Фильтрация — один из последних важных этапов технологического процесса перед тем, как пиво поступает в резервуар для готового пива или на линию розлива, но суть этого процесса заключается не только в том, чтобы сделать пиво максимально прозрачным.
В только что сброженном пиве могут оставаться дрожжи, частицы хмеля, белковые вещества и другие взвешенные твердые частицы. Количество и тип этих веществ значительно варьируются в зависимости от сорта пива, процесса брожения, времени созревания и метода сухого хмелевания. Поэтому система фильтрации должна не только удалять частицы, но и соответствовать особенностям пива, графику производства и остальному оборудованию пивоварни.
Для одной пивоварни наиболее практичным выбором может стать традиционная система фильтрации с использованием кизельгура. Другой пивоварне может быть выгодно применять центробежное осветление перед фильтрацией, в то время как у пивоварни, производящей отборные сорта специального пива, может вообще не быть причин стремиться к кристальной прозрачности. Мембранная фильтрация, глубинная фильтрация и картриджная фильтрация также играют важную роль, когда технологический процесс требует более тонкого разделения или более строгого контроля на последующих этапах.
Таким образом, выбор подходящей системы фильтрации пива — это скорее вопрос проектирования технологического процесса, чем простой покупки оборудования.
Что происходит с пивом после брожения?
Требования к осветлению пива меняются по мере его прохождения через погреб.
После брожения пиво далеко не является полностью прозрачной жидкостью. В пиве остаются взвешенные дрожжи, а белки, полифенолы, остатки хмеля и другие коллоидные вещества могут способствовать появлению мутности. Часть этих твердых частиц естественным образом оседает в процессе созревания, но количество веществ, остающихся во взвешенном состоянии, по-прежнему может быть значительным.
Это важно, поскольку тонкодисперсный фильтр работает гораздо эффективнее, когда он не перегружен большим количеством дрожжей и твердых частиц. Высокая концентрация твердых частиц может привести к увеличению перепада давления, сокращению срока службы фильтра и увеличению количества пива, задерживаемого в фильтрующем материале.
По этой причине пивоваренные заводы часто рассматривают осветление как последовательность операций, а не как одну операцию:
Брожение → Созревание → Первичная очистка → Тонкая фильтрация → Прозрачное пиво → Розлив
Не для каждого сорта пива требуется прохождение всех этапов. Процесс может быть сокращён для пива с естественной мутностью, в то время как крупная коммерческая пивоварня может использовать несколько этапов осветления и фильтрации для обеспечения стабильной производительности и постоянного качества готового пива.
Ассоциация пивоваров описывает осветление пива как сочетание методов сепарации и фильтрации, причем мембранные системы обычно используются для доочистки или стерилизационной фильтрации, а перед их применением часто проводится центрифугирование или фильтрация с предварительным нанесением покрытия.
Основные технологии фильтрации и сепарации пива
Хотя на пивоваренных заводах слово “фильтр” часто применяется ко всему оборудованию для осветления, различные системы работают совершенно по-разному.
| Технология | Как это работает | Типичная должность |
|---|---|---|
| Пивная центрифуга | Отделяет твердые частицы с помощью центробежной силы | Первичное осветление, отделение дрожжей, предварительная фильтрация |
| Кизельгуровый фильтр | Обеспечивает образование пористого фильтрационного осадка с использованием диатомовой земли | Традиционное осветление пива |
| Пластинчато-рамный фильтр | Пропускает пиво через фильтрующие листы | Пакетная очистка и доочистка |
| Глубинный фильтр | Задерживает частицы в пористой среде | Тонкая очистка |
| Картриджный фильтр | Использует специально разработанные фильтрующие материалы для контролируемого удержания твердых частиц | Полировка и последующая защита |
| Мембранный / поперечно-поточный фильтр | Разделяет пиво с помощью селективной мембраны | Тонкая фильтрация и уничтожение микроорганизмов |
| Мешочный фильтр | Улавливает крупные частицы в сменном фильтрующем мешке | Вспомогательная или предварительная фильтрация |
Эти системы не следует рассматривать как взаимозаменяемые варианты одной и той же установки. В центрифуге фильтрующий материал вообще не используется, тогда как система на основе кизельгура основана на образовании фильтрационного осадка. Работа мембранной системы зависит от характеристик мембраны и условий эксплуатации, а не от того же механизма фильтрации, который используется в традиционных глубинных фильтрах.
