Filtratie is een van de laatste belangrijke processtappen voordat het bier in de helderbiertank of de verpakkingslijn terechtkomt, maar het gaat niet alleen om het zo helder mogelijk maken van het bier.
Vers gegist bier kan nog steeds gist, hopdeeltjes, eiwitachtig materiaal en andere zwevende vaste stoffen bevatten. De hoeveelheid en het soort van deze stoffen variëren aanzienlijk, afhankelijk van de bierstijl, het gistingsproces, de rijpingstijd en de wijze van dry-hopping. Een filtratiesysteem moet daarom meer doen dan alleen deeltjes verwijderen. Het moet aansluiten bij het bier, het productieschema en de rest van de brouwerij.
Voor de ene brouwerij kan een conventioneel kiezelgoer-filtratiesysteem de meest praktische keuze zijn. Een andere brouwerij kan baat hebben bij centrifugale klaring vóór de filtratie, terwijl een brouwerij die bepaalde speciaalbieren produceert wellicht helemaal geen reden heeft om een kristalheldere helderheid na te streven. Membraanfiltratie, dieptefiltratie en patroonfiltratie spelen ook een rol wanneer het proces een fijnere scheiding of een nauwkeurigere controle in de verdere verwerking vereist.
Het juiste bierfiltratiesysteem is daarom eerder een beslissing over het procesontwerp dan louter de aankoop van apparatuur.
Wat gebeurt er met bier na de gisting?
De eisen die aan de helderheid van bier worden gesteld, veranderen naarmate het zich door de kelder verplaatst.
Na de gisting is bier nog lang geen volledig heldere vloeistof. Er blijft gist in het bier zweven, terwijl eiwitten, polyfenolen, hopresten en ander colloïdaal materiaal kunnen bijdragen aan de troebelheid. Een deel van deze vaste stoffen zakt tijdens de rijping vanzelf naar de bodem, maar de hoeveelheid die in suspensie blijft, kan nog steeds aanzienlijk zijn.
Dat is van belang omdat een fijnfilter veel efficiënter werkt wanneer het niet wordt overbelast met grote hoeveelheden gist en vaste stoffen. Een hoge belasting met vaste stoffen kan de drukval vergroten, de filtercycli verkorten en ervoor zorgen dat er meer bier in het filtermedium achterblijft.
Om deze reden beschouwen brouwerijen het helder maken vaak als een reeks stappen in plaats van als één enkele bewerking:
Gisting → Rijping → Eerste klaring → Fijnfiltratie → Helder bier → Verpakking
Niet elk bier doorloopt alle fasen. Bij van nature troebele bieren kan het proces worden ingekort, terwijl een grote commerciële brouwerij meerdere zuiverings- en filtratiestappen kan toepassen om een stabiele productiecapaciteit en een constante kwaliteit van het eindproduct te waarborgen.
De Brewers Association omschrijft bierzuivering als een combinatie van scheidings- en filtratiemethoden, waarbij membraansystemen doorgaans worden gebruikt voor afwerkings- of sterilisatiefiltratie en vaak worden voorafgegaan door centrifugeren of precoatfiltratie.
De belangrijkste technologieën voor het filtreren en scheiden van bier
Hoewel brouwerijen het woord “filter” vaak gebruiken voor alle apparatuur die dient om het bier te klaren, werken de verschillende systemen op heel verschillende manieren.
| Technologie | Hoe het werkt | Typische functie |
|---|---|---|
| Biercentrifuge | Scheidt vaste stoffen met behulp van centrifugale kracht | Eerste zuivering, gistscheiding, voorfiltratie |
| Kieselguhr-filter | Maakt een poreuze filterkoek met behulp van diatomeeënaarde | Conventionele bierklaring |
| Plaat- en kooffilter | Drukt het bier door de filtervellen | Batch-zuivering en -afwerking |
| Dieptefilter | Houdt deeltjes vast in een poreus medium | Nauwkeurige toelichting |
| Patroonfilter | Maakt gebruik van speciaal samengestelde filtermedia voor een gecontroleerde terughouding van deeltjes | Polijsten en bescherming na de bewerking |
| Membraan-/cross-flowfilter | Scheidt bier via een selectief membraan | Fijnfiltratie en vermindering van micro-organismen |
| Zakfilter | Vangt grove deeltjes op in een vervangbare filterzak | Hulp- of voorfiltratie |
Deze systemen mogen niet worden beschouwd als onderling uitwisselbare versies van dezelfde machine. Een centrifuge maakt helemaal geen gebruik van een filtermedium, terwijl een kiezelgoersysteem afhankelijk is van een filterkoek. Een membraansysteem is gebaseerd op de eigenschappen van het membraan en de bedrijfsomstandigheden, en niet op hetzelfde filtratiemechanisme dat bij conventionele dieptefilters wordt gebruikt.
