DK143452B - Fremgangsmaade til fremstilling af en alkoholisk bryg - Google Patents

Description

(19) DANMARK

|P (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT <n) 1U3452

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2471/76 (51) Int.CI.3 C 12 C 7/00 (22) Indleveringsdag jun. 1976 ^ ^ ^ 3/00 (24) Løbedag 4. jun. 1976 (41) Aim. tilgængelig 7· dec. 1976 (44) Fremlagt 24. aug. 1981 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 6. jun. 1975, 584659* US

(71) Ansøger GRAIN PROCESSING CORPORATION, Muscatine, US.

(72) Opfinder Paul R. Witt Jr., US.

(74) Fuldmægtig Firmaet Chas. Hude.

(54) Fremgangsmåde til fremstilling af en alkoholisk bryg.

Opfindelsen angår en hidtil ukendt fremgangsmåde til fremstilling af en alkoholisk bryg., hvor en β-amylasehydrolyseret stivelse stammende fra umaltet korn, og et proteasehydrolyseret vegetabilsk eller animalsk protein blandes med yderligere tilsætninger til en mæsk, som humles og forgæres ved en temperatur på 12-28°C, hvilken OQ fremgangsmåde er ejendommelig ved at man bringer mæsken til at in- N deholde stxvelseshydrolysatet ved et niveau på 100-240 mg/ml, pro- ^ teinhydrolysatet i en koncentration på 0,1-0,5 mg opløseligt pro- "Ό tein pr ml, og til nævnte mæsk tilsætter en kilde for ammoniumioner r- til en koncentration på 0,1-0,5 mg ammoniumnitrogen pr ml og et ka- liumphosphatsalt til en kaliumkoncentration på 200-600 dele pr mil-^ lion og en phosphatkoncentration på 100-400 dele pr million.

2 1434S2 01 fremstilles sædvanligvis af maltet byg med tilsætninger (brygmaterialer) af ris, majsgrits etc. for at forøge fermenterbart carbonhydratindhold. Det er imidlertid også kendt at fremstille alkoholiske maltdrikke ud fra umaltet kom og protein, hvilke bestanddele hydrolyseres med tilsatte enzymer inden humling og forgæring.

Det har nu vist sig, at når der i mediet, der skal forgæres, findes en kilde for ammoniumioner sammen med protein-hydrolysate t, resulterer det i en uventet acceleration af fermentationshastighed og en forøgelse i den faktisk fermenterede mængde carbonhydrat. Forskellige kilder for am= moniumioner såsom ammoniumsalte af organiske eller uorganiske syrer kan anvendes, forudsat at ammoniak tilføres således, at pH-værdien holdes i det optimale interval (pH-værdi 5,2-5,8) i begyndelsen af forgæringen. pH-værdi-en kan falde til 3,8-4,3, efterhånden som ammoniumionen anvendes. Typiske pH-kurver for en sædvanlig urt og urten, der anvendes ifølge den foreliggende opfindelse, er vist i fig. 1. Urinstof er ligeledes en sædvanlig kilde for ammo= niumioner, og der kan naturligvis anvendes enten gasformig eller vandig ammoniak.

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan der således fremstilles øl ud fra stivelse under anvendelse af høje koncentrationer af tørstof, nemlig indtil ca. 25% opløst tørstof.

Opfindelsen belyses under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser typiske pH-kurver for en sædvanlig urt samt for urten, der anvendes ifølge den foreliggende opfindelse, og fig. 2 og 3 kurver, som illustrerer virkningen af at inkorporere glucoamylase i urten på fermentationshastighed og -grad ved henholdsvis 12 - 13°C og 22-24°C.

3 143452

En foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden omfatter tilsætningen af enzymet, glucoamylase, til urten på tidspunktet for gærpodning for at tillade næsten fuldstændig fermentation eller opnåelse af en højere virkelig attenuationsgrad (RDA), end der normalt optræder i øl.

Den foreliggende opfindelse vil nu blive beskrevet mere indgående i overensstemmelse med en foretrukket udførelsesform derfor. Hvis der ønskes mere fylde, kan man imidlertid standse omdannelsen af i|carbanhydrat til fermenterbare sukkerarter på et hvilket som helst ønsket punkt for at give flere dextriner og mindre fermenterbart sukker end angivet i den specifikke proces, der nu skal beskrives. Fremgangsmåden er således ikke begrænset til opnåelsen af en specifik RDA.

