CZ290952B6 - Způsob kontinuálního vaření mladiny - Google Patents

Abstract

Neva°en mladina se p°iv d do oh° va e mladiny, kde se oh° v na teplotu mezi 75 a 125 .degree.C. Oh° t mladina se pak p°iv d do reaktoru (4) s postupn²m pr tokem, nejl pe do oto n diskov zadr ovac kolony, a n sleduje zpracov n mladiny vy l z tohoto reaktoru s parou v protiproud m uspo° d n ve vyt s ovac kolon (5).\

Description

(57) Anotace:

Nevařená mladina se přivádí do ohřívače mladiny, kde se ohřívá na teplotu mezi 75 až 125 °C. Ohřátá mladina se pak přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, nejlépe do otočné diskové zadržovací kolony, a následuje zpracování mladiny vyšlé z tohoto reaktoru s parou v protiproudém uspořádání ve vytěsňovací koloně (5).

Způsob kontinuálního vaření mladiny

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu kontinuálního vaření mladiny a rovněž způsobu vaření piva z vařené mladiny.

Dosavadní stav techniky

Při přípravě nápojů z obilnin a zejména při vaření piva se používá mladina. Mladina se normálně připravuje smícháním výchozích surovin, což jsou např. nesladované zrno (kukuřice) a voda. Tuhé materiály jsou nejprve rozmělněny na prášek a potom smíchány s vodou. Výsledná suspense se udržuje po určitou dobu při teplotě nejméně 40 °C v přítomnosti nějakého zdroje enzymu např. sladu. Přitom nastává želatinizace a zkapalňování. V následujícím kroku po dalším přídavku sladu anebo vnějšího zdroje enzymu pokračuje enzymatická konverze směsi (zápary). Mladinu je rovněž možné připravit na základě sladu a vody. V tomto případě je vynechána první krok.

Takto získaný produkt se sestává hlavně z vody, z nerozpustných složek ze surovin a z rozpustných složek ze surovin, např. z fermentovatelných a nefermentovatelných cukrů a proteinů. Tato směs se při normálním postupu filtruje, čímž se odstraní nerozpustné složky, odpadní zrní. Filtrátem či extraktem je mladina. Při vaření piva se k mladině přidá chmel a mladina se vaří. Vytvořený kal se odstraní a mladina se ochladí na přibližně 8 °C a fermentuje.

Vaření mladiny pokrývá celou řadu různých cílů:

• extrakce hořkých složek chmele, • deaktivace enzymů a proteinů, • tvorba a shlukování kalu pro následující separaci, • sterilizace mladiny, • odstranění těkavých nežádoucích chuťových složek a • odpaření nadbytečné vyslazovací vody.

Účinnost vaření je normálně dána třemi parametry: dobou vaření intenzitou (např. odpařování) a teplotou vaření.

Doba vaření nutná k uskutečnění všech požadavků je dána rychlostí odpařování a teplotou vaření. Krokem určujícím rychlost procesu je relativně pomalá izomerizace chmele. Při atmosférickém tlaku a teplotě kolem 100 °C dobrá izomerizace chmele zabere minimálně 45 minut. Při vyšších teplotách a tlacích může být izomerizace dokončena během pouhých dvou až tří minut.

Kromě toho, že intenzita vaření ovlivňuje homogenitu, je zvláště důležitá i pro odstraňování těkavých složek. Čím je vaření intenzivnější, tím jsou lépe odstraněny simé nežádoucí příchutě. Zejména simé sloučeniny, jako je např. dimethylsulfid (DMS), mají velmi nízkou prahovou hodnotu ovlivnění chuti ve výsledném pivu a tyto látky mohou být odstraněny pouze při vaření. Koncentrace této sloučeniny se opět zvýší v průběhu další fermentace mladiny působením výměšků kvasinek.

