6第六章 啤酒過濾(新)

1、第六章 啤酒過濾經(jīng)過發(fā)酵或后處理的成熟啤酒，其殘余酵母和蛋白質(zhì)凝固物等沉積于貯酒罐底部，少量仍懸浮于酒液中，這些物質(zhì)在以后的貯存期間會從啤酒中析出，導(dǎo)致啤酒混濁。所以，必須經(jīng)過過濾工序，將其除去。啤酒過濾是一種物理分離過程，是啤酒生產(chǎn)過程中非常重要的生產(chǎn)工序。通過過濾后，啤酒外觀清亮透明，富有光澤，使其更富有吸引力；同時，可賦予啤酒以良好的生物穩(wěn)定性與非生物穩(wěn)定性，使其至少在保質(zhì)期內(nèi)不出現(xiàn)外觀的變化，從而保證了啤酒外觀質(zhì)量的完美。過濾流程板框精濾機硅藻土過濾機灌裝機殺菌機清酒罐發(fā)酵罐發(fā)酵罐主要內(nèi)容過濾理論過濾機分類無菌過濾第一節(jié) 過濾理論 一、啤酒中的懸浮物被過濾介質(zhì)阻留分離出來，共有三種分離

2、效應(yīng) 1. 篩分或表面效應(yīng)（阻擋作用） 啤酒中的大顆粒不能穿過過濾介質(zhì)的孔隙而被截留于不斷增厚的濾層表面。隨著過濾的進(jìn)行，過濾精度也越來越高，但流量卻越來越小。若顆粒堅實不變形，可作為粗濾層；若為軟粘性物質(zhì)，會阻擋過濾使過濾效率降低。濾網(wǎng)過濾和薄膜過濾均屬此類。 過濾效應(yīng)2. 深度效應(yīng)現(xiàn)在越來越多地應(yīng)用這種分離效應(yīng)。多孔性的材料由于其巨大的表面積和幽深曲折的通徑而將液體中的顆粒截留下來。硅藻土過濾、紙板過濾和濾棉過濾都存在這種現(xiàn)象。深層效應(yīng)過濾適用于各種硬、軟纖維雜質(zhì)的過濾由于機械效應(yīng)使具有一定粒度的顆粒物質(zhì)被截留下來，因此，孔隙會不斷被堵塞，導(dǎo)致過濾機的過濾性能不斷下降。3. 吸附效應(yīng) 細(xì)小

3、顆粒因靜電效應(yīng)而被吸附截留。這種吸附效應(yīng)是由于過濾材料和啤酒中的顆粒具有不同的電荷而引起的。在酒液中，除顆粒懸浮體外，具有較高表面活性的物質(zhì)如蛋白質(zhì)、酒花物質(zhì)、色素物質(zhì)、高級醇和酯類等都易被過濾介質(zhì)不同程度地吸附。因此，過濾后啤酒的色澤和口味要比過濾前稍淡一些。 在大多數(shù)情況下，篩分效應(yīng)和吸附效應(yīng)是同時出現(xiàn)的。 二、過濾材料和介質(zhì)（一）過濾材料的種類 1. 金屬過濾篩或紡織物。有不同種類的金屬篩、裂縫篩或平行安裝于燭式硅藻土過濾機上的異型金屬絲和金屬或紡織編織物。紡織編織物是近幾年才出現(xiàn)的一種材料，但由于它不好滅菌，所以在啤酒過濾中采用較少，它主要用于麥汁壓濾機；金屬編織物的清洗和滅菌效果要好

4、一些，所以應(yīng)用較廣泛。 2. 過濾板。過濾板可用纖維、棉花、硅藻土、珍珠巖、玻璃纖維和其它材料制成。過濾板的種類很多，可滿足不同過濾精度的需求，直至無菌過濾。 3. 膜材料。膜過濾的應(yīng)用越來越多。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、醋酸纖維及其它材料。膜很?。?.021m），因此多被固定在多孔眼的支撐介質(zhì)上使用，以免被擊穿。膜的制作主要有浸漬、噴灑或涂層等方法。可用不同的材料生產(chǎn)任意孔徑的膜（見圖63）。 不同材料膜的放大圖（1、2、3放大1000倍，4放大10000倍） 1 2 3 41纖維素-酯膜 2聚乙烯二氟化物膜 3聚磺酰膜 4聚磺酰膜（二）過濾助劑過濾介質(zhì)一

