Способ непрерывного приготовления сусла (варианты) - RU2096445C1
Код документа: RU2096445C1
Чертежи
Описание
Изобретение касается способа непрерывного приготовления сусла, включающего непрерывное ферментативное превращение солода в бражку. Более того, изобретение касается непрерывной желатинизации и энзиматического сжижения смеси на основе несолодового зерна, источника энзима и воды. Изобретение касается также непрерывного способа получения сусла, включающего названные выше этапы с последующим непрерывным отделением отработанного зерна из бражки.
Для приготовления напитков из злаков, в частности, для пивоварения используется сусло. Известное приготовление сусла производится смешиванием исходных материалов, например, включающих непроращенное зерно (маис) и воду. Твердые материалы сначала измельчают (превращают в порошок) и затем смешивают с водой. Полученную суспензию выдерживает в течение некоторого времени при температуре 40oC в присутствии источника энзимов, например, солода. В силу этого происходит желатинирование и сжижение. На следующем этапе энзиматическое превращение смеси (бражки) продолжается после дополнительной добавки солода и/или внешнего источника энзима.
Можно также приготовить сусло на основе солода и воды. В этом случае первый этап опускается.
Полученный таким образом, продукт состоит в основном из воды, нерастворимых компонентов сырых материалов, а также их растворимых компонентов, таких как сбраживающиеся и несбраживающиеся сахара и протеины. В известном способе такая смесь фильтруется для удаления нерастворимых компонентов, отработанного зерна. Фильтратом или экстрактом является сусло. Для пивоварения в сусло добавляют хмель, после чего сусло кипятят. Образованные хлопья, при необходимости, удаляют, а сусло охлаждают примерно до 8oC и сбраживают.
В прошлом было проведено множество исследований в области непрерывной работы этапов желатинирования, сжижения и превращения в сбраживающиеся и несбраживающиеся сахара. В частности, были проведены исследования, связанные с работой этих этапов в теплообменнике (Food Engineering Jnt'1 Dec. 76, pp. 22-27). Это исследование, однако, не дало результатов в коммерческом применении.
Предметом настоящего изобретения является разработка способа непрерывного приготовления сусла, в котором не возникало бы проблем, связанных с загрязнением и т. п. и который имеет дополнительное преимущество, состоящее в том, что он практически не связан с ограничениями, относящимися к размеру частиц используемых материалов.
Таким образом, изобретение касается способа непрерывного приготовления сусла, включающего непрерывное энзиматическое превращение солода во вращающемся дисковом контакторе и отделение отработанного зерна из бражки в сепараторе. Изобретение касается также подобного процесса, включающего непрерывные желатинирование и энзиматическое сжижение смеси на основе несолодового зерна, источника энзима и воды в дисковом вращающемся контакторе, добавку солода и/или источника энзима в полученный продукт, энзиматическое превращение названного продукта и отделение отработанного зерна от бражки в сепараторе.
Предпочтительно, энзиматическая конверсия производится непрерывно в дисковом вращающемся контакторе.
Можно осуществлять способ в одном или более дисковых вращающихся реакторах. Число реакторов частично зависит от природы используемых сырых материалов.
При использовании несолодового зерна производятся два этапа реакции, на первом из которых порошкообразный материал желатинируют и сжижают под влиянием системы энзимов. Такая энзимная система часто берет начало из солода. На втором этапе добавляют солод и/или энзимную систему и продолжают реакцию дальше. Таким образом, если необходимо провести два этапа реакции, которые могут иметь место предпочтительно в двух реакторах, хотя можно также использовать только один реактор, при условии, что он снабжен впусками в соответствующих местах. Когда применяется только солод, без несолодового зерна, достаточно провести только второй этап реакции, который может быть осуществлен в одном реакторе.
С удивлением было отмечено, что способом, согласно изобретению, можно приготовлять сусло без возникновения проблем, которые сопровождают известные непрерывные способы приготовления сусла.
Твердые компоненты, такие как солод и несолодовое зерно, применяемые согласно настоящему изобретению, сначала измельчаются в порошок, например, в молотковой дробилке, до размера частиц, которые могут проходить через ячейки в размером от 5 мкм до 5 мм.
