生产啤酒的方法

专利名称：生产啤酒的方法
技术领域：
本发明涉及生产啤酒的方法，特别是通过过滤介质过滤啤酒以及采用酶清洗过滤介质的方法，使其可在啤酒过滤中重新使用。
背景技术：
鉴于市场渠道的扩大，为了使啤酒能够贮存，必须从啤酒中除去微生物(例如细菌)。目前微生物的除去主要是由啤酒的巴氏灭菌法进行的。为此目的，例如啤酒被装瓶或装听，加热到62-69℃，杀灭微生物。
然而，这种巴氏灭菌法却牵涉到大量的能量消耗。其另一个缺点是，所引入的能量可能引发化学反应，这些化学反应会损害产品且难以控制。例如，这些反应可能对产品的口味产生不利的影响(“消毒的味道”)，也有生成不希望有的物质的危险。因此，巴氏灭菌法是一种较贵的微生物除去方法，牵涉到大量的能量消耗，不仅降低产品的质量，而且还对环境产生有害的影响。
另一种已知的微生物除去方法是低温过滤。低温过滤的啤酒，例如在美国、日本和韩国能以所说的“生啤酒”买到。这种啤酒在欧洲是被禁止的，因为它含有一些专门的酶。
在啤酒中存在这些专门的酶，是为了抵消低温过滤方法固有的缺点过滤器的早期堵塞。这种堵塞是由于被过滤的物质从啤酒中沉积到过滤器，例如膜过滤器的上游侧。这些沉积物很难或甚至是不可能从过滤器中除去，因而降低了过滤器的使用寿命。由于膜过滤器很贵，所以这提高了啤酒的生产成本。
为了延长过滤器的使用寿命，膜过滤器的制造商建议，除了采用化学试剂例如表面活性剂、酸/碱和氧化剂以外，还可采用蛋白酶、葡聚糖酶和木聚糖酶处理它们，清洗使用过的膜，使它们能重新使用。这种清洗过程例如可分两个阶段进行，在第一阶段采用上述的酶，接着在第二阶段任选地采用上述的化学试剂再次进行清洗。
文献也公开了清洗过滤啤酒使用的膜过滤器的方法，膜过滤器的清洗方法涉及多种技术。例如，美国专利5,227,819公开一种清洗低温过滤啤酒使用的聚酰胺微孔膜的方法，该方法是使稀的碱溶液通过微孔膜。国际专利申请WO 96/23579公开一种清洗在啤酒过滤中使用的膜过滤器的稍有不同的方法。这种方法的特征是先采用β-葡聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶的含酶水溶液处理膜过滤器，然后采用酸性水溶液清洗液清洗膜过滤器，最后采用包含过氧化物的碱性清洗液清洗膜过滤器。
作为例子，例如，给定约320m2的过滤面积，清洗方法是，在过滤每500,000l后进行一次酶清洗，在过滤每2,000,000l后再进行一次化学清洗。对于具有约320m2上述过滤面积的过滤器，在进行制造商所推荐的清洗后，典型的使用寿命为约10,000,000l。
然而，从前已知的一些清洗方法确实有缺点，它们不能将过滤器上的沉积物除去到令人满意的程度，这使清洗效率随膜过滤器使用时间的增长急剧下降。
另一个缺点是过滤膜突然的无规律的堵塞，这种堵塞与总氮含量或原始麦芽汁百分数之类的标准值无关。完全堵塞的膜过滤器，采用现有的技术方法不能令人满意地清洗，这大大地缩短了过滤器的使用寿命。很难确定过滤器在什么时候会发生这种不能被令人满意地清洗的堵塞，因此，过滤器可能会被过早或不及时地清洗，即清洗得太早或太迟。
鉴于上述的问题，需要有一种改进的生产啤酒的方法，特别是通过能令人满意地清洗和重新使用的过滤介质过滤啤酒的生产方法。本发明就提供一种这样的生产方法。从本申请提供的发明说明书中可明显地看到本发明的这些优点和其它优点以及更多的发明特征。
发明概述本发明提供一种生产啤酒的方法，其中包括通过多孔膜过滤啤酒，直到多孔膜需要清洗时为止；使多孔膜与酶接触，清洗多孔膜，酶选自纤维素酶、淀粉酶及其混合物，特别是纤维素酶，该酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约0.1；然后重新使用多孔膜继续过滤啤酒。本发明还提供一种生产啤酒的方法，其中包括通过多孔膜过滤啤酒，该膜在过滤过程中逐渐堵塞；监测多孔膜的流出电位或Z-电位作为多孔膜堵塞程度的量度；在根据多孔膜的流出电位或Z-电位确定多孔膜被完全堵塞以前。停止通过多孔膜过滤啤酒；清洗多孔膜；和然后重新使用多孔膜继续过滤啤酒。
附图简述

图1是通过以前未使用过的，即新的多孔膜过滤啤酒时啤酒的过滤量(g)对过滤时间(sec)的曲线。
图2是通过堵塞的多孔膜过滤啤酒时啤酒的过滤量(g)对过滤时间(sec)的曲线。
图3是通过根据现有技术清洗的以前堵塞的多孔膜过滤啤酒时啤酒的过滤量(g)对过滤时间(sec)的曲线。
图4是通过根据本发明清洗的以前堵塞的多孔膜过滤啤酒时啤酒的过滤量(g)对过滤时间(sec)的曲线。
