DE19649661A1

DE19649661A1 - Maischeverfahren

Info

Publication number: DE19649661A1
Application number: DE19649661A
Authority: DE
Inventors: Markus Lotz; Horst Dr Randhahn; Tony Alex; Rolf Berndt; Gebhardt Mueller
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-04
Also published as: DE69724449T2; WO1998023724A2; CA2273163A1; WO1998023724A3; EP0941303A2; ATE248215T1; DE69724449D1; JP2001504705A; AU5553798A; EP0941303B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Maischeverfahren. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf spezielle Maischefilter- und Verarbeitungsvorrichtungen sowie deren Verwendung.

Maischen ist bei der Bierherstellung ein wesentlicher Verfahrensschritt. Hierbei wird der feste Ausgangsstoff Malz, bzw. das daraus definiert ge mahlene Schrot mit Wasser in Temperatur/Zeit Intervallen einem Lösungs prozeß unterzogen. Die direkt wasserlöslichen Malzinhaltstoffe Zucker, β- Glucane, Pentosane, Eiweißprodukte, Lipide, Polyphenole werden direkt gelöst. Der wichtigste Bestandteil, die Malzstärke, wird durch im Malz vorhandene oder extern zugefügte Enzyme abgebaut und damit in wasser lösliche Form gebracht. Die Lösung dieser Inhaltsstoffe und die Abtrennung der ungelösten Bestandteile ist das Ende des Maischeprozesses. Die abfil trierte Lösung - die Würze - ist in ihrer Zusammensetzung entscheidend für die Art und die Qualität des daraus gebrauten Bieres.

Die Unterschiede in den Zusammensetzungen der Ausgangsrohfrüchte (bei spielsweise Gerste, Mais, Reis) bleiben über die Malzbereitung hin bis zum Maischen erhalten. Mittels unterschiedlicher Maischeverfahren (Zusammen fassung in Schuster, Weinfurtner, Narziss (1985)) wird zum einen die unter schiedliche Malzzusammensetzung kontrolliert, zum andern werden hierüber biersortentypische Würzen erzeugt.

Ziel jedes dieser Maischeverfahren ist es, eine hohe Ausbeute (Lösung aller löslichen Bestandteile) zu erreichen. Nach dem Trennvorgang sollte die Würze möglichst partikelfrei sein, damit die nachfolgenden Schritte der Bierherstellung kontrolliert und gleichmäßig ablaufen. Hierbei sind besonders geringe β-Glucan-Gehalte im Hinblick auf die spätere Filtrierbarkeit der Biere sowie geringe Polyphenol- und Anthocyanogen-Gehalte im Hinblick auf Bierfarbe, Geschmack sowie die kolloidale Bierstabilität wichtig.

Die Trennung der ungelösten Maischebestandteile (Treber), d. h. die Gewin nung der Würze, wird als "Abläutern" bezeichnet.

Stand der Technik "Abläutern"

Die heutigen konventionellen Filtrations- oder Trennverfahren lassen sich in Abhängigkeit von ihrer apparativen Ausführung grundsätzlich in zwei unter schiedliche Verfahrensweisen unterteilen. Hierbei werden in der Regel

- Läuterbottich oder
- Maischefilter

eingesetzt, die beide aufgrund von Ablagerungen von Malzpartikeln auf einem grobporigen Filtermittel einen Filterkuchen ausbilden, der eine Separa tion der Feststoffe von der Würze erlaubt (Kuchen-Filtration).

Bei der Verwendung eines Läuterbottichs wird im Prinzip über grobe Siebe mit regelmäßigen Durchtrittsöffnungen im Bereich 700 bis 1200 µm eine kontinuierliche Filtration durchgeführt. Hierbei wird die Maische in den Läuterbottich eingepumpt, und es beginnt eine Sedimentation der Spelzen und groben Malzkornbestandteile. Diese bilden auf dem Boden des Läuterbottichs eine grobe primäre Filterschicht. Hat diese Filterschicht eine gewisse Dicke erreicht, so läßt man die Maische unter Schwerkrafteinschluß den primären Filterkuchen durchströmen. Durch weitere, feinere Partikel in der Maische wird eine dichtere, sekundäre Filterschicht gebildet. Da zu Beginn der Filtration noch sehr viele Feststoffe die primäre Filterschicht durchfließen, wird die abfließende Würze so lange wieder dem Läuterbottich von oben zugeführt, bis eine ausreichend feststoffarme Würze abläuft. Die Klärwirkung wird daher überwiegend durch die anwachsende und sich durch abgelagerte Partikel verdichtende Sekundärschicht bestimmt. Verringert sich die Durch laufgeschwindigkeit aufgrund einer zu starken Filterverdichtung unter einen bestimmten Wert, so muß der angefallene Filterkuchen mit mechanischen Mitteln, üblicherweise mit einem sogenannten Hackwerk, aufgelockert wer den. Im Anschluß muß der Filterkuchen in der Regel bis zu dreimal mit heißem Wasser ausgewaschen werden, um noch im Filterkuchen befindliche Würze zu verwerten.

