filtrierenden Material innerhalb des Querstromfil
trationssystems selbst erzeugt. So kann die Querkomponente beispielsweise
mit rotierenden Scheiben in geringen Abstand von Filteroberflächen, oder mit
zumindest auch azimuthal bzw. umfangsmäßig oszillierenden Filterscheiben
oder mit rotierenden oder oszillierenden konzentrischen Zylindern erzeugt
werden. Vorzugsweise ist die Relativgeschwindigkeit der Filteroberfläche zum
Mittelbereich des Strömungskanals im Bereich von 3 bis 20 m/sek, ins
besondere 4 bis 12 m/sek. Bei oszillierenden Relativbewegungen bezieht sich
die obige Angabe auf das Produkt aus Auslenkung (m) und Frequenz (sek⁻
1). Die weitere Oberfläche kann auch eine Filteroberfläche sein.
Erfindungsgemaß ist es bei dem Einsatz der dynamischen Querstromfiltra
tionseinrichtungen möglich, die Querkomponente der Überströmgeschwindig
keit der Maische oder der Suspension (der kontrollierenden Größe zur
Verhinderung einer möglichen Membranverstopfung oder -belegung) von dem
transmembranen Differenzdruck (der den Filterfluß kontrollierenden Größe)
zu entkoppeln. Es wird angenommen, daß die gefundenen wertvollen Ergeb
nisse des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diesem Unterschied des dynami
schen Querstromfiltrationssystems im Vergleich zu konventionellen Filtrations
einrichtungen, also solchen ohne bewegte Teile in der Filtrationseinrichtung,
beruht.
Das erfindungsgemäße Maischeverfahren weist bevorzugt eines oder mehrere
der folgenden Merkmale auf:
- a. als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird eines mit rotieren den Scheiben oder mit konzentrisch rotierenden Zylindern oder mit oszillierenden Scheiben eingesetzt;
- b. als Filtermaterial wird ein Material ausgewählt aus:
- - Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, Polyte trafluorethylen-Membranen (PTFE-Membranen), Polyvinyliden fluorid-Membranen (PVDF-Membranen), vorzugsweise ausge wählt aus Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Tennessee 1978) von unter 2 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- - Stahl;
- - Nickel oder
- - Keramik
- c. als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird ein geschlossenes, vorzugsweise druckbeaufschlagtes dynamisches Querstromfiltrations system eingesetzt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der Regel alle
auch bei den bisher verwendeten Filtrationsverfahren eingesetzten Malze und
daraus gewonnene Maischen verwendet werden. Im Vergleich zu den bis
heute gebräuchlichen Verfahren können jedoch beim erfindungsgemäßen
Verfahren auch im Vergleich zu Durchschnittsmalzen stark unterlöste Malze
verwendet werden. Unter "unterlösten Malzen" werden dabei im Sinn der
Erfindung Malze verstanden, die folgende Werte nach MEBAK haben:
- - Friabilimeterwert < 80 Gew.-%,
- ganzglasige Körner < 3 Gew.-%,
- Mehl/Schrot Differenz < 2%,
- Viskosität η < 1.6 m Psek und
- Verzuckerungszahl 145°C < 36.
Es ist im Sinne der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn das beim erfin
dungsgemäßen Verfahren eingesetzte Malz einen verringerten Spelzengehalt
aufweist, wobei der Spelzengehalt durch jede dem Fachmann auf dem Gebiet
der Spelzentrennung bekannte Form der Abtrennung von Spelzen vom Korn
durchgeführt werden kann. Das in der oben beschriebenen Art spelzenver
minderte Malzschrot bzw. Malzmehl wird entsprechend zur Herstellung von
Maischen mit einem verringerten Spelzengehalt eingesetzt. Die beim erfin
dungsgemäßen Verfahren verwendete Maische hat vorzugsweise einen Spel
zengehalt von 40 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Spelzengehalt
von 50 bis 80 Gew.-% bezogen auf den Spelzengehalt in der Ausgangsmai
sche als 100 Gew.-%. Die Reduktion des Spelzengehalts um 5-60 Gew.-%
kann auch durch Vermischen mit spelzenfreier Frucht oder anderen Kohlehy
dratquellen erfolgen.
