СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУСЛА ИЗ БРАЖКИ И СПОСОБ ПИВОВАРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C12C7/06 

Настоящее изобретение касается способа приготовления сусла из бражки, включающего отделение использованного зерна из бражки. Более конкретно, изобретение касается непрерывного процесса приготовления сусла.

В тех случаях, когда напитки приготовляют из злаков, в особенности когда приготовляют пиво, применяется сусло. Известное приготовление сусла происходит смешиванием исходных материалов, например, включающих непроращенное зерно (маис) и воду. Твердые материалы сначала дробятся (превращаются в порошок) и затем смешиваются с водой. Полученную суспензию выдерживают в течение некоторого времени при температуре, по меньшей мере 40^oC в присутствии источника ферментов, например, солода. Тем самым происходит желатинирование и сжижение. На следующем этапе после добавки солода и/или внешнего ферментного источника продолжается ферментное брожение смеси (бражки).

Можно таким образом приготавливать сусло на основе солода и воды. В таком случае первый этап опускается.

Полученный таким образом продукт состоит в основном из водонерастворимых компонентов сырых материалов, а также растворимых компонентов, таких как бродильный и небродильный сахара и белки. В известном способе такую смесь фильтруют для удаления нерастворимых компонентов переработанного зерна. Фильтратом или экстрактом является сусло. Для варки пива в сусло затем добавляют хмель, и сусло кипятят. Образованные хлопья, если нужно, удаляются, а сусло охлаждают примерно до 8^oC и доводят до брожения.

В европейской патентной заявке N 0265152 описывается фильтрация сусла с применением мембраны, имеющей диаметр пор 10,0-100,0 мкм. Как следует из текста этой публикации, мембрана предназначена для отделения отработанного зерна от сусла. Преимуществом этого является возможность использования в этом случае очень мелких частиц исходных продуктов. Это создает преимущества, относящиеся к эффективному экстрагированию сахаров из сырых материалов.

Однако мембранная фильтрация, согласно этой публикации, не обеспечивает соответствующей прозрачности сусла для дальнейшего использования. В частности, из текста следует, что первичное сусло, полученное этим способом, не свободное от взвешенных частиц, поэтому необходима дополнительная фильтрация. Это составляет недостаток способа. Более того, описанный в этой заявке способ нельзя осуществлять непрерывно.

Целью настоящего изобретения является разработка способа приготовления сусла из бражки, отделение отработанного зерна из бражки для образования прозрачного сусла, причем преимуществом этого способа является то, что он осуществляется непрерывно, при этом более того отделение происходит с более высоким выходом экстракта.

Изобретение отличается тем, что отработанное зерно отделяется от бражки в по меньшей мере одной установке для мембранной фильтрации с размером пор мембраны, не превышающим 2 мкм, при желании с последующей добавкой хмеля в сусло и кипячением сусла.

Неожиданно было обнаружено, что усовершенствованное отделение отработанного зерна от бражки достигается благодаря применению способа согласно изобретению. В результате получают не только прозрачное сусло, что означает, что в него можно добавить хмель и кипятить без дополнительной очистки, но и то, что выход экстракта значительно лучше. Более того, при способе, согласно настоящему изобретению, происходит гораздо меньшее засорение мембраны, чем при способе, согласно Европейской патентной заявке N 0265152. Новый способ имеет то преимущество, что он может осуществляться непрерывно, поскольку необходима значительно меньшая очистка мембраны.

Мембранная фильтрация осуществляется с использованием по меньшей мере одного мембранного фильтра, но предпочтительно, с использованием многоступенчатого фильтра, например, многоступенчатого противоточного фильтрующего аппарата, такого как трехступенчатый аппарат или многоступенчатый перекрестный фильтрующий аппарат.

Мембраны в мембранном фильтре имеют размер пор, не превышающий 2,0 мкм, предпочтительно в пределах 0,1-1,5 мкм. Такой размер пор обеспечивает оптимальную работу фильтрующей установки, так как при таком размере пор достигается хорошая прозрачность сусла с высокой эффективностью. Кроме того, мембранный фильтр обладает хорошей самоочищающей способностью. Материал мембраны строго не ограничивается. Но особое значение имеет механическая стойкость при температуре фильтруемого сусла. Кроме того, материал должен подходить для использования в контакте с пищевыми продуктами. Наиболее подходящими являются мембраны на основе керамических материалов.