图5是表示测定过滤介质Z-电位装置的示意图。
图6是过滤介质的Z-电位(mV)对电解质溶液pH的曲线，其中曲线“a”是对新多孔膜的，曲线“b”是对过滤啤酒时部分堵塞的多孔膜的，曲线“c”是对过滤啤酒时几乎完全堵塞的多孔膜的。
图7是表示采用旁路系统和图5的测定装置的啤酒过滤设备示意图。
对优选实施方案的说明本发明提供一种生产啤酒的方法，优选低温过滤啤酒的方法。该方法包括通过多孔膜即膜过滤器过滤啤酒，直到多孔膜需要清洗时为止，使多孔膜与酶接触清洗多孔膜，然后重新使用多孔膜过滤啤酒。
出人意外地发现，采用纤维素酶和/或淀粉酶比采用蛋白酶、木聚糖酶和/或葡聚糖酶能更好和更缓和地清洗多孔膜。根据本发明的清洗方法能显著地提高过滤啤酒使用的多孔膜的使用寿命，因此在生产啤酒中采用多孔膜能大大地提高与其相应的商业利益。
酶选自纤维素酶、淀粉酶及其混合物。如上面所指出的，不需使用蛋白酶、木聚糖酶和/或葡聚糖酶，优选不使用它们，而采用纤维素酶和/或淀粉酶清洗多孔膜。希望纤维素酶结晶的∶可溶性的纤维素活性比(下面将更详细地叙述)至少约0.1，更希望至少约0.3，优选至少约0.4，更优选至少约0.5，最优选至少约1，特别是至少约1.2。适宜的纤维素酶包括从曲霉属，特别是黑曲霉制取的纤维素酶。优选的纤维素酶包括从木霉属，优选从Trichoderma reesei、Trichodermalongibrachiatum和热单孢属，优选从褐色热单孢制取的纤维素酶。在美国专利4,912,056中列举了纤维素酶的其它来源。适宜的淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶及其组合。在本发明的方法中，更优选不采用除纤维素酶和淀粉酶以外的任何酶，即多孔膜不与除纤维素酶和淀粉酶以外的任何酶接触。在本发明的方法中，最优选使用的酶是纤维素酶，最好是不采用除纤维素酶以外的任何酶，即多孔膜只与纤维素酶接触而不与任何其它酶接触。
多孔膜可以是任何适合过滤啤酒的膜。在本发明的情况下，多孔膜一般是微孔膜，即孔的标称尺寸约0.02-1μm的多孔膜。多孔膜孔的标称尺寸优选为约0.1-1μm，最优选约0.45μm。可以采用这种多孔膜从啤酒中除去细菌和其它不希望有的微生物。优选避免给啤酒消毒。也可采用多孔膜从啤酒中除去酵母和其它不希望有的物质。适宜的多孔膜包括一些由无机材料例如陶瓷和金属制备的膜，以及优选由有机聚合物，例如聚酰胺、聚醚砜、聚烯烃和聚偏二氟乙二烯等制备的膜。多孔膜优选聚酰胺多孔膜，特别是耐纶-6，6多孔膜。
根据本发明方法，优选的实施方案的特征在于，还使多孔膜与碱性水溶液接触，使多孔膜在第一阶段与碱性水溶液接触，在第二阶段与酶接触是有利的。已经证明，采用NaOH和/或KOH水溶液作为碱性水溶液是方便的。优选碱浓度为0.1-1N，更优选0.25-1N，最优选0.5-1N。采用碱性水溶液处理最好在温度40-90℃下进行。
根据本发明方法的另一些有利的实施方案的特征在于，采用纤维素酶处理是在温度40-50℃和pH4.5-5.5进行的，采用α-淀粉酶处理是在温度60-75℃和pH4.6-5.8进行的，采用β-淀粉酶处理是在温度40-60℃和pH4.6-5.8进行的。
进行清洗是很方便的，一直进行到多孔膜的流出电位或Z-电位不再变化时为止。业已发现，在操作过程中多孔膜上产生的流出电位或由其计算的Z-电位(见下文)是多孔膜堵塞物质除去程度的可靠指示。
本发明的目的还在于通过确保在需要时进行清洗来提高多孔膜的使用寿命。因此，本发明提供的啤酒生产方法，包括通过多孔膜过滤啤酒，该膜在过滤进行过程中逐渐堵塞。在多孔膜仅仅是部分堵塞，即在还未达到完全堵塞情况下的指定时间停止过滤。堵塞程度可用任何适宜的方法，最好象在美国专利5,449,465中概括叙述的那样，通过监测多孔膜两侧之间的压降来确定。采用另一种方案，本发明通过测定通过过滤器的流出电位和/或Z-电位，提供一种确定清洗时间的方法。
本发明的这个方面是以测定流出电位或由记录的流出电位数据推算的Z-电位在pH范围内(在进行啤酒酿造或过滤的pH范围内)随堵塞程度的变化为根据的，因此它们是堵塞状况可靠的几乎是定量的指示。因而对多孔膜流出电位和/或Z-电位的测定可对堵塞的具体状况给出准确的图示。
已知多孔膜起双重作用。第一，多孔膜起筛的作用，当颗粒大于过滤器的孔隙时，颗粒就从介质中机械过滤出去，第二，已经知道多孔膜也起静电吸引的作用。当过滤介质的Z-电位与颗粒的Z-电位极性相反时，直径比膜的孔隙尺寸小得多的颗粒会沉积在膜上(例如，见德国Pall Filtrationstechnik股份有限公司介绍情况的小册子SD 872h G)。