Der Maischefilter ist ein Kammerfilter. Bei der Maischefiltration wird die Maische nach dem Maischeprozeß in die Kammern des Filters eingepumpt. Die Platten der einzelnen Filterkammern sind beidseitig mit Filtertüchern belegt. Die Filtertücher bestehen in der Regel überwiegend aus Polymerge webe, z. B. aus Polypropylen, Polyamid oder bei älteren Ausführungen aus Baumwolltüchern.

Ein typisches Charakteristikum des Maischefilters sind Durchtrittsöffnungen der Filtertücher im Bereich von 100 µm Durchmesser. Auch bei diesem Filtrationsprozeß besteht der eigentliche Trennmechanismus darin, daß die Maische einen sich auf den Filtertüchern ansammelnden Filterkuchen durch laufen muß. Auch beim Filtrationsverfahren durch Maischefilter muß ein Teil der zu Beginn abgetrennten Würze, der sogenannte Vorlauf, das Filtrations verfahren nochmals durchlaufen, da der Feststoffanteil noch zu hoch ist. Auch beim Maischefilter sind Nachgüsse mit heißem Wasser zur Gewinnung von im Filterkuchen enthaltener Restwürze notwendig.

Nachteilig wirkt sich bei den bislang beschriebenen Filtrationsverfahren die Notwendigkeit aus, die Vermahlung der eingesetzten Frucht nur bis zu einer bestimmten Untergrenze für die Partikelgröße zu betreiben.

Typische Zusammensetzung von Läuterbottich- und Maischefilterschroten sind in Tabelle 1 (nach Krüger E., Bielig, H.J., (1976)) angeführt.

Zusammensetzung von Läuterbottich- und Maischefilter schrot (Angaben in Gew.-%)

Zahlreiche Arbeiten aus den 60er und 70er Jahren beschreiben eine wei tergehende Feinvermahlung von Gerstenmalz (Kienanger, H., (1977)), Schöf fel, F., (1972)) mit dem Ziel, höhere Extraktausbeuten mit kürzen Maische zeiten zu erreichen. Ein Einsatz dieser feinvermahlenen Malze selbst mit kompletten Spelzenanteil scheiterte im wesentlichen an geeigneten Trennver fahren und Apparaten zur Abtrennung der Würze (Deublein, D., Schoffel F., (1980)). Der Einsatz einer alternativen Trenntechnik - Vakuumtrommelfil ter -, bekannt als "Reiterverfahren" (Reiter, F., Brauwelt 102 (1962), 104 (1964)), ergab auch keine zufriedenstellende Lösung.

Eine solche Beschränkung der Feinanteile in den Malzschroten ist jedoch vom Brauvorgang her nicht wünschenswert. Grundsätzlich geht das Bestreben dahin, eine möglichst feine Vermahlung des Malzes zu erreichen. Eine Malzfeinvermahlung erlaubt schnellere enzymatische Abbauvorgänge beim Maischen durch Vergrößern der für den Stoffaustausch aktiven Oberfläche. Die Stärkekörner und die proteinreichen Malzfraktionen werden von umge benden Gerüstsubstanzen freigelegt. Dies bewirkt eine generelle Verkürzung der Maischzeit und ein besseres Verarbeiten schlechtgelöster Malze. Weiter hin ergeben sich Geschmacksvorteile für das Bier, wenn auf einen Großteil der Spelzen als Filtriermittel verzichtet werden kann. Um eine Verarbeitung von fein vermahlenem Malz im Maischprozeß zu ermöglichen, wurde ver sucht, anstelle der oben genannten Filtrationsverfahren eine Querstrom-Fil tration (crossflow filtration) der Maische durchzuführen.

In "EPC Kongreß 1993", S. 76 ff., beschreiben Bühler et al. die Anwen dung von Membranen für neue Ansätze in Brauerei-Operationen. Insbesonde re erwähnen sie eine konventionelle Crossflow-Maischefiltration mittels Mem branen.

Bei der Querstrom-Filtration wird eine Strömung der suspendierten Maische parallel zur Filtermitteloberfläche erzeugt, um Partikelablagerungen weitge hend zu verhindern. Im Unterschied zur oben beschriebenen Kuchen-Fil trationsmethode formen die Feststoffe im Idealfall keinen Filterkuchen auf dem Filtermittel, d. h. die Maische wird in der Regel allein durch das eingesetzte Filtermedium geläutert. Während die Querstrom-Filtrationssysteme grundsätzlich zum Einsatz bei der Läuterung von Maische aus fein ver mahlenem Malz geeignet sein sollten, ergeben sich jedoch in der Praxis Probleme, die den Einsatz dieses Filtrationsverfahrens bislang erschwert haben.

