PROCESS FOR THE FILTRATION OF BEVERAGES

Abstract: 1. A process for the filtration of beverages, in particular beer, according to the settling filtration process, characterized in that an agent is used as the filter auxiliary which partly or completely consists of fibres of practically pure silica having a staple length of from about 30 to 7,000 mu m a diameter of from about 4 to 20 mu m, which fibres are obtained by dry-spinning aqueous soda-water glass and treating the resulting water glass fibres with aqueous, hydrogen ion-containing acid or salt solutions to convert the sodium silicate into silica.

Description: Filterhilfsmittel für die Filtration von Getränken und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft ein Filterhilfsmittel auf der Basis von anorganischen Fasern für die Filtration von Getränken, insbesondere von Bier nach dem Anschwemm-Filtrationsverfahren. Es ist bekannt, Getränke, insbesondere Bier, unter Einsatz sogenannter Filterhilfsmittel nach dem Verfahren der Anschwemm Filtration zu filtrieren. Als Filterhilfsmittel werden z.B. Kieselgure, Perlite, Asbest und Cellulosefasern allein oder in Kombination miteinander verwendet. Für die Bierfiltration kommen bevorzugt Kieselgurgemische mit Asbest oder Cellulose zum Einsatz. Bei der Anschwemmfiltration werden als Filter z.B. horizontal oder vertikal angeordnete Platten oder vertikal hängende bzw. stehende Kerzen eingesetzt, auf denen man durch Anschwernmen von Filterhilfsmittel eine oder mehrere Schichten aufbaut, die der Filtration dienen. So kann man z.B., wie es häufig bei der Filtration von Bier durchgeführt wird, zunächst eine erste Voranschwemmung aus Grobgur, sodann eine zweite Voranschwemmung, bestehend aus mittelfeinem Gur oder einer Mischung aus Fein- und Grobgur mit Wasser auftragen und sodann die Filtration des Bieres auf die Weise durchführen; dass man dem trüben Bier vor dem Eintritt in das Filter laufend eine mittelfeine Gur bzw. ein Gemisch aus Grobund Feingur zudosiert, welches 2 bis 10 Gew.-% Fasermaterial, wie Asbest oder Cellulose enthalten kann. Häufig wird auch der ersten Voranschwemmung ein faserförmiges Filterhilfsmittel, z.B. Asbest, in Mengen von 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Grobgur, zugesetzt. Die Voranschwemmung kann auch aus einem fasrigen Filterhilfsmittel allein bestehen. Für die Filtration von Getränken wie Bier werden drei Hauptforderungen aufgestellt: 1. Lange Filterstandzeit 2. Befriedigende Mengenleistung ausgedrückt in hl/m2#Zeit 3. Möglichst quantitatives Abtrennen der durch die Filtration zu beseitigenden unerwünschten Bestandteile. Als faserförmiges Filterhilfsmittel wird zur Zeit vorzugsweise Asbest eingesetzt, der eine ganze Reihe von Nachteilen aufweist. Asbest baut sich bekanntlich aus äusserst feinen Einzelfibrillen auf, und es ist deshalb nicht zu vermeiden, dass einzelne Asbestpartikel bei der Filtration mit der zu filtrierenden Flüssigkeit durch das Filter gelangen. Mit sehr feinen Analysenmethoden war es möglich, in einer ganzen Reihe von filtrierten Getränken, wie z.B Wein, Asbest nachzuweisen. Gegen die Verwendung von Asbest sind in der letzten Zeit aus Gründen des Umweltschutzes erhebliche Bedenken vorgebracht worden. Asbest ist gesundheitsschädlich, insbesondere krebserregend oder krebsfördernd. Diese Gefahren bestehen vor allem bei der Gewinnung und bei dem Aufarbeiten von Asbest. Man rechnet mit Massnahmen des Gesetzgebers, die zum Ziele haben sollen, in absehbarer Zeit den Einsatz und die Verarbeitung von Asbest entweder