事实是，在本发明之前还不知道可以采用Z-电位确定多孔膜的堵塞程度。
多孔膜的Z-电位受其化学性质的影响，了解本发明的专家选择最合适的过滤器不会有任何困难，这些过滤器的Z-电位将会以足够大的幅度随堵塞程度而变化。当过滤器在线时，通过连续监测的方法获得数据，可在恰当的时间，例如在刚开始堵塞停止过滤过程。
还没有完全堵塞的过滤器的清洗要比完全堵塞的过滤器的清洗容易得多，而且无疑其使用寿命也较长。因此本发明优选的方法是在过滤器的Z-电位降低到过滤器未使用状态最大值的20％，或堵塞不超过80％时停止过滤。
本方法另一个改进的地方是采用聚酰胺多孔膜，在pH4.2下测定Z-电位超过-5mV时停止过滤。
优选啤酒在过滤之前，即通过多孔膜过滤之前进行预过滤。硅藻土几乎专门用于预过滤。将硅藻土与深床过滤结合起来也是可行的。
本发明可在任何适宜的啤酒生产系统中使用。本发明优选用于在美国专利5,417,101和5,594,161中所述的过滤器组装置。
本发明还涉及到过滤啤酒的过滤设备，它具有去过滤啤酒的加料管线、多孔膜和已过滤啤酒的排出管线。该设备由一个起旁路作用的计量元件形式的组件预示，该组件的特征是具有一个多孔膜和装置例如一对电极，该电极用于监测啤酒流过测量元件膜过滤器的流出电位和/或Z-电位。
本发明还涉及过滤啤酒的过滤设备，该设备的特征是具有去过滤啤酒的加料管线、多孔膜和已过滤啤酒的排出管线。与前一节的过滤设备不同，这种过滤设备的特征是具有固定到多孔膜上的装置例如一对电极，在啤酒流过多孔膜时，用于监测和读取流出电位和/或Z-电位。由于这一改动，Z-电位不是通过对膜过滤器起旁路作用的测量元件而是由膜过滤器本身测定的。
对于本发明的实施方案，可以采用任一适宜的旁路配置。本发明优选引入美国专利5,449,465所述的设备和方法。
过滤器的Z-电位与一般的堵塞状况有关的这一发现，在啤酒过滤中可以利用如下1.通过在过滤过程中不间断地观测多孔膜流出电位和/或Z-电位发生的变化，能正确地指出膜的堵塞程度，以防止预料不到的或无规律的堵塞现象，同时又能及时地采取措施更换过滤器。
2.可在多孔膜完全堵塞以前停止过滤。这会使过滤器的清洗比较容易。业已证明，完全堵塞的过滤器中的堵塞物质只能采用常规的清洗方法清除，极其困难，或根本不能从过滤器中清除，造成使用寿命的缩短。
只要在完全堵塞之前停止过滤，清洗过程就容易得多，也更加彻底，过滤器也会保持较长的寿命。在聚酰胺多孔膜的情况下，业已发现，在Z-电位的降低不超过其初始值约80％，即堵塞不超过80％时停止过滤，可从多孔膜中成功地除去所有的堵塞物质。
3.可通过测定被清洗膜的Z-电位来测试清洗方法的效果。清洗操作会使Z-电位恢复到接近其原始值。
可采用这种方法评价清洗方法和/或使清洗效率最高。
4.可跟踪多孔膜因反复使用造成的老化，对其尚有的概率使用寿命进行方便的评估。
5.通过测定Z-电位，估计液体系统的堵塞物质与过滤器材料和/或过滤器旁路装置之间的相互作用，可以鉴定过滤器材料和旁路材料(例如硅藻土、膨润土、珍珠岩和聚乙烯吡咯烷酮)对啤酒过滤的适宜性。
6.在开始堵塞之前一直记录指定膜的负荷(hl/m2)的情况下，可通过测定Z-电位的方法评估多孔膜的使用寿命。
技术人员知道，Z-电位随堵塞程度有显著变化的多孔膜，是特别适合本方法的。采用前述的简单测试方法，能很容易地验证这些参数。
采用以下的实施例进一步地说明本发明，但绝不应将这些实施例看作是以任何方式限制本发明的范围。
实施例1这个实施例说明采用本发明的方法生产啤酒的有效性。特别是这个实施例证明，可以采用纤维素酶和淀粉酶令人满意地清洗在啤酒过滤过程中堵塞的多孔膜，使得能够重新使用多孔膜继续过滤啤酒。
采用由耐纶-6，6(NB型，制造商德国Pall Filtrationstechnik股份有限公司)制成的多孔膜作为过滤器。这种过滤器经常在啤酒低温过滤的工艺条件下使用。
采用根据埃塞尔(Monatszeitschrift für Brauerei(对啤酒厂的月刊杂志)，第25年，第6期，145-151页，1972)的所谓膜过滤器试验测定过滤器的过滤性能。这个试验用于检查过滤能力提高的程度是可靠的。
为了测定新的，即未使用过的多孔膜的过滤效率，对直径47mm，孔隙尺寸0.2μm的聚酰胺耐纶-6，6多孔膜，采用加压过滤设备(SM16526型，200ml容量；制造商德国戈丁根Sartorius股份有限公司)。
在等压条件下(1bar)通过多孔膜强制啤酒冷却到0℃，每隔10s称量滤液的重量。在获得200g滤液后停止试验。试验结果以图1中的曲线示出。图1表明，在上述条件下，采用未使用过的过滤器在约210s后获得200g滤液。
