14 godzin temu
Obecnie segment piw bezalkoholowych jest najprężniej rozwijającym się sektorem w branży piwowarskiej. Wskutek zmiany upodobań konsumentów browary stanęły przed wyzwaniem wprowadzenia na rynek piwa bezalkoholowego, które byłoby jak najbardziej zbliżone smakowo do klasycznych piw alkoholowych.
Najprostszą i najczęściej wykorzystywaną metodą produkcji piwa bezalkoholowego jest poprowadzenie procesu fermentacji w taki sposób, aby nie doszło do wytworzenia alkoholu. Wspomniana metoda, mimo iż prosta i skuteczna to wiąże się z licznymi ograniczeniami takimi jak różnice w smaku w stosunku do alkoholowego odpowiednika, ograniczenie do wybranych stylów piwa oraz konieczność mocnej pasteryzacji w celu zapewnienia odpowiedniej trwałości mikrobiologicznej powstałego produktu.
Drugim podejściem do wspomnianego zagadnienia jest usuwanie etanolu z gotowego piwa. W tym celu można posłużyć się metodami membranowymi jak i metodami termicznymi. w tej chwili do usuwania etanolu z piwa oraz innych napojów alkoholowych najczęściej stosowane są metody termiczne. Wśród metod termicznych warto wymienić destylację, rektyfikację, destylację membranową oraz wyparki cienkowarstewkowe. W praktyce destylacja prosta nie daje zadowalających rezultatów, przez co nie wykorzystuje się jej w procesie produkcji piwa bezalkoholowego. Destylacja membranowa jest technologią stosunkowo nową na rynku, przez co nie istnieją wyspecjalizowane urządzenia do dealkoholizacji napojów w ilościach przemysłowych i w tej chwili wykorzystywana jest wyłącznie do odsalania wody morskiej [1], mimo to pierwsze doniesienia sugerują, iż w przyszłości wspomniana metoda może być zaadoptowana w branży browarniczej [2]. Wyparki cienkowarstewkowe znalazły swoje zastosowanie w procesie usuwania etanolu z wina, niestety wystawiają one surowiec na podwyższone temperatury oraz często wykorzystują parę wodną w celu lepszego rozdziału składników. W przypadku piwa takie podejście skutkuje pozbyciem się znacznej ilości związków odpowiedzialnych za aromat napoju, przez co otrzymane piwo może być gorszej jakości niż surowiec poddany procesowi [3].
Najciekawszą oraz najczęściej wykorzystywaną termiczną metodą produkcji piwa bezalkoholowego jest rektyfikacja, która pozwala na bardziej kontrolowane odparowanie składników piwa, prowadzące do pewnego rodzaju rozfrakcjonowania alkoholu i aromatów (Rysunek 1). Proces zachodzi na kolumnach rektyfikacyjnych, na których dochodzi do wielkokrotnego odparowania i skraplania części lotnych [4]. Odpowiednio dobierając parametry kolumny rektyfikacyjnej takie jak jej geometria, ilość półek lub rodzaj wypełnienia można uzyskać produkt końcowy, w którym zawartość alkoholu będzie niższa niż 0,05% obj., co z kolei pozwala nazwać otrzymane piwo mianem 0,0% [5]. W warunkach normalnych etanol wrze w temperaturze 78 ˚C, niestety ekspozycja piwa na takie warunki przez dłuższy okres czasu skutkowałaby znacznym pogorszeniem jego jakości. Aby poradzić sobie z tym problemem w instalacjach przemysłowych stosuje się obniżone ciśnienie, w wyniku czego temperatura wrzenia etanolu zostaje znacząco obniżona. Przykładowo alkohol etylowy w mieszaninie woda-etanol wrze w niskiej temperaturze wynoszącej około 40 ˚C o ile proces będzie prowadzony pod ciśnieniem 200 mbar.
