<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het produceren van alcoholhoudende dranken en dergelijke. Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het produceren van alcoholhoudende dranken en dergelijke.
In de eerste plaats is zij bedoeld voor het produceren van bier, zowel van hoge als van lage gisting, doch in het algemeen kan zij ook worden aangewend voor het produceren van andere alcoholhoudende dranken, zoals wijn en dergelijke.
Het is bekend dat bier, in het bijzonder bier van lage gisting, wordt geproduceerd door middel van twee gistingsprocessen, namelijk een hoofdgisting of eerste fermentatie en een secundaire fermentatie.
Bij de hoofdgisting worden een voedingsstof, normalerwijze wort, en een gist, namelijk Saccharomyces cerevisiae, bij elkaar gebracht. Deze hoofdgisting, tijdens dewelke het eigenlijke bier wordt gevormd, strekt zieh doorgaans over 5 ä 6 dagen uit.
Tijdens dit gistingsproces worden door de gist zuren geproduceerd, ondermeer alfa-acetolactaat en alfa-acetohydroxybutyraat, die in het fermentatiemedium worden afgescheiden.
Tijdens de secundaire fermentatie voltrekt zich een trage oxidatieve decarboxylatie, waarbij diacetyl en 2, 3-pentaandion worden gevormd, welke minstens gedeeltelijk terug door de gist worden opgenomen, en worden herleid tot acetoin en
<Desc/Clms Page number 2>
acetylethylcarbinol, welke op hun beurt door de gist nog verder kunnen worden omgezet tot 2,3-butandiol en 2, 3-pentaandiol.
Deze omzetting is nodig omdat ondermeer diacetyl een nadelige invloed heeft op de smaak van bier, namelijk bier een boterige smaak geeft. De aanwezigheid aan diacetyl of de precursoren hiervan dient dan ook tot een minimum te worden herleid.
Het grote nadeel bij deze klassieke productie van bier is de lange rijpingsperiode van verschillende weken, doorgaans twee ä drie weken, die nodig is om de zeer traag geproduceerde hoeveelheid diacetyl en 2, 3-pentaandion te verminderen.
Het is bekend dat deze periode kan verkort worden door tijdelijk in een temperatuursverhoging te voorzien of door de pH te verlagen.
De pH kan uitsluitend worden verlaagd door het toevoegen van producten, wat met het oog op het behoud van zuiver natuurlijk bier ongewenst is.
Volgens een andere techniek wordt het fermentatiemedium opgewarmd tot een temperatuur van 90"C en gedurende zeven minuten op deze temperatuur gehouden, zodat een decarboxylatie wordt verkregen van alfa-acetolactaat naar diacetyl. Deze techniek heeft echter als nadeel dat de kwaliteit van het bier achteruit gaat daar naast deze omzetting ook omzettingen naar allerlei andere ongewenste componenten optreden.
<Desc/Clms Page number 3>
De uitvinding beoogt een werkwijze voor het produceren van alcoholhoudende dranken die toelaat dat het productieproces van dergelijke dranken aanzienlijk sneller kan worden verwezenlijkt dan dit tot op heden gebruikelijk is en/of dit productieproces in menig opzicht aanzienlijk kan worden versoepeld, zonder nadelen voor de kwaliteit van het bier.
Tot dit doel bestaat de uitvinding in een werkwijze voor het produceren van alcoholhoudende dranken, meer bepaald dranken die door middel van een gistingsproces worden aangemaakt, daardoor gekenmerkt dat de hierbij gevormde producten katalytisch worden behandeld met behulp van een vaste, bij voorkeur minerale, katalysator.
Door het contact met zulke katalysator wordt bereikt dat een aantal omzettingen kunnen worden versneld, waardoor de duur van het ganse productieproces aanzienlijk kan worden verkort. Bovendien kunnen deze omzettingen op een meer soepele wijze worden verwezenlijkt, doordat deze nu door middel van een continu proces kunnen worden uitgevoerd.