Der anvendes vand med passende pH-værdi, f. eks. 5,5-7,0 og indeholdende calcium- og magnesiumsalte. Vandets pH-værdi indstilles på 6,2-6,5 om nødvendigt. Om nødvendigt tilsættes tilstrækkeligt calcium, f. eks. som calciumsulfat, til at hæve calciumkoncentrationen til 70-80 dele pr. million, og en magnesiumkilde såsom magnesiumchlorid tilsættes derpå for at hæve vandets magnesiumkoncentration til 25-30 dele pr. million. Der tilsættes ca. 125 ppm kaliumchlorid, således at den samlede chloridkoncentration i vandet er 150-160 dele pr. million. Stivelse og ca. 500 SKB enheder af et amylaseenzym pr. kg stivelse eller tilført klar malt, 0,025-0,1o?é af stivelsens vægt tilsættes under omrøring. Opvarmning gennemføres som følger: o , 99-101°C - pH 5,7-5,8 0 72-78°C 15 min n 72°C I 10 min 55 C I 10 min 10 min

Efter ca. 5 minutter ved 99-101°C reduceres temperaturen til 62-64°C, og der tilsættes en blanding af kaliumhydrogenphosphat og kaliumphosphat til indstilling af pH-værdien på 4,8-6,5, fortrinsvis 5,4-5,6. Kaliumphosphatsaltene tilsættes, således at mængderne af kalium og af phosphor nærmer sig koncentrationen af kommerciel ølurt, som er ca. 400 dele pr. million kalium og 290 dele pr.

4 143452 million phosphor, men disse koncentrationer kan variere fra henholdsvis 200 til 600 dele pr. million og 100 til 400 dele pr, million.

En hvilken som helst kilde for enzymet β-amylase kan anvendes til at omdanne stivelsen, der er gjort flydende, til den fermenterbare carbonhydratprofil, gom findes i almindelig urt. Disse omfatter svampe- og plantekilder såsom maltet eller umaltet byg, uopvarmede sojaspåner, hvede o.s.v. Maltinfusion, der kan fremstilles ved at fordøje 4900 g bygmalt i 10 liter vand ved 50-52°C i 15-45 minutter, tilsættes f.eks. i en koncentration på 0,5-2,5$ af stivelsens vægt baseret på det hele eller på uekstraheret malt. Stivelseomdannelse består i at holde en stivelsesuspension, f. eks. 33% i vand, med maltinfusionen ved 60-62°C i 50 minutter og derpå ved 75-78°C i 10 minutter. Modifikation af metoden såsom jet-kogning af stivelsesopslæmningen ved 90-121°C, hvorefter materialet gøres flydende med en oc-amylasekilde ved en temperatur indtil maksimet for den særlige a-amylasetype, som anvendes, afkøling til den passende temperatur, f. eks. 55-60°C, og omdannelse med en β-amylasekilde, kan også anvendes .

Den omdannede og puf rede stivelse overføres til en bryggekedel, og et proteinhydrolysat tilsættes til en koncentration på 0,125-0,25 g opløseligt protein (N x 6,25) pr. 100 ml urt sammen med 0,2-0,4 ammoniumnitrogen pr. ml og trinvis voksende humletilsætning til frembringelse af en koncentration i færdigt øl på 10-12 IBU enheder. (International Bittering Units - standardmål for humlebitterhed).

Den samlede kogetid i kedlen er fra ca. 20 til 40 minutter.

Afhængigt af den valgte fermentationstemperatur afkøles urten til 13-28°C, medens der mættes med steril luft.

Gær tilsættes i en mængde på ca. 1,0 x 107 til 1,5 x 107 celler pr. ml, og fermentation af urten, hvis dybde er 1,52 - 1,68 m, gennemføres i pyrexcylindre på 0,15 x 1,83 m. Fermentationsvarigheden er 2-8 dage.

5 143452 Øllet lagres under et tryk på 2,27 - 3,18 kg carbondioxid ved -1,0-0°C i 2-10 dage og underkastes derpå en primærfil-trering gennem diatoméjord. Om ønsket kan der på dette tidpunkt tilsættes et i handelen værende materiale, der forhindrer kuldeuklarhed.

Efter lagring under de beskrevne betingelser bringes øllets carbondioxidindhold op på 2,6-2,8 volumener carbondioxid pr. volumen øl, beregnet ved standardtemperaturer og tryk.