Vytěsňovací účinek vaření je dán celkovým odpařováním během vaření a geometrií mladinového kotle pro dosažení „rolujícího“ varu. V pivovarském průmyslu se běžně používá rychlost odpařování 6 až 8 %/h. Aby bylo dosaženo požadovaného snížení koncentrace nežádoucích chuťových

- 1 CZ 290952 B6 složek, musí být odpařeno velké množství vody, což činí varnou fázi jedním z energeticky nejnáročnějších procesů v pivovarnictví.

Ačkoliv varný proces může být při vyšších teplotách podstatně urychlen, a to bud¹ s využitím vnějších výměníků tepla, nebo tlakového vaření nebo použitím vícečlenných odparek (známých jako HTW: High Temperature Wort boiling = vaření mladiny při vysokých teplotách), je známo, že přehřívání mladiny má nežádoucí vliv na řad kvalitativních vlastností výsledného piva, např. na stálost pěny a barvy.

Ačkoliv proces HTW je kontinuální proces se z toho vyplývajícími výhodami, není přijatelný ze dvou důvodů:

a) Nepříznivý vliv na kvalitu piva vlivem teplot v rozmezí 120 až 130 °C, které jsou podstatně vyšší než teploty v současnosti používané v pivovarském průmyslu, např. 100 až 108 °C.

b) Výskyt závažného znečištění vysráženými proteiny v zásobních trubkách HTW. To pak vyžaduje dlouhé a intenzívní čištění, které je v rozporu s požadavkem kontinuálního procesu.

Bylo by výhodné, kdyby mladina mohla být vařena kontinuálně, jelikož tento krok mohl by být potom součástí kontinuálního procesu výroby mladiny. Tento proces by mohl např. zahrnovat kroky popsané v evropských patentových přihláškách č. 563 283 a 565 608, jejichž obsah je zde zahrnut odkazem.

Požadavkem pro kontinuální průběh procesu jsou pouze krátké nebo zanedbatelné přestávky na čištění a vaření za atmosférických podmínek, tak, jak se používá v nejvyužívanějších varných procesech v pivovarském průmyslu.

Podstata vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu je kontinuální způsob vaření mladiny, který může být použit v kontinuální varně, přičemž nevýhody způsobů podle dosavadního stavu techniky byly minimalizovány a přičemž způsobem podle předloženého vynálezu je možno připravovat vřenou 35 mladinu, z níž se může vařit pivo, jehož kvalita je srovnatelná s kvalitou piva připraveného tradičním várkovým způsobem.

Vynález se týká kontinuálního způsobu vaření mladiny, přičemž tento způsob obsahuje přivádění nevařené mladiny do ohřívače mladiny, kde se mladina ohřívá na teplotu mezi 75 a 125 °C, 40 ohřátá mladina se přivádí do reaktoru s postupným průtokem nejlépe do otočného diskového zadržovacího reaktoru, a mladina vycházející z tohoto reaktoru se potom zpracovává parou ve vytěsňovací koloně v protiproudém uspořádání.

Ohřívačem mladiny nebo výměníkem tepla je nejlépe deskový nebo svazkový výměník vyhří45 váný parou. V tomto výměníku je vstupující mladina zahřívána z teploty filtrace (běžně 75 °C) na teplotu varu. V důsledku kontinuálního průtoku je požadovaná vyhřívaná plocha menší než u běžných výměníků.

Pro tento účel by mohla být těž použitelná odparka (např. s padajícím tenkým filmem), která by 50 mohla být použita jak pro zahřívání mladiny, tak i pro výrobu páry potřebné v pozdější vytěsňovací části.

Mladina je potom převedena do zadržovací kolony (reaktoru s postupným průtokem) při teplotě od 75 do 125 °C tlaku od 0,1 do 0,2 MPa (od 1 do 2 bar), čímž se dosáhne požadované doby 55 zdržení potřebné k uskutečnění několika reakcí při teplotách, již jsou blízké teplotě varu. Otočná

-2CZ 290952 B6 disková kolona (otočný diskový zadržovací reaktor) je vybavena otočným hřídelem osazeným větším počtem disků. Disky slouží dvěma účelům:

(1) vyvolávají mírné míchání, což podporuje koagulaci a shlukování částeček kalu a udržuje je v suspenzi, čímž se zabraňuje přílišnému znečištění vnitřních sekcí kolony a (2) k dosažení kontrolovatelného rozdělení doby zdržení tak, aby veškerá mladina byla vystavena vyšší teplotě po stejnou dobu.