在相同的条件下测试堵塞的，即使用过的多孔膜的过滤性能。结果示于图2，图2表明，甚至在720s后只获得约60g滤液。
根据现有技术的方法清洗这个堵塞的多孔膜，其中按下面所述的方法首先使用酶，然后使用化学试剂清洗膜。
对于酶清洗，采用β-萄聚糖酶与木聚糖酶混合物(P3-Ultrasil65；制造商Henkel)的1％水溶液，pH为5(用表面活性剂与一种酸性成分的混合物(P3-Ultrasil 75；制造商Henkel)的0.05％水溶液调节)在温度50℃处理堵塞的膜1h。随后再进行一次这种处理。
然后采用表面活性剂、葡聚糖酶和蛋白酶混合物(P3-Ultrasil62；制造商Henkel)的0.5％水溶液，pH为9-9.5(用表面活性剂与一种碱性成分的混合物(P3-Ultrasil 91；制造商Henkel)的0.15％水溶液调节)，在温度50℃处理该膜3h，接着用温水(50℃)冲洗。
对于化学试剂清洗，采用表面活性剂与一种酸性成分的混合物(P3-Ultrasil 75；制造商Henkel)的1％水溶液在60℃处理该膜30min，然后用新鲜水冲洗。随后采用包含1％的表面活性剂与一种碱性成分的混合物(P3-Ultrasil 91；制造商Henkel)和1％的表面活性剂与一种氧给予体的混合物(P3-Ultrasil 05；制造商Henkel)的水溶液，在温度60℃处理该膜30min，接着用新鲜水冲洗。然后用表面活性剂与一种酸性成分的混合物(P3-Ultrasil 75；制造商Henkel)的0.5％水溶液再处理该膜30min，随后用新鲜水冲洗，直到冲洗水达到新鲜水的电导率为止。
然后再在上述的条件下测试这个清洗过的多孔膜的过滤性能。结果示于图3。图3表明，其过滤性能略有改善，在约600s后得到200g滤液。
按照根据本发明的方法清洗相同的堵塞膜，该膜的过滤效率示于图2。采用C1-与Cx-纤维素酶的水溶液，溶液的pH值为4.7，在温度45℃处理该膜30min。然后用相同的溶液，在pH5.0和温度50℃处理该膜，最后在pH值4.7和温度60℃处理该膜60min。
随后用温水在50℃下冲洗该膜。按照上述方法，测试按照本发明清洗的膜的过滤性能。结果示于图4。
图4表明，在约220s后获得200g滤液。这表明比现有技术(图3)有显著的改进。因此根据本发明的方法，能使使用过的膜过滤器的清洗效果明显地优于采用现有技术的清洗方法所能达到的清洗效果。
按照本发明，在采用淀粉酶代替纤维素酶时得到同样好的结果。因此采用根据本发明的清洗方法，可以延长多孔膜的使用寿命。
实施例2这个实施例是说明多孔膜的流出电位或Z-电位对多孔膜清洗的促进作用。特别是证明采用流出电位或Z-电位能准确地确定膜的清洗程度以及膜在何时清洗到非常令人满意的程度。
膜过滤器的Z-电位是采用奥地利Anton Paar股份有限公司的电动力学测量装置EKA测定的。这一测定是基于流出电位的方法。一种电解质流过过滤器，采用电极检测对反离子的剪切作用产生的电位(流出电位)，然后由该测定值计算Z-电位。
图5示出测量流出电位或Z-电位的测量元件图。参考号1表示测量元件，其中将多孔膜2不变形地夹在由聚四氟乙烯制的过滤器夹件3和4之间。过滤器的夹件3和4分别是二个柱塞5和6的端部，它们被安装在测量元件1的圆筒部分7内，供其移动。
柱塞5和6的端部3和4分别具有细孔10和11，供被过滤的流体通过，这二个端部将多孔电极8和9压向多孔膜2。电极8和9与延伸到柱塞5和6内部的二个电引线12和13连接，这样就可测定流体流过膜2时建立的流出电位。至于电极，优选在电流通过时极化作用小的银电极或氯化银电极。柱塞6和7分别安装在密封件14和15中，使它们一方面可以移动，另一方面又不使它们使任何流体从测量元件中泄漏出来。
待过滤的流体流过供给管线16进入测量元件1的圆筒部分7，流过柱塞6的细孔10，再流过电极8并建立起电位，流过多孔膜2。被过滤的流体流过电极9并同样地建立起电位，再流过柱塞的细孔11，通过排出管线17离开测量元件。
为了由测定的流出电位确定Z-电位，必须能方便地测定(未示出)在进入管线16和排出管线17之间测量元件内的压差、电导率和pH值。Z-电位由这些测定值计算如下

式中U是流出电位，AP是压差，LF是电导率，η是粘度，和εε0是介电常数。
膜过滤器的Z-电位随逐渐堵塞的变化示于图6。该图是用以mV表示的Z-电位作为纵坐标，以测定Z-电位的pH值作为横从标标绘的。用0.1N HCl或0.1N NaOH调节电解质溶液(0.001N氯化钾水溶液)的pH值。规定压差为350mbar。