So ist beispielsweise bei den Querstrom-Filtrationsverfahren ein hoher Druck notwendig, um die hohen Fließgeschwindigkeiten zu ermöglichen, die erfor derlich sind, um die für die Durchführung des Filtrationsverfahrens erforder lichen hohen Scherkräfte auf der Oberfläche des Filtrationsmediums zu erreichen. Weiterhin werden durch Druckunterschiede an der Oberfläche des Filters Druckgradienten erzeugt, die ein Verstopfen des Filters bewirken können. Weiterhin können solche Druckunterschiede, insofern sie eine starke Ausprägung haben, einen Rückfluß der schon filtrierten Würze durch das Filtermedium bewirken, was zu einem deutlichen Rückgang der Effizienz des Verfahrens führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein gegenüber dem heute industriell angewandten Maischeverfahren verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, insbesondere ein solches, das

- kurze Maischezeiten,
- höchste Ausbeuten an Kohlehydraten (höchste Extraktausbeute),
- Flexibilität hinsichtlich der apparativen Ausbaubarkeit in kleinen Stufen,
- Flexibilität hinsichtlich des Produktes, insbesondere Ermöglichung der Steuerung der bierproduktspezifischen Eigenschaften des Biers durch Steuerung der Maischeverfahrensparameter,
- eine einfache Durchführung des Verfahrens,
- eine verbesserte Würzequalität für verbesserte Bierqualität
- ein kontinuierliches oder quasi-kontinuierliches Verfahren,
- die Beseitigung der Notwendigkeit der Vorlaufrezyklierung,
- die Herstellung einer im wesentlichen feststofffreien Würze,
- die Herstellung einer für die anschließenden Stufen des Bierher stellungsverfahrens verbesserte Maische, insbesondere einer β-Glu can-ärmeren Maische

ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Maischeverfahren, Vorrichtungen und spezielle Verwendung der Vorrichtungen gelöst, wie sie in den An sprüchen definiert sind. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den Beispielen.

Gegenstand der Erfindung ist damit ein Maischeverfahren, bei dem Maische filtriert und Würze erhalten wird, wobei die Maische dem Filtermaterial eines dynamischen Querstromfiltrationssystems zugeführt wird, Würze von der Abstromseite des Filtermaterials abgeleitet wird und verdickter Rückstand von der Anströmseite des Filtermaterials abgeleitet wird.

Unter einem dynamischen Querstromfiltrationssystem wird eine Filtereinrich tung verstanden, bei der das zu filtrierende Material in einem Volumenseg ment zwischen einer Filteroberfläche und einer weiteren Oberfläche bewegt wird, wobei zumindest eine wesentliche Komponente der Relativgeschwindig keit zwischen zu filtrierendem Material und Filteroberfläche senkrecht zur Normalen der Filterfläche an der Filterfläche entlang verläuft (Querkom ponente). Diese Querkomponente wird im Wesentlichen durch Bewegung von Oberflächen relativ zum filtrierenden Material innerhalb des Querstromfil trationssystems selbst erzeugt. So kann die Querkomponente beispielsweise mit rotierenden Scheiben in geringen Abstand von Filteroberflächen, oder mit zumindest auch azimuthal bzw. umfangsmäßig oszillierenden Filterscheiben oder mit rotierenden oder oszillierenden konzentrischen Zylindern erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Relativgeschwindigkeit der Filteroberfläche zum Mittelbereich des Strömungskanals im Bereich von 3 bis 20 m/sek, ins besondere 4 bis 12 m/sek. Bei oszillierenden Relativbewegungen bezieht sich die obige Angabe auf das Produkt aus Auslenkung (m) und Frequenz (sek⁻ ¹). Die weitere Oberfläche kann auch eine Filteroberfläche sein.

Erfindungsgemaß ist es bei dem Einsatz der dynamischen Querstromfiltra tionseinrichtungen möglich, die Querkomponente der Überströmgeschwindig keit der Maische oder der Suspension (der kontrollierenden Größe zur Verhinderung einer möglichen Membranverstopfung oder -belegung) von dem transmembranen Differenzdruck (der den Filterfluß kontrollierenden Größe) zu entkoppeln. Es wird angenommen, daß die gefundenen wertvollen Ergeb nisse des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diesem Unterschied des dynami schen Querstromfiltrationssystems im Vergleich zu konventionellen Filtrations einrichtungen, also solchen ohne bewegte Teile in der Filtrationseinrichtung, beruht.

Das erfindungsgemäße Maischeverfahren weist bevorzugt eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf:

a. als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird eines mit rotieren den Scheiben oder mit konzentrisch rotierenden Zylindern oder mit oszillierenden Scheiben eingesetzt;
b. als Filtermaterial wird ein Material ausgewählt aus:
- - Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, Polyte trafluorethylen-Membranen (PTFE-Membranen), Polyvinyliden fluorid-Membranen (PVDF-Membranen), vorzugsweise ausge wählt aus Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Tennessee 1978) von unter 2 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- - Stahl;
- - Nickel oder
- - Keramik
oder einer Kombination aus zwei oder mehr solcher Materialien verwendet;
c. als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird ein geschlossenes, vorzugsweise druckbeaufschlagtes dynamisches Querstromfiltrations system eingesetzt.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der Regel alle auch bei den bisher verwendeten Filtrationsverfahren eingesetzten Malze und daraus gewonnene Maischen verwendet werden. Im Vergleich zu den bis heute gebräuchlichen Verfahren können jedoch beim erfindungsgemäßen Verfahren auch im Vergleich zu Durchschnittsmalzen stark unterlöste Malze verwendet werden. Unter "unterlösten Malzen" werden dabei im Sinn der Erfindung Malze verstanden, die folgende Werte nach MEBAK haben:

- Friabilimeterwert < 80 Gew.-%,
- ganzglasige Körner < 3 Gew.-%,
- Mehl/Schrot Differenz < 2%,
- Viskosität η < 1.6 m Psek und
- Verzuckerungszahl 145°C < 36.

