211service.com
Denna teknik är på väg att revolutionera öltillverkningen
När det kommer till öl kommer många läsare att veta vilken magnifik produkt bärnstensnektarn kan vara och varför krafterna för vetenskapliga framsteg bör fokuseras på dess ständiga förbättring.
Under åren har det skett många framsteg i vår förståelse av jäsningens biokemi. Men den grundläggande öltillverkningsprocessen har inte förändrats på hundratals, om inte tusentals, år. Helt klart är det få och långt emellan omvälvande genombrott inom bryggerivetenskap.
Det är därför arbetet med Lorenzo Albanese vid Institutet för biometeorologi i Florens, Italien, och några kompisar, är så betydelsefullt. Dessa hängivna individer har uppfunnit en helt ny ölbryggningsprocess som dramatiskt förändrar kemin, ingenjörskonsten och miljöavtrycket för processen som producerar den himmelska bryggningen.
Så vad har de gjort? Den hemliga såsen i deras nya metod är kavitation, bildandet av små bubblor av ånga i en vätska och deras efterföljande kollaps. Detta görs vanligtvis genom att minska trycket i en vätska så att det kokar och sedan öka det igen så att ångan kondenserar.
Kavitation kan produceras av ett roterande pumphjul som genererar låga tryck vid sina snabbrörliga spetsar. I själva verket är kavitation ofta en oönskad biprodukt av fartygs- och ubåtspropellrar, inte minst för att bubbelspåret och ljudet det gör kan ge bort en ubåts position.
Kavitation är en extraordinär process. Den snabba kollapsen av en av dessa små bubblor kan skapa temperaturer på mer än 1 000 Kelvin och producera tryck som är cirka 5 000 gånger högre än atmosfärstrycket. Dessa förhållanden förändrar dramatiskt den fysiska och kemiska miljön i vatten. Albanese och kompisar har genomfört omfattande experiment för att ta reda på hur detta påverkar bryggningsprocessen.
Denna process involverar de grundläggande ingredienserna av malt, humle, jäst och vatten och har alltid varit relativt enkel. Det sker i fyra steg. Den första är att skapa en söt vätska som kallas vört där stärkelsen från mältat korn omvandlas till enklare sockerarter som är jäsbara.
I det andra steget dräneras vörten och det mältade kornet tvättas för att extrahera så mycket av det fermenterbara sockret som möjligt, en process som kallas sparging.
Vörten kokas sedan i någon timme för att avlägsna vatten och koncentrera sockret. Kokningen dödar också alla enzymer som är involverade i att omvandla stärkelse till socker och kokar bort flyktiga kemikalier som kan förstöra blandningen, särskilt den obehagliga dimetylsulfiden. Tillsättning av humle i detta skede ger blandningen dess karakteristiska smaker.
Slutligen kyls blandningen och jästen tillsätts för att starta jäsningsprocessen, som vanligtvis tar flera dagar. Detta omvandlar sockret till alkohol och skapar öl som sedan kan buteljeras.
Naturligtvis finns djävulen i detaljen. Det mältade kornet måste malas i förväg för att öka dess yta. Vörten måste hållas vid en viss temperatur – vanligtvis mellan 50 och 78 °C – för att hjälpa enzymerna att bryta ner stärkelse.
I kombination med kokningen är detta en energikrävande process. Det tar cirka 32 kilowattimmar att göra 100 liter öl. (Som jämförelse använder en TV med 100 watt på i 10 timmar en enda kilowattimme.)
Så hur förändrar kavitation allt detta? För att ta reda på det har Albanese och co byggt en helt ny typ av bryggningsanläggning som producerar kavitation i vörten. De genomförde sedan en rad öltillverkningsexperiment under olika förhållanden för att utforska de potentiella fördelarna och nackdelarna som kavitation introducerar.
Resultaten ger en intressant läsning. Den första fördelen är att kavitation skulpterar mältat korn och därmed eliminerar behovet av att det mals i förväg. Torrmalning av malt blir irrelevant med den nya installationen, eftersom malt pulveriseras av kavitationsprocesserna ner till mindre än 100 µm i storlek inom några minuter, säger Albanese och co. Detta ökar också den biologiska nedbrytbarheten av den förbrukade malten, som är en restprodukt från öltillverkningsprocessen.
Kavitation ökar också hastigheten med vilken stärkelse passerar från det pulveriserade mältade kornet till vörten. Denna process är så effektiv att lite om någon stärkelse finns kvar i malten i slutet av processen.
Det har betydande konsekvenser. Det betyder att processen med spridning – tvättning av malten för att ta bort instängt socker och stärkelse – blir helt onödig.
Med stärkelse som frigörs mer effektivt kan omvandlingen av stärkelse till enklare sockerarter ske vid lägre temperaturer. Aktiveringstemperaturen för enzymer som syftar till att omvandla stärkelse till enkla sockerarter och aminosyror sjunker med cirka 35 °C, vilket förkortar den tid som behövs för försockring, säger teamet.
Kavitation hjälper också till att förbättra effektiviteten av de kemiska processer som vanligtvis sker under den konventionella kokningen av vört- och humleblandningen. Kavitation gör att obehagliga flyktiga gaser avgasar snabbt, denaturerar enzymerna i vörten och gör att humlesmaker lätt blandas in. Det gör kokning helt onödig. Hela denna process kan faktiskt äga rum vid cirka 78 °C, säger Albanese och co.
Allt detta leder till betydande energibesparingar. Teamet säger att deras nya bryggprocess bara använde 24 kilowattimmar per 100 liter, cirka 30 procent mindre än ett kontrollexperiment de också körde. Och det är innan de optimerar processen för att förhindra onödig värmeavledning.
En sak som teamet dock inte tar hänsyn till är kostnaden för den utrustning som krävs för att skapa kavitation och underhållet i samband med det. Kavitation är känt som skadligt. De tryck och temperaturer den producerar tär på det hårdaste stålet. Hur detta skulle påverka kostnaderna är inte klart men måste säkert tas med på något sätt.
Naturligtvis är det ultimata testet själva produkten. I en serie tester säger detta modiga team att det resulterande ölet är lika bra som det konventionellt producerade. Det är något som måste verifieras oberoende av osjälviska individer som är villiga att lägga sina egna intressen åt sidan i vetenskapens namn.
Om objektiva observatörer är överens om att det resulterande ölet är bra, verkar kavitation ha en stor inverkan på bryggeriindustrin. Det kan faktiskt visa sig vara en av de största förändringarna inom bryggteknik på decennier, om inte århundraden.
Ref: arxiv.org/abs/1609.06629 : En ny bryggprocess via kontrollerad hydrodynamisk kavitation