[0002] 本
专利申请要求2017年6月20日提交的美国临时专利申请第62/522,562号和2018年3月7日提交的美国临时专利申请第62/639,883号的权益，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用以整体并入本文。
技术领域
[0003] 本
发明涉及物理稳定的饮料的生产，更具体地说，涉及物理稳定的高比重
发酵饮料，例如啤酒。
背景技术
[0004] 关于所有啤酒，无论是否源自高比重啤酒，对于啤酒饮用者来说品质的一个重要方面是
浊度。在某些类型例如小麦啤酒(hefeweizens)和许多精酿啤酒类型中，浑浊对于消费者来说是可接受的或者甚至是理想的。在其它啤酒类型例如德国荷拉斯(German Helles)啤酒(意思是浅色啤酒)中，情况恰恰相反，消费者不希望存在浑浊。实际上，在当今消费的大多数啤酒中，澄清度被视为成品啤酒品质的标志。在2EBC(欧洲啤酒
酿造协会单位)的浊度下，啤酒被认为是无浑浊的。在2017年6月19日可获自http://www.chemtronic-gmbh.de/index.php/techno-corner/79-ctr-english/98-turbidity-standards的其它测量标准的上下文中讨论了EBC单位，所述网址附于此并通过引用并入本文。因此，通常，对于啤酒厂而言，去除低于约2EBC的无浑浊
阈值的引起浑浊的成分是不经济的。为了使啤酒达到这种澄清度，酿造商通常允许浑浊随着时间从啤酒中沉降，或者使用微滤或
硅藻土过滤啤酒。某些酿造商还可能添加
澄清剂，例如
二氧化硅
水凝胶、
干凝胶、
膨润土、鱼胶(isinglass)、PVPP、明胶、
铜和/或爱尔兰藓等。这些澄清剂会沉淀出引起浑浊的化合物，并产生澄清的啤酒。然而，如果过量使用，则这些澄清剂可能会除去赋予啤酒其独特
风味的化合物。
[0005] 在生产啤酒时，通常首先酿造相对于最终啤酒产品具有较高酒精含量的啤酒。这种啤酒称为高比重啤酒，通常是6％-15％酒精体积分数(ABV)。其后，通常通过添加调节水并引入
碳酸化作用来对高比重啤酒进行
淡化，以产生酒精体积分数通常在约4％至6％ABV范围内的成品啤酒。这种高比重方法对啤酒酿造商的一个好处是，与直接将啤酒酿造成最终酒
精度相比，酿造给定量的最终啤酒产品所需的酿造釜尺寸更小。例如，在用调节水淡化后，一百升的高比重啤酒可能产生两百升的最终产品。这种高比重酿造方法的第二个好处是运输效率。例如，可以在一个地点生产高比重啤酒，然后将其运输到另一地点，优选更接近消费者，在这里将高比重啤酒用调节水淡化并
包装用于分配。
[0006] 另一方面，高比重法的一个缺点在于，在发酵过程中试图达到的酒精浓度越高，对
酵母的压
力就越大，并且对风味以及对消费者重要的其它特性如
泡沫持久性的影响也越大。生产高比重啤酒的一种较不常见的方法可以避免高ABV发酵时面临的风味问题，其涉及使用
膜过滤以从低醇啤酒中除去水，从而产生高比重啤酒。PCT公布WO2016/081399Al中公开了这样的方法，所述文献通过引用以整体并入本文。例如，可采用6％ABV的啤酒，使用
反渗透调节其水含量，使其浓度达到20％ABV。出于运输效率或存储效率的原因，可以采用这种方法。本质上，所述方法无需使用可发酵至高酒精度但易影响风味的酵母，即可生产高比重啤酒。
[0007] 控制经由发酵或高比重发酵生产的啤酒和高比重啤酒中的浑浊的方法是本领域众所周知的。通常，对啤酒进行离心或经由微滤过滤(例如，