5、般為粉狀物，它們被涂附于過濾機的支撐材料之上。支撐材料有其特殊的形狀和結(jié)構(gòu)。有的是用編織物制成的，有的是用不同材料制成的板。沒有過濾支撐材料，就無法使用過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。啤酒廠所用過濾介質(zhì)主要有硅藻土和珍珠巖兩種。 1. 硅藻土硅藻土是近代啤酒工業(yè)用得最廣泛的一種助濾劑，這是一種由藻類硅質(zhì)細(xì)胞組成的沉積巖礦，經(jīng)礦石粉碎、高溫煅燒和風(fēng)選、分級后，制成的一種多孔、質(zhì)輕的助濾劑，其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁。用于啤酒過濾的硅藻土分很多種，主要以粒度來區(qū)分，即細(xì)土、中細(xì)土、中粗土、粗土等，各個硅藻土生產(chǎn)廠分別對這些土有自己的規(guī)格、型號，啤酒工廠在購買硅藻土?xí)r，可根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。粗土與細(xì)土啤

6、酒過濾速度主要取決于硅藻土顆粒的大小。顆粒越細(xì)，則酒液被過濾得越清亮，但過濾速度也越慢。粗土與細(xì)土的性質(zhì)正好相反，它的過濾速較快，但酒液不很清亮，所以粗土主要用于過濾中的預(yù)涂。硅藻土珍珠巖微觀圖圖64 硅藻土（放大1000倍）圖65 珍珠巖（放大1000倍）2. 珍珠巖珍珠巖是一種由火山爆發(fā)出的火山灰作用形成的非晶形礦物巖，為熔融的鉀、鈉、鋁硅酸鹽，具有很強的化學(xué)惰性。珍珠巖礦經(jīng)粉碎、煅燒及分選后制成的珍珠巖具有同硅藻土十分相似的性質(zhì)，但又有許多不同之外，這些顆粒形態(tài)比較規(guī)則，為三葉形（見圖65）。珍珠巖是質(zhì)量很輕、顆粒松散的粉末，體積、質(zhì)量比硅藻土小，質(zhì)量要比硅藻土小2040，滲透性優(yōu)于硅藻

7、土，所以，它是一種很好的過濾介質(zhì)。第二節(jié) 啤酒過濾的方式及其操作啤酒過濾的主要方式有：棉餅過濾機；硅藻土過濾機（粗濾，啤酒廠常用）；紙板過濾機（精濾）；雙流過濾機；錯流過濾機（主要用于代替硅藻土過濾機）；無菌過濾機（主要用于純生啤酒的過濾）。 多種過濾機的綜合應(yīng)用效果對比生物可靠性口味質(zhì)量成本純生啤酒心理接受程度備注硅藻土過濾機+巴斯德殺菌+口味穩(wěn)定性差硅藻土過濾機+高溫瞬時殺菌+溶解氧0.1 mg/L硅藻土過濾機+巴斯德殺菌50+（+）+生產(chǎn)成本高硅藻土過濾機+紙板過濾+膜過濾+（+）+有時出現(xiàn)泡沫問題硅藻土過濾機+深層(超微)過濾+膜過濾+硅藻土過濾機+紙板過濾+膜過濾+無菌灌裝(用蒸汽滅

8、菌)+（+）+（+）+人員素質(zhì)要求高一、棉餅過濾機棉餅過濾機棉餅過濾機是比較原始的過濾設(shè)備，現(xiàn)基本已退出啤酒過濾的歷史舞臺。盡管如此，我們還要對它做一簡要介紹。因為，現(xiàn)代化的現(xiàn)代板框式硅藻土過濾機是在其理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。而且，這種過濾機畢竟曾使用了幾十年。濾棉的制作方法是：用木纖維或棉纖維紙漿，經(jīng)過脫脂制成濾紙紙漿，再加15%石棉，最后制成濾棉，并作為啤酒過濾介質(zhì)使用。棉餅過濾機的優(yōu)點是濾棉中摻有石棉，石棉的吸附能力很強，能濾出穩(wěn)定性很高的啤酒，清亮透明。勞動生產(chǎn)率低，成本高；石棉對人體有害，過濾時應(yīng)嚴(yán)格防止石棉短纖維殘留酒內(nèi)。現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于核糖核酸、酶制劑、明膠、化工等行業(yè) 二、硅藻土

