4. Фильтрование пива

Розлив созревшего пива осуществляют в транспортные емкости - бочки, кеги, бутылки или банки. Он осложняется тем, что после главного брожения и дображи-вания пиво находится в чане для добра-живания при низких температурах и определенном избыточном давлении, а также содержит CO₂. Пиво должно перекачиваться из чана для дображивания в транспортные емкости без потерь CO₂, и это требование может выполняться только при розливе под противодавлением и при низких температурах.

Пиво также должно сохранять не только безупречный вкус, но и прозрачность (с блеском). Естественным путем прозрачность пива может быть достигнута благодаря осветлению, происходящему при дображивании темных сортов пива (для светлых сортов оно не свойственно), и поэтому пиво осветляют искусственно, то есть его фильтруют или центрифугируют. Преимущественно применяют фильтрование, так как в этом случае из пива удаляются не только взвешенные частицы мути (высокомолекулярные белки в виде белковых соединений дубильных веществ и горьких веществ хмеля - хмелевые смолы), но и дрожжи. При искусственном осветлении можно также удалить присутствующие в пиве бактерии, способные привести к порче пива. Благодаря фильтрованию улучшаются свойства пива - оно становится более прозрачным, а в результате удаления взвесей биологической и небиологической природы повышаются его орга-нолептические свойства и стойкость.

Фильтр располагают на линии розлива между танком для дображивания и аппаратом розлива.

4.1. Теоретические основы фильтрования

Взвешенные частицы мути различают по степени фильтруемости, зависящей от их размера. При этом различают следующие вещества.

Крупные дисперсные частицы (размер более 0,1 мкм). При микроскопировании видно, что они представляют собой коагулированный белок дрожжей или бактерий.

Коллоидные вещества (размер от 0,001 до 0,1 мкм) большей частью обнаруживаются эмпирически в дегустационном бокале благодаря преломлению света (метод Тиндаля-Кегеля). Коллоидные вещества состоят из белковых соединений дубильных веществ, гумми-веществ и хмелевых смол. Снижение доли коллоидов улучшает физико-химические свойства пива, его стойкость, но снижает пенообразующую способность и полноту вкуса пива.

Молекулярные дисперсные частицы (размер менее 0,001 мкм) не обнаруживаются визуально и присутствуют в виде молекул или их цепей.

Методы искусственного осветления основаны на трёх различных процессах, которые применяют либо по отдельности, либо в их сочетании.

Седиментация. При центрифугировании благодаря центробежной силе отделяются крупные дисперсные частицы в зависимости от их диаметра и числа оборотов; отделения коллоидов не происходит.

Фильтрование. Возможность удержания всех частиц, превышающих по размеру поры фильтра, зависит от пропускной способности сита (фильтра). В зависимости от диаметра пор наряду с частицами мути могут удаляться также крупные коллоиды.

Адсорбция. С помощью адсорбции наряду с крупными дисперсными частицами (в зависимости от химического сродства к фильтровальному материалу или соответствующего электрического заряда) удаляются также коллоиды и даже растворённые вещества.

При использовании сочетания двух последних процессов можно задерживать на фильтре дрожжи и бактерии, а также крупные коллоиды. В этом отношении адсорбция изменяет структуру пива - чем незначительнее содержание коллоидов, тем лучше его физико-химическая стабильность и степень осветления, однако наблюдается ослабление пеностойкости и снижение полноты вкуса.

В зависимости от механизма осветления отделяются различные группы веществ, а также изменяется воздействие фильтровального материала в ходе фильтрования. Пропускная способность по мере забивания фильтра постепенно снижается (поры становятся всё меньше) и уменьшается влияние адсорбции. Адсорбция красящих веществ и ПАВ происходит очень долго. Значение pH под воздействием ионов воды, используемой для промывки, изменяется - гидрокарбонаты повышают pH пива, причем ионы Ca²⁺ могут стать причиной появления нежелательных оксалатных примесей. Адсорбционное воздействие фильтровального материала влияет не только на вещества, образовавшиеся при коллоидном помутнении пива вследствие сильного охлаждения, но и на сами коллоиды, обусловливающие пенообразующие свойства и полноту вкуса пива. После фильтрования вкус пива некоторое время бывает несбалансированным и зачастую горчит. Лишь через несколько суток вновь формируется гармоничный вкус, зависящий от степени дисперсности остаточных коллоидов. При очень тонком фильтровании адсорбирующими материалами наблюдается (скорее всего, из-за потери редуцирующих или горьких веществ) повышение стойкости пива к инфицированию на линии розлива.