Порошкообразные твердые материалы смешивают с водой и подают в реактор или реакторы. Когда используют несолодовое зерно, на первом этапе реакции поддерживают температуру в пределах от 40 до 100oC. Тем самым происходит желатинирование и сжижение под влиянием присутствующей энзимной системы. На втором этапе реакции добавляют солод и/или источник энзима и воду наряду с продуктом, полученным на первом этапе реакции. На этом этапе реакции происходит энзиматическая конверсия. Температура на этом этапе реакции обычно составляет от 30 до 80oC. Когда используется несолодовое зерно, происходит только один этап реакции и смесь солода и воды подается на этот этап реакции.
Согласно изобретению, используется дисковый вращающийся контактор, которым является известного типа колонный реактор, как описано, например, в Кирк Отмер, Энциклопедия химической технологии, 3-изд. т.9, с. 702.
Подобный реактор вообще состоит из колонны, оборудованной центральным перемешивающим валом, имеющим относящиеся к нему 10 или более дисков или пластин. Эти диски или пластины покрывают по меньшей мере 80% поперечного сечения колонны. Вообще, эта поверхность не превышает 95% В результате вращения вала и дисков в колонне происходит соответствующая дисперсия твердого материала.
В связи с необходимостью очистки колонны предпочтительно применяют систему, в которой вал может быть легко снят, например, благодаря отсутствию перегородок в колонне.
Применение дискового вращающегося контактора обеспечивает удивительное преимущество, состоящее в том, что размер частиц сырых материалов может устанавливаться почти независимо от используемого аппарата. В сочетании с применением непрерывной фильтрации сусла эта означает, что размер частиц исходных материалов может выбираться почти свободно, так, чтобы этот размер частиц можно было устанавливать оптимально, независимо от природы аппарата для осуществления этого способа.
Отделение отработанного зерна от бражки может производиться различными путями. Можно, например, проводить известную фильтрацию сусла. Это, в частности, возможно в том случае, когда процесс осуществляется в существующей пивоварне. Добавив просто дисковый вращающийся контактор в сочетании с буферным резервуаром, можно в значительной степени увеличить производительность и эффективность пивоварни. В этом случае энзиматическая конверсия предпочтительно производится известным непрерывным образом.
Однако преимущества способа, согласно изобретению, могут быть лучше использованы, если фильтрацию сусла проводят непрерывно, например, используя комбинацию мешалок и отстойников. Предпочтительно использовать мембранную фильтрацию, так как она дает оптимальный эффект непрерывности процесса и эффективности приготовления сусла.
Предпочтительный пример исполнения способа, согласно изобретению, отличается тем, что отработанное зерно отделяется от бражки в одной мембраной фильтровальной установке, при желании с последующей добавкой в сусло хмеля и кипячением сусла.
Мембранная фильтрация осуществляется с помощью одного мембранного фильтра, но предпочтительно с использованием многоэтапного противоточного фильтровального аппарата, такого как трехэтапный или многоэтапный поперечный фильтровальный аппарат.
Мембраны в мембранном фильтре имеют размер пор, не превышающий 2,0 мкм, предпочтительно, в пределах от 0,1 до 1,5 мкм. Такой размер пор приводит к оптимальной активности фильтровальной установки, так как при таком размере пор получают очень прозрачное с высоким выходом экстракта. Мембранный фильтр также отличается хорошей самоочищающей способностью. Материал мембраны строго не ограничен. Хотя, большое значение имеет механическая стойкость к температуре фильтруемого сусла. Кроме того, материал должен быть соответствующим для использования в контакте с пищевыми продуктами. Особенно пригодными являются мембраны на основе керамических материалов.
Следует отметить, что в Европейской патентной заявке 0265152 описывается фильтрация сусла с использованием мембраны, имеющей размер пор от 10,0 до 100,0 мкм. Как явствует из текста этой публикации, мембрана предназначена для отделения отработанного зерна от бражки, причем преимущество состоит в том, что в этом случае можно использовать очень небольшой размер частиц исходный продуктов. Это имеет преимущества, относящиеся к эффективному экстрагированию сахаров из сырых материалов.
Однако мембранная фильтрация, согласно этой публикации, не обеспечивает получения прозрачного сусла, которое можно просто использовать в дальнейшем. В частности, из текста заявки следует, что полученное изначально сусло не свободно от взвешенных частиц, поэтому требуется дополнительная фильтрация. В этом недостаток этого способа.
