СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ ПИВА
BEER FILTRATION METHOD

Настоящее изобретение относится к способу фильтрации пива, при котором изготавливаемое пиво в виде нефильтрата подают в фильтр.
При изготовлении пива путем фильтрации отделяют дрожжевые клетки и другие твердые вещества или компоненты, чтобы гарантировать заданную стойкость пива и не допустить последующего помутнения. До сих пор пиво фильтровали главным образом через намывные фильтры, например с помощью патронных фильтров. В таких намывных фильтрах в качестве фильтрующего вспомогательного вещества до сих пор применяют главным образом кизельгур. Вследствие токсичности диатомита (кизельгур) и проблем, связанных с его утилизацией, предпринимаются попытки минимизировать количество диатомита или же найти альтернативы этой технологии. Одной альтернативой являются, например, мембранные фильтры, которые, однако, обладают меньшей производительностью при фильтрации и, кроме того, очень быстро засоряются.
Исходя из этого, в основе настоящего изобретения лежит задача обеспечения улучшенного способа фильтрации пива, который предотвращает быстрое засорение фильтра и при котором необходимое количество фильтрующих вспомогательных веществ в намывных фильтрах может быть уменьшено.
Согласно изобретению эта задача решена посредством признаков п.1 формулы изобретения.
Благодаря тому, что изготавливаемое пиво перед подачей в фильтр подвергают процессу вибрационной обработки, в частности, уменьшается доля полисахаридов и протеинов, например бетаглюкана, что оказывает благоприятное влияние при фильтрации. В частности, благодаря процессу вибрационной обработки, уменьшается перепад давлений между входом и выходом фильтра, что означает, что фильтр засоряется не так быстро и, таким образом, не должен так часто очищаться и повторно подвергаться намыванию фильтрующим вспомогательным веществом. Количество требуемого фильтрующего вспомогательного вещества в намывных фильтрах может быть существенно уменьшено. В рамках настоящей заявки под понятием «изготавливаемое пиво» следует понимать как уже сброженное пиво, так и полуфабрикаты пива, например сусло.
Кроме того, в результате способа согласно настоящему изобретению удается увеличить объемную скорость потока или общий объем при фильтрации через фильтр.
Согласно предпочтительному варианту реализации в процессе вибрационной обработки изготавливаемое пиво помещают в емкость, в которой с помощью вибрационного элемента может создаваться вибрация. В указанном процессе, вибрационный элемент может, например, механически совершать возвратно-поступательные движения при вибрации или деформироваться электромеханическим способом, таким образом обеспечивая образование вибрации в жидкости.
min
max
Предпочтительно частоту f(t) вибрации вибрационного элемента модулируют в диапазоне от нижней частоты f до верхней частоты f.
Оказалось, что если частота модулируется между нижним и верхним значениями частоты, то указанный способ может проводиться особенно эффективно, а производительность фильтрации является особенно большой. Предпочтительно частоту f(t) вибрации модулируют синусоидально.
Частота f(t) вибрации может модулироваться с периодом в диапазоне от 0,1 до 5 минут, предпочтительно от 1 до 3 минут. Такая вибрационная обработка изготавливаемого пива оказалась особенно благоприятной.
При этом частотный диапазон предпочтительно находится в общем диапазоне от 30 до 220 Гц. Именно в этом диапазоне низких частот неожиданным образом наблюдали улучшенную фильтрацию. При этом согласно предпочтительному варианту реализации нижняя частота составляет 90 Гц, а верхняя частота 120 Гц. Разность между верхней и нижней частотами предпочтительно составляет при этом от 10 до 50 Гц.
-1
-2
Согласно предпочтительному варианту реализации нефильтрат фильтруют через намывной фильтр, предпочтительно патронный фильтр или мембранный фильтр. Такие фильтры пригодны, в частности, для фильтрации пива с целью его осветления и дают возможность отфильтровывания частиц в области от 10 до 10 мкм, так что надежно отфильтровываться могут также и дрожжи с размером частиц примерно от 5 до 10 мкм.
Согласно предпочтительному варианту реализации с целью осветления фильтрации подвергают пиво в виде нефильтрата после процессов брожения и выдерживания.
Предпочтительно нефильтрованное пиво подвергают процессу вибрационной обработки уже во время процесса варки, то есть при изготовлении сусла перед процессом брожения, или же после процесса варки, то есть после или возможно во время процессов брожения и выдерживания.
Изготавливаемое пиво подвергают вибрационной обработке при помощи по меньшей мере двух, предпочтительно трех или четырех вибрационных элементов, что оказалось особенно благоприятным.
Настоящее изобретение подробнее поясняется ниже со ссылкой на следующие чертежи:
фиг.1 - схематическая конструкция фильтровального устройства для реализации способа согласно настоящему изобретению;
фиг.2 - схематическая характеристика модулированной частоты f(t) вибрации;
фиг.3 - возможный общий частотный диапазон А, в котором может быть расположен частотный диапазон В;
фиг.4 - параметры фильтрации при сравнительном измерении фильтрации с процессом вибрационной обработки и без него.
