Die Erfindung betrifft ein in einer aufrecht stehenden Getränkeflasche
fixierbares Depot mit selektiv permeablen
Scheidewänden in Form von porösen Filtermembranen oder
porösen Filterkörpern zur Einlagerung und quantitativen
Entnahme von Wirkstoffen und Wirkstoffträgern in Form von
Hefen oder Mikroorganismen in Flüssigkeiten zur Herstellung
gashaltiger Getränke mittels Gärung oder Fermentation,
wobei das Depot einen den Flüssigkeitsaustausch zwischen
Depotinhalt und Behälterinhalt fördernden hydrophilen
selektiv permeablen Bereich aufweist, wie es durch die
US-PS 40 09 285 bekannt ist.
Unter den vorgenannten Getränken sind insbesondere Bier,
Wein, Perlwein, Schaumwein, Sekt und Champagner zu ver
stehen, die in Behältern der verschiedensten Art ein
schließlich Flaschen hergestellt, darin veredelt und einem
Reifeprozeß unterzogen werden. Zur Herstellung derartiger
gasbildender bzw. gashaltiger Getränke wird die Flüssigkeit
einer Gärung bzw. Fermentation durch Zusatz von Zucker und
Hefen ausgesetzt. Die Geschmacksintensität trocken oder
halbtrocken oder süß wird durch Zugabe von Zuckerstoffen
erreicht. Um eine Nachgärung zu vermeiden, muß vor Zugabe
dieser Zuckerstoffe - bei der Sektherstellung handelt es
sich um die sogenannte Versanddosage oder Likördosage -
die Hefe quantitativ entfernt werden.
Sekt oder Schaumweine sind veredelte Weingetränke, bei
denen die Qualität des Endproduktes in erster Linie von der
Qualität des verarbeiteten Weines abhängt. Aus dem ur
sprünglichen Verfahren der Flaschengärung, das zuerst von
Dom Perignon angewandt wurde, sind inzwischen weitere
Verfahren entwickelt worden. Es ist das Ziel all dieser
Verfahren, eine möglichst gute Sektqualität zu erreichen.
Bei der klassischen Flaschengärung nach dem Champagner
verfahren wird durchgegorener Stillwein mit Zucker und
Hefen angereichert, so daß nochmals eine Gärung statt
findet, die Kohlensäure freisetzt. Nach Abschluß der
zweiten Gärung werden die Trübstoffe in Verbindung mit
dem Rüttelverfahren beim Degorgieren entfernt. Eine
Filtration wird in diesem Falle nicht durchgeführt (VINUM
Nr. 12. 1983, Seite 12 bis 23).
Beim Transversierverfahren, einem abgewandelten Flaschen
gärverfahren, werden die Flaschen mit dem vergorenen Sekt
unter Gegendruck entleert, der Sekt wird ebenfalls unter
Gegendruck über eine Filteranlage geklärt und wieder in
neue Sektflaschen gefüllt. Der Rüttelvorgang und das
Degorgieren werden bei diesem Verfahren durch eine
Filtration ersetzt. Dieses Verfahren darf nach den der
zeitig gültigen Verordnungen der EWG als Flaschengärung
bezeichnet werden. Im Unterschied dazu verbleibt bei dem
traditionellen Flaschengärverfahren der Schaumwein in der
Flasche.
Das Verfahren der Großraumgärung hat sich bei fast allen
Sektkellereien derzeit durchgesetzt, in denen große Mengen
Sekt wirtschaftlich hergestellt werden müssen. Hierbei
erfolgt nach der zweiten Gärung des Sektes in der Reifezeit
eine Sedimentation der Hefe. Der so vorgeklärte Sekt oder
Schaumwein wird anschließend über einen Separator geklärt.
Um die erwünschte Brillanz des Produktes zu erreichen, ist
eine weitere Klärung über Schichtenfilter notwendig.