先用上述的测量元件在不同的pH值下测定由聚酰胺(NB型，制造商德国，6072 Dreieich 1，Pall Filtrationstechnik股份有限公司)制成的新的，即未使用过的多孔膜的Z-电位。
将未使用过的多孔膜的测定结果标绘成曲线“a”，显然在碱性pH下未使用过的多孔膜的Z-电位为约-18mV，而且Z-电位值随pH的下降而增加，最后在pH值约3时达到0。
曲线“b”表示在上述相同的测定条件下Z-电位与多孔膜pH值的关系，但这是在应用该膜过滤啤酒以后测定的，所以有部分堵塞。显而易见的是，部分堵塞使Z-电位略有升高，在pH值约7时，Z-电位值仅达约-15mV。
曲线“c”是对相同的多孔膜在接近完全堵塞的状况下标绘的。显然，Z-电位现在只随pH值略微发生变化，即使在碱性范围内也未降低到约-2mV以下。
为了测试根据本发明的清洗效果，测定被清洗膜的Z-电位，如果膜清洗后的Z-电位在未用过的膜的Z-电位方向上移动得尽可能的远，清洗就是成功的。
本领域的技术人员很清楚，Z-电位作为堵塞程度的函数能在足够大的范围内变化的多孔膜，特别适合根据本发明的方法使用。本领域的技术人员能通过简单地测试很容易地确定这一特性。
聚酰胺多孔膜特别适合本方法的情况，因为在去过滤的啤酒的pH下(大约pH4.2)Z-电位会随逐渐堵塞发生急剧的变化。从图6可以知道，在这个特定的pH下过滤开始时，膜的Z-电位为约-8mV。完全堵塞的膜Z-电位为约-2mV。
图7示出一种所讨论的过滤设备的变化型式，其特点是具有过滤室18，以及与其旁路的计量元件22，该元件如图5所示。过滤室18装有过滤烛管19。
去过滤的啤酒通过管线20加入过滤室18，流过过滤烛管(膜过滤器)19，并以已过滤啤酒的形式通过排出管线21从过滤室18排出。
计量元件在图7中未详细地示出。必须控制通过计量元件22的实际流量，达到使每cm2多孔膜表面过滤的啤酒量等于过滤室18中每cm2的多孔膜表面过滤的量。
根据过滤过程中计量元件1内过滤器测试部件2的(图5)Z-电位的急剧变化，能够估计过滤室18内过滤烛管19的状态。
实施例3这个实施例说明从黑曲霉制取的纤维素酶在利用酶分解可溶性的和结晶的纤维素被作用物过程中的效果。
从黑曲霉制取的纤维素酶(产品号22178)是从Fluka获得的。用于评价该酶的二种不同的纤维素是可溶性的羧甲基纤维素(CMC，以产品号41927-3从Aldrich购买的)和结晶的纤维素(Avicel，以产品号PH-105从FMC购买的)。
测试方法包括制备培养液(i)18ml CMC(1％)或Avicel(1％)，(ii)5ml乙酸钠缓冲液(50mM，pH4.8)，和(iii)在30℃下制备5mi在乙酸钠缓冲液(50mM，pH4.8)中的该酶溶液。然后将1.4ml培养液、0.1ml葡萄糖溶液(0.15％)和1.5ml 3，5-二硝基水杨酸(DNS)试剂(以产品号D-0550从Sigma购买的)混合制备测试溶液。将测试溶液煮沸15min。采用分光光度法(575nm)，使用二个平行试样，按照米勒在分析化学，31期，426-28页(1959)上所述的方法，使用用葡萄糖标准校准的直线，测定作为时间(min)函数的总μmol葡萄糖当量/mg酶。采用牛族血清白蛋白(BSA)作为标准，按照布拉德福德在分析生物化学，72期，248-64页(1976)中所述的方法测定蛋白质的量。
纤维素的酶分解作用导致葡萄糖的生成，因此对μmol葡萄糖当量/mg酶的测定是酶对特定类型纤维素，例如可溶解的(CMC)或结晶的(Avicel)纤维素活性的量度。
对从黑曲霉制取的纤维素酶的这一评价结果列于表1。含有可溶性纤维素(CMC)底物的测试溶液包含0.8mg酶/28ml培养液(约17.6μg蛋白质)。含有结晶纤维素(Avicel)底物的测试溶液包含0.35mg酶/28ml培养液(约7.7μg蛋白质)。

业已发现，对结晶纤维素底物的活性比对可溶性纤维素底物的活性大的一些酶，对清洗啤酒过滤使用过的多孔膜是特别有效的。因此，对结晶纤维素底物产生的葡萄糖当量与对可溶性纤维素底物产生的葡萄糖当量的比例，是酶在本发明的情况下有效性的指示，被称作结晶的∶可溶性的纤维素活性比。在这个实施例中所述测试方案的时间范围，例如30min、60min和/或90min，结晶的∶可溶性的纤维素活性比需要具有前述的值。
根据列于表1的数据可明显地看出，从黑曲霉制取的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比为0.11，这表明该酶对清洗在过滤啤酒中使用过的多孔膜效果是中等的。