Øllet kan derpå pasteuriseres og tappes på flasker eller fade.

Stivelse, der stammer fra forskellige kilder, såsom majs, ris, durra, rug og lignende kan anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Fermentationen kan gennemføres med gode resultater ved temperaturer så høje som 28°C. Selv om højere fermentationstemperaturer har tendens til at fremme dannelsen af uønskede bestanddele såsom estere, højere alkoholer etc. i almindelig urt, er dette ikke tilfældet med den foreliggende opfindelse. Fermentationen gennemføres almindeligvis med gode resultater inden for et temperaturinterval fra ca. 12 til ca. 28°C under anvendelse af 1,0-1,5 x 10 ølgærceller pr. ml. Koncentrationen af gærpodestof er ikke kritisk, men af økonomiske grunde foretrækkes det at anvende den mindste mængde, som kræves til god fermentation, normalt 1,0-1,5 x 10 celler/ml. Højere eller lavere gærkoncentrationer kan anvendes, men der vindes meget lidt ved anvendelse af højere koncentrationer, medens lavere koncentrationer resulterer i langsommere fermentationer .

Nitrogen i almindelig ølurt angives sædvanligvis som gram pr. 100 ml. Det kan også angives som gram protein (N x 6,25). Det har vist sig, at en kombination af proteinhydro= lysat og en kilde for ammonium er mere effektiv som fermentationsfremmer end hver kilde alene, baseret på opløseligt nitrogenindhold.

6 143452

Ved fremstillingen af urt med lav og høj vægtfylde anvendes henholdsvis 10-13% og 18-24% stivelse^beregnet på anvendt vand. I begge tilfælde kan proteinhydrolysatkoncentrationen variere fra ca. 0,10 til ca. 0,50 mg opløst nitrogen pr. ml, fortrinsvis ca.

0,2 til ca. 0,4 mg/ml. Ammoniumnitrogenet kan variere fra ca. 0,10 til 0,50 mg N/ml, fortrinsvis 0,2-0,4 mg/ml. Den samlede nitrogenmængde bør være 0,2-0,7 mg/ml. Kaliumet kan variere fra 200 til 600 dele pr. million og phosphoret fra 100 til 400 dele pr. million. Kalium- og phosphorkoncentrationeme såvel son koncentrationen af calcium, magnesium og chlorid er standardkoncentrationer, som findes i normalt maltøl.

Både animalske og vegetabilske proteinkilder kan hydrolyseres til opnåelse af proteinhydrolysatet, der anvendes ifølge denne opfindelse. Hydrolysen af proteinkilderne kan gennemføres, som det er kendt i teknikken^under anvendelse af forskellige enzymer til at gøre proteinet opløseligt. Egnede enzymer til hydrolysen omfatter mikrobielle såsom bakterielle og fungale kilder, vegetabilske såsom papain, bromelin og ficin og animalske såsom pepsin og trypsin.

Det følgende eksempel beskriver fremstillingen af proteinhydrolyr satet: 300 g råt proteinmateriale suspenderes i 700 g vand ved 50-52°C og ved den ujusterede pH-værdi på ca. 5,5. 1/10% proteo- lytisk enzym,baseret på vægten af rå protein,(d.v.s. 0,3 g);til-.sættes, og hydrolyse gennemføres under omrøring i mindst 10 timer. Protease P-54, en fungalzprotease, der kan fås fra Rohm & Haas, anvendes til hydrolysen. Proteasen P-54 indeholder 30.000 casein-opløsningsenheder/g. 1000 caseinopløsningsenheder/g opløser 9 g casein på 1 time ved 40°C og pH-værdi ca. 8,0. Følgende data er typiske hydrolyseresultater med bomuldsfrømel.

7 143452

Opløseligt protein/N x 6,25%, som er Tid baseret på råmateriale_ 0 time 10,2 (blind) 1 time 18,5 2 timer 21,2 3 timer 25,8 4 timer 29,8 5 timer 32,5 7 timer 34,0 10 timer 45,0

Virkningen af at anvende urinstof med et proteinhydrolysat på den alkoholiske fermentation af omdannet majsstivelse er vist i tabel 1.