Volgens de uitvinding wordt de katalytische behandeling aangewend om de tijdens het gistingsproces gevormde voor de te produceren drank nadelige producten in niet nadelige producten om te zetten, op een wijze die sneller is dan in het geval dat deze omzetting door middel van uitsluitend gist dient te worden verwezenlijkt. Onder deze nadelige producten worden vooral de producten verstaan die zoals bekend een sterk nadelige invloed hebben op de smaak van het bier.
Meer speciaal wordt met de katalytische behandeling de omzetting bewerkstelligd van de tijdens het gistingsproces gevormde zuren in ondermeer diketonen.
<Desc/Clms Page number 4>
In de productie van bier zal de katalytische behandeling volgens de uitvinding bij voorkeur worden toegepast met het oog op de omzetting van alfa-acetolactaat naar diacetyl, respectievelijk acetoin, zodanig dat deze omzetting in enkele uren kan worden verwezenlijkt in plaats van verscheidene weken.
In een bijzondere uitvoering van de werkwijze zal de katalytische behandeling worden aangewend om in een rechtstreekse omzetting te voorzien van alfa-acetolactaat naar acetoine, zonder dat diacetyl bij deze reactie wordt gevormd.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een brouwproces voor bier, waarin gebruik wordt gemaakt van de voornoemde katalytische omzetting en waarbij dit brouwproces voorziet in een continue productie of nagenoeg continue productie van bier. Hiertoe bestaat dit brouwproces in het in een bioreactor, waarin gist is geimmobiliseerd in een drager, laten rondcirculeren van een voedingsstof en het hierbij gevormde fermentatiemedium ; het aan een ingang van de bioreactor toevoeren van de voedingsstof ; het afvoeren van het in de bioreactor gevormde product ; het zoals voornoemd katalytisch behandelen van het uit de bioreactor afgevoerde product door dit langsheen een katalysator te laten stromen ; en het opvangen van het bekomen eindproduct in een afwerkingstank.
Bij voorkeur wordt voor de katalysator gebruik gemaakt van zeoliet, doch andere vaste, bij voorkeur minerale, katalysators zijn niet uitgesloten.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeeld zonder enig beperkend
<Desc/Clms Page number 5>
karakter enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch een aantal omzettingen weergeeft die zich voordoen bij de productie van bier ; figuur 2 schematisch een aantal omzettingen weergeeft die volgens de uitvinding met behulp van een katalysator worden verwezenlijkt ; figuur 3 schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergeeft ; figuur 4 op een grotere schaal een doorsnede weergeeft volgens lijn IV-IV in figuur 3.
Hierna wordt de uitvinding in eerste instantie beschreven voor haar toepassing in de productie van bier, doch zoals verder nog zal blijken, kan zij ook in andere toepassingen worden aangewend.
In figuur 1 zijn schematisch een aantal omzettingen weergegeven die zich voltrekken wanneer een gist, meer speciaal Saccharomyces cerevisiae, dat in de figuur door middel van het blok 1 is voorgesteld, wordt samengevoegd met een voedingsstof, in dit geval threonine en suiker.
Vooreerst doet zich een omzetting voor naar alfa-ketobutyraat en pyruvaat, waarna alfa-acetolactaat en alfa-acetohydroxybutyraat worden gevormd.
Het alfa-acetolactaat wordt afgescheiden en wordt door middel van een zeer langzame decarboxylatie, die in figuur 1 met pijl A is aangeduid, omgezet in diacetyl, dat een diketone is, en dat door de gist terug wordt opgenomen en
<Desc/Clms Page number 6>
wordt omgezet in acetone, dat op zijn beurt door de gist verder omgezet wordt naar 2, 3-butaandiol.
Gelijktijdig wordt het alfa-acetohydroxybutyraat uit de gist afgescheiden en via een eveneens langzame decarboxylatie omgezet in 2, 3-pentaandion, zoals aangeduid met pijl B, dat een diketone is en dat door de gist terug wordt opgenomen en wordt omgezet in acetylethylcarbinol, dat op zijn beurt door de gist verder kan omgezet worden naar 2, 3-pentaandiol.
