Спосіб безперервного дозрівання пива та реактор для його здійснення

Згідно з винаходом запропоновано безперервний спосіб доведення пива до зрілості після основного ферментування, за яким недозріле пиво після видалення дріжджів та теплової обробки запускають у заповнений носієм з іммобілізованими на ньому дріжджами біореактор. Згідно з винаходом запропоновано також реактор безперервної дії для доведення пива до зрілості, який є вертикальним проточним реактором колонного типу, що містить одне чи більше сит, проміжні піддони чи фланці, і заповнений носієм з іммобілізованими на ньому дріжджами. Виробництво пива звичайно включає такі операції: солодження зерна (звичайно, ячменю) пророщенням подрібнення осолодженого зерна з утворенням солодового розмелу додавання до розмелу води для створення пульпи розминання для розкладання крохмалю в здатний до ферментації цукор відокремлення від утвореної пульпи сусла проварювання сусла з хмелем для створення смаку та запаху і припинення ферментної активності освітлення та охолодження сусла ферментування сусла дріжджами для перетворення глюкози та мальтози в етанол та діоксид карбону (основна ферментація) для утворення недозрілого пива визрівання недозрілого пива (вторинна ферментація) фільтрування та стабілізація пива і затарювання його у придатний резервуар. Доведення пива до зрілості є важливою операцією для надання пиву зрілості і гомогенності та смаку і запаху. Традиційно дозрівання пива здійснюють зберіганням недозрілого пива протягом кількох тижнів після основної ферментації при зниженій температурі. Це включає велику вартість зберігання, що простимулювало розвиток швидкісного безперервного способу доведення пива до зрілості замісті доведення зберіганням. За цим способом дріжджі видаляють з недозрілого пива після звичайної основної ферментації, недозріле пиво піддають тепловій обробці (наприклад, 80-90°С протягом 5-15 хвилин), після чого пиво охолоджують (наприклад, до 10-15°С), а потім воно визріває в реакторі з носієм з іммобілізованими на ньому дріжджами. Наприкінці, обробку пива закінчуюсь, тобто стабілізують та фільтрують звичайними способами. Час затримки у реакторі безперервної дії складає, наприклад, приблизно дві години. Протягом теплової обробки α-ацетолацетат, що міститься в недозрілому пиві, перетворюється в діацетил, а також частково - в ацетоїн. Смак діацетилу відчувається в пиві навіть при його концентрації усього 0,05мг/л. Це сильний сахаристий або подібний до смаку ячмінного цукру смак та запах, що характерний для недозрілого або свіжозвареного пива. У реакторі дріжджі відновлюють діацетил в ацетоїн. При цьому відновлюються також деякі інші карбонільні сполуки, а результатом є приємне смачне пиво. Ацетоїн має м'який смак та запах і порогову концентрацію 50-100мг/л, вище якої його смак відчувається в пиві і є значно сильнішим за діацетильний. Відомі в рівні техніки способи описані в таких джерелах: Monograph XXIV of the Euroroian.Brewery Convention,E.D,С,-Symposium Immjbilized yeast application in the brewing industry, Espoo, Finland, October 1995 (ISBN 3-418-00749-Х): Е. Pajunen: Immjbilized yeast largef beer maturation: DEAE-cellulose at Sintbrychoff (pp.2440) та Hittinen: Use of porous glass at Hartwall brevery in the maturation of beer with immjbilized yeast (pp.55-56). У пoдальшому застосуванні використаним для іммобілізації дріжджів носієм є (діетиламіно)етилцелюлоза зі змішаним з нею діоксидом титану та полістиролом, в описі патенту США 4915959 наведено таке застосування. В останньому застосуванні носієм є пористе скло. При виробництві пива тільки з малим вмістом спирту чи взагалі без нього використовували колонку, в якій дріжджі були іммобілізовані на діетиламіно)етилцелюлозі (H.Lommi: Immjbilized yeast for maturation and alcohol-free beer, Drewing and Distilling Internationally 1990, pp.2223). Такі застосування добре виявляють себе в технічному плані, пиво виробляється високої якості, такої