KR20090112110A - 맥주 여과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥주 여과장치가 제공된다.

본 발명에 따른 맥주 여과장치는 여과조 및 여과박을 구비하는 맥주 여과장치에 있어서, 상기 여과박의 상부에 이격되며, 여과 공정 시 회전 가능한 교반날; 및 상호 이격되어 상기 교반날에 결합하며, 상기 여과박의 상부와 이격된 복수개의 교반판을 포함한다. 본 발명에 따른 맥주 여과장치는 종래의 맥주 여과장치에 비하여 향상된 여과효과를 달성할 수 있으며, 불균일하게 적층된 여과박층에 의한 여과도 저감 등과 같은 문제를 방지할 수 있다.

Description

맥주 여과 장치{Filtering appratus for beer}

본 발명은 맥주 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 맥주 여과장치에 비하여 향상된 여과효과를 달성할 수 있으며, 효과적이고 경제적인 맥주 생산이 가능한 맥주 여과장치에 관한 것이다.

맥주제조는 먼저 보리를 싹틔워 맥아를 만든 후 맥아와 녹말질 부원료로 맥아즙을 만들고 홉을 첨가하여 펄펄 끓인 뒤 냉각시킨다. 이 냉각된 맥아즙에 맥주효모를 넣어 발효시키고 일정 기간 저장·숙성한 후 여과하여 바로 제품화하면 생맥주가 되고, 병이나 캔에 넣어 저온살균 처리하면 오래 보관할 수 있는 맥주가 되는데, 그 공정은 다음과 같다.

맥아제조

맥아제조는 보리를 싹틔워 맥아효소인 아밀라아제(amylase)를 생성하는 것이 주된 목적이다. 이때 다른 물질의 변화, 즉 단백질의 분해, 가용성 탄수화물의 생성, 배젖세포막의 용해도 함께 일어난다. 아밀라아제는 당화과정 중에 맥아 및 부원료 중의 녹말을 효모가 이용할 수 있는 발효성당(醱酵性糖)으로 변하게 한다. 수 확 직후의 보리는 아직 발아력이 충분하지 않으므로 적어도 6∼8주 이상 저장하여 충분한 발아력을 갖게 하여야 하는데, 이 기간을 보리의 휴면 기간이라 한다. 휴면이 끝난 보리를 정선기를 통하여 협잡물을 제거하고 균질한 맥아를 만들기 위하여 알갱이의 크기에 따라 선립(選粒)하여 세맥은 사료 등으로 사용한다. 선립으로 알갱이가 균일한 것으로 골라진 보리를 침맥조(浸麥槽)에 담가 발아에 필요한 수 분을 흡수시킨 후 발아실에 옮겨 작은 구멍이 있는 발아상 위에서 습기 있는 공기를 통기하면 발아한다. 이 발아과정 중에 보리는 효소를 생성하며 맥주제조에 알맞은 물질로 변화한다. 이렇게 5∼8일간의 발아과정이 완료된 것을 녹맥아(綠麥芽)라고 한다. 녹맥아는 많은 수분을 함유하고 있으므로 가열·건조하여 녹맥아의 생장을 중지시키고 맥아 특유의 향기와 맥주에 필요한 색소를 갖게 하는데, 이 과정을 배조(焙燥)라고 한다. 배조가 끝난 맥아는 다시 정선제근(精選除根)한 후 방랭하여 맥아저장고에 저장한 후 후숙(後熟)하여 맥주제조에 사용한다.

맥아즙제조

맥아즙제조는 맥아의 분쇄, 담금, 맥아즙 여과, 맥아즙 자비와 홉 첨가, 맥아즙 냉각 등의 공정으로 이루어진다. 즉, 맥아를 담금 전에 다시 정선하여 분쇄기에서 분쇄하고 물과 온도를 맞추어 담금(mashing)한다. 이 담금에서 맥아효소의 작용으로 맥아 중의 불용성 물질 이 가용성화(可溶性化)하고 녹말이 발효성당으로 변하며 침출된다. 그러므로 담금에서 원료와 수량, 온도와 시간, 그 밖의 여러 조건을 부여하여 효소작용을 적당히 조절한다. 담금과정에서 당화와 단백질 분해가 끝 나면 여과조나 여과기를 이용하여 맥주박(麥酒粕)과 즙을 분리한다. 맥주박은 제거하여 사료로 사용하고 맥아즙은 자비솥에 모아서 홉을 첨가하여 자비한다. 자비의 목적은 맥아즙을 농축시키며 홉의 쓴맛성분이나 향기를 침출해내고 가열하여 응고성 단백질이나 타닌(tannin) 결합물을 석출시키며, 효소의 활성 정지와 살균 등 을 행하는 데 있다. 이렇게 자비한 맥아즙에서 홉박을 분리시킨 후 냉각기로 급랭시켜 발효실로 보낸다.