De praktische vraag is dus niet “Welk filter is het beste?”, maar “Wat moet er in dit proces worden verwijderd, en wanneer moet dat gebeuren?”
Biercentrifuge: Verwijder de vaste deeltjes voordat ze het filter bereiken
Een biercentrifuge met schijvenstapel is in de eerste plaats een scheidingsmachine. In plaats van het bier door een filtermedium te leiden, maakt deze gebruik van centrifugale kracht om gist en zwevende deeltjes uit de vloeibare fase te scheiden.
In de roterende kom zorgt een stapel kegelvormige schijven voor een groot effectief scheidingsoppervlak. Door het centrifugale veld dat hierdoor ontstaat, worden zwevende deeltjes veel sneller afgescheiden dan onder invloed van de zwaartekracht alleen.
In een brouwerij kan een centrifuge worden gebruikt voor het klaren van ongerijpt bier, het afscheiden van gist, het voorzuiveren vóór de daaropvolgende filtratie en bepaalde toepassingen voor bierterugwinning.
De belangrijkste rol die het in een filtratiesysteem vervult, is vaak stroomopwaarts.
Als een groot deel van de gistbelasting kan worden verwijderd voordat het bier een fijnfilter bereikt, hoeft het stroomafwaartse systeem minder vaste stoffen tegen te houden. Dat kan de belasting van het filter verminderen en bijdragen aan een stabielere filtratiesnelheid. In de richtlijnen voor de sector wordt centrifugeren ook beschreven als een nuttige stap in de voorzuivering om de daaropvolgende filtratiecycli te verlengen en het verbruik van filterhulpmiddelen te verminderen.
Dit wordt steeds relevanter naarmate de productie van brouwerijen toeneemt. Bij een hogere doorvoercapaciteit is filtratie niet langer alleen een kwestie van productkwaliteit. Ook het verwisselen van filters, de reinigingstijd, verbruiksartikelen, bierterugwinning en de doorlooptijd van tanks gaan allemaal van invloed zijn op de economische aspecten van de productie.
Een centrifuge kan daarom vaak het best worden gezien als onderdeel van een bredere zuiveringsstrategie, in plaats van als een directe vervanging voor alle andere filtratietechnieken.
Kieselguhr-filtratie blijft een gangbare praktijk in de brouwerijwereld
Kieselguhr, ook wel bekend als diatomeeënaarde of DE, wordt al tientallen jaren in brouwerijen gebruikt en is nog steeds een van de meest beproefde methoden om helder bier te produceren.
Het principe is eenvoudig. Er wordt filterhulpstof op de filterelementen aangebracht om een poreuze filterkoek te vormen. Terwijl het bier door de filterkoek stroomt, worden gist en andere zwevende deeltjes in de filterlaag tegengehouden.
Een conventioneel systeem kan uit veel meer bestaan dan alleen het hoofdfiltervat zelf. Afhankelijk van het proces kan de installatie bestaan uit een doseer- of toevoertank voor kiezelgoer, een mengtank, voor- en achterbuffertanks, een kaarsfilter en een stroomafwaartse opvang of nabewerkingsfase. Bij de eigen brouwerijprojecten van StartBrewery wordt gebruikgemaakt van dit soort geïntegreerde filtratieopstellingen.
Een van de sterke punten van DE-filtratie is dat deze methode een relatief hoge concentratie vaste stoffen aankan en tegelijkertijd een helder eindproduct oplevert.
Het nadeel is het gebruik van een verbruiksartikel als filterhulpstof. De brouwerij moet de gebruikte kiezelgoer verwerken, doseren en afvoeren, en er blijft wat bier achter in de filterkoek. Dit zijn niet per se redenen om deze technologie te vermijden, maar het zijn wel belangrijke factoren bij het vergelijken van verschillende filtratiestrategieën.