ж, як пиво, що визріває за традиційним способом. Однак, проблеми, пов'язані з відомими застосуваннями полягають у високій вартості матеріалів носія. Покупка матеріалу носія обходиться дорого, і внаслідок високої вартості носій треба регенерувати після деякого часу використання, щоб його можна було використовувати знов. При традиційному визріванні у резервуарі досить довгі дерев'яні планки, наприклад, довжиною 4000500мм і шириною 40-50мм додають у резервуар для зберігання, щоб планки зв'язали деяку кількість дріжджів і промотували освітлення, а з іншого боку, вторинну ферментацію пива. Це відповідає звичайному повільному способу виробництва пива окремими партіями. Деякі виробники пива все ще використовують цей спосіб, головним чином, зберігаючи традиції. При виробництві етанолу способом безперервної ферментації іммобілізацію дріжджів здійснюють, використовуючи шматки деревини, наприклад, бука (М.Moo-Young, J.Lamptey, C.W.Robinson: Immobilisation of yeast cell on various supports for etanol production (Іммобілізація дріжджів на різних підкладках для виробництва етанолу), Biotechnology Letters, 2 (1980) №12, pp.541-545) та берези (M.A.Gencer, R.Mutharasan: Etanol fermentation in a yeast immobilised tubular fermentor (Етанольна ферментація в тр убчастому ферментері з іммобілізованими дріжджами), Biotechnology and Bioengeneering, 25 (1983) 2243-2262). Однак, виробництво етанолу повністю відрізняється від виробництва пива: у попередньому метою є наскільки можливо ефективний ферментаційний процес, в той час як в останньому головною метою є отримання бажаного смаку та запаху у сполученні з ферментаційним процесом. У виробництві пива було також проведено обмежені досліди, в яких стружку з деревини використовували у сполученні з основною ферментацією для іммобілізації дріжджів: J.Kronlof, V.P.Maatta: Main fermentation used immobilised yeast in beer production (Основна ферментація з використанням іммобілізованих дріжджів), Mallas ja Olut, (1993) №5, pp.133-147. Метою представленого винаходу є позбавлення від вищезгаданих недоліків. Мета винаходу полягає у розробці швидкісного безперервного способу доведення пива до зрілості, згідно з яким іммобілізовані на носії дріжджі ефективно зменшують концентрацію діацетилу до нижчого від прийнятного смакового порогу рівня, і який є підхожим для використання у сполученні з відомими способами у виробництві пива для визрівання недозрілого пива. Іншою метою представленого винаходу є розробка швидкісного безперервного способу доведення пива до зрілості, згідно з яким носій є економічно вигідним і безпечним матеріалом. Подальшою метою представленого винаходу є розробка реактору безперервної дії для доведення пива до зрілості способом згідно з винаходом. Характеристики способу згідно з винаходом доведення пива до зрілості представлені в п.1 формули винаходу. Характеристики реактору згідно з винаходом для доведення пива до зрілості представлені в п.13 формули винаходу. Винахід базується на проведених дослідах, метою яких було пристосувати спосіб з використанням іммобілізованих дріжджів до вторинної ферментації пива та доведення його до зрілості. Несподівано було виявлено, що частинки деревини та/або подібні частинки є надзвичайно корисними для використання в якості носія для іммобілізації дріжджів. При здійсненні безперервного способу згідно з винаходом доведення пива до зрілості незріле пиво після видалення дріжджів та теплової обробки запускають у біореактор, що заповнений в основному частинками деревини та/або подібними частинками з іммобілізованими на них дріжджами. Основа способу згідно з винаходом є такою ж, як у виробництві з використанням в якості носія ДЕАЕ-целюлози або пористого скла. Видалення дріжджів та інші вторинні операції обробки виконують так, як у відомих операціях. Спосіб згідно з винаходом є придатним для виробництва різних сортів пива, наприклад, донного дріжджового пива та пінистого дріжджового пива. Придатними