３Ｍ Betapure ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ
NT-Tシリーズの特性評価：ビール醸造所における珪藻土トラップフィルター
TMTM

序章

珪藻土フィルターは、リーフフィルター、または一次フィルターしかし珪藻土フィルターの欠点の一つとして、ビール中への珪藻ターの一つです。世界中で生産されるビールの大部分は、低温きないほどの濁りや沈殿物の発生といった問題が生じます。これ土粒子の流出が挙げられます。一旦流出してしまうと、許容でと呼ばれることもあり、現代の醸造所で最も普及しているフィルを防ぐため、珪藻土トラップまたはろ過フィルターを珪藻土フィル殺菌の有無に関わらず、珪藻土フィルターを通過します。

ターの下流に設置し、濁りのないビールタンクを維持しています。

背景

米国の大手醸造所でフィルターを珪藻土トラップ用途に用いる過しかしNT-T シリーズのフィルターカートリッジでは、表面に過剰評価を実施しました。このフィルターは、世界中の醸造所で一般両方において、非常に満足してお使い頂いております。

プスフィルターです。

をどのように捕捉するのかその仕組みについて以下にご説明しま

程で、３M ™ Betapure ™ NT-T シリーズフィルターカートリッジのな量の珪藻土が付着せず、フィルターの寿命とビールの品質の的に使用されている絶対ろ過精度 5.0 μ m のポリプロピレン製デ

今回、NT-T シリーズのフィルター設計の説明に加えて、珪藻土多くの醸造所で用いられていた珪藻土トラップフィルターでは、す。

が付着します。

を40インチサイズのフィルターを36 本使用して珪藻土をろ過していったんフィルターが詰まってしまうとその表面に大量の珪藻土

なお、実験はビール 70 万 ~81 万リットル（6000 ～ 7000バレル）います。

３M ™ Betapure™ NT-T シリーズフィルターカートリッジの設計
NT-T シリーズフィルターカートリッジは、醸造所で必要とされるさせる機能を持つネットとを組み合わせ、それが複数層積みように設計されています。

さらに不織布上に流路となる孔を効果的に配置することで、高い珪藻土粒子捕捉能力に加え、安定した絶対ろ過精度をもつ重なったデプスタイプの構造を持ちます。

このフィルターは独自のポリプロピレン不織布と流体を分散

外層から内層への流体の移動が大きくなり、より効率的なろ過を可能にします（図 1）。
流路となる孔液体の流れ

分配ネット
不織布
図 1. ３M ™ Betapure ™ NT-T シリーズフィルターカートリッジの設計
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３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

３M ™ Betapure™ NT-T シリーズ
フィルターカートリッジの設計（続き）

NT-T シリーズのフィルターカートリッジは、大きく３つの異なる層が合わさった構造を持ち、それぞれの層はポリプロピレン不織布とネットから形成されています。
（図２）。外側および中間層は、ポリプロピレン不織布と流体を分散させる機能を持ったネットとが交互に複数層巻き付けられています。

その各層では、流体の一部が不織布を通過する一方で、残りの流体は不織布上の孔を通って次の層へと直接送達されます。ネット層により、縦方向および横方向への流路が生じるため、流体の流れは一つ一つの層の表面を覆うように均等に分配されます。

図 2. ３M ™ Betapure ™ NT-T シリーズフィルターカートリッジの設計

NT-T シリーズフィルターカートリッジは一般的な糸巻きフィル

フィルターは何か月もの間連続使用が可能かつ、ライフ期間終了用している期間中、記載されている絶対ろ過精度を維持します。

た珪藻土粒子をフィルター内に保持し続けることが、ろ過精度をまで一貫して用いることが要求されます。そのため、一度保持しターや従来のメルトブローフィルターとは異なり、フィルターを使維持する観点で非常に重要となります。しかし一般的な糸巻きま

なお、NT-T シリーズフィルターカートリッジの絶対ろ過精度は、

たはメルトブローフィルターでは、フィルター全体に差圧がかかASTM 規格に準拠したフィルター性能試験（ASTM STP 975）によって規格されています。

るとそれ以前に保持していた粒子が離脱してしまうことが知られ初期のベータ値は 1000となる粒子径でその除去効率は 99.9%

一般的に粒子の離脱は、固定されていない糸やポリプロピレンています。

絶対ろ過精度について、NT-T シリーズフィルターカートリッジの繊維からなるフィルターで生じます。圧力が高くなると糸や繊維に相当します。加えて、珪藻土粒子の捕捉に伴いフィルターに差が移動、圧縮されて間隙が生じ、捕捉されていた粒子が濾液中圧がかかった場合においても、フィルターを交換するまでの間はに流出するためです。ビール製造では断続的に濁りが生じます

初期値である 99.9% の除去効率を維持します。

が、その典型的な原因はこの捕捉粒子の離脱によるものです。

そしてこのように濁りが生じたビールはほとんどの醸造所で廃棄となっています。

右グラフ1 が示すように、３M ™ Betapure ™ NT-T シリーズフィル

ターカートリッジは、フィルター使用期間中は絶対ろ過精度を維1200持し、差圧が高くなった場合でも粒子を捕捉し続けます。

グラフ 1. 20μm フィルターのベータ値の比較

1000

これに対してフィルター A、B、Cでは差圧の上昇に伴いベータ値が低下します。差圧上昇に伴い捕捉された粒子の解離、またベータ値は濾過効率の低下が生じるためです。

Betapure NT-T

800

フィルターA

フィルターB

600

フィルターC

400
2000

initial0.5110フィルター A：PE 製メルトブローフィルター（コア・孔有）フィルター B：PE 製密度勾配型メルトブローフィルター（コア無し）
フィルター C：10 μm 糸巻きフィルター（公称ろか精度、綿製）

