Новые аспекты глубинной фильтрации

Маттиас Майер, Альфонс Витте, дипломированные инженеры «Е. Бегеров ГмбН & Со» (Лангенлонсхайм, Германия)

Ключевые слова: глубинная фильтрация; пиво; фильтр-картон; ионы; промывная вода; поверхностное натяжение

За прошедшие 20 лет в области глубинной фильтрации постоянно происходили новые улучшения и оптимизации продукта. Но имевшиеся в распоряжении производственников существующие сырье и технологии не позволяли существенно расширить границы внедрения инноваций.

Разработкой фильтр-картона BECOPAD специалисты компании BEGEROW открыли совершенно новые возможности фильтрации. В настоящей статье подробнее рассматриваются наиболее важные практические результаты. Благодаря комбинации инновационной технологии, так называемому bepure-методу и применению высокочистой целлюлозы специалистам фирмы BEGEROW удалось создать новый вид фильтрующего материала для глубинной фильтрации.

С помощью технологической инновации стало возможным полностью отказаться от добавления минеральных веществ в процессе производства. Впервые требования в области чистоты, экономичности, бережного отношения к продукту, стойкости и экологической безопасности были воплощены в реальность.

Чистота

В отличие от обычных глубинных фильтр-картонов (TFS) при фильтрации через BECOPAD в промывную воду и пиво переходит значительно меньшее количество ионов, поскольку он состоит только из высокочистой целлюлозы и влагостойких веществ.

Количество растворимых в пиве ионов, перешедших в продукт во время фильтрации, показано на рис. 1. Поскольку ни железо, ни алюминий не попадают в фильтрат, то качество и вкусовая стабильность пива сохраняются.

Хорошо видно, что из фильтр-картона BECOPAD вымывается гораздо меньше веществ, влияющих на проводимость.

Переход ионов из фильтр-картона, определяемый посредством проводимости, достаточно хорошо описывает аспект чистоты. Но большинство пивоваренных заводов, осуществляющих кизельгуровую фильтрацию, обращает мало внимания на содержание ионов в фильтрующей среде, если только речь не идет о вторичных причинах гашинга.

На этом основании в дальнейшем для определения чистоты было использовано поверхностное натяжение промывной воды и пива.

Университеты уже длительное время требуют уделять больше внимания проблеме остаточного количества нежелательных веществ, влияющих на поверхностное натяжение [1, 2]. Чистая вода имеет поверхностное натяжение примерно 72 мН/м, а смыв из чистых бутылок должен иметь показатель > 60 мН/м [1].

На рис. 3 представлены результаты исследования поверхностного натяжения промывной воды после BECOPAD и обычного фильтр-картона. Первые литры показывают снижение поверхностного натяжения. Это относится как к обычному фильтр-картону, так и к BECOPAD. В дальнейшем значения приближаются к показателю на выходе, равному 72 мН/м. После 50 л/м2 уже не выявляется значительной разницы между отдельными типами фильтр-картона.

Что касается поверхностного натяжения в готовом пиве, то в специальной литературе приводятся различные значения — между 40,0 и 47,0 мН/м независимо от сорта [1, 3]. Но однозначны определения критической области. Значения поверхностного натяжения < 40 мН/м служат четким показателем присутствия нежелательных активных веществ, влияющих на поверхностное натяжение [1, 2, 3]. На рис. 4 приведены данные поверхностного натяжения в фильтрате после фильтрации с BECOPAD. Пиво, прошедшее предварительную фильтрацию, имело поверхностное натяжение 53 мН/м. После фильтрации через BECOPAD все значения были на уровне 50 мН/м и при этом значительно выше критической области < 40 мН/м.

Отличие от исходного значения обусловлено адсорбцией активных веществ, влияющих на поверхностное натяжение и пенообразование.

Фильтрация с сохранением важных компонентов пива

В отличие от фильтровальных свечей, не имеющих заряда, в глубинном фильтр-картоне на основе целлюлозы и влагостойких веществ частицы и коллоиды удерживаются не только механически, но и благодаря адсорбции. Это свойство, характеризующее глубинный фильтр-картон, желательно, поскольку из пива могут быть удалены, например, бактерии. На другой стороне фильтркартона дополнительно удерживаются отрицательно заряженные частицы.

Фильтр-картон BECOPAD был разработан специально для требований индустрии напитков. Поэтому он обладает сравнительно небольшой электрокинетической адсорбцией. Отделение частиц происходит больше с помощью волокон целлюлозы, тем самым оказывается щадящее действие на продукт. В начале первой фильтрации катионные центры еще не заняты, поэтому вещества в большом количестве адсорбируются на них. Вследствие этого, так же как и при фильтрации через обычный фильтр-картон, качество пены вначале снижается. Только когда фильтр-картон «насыщается» протеинами, прекращается дальнейшее связывание молекул, и пиво достигает значений пеностойкости, определенных перед фильтрацией [4].

Изменение значений пеностойкости в течение первой фильтрации с BECOPAD (проведено на Sunner GmbH &Со. KG, Koln; Kolsch) показано на рис. 5. В начале фильтрации пеностойкость по NIBEM снизилась примерно на 30 с по сравнению с исходным значением. Однако в дальнейшем показатели стали приближаться друг к другу. Через 90 мин уже не отмечалось разницы между значениями на входе и выходе.

Также может снижаться содержание горьких веществ, хмелевых масел и других важных веществ. Так, Кальтнер обратил внимание на опасность адсорбции хмелевых масел фильтр- картоном [5]. Его исследования, однако, на примере линалоола, обладающего проводимостью, указывают на то, что использованные ранее фильтрационные системы не влияли или влияли очень незначительно на важные ароматические вещества в пиве. Однако это следует проверить еще раз.

