6第六章 啤酒过滤(新)

第六章啤酒过滤•经过发酵或后处理的成熟啤酒，其残余酵母和蛋白质凝固物等沉积于贮酒罐底部，少量仍悬浮于酒液中，这些物质在以后的贮存期间会从啤酒中析出，导致啤酒混浊。所以，必须经过过滤工序，将其除去。•啤酒过滤是一种物理分离过程，是啤酒生产过程中非常重要的生产工序。通过过滤后，啤酒外观清亮透明，富有光泽，使其更富有吸引力；同时，可赋予啤酒以良好的生物稳定性与非生物稳定性，使其至少在保质期内不出现外观的变化，从而保证了啤酒外观质量的完美。过滤流程板框精滤机硅藻土过滤机灌装机杀菌机清酒罐发酵罐发酵罐主要内容◆过滤理论◆过滤机分类◆无菌过滤第一节过滤理论一、啤酒中的悬浮物被过滤介质阻留分离出来，共有三种分离效应◆1.筛分或表面效应（阻挡作用）啤酒中的大颗粒不能穿过过滤介质的孔隙而被截留于不断增厚的滤层表面。随着过滤的进行，过滤精度也越来越高，但流量却越来越小。若颗粒坚实不变形，可作为粗滤层；若为软粘性物质，会阻挡过滤使过滤效率降低。滤网过滤和薄膜过滤均属此类。过滤效应2.深度效应◆现在越来越多地应用这种分离效应。多孔性的材料由于其巨大的表面积和幽深曲折的通径而将液体中的颗粒截留下来。硅藻土过滤、纸板过滤和滤棉过滤都存在这种现象。深层效应过滤适用于各种硬、软纤维杂质的过滤◆由于机械效应使具有一定粒度的颗粒物质被截留下来，因此，孔隙会不断被堵塞，导致过滤机的过滤性能不断下降。3.吸附效应◆细小颗粒因静电效应而被吸附截留。这种吸附效应是由于过滤材料和啤酒中的颗粒具有不同的电荷而引起的。在酒液中，除颗粒悬浮体外，具有较高表面活性的物质如蛋白质、酒花物质、色素物质、高级醇和酯类等都易被过滤介质不同程度地吸附。因此，过滤后啤酒的色泽和口味要比过滤前稍淡一些。◆在大多数情况下，筛分效应和吸附效应是同时出现的。二、过滤材料和介质（一）过滤材料的种类◆1.金属过滤筛或纺织物。有不同种类的金属筛、裂缝筛或平行安装于烛式硅藻土过滤机上的异型金属丝和金属或纺织编织物。纺织编织物是近几年才出现的一种材料，但由于它不好灭菌，所以在啤酒过滤中采用较少，它主要用于麦汁压滤机；金属编织物的清洗和灭菌效果要好一些，所以应用较广泛。◆2.过滤板。过滤板可用纤维、棉花、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维和其它材料制成。过滤板的种类很多，可满足不同过滤精度的需求，直至无菌过滤。◆3.膜材料。膜过滤的应用越来越多。制造膜的材料很多，如聚氨酯、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维及其它材料。膜很薄（0.02～1μm），因此多被固定在多孔眼的支撑介质上使用，以免被击穿。膜的制作主要有浸渍、喷洒或涂层等方法。可用不同的材料生产任意孔径的膜（见图6—3）。不同材料膜的放大图（1、2、3放大1000倍，4放大10000倍）12341－纤维素-酯膜2－聚乙烯二氟化物膜3－聚磺酰膜4－聚磺酰膜（二）过滤助剂◆过滤介质一般为粉状物，它们被涂附于过滤机的支撑材料之上。支撑材料有其特殊的形状和结构。有的是用编织物制成的，有的是用不同材料制成的板。没有过滤支撑材料，就无法使用过滤介质进行过滤。◆啤酒厂所用过滤介质主要有硅藻土和珍珠岩两种。1.硅藻土◆硅藻土是近代啤酒工业用得最广泛的一种助滤剂，这是一种由藻类硅质细胞组成的沉积岩矿，经矿石粉碎、高温煅烧和风选、分级后，制成的一种多孔、质轻的助滤剂，◆其主要成分为二氧化硅、三氧化二铝。◆用于啤酒过滤的硅藻土分很多种，主要以粒度来区分，即细土、中细土、中粗土、粗土等，各个硅藻土生产厂分别对这些土有自己的规格、型号，啤酒工厂在购买硅藻土时，可根据自己的需要进行选择。粗土与细土◆啤酒过滤速度主要取决于硅藻土颗粒的大小。颗粒越细，则酒液被过滤得越清亮，但过滤速度也越慢。粗土与细土的性质正好相反，它的过滤速较快，但酒液不很清亮，所以粗土主要用于过滤中的预涂。