实施例4这个实施例说明从Trichoderma reesei制取的纤维素酶在利用酶分解可溶性的和结晶的纤维素被作用物过程中的效果。
从Trichoderma reesei制取的纤维素酶(产品号22173)是从Fluka获得的。采用与在实施例3中所述相同的方法评价这种酶。
对从Trichoderma reesei制取的纤维素酶的这一评价结果列于表2。含有可溶性纤维素(CMC)被作用物的测试溶液包含0.37mg酶/28ml培养液(约128μg蛋白质)。含有结晶纤维素(Avicel)被作用物的测试溶液包含0.08mg酶/28ml培养液(约25.6μg蛋白质)。

从列于表2的数据可明显地看出，从Trichoderma reesei制取的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比为0.54，这表明该酶对清洗在过滤啤酒中使用过的多孔膜是极佳的。
实施例5这个实施例说明从枯草杆菌制取的β-纤维素酶在利用酶分解可溶性的和结晶的纤维素被作用物过程中的效果。
从枯草杆菌制取的β-纤维素酶(产品号49106)是从Fluka获得的。采用与在实施例3中所述相同的方法评价这种酶。
对从枯草杆菌制取的β-纤维素酶的这一评价结果列于表3中。含有可溶性纤维素(CMC)底物的测试溶液包含14.4mg酶/28ml培养液(约8.3μg蛋白质)。含有结晶纤维素(Avicel)底物的测试溶液包含15.6mg酶/28ml培养液(约8.8μg蛋白质)。

从列于表3的数据可明显地看出，从枯草杆菌制取的β-纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比为0.10，这表明该酶对清洗在过滤啤酒中使用过的多孔膜效果是中等的。
实施例6这个实施例说明从Thermomonospora fusca制取的放热纤维素酶(exocellulase)在利用酶分解可溶性的和结晶的纤维素底物过程中的效果。
从Thermomonospora fusca制取的放热纤维素酶E3是从Cornell大学获得的。采用与在实施例3中所述相同的方法评价这种酶，不同的是培养液包含(i)18ml CMC(1％)或Avicel(1％)，(ii)9ml乙酸钠缓冲液(50mM，pH5.6)，和(iii)1ml该酶在乙酸钠缓冲液(50mM，pH5.6)中的溶液，在50℃下振荡(约960μm蛋白质)。采用显色试验而不是在实施例3中所述的DNS试验评价测试溶液。
对从Thermomonospora fusca制取的放热纤维素酶的这一评价结果列于表4中。

从列于表4的数据可明显地看出，从枯草杆菌制取的β-纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比为1.33，这表明该酶对清洗在过滤啤酒中使用过的多孔膜是极佳的。
实施例7这个实施例说明从枯草杆菌制取的α-淀粉酶在利用酶分解可溶性的和结晶的纤维素底物过程中的效果。
从枯草杆菌制取的α-淀粉酶(产品号10069)是从Fluka获得的。采用与在实施例3中所述相同的方法评价这种酶，不同的是培养液包含(i)18ml CMC(1％)或Avicel(1％)，(ii)5ml乙酸钠缓冲液(50mM，pH6.9)，和(iii)5ml该酶在乙酸钠缓冲液(50mM，pH6.9)中的溶液，在30℃下振荡(约8.5μm蛋白质)。采用显色试验而不是在实施例3中所述的DNS试验评价测试溶液。
对从枯草杆菌制取的α-淀粉酶的这一评价结果列于表5。

从列于表5的数据可明显地看出，从枯草杆菌制取的α-淀粉酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比为约0(＜0.1μmol检出限)，这表明该酶对清洗在过滤啤酒中使用过的多孔膜不如前述的纤维素酶有效。
实施例8这个实施例说明各种纤维素酶在利用酶分解可溶性的和结晶的纤维素底物过程中的效果。
纤维素酶制剂是从Erbsloh公司获得的(a)Cx-纤维素酶(粉末，产品号VP 0945/2)，(b)从Trichoderma reesei制取的C1-纤维素酶(粉末，产品号VP 0965/2)，(c)C1-纤维素酶(液体，产品号Cleanzym SB1)，(d)C1-纤维素酶(液体，产品号VP0976/4)，(e)纤维素酶(液体，产品号VP 0971/1)和(f)纤维素酶(液体，产品号VP 0971/4)。采用与在实施例3中所述相同的方法评价这些酶，不同的是培养液包含(i)23ml CMC(1％)或Avicel(1％)在乙酸钠缓冲液(50mM，pH4.8)中的溶液，和(ii)5ml该酶在乙酸钠缓冲液(50mM，pH4.8)中的溶液。由粉末状的酶制剂(5mg/ml)和液体的酶制剂(5μl/ml)制备0.5％的标准液。在50℃下振荡这些溶液。在1∶5稀释后采用显色试验而不是在实施例3中所述的DNS试验评价测试溶液。