Voor brouwerijen die al gebruikmaken van conventionele procestechnologie en voorspelbare productieschema’s hebben, kan filtratie met kiezelgoer nog steeds een zinvol onderdeel zijn van het totale ontwerp van de installatie.
Plaat- en framefilters voor flexibele batchfiltratie
Bij plaat- en framefilters wordt het bier door filtervellen geperst die tussen een reeks platen zijn aangebracht.
Ze zijn bijzonder geschikt voor batchverwerking, omdat het filteroppervlak en de specificaties van de filtervellen kunnen worden aangepast aan de betreffende toepassing. Er kan worden gekozen uit verschillende kwaliteiten filtervellen, afhankelijk van of de brouwerij grove zuivering, fijnere filtratie of een laatste polijstbeurt nodig heeft.
Deze flexibiliteit kan nuttig zijn voor kleine en middelgrote brouwerijen, met name voor die welke verschillende bierstijlen produceren met uiteenlopende helderheidsdoelstellingen.
De betrokkenheid van het bedienend personeel is echter groter dan bij sterk geautomatiseerde filtratiesystemen. Traditionele plaat- en frame-units moeten worden geopend wanneer filtervellen worden geplaatst of vervangen, waardoor het hanteren van de filters onderdeel wordt van de dagelijkse productieactiviteiten.
Dat kan heel goed acceptabel zijn voor een kleinere brouwerij, waar flexibiliteit en lagere initiële investeringskosten belangrijker zijn dan een continu geautomatiseerd bedrijfsproces.
Dieptefiltratie en patroonfiltratie
Dieptefilters en patroonfilters vervullen in het proces een andere rol dan de primaire zuivering voor zware toepassingen.
Bij dieptefiltratie wordt gebruikgemaakt van een poreus medium dat deeltjes in de gehele structuur opvangt, in plaats van alleen aan één oppervlak. Deze methode wordt vaak toegepast wanneer het bier al grotendeels geklaard is en nog een extra zuiveringsstap nodig heeft.
Patroonfilters zorgen voor een beter gecontroleerde terughouding van deeltjes en worden doorgaans stroomafwaarts geïnstalleerd om verpakkingsapparatuur te beschermen of om een bepaald niveau van deeltjesvermindering te bereiken.
Deze systemen zijn vooral nuttig wanneer in de hoofdfiltratiefase al het grootste deel van de gist en de zwevende deeltjes is verwijderd. Het gebruik van een zeer fijn filter bij bier met een hoge belasting is doorgaans inefficiënt. De filtratievolgorde werkt beter wanneer elke fase de vaste stoffen verwerkt waarvoor deze is ontworpen.
In de praktijk betekent dit vaak dat een brouwerij een centrifuge of conventionele dieptefiltratie gebruikt om vaste deeltjes uit het mengsel te verwijderen, gevolgd door een fijnere filter voor de laatste zuivering.
Membraan- en cross-flowfiltratie
Membraanfiltratie biedt een alternatieve methode voor het klaren van bier, met name voor brouwerijen die het gebruik van filterhulpmiddelen willen verminderen of helemaal willen afschaffen.
Bij cross-flowfiltratie stroomt het bier tangentieel langs het membraan in plaats van rechtstreeks door een stilstaand filterkoek te worden geperst. Een deel van de vloeistof stroomt door het membraan, terwijl het achtergebleven materiaal aan de toevoerzijde achterblijft en door de stroming wordt meegevoerd.
Afhankelijk van het membraantype en het procesontwerp kan membraanfiltratie worden ingezet voor fijne zuivering, nabehandeling en het terugdringen van micro-organismen. Het biedt bovendien de mogelijkheid tot een gesloten proces met een hoge mate van automatisering.
De grootste technische uitdaging is membraanverstopping.
Als er bier met een te hoog gehalte aan gist of colloïdaal materiaal door een membraan stroomt, kan het membraanoppervlak snel verstopt raken en kunnen de filtratieprestaties achteruitgaan. Met andere woorden: de overstap van kiezelgoerfiltratie naar cross-flowfiltratie maakt het proces niet automatisch eenvoudiger. De voorafgaande zuiveringsfase, de keuze van het membraan, de bedrijfsomstandigheden en de CIP-procedure worden allemaal van belang.