硅藻土过滤器、错流或死端(dead-end)膜过滤器)。通常与预先添加澄清剂例如PVPP一起实施的这种方法允许去除形成浑浊的化合物，例如
蛋白质和多酚复合物。啤酒中形成浑浊的化合物的含量降低会延迟啤酒随时间熟化而开始浑浊。例如，典型的工艺可能涉及每百升啤酒添加5至200克澄清剂，随后将啤酒离心，接着在-2℃至4℃之间进行膜过滤以降低浑浊形成化合物的溶解性，导致其沉淀并使其能够通过过滤除去。
[0008] 尽管已经充分理解了常规酿造啤酒和高比重啤酒的稳定化，但是对根据涉及通过膜过滤除水的方法导致高比重啤酒(和所得最终产品)中存在或不存在浑浊的条件的理解尚不存在。
发明内容
[0009] 本发明的实施方式涉及用于实现物理稳定的饮料例如无浑浊饮料的系统和方法。
[0010] 通过涉及经由反渗透从啤酒中除去水的方法来生产高比重啤酒，会导致高比重啤酒以及由其得到的淡化的最终产品中随时间形成浑浊。在经过滤类型的带有
亮度或光泽的精酿贮藏啤酒和强麦酒中，可能不希望最终啤酒产品中存在浑浊。在这些类型的啤酒中，贮藏啤
酒的澄清度是品质的标志。本发明的实施方式解决了这些情况。
[0011] 根据本发明的一个实施方式，一种通过产生经由过滤和分离工艺获得的物理稳定的含
酒精饮料来减少浑浊的方法包括：从
反渗透过滤器系统接收已去除水的截留物，该反渗透过滤器系统在进料流中具有含酒精饮料的初始含酒精前体，其中所述截留物中酒精的浓度已达到约10体积％至40体积％，优选约15体积％至25体积％，将所述截留物冷却到所述截留物
冰点以下约2度至所述进料流中的含酒精饮料的初始含酒精前体的冰点之间的
温度，然后使所述截留物经历澄清工艺，所述工艺被配置为去除尺寸为约0.4-0.8微米及更大的粒子，产生澄清的截留物。澄清工艺包括离心，使用过滤器过滤，和/或形成上清液和沉淀物，然后倾析所述上清液。然后，倾析的上清液变成澄清的截留物，可以对其进行进一步处理，例如淡化。
[0012] 在相关的实施方式中，所述方法可以进一步包括在使截留物经历澄清工艺之后，将澄清的截留物淡化。这种淡化可以与澄清在相同或不同的地点发生。在澄清工艺之前，可将截留物冷却约10分钟至约60分钟，约10秒至约24小时，长达48小时或长达1周。所述含酒精饮料可以是啤酒、葡萄酒或苹果酒。冷却工艺可以包括将截留物冷却到截留物冰点以下约2度(超冷却)至约-2.5℃或约-5℃之间的温度。所述方法可以进一步包括在澄清工艺之前向截留物中添加澄清剂，例如聚乙烯基聚吡咯烷
酮。所述方法可以进一步包括在冷却截留物之后并且在使截留物经历澄清工艺之前，通过添加调节水来淡化截留物。
[0013] 在另一个实施方式中，通过产生经历过滤和分离工艺的物理稳定的含酒精饮料来减少浑浊形成的方法包括从含酒精饮料的进料流中提取引起浑浊的成分，以使得引起浑浊的成分的浓度小于第一阈值的80％，所述浓度足以去除浑浊的存在，从在进料流中具有含酒精饮料的反渗透过滤器系统接收已去除水的截留物，其中所述截留物中的醇浓度已达到约10体积％至约40体积％，优选约15体积％至约25体积％，以及淡化所述截留物。任选地，可以从(或也从)来自反渗透单元的截留物中提取引起浑浊的成分。可通过添加澄清剂，在低温下调节(如本文所述)，倾析，微滤，
超滤和/或离心从进料流中提取引起浑浊的成分。
