基于高过滤率硅干凝胶的啤酒澄清助剂的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为200780037403. 1母案的分案申请。该母案的申请日为2007年 7月27日；发明名称为"基于高过滤率硅干凝胶的啤酒澄清助剂"。
技术领域
[0002] 本发明涉及干凝胶、制备干凝胶的方法和用干凝胶处理饮料的方法。
【背景技术】
[0003] 啤酒的澄清度是影响消费者认可的重要因素。啤酒中浊雾的存在通常与质量低劣 相联系。然而啤酒中的浊雾是一种自然现象，并且需要合适的处理来阻止或延缓它的形成。 啤酒冷混池由池雾敏感蛋白形成。去除池雾敏感蛋白的材料应经过德国纯粹法令（German Purity Law)另称为"Reinheitsgebot"认可。与此法令保持一致，使用化学添加剂的另一 选择是使用致使浊雾敏感蛋白去除的硅胶。最终所有用于除去浊雾敏感蛋白的物质必须从 啤酒中移除。
[0004] 市场上有许多基于二氧化硅的啤酒稳定剂或澄清剂。它们可分为两组，水凝胶 和干凝胶。两种凝胶通过使用类似方法制备，这正如在很多出版物中描述，如美国专利第 4, 515, 821号、第4, 636, 394号、第5, 622, 743号和第6, 565, 905号，其整个主题在此引作 参考。水凝胶通常包含55% -70%重量的水，45% -30%重量的纯度为99. 0%的二氧化硅 (煅烧后）。使用常规碾磨技术碾磨水凝胶至所需粒度。对于干凝胶，通常在碾磨之前，使 用常规干燥方法脱水，产生的干凝胶含少于约70% -80%重量的水。两种凝胶通常以类似 形式进行碾磨。对于这两种凝胶，在碾磨过程中使用可用的加工控制参数调整其粒度至所 需值。在此凝胶的熟化过程中运用加工条件对凝胶的内部结构（就表面积、孔体积、孔径分 布等而言）进行改性，这通常在颗粒形成之后进行且为文献所熟知。孔体积和表面积使用 氮吸附法（BET)在低温下测量，运用开尔文方程式计算（如DIN66131)。对于水凝胶，由于 孔隙中存在水，通常这些参数不是以此方式进行测量。另外，测量前干燥是不可能的，因为 此过程改变该凝胶结构。
[0005] 干凝胶和水凝胶在其稳定性和过滤性效能方面的性能差异显著。干凝胶在促进稳 定性中提供高性能，而在啤酒中固体浓度相同下水凝胶在过滤性上明显更好。因此，比起使 用干凝胶所需的量，通常需使用两到三倍量的水凝胶。
[0006] 啤酒助稳定凝胶的另一重要性质涉及粒度和粒度分布。这些市售产品的平均粒度 通常在5-40微米之间。这些凝胶的粒度显著影响效能（即移除/吸收高分子量浊雾敏感 蛋白）和过滤率。尺寸细小的颗粒通常在促进其稳定性上具有良好表现，但需要附加的时 间滤过。这种关联性通常对于干凝胶和水凝胶同样适用。
[0007] 就啤酒稳定性而言，对于效能同样重要的是二氧化硅的可及表面尺寸。硅胶是具 有开孔和表面积大的无定形惰性微粒。典型地优选那些有高表面积和大孔隙的硅胶，这样 的硅胶允许浊雾形成分子吸附在二氧化硅表面上。
[0008] 因此，工业上需要具有可接受的稳定性质并且还易滤过的饮料稳定剂。
【发明内容】
[0009] 本发明涉及用于处理饮料的组合物，该组合物包含孔体积为约0. 2-约2. 0ml/g、 粒度中值为约5-约40微米的干凝胶颗粒，其中所述组合物包含约30%或更少重量的细肩。
[0010] 本发明还涉及制备用于处理饮料的干凝胶组合物的方法，所述方法包括：制备水 凝胶；加热该水凝胶以形成干凝胶；碾磨该干凝胶以形成组合物中的颗粒；以及从该组合 物中移除至少5%重量的细肩。
[0011] 本发明还涉及处理饮料的方法，所述方法包括：提供干凝胶组合物；提供饮料和 用所述干凝胶组合物过滤所述饮料，其中所述组合物包含孔体积为约〇. 2-约2. Oml/g、粒 度中值为约5-约40微米的干凝胶颗粒，其中所述组合物包含约30%或更少重量的细肩。
【具体实施方式】
[0012] 本发明涉及基于干凝胶的啤酒澄清助剂，其具有典型干凝胶的高啤酒澄清性能， 并具有比得上基于水凝胶的澄清助剂的过滤率之益处。
[0013] 本文所用术语"细肩"定义为根据可购自Retsch GmbH的微精密度滤网（micro precision sieve) Type LTG-Siebvibrator测量粒度少于约10微米的颗粒。本文所用表面 积（BET)通过使用DIN 66131氮吸附法测量，而孔体积用购自Micromeritics Instrument Corp的ASAP 2400来测定。本文所用与体积相关的粒度中值通过使用购自Malvern Instruments Ltd.的Malvern Mastersizer 2000光衍射来测量。干凝胶的湿度使用ASTM D6869通过卡尔?费歇尔法由电量法测定含水量来确定。术语"过滤率"，另被称作渗透性， 是指多孔材料传输液体能力的量，其由达西定律定义，且根据EBC标准运用标准EBC滤器并 利用TS 72通过测量助滤剂渗透性来确定。此方法可在来自Fachverlag Hans Carl(ISBN 3-418-00759-7)的名为"Analytica-EBC"的书中第10. 9章找到。该EBC滤器可购自VEL S.A.，名为 "Normfilter EBC"〇