Jako reaktor s postupným průtokem mohou sloužit různé typy reaktorů, je však velmi důležité, aby u těchto reaktorů nedocházelo k nežádoucímu zpětnému nebo předčasnému promíchávání složek. Příkladem jsou trubkové reaktory a kaskády více či méně ideálně míchaných tankových reaktorů. Přednostním typem reaktoru s postupným průtokem je tzv. otočný diskový kontaktor (otočný diskový zadržovací reaktor), který je známým typem vertikálního kolonového reaktoru popsaného např. v Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology (Encyklopedie chemické technologie), třetí vydání, sv. 9, str. 702.

Takový reaktor většinou sestává z vertikální kolony opatřené středovým míchacím hřídelem, ke kterému je připevněno 10 nebo více disků nebo desek. Tyto disky nebo desky pokrývají alespoň 80 % průřezu kolony. Tato plocha většinou nepřesahuje 95 %. Otáčením hřídele a disků v koloně se dosáhne náležité disperze tuhých materiálů v kapalině.

Použití kontaktoru místo sestavy zadržovacích trubek představuje tu výhodu, že v důsledku míchání mladina prochází zadržovacími trubkami nízkou rychlostí (jež je nutná pro dosažení přijatelné doby zdržení) a shlukované denaturované proteiny a enzymy navázané na chmelové pryskyřice nebo na polyfenoly ze sladu či chmele se nebudou usazovat.

V minulosti, tyto vysrážením způsobené zbytky vytvořily při vysokých teplotách a po delší době neproniknutelné nánosy v trubkách vyžadující důkladné čištění s použitím střídavých čisticích cyklů horké a studené vody pro „odprýskání“ nánosů od povrchu trubek. Otočný diskový kontaktor (otočný diskový zadržovací reaktor) zabraňuje (vlivem míchání) vzniku nánosů a nepřítomnost přepážek zajišťuje, že uvnitř kolony je jenom minimum mrtvých míst.

Je zvolen takový objem reaktoru s postupným průtokem, zejména otočného diskového zadržovacího reaktoru, aby se dosáhlo doby zdržení 45 až 75 minut, přičemž během této doby proběhnou všechny požadované reakce v dostatečné míře.

V třetí fázi procesu se mladina přivádí do vytěsňovací kolony destilačního typu pracující při teplotě od 75 do 125 °C tlaku od 0,1 do 0,2 MPa (od 1 do 2 bar). Kolona je osazena patry, na nichž je mladina vystavena vytěsňování ostrou nasycenou parou (stripování) nejlépe v protiproudém uspořádání.

V důsledku velkého počtu pater (alespoň 5 pater) s následující rovnovážnou fází se těkavé složky odstraní ve velmi krátké době a s vysokou účinností. Doba zdržení je obvykle jenom 10 saž 10 minut, s výhodou 0,5 až 2 minuty. Díky vysoké účinnosti je spotřeba vytěsňovací páry nižší než čisté odpařování během tradičního vaření mladiny. Úspora spotřeby energie je proto podstatná. Kontinuální proces mimoto umožňuje opětovné využití vytěsňovací prostředek ve vytěsňovací koloně.

Jako vytěsňovací prvek mohou být použity různé typy vytěsňovacích nebo destilačních zařízení např. patrová kolona nebo kolona s náplní např. používající tzv. Sulzerovu náplň, nebo kolona s přepážkami.

Vytěsňovací kolona má nejlépe 5 nebo více pater nebo výšku náplně činící alespoň 2 m.