Durch die Möglichkeit, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch
Malzmehle einzusetzen, die sehr fein vermahlen sind, findet man in der aus
diesem feinen Malzmehl hergestellten Maische Stärkepartikel einer Korngröße
von unter 100 µm. Bevorzugt weisen die Stärkepartikel eine Teilchengrößen
verteilung auf, bei der 99% der Partikel unter 100 µm Korngröße, 70% der
Stärkepartikel unter 65 µm Korngröße sind, wobei die Stärkepartikel vor
zugsweise zum signifikanten Teil eine bimodale Teilchengrößenverteilung
(bestimmt mit einem Laserbeugungsspektrometer; Helossystem der Fa. Sym
patec) mit ausgeprägten Maxima bei etwa 5 Mm und etwa 25 µm haben.
Vorzugsweise stammt die eingesetzte Maische aus fein vermahlenem Pulver
schrot. Dabei sind 75% der Teilchen kleiner als 150 µm. Typischerweise
haben diese Teilchen keine ausgeprägte bimodale Verteilung.
Die zur Herstellung der Maische eingesetzten Malze können über eine
normale Löslichkeit verfügen, es sind jedoch auch zumindest teilweise
schlecht lösbare (unterlöste) Malze einsetzbar.
Anstatt beim erfindungsgemäßen Verfahren nur eine Art Malzmehle für die
Maische einzusetzen, ist es genauso möglich, ein Gemisch aus mindestens
zwei Malzmehlen einzusetzen, wobei die Mehle eine unterschiedliche Spezifi
kation aufweisen. Dadurch wird in einfachster Weise eine Beeinflussung des
Biercharakters und ein gleichmäßigeres Durchführen des Brauverfahrens
erreichbar.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die
Eigenschaften der Würze durch die Einstellung verschiedener Verfahrens
parameter gesteuert werden kann. Vorteilhafterweise wird das erfindungs
gemäße Verfahren mit solchen Flußgeschwindigkeiten, Drücken und Tempe
raturen gearbeitet, wie sie in der folgenden Tabelle gezeigt ist:
Bevorzugte Verfahrensparameter
Bevorzugte Verfahrensparameter
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß der
Treberanteil der Maische durch die Dynamik des Maischeflusses beschleunigt
ausgesüßt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einem dynamischen Querstromfil
trationssystem betrieben werden. In alternativen Ausführungsformen kann
jedoch auch mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten dynamischen
Querstromfiltrationssystemen gearbeitet werden. Hierbei wird vorzugsweise
aus dem ersten dynamischen Querstromfiltrationssystem die Vorderwürze
gewonnen, während aus der zweiten Stufe und gegebenenfalls aus weiteren
Stufen Nachgüsse und Treber gewonnen werden. Vorderwürze und Nachgüs
se werden zur Pfannenvollwürze vereinigt. Werden zwei oder mehr dynami
sche Querstromfiltrationssysteme eingesetzt, dann kann der Prozeß der
Maischefiltration kontinuierlich gestaltet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich durch die Wahl der Poren
größe des Filtermediums bestimmen, welche Obergrenze für die Teilchen
durchmesser der in der Würze verbleibenden Partikel erreicht werden kann.