[0014] 在另一个相关的实施方式中，引起浑浊的成分的浓度小于第一阈值的50％或甚至小于20％。所述方法可以进一步包括在淡化之前使截留物经历澄清工艺，该澄清工艺被配置为去除尺寸为约0.4-0.8微米及更大的粒子。所述澄清工艺可以包括离心，使用过滤器过滤，和/或形成上清液和沉淀物，然后倾析所述上清液。所述方法可以进一步包括在使截留物经历澄清工艺之前，将截留物冷却到截留物冰点以下约2度至含酒精饮料的进料流的冰点之间的温度。所述含酒精饮料可以是啤酒，并且所述方法可以进一步包括在使截留物经历澄清工艺之前，将截留物冷却到截留物冰点以下约2度至约-2.5℃或-5.0℃之间的温度。冷却可包括在使截留物经历澄清工艺之前，将截留物冷却约10分钟至约60分钟，约10秒至约24小时，长达48小时，或长达一周。所述方法可以进一步包括在澄清工艺之前向截留物中添加澄清剂，例如聚乙烯基聚吡咯烷酮。所述方法可以进一步包括在反渗透过滤器系统中过滤含酒精饮料，其中在反渗透过滤器系统中的至少一个膜实质上不可渗透
乙醇但实质上可渗透水。所述方法可以进一步包括在至少1300psi、至少1500psi或至少1800psi的压力下操作反渗透过滤器系统的至少一个膜。所述方法可以进一步包括操作反渗透过滤系统以利用截留物的至少一部分压力来驱动截留物的澄清工艺。过滤可以包括过滤器，其可以是硅藻土过滤器、
聚合物膜过滤器和/或
陶瓷过滤器。
[0015] 另一个实施方式包括根据上述任何方法制备的淡化饮料。所述淡化饮料的ABV可介于3％和8％之间，使用EBC方法9.41的总浊度介于0.5NTU和5NTU之间，或者使用EBC方法9.41的总浊度介于0.25NTU和8NTU之间。另一个实施方式包括根据上述任何方法制备的澄清的截留物。
[0016] 在另一个实施方式中，用于通过产生已经由过滤和分离工艺获得的物理稳定的含酒精饮料来减少浑浊的系统包括反渗透过滤器系统，该反渗透过滤器系统具有接收所述含酒精饮料的初始含酒精前体的进料流并提供已除去水的截留物流，其中所述反渗透过滤器系统被配置为提供截留物中为约10体积％至40体积％、优选为约15体积％至25体积％的酒精浓度，具有输入和输出的澄清系统，所述输入与所述截留物流耦合，所述澄清系统被配置为去除尺寸为约0.4-0.8微米及更大的粒子以产生澄清的截留物。所述澄清系统包括过滤器、离心机和/或倾析器。
[0017] 所述系统可以进一步包括
传热段，其设置在反渗透系统与澄清系统之间，或者在反渗透系统内(例如，在不同阶段或通道之间)，所述传热段被配置为在澄清之前将截留物冷却到截留物冰点以下约2度至进料流中含酒精饮料的初始含酒精前体的冰点之间的温度。所述系统可以进一步包括具有输入的淡化器，所述输入被配置为接收从澄清系统输出得到的澄清的截留物，所述淡化器具有用于提供经加工的含酒精饮料的输出。所述传热段可以被配置为在澄清之前将截留物冷却约10分钟至约60分钟，约10秒至约24小时，长达48小时或长达一周。所述系统可以进一步被配置以实施任何上述方法。
附图说明
[0018] 通过参考以下参考附图的详细描述，将更容易理解实施方式的前述特征，其中：
[0019] 图1是通过对啤酒进行反渗透过滤以生产高比重啤酒而产生的截留物中以EBC单位测量的浊度(浑浊)与ABV百分比的关系图。
[0020] 图2是示出根据本发明的一个实施方式的原始啤酒通过反渗透单元并且进一步通过微滤器以产生经过滤的澄清截留物的路径的
流程图。
[0021] 图3是示出根据本发明的另一个实施方式使用澄清剂和离心机除去引起浑浊的成分以除去浑浊的流程图，其中在一些实施方式中可以在反渗透步骤之前或之后进行浑浊除去。
具体实施方式
[0022] 定义。如本
说明书和
权利要求书中所用，除非上下文另有要求，否则以下术语应具有所指示的含义：
[0023] “超高比重”葡萄酒或啤酒描述了一种应用于葡萄酒或啤酒进料的反渗透除水工艺的截留物，其乙醇含量高于该工艺的进料。