주발효

냉각된 맥아즙에 0.5 % 정도의 맥주효모를 첨가하여 알코올 발효를 하는데 이것을 주발효 (主醱酵)라고 한다. 주발효는 발효실의 개방된 용기나 밀폐식 탱크에서 행하며, 저면발효의 경우 5∼10℃로 8∼12일이 걸린다. 우선 냉각된 맥아즙에 효모를 첨가하여 발효조에 넣으면 효모는 곧 생장·번식하는 동시에 발효성당을 소비하고 알코올과 이산화탄소를 배출하는 발효작용을 한다. 이 과정을 화학식으로 나타내면 C6H12O6=2C2H6OH＋2CO2이다. 이때 발효의 진행을 그대로 방임하지 않고 온도조절을 통하여 대략 8∼12일에 주발효가 끝나도록 조절한다. 발효상태는 대개 효모 첨가 후 제3일까지 가장 왕성하게 출아(出芽)를 행하고 맥아즙 중에 분포되는 효모수는 4∼5일에 최고에 달하며, 이때 발효도가 가장 왕성하다. 전 발효가 끝날 때는 효모가 발효조 밑에 가라앉아 발효된 맥주와 분리된다. 주발효가 끝난 맥 주를 미숙성맥주(yong beer)라고 한다.

후발효

후발효(後醱酵)는 저장(lagering)이라고도 하며, 밀폐탱크에서 아주 천천히 진행하여 1∼4 개월이 걸린다. 0∼2 ℃의 낮은 온도로 냉각장치를 설치하고 완전히 보온하여야 한다. 후발 효의 목적은 ① 발효성 엑스의 재발효, ② 맥주 중에 소요되는 이산화탄소의 포화, ③ 효모나 석출물의 침전분리, ④ 미숙성맥주의 거친 맛과 향기의 조화숙성 등으로서 저장 중에 맑고 숙성된 맥주로 변하게 된다. 후발효 탱크에는 맥주 중에 일정한 이산화탄소를 포화시키기 위하여 가스조절기(spund)를 설치하여 압력을 조절한다

여과

저장탱크에서 숙성된 맥주를 여과하여 투명한 맥주로 만든다. 여과의 목적은 ① 후발효가 끝난 맥주 중의 효모나 석출된 흡수지 또는 단백질 중의 침전되지 않고 일부 현탁되어 있는 것을 제거하고, ② 맥주혼탁의 원인이 되는 불안정한 교질물질을 제거하는 것이다. 몇개의 저장탱크에 있는 맥주를 혼합·합류(合流)하고 용존되어 있는 이산화탄소의 기화방지와 단백질 등의 석출을 돕기 위하여 얼기 직전의 온도까지 냉각시켜 여과한다. 맥주의 여과기에는 면여과기(綿濾過機),·규조토여과기, 시트여과기, 박막여과기 등이 있다.

특히 여과공정은 맥즙으로부터 현탁된 여러 이물질을 제거하는 공정이므로 맥주 제품의 질을 결정지을 수 있는 매우 중요한 공정이다. 현재 일반적으로 사용되는 여과기는 박막 여과기와 같이 멤브레인 필터를 사용하는 박막 여과기이며, 간 략한 구성도를 도 1에 나타내었다.

도 1을 참조하면, 저장탱크(저장조)로부터 여과조로 유입된 맥즙은 여과조의 하부에 위치한 멤브레인(여과박)에 의하여 여과된다. 즉, 상기 여과공정이 진행됨에 따라 상기 여과박 하부에는 여과된 맥즙이, 상부에는 여과대상인 다양한 혼탁물이 존재하게 되고, 여과조 하부의 밸브를 개방함으로써 여과된 맥즙을 얻으며, 성부의 혼탁물은 일정 시간 경과 후 제거된다. 하지만, 종래의 대규모 생산 공정의 경우 여과박의 상부에 적층되는 혼탁물층(여과박 층)은 여과박에 극심한 하중을 가하게 되며, 더 나아가, 불균일하게 적층된 여과박 층은 여과박에 국소적으로는 과도한 하중을 가하게 됨으로써, 여과공정의 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 과도하게 가해지는 하중은 여과박의 수명을 단축시켜 맥주 여과장치의 운전 시간을 단축시키게 되는 문제가 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 우수한 여과 성능을 가지면서, 보다 향상된 운전 성능을 갖는 경제적인 맥주 여과장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 여과조 및 여과박을 구비하는 맥주 여과장치에 있어서, 상기 여과박의 상부에 이격되며, 여과 공정 시 회전 가능한 교반날; 및 상호 이격되어 상기 교반날에 결합하며, 상기 여과박의 상부와 이격된 복수개의 교반판을 포함하는 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치를 제공한다.