硅藻土珍珠岩微观图图6—4硅藻土（放大1000倍）图6—5珍珠岩（放大1000倍）2.珍珠岩◆珍珠岩是一种由火山爆发出的火山灰作用形成的非晶形矿物岩，为熔融的钾、钠、铝硅酸盐，具有很强的化学惰性。珍珠岩矿经粉碎、煅烧及分选后制成的珍珠岩具有同硅藻土十分相似的性质，但又有许多不同之外，这些颗粒形态比较规则，为三叶形（见图6—5）。◆珍珠岩是质量很轻、颗粒松散的粉末，体积、质量比硅藻土小，质量要比硅藻土小20～40％，渗透性优于硅藻土，所以，它是一种很好的过滤介质。第二节啤酒过滤的方式及其操作啤酒过滤的主要方式有：◆棉饼过滤机；◆硅藻土过滤机（粗滤，啤酒厂常用）；◆纸板过滤机（精滤）；◆双流过滤机；◆错流过滤机（主要用于代替硅藻土过滤机）；◆无菌过滤机（主要用于纯生啤酒的过滤）。多种过滤机的综合应用效果对比生物可靠性口味质量成本纯生啤酒心理接受程度备注硅藻土过滤机+巴斯德杀菌+++－－－口味稳定性差硅藻土过滤机+高温瞬时杀菌++++++++溶解氧0.1mg/L硅藻土过滤机+巴斯德杀菌50℃++（+）++－+生产成本高硅藻土过滤机+纸板过滤+膜过滤+（+）++++++有时出现泡沫问题硅藻土过滤机+深层(超微)过滤+膜过滤++++++++++硅藻土过滤机+纸板过滤+膜过滤+无菌灌装(用蒸汽灭菌)++（+）+++++（+）+++人员素质要求高一、棉饼过滤机棉饼过滤机◆棉饼过滤机是比较原始的过滤设备，现基本已退出啤酒过滤的历史舞台。尽管如此，我们还要对它做一简要介绍。因为，现代化的现代板框式硅藻土过滤机是在其理论基础上发展而来的。而且，这种过滤机毕竟曾使用了几十年。◆滤棉的制作方法是：用木纤维或棉纤维纸浆，经过脱脂制成滤纸纸浆，再加1～5%石棉，最后制成滤棉，并作为啤酒过滤介质使用。◆棉饼过滤机的优点是滤棉中掺有石棉，石棉的吸附能力很强，能滤出稳定性很高的啤酒，清亮透明。◆劳动生产率低，成本高；石棉对人体有害，过滤时应严格防止石棉短纤维残留酒内。◆现在还广泛应用于核糖核酸、酶制剂、明胶、化工等行业二、硅藻土过滤机在现代啤酒企业中，硅藻土过滤机的种类很多，其中主要以◆板框式◆烛式◆水平圆盘式三种最为常见。1.板框式硅藻土过滤机◆板框式硅藻土过滤机的结构（见图6—6）。它由机架及交替悬挂其上的滤框和滤板组成，材料多为不锈钢。在滤板的两边悬挂着支撑板，滤框和滤板之间彼此密封。支撑板由纤维和缩合树脂制成。1234板框式硅藻土过滤机板框式硅藻土过滤机板框式硅藻土过滤机的工作方式1－挂有滤板的支撑板2－滤框3－未滤液入口4－已滤液出口5－硅藻土涂层过滤前纸板安装程序123451－准备安装2－检查纸板3－折叠纸板4－放入纸板5－湿润纸板过滤结束后纸板的拆洗1234561－从两侧轻拆纸板2－将纸板移至另一侧3－使纸板与板框完全脱离4－取下湿重的纸板5－清洗板框6－清洗纸板硅藻土过滤机的操作1.预涂（1）第一预涂层在0.2～0.3MPa的压力下，将脱氧水或已滤酒与一定数量的粗土混合，以循环的方式进行预涂，由此形成压力稳定的基础预涂层。第一次预涂非常关键，它虽不起过滤作用，但它起着支撑的作用。这次预涂层粗硅藻土用量为0.7～0.8kg/m２，大约为整个预涂量的70％左右。（2）第二预涂层◆第二次预涂层的作用是使最先滤出的酒液清亮。这次预涂仍然用脱氧水或已滤酒和过滤介质，硅藻土较细，有过滤活性。这样既能截留混浊物质，又能防止过滤机堵塞。预涂层要均匀分布，否则会导致啤酒液流速不稳定，甚至产生混浊。（3）连续补料◆预涂结束后，过滤开始，过滤中要不断添加过滤介质，其作用是不断更新滤层，以保持滤层的通透性，使流量恒定。必须保证流量的恒定，因为液体的压力和液流的不均匀会使筛面或烛面上的“过滤桥”被破坏，滤出的酒就又会变混浊，因此一定要避免这种情况。◆正常情况下，压差上升应缓慢且连续，直至板框硅藻土过滤机压差为0.2～0.5MPa，叶片硅藻土过滤机压差为0.3～0.5MPa时，过滤应结束。2.烛式硅藻土过滤机烛芯◆过滤机烛芯（见图6—10）是过滤材料，在烛芯上预涂过滤介质——硅藻土。为进行过滤，将螺旋线沿径向围着烛芯缠绕，丝间距为50～80μm。