In der Regel wird so filtriert, daß die gewonnene Würze im wesentlichen
frei von Partikeln ist, die größer als 0, 1 µm sind.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen, im Stand der Technik beschriebenen
Verfahren kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schon bei Beginn der
Filtrationsstufe ein optimales Filtrationsergebnis hinsichtlich der Teilchen
größenobergrenze für Partikel in der Würze erzielt werden. Daher wird das
erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise ohne Rezyklierung des Vorlaufes
betrieben.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von
Bier, bei dem eine Maische filtriert, die gewonnene Würze mit Hefe fer
mentiert wird und das erzeugte Bier gewonnen wird, wobei die Maische
mittels eines dynamischen Querstromfiltrationssystems filtriert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bier wird mit
einer Maische gearbeitet, die zumindest teilweise aus mindestens einem Mehl
mit einer der beiden folgenden Teilchengrößenverteilungen A oder B besteht:
A: teilentspelzt, feinstvermahlen bimodal
100% < 125 µm
80% < 60 µm
60% < 35 µm
40% < 25 µm
20% < 10 µm
B: Reiterschrot
99% < 600 µm
80% < 200 µm
75% < 150 µm
60% < 80 µm
40% < 40 µm
20% < 20 µm.
A: teilentspelzt, feinstvermahlen bimodal
100% < 125 µm
80% < 60 µm
60% < 35 µm
40% < 25 µm
20% < 10 µm
B: Reiterschrot
99% < 600 µm
80% < 200 µm
75% < 150 µm
60% < 80 µm
40% < 40 µm
20% < 20 µm.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines dynami
schen Querstromfiltrationssystems für die Maischefiltration.
Das im Sinne der Erfindung verwendete dynamischen Querstromfiltrations
system weist vorzugsweise rotierende Scheiben oder konzentrisch rotierende
Zylinder oder oszillierende Scheiben auf.
Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung ist die Verwendung von
dynamischen Querstromfiltrationssystemen, bei denen das Trennmaterial
zumindest teilweise eine mikroporöse Membran ist, insbesondere eine mikro
poröse Polyamidmembran, eine mikroporöse PTFE-Membran oder eine
mikroporöse PVDF-Membran, vorzugsweise eine Membran mit einer Rück
halterate von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders
bevorzugt von etwa 0,1 µm.
Gegenstand der Erfindung ist damit auch die Verwendung eines dynamischen
Querstromfilters, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung des
erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
definiert ist, für die Maischefiltration.
Die Bierbereitung unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in
allen üblicherweise dafür vorgesehenen Vorrichtungen durchgeführt werden,
solange als Filterelement ein wie oben beschriebenes dynamisches Quer
stromfiltrationssystem verwendet wird. Üblicherweise weisen solche Vor
richtungen zur Bierbereitung zur Durchführung des Maischeverfahrens wenig
stens einen Behälter zur Aufnahme von Maische, eine sogenannte Maisch
bottichpfanne, auf, die mit einer thermostatisierten Heizeinrichtung versehen
ist. Für das Maischeverfahren sind, was Temperaturverlauf und Dauer des
Maischeverfahrens betrifft, verschiedene Verfahren bekannt, die alle im
erfindungsgemäßen Sinne anwendbar sind und die in Verbindung mit dem im
Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen dynamischen Querstromfil
trationssystem zusammen genutzt werden können. Neben einem oder mehre
ren Behältern zur Aufnahme von Maische verfügt eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Bierherstellung noch über ein dynamisches Querstromfil
trationssystem, das über einen Einlaß Maische aufnehmen kann, diese zur
Anströmseite eines im dynamischen Querstromfiltrationssystem eingesetzten
Filtermaterials führt, sowie über eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von
der Abstromseite des Filtermaterials.
Weiterhin verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von
Bier über eine Vorrichtung, die es erlaubt, die Maische aus dem Behälter
zu der Einlaßeinrichtung des dynamischen Querstromfiltrationssystems zu
übertragen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist damit eine Vorrichtung zur
Durchführung des Maischeverfahrens umfassend:
- a. einen Behälter zur Aufnahme von Maische, der mit einer thermo statisierten Heizeinrichtung versehen ist;
- b. ein dynamisches Querstromfiltrationssystem zum Aufnehmen von Maische mit einem Einlaß für die Maische an die Anströmseite des Filtermaterials und eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von der Abstromseite des Filtermaterials und einer Einrichtung zur Abfuhr der eingedickten Maische aus dem dynamischen Querstromfiltra tionssystem;
- c. eine Einrichtung zur Übertragung der Maische aus dem Behälter zu dem Einlaß des dynamischen Querstromfiltrationssystems.