На фиг.1 показано возможное устройство для реализации способа согласно настоящему изобретению, при этом здесь описывается способ с применением патронного фильтра 1. Однако настоящее изобретение не ограничено применением патронного фильтра, а так же хорошо подходит при применении с другим микрофильтром, например мембранным фильтром.
Как видно из фиг.1, патронный фильтр 1 содержит несколько вертикально расположенных в камере 4 для нефильтрата фильтровальных ячеек, которые в данном случае, например, расположены на разделительной пластине 14, при этом над камерой 4 для нефильтрата и разделительной пластиной 14 находится камера 5 для фильтрата. При фильтрации в патронном фильтре фильтрующее вспомогательное вещество намывают на поверхности полых фильтровальных ячеек 13, при этом нефильтрат направляется через фильтровальные ячейки 13, проходя через намывной слой, в камеру 5 для фильтрата и оттуда выходит из фильтра в виде фильтрата F. Для фильтрации в намывных фильтрах необходимо добавлять соответствующее количество фильтрующего вспомогательного вещества, например диатомита, с помощью дозирующего устройства 6 и дозирующего насоса 7. Устройство содержит далее насос для нефильтрата 8 для закачивания нефильтрата в емкость фильтра. Кроме того, устройство содержит регулирующий клапан 9 для регулирования скорости потока фильтрата F, а также, опционально, расходомер 10 для измерения потока фильтрата. Устройство включает в себя блок 11 управления системой, который в данном случае, например, соединен с насосом 8 для нефильтрата, дозирующим устройством 6, дозирующим насосом 7, регулирующим клапаном 9 и расходомером 10. При изготовлении пива микрофильтрацию можно осуществлять после процесса варки, в результате которого известным способом изготавливается сусло, и после брожения, в результате чего могут быть удалены содержащиеся в пиве дрожжевые клетки и другие твердые вещества. Такие вещества могут отфильтровываться, чтобы они не замутняли пиво. Поскольку дрожжи имеют размер частиц примерно от 5 до 10 мкм, использование микрофильтра, упомянутого выше, является необходимым.
Согласно настоящему изобретению перед фильтром 1 в направлении потока предусмотрен контейнер 2, в котором с помощью вибрационного элемента 3 могут создаваться механические колебания. В этом примере вибрационный элемент 3 выполнен в виде вибрационного стержня, который расположен в нижней части внутри контейнера 2. Естественно, может быть также предусмотрено использование нескольких вибрационных элементов. Они могут быть также расположены в других частях указанного контейнера. Существенным является лишь то, что изготавливаемое пиво, то есть последующий нефильтрат, подвергается колебаниям посредством вибрационного элемента. В осуществляемом процессе, вибрационный элемент 3 может совершать возвратно-поступательные движения во время того, как он вибрирует (например, как в бетономешалке). Вибрационный элемент 3 может быть электрохимически деформируемым. При помощи вибрационного элемента 3 вибрации распространяются в контейнере 2. Возможно также то, что вибрационный элемент воздействует на контейнер снаружи. Вибрационный элемент 3 может управляться при помощи блока 12 управления, который регулирует мощность вибрационного элемента, а также частотную характеристику.
Способ согласно изобретению поясняется подробнее ниже со ссылкой на фиг.1-3.
Вначале изготавливаемое пиво перед фильтрацией подают в контейнер 2, который содержит указанный выше вибрационный элемент 3. Контейнер 2 имеет вместимость, например, от 50 до 1000 гектолитров. В контейнере 2 изготавливаемое пиво подвергается процессу вибрационной обработки. Процесс вибрационной обработки может, например, осуществляться во время процесса варки для изготовления сусла, то есть еще перед брожением. В результате процесса изготавливаемое пиво или же сусло соотвественно подвергают колебаниям посредством вибрационного элемента 3. Процесс вибрационной обработки продолжается примерно от 5 до 60 минут. Мощность вибрационного элемента 3 находится в диапазоне от 0,1 до 3 кВт.
min
max
min
max
min
max
Оказалось, что частота f(t) должна находиться в низкочастотном диапазоне, например в диапазоне от 30 до 220 Гц, как указано на Фиг.3. Далее оказалось, что особенно благоприятным является модулирование частоты f(t) вибрации вибрационного элемента 3 в частотном диапазоне В от нижней частоты f до верхней частоты f, как это видно, например, из фиг.2. На фиг.2 частота синусоидально модулируется в диапазоне примерно от 90 Гц до 120 Гц с периодом в 2 минуты. Разность Δf между f и f составляет в данном случае 30 Гц. Такая вибрационная обработка оказалась особенно благоприятной и неожиданным образом, по-видимому, способствует уменьшению протеинов и полисахаридов. Безусловно, частотная характеристика вибраций не ограничена конкретным вариантом реализации, показанным на фиг.2. Указанный период может, например, находиться в диапазоне от 0,1 до 5 минут, предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 минут. Частотный диапазон В (в котором частота изменяется в зависимости от времени) от нижней частоты f до верхней частоты f может находиться в пределах показанного на Фиг.3 общего частотного диапазона А от 30 до 220 Гц, при этом Δf может составлять от 10 до 50 Гц.