vollständig zu verbieten oder weitgehendst auszuschliessen. Ganz abgesehen von diesen Gründen ist Asbest auch ein Rohstoff, der nicht in unbegrenzten Mengen zur Verfügung steht. Der Einsatz von Cellulose anstelle von Asbestfasern in Filterhilfsmitteln weist den Nachteil auf, dass man,um annähernd gleiche Filtereffekte wie mit Asbest erreichen zu können, teilweise mehr als die siebenfache Menge an Cellulosefasern einsetzen muss. Dies bedeutet, dass die Filterschichten erhekr lich dicker werden als bei einer Verwendung von Asbest, wodurch die Filterstandzeit herabgesetzt wird. Es besteht somit noch das Bedürfnis nach Filterhilfsmitteln, die kein Asbest enthalten und die eine gute und einwandfreie Filtration von Getränken ermöglichen. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein asbestfreies Filterhilfsmittel zur Verfügung zu stellen, das hohe Filterstandzeiten, eine gute Mengenleistung und ein einwandfreies Abtrennen der unerwünschten Bestandteile ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein anorganische Fasern enthaltendes Filterhilfsmittel für die Filtration von Getränken, insbesondere von Bier nach dem Anschwenmfiltrationsverfahren gelöst, das durch Fasern aus praktisch reiner Kieselsäure mit einer Stapellänge von etwa 30 bis 7000 ¯um und einem Durchmesser von etwa 4 bis 20/um gekennzeichnet ist. Die Kieselsäurefasern weisen vorzugsweise eine Stapellänge von etwa 100 bis 3000/um auf. Besonders geeignet sind Kieselsäurefasern einer Stapellänge von etwa 200 bis 1400#um und eines Durchmessers von 11 bis 18 Am. Es ist günstig, wenn das Filterhilfsmittel 2 bis 10 Gew.-% Kieselsäurefasern enthält. Das Filterhilfsmittel kann 2 bis 10 Gew.-% Kieselsäurefasern und 98 bis 90 Gew.-% Kieselgur enthalten, wobei 3 bis S Gew.-% Kieselsäurefasern 97 bis 95 Gew.-% Kieselgur bevorzugt werden. Anstelle von Kieselgur kann auch Fällungskieselsäure, Perlite oder andere Filterhilfsmittel verwendet werden. Es ist möglich, die Kieselgur durch die erwähnten Filtermittel ganz oder teilweise zu substituieren. Den Kieselsäurefasern kann im Rahmen der Erfindung bis zu 50 Gew.-8 Faserkurzschnitt aus organischen Fasern beigemengt sein. Die Kieselsäure fasern werden vorzugsweise als nasszerkleinerte Fasern eingesetzt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gelangen Kieselsäurefasern zum Einsatz, die erhalten worden sind nach demdem Herstellungsverfahren der deutschen Patentan meldung P 29 00 991.4 vom 12.1.1979. Die in dem Filterhilfsmittel gemäss der Erfindung vorhandenen Kieselsäurefasern haben vorzugsweise eine Oberfläche von etwa 15 bis 350 in2/g. Zur Herstellung eines Filterhilfsmittels aus organischen Fasern für die Getränkefiltration, insbesondere die Bierfiltration nach dem Anschwemmfiltrationsverfahren kann gemäss der Erfindung ein Verfahren dienen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Kieselsäurefasern, die durch Trockenverspinnen von wasserhaltigem Natronwasserglas und Behandeln der erhaltenen Fasern zur Unwandlung des Natriumsilikats in Kieselsäure mit wässrigen wasserstoffionenhaltigen Säure- oder Salzlösung erhalten worden sind und einen Durchmesser von 4 bis 20 pin aufweisen, durch Nasszerkleinern auf eine Stapellänge im Bereich von etwa 30 bis 7000 pm bringen. Vorzugsweise werden dabei die Kieselsäurefasern durch Nassvermahlen auf eine Stapellänge im Bereich von etwa 100 bis 3000 Mm gebracht. Zur Herstellung der als Filterhilfsmittel eingesetzten Kieselsäure fasern wird zunächst insbesondere nach einem Verfahren gemäss der deutschen