Es ist im Sinne der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn das beim erfin dungsgemäßen Verfahren eingesetzte Malz einen verringerten Spelzengehalt aufweist, wobei der Spelzengehalt durch jede dem Fachmann auf dem Gebiet der Spelzentrennung bekannte Form der Abtrennung von Spelzen vom Korn durchgeführt werden kann. Das in der oben beschriebenen Art spelzenver minderte Malzschrot bzw. Malzmehl wird entsprechend zur Herstellung von Maischen mit einem verringerten Spelzengehalt eingesetzt. Die beim erfin dungsgemäßen Verfahren verwendete Maische hat vorzugsweise einen Spel zengehalt von 40 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Spelzengehalt von 50 bis 80 Gew.-% bezogen auf den Spelzengehalt in der Ausgangsmai sche als 100 Gew.-%. Die Reduktion des Spelzengehalts um 5-60 Gew.-% kann auch durch Vermischen mit spelzenfreier Frucht oder anderen Kohlehy dratquellen erfolgen.

Durch die Möglichkeit, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Malzmehle einzusetzen, die sehr fein vermahlen sind, findet man in der aus diesem feinen Malzmehl hergestellten Maische Stärkepartikel einer Korngröße von unter 100 µm. Bevorzugt weisen die Stärkepartikel eine Teilchengrößen verteilung auf, bei der 99% der Partikel unter 100 µm Korngröße, 70% der Stärkepartikel unter 65 µm Korngröße sind, wobei die Stärkepartikel vor zugsweise zum signifikanten Teil eine bimodale Teilchengrößenverteilung (bestimmt mit einem Laserbeugungsspektrometer; Helossystem der Fa. Sym patec) mit ausgeprägten Maxima bei etwa 5 Mm und etwa 25 µm haben.

Vorzugsweise stammt die eingesetzte Maische aus fein vermahlenem Pulver schrot. Dabei sind 75% der Teilchen kleiner als 150 µm. Typischerweise haben diese Teilchen keine ausgeprägte bimodale Verteilung.

Die zur Herstellung der Maische eingesetzten Malze können über eine normale Löslichkeit verfügen, es sind jedoch auch zumindest teilweise schlecht lösbare (unterlöste) Malze einsetzbar.

Anstatt beim erfindungsgemäßen Verfahren nur eine Art Malzmehle für die Maische einzusetzen, ist es genauso möglich, ein Gemisch aus mindestens zwei Malzmehlen einzusetzen, wobei die Mehle eine unterschiedliche Spezifi kation aufweisen. Dadurch wird in einfachster Weise eine Beeinflussung des Biercharakters und ein gleichmäßigeres Durchführen des Brauverfahrens erreichbar.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Eigenschaften der Würze durch die Einstellung verschiedener Verfahrens parameter gesteuert werden kann. Vorteilhafterweise wird das erfindungs gemäße Verfahren mit solchen Flußgeschwindigkeiten, Drücken und Tempe raturen gearbeitet, wie sie in der folgenden Tabelle gezeigt ist:

Bevorzugte Verfahrensparameter

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß der Treberanteil der Maische durch die Dynamik des Maischeflusses beschleunigt ausgesüßt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einem dynamischen Querstromfil trationssystem betrieben werden. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch auch mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten dynamischen Querstromfiltrationssystemen gearbeitet werden. Hierbei wird vorzugsweise aus dem ersten dynamischen Querstromfiltrationssystem die Vorderwürze gewonnen, während aus der zweiten Stufe und gegebenenfalls aus weiteren Stufen Nachgüsse und Treber gewonnen werden. Vorderwürze und Nachgüs se werden zur Pfannenvollwürze vereinigt. Werden zwei oder mehr dynami sche Querstromfiltrationssysteme eingesetzt, dann kann der Prozeß der Maischefiltration kontinuierlich gestaltet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich durch die Wahl der Poren größe des Filtermediums bestimmen, welche Obergrenze für die Teilchen durchmesser der in der Würze verbleibenden Partikel erreicht werden kann. In der Regel wird so filtriert, daß die gewonnene Würze im wesentlichen frei von Partikeln ist, die größer als 0, 1 µm sind.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen, im Stand der Technik beschriebenen Verfahren kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schon bei Beginn der Filtrationsstufe ein optimales Filtrationsergebnis hinsichtlich der Teilchen größenobergrenze für Partikel in der Würze erzielt werden. Daher wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise ohne Rezyklierung des Vorlaufes betrieben.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Bier, bei dem eine Maische filtriert, die gewonnene Würze mit Hefe fer mentiert wird und das erzeugte Bier gewonnen wird, wobei die Maische mittels eines dynamischen Querstromfiltrationssystems filtriert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bier wird mit einer Maische gearbeitet, die zumindest teilweise aus mindestens einem Mehl mit einer der beiden folgenden Teilchengrößenverteilungen A oder B besteht:
A: teilentspelzt, feinstvermahlen bimodal
100% < 125 µm
80% < 60 µm
60% < 35 µm
40% < 25 µm
20% < 10 µm
B: Reiterschrot
99% < 600 µm
80% < 200 µm
75% < 150 µm
60% < 80 µm
40% < 40 µm
20% < 20 µm.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines dynami schen Querstromfiltrationssystems für die Maischefiltration.