Om deze reden moeten brouwerijen die membraanfiltratie overwegen, het volledige proces in ogenschouw nemen in plaats van de membraanunit op zichzelf te beoordelen. Een goed ontworpen zuiveringsstap stroomopwaarts kan een grote invloed hebben op de bedrijfstijd van het membraan en de algehele efficiëntie van het systeem.
Zakfilters spelen een beperktere rol
Zakfilters worden soms in filtratiesystemen van brouwerijen gebruikt, maar ze vervullen doorgaans een ondersteunende rol en fungeren niet als het primaire eindfilter voor het bier.
Een zakfilter kan nuttig zijn om relatief grove deeltjes te verwijderen of om apparatuur stroomafwaarts te beschermen tegen grotere vaste deeltjes. In dat geval kan het proces er als volgt uitzien:
Grove afscheiding → Zakfilter → Fijne filtratie
Het is van belang om vast te stellen wat het zakfilter beschermt en welke deeltjesbelasting het naar verwachting aankan. Het mag niet louter worden gekozen omdat het goedkoop is of gemakkelijk te vervangen.
Voor afgewerkt bier dat een stabiel, helder uiterlijk moet hebben, is er doorgaans verderop in het proces een meer gerichte klarings- en filtratieopstelling nodig.
Moeten alle bieren in dezelfde mate worden gefilterd?
Nee. Dit is een van de punten die bij het ontwerpen van een brouwerij het gemakkelijkst over het hoofd worden gezien. De filtratie moet het beoogde bier ondersteunen, in plaats van elk product hetzelfde uiterlijk op te dringen.
lager en pils
Traditionele lager- en pilsnerbieren hebben vaak een helder, glanzend uiterlijk. Een langdurige koude rijping draagt al bij aan de natuurlijke klaring, maar bij commerciële productie kan toch aanvullende filtratie nodig zijn om de gewenste visuele stabiliteit en reproduceerbaarheid te bereiken.
Bij een conventioneel proces worden de primaire zuivering vaak gecombineerd met kiezelgoerfiltratie en een nabehandelingsfase. Grotere brouwerijen kunnen centrifugale zuivering toepassen om de hoeveelheid vaste stoffen vóór het hoofdfilter te verminderen.
IPA’s en andere bieren waarin de hop duidelijk naar voren komt
Hoppige bieren kunnen zich anders gedragen omdat er na de gisting en het dry hopping nog hopdeeltjes en troebelheid als gevolg van polyfenolen kunnen achterblijven.
Maximale duidelijkheid is niet altijd het doel.
Bij sommige IPA’s en andere moderne, hopgedreven bierstijlen kan een te grondige filtratie meer verwijderen dan de brouwer eigenlijk wil. Aroma, mondgevoel en uiterlijk zijn allemaal van belang, dus moet het filtratiedoel worden vastgesteld voordat de apparatuur wordt gekozen.
De juiste vraag is misschien wel hoeveel troebelheid er moet worden verwijderd, in plaats van hoe je kristalhelder bier kunt brouwen.
tarwebier en van nature troebele biersoorten
Tarwebier en andere van nature troebele biersoorten kunnen een opzettelijk troebelheidsprofiel hebben.
In deze gevallen is uitgebreide filtratie wellicht niet nodig. Een brouwerij kan ervoor kiezen om alleen de mate van scheiding toe te passen die nodig is om ongewenste vaste stoffen onder controle te houden of het afvulproces te beschermen, terwijl de gewenste troebelheid in het product behouden blijft.
Daarom moet een filtratiesysteem worden afgestemd op het daadwerkelijke productassortiment van de brouwerij, in plaats van uit te gaan van één universele filtratiespecificatie.
Waar moet je op letten bij het kiezen van filtratieapparatuur voor brouwerijen?
Filtratieapparatuur moet worden gekozen in samenhang met het voorafgaande en het daaropvolgende proces.
Allereerst gaat het om het bier zelf. Een helder pils, een dry-hopped IPA en een van nature troebel tarwebier stellen verschillende eisen aan de filtratie.
Ten tweede is er de belasting door vaste stoffen. De gistconcentratie en het gehalte aan zwevende vaste stoffen hebben een directe invloed op hoe snel een filter verstopt raakt. Een voorafgaande zuivering kan daarom van invloed zijn op de prestaties en de exploitatiekosten van alle daaropvolgende processen.