9、過濾機 在現(xiàn)代啤酒企業(yè)中，硅藻土過濾機的種類很多，其中主要以板框式燭式水平圓盤式三種最為常見。1. 板框式硅藻土過濾機板框式硅藻土過濾機的結(jié)構(gòu)（見圖66）。它由機架及交替懸掛其上的濾框和濾板組成，材料多為不銹鋼。在濾板的兩邊懸掛著支撐板，濾框和濾板之間彼此密封。支撐板由纖維和縮合樹脂制成。1234板框式硅藻土過濾機板框式硅藻土過濾機板框式硅藻土過濾機的工作方式1掛有濾板的支撐板 2濾框 3未濾液入口 4已濾液出口 5硅藻土涂層過濾前紙板安裝程序123451準(zhǔn)備安裝 2檢查紙板 3折疊紙板 4放入紙板 5濕潤紙板過濾結(jié)束后紙板的拆洗 1 234561從兩側(cè)輕拆紙板 2將紙板移至另一側(cè) 3使紙板與

10、板框完全脫離4取下濕重的紙板 5清洗板框 6清洗紙板硅藻土過濾機的操作 1. 預(yù)涂（1）第一預(yù)涂層 在0.20.3MPa的壓力下，將脫氧水或已濾酒與一定數(shù)量的粗土混合，以循環(huán)的方式進(jìn)行預(yù)涂，由此形成壓力穩(wěn)定的基礎(chǔ)預(yù)涂層。第一次預(yù)涂非常關(guān)鍵，它雖不起過濾作用，但它起著支撐的作用。這次預(yù)涂層粗硅藻土用量為0.70.8kg/m，大約為整個預(yù)涂量的70左右。（2）第二預(yù)涂層第二次預(yù)涂層的作用是使最先濾出的酒液清亮。這次預(yù)涂仍然用脫氧水或已濾酒和過濾介質(zhì)，硅藻土較細(xì)，有過濾活性。這樣既能截留混濁物質(zhì)，又能防止過濾機堵塞。預(yù)涂層要均勻分布，否則會導(dǎo)致啤酒液流速不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生混濁。（3）連續(xù)補料預(yù)涂結(jié)束后

11、，過濾開始，過濾中要不斷添加過濾介質(zhì)，其作用是不斷更新濾層，以保持濾層的通透性，使流量恒定。必須保證流量的恒定，因為液體的壓力和液流的不均勻會使篩面或燭面上的“過濾橋”被破壞，濾出的酒就又會變混濁，因此一定要避免這種情況。正常情況下，壓差上升應(yīng)緩慢且連續(xù)，直至板框硅藻土過濾機壓差為0.20.5MPa，葉片硅藻土過濾機壓差為0.30.5MPa時，過濾應(yīng)結(jié)束。 2. 燭式硅藻土過濾機燭芯 過濾機燭芯（見圖610）是過濾材料，在燭芯上預(yù)涂過濾介質(zhì)硅藻土。為進(jìn)行過濾，將螺旋線沿徑向圍著燭芯纏繞，絲間距為5080m。細(xì)長過濾燭芯長達(dá)2m以上。由于在過濾機里安裝了近700根燭芯，所以形成的過濾面積非常大，

12、過濾效率非常高，而且燭芯上沒有活動部件。123451不銹鋼螺旋線 2精確控制的開口3高強度的支撐4無堵塞設(shè)計5清洗徹底燭式硅藻土過濾機的工作過程 首先充滿過濾機，由于水會與啤酒接觸，所以要使用脫氧水，水處于循環(huán)狀態(tài)。接著預(yù)涂，第一次預(yù)涂用過濾介質(zhì)（硅藻土）與水混合，在燭芯上進(jìn)行l(wèi)0min左右預(yù)涂，直至形成支撐層，第一次預(yù)涂開始時流出液是混濁的，緊接著以同樣的方式進(jìn)行第二次預(yù)涂。每次預(yù)涂后，整個過濾設(shè)備都要進(jìn)行10min15min的循環(huán)。然后開始過濾，首先水被啤酒頂出，待濾啤酒緩慢地從下向上頂出過濾機中的水，并穿過燭芯而被過濾。然后，通過計量添加泵向啤酒中定量添加硅藻土液。注意，雖然水與啤酒的接

