CC BY
91
Влияние современных способов фильтрования пива на его качество
А.Д. Хлыновский, Г.А. Ермолаева
Московский государственный университет пищевых производств
В условиях увеличения производительности пивоваренных заводов при одновременном требовании повышения качества пива и необходимости на ряде предприятий работать по системе менеджмента качества в соответствии с МС ИСО 9001: 2000 возникает вопрос о технике и технологии фильтрования, так как существующее оборудование не всегда может обеспечить соответствие качества готовой продукции и технологического процесса требованиям этой системы.
Фильтрование — разделение суспензий с помощью фильтровальных перегородок, способных задерживать дисперсную фазу и пропускать жидкую фазу (дисперсионную среду). В качестве фильтровальных перегородок могут использоваться как естественные, так и искусственные материалы: гибкие (сетка, бумага) и негибкие (диски, плиты, песок, древесный уголь).
Пиво — сложная система, представляющая собой водно-спиртовой раствор экстрактивных веществ солода; вкусо-ароматических веществ, образовавшихся в результате процесса охмеления сусла и брожения пива, которые могут давать как истинные, так и коллоидные растворы.
Коллоидные частицы (размер частиц менее 0,1 мкм) в пиве представлены главным образом белками, полифенолами, белково-полифенольными комплексами, углеводами и оксалатами, которые имеют как гидрофильный, так и гидрофобный характер.
Также в пиве могут содержаться микроорганизмы (табл. 1), минимальный размер которых 0,5 мкм, взвеси (кизельгур, дробина, вспомогательные техноло-
гические материалы и другие инородные частицы), размер частиц которых от 1 до 60 мкм [3].
Часто пиво фильтруют через намывной слой фильтровального порошка (основное фильтрование) и через осветляющие и обеспложивающие пластины (дополнительное фильтрование). Особенность намывных фильтров — создание на поверхности пластины картона слоя из вспомогательного вещества (диатомит), намываемого на эти пластины. Обычно намывают кизельгур, реже — перлит.
Диатомит (кизельгур) — легкая горная порода светло-серого, желтоватого или белого цвета, состоящая преимущественно из кремниевых панцирей одноклеточных водорослей (диатомей). Фильтровальные порошки из сырого диатомита получают обжигом последнего при 800...1100 °С, а затем его размалыванием и сортировкой по фракциям. Плотность порошка составляет 0,45-0,37 кг/л, площадь поверхности частиц вследствие высокой пористости — 10-20 м2 на 1 г массы порошка, размер частиц — от 2 до 100 мкм. Диа-томитовый порошок химически устойчив вследствие высокого содержания в нем кремнезема (не менее 80 %) [1].
Виды фильтрования. Фильтрование бывает очистным (целевой продукт — фильтрат) — применимо к пивоварению, и продуктовым (целевой продукт — осадок) — применимо к дрожжевому производству.
В зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств суспензии фильтрование происходит с образованием осадка на поверхности перегородки, с
закупориванием пор перегородки и с теми и другими явлениями одновременно.
Поверхностное фильтрование —
фильтрование с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки, т.е. по принципу сита. При этом отделяются частицы, диаметр которых больше, чем размер пор на входной стороне фильтрующего слоя. Частицы остаются на поверхности и образуют все более толстый слой. Данный механизм фильтрации нежелателен в фильтрах глубокой очистки, поскольку это приводит к забиванию поверхности фильтра, вследствие чего производительность фильтрования снижается. В отличие от фильтрующих слоев глубокой очистки в мембранах из-за их незначительной толщины действует почти исключительно поверхностная фильтрация.
Глубинное фильтрование — фильтрование с закупориванием пор. Частицы, благодаря своим размерам проникают в глубь фильтрующего слоя и там механически удерживаются в местах сужения пор (глубинное фильтрование). При этом внутренние поры постепенно забиваются, и производительность медленно понижается при постоянном давлении. Для ее поддержания фильтр регенерируют промыванием обратным током жидкости или прокаливанием металлических фильтровальных перегородок.