Удивительным аспектом способа, согласно изобретению является то, что на активность мембран небольшое воздействие имеет только размер частиц твердых материалов, вопреки тому, о чем говорится в упомянутой Европейской патентной заявке.

Сусло, полученное способом, согласно изобретению, имеет прозрачность, измеряемую в ЕВС единицах при 65^oC 0,25-5. Прозрачное сусло смешивается с хмелем и смесь кипятится. В этом случае может происходить хлопьеобразование таких материалов, как протеины и полифенолы. При желании эти хлопья удаляют, например, с помощью сепаратора или "водоворота".

После охлаждения сусла до температуры в пределах 2-25^oC, предпочтительно до 8^oC, сусло может быть подвергнуто сбраживанию в пиве.

Кипячение сусла, предпочтительно, производится непрерывно, с восстановлением по меньшей мере части тепла. Соответствующие для этого аппараты известны из литературы. Эти аппараты могут быть основаны, например, на многокорпусных выпарных аппаратах с теплообменом отработанных газов с суслом.

Бражка, превращаемая согласно изобретению в сусло, может быть получена различными путями, например, известной обработкой в периодически работающих мялках. В объеме изобретения, однако, предпочтительным является использование аппарата для непрерывного затирания.

Согласно предпочтительному примеру исполнения изобретения, для этого применяется проточный реактор с задвижкой, другими словами реактор, выполняющий небольшое перемешивание и предварительное смешивание реактантов.

Процесс можно проводить в одном или более реакторах. Число реакторов частично зависит от природы используемых сырых материалов.

При использовании несолодового зерна проводятся два этапа реакции, на первом из которых порошкообразный материал желатинизируется и сжижается под влиянием ферментной системы. Такая ферментная система часто берет начало из солода. На втором этапе добавляют солод и/или дополнительную ферментную систему и продолжают реакцию дальше. Таким образом, необходимо применять две стадии реакции, которые предпочтительно можно проводить в двух реакторах. В тех случаях, когда применяют только солод без несолодового зерна, достаточно проводить только один второй этап реакции, который может проводиться в одном реакторе.

Твердые компоненты, такие как солод и несолодовое зерно, сначала измельчаются, например, в молотковой дробилке, до размера частиц, которые могут проходить через сито с размером ячеек от 5 мкм до 5 мм.

Порошкообразные твердые материалы смешивают с водой и подают в реактор или реакторы. Когда применяют несолодовое зерно, на первом этапе реакции поддерживается температура 40-100^oC. В силу этого происходит желатинизация и сжижение под влиянием ферментной системы. На втором этапе реакции вместе с продуктом, полученным на первом этапе реакции, добавляют солод и/или источник ферментов и воду. На этом этапе реакции происходит энзиматическое превращение. Температура на этом этапе реакции обычно составляет 30-80^oC. Когда применяется не несолодовое зерно, проводится только один этап реакции, и смесь солода и воды подается на этот этап реакции.

В качестве проточного реактора с задвижкой можно применять разные типы реакторов, в связи с чем особенно важным является то, что не происходит неприемлемое перемешивание и/или предварительное смешивание компонентов. Примерами их являются трубчатые реакторы и каскады реакторов с более или менее идеально перемешиваемыми баками. Соответствующий тип реактора образуется из так называемого контактора с вращающимся диском, известным типом которого является колонный реактор, который описан, например: Кирк-Отмер, Энциклопедия по химической технологии, 3-е 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, поверхность эта не превышает 95% Соответствующая дисперсия твердого вещества в жидкости производится вращением вала и дисков в колонне.

Для необходимой очистки колонны предпочтительно применяется система, в которой вал может быть легко удален, например, за счет отсутствия перегородок в колонне.

Использование вращающегося дискового контракта создает удивительное преимущество, состоящее в том, что размер частиц сырых материалов может устанавливаться почти независимо от применяемого аппарата, не вызывая проблем, связанных с осаждением или аккумулированием твердого вещества. В сочетании с применением мембранной фильтрации это означает, что размер частиц исходных материалов может выбираться почти свободно таким образом, что размер частиц может быть выбран оптимально, независимо от природы аппарата для осуществления способа. В сравнении с ситуацией при известной дозированной фильтрации, это составляет очень большое преимущество. При дозированной фильтрации проблемы возникают в связи с трудностями изменения размера частиц, поскольку это непосредственно связано с проблемами фильтрации сусла.