Bevorzugt ist das Filtermaterial zum Betreiben der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, ausgewählt aus:
- - Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, PTFE-Mem branen, PVDF-Membranen, vorzugsweise solche Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Tennessee 1978) von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- - Stahl;
- - Nickel oder
- - Keramik
oder einer Kombination aus zwei oder mehr solcher Materialien.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Filtermaterial eine Rückhalterate von
unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm oder insbesondere von
etwa 0,1 µm, hat.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich
die Vorrichtung dadurch aus, daß die dynamische Filtrationsvorrichtung
zumindest eine rotierende Scheibe und zwei Filterplatten in einem stationären
Gehäuse aufweist.
Vorzugsweise ist die Stärke des Strömungskanals etwa 3 bis 30 mm. Der
Durchmesser der Filterscheiben liegt typischerweise im Bereich von 25 cm
bis 2,5 m.
Mit der Erfindung wurden die im folgenden, anhand von Beispielen näher
erläuterten überraschenden Ergebnisse erzielt, und es wurde ein technisch
und wirtschafflich verbessertes Verfahren zur Maischefiltration geschaffen.
Bei diesem Verfahren, bei dem ein dynamisches Querstromfiltrationssystem
zur Filtration der Maische eingesetzt werden, hat sich zudem ergeben, daß
ganz neue Möglichkeiten für die Steuerung und Variation des Bieres selbst
durch eine einfache Einstellung von bestimmten Parametern bei der Maische
filtration ermöglicht werden.
Im Gegensatz zu konventionellen Querstromfiltern, die mit zwangsüber
strömten Kanälen arbeiten, setzt die Erfindung dynamische Querstromfil
trationssysteme ein. Diese Unterschiede sind schematisch in Fig. 2 darge
stellt. Die Erfindung realisiert technische und biertechnologische Vorteile
durch Einsatz von dynamischen Querstromfiltrationssystemen bei der Würze
gewinnung und Treberauswaschung.
Im folgenden werden weitere für die Erfindung gut geeignete Parameter
sowie weitere und speziellere Ausführungsformen anhand von Beispielen und
zusammen mit einer Zeichnung beschrieben, in der
Abb. 1 ein Diagramm mit Flux, Konzentrierungsgrad und Ex
traktgehalt für Pulvermalz beim Abläutern und Aussüßen mittels dynami
scher Querstromfiltration und 0, 1 µm PTFE-Membran
Abb. 2 und 3 ein dynamisches Querstromfiltrationssystem - Typ
rotierende Scheiben - wie es allgemein funktionell in EP 560 281 A1
beschrieben ist, wobei auf die dortige Beschreibung bezug genommen
wird,
Abb. 4 einen Vergleich des β-Glucangehalts zwischen scherspaltfil
trierten Filtraten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach
einem Filtrationsverfahren mit Faltenfilter erhältlichen Filtration,
zeigen.
zeigen.
In Abb. 1 bedeuten:
A: Anschwänzwasser in kg
E: Extrakt der Würze in %
K: Konzentrierungsgrad mf/mO in %
F: Flux in 1/(m2h)
In Abb. 4 bedeuten:
cG: β-Glucan in mg/l
tF: Filtrationszeit in Minuten.
A: Anschwänzwasser in kg
E: Extrakt der Würze in %
K: Konzentrierungsgrad mf/mO in %
F: Flux in 1/(m2h)
In Abb. 4 bedeuten:
cG: β-Glucan in mg/l
tF: Filtrationszeit in Minuten.
Die folgenden Beispiele sind mit einem dynamischen Querstromfiltrations
system - Typ rotierende Scheiben - erstellt worden, wie es in Abb.