Przemysłowa instalacja do produkcji piwa bezalkoholowego z wykorzystaniem rektyfikacji próżniowej dostarczona przez JMR Europe
Jak dokładnie wygląda proces usuwania alkoholu z wykorzystaniem rektyfikacji próżniowej? Na początku piwo poddaje się odgazowaniu, aby dwutlenek węgla uwalniający się z piwa pod obniżonym ciśnieniem nie spowodował utraty części aromatów. Dodatkowo gwałtowne wrzenie obserwowane podczas destylacji cieczy nasyconej gazem skutkuje nieoptymalną pracą kolumny rektyfikacyjnej. Odgazowane piwo jest podgrzewane i wprowadzane do kolumny rektyfikacyjnej, gdzie pod obniżonym ciśnieniem etanol wrze i jest usuwany w kondensatorze umieszczonym na szczycie kolumny. Ciecz wyczerpana, czyli piwo pozbawione etanolu odbierane jest z dołu kolumny. Następnie produkt jest chłodzony i nasycany dwutlenkiem węgla (Rysunek 1). Warto dodać, iż w procesie usuwania etanolu usuwa się również część związków chemicznych odpowiadających za niepożądane aromaty w piwie takich jak siarczek dimetylu czy diacetyl [6]. Niestety przy prostej rektyfikacji próżniowej usuwanych jest również część pożądanych aromatów piwa takich jak octan etylu, izobutanol czy 3-metylo butanol. Aby przeciwdziałać utracie aromatu część instalacj wyposażona jest w dodatkowy moduł odzysku aromatów, gdzie powstały destylat jest ponownie frakcjonowany na etanol i koncentrat związków aromatycznych. Następnie uzyskany koncentrat może być zmieszany z uprzednio otrzymanym piwem bezalkoholowym aby przywrócić mu pierwotny bukiet aromatów.
Uproszczony schemat produkcji piwa bezalkoholowego metodą rektyfikacji próżniowej
Podsumowując:
Jednym z największych wyzwań współczesnego browarnictwa jest produkcja piwa bezalkoholowego najwyższej jakości. Najbardziej uniwersalną metodą jest usuniecie etanolu z klasycznego piwa, co można wykonać za sprawą metod termicznych. Mimo licznych wyzwań i limitów technologicznych możliwe jest uzyskanie wysokiej jakości piwa bezalkoholowego stosując opisane w tym artykule metody, z czego najpopularniejszą i najskuteczniejszą jest w tej chwili rektyfikacja próżniowa. Tego typu instalacje dostępne są na polskim rynku i można je spotkać w polskich browarach. Dobrym przykładem może być piwo Perła bezalkoholowa 0,0% wytwarzane z użyciem kolumny rektyfikacyjnej dostarczonej przez JMR Europe.
Autor:
Mateusz Jackowski, Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Bioprocesowej, Mikro i Nanoinżynierii
[1] A. Hussain, A. Janson, J. M. Matar, i S. Adham, „Membrane distillation: recent technological developments and advancements in membrane materials”, emergent mater., t. 5, nr 2, s. 347–367, kwi. 2022, doi: 10.1007/s42247-020-00152-8.
[2] M. Purwasasmita, D. Kurnia, F. C. Mandias, Khoiruddin, i I. G. Wenten, „Beer dealcoholization using non-porous membrane distillation”, Food and Bioproducts Processing, t. 94, s. 180–186, 2015, doi: 10.1016/j.fbp.2015.03.001.
[3] Y. Y. Bellsario-Sánchez, A. Taboada-Rodríguez, F. Marín-Iniesta, i A. López-Gómez, „Dealcoholized wines by spinning cone column distillation: Phenolic compounds and antioxidant activity measured by the 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl method”, Journal of Agricultural and Food Chemistry, t. 57, nr 15, s. 6770–6778, 2009, doi: 10.1021/jf900387g.
[4] D. E. Block i K. V. Miller, Unit operations in winery, brewery, and distillery design. Boca Raton, FL: CRC Press, 2022.
[5] L. Cloninger, „Alcohol determination of malt-based beverages by rapid distillation”, Journal of the American Society of Brewing Chemists, t. 76, nr 1, s. 21–23, 2018, doi: 10.1080/03610470.2017.1396839.
[6] M. Jackowski i A. Trusek, „Non-alcoholic beer production – an overview”, Polish Journal of Chemical Technology, t. 20, nr 4, s. 32–38, 2018, doi: 10.2478/pjct-2018-0051.