Abhängig von den jeweiligen betrieblichen Gegebenheiten
wird diese Filtrationsstufe entweder direkt im Separator
nachgeschaltet oder erfolgt erst nach der Likördosage bzw.
unmittelbar vor Abfüllgang. Die neuzeitliche Schaumwein-
und Sektbereitung bedient sich inzwischen hauptsächlich
der Filtrationstechnologie (DIE WEINWIRTSCHAFT - TECHNIK
Nr. 10-11 Oktober 1985, Seite 336-337).
Die Flaschengärung bietet bezüglich individueller Kontrolle
kleiner Mengen, geringerer Verluste durch Fehlgärungen und
anerkannter erreichbarer Sekt- und Schaumweinqualität
geschmackliche Qualität, z.B. durch Autolyse der Hefe
innerhalb der neunmonatigen Lagerung anerkannte Vorteile,
die jedoch bisher nicht wirtschaftlich nutzbar gemacht
werden konnten, weil das Problem der quantitativen
Entfernung von Heferückständen und Trübstoffen aus der
Flaschengärung nicht ohne Entleerung des Flascheninhaltes
gelöst werden konnte und somit die wesentlichen Vorteile
einer Flaschengärung wieder zunichte gemacht worden sind.
Angestrebt wird bei einer traditionellen Flaschengärung,
daß das darin aufbereitete, veredelte und gereifte
Endprodukt in diesen Flaschen als Präsentations- und
Verkaufsbehälter verbleibt.
Die nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches bekannte Art
der Sektherstellung mittels Flaschengärung ist druck
schriftlich nachweislich durch die DE-PS 7 08 253, die US-PS
40 09 285 und die FR-PS 25 37 600 beschrieben.
Die in den drei in Frage stehenden Druckschriften zum Stand
der Technik erwähnten Filter in den verschiedenen Filter
strukturen und Filtermaterialien sollen geeignet sein, den
Stoffaustausch zwischen der im Depot eingelagerten Hefe und
der umgebenden Flüssigkeit zu ermöglichen. Die Anmelderin
hat festgestellt, daß trotz der Wahl einer relativ klein
porigen Filtermembran mit einer Porengröße kleiner als die
kleinsten Hefezellen eine quantitative Zurückhaltung der
Hefe im Depot nicht möglich war, weil fadenförmige Hefe
ausleger sich durch die Poren der Membran in die Flüssig
keit den Weg suchen und sich als Hefetrub auf dem Behälter
boden ablagern. Der vom Gesetzgeber nach neunmonatiger
Lagerung geforderte Eindruck von 5 bar wurde nicht er
reicht. Die Membranabschnitte des Depots unterlagen beim
Öffnen des Behälters zur Entnahme des Depots einer unge
wöhnlichen Druckspitze, die zum Abriß bzw. zum Platzen der
Membranfläche führten und damit die quantitative Entnahme
der Heferückstände unmöglich machten.
Ähnliche Probleme treten auf bei der 1. und 2. Fermen
tation von Bier in offenen oder geschlossenen Behältern. So
ist aus der EP-OS 1 33 346 bekannt, Hefe in Filterzellen
einzuschließen. Der Flüssigkeitsaustausch und der Gasaus
tausch zwischen Inhalt der Filterzelle und Inhalt des
Behälters soll durch das Filtermaterial erfolgen, wobei die
Poren einerseits so klein sein sollen, daß die Hefezellen
zurückgehalten werden, die Poren für den Gasaustausch
jedoch so groß sein sollen, daß dieser leicht möglich ist.
Es handelt sich hierbei um einander gegenläufige Parameter,
da die Hefezellen auch durch die größeren Poren wachsen
können, andererseits kleinere für den Flüssigkeitsaus
tausch geeignete Poren durch die in den Poren eingeschlos
sene Flüssigkeit den Gasaustausch blockieren. Damit kommt
es zu einem Druckaufbau innerhalb der Filterzelle bzw. des
Depots, wenn die Porengröße auf das Zurückhalten der
Hefezellen bestimmt ist und eine quantitative Zurückhaltung
der Hefezellen wird nicht erreicht, wenn die Poren so groß
gewählt werden, daß ein Gasaustausch möglich ist.