De door pijlen A en B aangeduide omzettingen zijn nadelig doordat zij traag verlopen en doordat het bier, samen met het fermentatiemedium, hiertoe lange tijd dient gestockeerd te worden. Deze omzettingen, en in het bijzonder de omzetting van alfa-acetolactaat naar acetoin, al dan niet met een tussenvorming van diacetyl, is bijzonder noodzakelijk, daar de aanwezigheid van diacetyl in het bier dient te worden uitgesloten, of althans dient te worden beperkt, omdat hierdoor een ongewenste boterige smaak ontstaat.
Volgens de uitvinding worden de gevormde producten hiertoe katalytisch behandeld met behulp van een vaste, bij voorkeur minerale, katalysator, met andere woorden worden deze producten in contact gebracht met zulke katalysator.
Bij voorkeur bestaat deze katalysator uit zeoliet.
Door het feit dat gebruik wordt gemaakt van een vaste katalysator kan hij gemakkelijk worden gestructureerd, zodat geen bijzondere technieken moeten worden aangewend om de katalysator achteraf terug uit het bier te verwijderen.
<Desc/Clms Page number 7>
Door het contact met de katalysator wordt in de plaats van de natuurlijke trage decarboxylatie die in figuur 1 met pijlen A en B is aangeduid, een decarboxylatie verkregen die aanzienlijk sneller verloopt. Bovendien kunnen op deze wijze een aantal meer rechtstreekse omzettingen worden verwezenlijkt, onder andere de rechtstreekse omzetting van alfa-acetolactaat naar acetoin.
De beide katalytische omzettingen zijn voor alfa-acetolactaat weergegeven in figuur 2. Pijl C stelt hierbij de katalytische omzetting voor van alfa-acetolactaat naar diacetyl, terwijl pijl D de omzetting weergeeft naar acetoin, die geleverd wordt door de gist. Pijl E geeft de voornoemde rechtstreekse omzetting weer.
Deze omzettingen vereisen geen hoge temperaturen en worden bij voorkeur dan ook verwezenlijkt bij de gebruikelijke lage gistingstemperaturen, zodat de nadelen die optreden bij het verwarmen van het fermentatiemedium zich niet manifesteren. De temperatuur van het gistingsproces, wordt in het geval van de productie van bier van lage gisting bij voorkeur steeds lager gehouden dan 5OC, ook tijdens de katalytische behandeling.
De katalytische behandeling kan op verschillende tijdstippen in het productieproces worden uitgevoerd.
Zo bijvoorbeeld kan volgens de uitvinding een productieproces worden gevolgd dat hoofdzakelijk bestaat uit eerst een hoofdgisting en vervolgens een katalytische behandeling alsmede filtratie. Hierbij kan de katalytische behandeling zowel voor als na de filtratie worden verwezenlijkt.
<Desc/Clms Page number 8>
In het eerste geval worden de voedingsstof en de gist bijeengebracht in een gisttank tot dat zich de hoofdgisting voltrokken heeft. Vervolgens wordt het geheel aan producten in contact gebracht met de katalysator waardoor op een vrij vlugge wijze de omzettingen worden verwezenlijkt die in figuur 2 met pijlen C en D zijn aangeduid en/of de omzetting die met pijl E is aangeduid. De omzetting D gebeurt door de gist.
Nadat deze omzettingen voltrokken zijn in een zodanig grote mate dat geen wezenlijke nadelen meer optreden voor het eindproduct, worden de gist en het bier van elkaar gescheiden door filtratie of een andere scheidingstechniek.
In het tweede geval wordt na de hoofdgisting eerst de scheiding uitgevoerd tussen het bier en de gist. Vervolgens wordt het bier, dat tevens alfa-acetolactaat bevat, katalytisch behandeld, zodat rechtstreeks acetoin wordt gevormd. Aangezien geen gist meer aanwezig is, kan dit acetoin niet meer omgezet worden in 2,3-butandiol, doch dit vormt geen probleem daar dit niet schadelijk is en ook weinig of geen invloed heeft op de smaak van het bier.
Volgens de uitvinding is het ook mogelijk om de betreffende producten reeds bij de hoofdgisting in contact te brengen met de katalysator.