-3CZ 290952 B6

Patrova vytěsňovací kolona se spádovými trubkami zajišťuje dobré promíchání páry a mladiny a má široký pracovní rozsah. Jelikož objem tohoto typu kolony je velmi malý, tento typ kolony může být snadno čištěn následným naplněním a vypouštěním kolony buď při průtoku normálním směrem, nebo při zpětném průtoku. Filtraci zápary před vařením mladiny je třeba věnovat pozornost, protože částice vyplývající z nepřiměřené separace zápary mohou ucpávat horní patra.

Nasycená pára se přivádí spodním vstupem pod spodním patrem nebo pod náplní. V důsledku velmi účinného přestupu hmoty, průtok páry může činit jen 4 až 6 % hmotnostních průtoku hmoty mladiny.

K udržení rovnováhy mezi teplotami mladiny a páry je nezbytná dobrá izolace vytěsňovací kolony pro zamezení kondenzace páry v mladině, která by měla za následek nežádoucí zředění mladiny a nehospodámé využití páry.

Použití zadržovací kolony (reaktoru s postupným průtokem) spolu s vytěsňovací kolonou nabízí z technologického hlediska řadu neočekávaných výhod. Jelikož jedna z nejdůležitějších složek s nežádoucí příchutí, dimethylsulfid (DMS), se vytváří znetěkavého prekurzoru, zajišťuje zadržovací fáze transformaci maximálního množství prekurzoru do DMS, jenž potom vstupuje do vytěsňovací části. Z toho vyplývá velmi nízká koncentrace DMS, jelikož DMS samotný je s vysokou účinností odstraněn ve vytěsňovací části.

Mladina opouštějící po vytěsňování odparku může být dále zpracovávána buď kontinuálně, nebo tradičním způsobem (odstraňování kalu odstředivkami nebo vířením, ochlazení mladiny a provzdušnění a fermentace). Další kontinuální zpracování mladiny opouštějící varnou část znamená možnost dalšího zkrácení doby zdržení při vysoké teplotě až na několik minut prostřednictvím kontinuálního oddělování kalu odstředivkou. Tradiční použití vířivých prostředků znamená, že mladina je vystavena dlouhým dobám zdržení v rozmezí od 20 do 100 minut při teplotách 95 až 100 °C, což nemá dobrý vliv na kvalitu mladiny.

Ochlazená mladina může být potom fermentována, a to případně po určité době zdržení ve vyrovnávací nádobě. Vynález se proto také týká způsobu vaření piva s použitím mladiny připravené výše popsaným způsobem.

Způsob podle vynálezu nabízí následující výhody:

- kontinuální proces

- vaření za atmosférických podmínek

- optimální tvorbu kalu vlivem podmínek nízkého smykového namáhání při průtoku

- vysoce účinné vytěsňování nežádoucích příchutí nahrazující vysoké rychlosti odpařování vysokou energetickou účinnost umožňující vysokou rekuperaci tepla výhodné podmínky zaručující nízký stupeň oxidace, jelikož nedochází ke kontaktu se vzduchem

- dobře definovanou dobu zdržení v celém zařízení, z čehož vyplývá nepřítomnost nežádoucího promíchávání nebo místního přehřívání zařízení s nízkým objemem umožňující účinné Čištění a nižší spotřebu čisticích prostředků nízké prostorové nároky zařízení ve srovnání s tradičními mladinovými pánvemi

- opětovné použití a následná kondenzace vytěsňovací páry obsahující složky s nežádoucími příchutěmi zabraňuje emisi těchto složek do atmosféry