При использовании мембраны с размером пор в пределах согласно настоящему изобретению, выход экстракта лучше, чем при использовании мембраны с большими порами. Более того, происходит меньшая забивка мембраны. Последнее обеспечивает преимущественно, состоящее в том, что процесс может осуществляться непрерывно, так как не требуется частой очистки мембраны.
Сусло, полученное способом, согласно изобретению, имеет прозрачность, измеряемую в ЕВС единицах при 65oC от 0,25 до 5. Прозрачное сусло смешивают с хмелем и смесь кипятят. В этом случае может происходить хлопьеобразование материала, такого как протеины и полифенолы. При желании этот хлопьевидный материал можно удалить, например, в сепараторе. После охлаждения сусла до температуры в пределах от 2 до 25oC, предпочтительно 8oC, сусло сбраживается в пиво.
Кипячение сусла предпочтительно производится непрерывно с восстановлением части тепла. Соответствующие для этого аппараты известны из литературы. Эти аппараты могут быть основаны, например, на эффективных выпаривающих аппаратах с теплообменом отработанных газов с подвергаемой кипячению жидкостью. Тепло предпочтительно может использоваться для желатинирования, сжижения и/или энзиматической конверсии.
Охлажденное сусло может быть подвергнуто сбраживанию, по желанию после отстоя в буферном резервуаре. В связи с этим изобретение касается также способа пивоварения, использующего сусло, приготовленное как описано выше.
Удивительный аспект способа, согласно изобретению, состоит в том, что размер частиц твердых материалов только незначительно сказывается на активности фильтров, вопреки тому, что говорится в упомянутой Европейской патентной заявке.
Теперь изобретение будет проиллюстрировано с отсылкой к сопровождающим чертежам, на которых представлен пример схемы процесса, согласно предпочтительному исполнению изобретения, а также пример исполнения двух мембранных фильтрованных систем.
На фиг. 1 показывает схему способа предпочтительного исполнения процесса, согласно изобретению; на фиг. 2 детальное исполнение трехэтапного противоточного мембранного фильтрования; на фиг. 3 исполнение поперечного мембранного фильтрования.
Схема способа на фиг. 1 включает мешалку 1, в которую вода, имеющая температуру около 55o C, порошкообразное несолодовое зерно и порошкообразный солод пропускаются по трубопроводам 2, 3 и 4 соответственно. После перемешивания смесь пропускают по трубопроводу 5 в первый вращающийся дисковый контактор 6, который содержит перемешивающий вал 7, снабженный дисками 8. Реактор 6 снабжен нагревательными элементами, не показаны, с помощью которых содержимое реактора может доводиться и поддерживаться при заданной температуре.
Продукт из реактора 6 пропускают по трубопроводу 9 в дисковый вращающийся контактор 10. Вода при 55oC и порошкообразный солод пропускаются по трубопроводам 12 и 13 в мешалку 11. Полученную смесь пропускают по трубопроводу 14 в основание колонны 10, где она смешивается спустя некоторое время с продуктом из реактора 6. По трубопроводу 15 полученную бражку пропускают на мембранную фильтрацию 16, куда, кроме того, подают воду по трубопроводу 17. По трубопроводу 18 полученное прозрачное сусло выгружается из мембранной фильтровальной установки. Отработанное зерно выгружают по трубопроводу 19.
Прозрачное сусло смешивают с хмелем, подаваемым по трубопроводу 20. Смесь сусла и хмеля подают в теплообменник 21, в котором она предварительно нагревается теплом от стадии кипячения. Предварительно нагретое сусло подается в котел 22, где оно кипятится в течение некоторого времени. Прокипяченный продукт пропускают по трубопроводу 23 в сепаратор 24, в котором отделяют хлопьевидные материалы, такие как протеины и полифенолы. Прозрачное прокипяченное сусло после этого пропускают по трубопроводу 25 в охладитель 26, в котором его охлаждают. По трубопроводу 25 сусло может быть выгружено, например, на сбраживание.
На фиг. 2 показано возможное устройство трехэтапной противоточной мембранной фильтрации.