对各种纤维素酶的这些评价结果列于表6中。葡萄糖当量数据是以平均μmol葡萄糖当量/min(对总时间间隔)表示而不是标准的每mg酶(这是表1-5所列举的数据的情况)。由于葡萄糖当量单位与计算比例(即比例是无单位的)时约去的单位同样大，所以它自然不会改变结晶的∶可溶性的纤维素活性比。<

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从列于表6的数据可明显地看出，各种纤维素在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比为0.4-1.0，这表明这些酶对清洗过滤啤酒使用过的多孔膜是极佳的。
实施例9这个实施例进一步说明本发明的方法生产啤酒的效果。特别是这个实施例证明，为了使多孔膜恢复使用继续过滤啤酒起见，单独使用纤维素酶(即不使用其它的酶)清洗在啤酒过滤过程中堵塞的多孔膜是极佳的。
通过在过滤器组装置(PALL-CFS，从德国Pall Filtrationstechnik股份有限公司购买的)中孔隙标称尺寸为0.45μm的耐纶-6，6多孔膜(约300m2)过滤具有不同特性的啤酒。在啤酒过滤中按一定的时间间隔按照本发明的清洗方法清洗多孔膜。
这种清洗方法包括循环0.5％的NaOH溶液15min，然后浸泡60min。随后用水反冲洗多孔膜。用水在38℃下通过过滤器组装置进行内循环。向水中加入乳酸将pH调节到4.2±0.3，然后将6l包含从Erbsloh公司获得的从Trichoderma longibrachiatum制取的纤维素酶(产品号VP 0945/1)的酶制剂通过计量泵加入水中。将酶制剂水溶液(浓度约20-40g酶/100kg过滤器容纳的流体体积)循环约15min，接着浸泡30min，再循环15min，最后浸泡6h。然后用水反冲洗多孔膜。
在通过多孔膜总共过滤约90,000hl啤酒后清洗多孔膜，然后使多孔膜恢复使用，即继续过滤啤酒。在通过多孔膜总共过滤约100,000hl、约140,000hl和约165,000hl后，用相同的方法清洗多孔膜，并恢复使用。在通过多孔膜总共过滤约190,000hl啤酒后，多孔膜发生机械故障。
上述数据证明，采用本发明能令人满意地生产啤酒。特别是这个实施例的结果证明，根据本发明，多孔膜可被有效地清洗并恢复使用，从而延长了多孔介质在啤酒生产过程中的使用寿命。
本文援引的全部参考文献，其中包括专利、专利中请和出版物，兹全部引入作为参考。
虽然在说明本发明时强调的是优选的实施方案，但对于本领域普通的技术人员而言，显然可以采用优选实施方案的变化型式，而且预料，可以采用除本文专门叙述的方法以外的其它方法实现本发明。因此，本发明包括在下述的权利要求规定的本发明的内容和范围内所包括的一切改进。
权利要求
1.一种生产啤酒的方法，包括通过多孔膜过滤啤酒，直到所述的多孔膜需要清洗时为止；使所述的多孔膜在不存在蛋白酶或葡聚糖酶的情况下与酶接触，清洗所述的多孔膜，该酶选自纤维素酶、淀粉酶及其组合；和然后重新使用所述的多孔膜继续过滤啤酒。
2.权利要求1的方法，其中所述的多孔膜不与除所述的纤维素酶或淀粉酶以外的酶接触。
3.权利要求1或2任一项的方法，其中所述的多孔膜与所述的纤维素酶接触。
4.一种生产啤酒的方法，包括通过多孔膜过滤啤酒，直到所述的多孔膜需要清洗时为止；使所述的多孔膜与纤维素酶接触，清洗所述的多孔膜，该纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约0.1，和然后重新使用所述的多孔膜继续过滤啤酒。
5.权利要求3或4的方法，其中所述的多孔膜与所述的纤维素酶接触，而不与任何其它酶接触。
6.权利要求1-5任一项的方法，其中所述的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约0.1。
7.权利要求6的方法，其中所述的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约0.3。