[0014] 在一个实施方案中，本发明涉及用于处理饮料的组合物，该组合物包含孔体积约 0. 2-约2. 0ml/g、粒度中值为约5-40微米的干凝胶颗粒，其中基于组合物总重计算，所述组 合物包含约20%或更少重量的细肩。在此实施方案中，所述组合物可包含约18%或更少重 量的细肩，典型地约17 %或更少重量的细肩，更典型地约15 %或更少重量的细肩，甚至更 典型地约13%或更少重量的细肩。所述干凝胶通常含有量为所述组合物重量的20%或更 少、更典型地0-10%的水分。所述干凝胶的孔体积更优选范围是约0. 2-约2. 0ml/g、并且 甚至更优选是约〇. 4-约I. 5ml/g。所述粒度中值（V0. 5)优选范围是约5-约40微米，甚至 更优选是约10-约25微米。在此实施方案中，所述颗粒具有范围为约200-约900m 2/g的 表面积，并且优选为约400-约800m2/g。尽管该干凝胶优选是二氧化硅，但在本组合物中还 可利用其它无机氧化物，包括氧化铝、二氧化钛或者它们的混合物。
[0015] 本发明还涉及制备用于处理饮料的干凝胶组合物的方法，所述方法包括制备水凝 胶；加热该水凝胶以形成干凝胶；碾磨该干凝胶以形成组合物中的颗粒；以及从该组合物 中移除至少5%重量的细肩。优选从该组合物中移除至少约10%重量的细肩，更优选从该 组合物中移除至少约20%重量的细肩，甚至更优选从该组合物中移除至少约30%重量的 细肩。
[0016] 以下对制备本发明实施方案硅胶的方法进行描述，其它无机氧化物凝胶可用本领 域普通技术人员熟知的类似方式制备。硅水溶胶通过使硅酸盐与无机酸反应制备，致使该 SiO2浓度为10% -25%重量并凝胶化。过低的SiO2浓度可延长胶凝时间，增加含水量，并 且降低随后的洗涤和干燥步骤的效率，这在工业上是不可行的。过高的SiO 2浓度可过度加 快胶凝过程，并且不能获得物理性质均一的二氧化硅水凝胶。作为硅酸盐，可用硅酸钠，硅 酸钾，硅酸铵或其它，工业上最常用硅酸钠。对于无机酸，可用硫酸、硝酸、盐酸或其它，一般 采用硫酸。
[0017] 接下来，通过用水洗涤所述二氧化娃水凝胶（silica hydrogel)除去无机盐。当 将水洗过的二氧化娃水凝胶用温度为20-100°C、pH值为2-10的水进行水热处理时，其平均 孔径和孔体积得到增加。在此过程中，如果对所述二氧化硅水凝胶在水热处理的相应条件 下进行洗涤，则可同时完成洗涤和水热处理。对于水热处理的条件，当pH值或温度升高时， 比表面积会大幅降低。当pH值或温度降低时，处理时间随之延长。因此，期需所述二氧化 硅水凝胶在pH 6-8. 5和40-80°C的温度下进行水热处理。在水热处理中，初级硅胶颗粒溶 解及沉淀，硅胶的比表面积下降，而平均孔径和孔体积增加。因此当平均孔径和孔体积增加 时，比表面积逐步下降。其所述初始粒子在其相互结合的点上获得加强的结合强度，该二氧 化硅水凝胶的结构得以稳定和加强。
[0018] 水洗过程和水热处理过程可连续进行，或两个过程可同时进行。
[0019] 经水洗和水热处理的二氧化硅水凝胶具有相对大的平均孔径、孔体积和比表面 积。
[0020] 为了提供本发明干凝胶，在介于100-180°C的温度下使空气吹过水凝胶床直至其 凝胶水分少于约20%、优选少于约10%、更优选少于约5%重量，来干燥所述水凝胶。随 后使用常规碾磨机将所述干凝胶碾磨至所需粒度。制备干凝胶的方法可在美国专利第 6, 565, 905号和第5, 622, 743号中找到。
[0021] 待形成磨碎的干凝胶后，在碾磨中使用空气分级器或其它适用于此过程的类似设 备去除内在产生的细肩。工业上所熟知的空气分级器运用空气动力学方法将输入的粒度分 布分割成细粒部分和粗粒部分。可对细粒部分和粗粒部分之间的分割尺寸进行调整，并在 本发明中用来控制其过滤率。为了提供与水凝胶啤酒澄清助剂过滤率相近的干凝胶啤酒澄 清助剂，该干凝胶组合物中总细肩可降至占该组合物总重量的约20%或更少重量，典型地 约18 %或更少重量，更典型地约17 %或更少重量，甚至更典型地约15 %或更少重量。
[0022] 本发明制备的干凝胶可用作包括啤酒、葡萄酒和果汁在内的许多饮料的澄清助剂 和助稳定剂。致饮料澄清的方法已为工业上通晓，包括在美国专利第5, 622, 743号和第 6, 565, 905号中描述的方法，其整体内容通过引用结合到本文中。在过滤前，通常将本发明 澄清助剂以约〇. 1-约I. 〇g/l、优选约〇. 2-约0. 8g/l、更优选约0. 3-约0. 7g/l的量添加 至饮料中。所述饮料通常用该澄清助剂处理至少30分钟，典型地为至少2小时。这通常通 过在过滤前向后发酵罐或澄清池添加澄清助剂来完成。然而，所述澄清助剂也可用于连续 的饮料生产或澄清过程。其它添加剂可与本发明澄清助剂一起使用，包括助滤剂。通常所 述饮料通过采用硅藻土过滤机或膜过滤装置过滤至少1小时，优选至少2小时。
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