基于高過濾率硅干凝膠的啤酒澄清助劑的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請號為200780037403. 1母案的分案申請。該母案的申請日為2007年 7月27日；發明名稱為"基于高過濾率硅干凝膠的啤酒澄清助劑"。
技術領域
[0002] 本發明涉及干凝膠、制備干凝膠的方法和用干凝膠處理飲料的方法。
【背景技術】
[0003] 啤酒的澄清度是影響消費者認可的重要因素。啤酒中濁霧的存在通常與質量低劣 相聯系。然而啤酒中的濁霧是一種自然現象，并且需要合適的處理來阻止或延緩它的形成。 啤酒冷混池由池霧敏感蛋白形成。去除池霧敏感蛋白的材料應經過德國純粹法令（German Purity Law)另稱為"Reinheitsgebot"認可。與此法令保持一致，使用化學添加劑的另一 選擇是使用致使濁霧敏感蛋白去除的硅膠。最終所有用于除去濁霧敏感蛋白的物質必須從 啤酒中移除。
[0004] 市場上有許多基于二氧化硅的啤酒穩定劑或澄清劑。它們可分為兩組，水凝膠 和干凝膠。兩種凝膠通過使用類似方法制備，這正如在很多出版物中描述，如美國專利第 4, 515, 821號、第4, 636, 394號、第5, 622, 743號和第6, 565, 905號，其整個主題在此引作 參考。水凝膠通常包含55% -70%重量的水，45% -30%重量的純度為99. 0%的二氧化硅 (煅燒后）。使用常規碾磨技術碾磨水凝膠至所需粒度。對于干凝膠，通常在碾磨之前，使 用常規干燥方法脫水，產生的干凝膠含少于約70% -80%重量的水。兩種凝膠通常以類似 形式進行碾磨。對于這兩種凝膠，在碾磨過程中使用可用的加工控制參數調整其粒度至所 需值。在此凝膠的熟化過程中運用加工條件對凝膠的內部結構（就表面積、孔體積、孔徑分 布等而言）進行改性，這通常在顆粒形成之后進行且為文獻所熟知。孔體積和表面積使用 氮吸附法（BET)在低溫下測量，運用開爾文方程式計算（如DIN66131)。對于水凝膠，由于 孔隙中存在水，通常這些參數不是以此方式進行測量。另外，測量前干燥是不可能的，因為 此過程改變該凝膠結構。
[0005] 干凝膠和水凝膠在其穩定性和過濾性效能方面的性能差異顯著。干凝膠在促進穩 定性中提供高性能，而在啤酒中固體濃度相同下水凝膠在過濾性上明顯更好。因此，比起使 用干凝膠所需的量，通常需使用兩到三倍量的水凝膠。
[0006] 啤酒助穩定凝膠的另一重要性質涉及粒度和粒度分布。這些市售產品的平均粒度 通常在5-40微米之間。這些凝膠的粒度顯著影響效能（即移除/吸收高分子量濁霧敏感 蛋白）和過濾率。尺寸細小的顆粒通常在促進其穩定性上具有良好表現，但需要附加的時 間濾過。這種關聯性通常對于干凝膠和水凝膠同樣適用。
[0007] 就啤酒穩定性而言，對于效能同樣重要的是二氧化硅的可及表面尺寸。硅膠是具 有開孔和表面積大的無定形惰性微粒。典型地優選那些有高表面積和大孔隙的硅膠，這樣 的硅膠允許濁霧形成分子吸附在二氧化硅表面上。
[0008] 因此，工業上需要具有可接受的穩定性質并且還易濾過的飲料穩定劑。
【發明內容】
[0009] 本發明涉及用于處理飲料的組合物，該組合物包含孔體積為約0. 2-約2. 0ml/g、 粒度中值為約5-約40微米的干凝膠顆粒，其中所述組合物包含約30%或更少重量的細肩。