- snížené tepelné zatížení mladiny v důsledku zkrácené doby zpracování.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude dále popsán s odkazem na přiložený výkres znázorňující příklad schématu způsobu podle jednoho provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku je znázorněn způsob podle vynálezu obsahující trojprvkovou varnou část sestávající z přívodu 1 mladiny, kam přichází mladina z filtrace zápary nebo z vyrovnávací nádoby filtrace zápary. Tato mladina o teplotě 75 °C je zahřívána v tepelných výměnících 2 a 3, což jsou kotlové, spirálové nebo deskové výměníky. Vyhřívací látkou v tepelném výměníku 2 je pára vycházející z vytěsňovací kolony a do tepelného výměníku 3 se přivádí ostrá pára. V tepelných výměnících 2, 3 se mladina zahřívá na teplotu 100 °C nebo o něco výše (o 1 až 3 °C), aby se vyrovnala ztráta tepla v reaktoru 4 s postupným průtokem. Mladina se přivádí do reaktoru 4 s postupným průtokem, který je vertikálního rotujícího diskového typu a je vybaven otočným míchacím hřídelem poháněným motorem s převodovkou.

Přívod do reaktoru 4 s postupným průtokem může být buď vrchní, nebo spodním vstupem, přičemž u tohoto provedení byl zvolen spodní vstup, jelikož v tomto případě je přívod do vytěsňovací kolony 5 svrchu, což umožňuje průtok dolů působením zemské tíže. Doba zdržení v reaktoru 4 s postupným průtokem může být nastavena přidáním výstupů ve zvolených výškách reaktoru.

Vytěsňovací kolona 5 je zespoda napájena nasycenou párou jejíž průtok je regulován tlakovým redukčním ventilem a měřením hmotnostního průtoku spřaženým s ventilem regulujícím průtok. Průtok páry je nastaven v pevném procentním poměru k průtoku mladiny vstupující do vytěsňovací kolony 5, čímž se dosáhne optimálního funkčního režimu, při kterém se zamezí jak nedostatečnému tak i přehlcenému průtokovému režimu na patrech. Pára opouštějící vytěsňovací kolonu 5, která obsahuje vysoké koncentrace vytěsněných složek je buď vypuštěna komínem, nebo může být částečně zkondenzována (zahříváním vstupující mladiny ve výměníku 2) nebo může být úplně zkondenzována ve výměníku 2 ve spojení s kondenzátorem 6 a kondenzát potom může být zpracován v čistírně odpadních vod. S pomocí manometru 7 a regulačního ventilu 8 je možná (ale nikoliv nutná) činnost zařízení při zvýšeném tlaku a zvýšené teplotě což nabízí možnost provozovat zařízení při vyšším průtoku zpracovávaného materiálu. To je samozřejmě omezeno pouze maximálním možným průtokem v mezích provozního režimu vytěsňovací kolony 5. Mladina opouštějící spádovou trubku ze spodního patra může být čerpána čerpadlem 9 do kalového separátoru 10 a k dalšímu zpracování. Při práci zařízení při zvýšeném tlaku, mladina opouštějící vytěsňovací kolonu 5 musí být rychle převedena do atmosférických podmínek v oddělené vyrovnávací nádobě. Regulátor hladiny ve spodní části vytěsňovací kolony 5 odděluje prostor se zvýšeným tlakem v koloně od atmosférického tlaku v přijímací anebo vyrovnávací nádobě.

Vynález bude dále popsán pomocí příkladu, aniž by byl na tento příklad omezen.

Příklad a srovnávací příklad

Filtrovaná mladina byla vyrobena běžným způsobem, zápara byla vyrobena infuzně a v následujícím kroku byla filtrována pomocí vystírací kádě. Mladina vycházející z vystírací kádě měla

-5CZ 290952 B6 teplotu 74 °C. Filtrát zvystírací kádě o hustotě 12,5 °p byl přiveden do svazkového výměníku, v němž byla mladina ohřátá na teplotu 103 °C pomocí ostré páry na vnější straně. Mladina z výměníku tepla byla přivedena do dna otočného diskového kontaktoru (otočného diskového zadržovacího reaktoru) o objemu 600 1 průtokovou rychlostí 1200 1/h. Tento kontaktor měl vertikální otočný hřídel opatřený 40 disky.

V zadržovacím reaktoru (otočném diskovém zadržovacím reaktoru) byl S-methylmethionin (SMM) přeměněn vyhovujícím způsobem na dimethylsulfid (DMS).