8 143452

o ° (Ti fn to CT» O CM CM

c\j <£ ·» r. Λ *V *·.»*

H Q CM CO CO CM O-JO

•ti 2 vo vo vo vo vo vo vo ø Λ

£aC

‘[j 'S

So ° N IN M ifl 00 CO (Ti fc> O VO<i ·>·*·*·> ·«·.·> rao σι Ω -d- m cm in <£ cn d cm 2 ία Ό ^ ιλ -d- -d" -d-

o I •H -P

0 ?H xo "dg ° H CM 00 O HOC"- fli ·ι-ϊ OJ <1 t> *> ·* »V ·***·* § EH N fl ri IS N 5 ΗωΗ in m ifi ir\ ·ί <f -d- t°i <r ® 1¾ ^5.

C0 »U i£) in CO VO CO CM H

„-t* ·»·»·* Λ ·*·%·»

Q [s N CO N OHH

2 m t n cm t n m cm t n H i $ £ H vo vo cm in o DS s o o in o o i < o o o o o

_j _p Ci_j hn *·»·*·* i Λ I

rao a o O O O IOI

Η 0-P

cd cd w il cd

^ S

-P s <j· h o oo rnvoH

h \ in m in N -d· -d· ση ro g o o o o ooo

H

s

rH

$ <H

•Η -8 g o -d- vo -d· O-d-co ra \ o cm m cm o cm d ^ +3 dbo·'·'*·' ·* ·» * frt Μ -H & o O O O OOO Π3

ø k M

in O O' Ή Μ

O S

-p 2 ra ·η H SS<t-t><T-d· in c\] tn ti

u H s in w H in -d-cM-d· D

O øbo«·'···' ~ ~ S

g g o O O O OOO 0

•P

(0 tn

1 1 H

£ £ ø i w vi , t5 S t>> 0 H 2 •HlH dH 1^ 8 1—1 1—1 l_l t>

ØOØHØHHH> S Η Η H

-P DS HHH 0 HH

OdH S Η ·Π H

P ί>»Ή O O u, ΡΜίΐΛ m co * 9 143452

Disse data viser, at med 0,24 mg urinstofnitrogen pr. ml havde øllet et rest-urinstofnitrogenindhold svarende til urinstoffrit øl uafhængig af, hvorvidt der blev anvendt bomuldsfrømel- eller sojamelhydrolysat. De viser også, at når nitrogentilførslen er 50% af såvel bomuldsfrømelhydrolysat og urinstof, er fermentationshastigheden større, end når den kun er fra bomuldsfrøhydro-lysat. Forøges forholdet af urinstof til bomuldsfrømelhydroly-sat, falder fermentationshastigheden, men slut-RDA var som i tilfældet med 50:50 forholdet.

Resultaterne i den efterfølgende tabel 2 viser, at fermentationen med gode resultater kan gennemføres ved temperaturer helt op til 28°C. Det fremgår også, at proteinholdlge materialer af såvel vegetabilsk som animalsk oprindelse kan anvendes til tilførsel af proteinhydrolysatet. Hydrolysateme af forskellige proteinkilder blev fremstillet som tidligere beskrevet, og 25 g af det kogte hydrolysat med 50% tørstof blev sat til stivelseshydrolysatet til opnåelse af et samlet volumen på 2000 ml. Urt med lav massefylde (11,5% opløst tørstof) og høj massefylde (25% opløst tørstof) blev podet med henholdsvis 1,0 x ΙΟ*'7 og 1,4 x 10^ gærceller/ml.

Foruden de her viste proteinkilder er det kendt, at gær kan underkastes autolyse og anvendes som kilde for proteinhydrolysat. Autolyse gennemføres ved at holde en vandig suspension af gær ved 40-45°C i 5 timer eller mere. Ved denne metode har det vist sig, at 46-47% af gærproteinet blev gjort opløseligt. Selv om gærautolyseproduk-ter i det færdige øl forårsager uønsket aroma, forbruges tilsyneladende de produkter fra et autolysat af gæren under vækst og fermentation, således at de ikke bidrager til uheldig aroma.

143452

Tabel 2 28°C fermentationer % RDA (virkelig attenuationsgrad) _40 timer_

Urinstof Lav * Høj - hvile 46,8 Høj - omrøring 51,8

Bomuld og urinstof

Lav 66,1 Høj - hvile 60,9 Høj - omrøring 66,4

Fjer og urinstof

Lav 64,3 Høj - hvile 60,6 Høj - omrøring 66,0

Bomuldsfrø og urinstof

Lav 65,8 Høj - hvile 62,3 Høj - omrøring 66,5

Soja og urinstof

Lav 65,9 Høj - hvile 60,1 Høj - omrøring 63,5

Blod og urinstof

Lav 65,8 x Alle lav-massefylde (low gravity)-fermentationer sker i hvile under henstand.