2 und 3 gezeigt ist. Für diese Strömungsform wurden die hydrodynamischen
Verhältnisse theoretisch beschrieben, z. B. in Schulz-Grunnow (1935), Daily
u. Nece (1960), Ketola (1968), Schiele (1978), Shirato (1987), und mit
experimentellen Ergebnissen korreliert.
Die angeführten Beispieldaten wurden mit Membranen aus dem Bereich der
Mikrofiltration erstellt. Hierbei wurden Polymermembranen sowie anorgani
sche Filtermaterialien verwendet. Die Beispiele vergleichen zum einen die
Ergebnisse unter identischen Bedingungen parallel zur existierenden Techno
logie. Zum anderen wird die Verwendbarkeit von feinen Pulvermalzen mit
deutlich reduziertem Spelzenanteil mit dieser Technologie aufgezeigt, wobei
die Vorteile im Hinblick auf kürzere Maischezeiten, höhere Extraktausbeute
und reduzierte unerwünschte Würzeinhaltsstoffe nachgewiesen werden.
Es wurde zur Erstellung dieser Daten das standardisierte Eyben-Maische
verfahren verwendet. Die Temperaturraster für die Maischen sind hier 45°C,
62°C und 70°C für jeweils 30 Minuten, Aufheizung mit 1 C°/min. Gegen
Ende des Maischeverfahrens wurde auf 78°C aufgeheizt und die Maische
mittels eines dynamischen Querstromfiltrationssystems sowie zum Vergleich
mit konventionellen Läuterbottichverfahren separiert.
Abb. 1 gibt ein typisches Beispiel für das Abläutern der Maische und
Aussüßen des Trebers mittels dynamischer Querstromfiltration. Eingesetzt
wurde hier eine PTFE-Membran mit einer absoluten Rückhalterate von
0,1 µm. Die mittleren Filtratflüsse liegen bei 180 l/hm2. Die Ergebnisse
werden unter Einsatz eines spelzenreduzierten Pulverschrots (alle Fraktionen
≦ 100 µm, Größenverteilungen (Tabelle 3)) erzielt. In der Literatur (Schu
ster, Weinfurtner, Narziss (1985)) werden für die typischen Malzschrote
entsprechend Tabelle 1 mittlere Filtratflüsse für den Läuterbottich mit
460 l/hm2 und für den Maischefilter mit 200 l/hm2 angegeben. Der Einsatz
eines dynamischen Querstromfiltrationssystems ergibt spezifische Filtratflüsse
in der gleichen Größenordnung wie beiden herkömmlichen Verfahren und
erlaubt die Verwendung eines um den Faktor 1.000 im Vergleich zu dem
Maischefiltern und ca. 10.000 im Vergleich zum Läuterbottich feineres
Filtermaterials (Größe der Durchtrittsöffnungen).
Größenverteilung spelzenreduziertes Pulverschrot
Größenverteilung spelzenreduziertes Pulverschrot
Die Abb. 1 zeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Glatt
wasserkonzentrationen < 1% erreicht werden können.
Vergleichende Untersuchungen aus gleichen Malzpartien wurden mit Läuter
bottichschrot und mit dem Läuterbottichverfahren sowie mit feinvermahlenem
Pulverschrot unter Abtrennung von 50% der Spelzen und Einsatz eines
dynamischen Querstromfiltrationssystems durchgeführt. Tabelle 4 gibt typische
Würzedaten für solche Untersuchungen an.
Würzeinhaltsstoffe für durchschnittlich gelöste Malze, erzielt
mit Läuterbottichverfahren und dynamischen Querstromfil
trationssystem
Würzeinhaltsstoffe für durchschnittlich gelöste Malze, erzielt
mit Läuterbottichverfahren und dynamischen Querstromfil
trationssystem
Durch die teilweise Spelzenabtrennung (50%) beim Pulverschrot ist ein
Gesamtextraktverlust von I % zwischen Pulverschrot und Läuterbottichschrot
zu berücksichtigen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt also zu einem
erheblichen Gewinn an Zuckerausbeute (ca. 7%) sowie zu einer Reduktion
der Anthocyanogene und der β-Glucane. Beides ist sehr vorteilhaft für das
Endprodukt.