Das bei dem Gärprozeß im Depot entstehende Kohlendioxyd
wird teilweise als Kohlensäure über die Filterfläche an den
Behälterinhalt abgegeben, das gasförmige CO2 soll bei
den bekannten Depots aus diesen in den Behälterinhalt ent
weichen. Wohl nicht nur aufgrund des Druckanstieges im
Depot, sondern wohl auch wegen der zunehmenden Über
säuerung, veranlaßt die Hefezellen, fadenförmige Ausleger
durch die an sich für die Hefezellen zu kleinen Poren des
Filterelementes hindurchwachsen zu lassen, um sich den
Zucker aus dem Behälterinhalt zu holen.
Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin gesehen
wird, die Mängel dieser bekannten Vorrichtungen zu beseitigen,
d. h. mit einfachen Mitteln die Depots für Wirkstoffe
und Wirkstoffträger zur Herstellung gashaltiger Getränke so
zu verbessern, daß eine quantitative Zurückhaltung der
Wirkstoffträger im Depot über die gesamte Lagerzeit und
auch während der Entnahme des Depots aus dem Behälter
sichergestellt ist und daß sichergestellt ist, daß alle den
Gärprozeß verlangsamende oder hemmende Parameter auf einfache
Weise beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für
den Gasaustausch und den Druckausgleich zwischen Depotinhalt
und Behälterinhalt das Depot mit einer möglichst
weit über dem Flüssigkeitspegel angeordneten Depotöffnung
ausgestattet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindungsgedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen
anhand eines Flaschengärverfahrens bei der Sekt- und
Schaumweinherstellung beispielsweise näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Depotausführung,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine geöffnete Sektflasche
mit Depot gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Detailschnitt durch einen abgewandelten
Kronenkorkenverschluß zur Halterung des Depots an
diesem Verschluß und Fixierung in der Flasche,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Depot-Variante
mit Sektflasche,
Fig. 5 eine Perspektivansicht dieser Depot-Variante nach
Fig. 4,
Fig. 6 einen Vertikalschnitt einer bevorzugten Depot-Variante
für die Flaschengärung nach der Linie 6-6
in Fig. 7,
Fig. 7 einen Querschnitt durch das Depot nach der Linie
7-7 in Fig. 6,
Fig. 8 einen Teil-Vertikalschnitt durch das im Flaschenhals
positionierte Depot nach Fig. 6 und
Fig. 9 einen Teil-Vertikalschnitt durch den mit Kronenkorken
verschlossenen Flaschenhals mit Depot.
Gemäß Fig. 2 ist die Sektflasche F aufgefüllt mit einem
Sekt-Grundwein, und zwar mit reduziertem Füllstand, d.h.
reduziert um das Volumen einer später aufzufüllenden
sogenannten Versanddosage. Der Sekt-Grundwein ist mit einer
bestimmten Menge Zucker angereichert, die für die Durch
führung der zweiten Gärung notwendig ist. In die Flasche F
wird das Depot in Form eines Kunststoffhohlkörpers
2 eingeführt, der in dem vom Wein umspülten
Bereich zumindest teilweise selektiv permeable Scheidewände
in Form einer hydrophilen Membran 16 aufweist. Das Depot D
reicht mit seinem oben offenen Ende als Depotöffnung 18′
bzw. Gasauslaß bis dicht unter den Flaschenverschluß 24.
Der Kunststoffhohlkörper 2 in Form eines oben offenen
Röhrchens ist bereits vor Einführung in die Flasche F mit
den Wirkstoffen W gefüllt. Für den Versand des Depots kann
die obere Öffnung des Depots gemäß Fig. 1 durch eine entfernbare
Verschlußfolie 22′ verschlossen sein. Dieses in
Fig. 1 und 2 gezeigte oben offene Depot ermöglicht den
ungehinderten Gasaustausch und Druckausgleich während der
Gärung und den spontanen Druckausgleich beim Öffnen der
Flasche F.