Das im Sinne der Erfindung verwendete dynamischen Querstromfiltrations system weist vorzugsweise rotierende Scheiben oder konzentrisch rotierende Zylinder oder oszillierende Scheiben auf.

Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung ist die Verwendung von dynamischen Querstromfiltrationssystemen, bei denen das Trennmaterial zumindest teilweise eine mikroporöse Membran ist, insbesondere eine mikro poröse Polyamidmembran, eine mikroporöse PTFE-Membran oder eine mikroporöse PVDF-Membran, vorzugsweise eine Membran mit einer Rück halterate von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm.

Gegenstand der Erfindung ist damit auch die Verwendung eines dynamischen Querstromfilters, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtungen definiert ist, für die Maischefiltration.

Die Bierbereitung unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in allen üblicherweise dafür vorgesehenen Vorrichtungen durchgeführt werden, solange als Filterelement ein wie oben beschriebenes dynamisches Quer stromfiltrationssystem verwendet wird. Üblicherweise weisen solche Vor richtungen zur Bierbereitung zur Durchführung des Maischeverfahrens wenig stens einen Behälter zur Aufnahme von Maische, eine sogenannte Maisch bottichpfanne, auf, die mit einer thermostatisierten Heizeinrichtung versehen ist. Für das Maischeverfahren sind, was Temperaturverlauf und Dauer des Maischeverfahrens betrifft, verschiedene Verfahren bekannt, die alle im erfindungsgemäßen Sinne anwendbar sind und die in Verbindung mit dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen dynamischen Querstromfil trationssystem zusammen genutzt werden können. Neben einem oder mehre ren Behältern zur Aufnahme von Maische verfügt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bierherstellung noch über ein dynamisches Querstromfil trationssystem, das über einen Einlaß Maische aufnehmen kann, diese zur Anströmseite eines im dynamischen Querstromfiltrationssystem eingesetzten Filtermaterials führt, sowie über eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von der Abstromseite des Filtermaterials.

Weiterhin verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Bier über eine Vorrichtung, die es erlaubt, die Maische aus dem Behälter zu der Einlaßeinrichtung des dynamischen Querstromfiltrationssystems zu übertragen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist damit eine Vorrichtung zur Durchführung des Maischeverfahrens umfassend:

a. einen Behälter zur Aufnahme von Maische, der mit einer thermo statisierten Heizeinrichtung versehen ist;
b. ein dynamisches Querstromfiltrationssystem zum Aufnehmen von Maische mit einem Einlaß für die Maische an die Anströmseite des Filtermaterials und eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von der Abstromseite des Filtermaterials und einer Einrichtung zur Abfuhr der eingedickten Maische aus dem dynamischen Querstromfiltra tionssystem;
c. eine Einrichtung zur Übertragung der Maische aus dem Behälter zu dem Einlaß des dynamischen Querstromfiltrationssystems.

Bevorzugt ist das Filtermaterial zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgewählt aus:

- Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, PTFE-Mem branen, PVDF-Membranen, vorzugsweise solche Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Tennessee 1978) von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- Stahl;
- Nickel oder
- Keramik
oder einer Kombination aus zwei oder mehr solcher Materialien.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Filtermaterial eine Rückhalterate von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm oder insbesondere von etwa 0,1 µm, hat.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, daß die dynamische Filtrationsvorrichtung zumindest eine rotierende Scheibe und zwei Filterplatten in einem stationären Gehäuse aufweist.

Vorzugsweise ist die Stärke des Strömungskanals etwa 3 bis 30 mm. Der Durchmesser der Filterscheiben liegt typischerweise im Bereich von 25 cm bis 2,5 m.

Mit der Erfindung wurden die im folgenden, anhand von Beispielen näher erläuterten überraschenden Ergebnisse erzielt, und es wurde ein technisch und wirtschafflich verbessertes Verfahren zur Maischefiltration geschaffen. Bei diesem Verfahren, bei dem ein dynamisches Querstromfiltrationssystem zur Filtration der Maische eingesetzt werden, hat sich zudem ergeben, daß ganz neue Möglichkeiten für die Steuerung und Variation des Bieres selbst durch eine einfache Einstellung von bestimmten Parametern bei der Maische filtration ermöglicht werden.

Im Gegensatz zu konventionellen Querstromfiltern, die mit zwangsüber strömten Kanälen arbeiten, setzt die Erfindung dynamische Querstromfil trationssysteme ein. Diese Unterschiede sind schematisch in Fig. 2 darge stellt. Die Erfindung realisiert technische und biertechnologische Vorteile durch Einsatz von dynamischen Querstromfiltrationssystemen bei der Würze gewinnung und Treberauswaschung.

Im folgenden werden weitere für die Erfindung gut geeignete Parameter sowie weitere und speziellere Ausführungsformen anhand von Beispielen und zusammen mit einer Zeichnung beschrieben, in der

Abb. 1 ein Diagramm mit Flux, Konzentrierungsgrad und Ex traktgehalt für Pulvermalz beim Abläutern und Aussüßen mittels dynami scher Querstromfiltration und 0, 1 µm PTFE-Membran

Abb. 2 und 3 ein dynamisches Querstromfiltrationssystem - Typ rotierende Scheiben - wie es allgemein funktionell in EP 560 281 A1 beschrieben ist, wobei auf die dortige Beschreibung bezug genommen wird,

Abb. 4 einen Vergleich des β-Glucangehalts zwischen scherspaltfil trierten Filtraten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach einem Filtrationsverfahren mit Faltenfilter erhältlichen Filtration,
zeigen.