Mladina byla potom přivedena do vrchní části patrové kolony (vytěsňovací kolony 5) vybavené 12 patry a spádovými trubkami. Zádrž kolony činila přibližně 20 1. Ostrá nasycená pára byla přiváděna do spodní části kolony, vytěsňovací poměr byl 5 %.

Vařená mladina byla potom přivedena do separátoru, kde byl oddělen kal, a mladina byla ochlazena. Tato mladina byla dále zpracována na pivo a následovalo plnění do láhví.

V různých fázích procesu byla stanovena koncentrace DMS.

Po filtraci	74 pg/l
Po kontaktoru	195 pg/l
Po vytěsňovací koloně	<10 μ g/1*
Po separátoru a ochlazení	20 μ/1
Konečné pivo	40 pg/l**
*: mezní stanovitelná hodnota je 10 pg/l
**: hodnota podstatě nižší než je prahová chuťová hodnota

Pro srovnání byla část filtrátu vycházející zvystírací kádě vařena běžným várkovým způsobem v kotli a zpracována dále na pivo. Analytické a organoleptické srovnání neukázalo podstatné rozdíly s výjimku mírně tmavší barvy piva připraveného běžným způsobem. To může být připsáno delší době zdržení při zvýšené teplotě, což je známá příčina ztmavnutí mladiny.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (12)

1. Způsob kontinuálního vaření mladiny, vyznačující se tím, že nevařená mladina se přivádí do ohřívače mladiny, kde se ohřívá na teplotu mezi 75 a 125 °C, ohřátá mladina se přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, nejlépe do otočné diskové zadržovací kolony, a následuje zpracování mladiny vyšlé z tohoto reaktoru párou v protiproudém uspořádání ve vytěsňovací koloně (5).

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se t í m, že mladina se přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, který má větší počet výpustí umožňujících regulaci doby zdržení mladiny při dané průtokové rychlosti ve vstupu.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mladina se přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, který pracuje při tlaku od 0,1 do 0,2 MPa a při teplotě od 75 do 125 °C.

4. Způsob podle nároků 1 až 3, vy z n a č uj í c í se t í m , že mladina se přivádí do ohřívače mladiny, který se nepřímo ohřívá parou vycházející z vytěsňovací kolony (5).

5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v předcházejícím kroku případně izomerizované granule chmele anebo chmelový extrakt se přidají před ohřátím nebo po ohřátí mladiny v ohřívači mladiny.

6. Způsob podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že mladina se zpracovává ve vytěsňovací koloně (5), která pracuje při tlaku od 0,1 do 0,2 MPa a při teplotě od 75 do 125 °C.

7. Způsob podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že vytěsňovací pára se používá jako topná látka v ohřívači mladiny anebo pro vyhřívání jiných proudů v tomto procesu.

8. Způsob podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že mladina se zvytěsňovací kolony (5) vstřikuje do vyrovnávací nádoby.

9. Způsob podle nároků 1 až 8, v y z n a č u j í c í se t í m , že mladina se zahřívá a částečně odpaří v odpařovací jednotce, přičemž uvolněné páry slouží jako vytěsňovací látka ve vytěsňovací koloně (5).

10. Způsob pro kontinuální zpracování mladiny, vyznačující se tím, že nevařená mladina se přivádí do ohřívače mladiny, kde se ohřívá na teplotu mezi 75 a 125 °C, ohřátá mladina se přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, nejlépe do otočné diskové zadržovací kolony, a následuje zpracování mladiny vyšlé z tohoto reaktoru s parou v protiproudém uspořádání ve vytěsňovací koloně (5), načež po čeření se mladina ochladí a fermentuje.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že mladina se přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, který má větší počet výpustí umožňujících regulaci doby zdržení mladiny při dané průtokové rychlosti ve vstupu.

12. Způsob podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím, že mladina se přivádí do reaktoru (4) s postupným průtokem, kteiý pracuje při tlaku od 0,1 do 0,2 MPa a při teplotě od 75 do 125 °C.