На этой фигуре бражку пропускают по трубопроводу 51 на первый мембранный фильтр 52, из которого прозрачное сусло выгружают по трубопроводу 53. Часть осадка на фильтре 52 возвращают по трубопроводу 54 на подающий конец фильтра вместе с пермеатом второго мембранного фильтра 55. Остальную часть осадка пропускают по трубопроводу 56 на второй мембранный фильтр 55. Пермеат с этой мембраны возвращают по трубопроводу 57 в первый мембранный фильтр. Осадок на втором фильтре 55 частично возвращают на подающий конец второго мембранного фильтра 55 по трубопроводу 58, в то время как остальную часть пропускают по трубопроводу 59 в третий мембранный фильтр 60. Пермеат этого третьего мембранного фильтра 60 возвращают по трубопроводу 61 на подающий конец второго мембранного фильтра 55. Часть осадка третьего фильтра 60 возвращают по трубопроводу 62 на подающий конец третьего фильтра 60 вместе с водой, пропускаемой по трубопроводу 63. Остальную часть осадка, отработанное зерно выгружают по трубопроводу 64.
Описание этой системы основано на трехэтапной фильтровальной установке, но можно, конечно, использовать требуемое количество этапов по тому же принципу.
На фиг. 3 показан пример исполнения поперечной фильтровальной установки на основе трехэтапного оборудования, но число этапов может быть выполнено по желанию на основании того же принципа.
На фиг. 3 бражку пропускают по трубопроводу 100 в первый мембранный фильтр 101, из которого прозрачное сусло выгружают по трубопроводу 102. Остаток на фильтре 101 частично пропускают по трубопроводу 103 во второй мембранный фильтр 104 и частично возвращают по трубопроводу 112 на подающий конец фильтра 101. По трубопроводу 1-5 воду пропускают на подающий конец фильтра 104. Пермеат фильтровальной мембраны 104 выгружают по трубопроводу 106 и соединяют с пермеатом первого мембранного фильтра 101. Остаток со второго фильтра 104 частично пропускают по трубопроводу 107 в третий мембранный фильтр 108, вместе с водой, подаваемой по трубопроводу 109, и частично возвращают по трубопроводу 113 на подающий конец фильтра 104. Пермеат этого третьего мембранного фильтра 108 соединяют с пермеатом первых двух фильтров через трубопровод 110. Остальную часть остатка, отработанное зерно, частично выгружают по трубопроводу 111 и частично возвращают по трубопроводу 114 на подающий конец фильтра 108.
Дальше изобретение будет проиллюстрировано Примером, но без какого-либо ограничения.
Пример. В мешалку 1 аппарата, как показано на фиг. 1, добавили в час 5 кг маиса, 2,5 кг солода и 22,5 л. воды, имеющей температуру 55oC. Маис и солод измельчили в молотковой дробилке до размера частиц, который может проходить через 1,5 мкм ячейку. Смесь имела температуру 50oC. Смесь пропустили в дисковый вращающийся контактор, в котором температуру повысили до 95oC. Все время пребывания смеси при 50oC составило 5 минут, тогда как время пребывания при 95oC составило 15 минут.
В смесь добавили в час 15 кг солода, с тем же размером частиц, и 45 л воды, имеющей температуру 55oC. Полученная смесь имела температуру 50oC и была пропущена в основание второго вращающегося дискового контактора.
Продукт из первого вращающегося дискового контактора был пропущен во второй дисковый вращающийся контактор до того же уровня, чтобы пребывание смеси солод/вода составило около 15 мин при 50oC. Подмешивая горячий продукт, температуру повысили до 65oC. Эту температуру поддерживали в течение 30 минут, после чего снизили ее до 76oC, и поддерживали эту температуру в течение еще 5 минут.
После такой обработки была получена бражка с содержанием экстракта около 21,5% которую пропустили в мембранную фильтровальную установку 16. Эта установка показана на фиг. 2. Благодаря мембранной фильтрации, имеющей мембраны с размером пор 0,4 мкм, получили сусло, имеющее прозрачность 0,3 ЕВС единиц (при 65oC). После смешивания с хмелем, кипячения, отделения образованных хлопьев и охлаждения было получено холодное сусло с температурой 8oC, которое можно было подвергнуть брожению для образования пива.
Реферат
Использование: изобретение относится к способам непрерывного приготовления сусла и может быть использовано в пивоваренной промышленности. Сущность изобретения: способ включает непрерывную энзиматическую конверсию солода в одном вращающемся дисковом реакторе и отделение отработанного зерна от бражки в сепараторе. Так же способ включает непрерывное приготовление сусла, включающего непрерывную желатинизацию и энзиматическое сжижение смеси на основе несолодового зерна, солода и/или источника энзима и воды во вращающемся дисковом реакторе. 2 с. и 19 з. п. ф-лы, 3 ил.