13、觸界面很小，但仍不可避免地會有一部分酒、水混合液，這就是所謂的酒頭。充水 預(yù)涂清洗滅菌后用脫氧水充滿整個過濾機使用粗土進(jìn)行預(yù)涂二次預(yù)涂 過濾過濾的同時計量添加硅藻土再使用粗土和細(xì)土進(jìn)行二次預(yù)涂正常過濾 過濾結(jié)束(頂水)過濾結(jié)束后，啤酒被由下部進(jìn)入的脫氧水頂出，此時就會產(chǎn)生啤酒與水的混合液，這就是所謂的酒尾。 由于不斷添加硅藻土，燭芯上的硅藻土層越來越厚，進(jìn)口處的壓力也變得越來越高，當(dāng)壓力達(dá)到0.50.6MPa（表壓）時，就必須停止過濾。 卸土 沖洗用壓縮空氣將硅藻土從燭芯上壓出。 空氣以間歇方式和水混合通入，在燭芯上形成旋渦，產(chǎn)生空氣沖擊，將燭芯沖洗得干干凈凈 殺菌用高溫水對過濾機、所有連接件

14、和管道進(jìn)行殺菌處理 3. 水平圓盤式硅藻土過濾機其工作原理和燭式硅藻土過濾機一樣（用脫氧水排氣、兩次預(yù)涂、過濾時連續(xù)添加硅藻土）添加的硅藻土均勻分配于每一個圓盤上，由此形成均勻的濾層（見圖615）。整個過濾機圓盤旋轉(zhuǎn)通過產(chǎn)生的離心力，可將泥狀的廢硅藻土排出。通常有幾種不同的轉(zhuǎn)速可供選擇。 水平圓盤過濾機的過濾片圖614 水平圓盤的構(gòu)造濾層的形成及濾液的流向3121濾層形成 2未濾液進(jìn) 3濾液流出酒頭和酒尾的處理無論何種過濾方法都會產(chǎn)生酒頭和酒尾。只不過在葉片過濾機中產(chǎn)生的量相對最少；燭式硅藻土過濾機則較多；而板框式硅藻土過濾機最多。當(dāng)正確操作時，酒頭和酒尾的質(zhì)量并不差，只不過原濃稍低一些。可將

15、酒頭、酒尾用于原濃的調(diào)整。否則，就必須添加高泡酒，然后在特殊的殘酒罐中進(jìn)行發(fā)酵，再與正常的啤酒混合過濾。硅藻土的計量添加預(yù)涂時硅藻土與脫氧水的混合液和過濾中硅藻土的連續(xù)添加，均由計量裝置進(jìn)行計量添加（見圖617）。1計量混合罐 2攪拌器 3快速預(yù)涂泵 4計量添加泵5計量調(diào)節(jié)裝置 6硅藻土混合液 7視鏡計量添加膜泵300L/h1閥球 2膜 3活塞 4硅油三、紙板過濾機 1917年，德國首先開發(fā)了“無菌過濾紙板”。開始時，只用于水的過濾。而后，逐漸推廣到葡萄酒和果汁的生產(chǎn)上。直到1930年后，才開始大規(guī)模地應(yīng)用紙板過濾啤酒。圖622 紙板過濾機過濾紙板過濾紙板由木纖維和硅藻土組成，具有很高的滲透性