Patentanmeldung P 29 00 991.4 vom 12.1.1979 eine Kieselsäurefaser hergestellt, die einen Durchmesser von etwa 4 bis 20 Fm aufweist. Der Durchmesser der Kieselsäurefaser lässt durch entsprechendes Variieren der Fördermenge des Natronwasserglases beim Spinnen und durch Einstellen eines entsprechenden Verzugs regulieren. Die auf diese Weise erhaltenen Endlosfasern werden sodann in nassem Zustand zu einem sogenannten Kurzschnitt zerkleinert, wobei beispielsweise ein üblicher rotierender Messerkranz zum Einsatz gelangen kann. Besonders günstig ist es, wenn man die Filamente in Wasser aufschwemmt und diese Aufschwemmung einer Nasszerkleinerung insbesondere einer sogenannten Nassvermahlung unterzieht; diese kann z.B. in einer Vorrichtung wie einem Henschel-#4ischer durchgeführt werden, der im wesentlichen aus einem Behälter und rotierenden Werkzeugen besteht. Ein solcher Mischer z.B. der Henschel-Fluidmischer Type FM150 D ist im Handel z.B bei der Firma Henschel-Werke GmbH, Kassel erhältlich. Die erfindungsgemässen Filterhilfsmittel können einen kleineren Anteil Fasern mit Längen ausserhalb des beanspruchten Bereichs enthalten. Die zerkleinerten Fasern können sodann direkt, vorzugsweise jedoch in Mischung mit Kieselgur oder gefällter Kieselsäure sowie gegebenenfalls anderen organischen Fasern als Filterhilfsmittel zum Einsatz gelangen. Unter Kieselsäurefasern im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Fasern zu verstehen, die als Hauptbestandteil SiO2 oder polymere Kieselsäurekomplexe (SiO2)n enthalten, wie sie formal gesehen durch Kondensation. von Orthokieselsäure entstehen. Vorzugsweise haben die Kieselsäurefasern der vorliegenden Erfindung im getrockneten Zustand einen Si02-Gehalt von über 95 Gew.-%, insbesondere über 98 oder sogar 99,5 und mehr Gew.-%. Die Kieselsäurefasern brauchen nach ihrer Herstellung, d.h. dem Trockenverspinnen von Wasserglas, Behandeln mit Salzsäure und Waschen mit Wasser und dem Zerkleinern nicht getrocknet zu werden und können somit mit entsprechend hohen Wassergehalten eingesetzt werden. Es können adsorbiertes Wasser enthaltende und/oder nur SiOH Gruppen aufweisende Fasern eingesetzt werden, welche z.B. aus Natronwasserglasfasern nach Behandlung mit verdünnter Salzsäure und Trocknen bei Temperaturen bis etwa 1200C entstehen. Es ist auch möglich, bei höheren Temperaturen z.B. über 8000C getemperte, praktisch wasserfreie und SiOH-gruppenarme Kieselsäurefasern einzusetzen. Die Fasern sind vorzugsweise praktisch frei von sonstigen Oxiden wie Al203, M90 usw. Es war besonders überraschend, dass die Erfindung den Aufbau eines ausgezeichneten Filterkuchens mit Fasermengen erlaubt, die gleich oder sogar geringer sind,als es beim Einsatz von Filterasbest üblich ist. So kann z.B. bei der Verwendung von Grobgur und Kieselsäurefasern ein Filterkuchen aufgebaut werden, der sehr grosse Festigkeiten und einen hervorragenden Zusammenhalt besitzt, so dass er nach Abschluss der Filtration mühelos und ohne Rückstände von der Filterstützschicht entfernt werden kann. Dies war nicht zu erwarten, da die Kieselsäurefaser weder aus hochfeinen Einzelfibrillen aufgebaut ist, auf die man beim Einsatz von Asbest als Filterhilfsmittel die Verfilzung zurückführt, noch eine entsprechende Kräuselung besitzt, die bei der Verwendung von Cellulosefasern den Zusammenhalt des Filterkuchens fördert. Das Kuchenvolumen ist relativ gross, was darauf hinweist, dass ausreichend Zwischenraum im Filterkuchen vorhanden ist, wodurch ein guter Filtereffekt erzielt wird, nämlich Durchsatz