動態發酵,縮短發酵和后儲時間
□ 克朗斯 供稿
克朗斯正在沿著動態發酵的發展方向研發項目,希望能在降低生產成本的同時提高發酵和后儲的產能。與此同時,該工藝還能確保循環流程中顆粒物質得到更有效的沉淀和去除。動態發酵就是希望在降低生產成本的同時提高發酵和后儲的產能,這也是縮短啤酒制備流程的發酵和后儲時間所帶來的兩個重要優勢。與此同時,如果還能進一步改善罐中的冷傳導和熱傳導效率,并通過更穩定的發酵條件提高產品質量會讓這一工藝更加令人信服。當前,克朗斯的一個研發項目就是沿著動態發酵的方向發展。目標:研發一種動態發酵工藝。設想:開發一種裝備以及工藝,確保循環流程中顆粒物質得到更有效的沉淀和去除。特殊魅力:這種混合系統也可以非常容易地補充安裝到常規的錐形罐上,只需更換原有的法蘭連接。并且它還適用于連續發酵工藝。

傳統的發酵工藝可能導致酵母過早沉淀,尤其是生產高濃釀造啤酒時。雖然新的循環發酵工藝嘗試著避免發酵效率損失,但其本身也存在以下問題:
①只有當罐內液位達到一定高度后,才能使用這種工藝;
②如果對原有設備進行補充安裝,在某些情況下將產生非常高的費用;
③罐內的運動部件導致刷洗困難;
④為了避免系統的噴嘴被堵塞,液體中不能含有酒花或者醪液組分等顆粒物質;
⑤混合和沉淀不能同時進行;
⑥常規的安裝方式只能實現一個罐一個批次內的循環,這種工藝不能應用于連續發酵。
此外,現有的發酵系統均未考慮排放酵母以及其它的沉淀顆粒問題,一旦這些物質排放過快,將在沉淀物中撕開一 條通道,這樣很容易降低流程效率,導致殘留部分存在不均勻性。因此,酵母和其它顆粒必須按照常規方式—通常采用專用的排放泵,非常緩慢地排掉,可這樣又影響了可支配的發酵能力,相應地也降低了設備效率。
動態發酵的優點
克朗斯新推出的解決方案將有效避免循環發酵所存在的問題,而且在方案規劃中還重點考慮了衛生型設計和簡化補充安裝。此外,動態發酵工藝研究項目還期望通過連接多個發酵罐有選擇地實現連續發酵工藝。
設計思想:為避免出現沉淀物排放不徹底的現象,需在大罐錐體底部安裝一個排擠件,借此來提高排放的流速。當然,在設計該排擠件時,必須從功能上保證其刷洗的便利性,并且容易補充安裝。為了獲得理想的形狀和大小以及與罐壁的距離,克朗斯進行了大量的計算工作。此外,克朗斯還對各種運行方式進行了模擬,例如,旋轉元件、不同的噴管和噴嘴、循環方法等。
開發進程:為了在實踐中驗證理論知識,克朗斯建造了一套試驗設備,對基礎物質、沉淀物和固形物進行試驗。
試驗表明,如果沒有排擠件,沉淀物中就會產生一個通道,顆粒物質殘留在罐中。安裝排擠件之后,能夠明顯改善排放效果。最終,確認雙錐為最佳形狀—其外部形狀如同一塊鉆石。此后,克朗斯嘗試利用這種排擠件與循環發酵進行組合,開發更多的利用價值;為了實現更高的靈活性,還考慮了全部流動方向。
結論:排擠件與循環發酵工藝的組合可以加快發酵速度,同時還能產生更流暢、更高效的顆粒去除。如果使用變頻泵,甚至還能啟動均質化流程,即使大罐尚未完全充滿時也是如此。不過,該實驗設置沒有規定獨立的沉淀區域。
套管單元形成第二個和第三個進出口
慕尼黑工業大學魏恩施蒂芬學院經過長期研究后發現,如果在錐體的中部增加一個出口,沉淀效果會更好。因此,在動態發酵工藝實驗設備的大罐內部增加一個開口作為進出口,還在這段管的內部還附加了一段薄壁管,形成第三個進出口。但是,所有進出口處于不同的高度。套管單元與排擠件的組合最終形成了最高的靈活性,在滿罐、發酵、酵母沉淀、排渣、發酵物流出以及CIP刷洗過程中形成大量不同的流動狀況。
不同于現有技術,實驗設備大罐的擠壓件安裝在中心部位,由此可以在反應罐中形成非常均勻的流動,各個流動區域可以隨意調節。此外,該工藝還可以選擇更快速的沉積物下沉,由此更好地排掉沉積物。所有三根管路既可以作為進出管路,也能用于循環倒罐,這種靈活性還進一步實現了理想的物質溶解和反應催化。套管系統形成對流運行讓內含物質更加均勻,借此改善了熱傳導。另外,由于不存在沖洗死角的問題,這種裝置的刷洗更加簡單。即使該單元處于連續運行或者斷續運行的狀態,也完全可以和控制流動方向一樣簡單地進行調節,按照期望的流程進行匹配。
即插即用:為了在原有的傳統發酵罐內補充安裝實驗裝置,從而實現經過流體優化的工藝,實驗裝置能夠以理想的方式安裝在錐形罐可拆卸的小錐中(翻轉式小錐或者法蘭連接的小錐)??死仕箤⑦@種套管方案安裝在一個滑道上,從而可以簡單快速地就位并與系統連接。
連續發酵:動態發酵工藝以及套管裝置既可以用于傳統的批次運行也可以用于半連續或者全連續運行—倒灌或者不倒灌均可。對于連續發酵工藝,需要將多個采用這種配置的大罐相互連接在一起。對于這種情況,可以對每個大罐進行單獨調整的循環。盡管如此,還可以按照相應的運行方式進行所需的沉淀。同樣,還可以抽取這些沉淀物或者將其加入其它的流程。借此,形成由多個大罐形成的攪拌罐階梯。顆粒物質、氣泡和液體的分餾由此實現。對外輸送可以選擇輸送泵,也可以借助壓力梯度,或者兩者結合使用。
動態發酵方式可以帶來的優勢
·發酵和降溫流程更快速,再現性更好
·改善顆粒物質的排放
·基本物質中不存在運動裝置
·取消沉淀區
·液位高度可調
·也適用于醪液發酵,例如,生產威士忌酒
·方便補充安裝
·實施連續發酵工藝
·在發酵過程中可以實現流加(例如,添加酒花或者酶制劑)和分離

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