상기 교반날은 수평 부재의 형태이며, 상기 교반판은 직사각형의 형태의 금속판일 수 있다. 또한 상기 교반판은 회전 가능하며, 상기 교반날과 30 내지 75도의 각도를 이룰 수 있다. 더 나아가, 상기 교반날은 상기 여과공정시 60 지 90rpm으로 회전할 수 있다.

본 발명에 따른 맥주 여과장치는 종래의 맥주 여과장치에 비하여 향상된 여과효과를 달성할 수 있으며, 보다 경제적인 맥주 생산을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명자는 맥주 제조 중 여과의 성능을 개선하기 위하여 새로운 여과 장치를 설계 제작하였다.

도 2는 본 발명에 따른 여과장치를 나타내는 구조도이다.

도 2를 참조하면, 여과조(200) 및 여과박(멤브레인, 210)을 구비하며, 더 나아가 수평부재 형태의 교반날(220)과 상기 교반날에 결합된 복수개의 교반판(230)을 포함하는 여과장치가 제공된다.

상기 교반날의 구체적인 구조는 도 3과 4와 같다.

도 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교반날은 수평 부재로서, 6개의 교반판이 상호 이격되어 결합할 수 있는 구조를 갖는다. 또한 도 4와 같이 각 교반판은 회전 가능하며, 따라서 사용자에 따라 상기 교반판과 교반날이 이루는 각도를 변경시킬 수 있다. 하지만, 상기 교반판의 각도는 30 내지 75도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 60도 정도이다. 만약 교반판의 각도가 상기 범 위를 벗어나는 경우 여과장치의 여과 성능이 저감되는데 하기 실험예에서 상기 교반판의 각도가 가지는 수치의 의의를 보다 상세히 설명한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 교반날은 여과공정 중 회전함으로써 적층되는 다양한 불순물의 모폴로지를 균일하게 만들어 주는데, 특히 상기 교반날의 회전 속도는 60 지 90rpm이 바람직하다. 만약 상기 범위를 벗어나는 경우 여과장치의 여과 성능이 저감되는데 하기의 실험예에서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 여과장치

본 발명에 따른 여과장치의 사진을 도 5 및 도 6에 나타내었다.

도 5 및 6을 참조하면, 상기 여과장치는 원통형의 여과조 및 상기 여과조의 하부에 구비되는 여과박을 포함한다. 특히 본 발명에 따른 여과장치는 상기 여과박의 상부에 구비된 직사각형 형태로 상호 이격된 복수의 교반판과 상기 교반판이 결합되어 여과공정 중 회전가능한 수평부재(수평 프레임) 형태의 교반날을 구비한다. 또한 상기 도면을 통하여 알 수 있듯이, 상기 교반날은 모터가 연결되어, 여과공정 중 일정한 속도로 회전할 수 있다. 이때 상기 교반날에 결합한 교반판은 여과박층내에서 회전하면서 상기 여과박층을 균일하게 만드는데, 특히 본 발명에 따른 맥주 여과장치의 경우 교반날의 속도와 교반판의 각도에 따라 여과효과가 상당히 상이하게 나타나는데, 하기의 실험예에서 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치의 제원은 하기 표 1과 같다.

장치	부품	제원
여과조	직경 높이 여과체의 위치 여과체의 망(정사각형)의 크기	40 cm 45 cm 바닥부터 10 cm 가로, 세로 0.5 mm
교반날	직경 프레임 폭 교반판 부착 홀(6개)의 위치	30 cm 5 cm 중심축으로부터 5 cm에 두 개홀 위치 나머지 네 개 홀도 6.5 cm 간격으로 위치
교반판	가로 세로 두께	4.5 cm 10 cm 0.3 cm

본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 여과장치를 하기의 순서에 따라 가동시켰다.

본 발명에 따른 여과공정

도 7은 본 발명의 여과장치를 이용한 여과공정을 나타내는 모식도이다.

도 7을 참조하면, 교반판의 각도를 교반날의 프레임에 대하여 90도, 45, 30도, 15도 등의 여러 조건으로 고정한 후, 여과조의 여과체와 거의 닿을 정도로 삽입한 후, 당화액을 교반조의 25 cm 높이까지 채운다. 이후 교반날의 회전을 15 rpm, 30 rpm, 45 rpm의 여러 조건으로 나누어 5분간 교반하고 정지한 후 교반판의 하부가 여과체의 7 cm 상단 높이에 위치하도록 교반날을 올린다. 이후 교반을 종료한 후 여과층이 형성되도록 30분간 방치하였다. 이 후 여과조 하부의 배출 밸브를 개방하여 여액을 얻는다. 단, 초기 5분간의 여액은 상기 작업 중 여과조 바닥에 형성된 찌꺼기를 상당량 함유하므로 사용하지 않는다.