[0024] 饮料中的“浑浊”是指饮料中存在目测可观察到的粒子，其通过至少2个EBC单位的浊度来表征。“EBC”代表欧洲啤酒酿造协会(European Brewers Convention)，并且是用于度量饮料浑浊的主要单位。
[0025] “引起浑浊的成分”是大的多肽和多酚，它们相互作用形成氢键，产生表征浑浊的大粒子。
[0026] 当引起浑浊的成分长时间相互作用并形成永久的共价键，使浑浊变得不可溶时，就会发生“永久浑浊”。
[0027] 如果浊度小于2EBC，则饮料“无浑浊”。
[0028] “淡化”是向具有高酒精体积百分比的饮料中添加水，使饮料达到商业标准酒精百分比的过程。
[0029] “鞣酸”是源自
植物组织并存在于许多含酒精饮料中的多酚的一个子类别。鞣酸结合并沉淀蛋白质和多肽。这些是造成浑浊形成的多酚的主要家族，而其它多酚也有助于浑浊的形成。
[0030] “调节水”是用于使高比重啤酒达到成品啤酒的酒精度的水。所述水可以经脱矿质化，使用反渗透或其它技术纯化，除气和/或碳酸化。优选地，如果啤酒要被包装和分配以供消费，则调节水应不含
微生物，总溶解固体含量低(低于100ppm)和氧气含量低(低于50ppm，或甚至10ppm)。如果要在酒吧(其中，例如可以以饮剂(draft)形式提供高比重啤酒)或在家(其中，例如可以以胶囊形式提供高比重啤酒)进行淡化，则具有最少
味道、微生物或溶解固体的水可以是优选的，但氧含量低可能不那么重要。
[0031] “NTU”是比浊法浊度单位。
[0032] 如本文所用，“阈值”或“第一阈值”是指啤酒酿造商通常使用澄清剂、离心倾析和/或过滤的组合对于未经过反渗透处理的啤酒实现的浊度的EBC值。
[0033] 图1是在对啤酒进行反渗透过滤以生产高比重啤酒所产生的截留物中以EBC单位测量的浊度变化(浑浊增加)与ABV百分比的关系图。在该
实施例中，采用了反渗透工艺，例如PCT公布WO 2016/081399A1中所述的工艺，所述文献通过引用以整体并入本文，其中膜实质上不可渗透乙醇但实质上可渗透水。
[0034] 我们发现，有些出乎意料的是，使用上述工艺在已通过反渗透除去水的啤酒中出现浑浊，并且例如在截留物中的酒精浓度达到约10％至约40％ABV或更高时出现浑浊，如图1所示。
[0035] 图2是示出根据本发明的一个实施方式的原始啤酒通过反渗透单元并且进一步通过澄清系统(例如微滤器)以产生澄清截留物的路径的流程图。在图2中，采用了反渗透系统31，其根据公开的PCT申请WO 2016/081399 Al的教导来实现。如上所述，从反渗透系统31回收的截留物是高比重啤酒。其后，通过澄清系统32对高比重啤酒截留物进行浑浊澄清，所述澄清系统32被配置为去除尺寸为约0.6微米或更大的粒子，例如离心机、具有过滤器的过滤系统，和/或被配置为倾析由截留物形成的上清液的倾析器。澄清系统32的澄清输出然后可以被装运或根据需要以其它方式处理。在使用前的某个时刻，将高比重啤酒澄清截留物通过淡化器33进行淡化，其中通过添加调节水将高比重啤酒转化为最终产品，所述调节水也可以包括二氧化碳。与进料流中的饮料相比，以这种方式生产的高比重啤酒可以更高效地运输，因为它每单位体积所含的水较少。由于以体积计的酒精浓度较高，因此高比重啤酒可以具有相比于进料流中的饮料改善的微生物
稳定性。
[0036] 对于高比重啤酒的澄清，值得注意的是澄清系统去除的粒子大小。例如，当澄清系统包括过滤器时，可以采用不同类型的过滤器，例如聚合物膜、陶瓷膜、硅藻土过滤器或