16、。二者的混合比例在過濾中起著重要的作用。有的紙板中還加入了一些啤酒穩(wěn)定劑，如聚乙烯聚吡咯烷硐（PVPP）吸附劑，以除去啤酒中部分多酚物質(zhì)，提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。紙板式過濾機精濾紙板式過濾機主要用于精濾。紙板的過濾精度越高，則其過濾量就越小。為了提高其過濾能力，應(yīng)在精濾前先進(jìn)行硅藻土粗過濾，去除啤酒中較大的顆粒物質(zhì)和酵母。這樣，紙板式過濾機就可以達(dá)到很好的精濾效果。也可采用兩段的紙板式過濾機，第1段用的紙板孔隙較大，作為粗濾；第2段用的紙板孔隙較小，作為精濾。但紙板的價格較硅藻土昂貴許多，所以生產(chǎn)上多用硅藻過濾機進(jìn)行粗濾。四、雙流過濾2001年德國斯坦尼克（Steinecker）公司把雙流系統(tǒng)

17、成功地運用到啤酒的過濾中。這一燭式雙流過濾系統(tǒng)（TwinFlowSystem，簡稱TFS）能對啤酒過濾的整個工序進(jìn)行控制。雙流過濾（見圖6-23）技術(shù)是在傳統(tǒng)的燭式硅藻土過濾機的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步完善而產(chǎn)生的一種新型硅藻土過濾機。雙流過濾系統(tǒng)的技術(shù)特點是，原燭式硅藻土過濾機頂部圓盤被帶標(biāo)記的管柵所取代，濾芯通過管道而被集中，濾出液直接排出，實現(xiàn)了過濾器中流速均勻，保證了預(yù)涂層的均勻性和均一性，提高了10%的過濾量。雙流過濾系統(tǒng)工作流程1100%100%1待濾液 2硅藻土添加罐 3管柵 4分配器 5廢土 6清酒4 5控制盤2105%5%StwQpStwQP365%100（二）雙流過濾的優(yōu)點 1工藝

18、方面。大小硅藻土顆粒能沿整個過濾芯的外部均勻分布；能增加10%的啤酒過濾量；衛(wèi)生死角減少，增加了操作的安全性，過濾管柵的安裝避免了硅藻土沉積在容器底部。 2靈活性。通過較高的流速進(jìn)行清洗，節(jié)省了水的消耗；管柵的安裝，使容器內(nèi)部的液體流速均勻，過濾介質(zhì)沉降穩(wěn)定，能適應(yīng)不同類型啤酒的過濾。 3經(jīng)濟性，無酒損；便于操作，減少了間接污染；縮短了回流時間；通過增強滲透性節(jié)省了硅藻土的使用量。斯坦尼克產(chǎn)品演示文件TFS 過濾機.pps（三）雙流過濾與傳統(tǒng)燭式硅藻土過濾機的區(qū)別傳統(tǒng)的燭式硅藻土過濾機其上端板將過濾容器分隔為清酒區(qū)和待濾酒區(qū)兩部分，硅藻土的分布是漂移的、自由的、完全沒有控制的流動，因此，造成硅

19、藻土顆粒在燭芯的上部和底部分布不同，許多大顆粒附著在底部，細(xì)小的顆粒附著在上部。而雙流過濾機的進(jìn)口分布器能部分克服這一問題。雙流過濾在工作時，可以對啤酒回流精確控制，使過濾不產(chǎn)生酒頭；由于硅藻土涂層穩(wěn)定，過濾速度大大提高。六、無菌過濾眾所周知，我們?nèi)粘Ｋ鹊氖炱【贫际遣扇“褪蠚⒕霓k法，但經(jīng)過巴氏殺菌，啤酒喪失了其新鮮的口感。而消費者更傾向于飲用口感新鮮、又澄清透明的冷過濾純生啤酒，而且這種傾向日趨明顯。采用硅藻土和紙板精濾相結(jié)合的辦法，難以達(dá)到無菌要求，啤酒的生物穩(wěn)定性也較差。在60年代，國際上采用醋酸纖維薄膜過濾的辦法，效果可以，但生產(chǎn)能力較小，費用較高，應(yīng)用不普遍。在80年代，歐美一些國