сировинними матеріалами є солод та інші джерела крохмалю та цукру, що відомі виробництві пива. Пиво, що виробляється, може мати вміст спирту в межах 0-10%, а вміст пивної смолки - в межах 5-20%, чи більше, навіть 30%. Згідно з винаходом носій може складатися з частинок деревини та/або подібних частинок будь-якого розміру та форми, переважно розрізаних на досить дрібні стружки, прутки чи тіла будь-якої правильної чи неправильної форми приблизно однакового розміру. Найбільша довжина частинок, в основному, 1-100мм, краще 1-50мм, переважно 2-20мм. Частинки деревини для використання можна виробляти з деревини листяних порід, наприклад, осини, бука, пальми тощо. їх можна також зробити з хвойних дерев. Види деревини для використання можна вибрати так, щоб наявні в них ароматичні речовини призводили до бажаного впливу на смак та запах виробленого пива. Частинки можна також виробляти з тропічних трав'яних рослин, наприклад, бамбука, ротанга та/або подібних. В реакторі безперервної дії частина дріжджових клітин закріплюється на носії, а деякі з них можна вільно суспендувати. Загальновідомі солодові дріжджі добре придатні для використання в такому реакторі. Однак, при використанні дріжджів, що мають гарну здатність до флокуляції, швидко досягається висока концентрація дріжджів у реакторі, а її зростання посилює ефективність реактору. Іммобілізацію дріжджів можна здійснити у будь-який відомий спосіб, наприклад, як описано в патентній заявці США 4915959. Кількість іммобілізованих у реакторі дріжджів, як відомо фахівцям, можна змінювати, переважно, кількість складає 106-109 клітин дріжджів на см 3 частинок наповнювачу. Час використання частинок деревини з іммобілізованими дріжджами складає кілька місяців, наприклад, 1-6 місяців, або може бути 1 рік чи більше. Швидкість, з якою недозріле пиво протікає крізь реактор, та час його затримки у реакторі впливають на вміст діацетилу в пиві. Швидкість протікання недозрілого пива регулюють так, щоб в ацетоїн у реакторі відновилася достатня кількість діацетилу, щоб в результаті концентрація діацетилу в дозрілому пиві допустимого смакового порогу. Швидкість протікання недозрілого пива через реактор може складати 0,05-2 об'ємів реактору/годину, переважно 0,5-1 об'єми реактору/годину. Температура реактору 5-22°С, краще, 520°С. Можна використовувати навіть ви щу температуру. Реактор для дозрівання можна тримати під підвищеним тиском для, підтримки діоксиду карбону в розчиненому стані. Вільний діоксид карбону може заважати роботі реактору. Робочий тиск можна вибрати відповідно температурі, бажаному смаку та якості пива. Після дозрівання пиво можна охолодити до потрібної постійної температури, а вторинну обробку пива, якто стабілізацію, фільтрування та декантування можна проводити відомими для цього способами. Внаслідок низької вартості частинки деревини та/або подібні частинки, що використані як наповнювач, можна викидати після використання. Розміщення часток вільне та позбавлене від небезпеки. Наповнювач після використання можна також регенерувати, наприклад, обробкою гарячою водою чи парою, промивкою чи якоюсь іншою придатною обробкою. За бажанням частинки деревини та/або подібні частинки, що використані як наповнювач, можна обробляти до іммобілізації. Частинки можна, наприклад промивати чи за бажанням обробляти якось інше. Реактор безперервної дії для доведення пива до зрілості є вертикальною колоною, в якій рідина протікає крізь колону від дна до верхівки або від верхівки до дна. Реактор має діаметр порядку 1,5±1 - 5±1м, а висоту 2,5-10м. Колона може бути обладнаною одним чи більше ситами, проміжними піддонами чи фланцями для підтримки частинок наповнювачу в реакторі. Колону заповнюють в основному частинками деревини та/або подібними частинками з іммобілізованими на них дріжджами. У порівнянні з попереднім рівнем техніки переваги способу згідно з винаходом основані на використанні дешевого матеріалу носія, який дає той же кінцевий