einer hohen Flüssigkeitsmenge bei gleichzeitig grosser Klärschärfe und langen Filterstandzeiten. Die Durchflusswerte sind ausgezeichnet. Das erfindungsgemässe Filterhilfsmittel erlaubt auch eine gute Dosierung während der Filtration. Es können übliche Sorptionsmittel mitverwendet werden. Die Kompressibilität des Filtermaterials ist günstig. In vielen Fällen ist es möglich, mit weniger Filterhilfsmittel auszukommen, als das bisher der Fall war, so dass sich Einsparungen sowohl bei der Primär- als auch bei der Sekundäran schweinmung, sofern eine solche erforderlich ist, erzielen lassen. Das Filterhilfsmittel kann bei allen üblichen Filtern, z .B. Schichtenanschweinmfilter, Kesselanschwemmtfilter,Rahmen- filter und Spaltfiltern u.dgl. eingesetzt werden. Beim Dosieren lassen sich ohne weiteres die für die Bierstabilisation üblichen Hilfsmittel mitverwenden. Ein Aufspalten in kleine Einzelfibrillen und Partikel, wie das beim Asbest der Fall ist, findet nicht statt, so dass kaum eine Gefahr besteht, dass Kieselsäurepartikel mit in das Filtrat gelangen. Der Filterkuchen ist weitgehend unempfindlich gegenüber Druckstössen und Gelägereinzug. Beim Filtrieren erhält man ein klares Filtrat, so dass die Getränke, was insbesondere beim Bier von grosser Bedeutung ist, lange Zeit lagerstabil sind. Das Filterhilfsmittel gemäss der Erfindung ist geschmacksneutral, so dass durch die Filtration der Geschmack des Getränkes nicht zu seinem Nachteil verändert wird. Es lässt sich bei der Filtration aller üblichen Getränke, insbesondere auch bei der Klärung von obergärigem und untergärigem Bier einsetzen. Es kann als Hilfsmittel auch bei der Würzefiltration verwendet werden. Die Oberfläche, gemessen nach BET, kann über 300 in2/g betragen, jedoch sind die Porendurchmesser so klein, dass die innere Oberfläche für die Adsorption von Bierinhaltsstoffen nicht wirksam werden kann. Die BET-Methode wird z.B. in J.Am.Chem.Soc. 60, 309-319 (1938) beschrieben. Der Aufbau des Filterkuchens unter Verwendung des erfindungsgemässen Filterhilfsmittels ist sehr homogen; dar Filterkuchen weist praktisch keine oder nur sehr geringe Kompressibilität auf und lässt sich gut biegen, ohne dass er dabei bricht. Ein weiterer Vorteil des Filtermittels ist, dass die Kieselsäurefasern sehr preisgünstig zugänglich sind und im Gegensatz zu Asbest in praktisch unbegrenzten Mengen zur Verfügung stehen. Umweltprobleme stellen sich bei der Herstellung und beim Einsatz der Filterhilfsmittel gemäss der Erfindung nicht. Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert: Beispiel 1 Gemäss Beispiel 1 der deutschen Patentanmeldung Aktenzeichen P 29 00 991.4 wird zunächst unter Verwendung einer Düse mit 60 Bohrungen mit einem Durchmesser von 130 Alm eine Wasserglasfaser hergestellt, wobei der Verzug 41,5 und die Abzugsgeschwindigkeit 500 m/min betragen. Mit dieser Geschwindigkeit werden die Fäden auch aufgespult. 5 kg dieser Wasserglas fasern werden von den Spulen abgestreift und eine Minute mit 1 n Salzsäure von 250C behandelt, sodann mit destilliertem Wasser gewaschen, bis das Waschwasser chloridfrei ist. Zur Herstellung von Faserkurzschnitt dient ein 150 1 fassender Henschel-Mischer. Die noch feuchten, aus 5 kg Wasserglasfasern hergestellten Kieselsäurefasern werden in 70 Liter Wasser aufgeschlämmt und 10 Minuten mit 1500 U/min in dem Henschel-Mischer vermahlen. Nach Entfernen des Wassers durch Abschleudern werden die Fasern getrocknet. Man erhält dabei Kieselsäure fasern mit folgendem Aufbau: Durchmesser von 11 bis 