Поэтому практический вопрос заключается не в том, “какой фильтр самый эффективный?”, а в том, “что необходимо удалить в ходе этого процесса и когда это следует сделать?”
Пивная центрифуга: удалите твердые частицы до того, как они попадут в фильтр
Пивная центрифуга с дисковым блоком — это, прежде всего, сепаратор. Вместо пропускания пива через фильтрующий материал она использует центробежную силу для отделения дрожжей и взвешенных частиц от жидкой фазы.
Внутри вращающейся чаши стопка конических дисков создает обширную эффективную зону сепарации. Возникающее центробежное поле позволяет взвешенным твердым частицам отделяться гораздо быстрее, чем при действии одной только силы тяжести.
На пивоваренном заводе центрифуга может использоваться для осветления «зелёного» пива, отделения дрожжей, предварительного осветления перед последующей фильтрацией, а также в некоторых процессах рекуперации пива.
Его важнейшая роль в фильтрационной цепочке зачастую заключается в том, что он устанавливается на входе.
Если удается удалить значительную часть дрожжевой массы до того, как пиво поступит в тонкофильтр, в последующей системе будет меньше твердых частиц, которые необходимо задерживать. Это может снизить нагрузку на фильтр и способствовать поддержанию более стабильной скорости фильтрации. В отраслевых рекомендациях центрифугирование также описывается как полезный этап предварительной осветки, позволяющий продлить время работы последующих фильтрационных циклов и сократить расход фильтрующих добавок.
Эта проблема становится всё более актуальной по мере роста объемов производства пивоваренных заводов. При более высокой производительности фильтрация перестаёт быть лишь вопросом качества продукции. Замена фильтров, время очистки, расходные материалы, извлечение пива и оборот резервуаров — все эти факторы начинают влиять на экономику производства.
Поэтому центрифугу чаще всего целесообразно рассматривать как часть более широкой стратегии осветления, а не как прямую замену всем другим технологиям фильтрации.
Фильтрация с использованием кизельгура по-прежнему является общепринятым стандартом в пивоваренной промышленности
Кизельгур, также известный как диатомовая земля или DE, используется на пивоварнях уже на протяжении десятилетий и по-прежнему остается одним из наиболее проверенных способов получения осветленного пива.
Принцип действия прост. Фильтрующий агент наносится на фильтрующие элементы, образуя пористый слой. Когда пиво проходит через этот слой, дрожжи и другие взвешенные частицы задерживаются в фильтрующем слое.
Стандартная система может включать в себя гораздо больше, чем только сам основной фильтрующий резервуар. В зависимости от технологического процесса установка может включать резервуар для дозирования или подачи кизельгура, смесительный резервуар, передний и задний буферные резервуары, свечевой фильтр, а также установку для улавливания осадка или ступень доочистки, расположенную ниже по потоку. В проектах пивоваренных заводов, реализуемых компанией StartBrewery, используется именно такая интегрированная схема фильтрации.
Одним из преимуществ фильтрации методом обратного осмоса является её способность выдерживать относительно высокую нагрузку твердых веществ, обеспечивая при этом прозрачность готового пива.
Недостатком данной технологии является использование расходуемого фильтрующего материала. Пивоварне приходится заниматься обработкой, дозированием и утилизацией отработанного кизельгура, а часть пива остается в фильтрационном осадке. Это не обязательно является поводом для отказа от данной технологии, но эти факторы следует учитывать при сравнении различных стратегий фильтрации.