Die im Depot D eingelagerten Wirkstoffe W in Form von Hefen
wandeln nach Verbrauch des Restsauerstoffs den Zucker des
Weines in Ethanol und Kohlendioxid um. Das bei dem Gär
prozeß entstehende Kohlendioxid wird teilweise als Kohlen
säure über die Membran 16 und gasförmiges CO2 über die
Depotöffnung freigesetzt. Gemäß des CO2-Partialdruckes
löst sich CO2 in der Flüssigkeit.
In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Depot D in Form
eines rohrförmigen Schwimmkörpers 2 mit quadratischem oder
rundem Querschnitt ausgebildet und hat einen oberen rohr
förmigen Abstandshalter 18, der gleichzeitig als Handhabe
dient. Der Auftrieb wird durch die Wahl des Kunststoffes
mit einer Dichte < 1 bzw. einer eingeschlossenen Luft
kammer 23 erreicht. Der Auftrieb ist dabei zweckmäßiger
weise so bemessen, daß das Depot bei geöffneter Flasche
die in Fig. 6 gezeigte Stellung einnimmt, so daß eine Be
schickung der Flasche F von Hand oder maschinell leicht
möglich ist.
Bei dem speziellen Kronenkorkenverschluß 24 nach Fig. 3 aus
Kunststoff ist auf dessen Unterseite eine Halterung 25 zur
Aufnahme eines Depots D angeformt, dessen oberes Ende in
Form eines Abstandshalters 18 zur direkten Fixierung eines
Depots dient. Eine solche Ausführungsform dient einmal der
erleichterten maschinellen Beschickung und Entnahme des
Depots und zum anderen einer vertikalen Fixierung eines
Depots in vertikalen Lagerstellungen der Flaschen F.
Die Depot-Variante nach Fig. 4, 5 ist eine weitere Ausführungsform
für die Flaschengärung bei stehender Lagerung
der Flasche, und zwar im Hinblick auf die vorgenannten
Kriterien und unter den Kriterien einer maschinellen
Beschickung des Depots mit Hefe und der Beschickung und
Entnahme des Depots aus der Flasche.
Das Depot D besteht aus einem einstückigen Kunststoff
hohlkörper 27 (z.B. in Spritztechnik gefertigt), der im
Bereich seines aus der Flüssigkeit herausragenden Ab
schnittes einen runden Querschnitt hat und durch mehrere
radial abstehende Zentrier- und Fixierungsrippen 30 im
Flaschenhals durch Reibung festlegbar ist. Der in die
Flüssigkeit eintauchende Bereich hat eine untere schmale
Tasche zur Ablagerung der Wirkstoffträger W bzw. Hefereste
und einen schmalen Abschnitt, auf dem die relativ große
Membran 16 aufgesiegelt ist. Die obere Öffnung kann dicht
mit der im Kronkorkverschluß 24 integrierten Auflagescheibe
aus PVC abschließen, so daß beim Transport aufschwappende
Flüssigkeit und Hefe aus dem Depot praktisch nicht nach
außen dringen kann. Eine Entgasungsöffnung 31 sorgt für den
Druckausgleich. Das Sektvolumen im Depot D kann gegebenen
falls während der Depot-Entnahme durch Druckluft filtrie
rend in den Flascheninhalt oder später in Sammelbehälter
entleert werden.