[0010] 本發明還涉及制備用于處理飲料的干凝膠組合物的方法，所述方法包括：制備水 凝膠；加熱該水凝膠以形成干凝膠；碾磨該干凝膠以形成組合物中的顆粒；以及從該組合 物中移除至少5%重量的細肩。
[0011] 本發明還涉及處理飲料的方法，所述方法包括：提供干凝膠組合物；提供飲料和 用所述干凝膠組合物過濾所述飲料，其中所述組合物包含孔體積為約〇. 2-約2. Oml/g、粒 度中值為約5-約40微米的干凝膠顆粒，其中所述組合物包含約30%或更少重量的細肩。
【具體實施方式】
[0012] 本發明涉及基于干凝膠的啤酒澄清助劑，其具有典型干凝膠的高啤酒澄清性能， 并具有比得上基于水凝膠的澄清助劑的過濾率之益處。
[0013] 本文所用術語"細肩"定義為根據可購自Retsch GmbH的微精密度濾網（micro precision sieve) Type LTG-Siebvibrator測量粒度少于約10微米的顆粒。本文所用表面 積（BET)通過使用DIN 66131氮吸附法測量，而孔體積用購自Micromeritics Instrument Corp的ASAP 2400來測定。本文所用與體積相關的粒度中值通過使用購自Malvern Instruments Ltd.的Malvern Mastersizer 2000光衍射來測量。干凝膠的濕度使用ASTM D6869通過卡爾?費歇爾法由電量法測定含水量來確定。術語"過濾率"，另被稱作滲透性， 是指多孔材料傳輸液體能力的量，其由達西定律定義，且根據EBC標準運用標準EBC濾器并 利用TS 72通過測量助濾劑滲透性來確定。此方法可在來自Fachverlag Hans Carl(ISBN 3-418-00759-7)的名為"Analytica-EBC"的書中第10. 9章找到。該EBC濾器可購自VEL S.A.，名為 "Normfilter EBC"〇
[0014] 在一個實施方案中，本發明涉及用于處理飲料的組合物，該組合物包含孔體積約 0. 2-約2. 0ml/g、粒度中值為約5-40微米的干凝膠顆粒，其中基于組合物總重計算，所述組 合物包含約20%或更少重量的細肩。在此實施方案中，所述組合物可包含約18%或更少重 量的細肩，典型地約17 %或更少重量的細肩，更典型地約15 %或更少重量的細肩，甚至更 典型地約13%或更少重量的細肩。所述干凝膠通常含有量為所述組合物重量的20%或更 少、更典型地0-10%的水分。所述干凝膠的孔體積更優選范圍是約0. 2-約2. 0ml/g、并且 甚至更優選是約〇. 4-約I. 5ml/g。所述粒度中值（V0. 5)優選范圍是約5-約40微米，甚至 更優選是約10-約25微米。在此實施方案中，所述顆粒具有范圍為約200-約900m 2/g的 表面積，并且優選為約400-約800m2/g。盡管該干凝膠優選是二氧化硅，但在本組合物中還 可利用其它無機氧化物，包括氧化鋁、二氧化鈦或者它們的混合物。
[0015] 本發明還涉及制備用于處理飲料的干凝膠組合物的方法，所述方法包括制備水凝 膠；加熱該水凝膠以形成干凝膠；碾磨該干凝膠以形成組合物中的顆粒；以及從該組合物 中移除至少5%重量的細肩。優選從該組合物中移除至少約10%重量的細肩，更優選從該 組合物中移除至少約20%重量的細肩，甚至更優選從該組合物中移除至少約30%重量的 細肩。