Охлажденное сусло может быть подвергнуто брожению, по желанию после отстоя в буферном резервуаре. В связи с этим изобретение касается также процесса пивоварения из сусла, приготовленного описанным выше образом.

Теперь изобретение будет проиллюстрировано с отсылкой к сопровождающим чертежам, изображающим пример схемы процесса, согласно предпочтительному исполнению изобретения, а также пример исполнения двух мембранных фильтрующих систем.

На фиг. 1 чертежей представлена схема процесса предпочтительного исполнения способа, согласно изобретению. На фиг. 2 более подробный пример исполнения трехступенчатой противоточной мембранной фильтрации. На фиг. 3 - пример исполнения поперечной мембранной фильтрации.

На схеме способа по фиг. 1 показана мешалка 1, в которую по трубопроводам 2, 3 и 4 проходит вода, имеющая температуру около 55^oC, порошкообразное несолодовое зерно и порошкообразный солод, соответственно. После смешивания смесь пропускают по трубопроводу 5 в первый вращающийся дисковый контактор 6, который включает вал 7 мешалки, снабженный дисками 8. Реактор 6 снабжен нагревательными элементами (не показаны), с помощью которых содержимое реактора нагревается и поддерживается при желаемой температуре.

Продукт из реактора 6 пропускают через трубопровод 9 в дисковый вращающийся контактор 10. Воду с температурой около 55^oC и порошкообразный солод пропускают через трубопроводы 12 и 13 в мешалку 11. Полученную смесь пропускают по трубопроводу 14 в основание колонны 10, где ее перемешивают спустя некоторое время с продуктом из реактора 6. По трубопроводу 15 полученное сусло пропускают на мембранный фильтр 16, в который, помимо того, подают воду по трубопроводу 17. По трубопроводу 18 полученное прозрачное сусло выгружают из установки мембранной фильтрации. Отработанное зерно выгружается через трубопровод 19.

Прозрачное сусло смешивают с хмелем, подаваемым по трубопроводу 20. Смесь сусла и хмеля подают в теплообменник 21, в котором ее предварительно нагревают теплом до стадии кипения. Предварительно нагретое сусло подают в котел 22 для сусла, в котором его кипятят в течение некоторого времени. Прокипяченный продукт пропускают через трубопровод 23 в сепаратор 24, в котором хлопьевидные материалы, такие как протеины и полифенолы, отделяют от сусла. Прозрачное прокипяченное сусло затем пропускают через трубопровод 25 в охладитель 26, в котором его охлаждают. Через трубопровод 27 сусло может быть выгружено, например, в установку для брожения.

На фиг. 2 показано устройство трехэтапной противоточной мембранной фильтрации.

На этих фигурах видно, что бражка пропускается по трубопроводу 51 на первый мембранный фильтр 52, из которого прозрачное сусло выгружают по трубопроводу 53. Часть остатка на фильтре 52 возвращают по трубопроводу 54 на подающий конец фильтра вместе с пермеатом второго мембранного фильтра 55. Остальную часть остатка пропускают по трубопроводу 56 на второй мембранный фильтр 55. Пермеат этой мембраны возвращают по трубопроводу 57 в первый мембранный фильтр. Остаток со второго фильтра 55 частично возвращают на подающий конец второго мембранного фильтра 55 по трубопроводу 58, тогда как остальную часть пропускают по трубопроводу 59 на третий мембранный фильтр 60. Пермеат этого третьего мембранного фильтра 60 возвращают по трубопроводу 61 на подающий конец второго мембранного фильтра. Часть остатка третьего фильтра 60 возвращают по трубопроводу 62 на подающий конец третьего фильтра 60 наряду с водой, подаваемой по трубопроводу 63. Остальной остаток, отработанное зерно, выгружают по трубопроводу 64.

Описание этой системы основано на трехэтапной фильтрующей установке, но конечно можно предусмотреть такое количество этапов, которое требуется, по тому же принципу.

На фиг. 3 показан пример исполнения поперечной фильтрующей установки на основе трехэтапного аппарата, но число этапов может быть таким, каким требуется, по тому же принципу.