Fig. 6 bis 9 zeigt eine weitere bevorzugte Depot-Variante
in Form eines einstückigen Kunststoffhohlkörpers 47, der
einen der Flaschenhalsöffnung angepaßten Trichter 48 zur
Zentrierung und axialen Fixierung durch einen abstehenden
Oberrand 49 aufweist. Das eigentliche Depot zur Aufnahme
der Wirkstoffe ist schmaler gehalten. Spontan aufsteigende
Hefezellen können sich im Trichter beruhigen. Eine oder
mehrere kanalartige Einkerbungen 51 im Trichterrand gewährleisten
einen Gasaustausch auch, wenn der Kronenkorkenverschluß
24 nach Fig. 38 den Oberrand des Trichters
erfassen sollte. Auch diese Ausführungsform eignet sich
besonders für die maschinelle Versorgung und Entsorgung der
Sektflaschen F.
Im Trichterteil ist zusätzlich eine Schulter 50 angeformt,
die zur Aufsiegelung eines hydrophoben und gasdurchlässigen
Filters dienen kann, wenn das Depot D aus Sicherheits
gründen geschlossen ausgebildet sein soll.
Die Filtermembran 16 ist hydrophil.
Das Material der Kunststoffkörper besteht vorzugsweise aus
Polypropylen, Polyäthylen oder einem anderen sich in der
Getränkeindustrie bewährten Kunststoff. Für die Ausbildung
als Schwimmkörper werden Kunststoffe mit einer Dichte < 1
gewählt.
Für den Austausch von Flüssigkeit und Gas sind geschmacks
neutrale und inerte Membranfilter (Mikrofilter, Ultra
filter) zu wählen. Diese können z.B. aus Zellulose
derivaten wie Zellulosenitrat oder Zelluloseacetat, aus
Nylon 66, PTFE, PP, Polysulfon bestehen. Die Porengröße
liegt je nach den in Frage kommenden Wirkstoffen und
Wirkstoffträgern bzw. Größe der Wirkstoffrückstände zwischen
0,15 µm und 5 µm. Für Ultrafilter können Filter mit einer
Ausschlußgrenze cut off 10 000 bis 300 000 Verwendung
finden. Der Stoffaustausch ist umso besser, je größer die
Porengröße bzw. der Cut off-Wert ist. Andererseits muß
sichergestellt sein, daß z.B. Hefezellen nicht durch die
Poren der Membran hindurchwachsen. Es hat sich daher als
vorteilhaft erwiesen, daß die Hefen nicht unmittelbar auf
den Membranflächen liegen, wenn diese in die Flüssigkeit
eintaucht. Vorzugsweise sollen die Hefezellen die Mög
lichkeit haben, sich auf unporösen Flächen des Depots, z.B.
in tiefgelegenen Taschen abzulagern. Die Hefe in Form einer
Trockensubstanz kann selbstverständlich während ihrer
inaktiven Phase im Depot auf Membranflächen 16, 16′ lagern.
Nach Abschluß der Gärung und einer Lager- und Reifezeit bis
zu den derzeit gesetzlich vorgeschriebenen 9 Monaten kann
auf einfache Weise das Depot D mit den Wirkstoffrück
ständen der Flasche entnommen werden, ohne daß deren Inhalt
umgefüllt und einer weiteren Filtrationsstufe unterzogen
werden muß. Dieser einer zweiten Gärung unterzogene Wein
ist mit Kohlensäure angereichert und der Geschmackstyp des
Sektes wird durch Zugabe einer sogenannten Versanddosage,
bei der es sich um in Wein aufgelösten Zucker handelt,
bestimmt. Die erfindungsgemäße Art der quantitativen
Entfernung der Hefe durch Entnahme des Depots garantiert,
daß die Zuckermenge aus der Versanddosage keiner Nachgärung
unterliegt, was zu einer unerwünschten Geschmacksver
änderung und zu einem Überdruck bis zum Bersten der Flasche
führen würde. Außerdem kann keine Trübung und Geschmacks
veränderung durch Resthefe bzw. Hefeautolyseprodukte er
folgen, wie dies bei nicht vollkommener Entfernung nach
klassischen Verfahren vorkommen kann. Danach erfolgt der
endgültige Verschluß der Flaschen mit einem Verschluß
stopfen mit Kopf und dessen Festlegung am Flaschenhals
mittels eines Drahtknebels 45.