10.5.3. К разделу 4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования

Мембранное тангенциально-поточное фильтрование. Новая концепция установки для тангенциально-поточного фильтрования позволяет реализовать фильтрование пива без использования кизельгура при сопоставимых затратах.

Мембранные модули состоят из полых волокон полиэфирсульфона с постоянными гидрофильными свойствами. Длина модуля составляет 1 м, внутренний диаметр полых волокон - 1,5 мм, размер пор - 0,5 мкм. Площадь поверхности модуля - 9,3 м². Принцип действия фильтра описан в разделе 4.4 - пиво подается через полые волокна под определенным межмембранным давлением, при этом часть пива проходит через мембрану и осветляется. На поверхности мембраны образуется слой из частичек мути, который все больше затрудняет проход пива через мембрану, следствием чего является повышение межмембранного давления с 0,3 до 0,5 бар, и примерно через 2 ч фильтрования необходимо провести обратную промывку фильтра слабым раствором едкого натра. Эта операция занимает в общей сложности 2 ч. Еще через 2 ч фильтрования межмембранное давление доходит до 0,7 бар, после чего вновь выполняют обратную промывку. При этом достичь первоначального давления на входе уже не удается, и межмембранное давление постепенно возрастает за 5 циклов промывки в целом с 0,8, 1,0, 1,3 до 1,5 бар. После этого требуется щелочная мойка и промывка перекисью водорода, после чего можно начинать новый цикл фильтрования продолжительностью 10-12 ч. Обратная промывка включает три операции:

• вытеснение пива в буферный танк для ретентата;

• вымывание мути с поверхности мембраны щелочной водой (доведенной с помощью NaOH до pH 12) вместе с использованным стабилизатором;

• контрольная промывка декарбонизированной водой.

Чтобы во время фильтрования воспрепятствовать образованию корки из частиц мути, пиво следует подавать на мембрану с более высокой скоростью, чем скорость прохождения через мембрану (примерно в 30 раз выше), а для этого требуется задать соответствующую производительность насоса. Так как пиво при этом нагревается, то в циркуляционном контуре предусмотрено охлаждающее устройство, поддерживающее температуру пива около 0 °С.

Практический опыт свидетельствует, что, например, производительность системы из 12 модулей (с общей фильтрующей поверхностью 111,6 м²) может быть 120 гл/ч. Ресурс при 5 промежуточных промывках с интервалом в 2 ч составляет в общей сложности 12 ч, а чистое время (за вычетом 5 промывок, около 90 мин) - примерно 10,5 ч. Интервал между двумя промывками зависит от свойств пива, содержания в нем мути, коллоидов и т. д. Для хорошо осветленного пива промежуточная промывка необходима лишь через 4-5 ч, так что ресурс в этом случае будет больше.

Такую установку можно эксплуатировать в автоматическом режиме. Количество подводимого и отводимого продукта можно охарактеризовать как незначительное; в настоящее время оно служит для точного регулирования желаемой концентрации начального сусла. При этом следует учитывать, что стабилизация пива должна производиться или с помощью стабилизирующих веществ, или специальными фильтрами (см. раздел 7.6.4.1).

Мембранное тангенциально-поточное фильтрование и вибрационно-мембранное фильтрование (см. также разделы 6.1.2.1 и 6.2.5.2) особенно хорошо подходят для получения молодого дрожжевого пива. В «классическом» тангенциально-поточном фильтровании для уменьшения слоя, препятствующего фильтрованию, необходима повышенная скорость прохождения подводимой дрожжевой суспензии. Требующаяся высокая производительность насоса является не только фактором увеличения энергозатрат, но и вызывает нагревание дрожжевой суспензии, которую приходится охлаждать. При вибрационно-мембранном фильтровании (ВМФ) мембранный блок, состоящий из нескольких фильтрующих элементов, совершает колебания с частотой 50 Гц и амплитудой на внешнем диаметре около 20 мм, которые противодействуют образованию покровного слоя. Тем самым можно регулировать перепад давлений, необходимый для фильтрования, независимо от скорости потока. У мембран из политетрафторэтилена размер пор составляет 0,45 мкм.

Скорость фильтрования в зависимости от температуры составляет 18-22 л/м² в час, межмембранный перепад давления - около 0,5-0,8 бар, энергопотребление - 0,6 кВт/гл, что в большинстве случаев позволяет отказаться от охлаждения полученного пива или избыточных дрожжей противотоком. Температура фильтруемых дрожжей находится на уровне 5 - 6 °C во избежание их нежелательных изменений в сборнике для дрожжей. Естественное содержание CO₂ избыточных дрожжей можно поддерживать в установке для готового пива. Концентрация дрожжей повышается примерно с 10 до 18 % - более высокие концентрации могут при известных условиях негативно сказаться на свойствах готового пива.

Полученное молодое пиво характеризуется увеличением концентрации начального сусла примерно на 1 %, повышенной степенью сбраживания по сравнению с нормальным пивом, повышенным значением pH (примерно на 0,5), несколько более низким содержанием горьких веществ, но повышенным содержанием высокомолекулярных жирных кислот (примерно на 50 %). Цветность пива не меняется. Различия между пивом, полученным после фильтрования со свежесобранными дрожжами и с дрожжами, хранившимися на холоде в течение 3 сут, хотя и наблюдаются, но не сказываются (при их при внесении от 0,7 до 1,5 %, см. раздел 6.1.2.1) ни на одном из аналитических параметров пива. Во вкусовом отношении свежее и созревшее пиво дефектов вкуса не имеют. Свойства пивной пены не изменились даже через 3 и 6 мес. хранения продукта. Такие положительные результаты частично можно объяснить новой системой фильтрования, а частично - хранением дрожжей при температуре 5-6 °С не более 3 сут, а также их внесением в начальное сусло.

Современные системы фильтрования. Собственно кизельгуровый фильтр претерпел существенные изменения, которые положительно сказались на равномерности фильтрования (намыва) и на микробиологических показателях. Ресурс фильтров увеличился, а расход кизельгура снизился. Проблемой по-прежнему продолжает оставаться пыление при работе с кизельгуром, и с ней борются путем использования автомобилей-цистерн, силосов для кизельгура и отдельных помещений для внесения партий кизельгура в декарбонизированную воду перед подачей в дозирующие емкости. На небольших фильтровальных установках благодаря точному соблюдению технологии риск пыления незначителен. На стадии обработки кизельгура можно предпринять меры для заметного снижения пылеобразования. За исключением восстановления кизельгура при температуре 700-780 °С (см. раздел 4.2.2.1) многие многообещающие технологии не смогли пройти проверку практикой, так как они предусматривали проведение регенерации на самом пивоваренном предприятии, что требовало наличия производственных площадей.

В дополнительных фильтрах все шире применяются современные системы фильтров глубокого фильтрования (в большинстве случаев в виде свечных фильтров с различным размером пор), включая тонкое фильтрование или трехступенчатые установки для стерилизации пива, которые более экономичны, чем традиционные пластинчатые фильтрами или фильтр-прессы.

В некоторых случаях кизельгуровый фильтр заменяют микрофильтром для тангенциально-поточного фильтрования (с предварительно подсоединенной центрифугой или без нее) после достижения производительности 1 гл/м² в час, однако проблема стабилизации пива еще нуждается в дополнительных исследованиях.