Для пивоваренных заводов, которые уже используют традиционные технологические процессы и имеют предсказуемые графики производства, фильтрация с использованием кизельгура по-прежнему может стать разумным элементом общей конструкции установки.
Пластинчато-рамные фильтры для гибкой периодической фильтрации
Пластинчато-рамные фильтры работают за счет пропускания пива через фильтрующие листы, установленные между рядом пластин.
Они особенно хорошо подходят для периодической обработки, поскольку площадь фильтра и характеристики фильтрующего листа можно адаптировать к конкретным условиям эксплуатации. В зависимости от того, требуется ли пивоварне грубая очистка, более тонкая фильтрация или окончательная доочистка, можно выбирать фильтрующие листы различных классов.
Такая гибкость может оказаться полезной для малых и средних пивоваренных заводов, особенно для тех, которые производят несколько сортов пива с разными требованиями к прозрачности.
Однако степень участия оператора в этом процессе выше, чем в случае высокоавтоматизированных систем фильтрации. Традиционные пластинчато-рамные установки необходимо открывать при установке или замене фильтрующих листов, и работа с фильтрами становится частью рутинных производственных операций.
Это вполне может быть приемлемо для небольшой пивоварни, где гибкость и более низкие первоначальные затраты на оборудование имеют большее значение, чем непрерывная автоматизированная работа.
Глубинная и картриджная фильтрация
Глубинные фильтры и картриджные фильтры занимают в технологическом процессе иное место, чем первичное осветление с высокой степенью очистки.
При глубинной фильтрации используется пористая среда, которая улавливает частицы по всей своей структуре, а не только на одной поверхности. Этот метод часто применяется, когда пиво уже в значительной степени осветлено и требует дополнительной доочистки.
Картриджные фильтры обеспечивают более контролируемое удержание частиц и, как правило, устанавливаются на последующих этапах технологического процесса для защиты упаковочного оборудования или достижения заданного уровня удаления твердых частиц.
Эти системы особенно эффективны в тех случаях, когда на основном этапе фильтрации уже удалена большая часть дрожжей и взвешенных частиц. Использование очень тонкого фильтра для фильтрации сильно загрязнённого пива, как правило, неэффективно. Последовательность этапов фильтрации работает лучше, когда каждый этап предназначен для удаления именно тех твердых частиц, на которые он рассчитан.
На практике это часто означает, что пивоваренный завод может использовать центрифугу или традиционную глубинную фильтрацию для удаления крупных твердых частиц, а затем — фильтр более высокой степени очистки для доочистки.
Мембранная и поперечно-поточная фильтрация
Мембранная фильтрация представляет собой ещё один подход к осветлению пива, особенно для пивоваренных заводов, стремящихся сократить или полностью отказаться от использования фильтрующих добавок.
При поперечно-поточной фильтрации пиво движется тангенциально по мембране, а не проталкивается непосредственно через неподвижный фильтрационный слой. Часть жидкости проходит через мембрану, в то время как задержанный материал остается на стороне подачи и уносится потоком.
В зависимости от типа мембраны и схемы технологического процесса мембранная фильтрация может применяться для тонкой очистки, доочистки и снижения количества микроорганизмов. Кроме того, она позволяет организовать герметичный технологический процесс с высоким уровнем автоматизации.
Основной технической проблемой является загрязнение мембраны.
Если на мембрану поступает пиво с избыточным содержанием дрожжей или коллоидных веществ, поверхность мембраны может быстро забиться, что приведет к ухудшению эффективности фильтрации. Иными словами, переход от фильтрации с использованием кизельгура к поперечно-поточной фильтрации не означает автоматического упрощения технологического процесса. Важную роль играют предшествующий этап осветления, выбор мембраны, условия эксплуатации и процедура CIP.
По этой причине пивоваренным заводам, рассматривающим возможность внедрения мембранной фильтрации, следует анализировать технологический процесс в целом, а не оценивать мембранную установку в отрыве от остальных звеньев. Правильно спроектированный этап осветления, расположенный выше по технологической цепочке, может существенно повлиять на время работы мембран и общую эффективность системы.