Tabelle 5 gibt die typischen Werte für beide Verfahren für unterlöstes Malz
an.
Würzeinhaltsstoffe für unterlöstes Malz erzielt mit Läuter
bottichverfahren und dynamischem Querstromfiltrationssy
stem
Würzeinhaltsstoffe für unterlöstes Malz erzielt mit Läuter
bottichverfahren und dynamischem Querstromfiltrationssy
stem
Die beispielhaften Werte von Tabellen 4 und 5 verdeutlichen generell den
höheren Extraktgehalt der Querstromfilterwürze bei Einsatz von Pulverschrot
mit partieller Spelzentrennung. Die Reduzierung der Polyphenole sowie fast
im gleichen Maße der Anthocyanogene bei beiden Malzen führt zu hellerer
Bierfarbe, besserem Geschmack des Bieres und zu besserer kolloidaler Bier
stabilität.
Die Reduzierung der β-Glucan-Gehalte auf etwa den halben Wert bei den
Querstromfilterwürzen hat entscheidenden Einfluß auf die nachfolgenden
Schritte der Bierherstellung. Aus beiden Würzen identisch hergestellte Biere
zeigten im Hinblick auf die Filtrierbarkeit deutliche Unterschiede. Sowohl
beim Einsatz von Tiefenfiltern (Schichten) als auch Oberflächenfiltern (Mem
branen) zeigten Biere aus Querstromfilterwürze eine doppelt so hohe Fil
trationsgeschwindigkeit wie Biere aus Läuterbottichwürze.
Beim Esser-Test (standardisierter Filtrierbarkeitstest mit 0,2 µm- Membranen)
wurde bei einer Druckdifferenz von 0,5 bar ebenfalls der doppelte Filtratfluß
festgestellt.
Aus zwei verschiedenen Malzpartien (1× durchschnittlich gelöst und 1×
unterlöst) wurden jeweils mittels Läuterbottich und dynamischen Querstromfil
tration Würzen hergestellt, die in zwei separaten identischen Abläufen zu
Bier verarbeitet wurden.
Diese Biere wurden anschließend in einer verdeckten Verkostung beurteilt.
In Tabelle 6 sind diese Ergebnisse angeführt.
Biere 1 bis 4 waren mit durchschnittlich gelöstem Malz, Biere 5 bis 8 mit
unterlöstem Malz hergestellt. Bei der Rangfolge der Bierbewertung bedeutet
1 beste Probe, 8 schlechteste Probe.
Für jeweils eine Läuterbottich- und Querstromtrennung wurde ein identisches
Ausgangsmalz A bzw. B verwendet.
Geschmackliche Beurteilung von Bieren aus Läuterbottich-
und dynamischer Querstromfilterwürze
Geschmackliche Beurteilung von Bieren aus Läuterbottich-
und dynamischer Querstromfilterwürze
Es wurde eine Vergleichsversuchsreihe mit zwei verschiedenen Filtrations
systemen durchgeführt. Das Ergebnis ist in Abb. 4 dargestellt. Zum
einen wurde Maische mit einem Faltenfilter filtriert. Zum anderen wurde
Maische erfindungsgemäß mit einem dynamischen Querstromfiltersystem
filtriert. An den Filtraten wurde jeweils der Glucangehalt gemessen. Die
Abb. 4 zeigt in der oberen Kurve den Glucangehalt des Filtrats das
unter Einsatz des Faltenfilters erhalten wurde, über die Filtrationszeit. Die
untere Kurve zeigt den Glucangehalt des Filtrats, wie es nach dem erfin
dungsgemäß erhalten wurde, ebenfalls über die Filtrationszeit. Die erfin
dungsgemäß erreichbare erhebliche Reduktion des Glucangehalts im Vergleich
zu dem des Filtrats, das mittels Faltenfilter gewonnen wurde, ist deutlich
erkennbar.