细长过滤烛芯长达2m以上。由于在过滤机里安装了近700根烛芯，所以形成的过滤面积非常大，过滤效率非常高，而且烛芯上没有活动部件。123451—不锈钢螺旋线2—精确控制的开口3—高强度的支撑4—无堵塞设计5—清洗彻底烛式硅藻土过滤机的工作过程◆首先充满过滤机，由于水会与啤酒接触，所以要使用脱氧水，水处于循环状态。◆接着预涂，第一次预涂用过滤介质（硅藻土）与水混合，在烛芯上进行l0min左右预涂，直至形成支撑层，第一次预涂开始时流出液是混浊的，紧接着以同样的方式进行第二次预涂。◆每次预涂后，整个过滤设备都要进行10min～15min的循环。然后开始过滤，首先水被啤酒顶出，待滤啤酒缓慢地从下向上顶出过滤机中的水，并穿过烛芯而被过滤。◆然后，通过计量添加泵向啤酒中定量添加硅藻土液。◆注意，虽然水与啤酒的接触界面很小，但仍不可避免地会有一部分酒、水混合液，这就是所谓的酒头。充水预涂清洗灭菌后用脱氧水充满整个过滤机使用粗土进行预涂二次预涂过滤过滤的同时计量添加硅藻土再使用粗土和细土进行二次预涂正常过滤过滤结束(顶水)过滤结束后，啤酒被由下部进入的脱氧水顶出，此时就会产生啤酒与水的混合液，这就是所谓的酒尾。由于不断添加硅藻土，烛芯上的硅藻土层越来越厚，进口处的压力也变得越来越高，当压力达到0.5～0.6MPa（表压）时，就必须停止过滤。卸土冲洗用压缩空气将硅藻土从烛芯上压出。空气以间歇方式和水混合通入，在烛芯上形成旋涡，产生空气冲击，将烛芯冲洗得干干净净杀菌用高温水对过滤机、所有连接件和管道进行杀菌处理3.水平圆盘式硅藻土过滤机◆其工作原理和烛式硅藻土过滤机一样（用脱氧水排气、两次预涂、过滤时连续添加硅藻土）◆添加的硅藻土均匀分配于每一个圆盘上，由此形成均匀的滤层（见图6—15）。◆整个过滤机圆盘旋转通过产生的离心力，可将泥状的废硅藻土排出。通常有几种不同的转速可供选择。水平圆盘过滤机的过滤片图6—14水平圆盘的构造滤层的形成及滤液的流向3121—滤层形成2—未滤液进3—滤液流出酒头和酒尾的处理◆无论何种过滤方法都会产生酒头和酒尾。只不过在叶片过滤机中产生的量相对最少；烛式硅藻土过滤机则较多；而板框式硅藻土过滤机最多。◆当正确操作时，酒头和酒尾的质量并不差，只不过原浓稍低一些。可将酒头、酒尾用于原浓的调整。否则，就必须添加高泡酒，然后在特殊的残酒罐中进行发酵，再与正常的啤酒混合过滤。硅藻土的计量添加◆预涂时硅藻土与脱氧水的混合液和过滤中硅藻土的连续添加，均由计量装置进行计量添加（见图6—17）。1－计量混合罐2－搅拌器3－快速预涂泵4－计量添加泵5－计量调节装置6－硅藻土混合液7－视镜计量添加——膜泵300L/h1－阀球2－膜3－活塞4－硅油三、纸板过滤机◆1917年，德国首先开发了“无菌过滤纸板”。开始时，只用于水的过滤。而后，逐渐推广到葡萄酒和果汁的生产上。直到1930年后，才开始大规模地应用纸板过滤啤酒。图6—22纸板过滤机过滤纸板◆过滤纸板由木纤维和硅藻土组成，具有很高的渗透性。二者的混合比例在过滤中起着重要的作用。有的纸板中还加入了一些啤酒稳定剂，如聚乙烯聚吡咯烷硐（PVPP）吸附剂，以除去啤酒中部分多酚物质，提高啤酒的非生物稳定性。纸板式过滤机——精滤◆纸板式过滤机主要用于精滤。纸板的过滤精度越高，则其过滤量就越小。为了提高其过滤能力，应在精滤前先进行硅藻土粗过滤，去除啤酒中较大的颗粒物质和酵母。这样，纸板式过滤机就可以达到很好的精滤效果。◆也可采用两段的纸板式过滤机，第1段用的纸板孔隙较大，作为粗滤；第2段用的纸板孔隙较小，作为精滤。但纸板的价格较硅藻土昂贵许多，所以生产上多用硅藻过滤机进行粗滤。四、双流过滤•2001年德国斯坦尼克（Steinecker）公司把双流系统成功地运用到啤酒的过滤中。这一烛式双流过滤系统（TwinFlowSystem，简称TFS）能对啤酒过滤的整个工序进行控制。•双流过滤（见图6-23）技术是在传统的烛式硅藻土过滤机的基础之上，进一步完善而产生的一种新型硅藻土过滤机。双流过