Doordat de voornoemde katalytische omzettingen zich vrij vlug voltrekken, kan de katalytische behandeling worden gerealiseerd door de betreffende producten langsheen de katalysator te laten stromen, met als voordeel dat in een continue productie kan worden voorzien, waardoor opeenvolgende behandelingen in bulk, zoals dit tot op heden gebruikelijk is, kunnen worden uitgesloten, zodat het
<Desc/Clms Page number 9>
productieproces niet alleen sneller, doch ook aanzienlijk minder omslachtig wordt.
Het is echter duidelijk dat een katalytische behandeling in bulk niet is uitgesloten, waarbij de betreffende producten en de katalysator een tijd lang in een vat bij elkaar worden gebracht.
Eveneens kan de katalysator bestaan uit een star element dat doorheen het product bewogen wordt, bijvoorbeeld door middel van een roerbeweging.
Zoals in de inleiding vermeld, heeft de uitvinding ook betrekking op een brouwproces dat toelaat dat in een continue doorstroming van producten kan worden voorzien.
Een voorbeeld hiervan is schematisch afgebeeld in figuur 3.
Hierbij wordt de combinatie gemaakt van een fermentatie met een katalytische behandeling die beide volgens een doorstroomprincipe fungeren.
Zoals afgebeeld in figuur 3 wordt hiertoe bij voorkeur gebruik gemaakt van een inrichting 2 die hoofdzakelijk is samengesteld uit een tank 3 met een voedingsstof 4 ; een bioreactor 5 ; een katalysatorinrichting 6 ; en een afwerkingstank 7.
De tank 3 laat toe dat in een permanente aanvoer van voedingsstof 4, meer speciaal wort, aan de bioreactor 5 kan worden voorzien. Deze voedingsstof wordt bij voorkeur aan een ingang 8 continu ingepompt door middel van een pomp 9.
De bioreactor 5 bestaat uit een reactieruimte 10 waarin een drager 11 is aangebracht waarop de gist is geimmobiliseerd, alsmede uit een middel dat toelaat in een
<Desc/Clms Page number 10>
permanente circulatie te voorzien van het fermentatiemedium langsheen of doorheen de drager 11. Deze middelen bestaan uit een omloopcircuit 12, waarin een pomp 13 aanwezig is.
De bioreactor is bij voorkeur voorzien van een koelinrichting 14, die bijvoorbeeld in het omloopcircuit 12 is opgenomen.
De drager 11 bestaat uit een poreuze structuur 15 waarin de gist is ge mmobiliseerd, waarbij in deze structuur 15 doorstroomkanalen 16 zijn aangebracht, die zich bij voorkeur verticaal uitstrekken. Het omloopcircuit 12 voorziet in een verbinding tussen een ruimte 17 aan de bovenzijde van de drager 11 en een ruimte 18 aan de onderzijde van de drager 11.
De katalysatorinrichting 6 bestaat bij voorkeur uit een behuizing 19 en een in deze behuizing 19 aangebracht katalysatorlichaam 20, dat zoals weergegeven in figuren 3 en 4 is voorzien van een reeks doorstroomkanalen 21. Deze katalysatorinrichting 6 is met haar ingang 22 aangesloten op een uitgang 23 aan de bovenzijde van de bioreactor 5.
Deze uitgang is zodanig gesitueerd dat hij als een overloop fungeert.
De uitgang 24 van de katalysatorinrichting 6 staat in verbinding met de afwerkingstank 7. Deze afwerkingstank 7 is bij voorkeur gekoeld, door middel van de schematisch weergegeven koelinrichting 25, en is tevens voorzien van middelen om de in deze tank aanwezige producten in beweging, of met andere woorden in suspensie, te houden.
Deze laatste middelen bestaan bijvoorbeeld uit een omloopcircuit 26, dat voorzien is van een pomp 27.
<Desc/Clms Page number 11>
De werking van de inrichting 2, alsmede de hiermee gepaard gaande werkwijze zijn als volgt.
In de bioreactor 5 wordt eerst een drager 11 ge nstalleerd waarop de gist aanwezig is. Door een gepaste poreuze drager aan te wenden, blijft deze gist hierin aanwezig, en kan hij groeien mits de toevoer van voedingsstof 4.