Механизмы осаждения частиц при фильтровании представлены на рисунке.
Адсорбционное удерживание — разделение фаз — осуществляется за счет адсорбции на внутренних поверхностях фильтрующего слоя. Диаметр пор фильтрующего материала на два порядка выше диаметра отделяемых частиц. Тонкие частицы несут электрический заряд, отличный от заряда поверхности, вследствие чего они адсорбируются. В основном притягивание частицы определяется силами Ван-дер-Ваальса, водородными связями, а также гидрофобными и электростатическими взаимодействиями.
Фильтрующими перегородками могут служить сита всех видов, металлическая или текстильная ткань, фильтрующие слои, насыпные материалы, пористые материалы, мембраны.
Несмотря на наличие многих конкурирующих методов, фильтрование с помо-
Таблица 1
Род и вид микроорганизма
Размер клеток (длина х ширина),
Saccharomyces cerevisiae (штаммы пивных дрожжей)
Saccharomyces cerevisiae (дикие дрожжи) Saccharomyces pasterianus Pediococcus cerevisiae Lactobacillus casei
(5,5-13,0) x (5,5-10,0)
(4,5-10,0) x (3,5-7,0)
(6,5-16,0) x (3,0-4,5) (0,5 x 1,5) (1,8-5,0 x 0,2-0,4)
Поверхностная фильтрация
Основные механизмы фильтрования /2/
Глубинная фильтрация — механическое удерживание
Глубинная фильтрация — адсорбционное удерживание
2•2006
78
Таблица 2
Результаты эксперимента |
Показатели готового пива Старое фильтрационное отделение Новое фильтрационное отделение
Органолептические показатели качества
Прозрачность Легкая опалесценция Абсолютно прозрачное с блеском
Вкус Чистый, не очень гармоничный Полный, чистый, гармоничный
Физико-химические показатели
Объемная доля спирта, %, 4,7 4,79
Кислотность, к. ед. 1,68 1,6
Цветность, ц. ед. 0,69 0,47
Стойкость пива, сут 30 90
Высота пены, мм 20-22 30-35
Пеностойкость, мин 2 3
Вязкость, мПа-с 1,57 1,5
Микробиологические показатели
КМАФАнМ, К0Е/100 см3 150 0-12
Дикие дрожжи Присутствуют Не обнаружено
щью фильтрующих слоев глубокой очистки представляет собой производительный и экономичный способ фильтрования продуктов для грубого, осветляющего, тонкого, понижающего зараженность и стерилизующего фильтрования [3].
Фильтрующие слои, которые применяются для стерилизации или понижения числа микроорганизмов, должны преимущественным образом выделять микроорганизмы из жидкостей. В зависимости от типа фильтрующего слоя, скорости фильтрования, вида микроорганизмов и физико-химических свойств молодого пива можно достичь различной степени задерживания микроорганизмов в готовом пиве, вплоть до холодно-стерильного фильтрования, так как фильтрующие слои для тонкого фильтрования обладают очень высокой удерживающей способностью в отношении дрожжей и молочнокислых бактерий.
В зависимости от свойств и количества отделяемых загрязнений следует применять фильтрующие слои с различной глубиной фильтрования. В случае понижающего зараженность или стерилизующего фильтрования результат фильтрования всегда зависит от числа микроорганизмов в нефильтрате.
Далее представлены результаты внедрения нового способа современного глубинного фильтрования при реконструкции фильтрационного отделения на пивоваренном заводе, где были установлены два новых кизельгуровых фильтра, использующих слои глубокой очистки. Максимальная производительность каждого фильтра составила 160 гл/ч. Фильтры рамные, имеющие 84 пластины. Особенность конструкции фильтра заключается в расположении коллекторов, установленных выше или ниже поверхности фильтра. Производителем гарантировались полные удаление воздуха из фильтра и выгрузка осадка.