In der folgenden Tabelle 7 sind die Werte angegeben, die den in Abb. 4 gezeigten
Kurven zugrunde liegen.
β-Glucangehalte
β-Glucangehalte
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, den β-Glucangehalt (und auch den
Gehalt anderer Bestandteile der Würze in einfacher Weise zu steuern. Hierzu
kann z. B. ein Mischverfahren eingesetzt werden, in dem nach dem erfin
dungsgemäßen Verfahren gewonnene Würze mit einer oder mehreren Würzen
mit zu der erstgenannten Würze unterschiedlichen Gehalten an β-Glucan
(bzw. anderen Bestandteilen) so vermischt werden, daß die neue Mischung
den gewünschten Gehalt an β-Glucan (bzw. anderen Bestandteilen) aufweist.
Claims (16)
1. Maischeverfahren, bei dem Maische filtriert und Würze erhalten
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Maische dem Filtermaterial
eines dynamischen Querstromfiltrationssystems zugeführt wird,
Würze von der Abstromseite des Filtermaterials abgeleitet wird und
verdickter Rückstand von der Anströmseite des Filtermaterials
abgeleitet wird.
2. Verfahren nach einem der auf Maischeverfahren gerichteten An
sprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden
Merkmale:
- a. als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird eines mit rotierenden Scheiben oder mit konzentrisch rotierenden Zylin dern oder mit oszillierenden Scheiben eingesetzt;
- b. als Filtermaterial wird ein Material ausgewählt aus:
- - Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, PTFE-Membranen, PVDF-Membranen, vorzugsweise aus gewählt aus Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Ten nessee (1978)) von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- - Stahl;
- - Nickel oder
- - Keramik;
verwendet; - c. Als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird ein geschlos senes druckbeaufschlagtes dynamisches Querstromfiltrationssy stem eingesetzt.
3. Verfahren nach einem der auf Maischeverfahren gerichteten An
sprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden
Merkmale:
- a. die verwendete Maische hat einen verringerten Spelzenge halt, vorzugsweise einen Spelzengehalt von 40 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Spelzengehalt von 50 bis 80 Gew.-% bezogen auf den Spelzengehalt in der Ausgangsmaische als 100 Gew.-%
- b. die eingesetzte Maische hat Stärkepartikel einer Korngröße von unter 100 µm, vorzugsweise mit einer Teilchengrö ßenverteilung, bei der 99% der Partikel unter 100 µm Korngröße, 70% der Stärkepartikel unter 65 µm Korn größe sind, wobei die Stärkepartikel vorzugsweise zu einem signifikanten Teil eine bimodale Teilchengrößever teilung (bestimmt mit einem Laserbeugungsspektrometer; Helossystem der Fa. Sympatec) mit ausgeprägten Maxima bei etwa 5 µm und etwa 25 µm haben;
- c. die eingesetzte Maische stammt aus feinvermahlenem Pulverschrot;
- d. die Maische besteht zumindest teilweise aus unterlösten Malzen;
- e. die Maische besteht aus einem Gemisch von mindestens 2 Malzmehlen unterschiedlicher Spezifikation.
4. Verfahren nach einem der auf Maischeverfahren gerichteten An
sprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden
Merkmale:
- a. es wird mit solchen Flußgeschwindigkeiten, Drücken und Temperaturen gearbeitet, daß ein Würzfluß von 90 bis 250, vorzugsweise 130 bis 200 l/hm2 erzielt wird;
- b. Der Treberanteil der Maische wird durch die Dynamik des Maischeflusses beschleunigt ausgesüßt;
- c. es wird mit mindestens 2 hintereinander geschalteten dynamischen Querstromfiltrationssystemen (Stufen) gearbei tet, wobei vorzugsweise aus dem ersten dynamischen Querstromfiltrationssystem die Vorderwürze gewonnen wird, während aus der zweiten Stufe und gegebenenfalls aus weiteren Stufen Nachgüsse und Treber gewonnen wer den;
- d. es wird so filtriert, daß die gewonnene Würze im wesent lichen frei von Partikeln ist, die größer als 0,1 µm sind;
- e. es wird ohne Rezyklierung des Vorlaufes gearbeitet.