Deze voedingsstof 4 wordt langzaam in de bioreactor 5 ingepompt, door middel van de pomp 9 en komt in de ruimte 18 terecht, vanwaar zij gedwongen wordt langsheen de drager 11 te stromen. Hierbij komt de voedingsstof in contact met de gist, waardoor een fermentatieproces ontstaat, analoog als bij een klassieke hoofdgisting. Het omloopcircuit 12 zorgt ervoor dat het in de bioreactor gevormde fermentatiemedium herhaaldelijk en degelijk in contact wordt gebracht met de gist en dat alle toegevoerde voedingsstof gedwongen wordt doorheen de kanalen 16 van de drager 11 te vloeien.
Tijdens dit fermentatieproces wordt bier gevormd. Tevens ontstaat door de groei van de gist een hoeveelheid gist die vrij beweeglijk in het medium in de bioreactor 5 aanwezig is. Ook worden gassen gevormd die bovenaan langs een uitgang 28 worden afgevoerd.
Doordat continu voedingsstof 4 wordt ingepompt, gaat ook continu een hoeveelheid bier, waarin gist aanwezig is, via de uitgang 23 wegstromen. Hierin zijn ook nog andere producten aanwezig, zoals het voornoemde alfa-acetolactaat.
De producten die de bioreactor 5 verlaten, worden vervolgens katalytisch behandeld in de katalysatorinrichting 6, waarin zich de voornoemde omzettingen voltrekken, meer speciaal alfa-acetolactaat zich omzet naar diacetyl, alsook
<Desc/Clms Page number 12>
rechtstreeks naar acetoin, in een vrij korte tijd van enkele uren. Het gevormde diacetyl zet zich natuurlijk om in acetoin, omwille van het feit dat nog steeds een hoeveelheid gist in het product aanwezig is.
Hierbij ontstaat zogenaamd groen bier dat nog verder dient afgewerkt te worden, wat gebeurt door dit nog een tijd te laten rijpen in de gekoelde afwerkingstank 7. Hierbij worden onder andere een aantal suikers omgezet. Deze afwerking voltrekt zich vrij vlug.
Via de uitgang 29 kan het bier worden afgetapt en al dan niet verder worden bewerkt, bijvoorbeeld worden gefiltreerd.
Opgemerkt wordt dat de uitvinding vooral van toepassing is bij bier van lage gisting. Dit sluit echter niet uit dat de uitvinding alsnog bij bieren van hoge gisting kan worden aangewend.
Alhoewel de uitvinding in de eerste plaats bedoeld is om te worden toegepast bij het brouwen van bier, kan zij meer algemeen ook worden aangewend voor het produceren van andere alcoholhoudende dranken, alsook van bepaalde niet-alcoholhoudende of alcoholarme dranken, zoals bijvoorbeeld alcoholvrij of-arm bier.
Zo bijvoorbeeld kan zij worden aangewend bij de productie van wijn om op katalytische wijze bepaalde omzettingen uit te voeren op een vluggere wijze dan gebruikelijk, zodat een rijping in vaten niet meer echt noodzakelijk is. Met de katalytische omzetting van de uitvinding kan bijvoorbeeld in dit geval appelzuur (malaat) worden omgezet in melkzuur (lactaat).
<Desc/Clms Page number 13>
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting kunnen in verschillende uitvoeringsvormen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for producing alcoholic drinks and the like. This invention relates to a method and apparatus for producing alcoholic beverages and the like.
In the first place it is intended for the production of beer, both top and bottom fermentation, but in general it can also be used for the production of other alcoholic drinks, such as wine and the like.
It is known that beer, especially bottom-fermented beer, is produced by two fermentation processes, namely main fermentation or first fermentation and secondary fermentation.
In the main fermentation, a nutrient, normally wort, and a yeast, namely Saccharomyces cerevisiae, are brought together. This main fermentation, during which the actual beer is formed, usually extends over 5 to 6 days.
During this fermentation process, acids are produced by the yeast, including alpha acetolactate and alpha acetohydroxybutyrate, which are separated in the fermentation broth.