Вибрационная обработка может осуществляться как непрерывно, так и скачкообразно.
После процесса вибрационной обработки изготавливаемое пиво отводят из контейнера 2, а затем, при необходимости, подают в следующие устройства для изготовления сусла, после чего изготавливаемое пиво, то есть сусло, подвергается брожению.
Далее, после процесса брожения изготавливаемое пиво, то есть нефильтрат U, при помощи насоса 8 закачивают в фильтр 1, при этом нефильтрат U, то есть изготавливаемое пиво, фильтруют известным способом с подачей фильтрующего вспомогательного вещества, например кизельгура (диатомита). Процесс вибрационной обработки мог бы также осуществляться непосредственно перед фильтрацией, то есть после брожения и выдержки, или во время них.
Благодаря тому, что нефильтрат, то есть изготавливаемое пиво, перед фильтрацией было подвергнуто процессу вибрационной обработки, при фильтрации получаются существенные преимущества. Например, давление между сторонами фильтрата и нефильтрата, ΔР=Р1-Р2, возрастает не так сильно, как в способах, известных из уровня техники, таким образом, что может быть достигнута лучшая производительность фильтрации, то есть более длительное время фильтрации. Фильтр, как следствие, засоряется не так быстро, так что частота очистки фильтра может быть уменьшена. Кроме того, требуется добавка меньшего количества диатомита, то есть фильтрующего вспомогательного вещества. Это является особенно важным преимуществом, в частности, с учетом токсичности и проблем, связанных с утилизацией диатомита. Даже если вместо патронного фильтра 1 применяется другой микрофильтр, например мембранный фильтр, в котором не требуется добавки фильтрующего вспомогательного вещества, преимущество состоит в том, что мембранный фильтр засоряется не так быстро. Благодаря этому перепады давлений между мембранами могут быть существенно уменьшены.
На фиг.4 сравниваются фильтрация согласно настоящему изобретению, в котором нефильтрат при его изготовлении был подвергнут процессу вибрационной обработки, с традиционным способом фильтрации.
Сравнительные фильтрационные опыты были произведены с пивом из одной партии солода. Один бродильный танк был заполнен стандартной варкой, которая не была подвергнута процессу вибрационной обработки. Следующий бродильный танк был заполнен варкой, которая во время процесса варки была подвергнута вибрационной обработке и воздействию колебаний. Частоту синусоидально модулировали от 90 до 120 Гц с периодом в 2 минуты, как было подробнее описано с отсылкой к фиг.2.
Для фильтрации был применен стандартный патронный фильтр фирмы Steinecker, типа Twinflow. Для исследования влияния вибрации на процесс фильтрации были созданы идентичные условия на фильтре в каждом случае. В случае стандартной варки и для варки, которая согласно изобретению была подвергнута процессу вибрационной обработки, на фильтр заново намывали одинаковую смесь диатомита. Система управления процессом 11 в качестве основной величины регулировала поток фильтрата на выходе из фильтра. Количество диатомита для дозирования было заложено в систему управления процессом в качестве заданной величины и являлось переменным.
На фиг.4 показаны соответствующие параметры фильтрации. Результаты являются в высшей степени неожиданными. Для варки с процессом вибрационной обработки система управления процессом 11 может поддерживать поток почти до конца фильтрации при высоком значении расхода в размере, например, 330 гл/час. Поток стандартной варки без процесса вибрационной обработки нарушается уже через несколько минут и непрерывно снижается до конца процесса. Для варки согласно изобретению, которая была подвергнута вибрационной обработке, дозировка диатомита в виде диатомитовой смеси была существенно ниже. Возрастание перепада давлений на фильтре для стандартной варки без процесса вибрационной обработки проходило существенно более круто. В данном случае в конце фильтрации был отмечен перепад давлений равный 2,9 бар. Для варки, которая согласно изобретению была подвергнута вибрационной обработке, перепад давлений, на фильтре составил лишь 1,9 бар.
Благодаря применению вибрационного элемента 3 способность пива к фильтрации существенно улучшилась.
В следующей таблице представлен расход диатомита для нормального процесса фильтрации и процесса фильтрации согласно настоящему изобретению.
Стандартная варка без процесса вибрационной обработки
Варка с процессом вибрационной обработки
Фильтруемый объем (гектолитры)
2940
2964
Дозируемое вещество, добавленное через 7,5 часов (л)
1600
1137,5
Общий расход кизельгура (кг)
430*
350*
Расход кизельгура (диатомита) на гектолитр фильтрата (г/гл)
146
118
* вместе с 90 кг предварительной намывки
Как следует из таблицы, в этом опыте благодаря способу согласно изобретению при примерно одинаковом фильтруемом объеме расход диатомита мог быть снижен с 430 до 350 кг, что соответствует экономии примерно 20% диатомита. Это означает, что расход диатомита на гектолитр фильтрата может быть снижен со 146 г/гл до 118 г/гл.