Потери окисленных и неокисленных хмелевых масел и горьких веществ в пиве на пивзаводе Major Craft при фильтрации с обычным фильтр-картоном и BECOPAD показаны на рис. 6. В начале фильтрации значительно снижалось содержание хмелевых веществ. В то время как при фильтрации через BECOPAD адсорбция неокисленных хмелевых масел через 2 ч фильтрации снижалась практически до нуля, то более катионный обычный фильтр-картон продолжал адсорбировать еще 30–40 % неокисленных масел.

Существенно меньше снижение окисленных масел при фильтрации через BECOPAD.

Уменьшение горьких веществ в пер- вую четверть часа оставалось незначи- тельным.

Объемы промывки

В сравнении с промывкой перед первой фильтрацией регенерация глубинного фильтр-картона имеет большее значение. После окончания фильтрации глубинный фильтр-картон промывается теплой водой, пока она не станет прозрачной без пены и пока не вымоются удержанные частицы. Регенерация обеспечивает экономичность глубинной фильтрации, но она требует больших затрат воды и времени. На пивоваренном заводе B. V. Gu- lpener, Gulpen/NL вместо 12 фильтраций с обычным фильтр-картоном было проведено 14 циклов с BECOPAD на одной закладке. В этом случае расход промывной воды снижался с 8 л/гл фильтруемого пива до 5,5 л/гл пива с BECOPAD (более чем на 30 %).

Аспекты охраны окружающей среды

Используемая при производстве BECOPAD высокочистая целлюлоза соответствует всем критериям лесной промышленности согласно FSC (Лесной попечительский совет АС). Сохранность ресурсов и использование достигнутых в результате этого возможностей экономии возрождают интерес к новым установкам классических фильтровальных систем. Поскольку BECOPAD может компостироваться без ограничений [сертифицирован институтом Фрезениуса (Fresenius) согласно DIN EN 13432 и ISO 14855], то расходы по утилизации заметно сокращаются.

Производительность

Обычный глубинный фильтр-картон содержит до 50 % пористых фильтрующих вспомогательных веществ, на долю которых приходится большая часть осветляющей способности. Они обладают большим количеством микроканалов, которые не влияют на производительность. В принципе речь идет о неиспользованной мощности. Bepure-технология впервые обрабатывает целлюлозу таким образом, что получается равномерная структура волокон и становится возможным отказаться от минеральных компонентов в BECOPAD. Высокая прочность и замечательные возможности для промывки позволяют добиться более высокой производительности по удалению взвешенных частиц, при этом дольше фильтровать и лучше вымывать удержанные частицы. Начальная разница давления долго остается на низком уровне.

Поэтому стало возможным делать больше циклов фильтрации на одной закладке. По нашим данным, увеличение составляет 20–30 % по сравнению с обычным фильтр-картоном, имеющим такую же удерживающую способность по отношению к микроорганизмам.

Экономичность

Основные потенциалы для экономии (рис. 7): снижение энергозатрат (электричество, вода); снижение затрат на персонал; увеличение срока службы; снижение затрат на удаление отходов.

Благодаря значительным возможностям для экономии промывной воды, энергии, увеличения мощности, снижения затрат на персонал и беcпроблемного удаления отходов достигается сокращение затрат на фильтрацию примерно на 30 %, несмотря на высокую стоимость BECOPAD.

На 100 000 гл фильтрованного пива экономия составляет 4000–8000 евро. Аспект воспроизводства сырья не измерим в денежном выражении, и значимость его определяется в зависимости от философии пивоварни. Мысли о чистоте служат звеном цепи аргументов многих пивоварен.

Таким образом, с созданием BECOPAD фирме BEGEROW вновь удалось доказать, что она является лидером инноваций в области развития новых фильтровальных средств.

Впервые наряду с использованием высокочистой целлюлозы и собственного нового метода «bepure», особое внимание в процессе создания уделялось воспроизводимости и сохранности ресурсов.

Осознанный отказ от применения минеральных веществ благоприятствует сохранности продукта и благодаря минимальной адсорбции обеспечивает надежную, оптимальную, с сохранением ценных веществ фильтрацию, которую невозможно обеспечить использованием обычного глубинного фильтр-картона. Говоря о сохранности продукта и экономичности, можно констатировать, что оба эти аспекта не исключают друг друга, а гармонируют.

С применением BECOPAD удалось в значительной степени сохранить ценные вещества, такие как, масла хмеля, которым до недавнего времени не уделялось особое внимание.

В сочетании значительных, классических потенциалов экономии (энергия, вода, персонал) с дополнительной экологической пользой, которые предлагает BECOPAD, в мире пива появилось средство глубинной фильтрации, определяющее новые масштабы развития пивной отрасли.

ЛИТЕРАТУРА

1. Якоб Ф. Пеностойкость и поверхностное натяжение//Brauindustrie. 2007. № 8. С. 28–29.
2. Глас К., Шейинг Р. Поверхностно-активные вещества и пена в пиве//Brauwelt. 2000. 46/47. С. 2024–2025.
3. Бак В., Шнеебергер М. Факторы, влияющие на стабильность пены//Brauwelt. 2006. 22/23. С. 650–653.
4. Потрек М. Оптимированное измерение стабильности пивной пены в зависимости от условий среды и гидродинамических по- казателей. — Берлин: Технический универ- ситет Берлина, 2004.
5. Кальтнер Д. Исследования образования хмелевого аромата и технологические меры для производства пива с хмелевым арома- том. — Вейенштефан: Технический универ- ситет Мюнхена, 2000.

05.07.2018