During the secondary fermentation, a slow oxidative decarboxylation occurs, forming diacetyl and 2,3-pentanedione, which are at least partially taken up by the yeast, and converted to acetoin and
<Desc / Clms Page number 2>
acetylethylcarbinol, which in turn can be further converted by the yeast to 2,3-butandiol and 2,3-pentanediol.
This conversion is necessary because, among other things, diacetyl has an adverse effect on the taste of beer, namely that beer gives a buttery taste. The presence of diacetyl or its precursors should therefore be minimized.
The major drawback with this classic beer production is the long maturation period of several weeks, usually two to three weeks, which is required to reduce the very slow production of diacetyl and 2,3-pentanedione.
It is known that this period can be shortened by temporarily providing an increase in temperature or by lowering the pH.
The pH can only be lowered by adding products, which is undesirable in order to preserve pure natural beer.
According to another technique, the fermentation medium is heated to a temperature of 90 ° C and kept at this temperature for seven minutes, so that a decarboxylation of alpha-acetolactate to diacetyl is obtained. However, this technique has the drawback that the quality of the beer deteriorates. since, in addition to this conversion, conversions to all kinds of other undesired components also occur.
<Desc / Clms Page number 3>
The object of the invention is a method for producing alcoholic drinks that allows the production process of such drinks to be carried out considerably faster than has been hitherto usual and / or that this production process can be considerably relaxed in many ways, without disadvantages for the quality of the beer.
For this purpose the invention consists in a process for producing alcoholic drinks, in particular drinks which are produced by a fermentation process, characterized in that the products formed hereby are treated catalytically with the aid of a solid, preferably mineral, catalyst.
The contact with such a catalyst ensures that a number of conversions can be accelerated, whereby the duration of the entire production process can be considerably shortened. In addition, these conversions can be accomplished more smoothly, as they can now be performed through a continuous process.
According to the invention, the catalytic treatment is used to convert the detrimental products formed during the fermentation process into non-detrimental products for the beverage to be produced, in a manner that is faster than in the case that this conversion is to be carried out by means of only yeast accomplished. These adverse products are mainly understood to mean those products which, as is known, have a strongly adverse effect on the taste of the beer.
More specifically, the catalytic treatment achieves the conversion of the acids formed during the fermentation process into, inter alia, diketones.
<Desc / Clms Page number 4>
In the production of beer, the catalytic treatment according to the invention will preferably be used in view of the conversion of alpha-acetolactate to diacetyl or acetoin, such that this conversion can be accomplished in a few hours instead of several weeks.
In a particular embodiment of the process, the catalytic treatment will be used to directly convert alpha-acetolactate to acetoin without diacetyl being formed in this reaction.
The invention also relates to a brewing process for beer, in which use is made of the aforementioned catalytic conversion and wherein this brewing process provides for a continuous production or substantially continuous production of beer. To this end, this brewing process consists in circulating a nutrient and the fermentation medium formed in a bioreactor in which yeast is immobilized in a carrier; feeding the nutrient to an inlet of the bioreactor; discharging the product formed in the bioreactor; catalytically treating the product discharged from the bioreactor as aforesaid by flowing it along a catalyst; and collecting the obtained end product in a finishing tank.
Zeolite is preferably used for the catalyst, but other solid, preferably mineral, catalysts are not excluded.
With the insight to better demonstrate the features of the invention, the following are exemplary without any limitation
<Desc / Clms Page number 5>
Character has described some preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 schematically shows a number of conversions occurring in the production of beer; figure 2 schematically represents a number of conversions which are realized according to the invention with the aid of a catalyst; figure 3 schematically represents a device according to the invention; figure 4 shows on a larger scale a section according to line IV-IV in figure 3.
Hereinafter, the invention is initially described for its use in the production of beer, but as will become apparent below, it can also be used in other applications.
Figure 1 shows schematically a number of conversions which take place when a yeast, more specifically Saccharomyces cerevisiae, which is represented in the figure by means of block 1, is combined with a nutrient, in this case threonine and sugar.
First, a conversion to alpha-ketobutyrate and pyruvate occurs, after which alpha-acetolactate and alpha-acetohydroxybutyrate are formed.
The alpha acetolactate is separated and is converted into diacetyl, which is a diketone, which is taken up by the yeast, by means of a very slow decarboxylation, indicated by arrow A in Figure 1.