Расположение фильтровальных рам регулируется гидравлической системой, по соответствующим входным и выходным патрубкам и соответствующим каналам, что обеспечивает оптимальное и равномерное распределение потока фильтруемой жидкости на каждом участке фильтр-пакета, в том числе и в длинных фильтрах.
При использовании такого фильтра достигаются:
равномерное распределение фильтрующего вспомогательного вещества в ки-зельгуровом фильтре;
равномерная продувка слоев фильтра на каждом участке;
оптимальный срок службы; быстрая и надежная промывка и стерилизация фильтра, промывная вода и стерилизующая жидкость равномерно распределяются на каждом участке фильтр-пакета.
Сжатие фильтр-пакета осуществляется автоматически с помощью гидравличе-
ского зажимного устройства, гарантирующего равномерное постоянное щадящее давление на камеры, уплотнения и слои всего фильтр-пакета.
Фильтрационная камера выполнена из хромоникелевой стали. При той же площади фильтрования, что и на старых фильтрах, каждая камера нового имеет на 30 % меньшие габариты и при неизменной длине корпуса — на 40 % большее количество камер. Масса камеры уменьшена более чем наполовину по сравнению с аналогичными, из высококачественной стали, что снижает нагрузку при установке фильтра на фундамент.
Производительность фильтрования зависит от геометрических размеров камеры. Она значительно увеличилась благодаря новой конструкции опорного элемента по сравнению со старыми фильтрами. Поверхность фильтрования примерно в 2,5 раза больше, чем у обычной камеры с перфорированными листами.
При использовании таких фильтров достигается оптимальное использование поверхности фильтрующих слоев свободного прохождения фильтрата через слои. В соответствии с указанными гидродинамическими преимуществами достигается максимальная производительность каждого слоя фильтра.
Чистка фильтра значительно облегчена, поскольку новые высокопроизводительные фильтрационные камеры представляют единое целое и не имеют винтовых или других соединений, образующих труднодоступные полые и мертвые пространства.
Эффективная стерилизация гарантируется с помощью уменьшенного количества используемых материалов, оптимального распределения потока больших свободных фильтрационных поверхностей. В фильтрах применяется редуцирующий или стабилизирующий картон. Общую
производительность можно повысить добавлением фильтрующих пластин.
Производительность старого фильтрационного отделения была 100 гл/ч. В новом фильтрационном отделении, производительность которого составила 320 гл/ ч, снизился расход кизельгура и силика-геля. Расход кизельгура снизился с 250 до 130 г/гл, а белкового стабилизатора уменьшился в 2 раза — с 80 до 40 г/гл.
В течение продолжительного времени завод выпускал 11%-ное пиво из аналогичных по показателям партий солода, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 29294-92: влажность 4,6-4,8 %; экстрактивность 81,1-81,8 % на абс. СВ; кислотность 0,9-1,1 к. ед.; цветность 0,2-0,22 ц. ед.; продолжительность осахаривания 10 мин; содержание белка 10,0-10,3 %; рН сусла 5,83-5,88; вязкость 1,46-1,56 мПат; число Кольба-ха 39-41,6 %; содержание аминного азота 131-150 мг/дм3. Пиво фильтровали на старых кизельгуровых фильтрах и на новых глубинной очистки.
Показатели пива, полученного из данного солода при работе старого и нового оборудования фильтрационного отделения, представлены в табл. 2.
Замена существующего кизельгурового фильтра на новый на данном предприятии была целесообразной и позволила увеличить стойкость пива в 3 раза с одновременным повышением его пеностойкости и микробиологического состояния, что повысило конкурентоспособность пива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ермолаева Г.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. — М.: ИРПО: Академия, 2000.
2. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива/Пер. с нем. — СПб.: Профессия, 2001.
3. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. — СПб.: Профессия, 2003. &
2 • 2006
79
