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A Study of Wort Pressure Boiling Using a Mixture Design Method to Optimize Dimethyl Sulfide and 2-Furfural Wort Levels

MBAA TQ vol. 39, no. 4, 2002, pp. 203-209  |  VIEW ARTICLE

Eric J. Samp and Robert T. Foster II. Mail Stop BC600, Coors Brewing Company, Golden, CO 80401.

Abstract
In an effort to identify optimal kettle operations for decreased wort dimethyl sulfide (DMS) levels, a mixture design was employed on three boiling-process step times: preboil, pressure boil, and evaporation. Response surface methods were employed to characterize the effect of changes to these boiling-process step times on wort DMS, 2-furfural, furfurol, and 3-methyl-1-butanal levels. Significant effects were found for both DMS and 2-furfural (P < 0.10). To achieve the simultaneous optimization of both DMS reduction and control of wort scorching (2-furfural), a weighted composite desirability function was created to identify an optimal set of these three boiling-process step times. With the optimal solution identified, the predicted average DMS and 2-furfural levels under these process step times were estimated to show more than a 60% improvement from control brews with atmospheric boiling. A confirmation experiment running the boiling process under these identified optimal conditions yielded a 59% reduction in DMS and a 27% increase in 2-furfural levels from control brews processed under atmospheric boiling conditions. This study provides a framework for multiple-response optimization as well as for applying mixture designs to batch process steps.
Keywords: dimethyl sulfide, 2-furfural, mixture designs, multiple-response optimization, weighted composite desirability function, wort pressure boil

 

Síntesis
En un intento de identificar parámetros que pudieran optimizar la operación de la cocción del mosto a baja sobre presión para minimizar los niveles de dimetil sulfuro (DMS), se utilizó un diseño de experimentos sobre los tiempos en las tres etapas del proceso: el hervor previo, el hervor a presión y la evaporación que acompaña la descompresión. Métodos de superficie de respuesta fueron empleados para caracterizar el efecto que tiene un cambio en estos tiempos específicos sobre los niveles de DMS, 2-furfural, furfurol, y 3-metil-1-butanal. Se encontraron efectos significativos tanto para DMS como para 2-furfural (P < 0,10). Para optimizar simultáneamente tanto la reducción de DMS como controlar adecuadamente el abrasado del mosto (2-furfural), se creó una función de deseo compuesto ponderado para identificar un conjunto óptimo de estos tiempos de las tres etapas del proceso de cocción. Con la solución óptima identificada, se pudo predecir que habría un mejoramiento del 60% en los promedios de los niveles de DMS y 2-furfural utilizando los tiempos sugeridos por el diseño de experimentos, en comparación con cocimientos convencionales a presión atmosférica. Un experimento de confirmación utilizando los tiempos óptimos resultó en una reducción de 59% en DMS y un aumento de 27% en 2-furfural, comparado con cocimientos de control bajo condiciones atmosféricas. Este estudio provee una estructura para la optimización de la superficie de respuesta, como también a la aplicación de diseños mixtos para etapas por lote de un proceso.
Palabras claves: dimetil sulfuro, 2-furfural, diseños mixtos, optimización de respuesta múltiple, función de deseo compuesto ponderado, hervor de mosto a baja sobre presión

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