18zum, Stapellängen von 30 bis 2500 g , wobei das Maximum der Stapellängenverteilung zwischen 200 und 1400,um liegt. Die folgenden Vergleichsfiltrationen wurden mit einem üblichen Seitzfilter, dessen Stützschichtenmasse 60 x 60 cm2 und dessen Filterfläche 16,7 m2 betrugen, durchgeführt. Die Filterleistung lag zwischen 50 bis 45 hl/Stunde. Pro Filtration wurden ca. 200 hl Bier filtriert. Für die Filtrationen nach Beispiel 2 und 3 wurden gleiche, normalgelagerte Biere verwendet. In Beispiel 4 wurde ein Bier mit etwas kürzerer Lagerzeit eingesetzt, das entsprechend weniger gut vorgeklärt war. Beispiel 2 (Vergleichsfiltration unter der Verwendung von Asbest) Auf übliche Weise wurde eine erste Voranschwemmung mit 3 kg Grobgur (ca. 180 g/m2) und 0,35 kg Asbest (21 g/m2) durchgeführt. Zur zweiten Voranschwemmung dienten 9 kg mittelfeine Gur (540 g/m2 > . Die Filtration wurde mit einer laufenden Dosierung von 120 g mlttelfeine Gur/hl durchgeführt. Beispiel 3 Die Filtration wurde im wesentlichen wie in Beispiel 2 durchgeführt, jedoch wurden anstelle von 0,35 kg Asbest 0,35 kg Kieselsäurefasern eingesetzt. Die Kieselsäurefasern hatten folgende Eigenschaften: Oberfläche 310 in2/g, Porenvolumen O,12, ml/g, Faserdurchmesser zwischen 11 bis 19 m, Stapellangen zwischen 30 und 2500 m, wobei die Hauptmenge zwischen 200 und 1400 m lag. Beispiel 4 Es wurde eine erste Voranschwemmung mit 3 kg Grobgur (180 g/mê) und 0,35 kg Kieselsäurefasern (21 g/m2) durchgeführt. Die Kieselsäurefasern hatten folgende Eigenschaften: Oberfläche nach BET 17 in2/g, Porenvolumen 0,2 inlig, Faserdurchmesser zwischen 12 und 16 m, Stapellängen zwischen 50 und 520O#, wobei die Hauptmenge zwischen 650 und 2600 m lag. Zur zweiten Voranschwemmung dienten 9 kg mittelfeine Gur (540 s/m2, Die Filtration wurde mit einer laufenden Dosierung@von 140 g mittelfeine Gur/hl und 6 g Kieselsäurefasern/hl durchgeführt. Die Kenndaten der Kieselsäurefasern waren: Oberfläche nach BET 18 m2/g, Porenvolumen 0,15 ml/g Faserdurchmesser 10 bis 15,wen Stapellängen 17 bis 1 750zum (Hauptmenge etwa 30 bis 350 ssIm). Die Filtrationen zeigten folgende Ergebnisse: Die filtierten Biere nach Beispiel 2 und 3 unterschieden sich in Geschmack und Farbe. Das mit Asbest filtrierte Bier war deutlich heller und weniger voll im Geschmack. Die Resttrübe war in beiden Bieren gleich und lag im Filtrationsverlauf zwischen 0,25 bis 0,3 EBC-Einheiten. Die organische Substanzmenge betrug im Filterkuchen des Beispiels 2 9,5 bis 16 % und im Filterkuchen des Beispiels 3 9,1 bis 15 % bezogen auf den Glührückstand. Es wurden 9 Filterkuchenproben auf organische Substanz untersucht, d.h. der Glühverlust einer bei 180 C getrockneten Probe. Nach der Filtration wurden an jeweils 3 Filterschichten an 3 äquivalenten Stellen, nämlich Filtereinlauf, -mitte und -auslauf Proben entnommen. Das Ausgangsbier in Beispiel 4 hatte eine kürzere Lagerzeit und enthielt mehr Trübstoffe. Durch die geringe Dosierung von relativ kurzen Kieselsäure fasern blieb die Filterleistung (189 kl/4 Std.) ohne Erhöhung der Resttrübe gleich, trotz höherer Trübstoffmenge im unfiltriertem Bier und höherer Gurdosierung. Die Resttrübe betrug wie in den vorangegangenen Bieren der Beispiele 2 und 3 0,25 bis 0,3 EBC-Einheiten. Die organische Substanzmenge lag entsprechend höher zwischen 13 und 21 % bezogen auf den Glührückstand. Es wurden 12 Filterkuchenproben verwendet, die, wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben, von 4 Filterkuchenschichten an den drei charakteristischen Stellen entnommen wurden.