压滤机，并且这些过滤器可以以错流或死端模式操作。澄清系统去除的粒子尺寸可以在可见光的范围内，即，约0.4-0.8微米及更大。优选地，为了避免去除风味关键分子并获得改善的流动，澄清系统去除的粒子尺寸可以在约0.5-0.6微米及更大的范围内。这种系统和方法的图示可见于图2中。
[0037] 图3是示出根据本发明的另一个实施方式使用澄清系统32(例如，澄清剂41、用于去除引起浑浊的成分的离心机42和微滤器43)去除浑浊的流程图，其中在一些实施方式中，在反渗透步骤之前或之后进行浑浊去除。通常，常见的是降低清啤酒中的浊度，直到其已达到大概2个EBC单位附近的阈值并且浑浊被可接受地去除为止。然而，根据本发明的实施方式，经历反渗透处理的啤酒的浊度降低阈值以下的另外的量，例如降低到阈值的80％或60％。通过在反渗透处理之前预先澄清和/或提取引起浑浊的成分，降低了在反渗透处理以产生高比重啤酒后以及在高比重啤酒淡化后形成浑浊的趋势。根据该实施方式，可以通过任选地混合澄清剂41，接着在离心机42和/或微滤器43中进行处理来实现澄清。可替选地或另外地，澄清可以形成上清液和沉淀物，然后可以将上清液与沉淀物分离，得到澄清的截留物，例如澄清的超高比重啤酒。
[0038] 同样如图3大致所示，在进行反渗透过滤之前或之后，通过使用澄清剂例如
二氧化硅水凝胶、干凝胶、PVPP(聚乙烯基聚吡咯烷酮)、鱼胶、爱尔兰藓、明胶、铜和膨润土，以及通过机械方法例如离心，可以从发酵
麦芽汁中去除形成浑浊的化合物。通常添加带负电荷的
试剂以沉淀出带正电荷的形成浑浊的蛋白质，同时使用其它澄清剂从啤酒中去除多酚。更具体来说，可以在使前体饮料经历反渗透之后将PVPP作为吸收剂添加到啤酒中。PVPP的一个主要优点在于它不是啤酒添加剂并且可以从最终产品中完全去除。这种聚合物不溶于水和啤酒，并且对多酚具有高亲和力。根据另一个实施方式，在反渗透之后或之前添加PVPP聚合物，以吸收多酚并从溶液中分离出引起浑浊的分子(多酚)。然后使用离心机42和/或微滤器43提取PVPP多酚复合物。然后通过用苛性清洁剂冲洗来再生PVPP。PVPP也可用于单罐系统，其中啤酒流过微滤器，接着加入PVPP，然后通过最终过滤器以将PVPP从澄清啤酒中分离。然后通过使苛性溶液流过或逆流通过第二过滤器来再生PVPP。
[0039] 有多种方法来确保物理稳定的最终产品。一种简单的方法是在约-2至4℃的温度下进行淡化后澄清最终产品，这可以与澄清剂添加、过滤、倾析和/或离心组合进行。例如，啤酒或葡萄酒可以被发酵，随后在高压下用实质上不可渗透水的膜进行反渗透以产生超高比重葡萄酒或啤酒。可以将这种葡萄酒或啤酒运输到第二个地点，在这里进行淡化并通过澄清剂添加、离心和/或过滤例如微滤和/或超滤的组合使其物理稳定。
[0040] 另一种方法是经由澄清剂添加、倾析、离心和/或过滤例如微滤和/或超滤的组合来稳定超高比重啤酒。有利的是，因为超高比重啤酒的冰点由于乙醇的高浓度而下降或降低，因此超高比重啤酒可以在非常低的温度(例如约-25至-2.5℃)下稳定(本文称为UltraChill技术)，从而降低了形成浑浊的化合物的溶解性，并增强了形成浑浊的化合物的沉淀，然后可以将其除去。例如，啤酒或葡萄酒可以经发酵并且随后在高压下用实质上不可渗透水的膜进行反渗透以产生超高比重(uHG)葡萄酒或啤酒。然后，可以将这种uHG啤酒或葡萄酒以极低的温度存储在控温罐中，以便在接近冰点的温度下存储。可以在这些温度下调节熟化的截留物以促进分子相互作用，从而引起形成浑浊的蛋白质和多酚的复合物。调节可以进行10秒至4周，优选约10分钟至约60分钟的时段，然后可以经由澄清除去浑浊，也可能在非常低的温度下进行。也可以通过使用每百升5至200克范围内的澄清剂(例如Polyclar 10或Daraclar 920)