실험예

교반날 회전속도 및 교반판 각도

본 실험예에서 교반날 회전속도 및 교반판 각도에 따른 여과공정의 효율을 비교 실험하였다.

먼저, 도 8은 교반날의 회전속도에 따른 여과박 층(즉, 여과된 후 여과박 상에 적층된 불순물 층)의 모폴로지를 나타내는 단면도이다.

도 8을 참조하면, 교반날의 회전속도가 낮을 경우에는 여과박 층의 표면이 고루지 못하다가 회전속도가 점차 증가함에 따라 그 표면이 평탄해지고, 회전속도가 90rpm 이상이 되면 여과박의 중앙부위가 볼록해지는 현상을 관찰하였다.

또한 도 9는 교반판이 교반날과 이루는 사이각에 따른 여과박 층의 모폴로지를 나타내는 단면도이다.

도 9를 참조하면, 교반날과 교반판이 이루는 각도가 작아질수록 여과박의 층 표면이 더욱 평탄해졌으나 어느 이상(75도)이 되면 여과박층이 여과조의 측벽 쪽으로 쏠리는 현상을 관찰하였다.

따라서, 이러한 여과박층의 불균일한 프로파일은 여과박에 상당한 수준의 하중을 가하여, 여과박의 성능을 감소시키게 된다.

탁도 측정

여과 조건에 따른 여과액의 여과도에 대한 역의 의미를 갖는 탁도의 변화는 도 10 및 11과 같다.

도 10은 동일한 조건에서 다만 교반날 회전속도의 상이한 조건(30, 70, 및 160rpm)에 따라 여과한 후 얻어진 여과액을 측정한 탁도를 나타내는 그래프이다.

도 10을 참조하면, 회전속도가 30rpm에서 70rpm으로 증가함에 따라 여과박 층이 보다 균질하고 평탄해지며, 그 결과 여과액의 탁도가 감소하였지만, 90rpm을 초과하는 130rpm의 경우 상기 관찰한 바와 같이 여과박층이 여과박 중앙으로 집중되어, 벽 부위의 여과박 층이 얇아지게 되며, 그 결과 여과액의 탁도가 증가한다. 이로써 본 발명에 따른 여과장치의 교반날은 60 내지 90rpm의 회전속도를 갖는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

도 11은 교반판의 각도에 따른 여과액의 탁도를 나타내는 그래프이다.

도 11을 참조하면, 30도 미만으로 각도를 작게 하면 오히려 탁도가 높아져 바람직하지 않게 나타났다. 특히 60도 정도에서 교반력이 적당하여 여과박 층이 평탄하고 균일하게 형성되어 탁도가 낮아졌지만, 교반판의 각도가 더 작아짐에 따라 교반력이 지나치게 커져서 여과박 층이 벽쪽으로 밀려 중앙부위의 여과박 층이 얇아져 여과액의 탁도가 증가한 것으로 분석된다. 이 또한 교반판의 각도 역시 최적점이 있음을 나타낸다.

도 1은 종래의 기술에 따른 박막 여과기의 구조도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치를 나타내는 구조도이다.

도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반날을 나타내는 단면도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치의 사진이다.

도 7은 본 발명의 여과장치를 이용한 여과공정을 나타내는 모식도이다.

도 8은 교반날의 회전속도에 따른 여과박 층의 모폴로지를 나타내는 단면도이다.

도 9는 교반판이 교반날과 이루는 각도에 따른 여과박 층의 모폴로지를 나타내는 단면도이다.

도 10 및 11은 각각 교반날의 회전 속도 및 교반판의 각도에 따라 측정한 탁도를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

1. 여과조 및 여과박을 구비하는 맥주 여과장치에 있어서,

   상기 여과박의 상부에 이격되며, 여과 공정시 회전 가능한 교반날; 및

   상호 이격되어 상기 교반날에 결합하며, 상기 여과박의 상부와 이격된 복수개의 교반판을 포함하는 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 교반날은 수평 부재인 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 교반판은 직사각형의 형태의 금속판인 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 교반판은 회전 가능한 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 교반판은 상기 교반날과 30 내지 75도의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 교반날은 상기 여과 공정시 60 내지 90rpm으로 회전하는 것을 특징으로 하는 맥주 여과장치.

Images