5. Verfahren zur Herstellung von Bier, bei dem eine Maische filtriert,
die gewonnene Würze mit Hefe fermentiert wird und das erzeugte
Bier gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Maische
mittels eines dynamischen Querstromfiltrationssystems filtriert wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Bier, nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß mit einer Maische gearbeitet wird, die zu
mindest teilweise aus mindestens einem Mehl mit einer der beiden
folgenden Teilchengrößenverteilungen A oder B besteht:
A: teilentspelzt, feinstvermahlen
bimodal
100% < 125 µm
80% < 60 µm
60% < 35 µm
40% < 25 µm
20% < 10 µm
B: Reiterschrot
99% < 600 µm
80% < 200 µm
75% < 150 µm
60% < 80 µm
40% < 40 µm
20% < 20 µm.
100% < 125 µm
80% < 60 µm
60% < 35 µm
40% < 25 µm
20% < 10 µm
B: Reiterschrot
99% < 600 µm
80% < 200 µm
75% < 150 µm
60% < 80 µm
40% < 40 µm
20% < 20 µm.
7. Verwendung von dynamischen Querstromfiltrationssystemen für die
Maischefiltration.
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein dynami
sches Querstromfiltrationssystem mit rotierenden Scheiben oder mit
konzentrisch rotierenden Zylindern oder mit oszillierenden Scheiben
eingesetzt wird.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein
dynamisches Querstromfiltrationssystem, bei dem das Trennmaterial
zumindest teilweise eine mikroporöse Membran ist, insbesondere eine
mikroporöse Polyamidmembran, eine mikroporöse PTFE-Membran oder
eine mikroporöse PVDF-Membran, vorzugsweise eine solche mit einer
Rückhalterate von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 Mm bis 0,04 µm,
besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm, eingesetzt wird.
10. Verwendung von dynamischen Querstromfiltrationssystemen wie sie in
einem der Verfahrens- oder Vorrichtungsansprüche definiert sind, für die
Maischefiltration.
11. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Maischeverfahrens nach einem der
hieraufgerichteten Ansprüche, gekennzeichnet durch:
a. wenigstens einen Behälter zur Aufnahme von Maische, der mit
einer thermostatisierten Heizeinrichtung versehen ist;
b. eine dynamische Filtrationsvorrichtung zum Aufnehmen von Maische mit einem Einlaß für die Maische an die Anströmsei te des Filtermaterials und eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von der Abstromseite des Filtermaterials;
c. eine Einrichtung zur Übertragung der Maische aus dem Behäl ter zu der Einlaßeinrichtung der dynamischen Filtrationsein richtung.
b. eine dynamische Filtrationsvorrichtung zum Aufnehmen von Maische mit einem Einlaß für die Maische an die Anströmsei te des Filtermaterials und eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von der Abstromseite des Filtermaterials;
c. eine Einrichtung zur Übertragung der Maische aus dem Behäl ter zu der Einlaßeinrichtung der dynamischen Filtrationsein richtung.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filtermaterial ausgewählt ist aus:
- - Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, PTFE-Membranen, PVDF-Membranen, vorzugsweise sol che Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Tennessee (1978)) von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- - Stahl;
- - Nickel oder
- - Keramik
oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Filtermaterial eine Rückhalterate von unter 2 µm, vorzugs
weise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1
µm, hat.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die dynamische Filtrationsvorrichtung zumindest eine rotierende
Scheibe und zwei Filterplatten in einem stationären Gehäuse auf
weist.
Priority Applications (9)
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---|---|---|---|
DE19649661A DE19649661A1 (de) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Maischeverfahren |
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DE69724449T DE69724449T2 (de) | 1996-11-29 | 1997-11-20 | Maischeverfahren |
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