De productiecapaciteit is een andere belangrijke factor. Een compact batchfilter kan heel geschikt zijn voor een kleinere ambachtelijke brouwerij, terwijl een grotere commerciële brouwerij wellicht behoefte heeft aan continue klaring, geautomatiseerde filterwerking en een hogere doorvoercapaciteit.
Ook productverlies verdient aandacht. Elk filtermedium houdt een bepaalde hoeveelheid vloeistof vast, of het nu gaat om bier dat in een filterkoek achterblijft of om product dat in een wegwerpfilterelement achterblijft. Voor een brouwerij die grote hoeveelheden produceert, kunnen relatief kleine procentuele verliezen een aanzienlijk economisch probleem vormen.
Verbruiksartikelen zijn net zo belangrijk. Kieselguhr, filtervellen en patroonelementen brengen allemaal terugkerende exploitatiekosten met zich mee. Membraansystemen verminderen de afhankelijkheid van wegwerpbare filtermedia, maar stellen andere eisen op het gebied van reiniging, monitoring en het vervangen van membranen.
Ten slotte moet het filtersysteem aansluiten bij de CIP- en automatiseringsstrategie van de brouwerij. Een filter dat op papier goed presteert, kan toch operationele problemen veroorzaken als de reinigingscyclus, de instrumentatie of de transportopstelling niet aansluiten bij de rest van de kelder.
Het ontwerpen van een filtratiesysteem als onderdeel van de brouwerij
Een filterinstallatie werkt zelden op zichzelf.
De installatie moet logisch aansluiten op de gistingstanks, rijpingsvaten, helderbiertanks, pompen, sanitaire leidingen, CIP-systemen, het CO₂-beheersysteem en de verpakkingslijn. Ook de opslag- en buffercapaciteit kunnen van invloed zijn op de wijze waarop het filtratiesysteem wordt bediend.
Voor een kleine ambachtelijke brouwerij kunnen een eenvoudige bediening, flexibele batchfiltratie en een haalbare kapitaalinvestering de belangrijkste ontwerpprioriteiten zijn.
Bij een grotere commerciële brouwerij kan bij het ontwerp meer nadruk worden gelegd op continue klaring, automatisering, stabiliteit van de filtercyclus, bierterugwinning, CIP-efficiëntie en integratie met het bredere productiecontrolesysteem.
StartBrewery benadert filtratie in brouwerijen vanuit dit perspectief op installatieniveau. De brouwerijprojecten van het bedrijf omvatten filtratie- en klaringsapparatuur, in combinatie met fermentatie-, helder bieropslag-, CIP-, koel-, nutsvoorzieningen-, automatiserings- en afvulsystemen. Bestaande projectconfiguraties laten ook het gebruik zien van centrifuges en kiezelgoerfiltratie in grotere brouwerijinstallaties, terwijl kleinere systemen kunnen worden geconfigureerd rond een compactere filtratieopstelling.
Een filtersysteem moet bij de brouwerij passen, en niet andersom
Er is geen enkele filtratietechnologie die voor elke brouwerij ideaal is.
Centrifugale klaring is een waardevolle methode wanneer gist en vaste deeltjes snel moeten worden verwijderd vóór de daaropvolgende filtratie. Kieselguhr blijft een praktische, conventionele oplossing voor het klaren van bier. Plaat- en raamfilters bieden flexibiliteit voor batchproductie, terwijl diepte- en patroonfilters nuttig zijn voor het polijsten en gecontroleerde verdere filtratie. Cross-flow-membraansystemen bieden een alternatief wanneer de brouwerij op zoek is naar een gesloten, sterk geautomatiseerd en kieselguhr-vrij verwerkingsproces.
De beste configuratie hangt af van de bierstijl, de hoeveelheid vaste stoffen, de vereiste helderheid, het productievolume, de verpakkingsvereisten en de bedrijfsstrategie.
Om die reden beschouwt StartBrewery filtratie niet als een op zichzelf staande keuze van apparatuur. De zuiveringsfase, het filtertype, de buffercapaciteit, het CIP-systeem, de automatisering en de vereisten voor de verdere verpakking moeten allemaal als één brouwproces op elkaar zijn afgestemd.
Bij het plannen van een nieuwe brouwerij of het moderniseren van een bestaande filterlijn moet het uitgangspunt het bier zijn dat u wilt produceren en de productiedoelstelling die u wilt halen. De apparatuur kan vervolgens worden gekozen op basis van die eisen.