加速这一过程。然后可以通过离心或过滤分离这些形成浑浊的复合物，得到无浑浊的产品。这种方法的潜在好处是产生一种物理稳定的uHG啤酒或葡萄酒，其可以被装运并且然后淡化(可能在消费时)，而无需担心最终产品中形成浑浊。
[0041] 使用该UltraChill技术的本发明实施方式的特征是：a)从啤酒中除去水以产生超高比重啤酒(uHG啤酒)，b)将uHG啤酒(uHGB)冷却到在其冰点的2至3度内的温度，持续1秒钟至1小时，更优选10分钟至40分钟的时段，以形成上清液和沉淀物，以及c)将上清液与沉淀物分离，得到澄清的超高比重啤酒。可以经由使用实质上不可渗透乙醇的膜的反渗透工艺来实现除水。这样的工艺可以是分批的或连续的，并且可以涉及多个阶段和/或多个通道。PCT公布WO 2016/081399中描述了一种可能的实施方式。冷却可以以分批工艺或连续进行。
例如，可以将超高比重啤酒转移到带夹套的布莱特(brite)罐中，在其中进行冷却。或者，超高比重啤酒可以经由在线
热交换器冷却。可以使冷却的超高比重啤酒在布莱特罐中沉降，然后从罐的顶部抽出上清液。或者，可以从罐的底部抽出沉淀物。通常，为了使产品损失最小化，有利的是使沉淀物(和任选地上清液)经历离心工艺，以回收更多的啤酒。对整个冷却的超高比重啤酒进行离心也是一种产生澄清产品且同时最大程度地减少损失的好方法。此外重要的是，每个步骤都要在厌氧条件下进行以避免产品氧化。为了获得最佳的风味特征，将一部分沉淀物与上清液混合可以是有利的。这会增加产品的浑浊，但可能会带来感官上的好处。此外，对上清液进行超滤或用硅藻土过滤以进一步减少浑浊可以是有益的。
[0042] 实施例
[0043] 通过使用利用实质上不可渗透乙醇的膜的反渗透工艺，从贮藏啤酒中除去水，产生18-22％ABV的超高比重贮藏啤酒。原始贮藏啤酒的一部分留作对照(“对照”)。
[0044] 使用脱气水将一部分超高比重贮藏啤酒进行淡化，使其比重与对照大致相同(“超高比重试验”或“uHG试验”)。
[0045] 将另一部分超高比重贮藏啤酒冷却到-18℃的温度(非常接近冰点)，并在该温度下保持30分钟。当温度接近冰点时，观察到快速沉淀，并且高比重贮藏啤酒形成上清液(浊度低)和沉淀物(浊度高)。将上清液倾析并使用脱气水淡化至与对照大致相同的比重(“澄清的超高比重试验”或“C-uHG试验”)。
[0046] 使用EBC方法9.41对对照、超高比重(uHG)试验和澄清高比重(C-uHG)试验样品进行永久浊度和冷浊度的测量，并且结果报告在下表1中。
[0047]
[0048] 表1，对照和试验啤酒的物理稳定性(*通过除以对照的ABV进行归一化)[0049] 然后将表1中的啤酒1在55℃下熟化五天，并使用EBC方法9.41测量浊度。熟化后，澄清的uHG试验样品中的总浊度保持最低，这说明经由UltraChill方法改善了物理稳定性。熟化后样品的冷浊度降低可能是由于样品从55℃冷却后测得的熟化样品的较高测量温度所致。降低也可能是由于化合物在较高温度下溶解。结果报告在表2中。
[0050]
[0051] 表2，对照和试验啤酒的物理稳定性(*通过除以对照的ABV进行归一化)[0052] 上述本发明的实施方式旨在仅是示例性的；对于本领域技术人员而言，许多变化和
修改将是显而易见的。所有这些变化和修改都旨在落入权利要求书所限定的本发明的范围内。