Роль мешочных фильтров более ограничена
Мешочные фильтры иногда входят в состав систем фильтрации на пивоваренных заводах, однако, как правило, они выполняют вспомогательную функцию, а не служат в качестве основного фильтра для окончательной очистки пива.
Мешочный фильтр может быть полезен для удаления относительно крупных частиц или защиты последующего оборудования от более крупных твердых частиц. В таком случае процесс может выглядеть следующим образом:
Грубая очистка → Мешочный фильтр → Тонкая фильтрация
Важно определить, что именно защищает мешочный фильтр и какую нагрузку в виде твердых частиц он должен выдерживать. Его не следует выбирать только потому, что он недорог или его легко заменить.
Для готового пива, требующего стабильного и прозрачного внешнего вида, обычно необходимо организовать более целенаправленную систему осветления и фильтрации на последующих этапах технологического процесса.
Все ли сорта пива требуют одинаковой степени фильтрации?
Нет. Это один из моментов, которые чаще всего упускают из виду при проектировании пивоварни. Система фильтрации должна обеспечивать получение пива, соответствующего задуманному рецепту, а не принудительно придавать всем продуктам одинаковый внешний вид.
лагер и пилснер
Традиционные сорта лагера и пилснера часто отличаются прозрачным и ярким внешним видом. Длительная холодная выдержка уже способствует естественному осветлению, однако при промышленном производстве по-прежнему может потребоваться дополнительная фильтрация для достижения желаемой визуальной стабильности и воспроизводимости.
В традиционном технологическом процессе первичное осветление может сочетаться с фильтрацией через кизельгур и этапом доочистки. На крупных пивоваренных заводах может применяться центробежное осветление для снижения содержания твердых частиц перед основным фильтром.
IPA и другие сорта пива с ярко выраженным хмелевым вкусом
Пиво с высоким содержанием хмеля может иметь различные характеристики, поскольку после брожения и сухого хмелевания в нём могут оставаться частицы хмеля и мутность, связанная с полифенолами.
Максимальная ясность — не всегда является целью.
При производстве некоторых сортов IPA и других современных сортов пива с ярко выраженным хмелевым вкусом агрессивная фильтрация может удалить больше, чем хочет пивовар. Аромат, текстура и внешний вид имеют большое значение, поэтому перед выбором оборудования необходимо определить целевые показатели фильтрации.
Возможно, правильный вопрос заключается не в том, как получить кристально чистое пиво, а в том, сколько осадка следует удалить.
пшеничное пиво и сорта с естественной мутностью
Пшеничное пиво и другие сорта с естественной мутностью могут иметь намеренно созданный эффект мутности.
В таких случаях тщательная фильтрация может оказаться ненужной. Пивоваренное предприятие может ограничиться лишь той степенью очистки, которая необходима для устранения нежелательных твердых частиц или обеспечения безопасности процесса розлива, сохранив при этом желаемую мутность продукта.
Именно поэтому система фильтрации должна разрабатываться с учетом фактического ассортимента продукции пивоварни, а не на основе одной универсальной спецификации фильтрации.
Что следует учитывать при выборе оборудования для фильтрации в пивоваренном производстве?
Оборудование для фильтрации следует подбирать с учётом технологических процессов, предшествующих и следующих за ним.
В первую очередь следует учитывать само пиво. Прозрачный лагер, IPA с сухим хмелеванием и пшеничное пиво с естественной мутностью предъявляют разные требования к фильтрации.
Второй фактор — загрязнение твердыми частицами. Концентрация дрожжей и содержание взвешенных твердых частиц напрямую влияют на скорость загрязнения фильтра. Поэтому предварительная очистка может повлиять на производительность и эксплуатационные расходы всех последующих этапов процесса.