результат, що і дорожчі матеріали носія. Низька вартість частинок деревини та/або подібних частинок також дає можливість позбавитися від регенерації частинок. При використання дорожчого матеріалу носія регенерація необхідна, що продовжити строк використання носія. Регенерація призводить до прямих та непрямих додаткових витрат. Дерево та/або подібній матеріал має також переваги в тому, що є природним матеріалом і не є небезпечним. Винахід дали детальніше описано прикладами. Приклад 1 Букові стружки Rauchergold KL1 (5л) проварювали в 5,5л іонобміненої води протягом години, воду зливали і стружку 4 години проварювали в етанолі з вмістом спирту 10% за об'ємом. Спиртовий розчин видаляли і наприкінці стружки проварювали в іонобміненій воді протягом години. Реактор заповнювали вологою стружкою до відмітки 5,1л. Реактор монтували та автоклавували при 121°С протягом 21 хвилини разом зі штуцерами та шлангами. Після охолодження у реактор шланговим насосом закачували 3л суспензії дріжджів на 6 годин, Повітря у реактор подавали зі швидкістю 50мл/хвил, а сусло - зі швидкістю 100мл/год. протягом ночі при 20°С. Після цього подачу матеріалів зупиняли і охолоджували реактор до 10°С. Недозріле пиво, що подавали у реактор, було виготовлено іммобілізаційною основною ферментацією, при якій загальний вміст передбачуваних дикетонів складав приблизно 0,8-0,3мг/мл. Недозріле пиво після основної ферментації профільтровували крізь фільтрувальний папір Seitz К в автоклавований (121°С, 20 хвилин) ресторанний резервуар, який використовували для подачі пива у реактор вторинної ферментації. Опис способу; Спосіб включає теплову обробку недозрілого пива, його охолодження до 10°С, вторинну ферментацію (дозрівання) з іммобілізованими дріжджами та отримання продукту. З резервуару для подачі недозріле пиво перекачують для теплової обробки діафрагмовим насосом (Prominent Mini Gamma). Теплову обробку (80°С, приблизно 60хвил.) проводять у тонкостінній металічній зберігальній трубі, зануреній у водяну баню з температурою 80°С. Видалене після теплової обробки пиво пропускають у скляний охолоджуючий кожух, де воно охолоджується до температури вторинної ферментації 10°С. Охолоджене пиво пропускають крізь реактор від дна до верхівки. З верхівки реактору пиво перетікає через ділильну лійку в приймальний резервуар, яким є ресторанний резервуар на 50л. Аналізи: У недозрілому пиві, що уводять, недозрілому пиві, що піддане тепловій обробці, та пиві після ферментації визначали загальний вміст передбачуваних дикетонів (загальні ВДК), вільних дикетонів (вільні ВДК), ароматичних речовин та уявної концентрації екстракту. Час затримки у реакторі оцінювали на основі швидкості потоку. Крім того, двічі протягом визначення аналізували колір пива. Результати: Час затримки в реакторі представлено в таблиці 1. Об'єм рідини в реакторі, заповненому стружкою до відмітки 5,1л, складав 3,6л. Кількість рідини в стружках, яка дуже мала, оскільки стружка залишається вологою увесь час, не брали до уваги, як і кількість рідини, що залишалася на поверхні стружки. Таблиця 1 Швидкість потоку, (мл/год.) 200 300 400 Час затримки/об'єм матеріалу носія Час затримки згідно з об'ємом (год/об.) рідини (год.) 25,5 18,0 17,0 12,0 12,8 9,0 Час теплової обробки (хв.) 65 43 32 Таблиці 2-4 представляють концентрацію передбачуваних дикетонів для різних швидкостей потоку. Таблиця 2 Концентрація передбачуваних дике тонів (мг/дм 3) та їх перетворення (%) при швидкості потоку 200мл/год. 1. Визначення: Загальний діацетил Вільний діацетил Загальний пентандіон Вільний пентандіон Загальні ВДК 2. Визначення: Загальний діацетил Вільний діацетил Загальний пентандіон Вільний пентандіон Загальні ВДК Вільний пентандіон Загальні ВДК Подача 0,77 0,54 0,20 0,14 0,97 Теплова обробка 0,70 0,75 0,18 0,17 0,98 Після ферментації 0,02 0,02 0,01 0,00 0,03 Перетворення 97,4 96,3 95,0 100,0 96,9 0,41 0,23 0,13 0,08 0,54 0,07 0,32 0,39 0,36 0,11 0,10 0,50 0,10 0,33 0,02