<Desc / Clms Page number 6>
is converted to acetone, which in turn is further converted by the yeast to 2,3-butanediol.
At the same time, the alpha-acetohydroxybutyrate is separated from the yeast and converted to 2,3-pentanedione via an equally slow decarboxylation, as indicated by arrow B, which is a diketone and which is taken up by the yeast and converted into acetylethylcarbinol, which is in turn can be further converted by the yeast to 2,3-pentanediol.
The conversions indicated by arrows A and B are disadvantageous because they run slowly and because the beer, together with the fermentation medium, has to be stored for a long time for this purpose. These conversions, and in particular the conversion of alpha-acetolactate to acetoin, with or without the formation of diacetyl, is particularly necessary since the presence of diacetyl in the beer should be excluded or at least limited because this creates an undesirable buttery taste.
According to the invention, the shaped products are treated catalytically for this purpose with the aid of a solid, preferably mineral, catalyst, in other words these products are contacted with such a catalyst.
This catalyst preferably consists of zeolite.
The fact that a solid catalyst is used makes it easy to structure, so that no special techniques have to be used to remove the catalyst from the beer afterwards.
<Desc / Clms Page number 7>
The contact with the catalyst results in a decarboxylation which is considerably faster instead of the naturally slow decarboxylation indicated by arrows A and B in Figure 1. In addition, a number of more direct conversions can be achieved in this way, including the direct conversion of alpha-acetolactate to acetoin.
Both catalytic conversions for alpha-acetolactate are shown in Figure 2. Arrow C here represents the catalytic conversion from alpha-acetolactate to diacetyl, while arrow D represents the conversion to acetoin supplied by the yeast. Arrow E represents the aforementioned direct conversion.
These conversions do not require high temperatures and are therefore preferably achieved at the usual low fermentation temperatures, so that the disadvantages that occur when the fermentation medium is heated do not manifest themselves. In the case of low-fermentation beer production, the temperature of the fermentation process is preferably kept always below 5OC, also during the catalytic treatment.
The catalytic treatment can be carried out at different times in the production process.
For example, according to the invention a production process can be followed which mainly consists of first a main fermentation and then a catalytic treatment as well as filtration. The catalytic treatment can be carried out both before and after the filtration.
<Desc / Clms Page number 8>
In the first case, the nutrient and yeast are brought together in a yeast tank until the main fermentation has taken place. The whole of products is then brought into contact with the catalyst, so that the conversions indicated in arrows 2 and C and D in figure 2 and / or the conversion indicated by arrows E are carried out in a fairly rapid manner. The conversion D is done by the yeast.
After these conversions have been carried out to such an extent that no substantial disadvantages for the final product occur anymore, the yeast and beer are separated from each other by filtration or some other separation technique.
In the second case, after the main fermentation, the separation is first carried out between the beer and the yeast. The beer, which also contains alpha-acetolactate, is then treated catalytically to form acetoin directly. Since yeast is no longer present, this acetoin can no longer be converted into 2,3-butandiol, but this is not a problem because it is not harmful and also has little or no influence on the taste of the beer.
According to the invention it is also possible to bring the relevant products into contact with the catalyst already during the main fermentation.
Because the aforementioned catalytic conversions take place fairly quickly, the catalytic treatment can be realized by flowing the relevant products along the catalyst, with the advantage that continuous production can be provided, resulting in successive bulk treatments such as this to date. usual, can be excluded, so it
<Desc / Clms Page number 9>
production process not only becomes faster, but also considerably less cumbersome.
It is clear, however, that a catalytic treatment in bulk is not excluded, whereby the respective products and the catalyst are brought together in a vessel for a long time.
The catalyst can also consist of a rigid element which is moved through the product, for example by means of a stirring movement.
As mentioned in the introduction, the invention also relates to a brewing process which allows for a continuous flow of products to be provided.
An example of this is shown schematically in figure 3.
Hereby the combination is made of a fermentation with a catalytic treatment, both of which function according to a flow-through principle.
As shown in figure 3, use is preferably made for this purpose of an apparatus 2 which is mainly composed of a tank 3 with a nutrient 4; a bioreactor 5; a catalyst device 6; and a finishing tank 7.
