CN112469808A - 麦芽浆过滤膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含弹性体组合物的麦芽浆过滤膜，基于弹性体组合物中聚合物的总重量，弹性体组合物包含大于50wt％的一种或多种弹性体。

Description

麦芽浆过滤膜
技术领域
本发明属于酿造饮料如啤酒的领域。具体地，本发明涉及用于过滤麦芽浆(mash)的麦芽浆过滤膜。
背景技术
糖化通常是酿造过程中的一个工艺步骤，其中将磨碎的谷物和水合并并加热以形成糖并从谷物中提取糖和其他组分，以形成麦芽浆，麦芽浆为包含麦芽汁和固体废谷物的悬浮液。为了使麦芽汁继续进一步进入酿造过程，需要在麦芽浆过滤(filtration)或过滤(lautering)过程中将麦芽浆中的麦芽汁与废谷物分离。在大型酿酒厂中，这通常是用麦芽浆过滤单元如例如EP0674929中描述的麦芽浆过滤单元进行，并且该过滤单元可以从比利时的Meura S.A.商购。其他类似类型的麦芽浆过滤单元从西班牙的Landaluce S.A.和中国的乐惠(Lehui)可商购。
在US5453285中，描述了麦芽浆过滤的实例。通常，在这样的过程中，将麦芽浆引入到麦芽浆过滤单元的腔室中，在过滤器(通常是布过滤器)和膜之间，有时还称为囊状物。该膜用于对麦芽浆施加压力，使得麦芽汁通过过滤器从麦芽浆中挤出。定位(夹)在过滤器和膜之间的剩余废谷物床可以任选地用热水冲洗，以进一步从废谷物床中提取剩余的糖。在过滤完成后，将腔室打开以释放废谷物床，并可以用另一种酿造麦芽浆或另一批麦芽浆重复该循环。
如例如EP0674929中所描述的，麦芽浆过滤膜在一定程度上是弹性的，使得当将麦芽浆引入腔室中并充气以施加进一步的压力(例如，最大约1200毫巴)时，其可被放气。
常规麦芽浆过滤膜(如从Meura S.A.可商购的那些)涉及许多缺点。在酿造一定次数后，膜的结构完整性会由于破裂或撕裂而失效，使得必须更换膜。该更换需要过滤单元的不期望的停机。而且，有问题的是，膜的失效频率是相对不可预测的，这意味着一种特定类型的膜可能比相同类型的另一种膜持续更长的时间。这表明每种膜的橡胶组成不同。传统膜的这种不可预测的耐用性使其难以安排维护时间，并导致甚至更多的停机。除了撕裂或破坏之外，常规的麦芽浆过滤膜倾向于随着时间而形成折痕或褶皱。折痕不仅影响膜的结构完整性，而且由于废谷物床仍悬在折痕上，因此阻碍了废谷物床从打开的腔室中释放。这需要人工帮助释放废谷物床，其出于效率和安全性的考虑是不期望的。常规麦芽浆过滤膜的另一个缺点是它们的粘性，特别是在进行原位清洁(CIP)之后的前两个酿造中。
DE4313103公开了一种膜过滤器系统和一种弹性体膜片。然而，如本领域中更常见的，该片被认为是弹性的，同时明确地公开了该片的一部分不是弹性的。此外，已知常规膜即使具有弹性性质，也可包含少于50％的弹性体。
在EP0142173中，公开了一种用于压滤机的隔膜。据描述，该隔膜相对于其他由橡胶制成的隔膜显示出良好的耐热性和耐热老化性或耐化学性。没有关于其在麦芽浆过滤中的适用性的信息，然而更不用说从EP0142173中获知其优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的麦芽浆过滤膜，其不具有与常规膜有关的一个或多个如上述的缺点。具体地，目的是提供比常规膜更耐用的麦芽浆过滤膜，使得不需要更换或需要较少的更换。
本发明人惊奇地发现，通过提供对于许多酿造保持其弹性的麦芽浆过滤膜可以实现该目的。为此，本发明提供了包含弹性体组合物的麦芽浆过滤膜，基于弹性体组合物中聚合物的总量，弹性体组合物包含大于50wt％的一种或多种弹性体。
本文中术语弹性体是指具有弹性性质的聚合物，并且包括天然的和合成的弹性体，其也称为橡胶。优选地，本发明的弹性体包括合成的弹性体，以良好地控制其性能。
某些常规的麦芽浆过滤膜包含基于弹性共聚物乙烯丙烯二烯单体(EPDM)和无弹性热塑性聚合物(也称为塑性相或热塑性相)如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)的弹性体组合物。例如，在比利时的Meura S.A.提供的麦芽浆过滤膜中，该组合物包含50％的EPDM和50％的PE。由于膜的弹性性质大部分可以归因于EPDM，因此即使膜确实包含塑料(例如PE)，常规膜有时也可以称为EPDM膜。由于常规组合物中存在塑料，因此该组合物可被视为塑料，使得有助于根据有关当局(例如,美国食品药品监督管理局，FDA，the DutchNederlandseVoedsel-enWarenautoriteit,NVWA)制定的规定获得食品等级评级。例如，常规的含塑料的弹性体组合物可以符合欧盟法规(EU)10/2011和/或欧盟法规(EU)282/2008。不期望受理论束缚，发明人认为塑料在弹性体组合物中的存在对膜的耐久性产生负面影响。