Различные фильтрующие материалы - хлопок (масс-фильтры), целлюлоза (пластинчатые фильтры), кизельгур и перлит - различны по своей фильтрующей способности.

При использовании хлопкового фильтра существует возможность изменения пропускной способности фильтра за счет разной силы сжатия и давления на фильтровальный осадок. Хлопковый фильтр характеризуется слабой адсорбцией (но лучшей, чем кизельгур), но ее можно повысить благодаря добавлению целлюлозы и посредством увеличения длительности фильтрования.

Намывные фильтры с фильтрующими слоями благодаря сильному сжатию характеризуются высокой пропускной способностью. Степень адсорбции фильтрующих слоев зависит от подготовки их составных частей (целлюлозы и т. д.). Для гарантии желаемой адсорбции фильтрующая нагрузка на 1 м² должна быть незначительной.

Кизельгур практически не обладает адсорбционной способностью, но ее можно повысить благодаря добавлению целлюлозы, активированного угля или стабилизаторов. Пропускная способность кизельгурового фильтра зависит от выбора степени дисперсности кизельгура или перлита. Фильтрующая способность кизельгурового фильтра может относительно постоянно поддерживаться благодаря текущему дозированию вспомогательных фильтрующих средств.

Из-за различного воздействия фильтров при высоких требованиях к стойкости пива целесообразно разделять задачи по предварительному осветлению пива и по тонкому фильтрованию.

Способ осветления пива выбирают по способности мембранного фильтра с различным размером пор (0,2-12 мкм) отделять частицы мути, чему помогает опытное фильтрование в небольших объемах.

Проще всего провести тест, в рамках которого некоторое количество фильтрата фильтруется при постоянном давлении через мембрану с размером пор 0,2 мкм). По результатам этого теста определяется показатель G_max, служащий в качестве сравнительного показателя фильтруемости. При плохой фильтрующей способности он составляет ниже 10, а при хорошей - выше 50. Показатель G_max тесно связан с содержанием гелеобразного ß-глюкана (см. раздел 7.7.1.1). Содержание дрожжей в пиве может несколько исказить результаты в строну завышения.

В ходе другого теста нефильтрованное пиво фильтруют с постоянной скоростью через обычный производственной кизельгур и в течение определенного времени измеряют возникающее давление. При этом наблюдается хорошая взаимосвязь между результатами опытного фильтрования и реального. Для выявления степени влияния фильтрационного осадка (остатка на фильтре) по Райбле (Raible) пиво фильтруют 24 ч при 0 °С через металлическую ткань с размером пор 15 мкм, причем фильтрование через намывной фильтр ведется при постоянном давлении. По объему фильтрования и его длительности рассчитывают коэффициент фильтрования. По степени влияния остатка на фильтре экстраполируют удельный объем фильтрования. Данный тест применяют при выборе типа кизельгура.

Для обеспечения приемлемой степени фильтрования необходимо учитывать следующие обстоятельства.

Давление перед фильтром должно превышать давление насыщения пива CO₂ при соответствующей температуре. Давление перед фильтром в ходе фильтрования возрастает по мере забивания пор фильтра и уменьшения их размеров. При одной и той же производительности фильтра при этом усиливается скорость поступления фильтрата внутрь фильтра. Из-за высокого перепада давлений через фильтр могут «продавливаться» уже адсорбированные вещества и дрожжи. Необходима также достаточная фильтрующая поверхность. На увеличении давления сказывается также продолжительность фильтрования, поскольку давление зависит от степени мутности и коллоидной структуры пива. При фильтровании, например, инфицированного пива может понадобиться снижение скорости фильтрования.

Решающее значение при фильтровании имеет температура пива. Пиво в отделении дображивания при минусовых температурах по пути к фильтру и при фильтровании не должно нагреваться, иначе произойдет повторное растворение частиц мути, подлежащих удалению. Рекомендуется поэтому до фильтрования включить быстрое глубокое охлаждение, снижающее температуру промывной или деаэрированной воды (воды для намывания фильтрующего слоя), что позволит обеспечить необходимую в процессе фильтрования температуру.