Claims: Patentansprüche 1. Anorganische Fasern enthaltendes Filterhilfsmittel für die Filtration von Getränken, insbesondere von Bier nach dem Anschweinm-Filtrationsverfahren, gekennzeichnet durch Fasern aus praktisch reiner Kieselsäure mit einer Stapel länge von etwa 30 bis 7000 #rn und einem Durchmesser von etwa 4 bis 20 oLm. 2. Filterhilfsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kieselsäurefasern einer Stapellänge von etwa 100 bis 3000 ihm. 3. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, gekenn zeichnet durch Kieselsäurefasern einer Stapellänge von etwa 200 bis 1400um und einem Durchmesser von etwa 11 bis zum 4. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekenn zeichnet durch 2 bis 10 Gew.-% Kieselsäurefasern, 5. Filterhilfsmittel nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch 2 bis 10 Gew.-* Kieselsäurefasern und 98 bis 90 Gew.-% Kieselgur. 6. Filterhilfsmittel nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch 3 bis 5 Gew.-* Kieselsäurefasern und 97 bis 95 Gew.-% Kieselgur. 7. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselgur ganz oder teilweise durch Fällungskieselsäure, Perlite oder andere Filter hilfen substituiert ist. 8. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekenn zeichnet durch Kieselsäurefasern, denen bis zu 50- Gew.-% Faserkurzschnitt aus organischen Fasern beigemengt ist. 9. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekenn zeichnet durch nasszerkleinerte Kieselsäurefasern. 10. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekenn zeichnet durch Kieselsäurefasern, erhalten nach dem Her stellungsverfahren gemäss der deutschen Patentanmeldung P 29 00 991.4 vom 12.1.1979. 11. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekenn zeichnet durch Kieselsäurefasern mit einer Oberfläche von etwa 15 bis 350 in2/g. 12. Verfahren zur Herstellung eines Filterhilfsmittel aus anorganischen Fasern für die Getränkefiltration, insbec sondere die Bierfiltration nach dem Anschwemm-Filtrations verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass man Kieselsäure fasern, die durch Trockenverspinnen von wasserhaltigem Natronwasserglas und Behandeln der erhaltenen Fasern zur Umwandlung des Natriumsilikats in Kieselsäure mit wässrigen, wasserstoffionenhaltigen Säure- oder Salzlösungen erhalten worden sind, und einen Durchmesser von 4 bis 20,um auf weisen, durch Nasszerkleinern auf eine Stapellänge im Bereich von etwa 30 bis 7000#um bringt. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kieselsäurefasern durch Nassvermahlen auf eine Stapellänge im Bereich von etwa 100 bis 3000 m bringt.

Inventors: STEENKEN, GERHARD, DR. DIPL.-CHEM., WEGERHOFF, ARNO, DR. DIPL.-CHEM.
Applicants: AKZO GMBH
Application year: 1980
Main classification: C12H1
IPC codes: B01D37, C12H1, B01J20