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３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

材料と試験方法

光学実体顕微鏡分析

SEM/EDS 分析

ターカートリッジの 1つを、カートリッジの長さに対して垂直となルを無作為に選択し、走査型電子顕微鏡（SEM）で観察しました。

本試験で使用した 14 層構造のフィルターカートリッジの層のうコントロール（比較基準）として、未使用の３M ™ Betapure ™

前述したようにこのフィルターカートリッジは不織布とネットが交で観察しました。

米国の大手醸造所の初期試験で使用された NT-T シリーズフィル

実体光顕微鏡で観察した後、不織布層 1, 4 および 6 からサンプるように切断し、光学実体顕微鏡（SLM）を用いて分析しました。

試料は、スパッタコーターを用いて調製しています。

ち、2 、5、10 層目の表面写真を撮影しました（写真 3B~3D）。

NT-T シリーズフィルターカートリッジを準備し、同じ手順・方法互に積層した構造となっています。

結果と考察：フィルターカートリッジの断面写真と捕捉物の分析

フィルターカートリッジの断面写真より、茶色の物質がカートリッジの深さ約 2/3 程度まで浸透していることが確認されました（図3A）。

捕捉された物質は茶色の粉末状の物質で、最外層で最も多く、内層（下流中央）に向かって徐々に減少し、約 10 層目まで捕捉茶色の物質されていることが観察されました（図 3A 参照）。

それぞれの層の表面観察により、カートリッジ層 1, 4, 6 の上流側の表面を覆っているのは、主に茶色の微粒子であることが確認されました。この汚染物質はカートリッジの 4 層目および 6 層目よりも、最外層である 1 層目でより多く観測され、カートリッジの深さに応じて汚染物質のレベルが低下していることがわかりました（図 3B~3D 参照）。

3A. ３M ™ Betapure ™ NT-T シリーズフィルターカートリッジの断面図

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３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

各層の表面観察：茶色粉状物質の捕捉

3B. 2 層目：茶色の捕捉物がはっきりと観察される

3C. 5 層目：２層目と比較して少量の捕捉物が観察される

3D. 10 層目：視認できない程度の捕捉物

SEM 試験

SEM 観察の結果、観察した三つの層すべてに見られる微粒子の大部分が珪藻土であることが判明しました（図 4-6）。また高倍率での観察により、微生物の集合体を含むアモルファス状の汚染物質も観察されました（図 4C-6C）。

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３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

図4SEM 写真：第１層（最外層）の観察

4A. 使用済みフィルターの 1 層目

4B. 未使用フィルターの 1 層目

4C. 使用済みフィルターの 1 層目（高倍率）：
微生物を含むアモルファス状物質の観察

4D. 未使用フィルターの 1 層目（高倍率）5３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

図 5SEM 写真：第 4 層の観察

5A. 使用済みフィルターの第 4 層

5B. 未使用フィルターの第４層

5C. 使用済みフィルターの第４層（高倍率）

5D. 未使用フィルターの第４層（高倍率）6３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

図6

SEM 写真：第 6 層の観察

6A. 使用済みフィルターの第６層

6B. 未使用フィルターの第６層

6C. 使用済みフィルターの第６層（高倍率）

6D. 未使用フィルターの第６層（高倍率）7３M ™ Betapure ™ ポリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズ 技術概要

フーリエ変換赤外分光法（FTIR）

フーリエ変換赤外分光法を測定したところ、NT-T シリーズフィルターカートリッジのほとんどの層で発見された茶色の粉末状物質のスペクトルと珪藻土のスペクトルとが一致しました（図 7）。これにより、フィルターで捕捉された茶色の粉末状物質が珪藻土粒子であると判明しました。
（注：一番下のスペクトルは FTlRライブラリの珪藻土のリファレンスより引用）

スペクトル吸収（cm-1)

図７

Wavenumbers（cm-1）

結論

米国の大手醸造所の初期試験で使用された３M ™ Betapure ™ ポ

一方で汚染物質がフィルターカートリッジの最内層まで貫通してリプロピレン不織布デプスフィルターカートリッジ NT-T シリーズいないことから、選択された NT-T シリーズフィルターのグレード

主に珪藻土であり、珪藻土トラップフィルターとして設置された染物質を漏れなく確実に捕捉していることがわかりました。の分析を行った結果、フィルターカートリッジ層上の捕捉物質はフィルターとしては予想通りの結果となりました。加えて、微生が、ビールに含まれていた珪藻土やカーボン粒子、その他の汚このように米国の大手醸造所において３M ™ Betapure ™ NT-T シ物の集合体を含むアモルファス状の汚染物質も検出されました。

リーズフィルターカートリッジは、フィルターの寿命とビールの品の約 3 分の 2 の層まで捕捉物質が浸透していることが確認されま

日本においてもクラフトビール等ビール醸造所においても評価検

表面観察により、使用後の NT-T シリーズフィルターカートリッジした。このようにフィルターカートリッジ内部のかなりの深さの層まで汚染物質を浸透させ、カートリッジを最大限に利用すること質の両方の点で非常に満足してお使い頂いております。
討をお勧めします。

で、フィルターの寿命を延ばすことが可能となります。

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本書に記載してある事項、技術上の資料並びに勧告はすべて、当社の信頼している実験に基づいていますが、その正確性若しくは完全性について絶対的な保証はしません。
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