The tank 3 makes it possible to provide a permanent supply of nutrient 4, more especially wort, to the bioreactor 5. This nutrient is preferably continuously pumped into an inlet 8 by means of a pump 9.
The bioreactor 5 consists of a reaction space 10 in which a support 11 is mounted, on which the yeast has been immobilized, as well as an agent which allows in a
<Desc / Clms Page number 10>
permanent circulation of the fermentation medium along or through the carrier 11. These means consist of a bypass circuit 12, in which a pump 13 is present.
The bioreactor is preferably provided with a cooling device 14, which is included in the bypass circuit 12, for example.
The carrier 11 consists of a porous structure 15 in which the yeast is immobilized, with flow channels 16 arranged in this structure 15, which preferably extend vertically. The bypass circuit 12 provides a connection between a space 17 at the top of the carrier 11 and a space 18 at the bottom of the carrier 11.
The catalyst device 6 preferably consists of a housing 19 and a catalyst body 20 arranged in this housing 19, which, as shown in Figures 3 and 4, is provided with a series of flow-through channels 21. This catalyst device 6 is connected with an input 22 to an output 23 the top of the bioreactor 5.
This exit is situated in such a way that it functions as an overflow.
The outlet 24 of the catalyst device 6 communicates with the finishing tank 7. This finishing tank 7 is preferably cooled, by means of the schematically shown cooling device 25, and is also provided with means for moving the products present in this tank, or with in other words, in suspension.
The latter means consist, for example, of a bypass circuit 26, which is provided with a pump 27.
<Desc / Clms Page number 11>
The operation of the device 2 as well as the associated method are as follows.
A carrier 11 on which the yeast is present is first installed in the bioreactor 5. By using an appropriate porous carrier, this yeast remains therein and can grow provided nutrient 4 is supplied.
This nutrient 4 is slowly pumped into the bioreactor 5 by means of the pump 9 and enters the space 18, from where it is forced to flow past the carrier 11. The nutrient comes into contact with the yeast, causing a fermentation process, analogous to a traditional main fermentation. The bypass circuit 12 ensures that the fermentation medium formed in the bioreactor is repeatedly and properly contacted with the yeast and that all of the supplied nutrient is forced to flow through the channels 16 of the carrier 11.
Beer is formed during this fermentation process. Also, due to the growth of the yeast, an amount of yeast is formed which is freely movable in the medium in the bioreactor 5. Gases are also generated which are discharged at the top along an exit 28.
Because nutrient 4 is continuously pumped in, an amount of beer in which yeast is present also continuously flows away via outlet 23. It also contains other products, such as the aforementioned alpha-acetolactate.
The products leaving the bioreactor 5 are then catalytically treated in the catalyst device 6, in which the aforementioned conversions take place, more especially alpha-acetolactate converts to diacetyl, as well as
<Desc / Clms Page number 12>
straight to acetoin, in a fairly short time of several hours. The diacetyl formed naturally converts to acetoin, due to the fact that an amount of yeast is still present in the product.
This creates so-called green beer that needs to be finished further, which is done by allowing it to mature in the cooled finishing tank 7 for a while. Among other things, a number of sugars are converted. This finish takes place quite quickly.
The beer can be drained via outlet 29 and may or may not be further processed, for example filtered.
It is noted that the invention is particularly applicable to bottom-fermented beer. However, this does not exclude that the invention can still be applied to top-fermented beers.
Although the invention is primarily intended to be used in the brewing of beer, it can more generally also be used to produce other alcoholic drinks, as well as certain non-alcoholic or low-alcoholic drinks, such as, for example, non-alcoholic or low-alcoholic beverages. beer.
For example, it can be used in wine production to catalytically perform certain conversions more quickly than usual so that maturation in barrels is no longer really necessary. For example, in this case, with the catalytic conversion of the invention, malic acid (malate) can be converted into lactic acid (lactate).
<Desc / Clms Page number 13>
The present invention is by no means limited to the exemplary embodiments described and shown in the figures, but such a method and device can be realized in various embodiments without departing from the scope of the invention.