In Abb. 1 bedeuten:
A: Anschwänzwasser in kg
E: Extrakt der Würze in %
K: Konzentrierungsgrad mf/mO in %
F: Flux in 1/(m²h)
In Abb. 4 bedeuten:
c_G: β-Glucan in mg/l
t_F: Filtrationszeit in Minuten.

Die folgenden Beispiele sind mit einem dynamischen Querstromfiltrations system - Typ rotierende Scheiben - erstellt worden, wie es in Abb. 2 und 3 gezeigt ist. Für diese Strömungsform wurden die hydrodynamischen Verhältnisse theoretisch beschrieben, z. B. in Schulz-Grunnow (1935), Daily u. Nece (1960), Ketola (1968), Schiele (1978), Shirato (1987), und mit experimentellen Ergebnissen korreliert.

Die angeführten Beispieldaten wurden mit Membranen aus dem Bereich der Mikrofiltration erstellt. Hierbei wurden Polymermembranen sowie anorgani sche Filtermaterialien verwendet. Die Beispiele vergleichen zum einen die Ergebnisse unter identischen Bedingungen parallel zur existierenden Techno logie. Zum anderen wird die Verwendbarkeit von feinen Pulvermalzen mit deutlich reduziertem Spelzenanteil mit dieser Technologie aufgezeigt, wobei die Vorteile im Hinblick auf kürzere Maischezeiten, höhere Extraktausbeute und reduzierte unerwünschte Würzeinhaltsstoffe nachgewiesen werden.

BEISPIELE Maischeverfahren

Es wurde zur Erstellung dieser Daten das standardisierte Eyben-Maische verfahren verwendet. Die Temperaturraster für die Maischen sind hier 45°C, 62°C und 70°C für jeweils 30 Minuten, Aufheizung mit 1 C°/min. Gegen Ende des Maischeverfahrens wurde auf 78°C aufgeheizt und die Maische mittels eines dynamischen Querstromfiltrationssystems sowie zum Vergleich mit konventionellen Läuterbottichverfahren separiert.

Würzefluß bei dynamischen Querstromfiltrationssystemen

Abb. 1 gibt ein typisches Beispiel für das Abläutern der Maische und Aussüßen des Trebers mittels dynamischer Querstromfiltration. Eingesetzt wurde hier eine PTFE-Membran mit einer absoluten Rückhalterate von 0,1 µm. Die mittleren Filtratflüsse liegen bei 180 l/hm². Die Ergebnisse werden unter Einsatz eines spelzenreduzierten Pulverschrots (alle Fraktionen ≦ 100 µm, Größenverteilungen (Tabelle 3)) erzielt. In der Literatur (Schu ster, Weinfurtner, Narziss (1985)) werden für die typischen Malzschrote entsprechend Tabelle 1 mittlere Filtratflüsse für den Läuterbottich mit 460 l/hm² und für den Maischefilter mit 200 l/hm² angegeben. Der Einsatz eines dynamischen Querstromfiltrationssystems ergibt spezifische Filtratflüsse in der gleichen Größenordnung wie beiden herkömmlichen Verfahren und erlaubt die Verwendung eines um den Faktor 1.000 im Vergleich zu dem Maischefiltern und ca. 10.000 im Vergleich zum Läuterbottich feineres Filtermaterials (Größe der Durchtrittsöffnungen).

Größenverteilung spelzenreduziertes Pulverschrot

Die Abb. 1 zeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Glatt wasserkonzentrationen < 1% erreicht werden können.

Würzeinhaltsstoffe bei Trennung mit dynamischen Querstromfiltrationssyste men und Läuterbottichverfahren für gleiches durchschnittlich gelöstes Malz

Vergleichende Untersuchungen aus gleichen Malzpartien wurden mit Läuter bottichschrot und mit dem Läuterbottichverfahren sowie mit feinvermahlenem Pulverschrot unter Abtrennung von 50% der Spelzen und Einsatz eines dynamischen Querstromfiltrationssystems durchgeführt. Tabelle 4 gibt typische Würzedaten für solche Untersuchungen an.

Würzeinhaltsstoffe für durchschnittlich gelöste Malze, erzielt mit Läuterbottichverfahren und dynamischen Querstromfil trationssystem

Durch die teilweise Spelzenabtrennung (50%) beim Pulverschrot ist ein Gesamtextraktverlust von I % zwischen Pulverschrot und Läuterbottichschrot zu berücksichtigen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt also zu einem erheblichen Gewinn an Zuckerausbeute (ca. 7%) sowie zu einer Reduktion der Anthocyanogene und der β-Glucane. Beides ist sehr vorteilhaft für das Endprodukt.

Würzeinhaltsstoffe für schlecht gelöstes (unterlöstes) Malz

Tabelle 5 gibt die typischen Werte für beide Verfahren für unterlöstes Malz an.