20、家開始采用尼龍66制作薄膜濾芯，用以啤酒的過濾除菌，基本能達(dá)到要求，但過濾費用較高。在80年代后期，許多國家已開發(fā)出了各種形式和多種功能的薄膜濾芯或過濾元件，加上在線薄膜完整性檢測手段，使無菌過濾成為可能，無菌過濾技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。（一）無菌過濾的要求無菌過濾的除菌顆粒大小要求，見圖634。圖中每向右移動一欄，顆粒和過濾膜或元件孔隙的尺寸就縮小10倍。通過此圖可以很直觀地看到，啤酒除菌過濾膜或元件的孔徑是很小的，只有0.0010.1m。內(nèi)毒素病毒膠體色素細(xì)菌細(xì)混濁物活性炭顆粒細(xì)顆粒 酵母細(xì)胞血紅細(xì)胞孢子硅藻土/珍珠巖糖漿 天然混濁汁沙粒 除菌過濾減菌過濾細(xì)過濾澄清過濾粗過濾100m10m

21、1.0m0.1m0.01m0.001m（二）無菌過濾的分類1. 膜過濾（1）組件過濾機過濾片可制成組件，安裝在一個直徑40cm的密封圓形過濾系統(tǒng)中。組件過濾機（見圖636）中，垂直疊裝許多組件。300mm的組件有1.9m2的過濾面積，400mm的組件有3.8m2的過濾面積。每個組件兩個曲面之間的間距使清液從中心管流出，過濾是由外向里進(jìn)行的，并且有各種精度的過濾模面可供選用。過濾片組件的最大優(yōu)點是操作簡便。膜式組件過濾機圖635 過濾模塊圖636 組件過濾機剖視圖組件過濾機組件過濾機具備機械過濾和靜電吸附雙重作用，既可作粗濾，又可作精濾用，過濾顆粒大小范圍為0.1100m。組件濾芯一般由木纖維、

22、硅藻土（或珍珠巖）用蜜胺樹脂固定成型，經(jīng)特殊處理使其帶正電，以便除去污染微生物和膠體物質(zhì)等。組件的表面由填充了硅藻土的纖維組成。其特殊的結(jié)構(gòu)是由外向內(nèi)逐漸變細(xì)，因此可逐層的截留液體中的雜質(zhì)顆粒。也就是說，雜質(zhì)顆粒不僅受阻于組件濾芯的表面且進(jìn)入其深層處 有的組件用聚乙烯吡咯烷酮聚合物（PVPP）填充，過濾的同時，吸附去除啤酒中的多酚物質(zhì)，提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。 膜過濾機需要注意的是，在正常情況下，膜過濾機一般只作為最后一級過濾使用，這樣才能有效利用它的過濾面積。純生啤酒過濾器的配置以國內(nèi)某啤酒廠生產(chǎn)瓶裝純生啤酒為例，產(chǎn)量為17噸/小時，過濾設(shè)備的配置如下：兩個預(yù)過濾器，每個過濾器裝36根84c

23、m高的深層過濾芯，孔徑為0.7m，材質(zhì)為聚丙?。粌蓚€終過濾器，每個過濾器裝24根84cm高的膜過濾芯，孔徑為0.45m，材質(zhì)為改造聚砜。沙多利斯純生啤酒過濾系統(tǒng)（2）深度燭式硅藻土過濾機此種過濾機類似于硅藻土燭式硅藻土過濾機，只是濾芯不同。深度燭式硅藻土過濾機的燭芯一般由尼龍66、聚偏二氟乙烯、陶瓷、聚丙烯和纖維質(zhì)薄膜制成，其中有許多過濾層。它利用深度過濾燭芯進(jìn)行過濾，過濾層的組織由外向里越來越密，形成多個截留層以及較大的過濾面積。深度燭式硅藻土過濾機濾芯截留啤酒中顆粒的示意圖，見圖637。同一過濾機罐體中可安裝多個深度過濾燭芯。深度燭式過濾機工作原理 聚丙烯過濾芯剖視圖深度過濾截留顆粒深層過濾芯過濾芯為深層過濾芯，它有40多層，14mm厚，過濾顆料大小范圍為0.0010.1m。其特殊的聚丙稀纖維由外向內(nèi)逐漸變細(xì)，因此可逐層地截流啤酒中的雜粒和微生物。再生時可反沖，可用堿洗。深度燭式硅藻土過濾機在過濾初期，壓差較低，而后孔徑堵塞，壓差上升很快，流速隨之降低