На фиг. 3 показано, что бражку пропускают по трубопроводу 100 в первый мембранный фильтр 101, из которого прозрачное сусло выгружают через трубопровод 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 105 воду подают на подающий конец фильтра 104. Пермеат мембранного фильтра 104 выгружают по трубопроводу 106 и соединяют с пермеатом первого мембранного фильтра 101 Остаток на втором фильтре 104 частично пропускают по трубопроводу 109 и частично возвращают по трубопроводу 113 на подающий конец фильтра 104. Пермеат этого третьего мембранного фильтра 108 соединяют по трубопроводу 110 с пермеатом первых двух фильтров. 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 с отсылкой к неограничивающему примеру выполнения изобретения.

Пример
В мешалку 1 аппарата, как показано на фиг. 1, добавляют в час 5 кг маиса, 2,5 кг солода и 22,5 л воды, имеющей температуру 55^oC. Маис и солод измельчают в порошок в молотковой дробилке до размера частиц, который может быть пропущен через 1,5 мм ячейки. Смесь имеет температуру 50^oC. Смесь пропустили в вращающийся дисковый контактор, в котором температуру повысили до 95^oC. Смесь находилась в реакторе при 50^oC в течение 5 мин, хотя время содержания ее при 95^oC было 10 15 мин.

В смесь 11 добавляли в час 15 кг солода с тем же размером частиц и 45 л воды, имеющей температуру 55^oC. Полученная смесь имела температуру 50^oC и была пропущена в основание второго вращающегося дискового контактора.

Продукт из первого вращающегося дискового контактора пропустили во второй дисковый вращающийся контактор до того же уровня, причем время содержания солода/воды в смеси составило около 15 мин при 50^oC. Температуру повышали до 65^oC подмешиванием горячего продукта. Эту температуру поддерживали в течение 30 мин, после чего снижали ее до 76^oC, которую поддерживали еще в течение 5 мин.

После такой обработки получили сусло, с содержанием экстракта около 21,5% которое было пропущено в мембранную фильтрующую установку 16. Эта установка показана на фиг. 2. С помощью такой установки, имеющей мембраны с размером пор 0,4 мкм, получают сусло прозрачностью 0,3 ЕВС единиц (при 65^oC). После смешивания с хмелем, кипячения, отделения хлопьев и охлаждения было получено холодное сусло, имеющее температуру 8^oC, которое можно подвергать сбраживанию в пиво.

1. EP N 0265152 кл. 6 C 12 c 7/16, 1989.

Использование: изобретение касается способа приготовления сусла из бражки. Сущность: способ включает отделение отработанного зерна из бражки для образования прозрачного сусла в по меньшей мере одной мембранной фильтровальной установке, имеющей размер пор фильтра, не превышающий 2,0 мкм, при желании добавку хмеля в сусло и кипячение сусла, а также способ пивоварения, основанный на использовании сусла, приготовленного данным способом. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ приготовления сусла из бражки, предусматривающий мембранную фильтрацию, осуществляемую путем введения бражки в по меньшей мере одну фильтровальную установку, включающую мембрану для отделения использованного зернового материала из бражки и получения сусла, отличающийся тем, что мембрана фильтровальной установки имеет поры размером, не превышающим 2 мкм, для получения очищенного сусла с прозрачностью 0,25 5,0 ед ЕВС при 65^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сусло добавляют хмель и затем его кипятят. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембранную фильтрацию осуществляют в многоэтапной противоточной фильтровальной установке или в установке поперечной фильтрации. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что мембранная фильтрация осуществляется в трехэтапной противоточной фильтровальной установке. 5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что прозрачное сусло кипятят с отбором по меньшей мере части тепла. 6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что бражку получают непрерывными энзиматическим преобразованием смеси солода и воды в проточном реакторе с задвижкой. 7. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что бражку получают непрерывной желатинизацией и энзиматическим снижением несолодового зерна в реакторе периодического действия, добавкой солода и/или источника энзимов в полученный продукт и непрерывной энзиматической конверсией во втором проточном реакторе с задвижкой. 8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что в качестве проточного реактора с задвижкой применяют вращающийся дисковый контактор. 9. Способ пивоварения, включающий приготовление сусла способом по любому из пп.1 8 с последующим сбраживанием названного сусла.