[0016] 以下對制備本發明實施方案硅膠的方法進行描述，其它無機氧化物凝膠可用本領 域普通技術人員熟知的類似方式制備。硅水溶膠通過使硅酸鹽與無機酸反應制備，致使該 SiO2濃度為10% -25%重量并凝膠化。過低的SiO2濃度可延長膠凝時間，增加含水量，并 且降低隨后的洗滌和干燥步驟的效率，這在工業上是不可行的。過高的SiO 2濃度可過度加 快膠凝過程，并且不能獲得物理性質均一的二氧化硅水凝膠。作為硅酸鹽，可用硅酸鈉，硅 酸鉀，硅酸銨或其它，工業上最常用硅酸鈉。對于無機酸，可用硫酸、硝酸、鹽酸或其它，一般 采用硫酸。
[0017] 接下來，通過用水洗滌所述二氧化娃水凝膠（silica hydrogel)除去無機鹽。當 將水洗過的二氧化娃水凝膠用溫度為20-100°C、pH值為2-10的水進行水熱處理時，其平均 孔徑和孔體積得到增加。在此過程中，如果對所述二氧化硅水凝膠在水熱處理的相應條件 下進行洗滌，則可同時完成洗滌和水熱處理。對于水熱處理的條件，當pH值或溫度升高時， 比表面積會大幅降低。當pH值或溫度降低時，處理時間隨之延長。因此，期需所述二氧化 硅水凝膠在pH 6-8. 5和40-80°C的溫度下進行水熱處理。在水熱處理中，初級硅膠顆粒溶 解及沉淀，硅膠的比表面積下降，而平均孔徑和孔體積增加。因此當平均孔徑和孔體積增加 時，比表面積逐步下降。其所述初始粒子在其相互結合的點上獲得加強的結合強度，該二氧 化硅水凝膠的結構得以穩定和加強。
[0018] 水洗過程和水熱處理過程可連續進行，或兩個過程可同時進行。
[0019] 經水洗和水熱處理的二氧化硅水凝膠具有相對大的平均孔徑、孔體積和比表面 積。
[0020] 為了提供本發明干凝膠，在介于100-180°C的溫度下使空氣吹過水凝膠床直至其 凝膠水分少于約20%、優選少于約10%、更優選少于約5%重量，來干燥所述水凝膠。隨 后使用常規碾磨機將所述干凝膠碾磨至所需粒度。制備干凝膠的方法可在美國專利第 6, 565, 905號和第5, 622, 743號中找到。
[0021] 待形成磨碎的干凝膠后，在碾磨中使用空氣分級器或其它適用于此過程的類似設 備去除內在產生的細肩。工業上所熟知的空氣分級器運用空氣動力學方法將輸入的粒度分 布分割成細粒部分和粗粒部分。可對細粒部分和粗粒部分之間的分割尺寸進行調整，并在 本發明中用來控制其過濾率。為了提供與水凝膠啤酒澄清助劑過濾率相近的干凝膠啤酒澄 清助劑，該干凝膠組合物中總細肩可降至占該組合物總重量的約20%或更少重量，典型地 約18 %或更少重量，更典型地約17 %或更少重量，甚至更典型地約15 %或更少重量。
[0022] 本發明制備的干凝膠可用作包括啤酒、葡萄酒和果汁在內的許多飲料的澄清助劑 和助穩定劑。致飲料澄清的方法已為工業上通曉，包括在美國專利第5, 622, 743號和第 6, 565, 905號中描述的方法，其整體內容通過引用結合到本文中。在過濾前，通常將本發明 澄清助劑以約〇. 1-約I. 〇g/l、優選約〇. 2-約0. 8g/l、更優選約0. 3-約0. 7g/l的量添加 至飲料中。所述飲料通常用該澄清助劑處理至少30分鐘，典型地為至少2小時。這通常通 過在過濾前向后發酵罐或澄清池添加澄清助劑來完成。然而，所述澄清助劑也可用于連續 的飲料生產或澄清過程。其它添加劑可與本發明澄清助劑一起使用，包括助濾劑。通常所 述飲料通過采用硅藻土過濾機或膜過濾裝置過濾至少1小時，優選至少2小時。
[0023