Würzeinhaltsstoffe für unterlöstes Malz erzielt mit Läuter bottichverfahren und dynamischem Querstromfiltrationssy stem

Die beispielhaften Werte von Tabellen 4 und 5 verdeutlichen generell den höheren Extraktgehalt der Querstromfilterwürze bei Einsatz von Pulverschrot mit partieller Spelzentrennung. Die Reduzierung der Polyphenole sowie fast im gleichen Maße der Anthocyanogene bei beiden Malzen führt zu hellerer Bierfarbe, besserem Geschmack des Bieres und zu besserer kolloidaler Bier stabilität.

Die Reduzierung der β-Glucan-Gehalte auf etwa den halben Wert bei den Querstromfilterwürzen hat entscheidenden Einfluß auf die nachfolgenden Schritte der Bierherstellung. Aus beiden Würzen identisch hergestellte Biere zeigten im Hinblick auf die Filtrierbarkeit deutliche Unterschiede. Sowohl beim Einsatz von Tiefenfiltern (Schichten) als auch Oberflächenfiltern (Mem branen) zeigten Biere aus Querstromfilterwürze eine doppelt so hohe Fil trationsgeschwindigkeit wie Biere aus Läuterbottichwürze.

Beim Esser-Test (standardisierter Filtrierbarkeitstest mit 0,2 µm- Membranen) wurde bei einer Druckdifferenz von 0,5 bar ebenfalls der doppelte Filtratfluß festgestellt.

Sensorische Beurteilung von Bieren aus Läuterbottich- und Querstromfilterwürze

Aus zwei verschiedenen Malzpartien (1× durchschnittlich gelöst und 1× unterlöst) wurden jeweils mittels Läuterbottich und dynamischen Querstromfil tration Würzen hergestellt, die in zwei separaten identischen Abläufen zu Bier verarbeitet wurden.

Diese Biere wurden anschließend in einer verdeckten Verkostung beurteilt. In Tabelle 6 sind diese Ergebnisse angeführt.

Biere 1 bis 4 waren mit durchschnittlich gelöstem Malz, Biere 5 bis 8 mit unterlöstem Malz hergestellt. Bei der Rangfolge der Bierbewertung bedeutet 1 beste Probe, 8 schlechteste Probe.

Für jeweils eine Läuterbottich- und Querstromtrennung wurde ein identisches Ausgangsmalz A bzw. B verwendet.

Geschmackliche Beurteilung von Bieren aus Läuterbottich- und dynamischer Querstromfilterwürze

Es wurde eine Vergleichsversuchsreihe mit zwei verschiedenen Filtrations systemen durchgeführt. Das Ergebnis ist in Abb. 4 dargestellt. Zum einen wurde Maische mit einem Faltenfilter filtriert. Zum anderen wurde Maische erfindungsgemäß mit einem dynamischen Querstromfiltersystem filtriert. An den Filtraten wurde jeweils der Glucangehalt gemessen. Die Abb. 4 zeigt in der oberen Kurve den Glucangehalt des Filtrats das unter Einsatz des Faltenfilters erhalten wurde, über die Filtrationszeit. Die untere Kurve zeigt den Glucangehalt des Filtrats, wie es nach dem erfin dungsgemäß erhalten wurde, ebenfalls über die Filtrationszeit. Die erfin dungsgemäß erreichbare erhebliche Reduktion des Glucangehalts im Vergleich zu dem des Filtrats, das mittels Faltenfilter gewonnen wurde, ist deutlich erkennbar.

In der folgenden Tabelle 7 sind die Werte angegeben, die den in Abb. 4 gezeigten Kurven zugrunde liegen.

β-Glucangehalte

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, den β-Glucangehalt (und auch den Gehalt anderer Bestandteile der Würze in einfacher Weise zu steuern. Hierzu kann z. B. ein Mischverfahren eingesetzt werden, in dem nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren gewonnene Würze mit einer oder mehreren Würzen mit zu der erstgenannten Würze unterschiedlichen Gehalten an β-Glucan (bzw. anderen Bestandteilen) so vermischt werden, daß die neue Mischung den gewünschten Gehalt an β-Glucan (bzw. anderen Bestandteilen) aufweist.

Claims

1. Maischeverfahren, bei dem Maische filtriert und Würze erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Maische dem Filtermaterial eines dynamischen Querstromfiltrationssystems zugeführt wird, Würze von der Abstromseite des Filtermaterials abgeleitet wird und verdickter Rückstand von der Anströmseite des Filtermaterials abgeleitet wird.

2. Verfahren nach einem der auf Maischeverfahren gerichteten An sprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

a. als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird eines mit rotierenden Scheiben oder mit konzentrisch rotierenden Zylin dern oder mit oszillierenden Scheiben eingesetzt;
b. als Filtermaterial wird ein Material ausgewählt aus:
- - Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, PTFE-Membranen, PVDF-Membranen, vorzugsweise aus gewählt aus Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Ten nessee (1978)) von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- - Stahl;
- - Nickel oder
- - Keramik;
oder einer Kombination aus zwei oder mehr solcher Materia lien
verwendet;
c. Als dynamisches Querstromfiltrationssystem wird ein geschlos senes druckbeaufschlagtes dynamisches Querstromfiltrationssy stem eingesetzt.