Det fremgår klart af de ovennævnte data, at under omrøring opnåede urten med høj massefylde omtrent det samme niveau af RDA som urten med lav massefylde. Det er også klart, at urinstof alene ikke gav de ønskede resultater, som opnås, når urinstof anvendes med et 11 , . , n .j . 143452 protemhydrolysat.

Ifølge en særligt foretrukket udførelsesform for opfindelsen inkorporeres glucoamylaseenzym son nævnt i urten før eller på gær podnings tidspunkt et for i udpræget grad at forøge fermentationens fuldstændighed eller opnåelsen af en højere virkelig attenuationsgrad (RDA), end der normalt opnås ved sædvanlige brygningsprocesser. Gluco-amylasen tilsættes i mængder fra ca. 0,01 til mere end 0,1% i overensstemmelse med denne foretrukne, men valgfri udførelsesform. Figurerne 2 og 3. illustrerer virkningen af at inkorporere gluco-amylase i urten på fermentationshastighed og -grad ved henholdsvis 12-13°C og 22-24°C.

Det ifølge opfindelsen fremstillede øl er lyst, velsmagende øl med et forholdsvis lavt indhold af uønskede estere og højere alkoholer. Det kan blandes med forholdsvis små mængder, f. eks. 10-15%, af almindeligt bygmaltøl til fremstilling af et produkt med fremragende aroma.

Fordelene, som opnås ved hjælp af den foreliggende opfindelse, er talrige. Der kan f. eks. fremstilles øl af fremragende kvalitet med god økonomi med hensyn til tid, f. eks. kan øl fremstilles på 5 eller 6 dage i sammenligning med de sædvanlige 20-45 dage. Ved udøvelse af opfindelsen i praksis kan en brygger fermentere ved koncentrationer med høj massefylde og med kortere fermentationstider og derved i væsentlig grad forøge bryggeriets produktionskapacitet. Ved udøvelsen af opfindelsen I praksis opnås også hurtig flokkulation af gær ved den ønskede attenuationsgrad eller fermentationsgrad. Det er kendt, at flokkulation eller bundfældning af gæren er nødvendig,således at øllet let og hurtigt kan filtreres til fjernelse af gæren og hindring af autolyse, som kan bidrage til uønsket aroma i øllet.

Ved udøvelsen af den foreliggende proces i praksis kan der fremstilles øl, som indeholder 7,5-7,6 vægt% alkohol, hvilket er væsentligt højere end i almindeligt øl, der er på markedet. Det nye øl har gode skummeegenskaber og udvikler mindre end 10 ppm ethylacetat, medens North American lagerøl,fermenteret under koldere betingelser, angives at indeholde 15-25 ppm. Indholdet af højere alkoholer kan også reduceres signifikant, og indholdet af isoamylacetat er ubetydeligt.

12 143452

Diacetyl, der udmærker sig ved en harsk smørlugt/aroma, indgår med 0. 1-0,3 ppm i kommercielt øl, medens øl fremstillet ifølge opfindelsen kun udvikler 0,02-0,04 ppm.

01, der er fremstillet ifølge opfindelsen, har almindeligvis større stabilitet over for dannelse af uklarheder ved afkøling end almindeligt øl. Den ønskede kuldestabilitet (klarhed) af det nye øl kan helt signifikant opnås ved drastisk at reducere eller fuldstændigt eliminere konventionelle midler til forhindring af kuldeuklarhed. En sammenligning af klarhedsstabiliteten af øllet der fås ifølge opfindelsen med et meget solgt øl er vist i tabel 3.

Tabel 3 FTUK ved 0°C

01. der fås iflg. øl, som er i opfindelsen handelen

Frisk 30 42 1 uge 43°C ** 32 66 2 uger 43°C ** 34 80 K Formazinuklarhedsenhed, som er American Society of Brewing Chemists’ uklarhedsindexstandard, og som varierer direkte med graden af øluklarhed.

xx 1 og 2 ugers inkubation ved 43°C (110°F) regnes som ækvivalent med 90-120 dage ”på markedet”.