8.权利要求7的方法，其中所述的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约0.4。
9.权利要求8的方法，其中所述的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约0.5。
10.权利要求9的方法，其中所述的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约1。
11.权利要求10的方法，其中所述的纤维素酶在60min时结晶的∶可溶性的纤维素活性比至少约1.2。
12.权利要求1-11任一项的方法，其中所述的纤维素酶是从木霉属制取的。
13.权利要求12的方法，其中所述的木霉属是Trichoderma reesei或Trichoderma longibrachiatum。
14.权利要求1-11任一项的方法，其中所述的纤维素酶是从热单孢霉制取的。
15.权利要求14的方法，其中所述的热单孢霉是Thermomonosporafusca。
16.权利要求1-3和6-15任一项的方法，其中所述的多孔膜与所述的淀粉酶接触。
17.权利要求16的方法，其中所述的淀粉酶选自α-淀粉酶、β-淀粉酶及其混合物。
18.权利要求1-17任一项的方法，其中所述的多孔膜在重新使用之前还与所述的碱性水溶液接触。
19.权利要求18的方法，其中所述的多孔膜在与所述的酶接触之前先与所述的碱性水溶液接触。
20.权利要求18或19的方法，其中所述的碱性水溶液是NaOH和/或KOH的水溶液。
21.权利要求18-20任一项的方法，其中所述的碱在所述碱性水溶液中的浓度为0.1-1N。
22.权利要求18-21任一项的方法，其中所述的多孔膜在温度40-90℃下与所述的碱性水溶液接触。
23.权利要求1-22任一项的方法，其中所述的多孔膜在温度40-50℃和pH4.5-5.5与所述的纤维素酶接触。
24.权利要求1-3和6-23任一项的方法，其中所述的多孔膜在温度60-75℃和pH4.6-5.8与α-淀粉酶接触。
25.权利要求1-3和6-23任一项的方法，其中所述的多孔膜在温度40-60℃和pH4.6-5.8与β-淀粉酶接触。
26.权利要求1-25任一项的方法，其中清洗所述的多孔膜，直到所述多孔膜的Z-电位停止变化时为止。
27.权利要求1-26任一项的方法，其中所述多孔膜需要清洗的时间是由所述多孔膜二侧的压降确定的。
28.权利要求1-26任一项的方法，其中所述多孔膜需要清洗的时间是由所述多孔膜的流出电位或Z-电位确定的。
29.一种生产啤酒的方法，包括通过多孔膜过滤啤酒，该膜在过滤过程中逐渐堵塞，监测所述多孔膜的流出电位或Z-电位，作为所述多孔膜堵塞程度的量度；在由所述多孔膜的流出电位或Z-电位确定所述多孔膜完全堵塞以前，停止通过所述的多孔膜过滤啤酒，清洗所述的多孔膜；和然后重新使用所述的多孔膜继续过滤啤酒。
30.权利要求28或29的方法，其中在所述多孔膜的流出电位或Z-电位降低到未使用过的多孔膜初始值的20％时，停止所述的过滤。
31.权利要求1-30任一项的方法，其中所述的多孔膜是聚酰胺多孔膜。
32.权利要求31的方法，其中在pH4.2下测定所述多孔膜的Z-电位超过-5mV时，停止所述的过滤。
33.权利要求1-32任一项的方法，其中所述的过滤啤酒是低温过滤啤酒。
34.一种过滤啤酒的过滤设备，包括去过滤啤酒的供料管线，多孔膜，已过滤啤酒的排出管线和监测啤酒通过所述多孔膜流动的流出电位和/或Z-电位的装置。
35.权利要求34的过滤设备，还包括啤酒通过其流动的旁路多孔膜，其中所述的旁路多孔膜，也包括监测流出电位和/或Z-电位的所述监测装置。
全文摘要
本发明提供一种生产啤酒的方法;其中包括通过多孔膜过滤啤酒,直到多孔膜需要清洗时为止,使多孔膜与酶接触,清洗多孔膜,该酶选自纤维素酶、淀粉酶及其组合,特别是纤维素酶。该酶在60min时结晶的:可溶性的纤维素活性比至少约0.1,然后重新使用多孔膜继续过滤啤酒。本发明还提供一种生产啤酒的方法,其中包括通过多孔膜过滤啤酒,该膜在过滤过程中逐渐堵塞,监测多孔膜的流出电位或Z－电位,作为多孔膜堵塞程度的量度,在由多孔膜的流动电位或Z－电位确定多孔膜完全堵塞之前。停止通过多孔膜过滤啤酒,清洗多孔膜,然后重新使用多孔膜继续过滤啤酒。
文档编号B01D61/14GK1259882SQ98805952
公开日2000年7月12日 申请日期1998年4月7日 优先权日1997年4月8日
发明者D·佩尔茨, G·莫泽, G·赞克, W·塞罗, V·里比茨奇, H·兰德哈恩, P·J·德根 申请人:帕尔公司