Еще одним важным фактором является производственная мощность. Для небольшой крафтовой пивоварни вполне подойдет компактный периодический фильтр, тогда как крупной коммерческой пивоварне могут потребоваться непрерывная очистка, автоматизированная работа фильтра и более высокая пропускная способность.
Внимания заслуживают и потери продукта. Любой фильтрующий материал удерживает некоторое количество жидкости, будь то пиво, задержанное в фильтрационном осадке, или продукт, остающийся в одноразовом фильтрующем элементе. Для пивоваренного завода, производящего большие объемы, даже относительно небольшие процентные потери могут стать серьезной экономической проблемой.
Не менее важную роль играют расходные материалы. Кизельгур, фильтрующие листы и картриджные элементы — все это влечет за собой постоянные эксплуатационные расходы. Мембранные системы снижают зависимость от одноразовых фильтрующих материалов, но при этом предъявляют иные требования к очистке, мониторингу и замене мембран.
Наконец, система фильтрации должна соответствовать стратегии пивоварни в области CIP и автоматизации. Фильтр, который на бумаге выглядит эффективным, всё равно может создавать эксплуатационные проблемы, если его цикл очистки, система контрольно-измерительных приборов или схема перекачки не согласованы с остальными системами пивоваренного цеха.
Проектирование системы фильтрации как составной части пивоваренного завода
Фильтрующая установка редко работает автономно.
Оборудование должно быть логически связано с бродильными чанами, резервуарами для созревания, резервуарами для готового пива, насосами, санитарными трубопроводами, системами CIP, системой управления CO₂ и линией розлива. Емкость хранилищ и буферных резервуаров также может влиять на режим работы системы фильтрации.
Для небольшой крафтовой пивоварни при проектировании приоритетом может стать простота эксплуатации, гибкая система фильтрации партий и приемлемый объем капиталовложений.
В случае крупной коммерческой пивоварни при проектировании может уделяться больше внимания непрерывной очистке, автоматизации, стабильности цикла фильтрации, выходу пива, эффективности CIP и интеграции с более широкой системой управления производством.
Компания StartBrewery подходит к вопросу фильтрации на пивоваренных заводах с позиции комплексного проектирования всего предприятия. Ее проекты для пивоваренных заводов включают оборудование для фильтрации и осветления, а также системы брожения, хранения светлого пива, CIP, охлаждения, инженерных сетей, автоматизации и розлива. Существующие конфигурации проектов также демонстрируют использование центрифуг и фильтрации с применением кизельгура в крупных пивоваренных установках, в то время как более мелкие системы могут быть сконфигурированы на основе более компактных фильтрационных установок.
Система фильтрации должна подходить под пивоварню, а не наоборот
Не существует единой технологии фильтрации, которая была бы идеальной для любой пивоварни.
Центробежное осветление целесообразно в тех случаях, когда необходимо быстро удалить дрожжи и твердые частицы перед последующей фильтрацией. Кизельгур по-прежнему остается практичным традиционным решением для осветления пива. Пластинчато-рамные фильтры обеспечивают гибкость при серийном производстве, тогда как глубинные и картриджные фильтры полезны для доочистки и контролируемой последующей фильтрации. Поперечно-поточные мембранные системы представляют собой ещё один вариант для пивоваренных заводов, стремящихся к закрытому, высокоавтоматизированному производству без использования кизельгура.
Оптимальная конфигурация зависит от сорта пива, содержания твердых частиц, требуемой прозрачности, объема производства, требований к упаковке и стратегии производства.
По этой причине компания StartBrewery не рассматривает фильтрацию как отдельный этап выбора оборудования. Этап осветления, тип фильтра, буферная емкость, система CIP, автоматизация и последующие требования к упаковке должны функционировать как единый пивоваренный процесс.
При планировании строительства новой пивоварни или модернизации существующей линии фильтрации отправной точкой должны служить сорт пива, который вы намерены производить, и производственные показатели, которые необходимо достичь. Исходя из этих требований можно затем подобрать необходимое оборудование.