3. Verfahren nach einem der auf Maischeverfahren gerichteten An sprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

a. die verwendete Maische hat einen verringerten Spelzenge halt, vorzugsweise einen Spelzengehalt von 40 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Spelzengehalt von 50 bis 80 Gew.-% bezogen auf den Spelzengehalt in der Ausgangsmaische als 100 Gew.-%
b. die eingesetzte Maische hat Stärkepartikel einer Korngröße von unter 100 µm, vorzugsweise mit einer Teilchengrö ßenverteilung, bei der 99% der Partikel unter 100 µm Korngröße, 70% der Stärkepartikel unter 65 µm Korn größe sind, wobei die Stärkepartikel vorzugsweise zu einem signifikanten Teil eine bimodale Teilchengrößever teilung (bestimmt mit einem Laserbeugungsspektrometer; Helossystem der Fa. Sympatec) mit ausgeprägten Maxima bei etwa 5 µm und etwa 25 µm haben;
c. die eingesetzte Maische stammt aus feinvermahlenem Pulverschrot;
d. die Maische besteht zumindest teilweise aus unterlösten Malzen;
e. die Maische besteht aus einem Gemisch von mindestens 2 Malzmehlen unterschiedlicher Spezifikation.

4. Verfahren nach einem der auf Maischeverfahren gerichteten An sprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

a. es wird mit solchen Flußgeschwindigkeiten, Drücken und Temperaturen gearbeitet, daß ein Würzfluß von 90 bis 250, vorzugsweise 130 bis 200 l/hm² erzielt wird;
b. Der Treberanteil der Maische wird durch die Dynamik des Maischeflusses beschleunigt ausgesüßt;
c. es wird mit mindestens 2 hintereinander geschalteten dynamischen Querstromfiltrationssystemen (Stufen) gearbei tet, wobei vorzugsweise aus dem ersten dynamischen Querstromfiltrationssystem die Vorderwürze gewonnen wird, während aus der zweiten Stufe und gegebenenfalls aus weiteren Stufen Nachgüsse und Treber gewonnen wer den;
d. es wird so filtriert, daß die gewonnene Würze im wesent lichen frei von Partikeln ist, die größer als 0,1 µm sind;
e. es wird ohne Rezyklierung des Vorlaufes gearbeitet.

5. Verfahren zur Herstellung von Bier, bei dem eine Maische filtriert, die gewonnene Würze mit Hefe fermentiert wird und das erzeugte Bier gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Maische mittels eines dynamischen Querstromfiltrationssystems filtriert wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Bier, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Maische gearbeitet wird, die zu mindest teilweise aus mindestens einem Mehl mit einer der beiden folgenden Teilchengrößenverteilungen A oder B besteht:

A: teilentspelzt, feinstvermahlen bimodal
100% < 125 µm
80% < 60 µm
60% < 35 µm
40% < 25 µm
20% < 10 µm
B: Reiterschrot
99% < 600 µm
80% < 200 µm
75% < 150 µm
60% < 80 µm
40% < 40 µm
20% < 20 µm.

7. Verwendung von dynamischen Querstromfiltrationssystemen für die Maischefiltration.

8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein dynami sches Querstromfiltrationssystem mit rotierenden Scheiben oder mit konzentrisch rotierenden Zylindern oder mit oszillierenden Scheiben eingesetzt wird.

9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein dynamisches Querstromfiltrationssystem, bei dem das Trennmaterial zumindest teilweise eine mikroporöse Membran ist, insbesondere eine mikroporöse Polyamidmembran, eine mikroporöse PTFE-Membran oder eine mikroporöse PVDF-Membran, vorzugsweise eine solche mit einer Rückhalterate von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 Mm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm, eingesetzt wird.

10. Verwendung von dynamischen Querstromfiltrationssystemen wie sie in einem der Verfahrens- oder Vorrichtungsansprüche definiert sind, für die Maischefiltration.

11. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Maischeverfahrens nach einem der hieraufgerichteten Ansprüche, gekennzeichnet durch:

a. wenigstens einen Behälter zur Aufnahme von Maische, der mit einer thermostatisierten Heizeinrichtung versehen ist;
b. eine dynamische Filtrationsvorrichtung zum Aufnehmen von Maische mit einem Einlaß für die Maische an die Anströmsei te des Filtermaterials und eine Einrichtung zur Abfuhr der Würze von der Abstromseite des Filtermaterials;
c. eine Einrichtung zur Übertragung der Maische aus dem Behäl ter zu der Einlaßeinrichtung der dynamischen Filtrationsein richtung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ausgewählt ist aus:

- Polymermembranen, insbesondere Polyamidmembranen, PTFE-Membranen, PVDF-Membranen, vorzugsweise sol che Membranen mit einer Rückhalterate (gemessen nach Pall, Colloid and Surface Science Symposium Tennessee (1978)) von unter 2 µm, vorzugsweise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt etwa 0,1 µm;
- Stahl;
- Nickel oder
- Keramik
oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial eine Rückhalterate von unter 2 µm, vorzugs weise von 1 µm bis 0,04 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm, hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Filtrationsvorrichtung zumindest eine rotierende Scheibe und zwei Filterplatten in einem stationären Gehäuse auf weist.