优选地，本发明的弹性体组合物包含尽可能少的塑料。尽管可能已经观察到小于50wt％的塑料的积极作用，但是包含大于60wt％的弹性体组合物特别地显示出改善的耐久性。伴随着组合物中弹性体量的增加，可观察到耐久性的增加。因此，基于弹性体组合物中聚合物的总重量，组合物优选包含大于80wt％，优选大于90wt％，更优选大于95wt％，最优选约100wt％的所述弹性体。因此，最优选地，弹性体组合物基本上不含塑料。
可替代地或另外地，本发明的弹性体组合物中塑料的限制使用或不使用可以表示为基于弹性体组合物中聚合物的总重量，弹性体组合物包含小于50％的一种或多种无弹性聚合物如无弹性热塑性聚合物，优选小于25％，更优选小于10％。无弹性聚合物通常是聚烯烃均聚物，例如一种或多种选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等的组的聚合物。
弹性体组合物优选对可用于CIP目的的碱性溶液(例如，2％的碱性溶液)具有良好的耐性。因此，弹性体优选包括EPDM。其他合适的弹性体可以是选自由EPDM、FKM(根据ASTMD1418标准-例如VitonTM)、FFKM(根据ASTM D1418标准-例如KalrezTM)、丁腈橡胶(NBR)组成的组中的一种或多种。
在一个特定的实施方案中，弹性体优选包含共聚物，例如嵌段共聚物，如三嵌段共聚物聚苯乙烯嵌段-聚丁二烯嵌段-聚苯乙烯(SBS)、聚苯乙烯嵌段-聚异丁烯嵌段-聚苯乙烯(SIS)。在另一个特定的实施方案中，弹性体包括烯烃弹性体，例如乙烯丙烯橡胶(EPR)、丁腈橡胶(NBR)、EPDM、聚苯乙烯-共-聚丁二烯橡胶(SBR)。
可以理解，弹性体组合物可以进一步包含添加剂，例如，填料如炭黑、固化剂、稳定剂、增塑剂等。本发明的弹性体组合物优选通过过氧化物固化或交联。用于膜的常规弹性体组合物通过硫固化或交联，并且发现通过过氧化物固化或交联导致更耐用的膜。因此，通过硫交联或固化不太优选。
在一个特定的实施方案中，膜基本上完全由弹性体组合物组成。在另一个实施方案中，该膜可以包括该组合物和位于旨在与麦芽浆接触的该膜的一侧上的另一种组合物如全氟化化合物(PFC)组合物的层或片(patch)。全氟化化合物的优点是其惰性，使得可以进一步改善膜的耐久性。
本发明的弹性体组合物优选是食品级的。对于基本上由EPDM组成的弹性体组合物，也可以令人惊奇地达到这一点。这样，发明人发现，出于监管目的，不需要如常规弹性体组合物那样在组合物中包括至少50％的塑料。本发明的弹性体组合物可符合关于一般产品安全根据欧盟指令95/2001/EC的规定、关于旨在与食品接触的材料和制品的法规(EC)N.1935/2004、荷兰食品和消费品法(包括但不限于(商品法)关于包装和消费品的法令和法规(“Warenwetbesluit en–regeling verpakkingen en gebruiksartikelen”)，欧盟法规(EC)1907/2006的第33条，使得REACH法规规定的高度关注物质不以高于0.1wt％存在，和/或根据食品和药物管理局(FDA)CFR标题21-第177部分-间接食品添加剂：旨在重复使用的聚合物§177.2600橡胶制品。这意味着本发明的弹性体组合物优选仅包含这样的组分，使得这些组分保持低于法规(EC)N.1935/2004中规定的总迁移极限。可以根据相关法规进行该测试，例如，根据美国联邦法规标题21、欧盟指令82/711/EEC、欧盟指令93/8/EEC、欧盟指令97/48/EC(制定测试旨在与食品接触的塑料材料和制品的成分的迁移所必需的基本规则)和/或欧盟指令85/572/EEC(制定用于测试迁移的模拟物的列表)。为此目的，也可以在与这些规定相关的所谓“白名单”中找到用于弹性体组合物的合适组分和添加剂。优选地，本发明的弹性体组合物还满足法规(EC)N.2023/2006良好生产规范(Good ManufacturingPractices)中规定的要求。
本发明的另一方面是用于生产该膜的方法。常规地，通常通过压缩成型生产膜。该方法的缺点是它允许对工艺参数的有限控制。例如，可能发生起始原料(例如，原始EPDM和原始PE颗粒)的分离，这将导致非均相的最终组合物。本发明人发现，常规膜的罕见耐久性可能是由于压缩成型中的差的工艺控制。因此，本发明的膜优选通过包括以下的成型工艺来制备：共混组合物的熔体，例如在注射成型中进行。已经发现，注射成型导致膜的耐久性的更窄分布。这样，本发明的膜优选地通过包括共混组合物的熔体的成型方法例如注射成型可获得。还发现该方法特别适合于生产根据本发明的相对较大尺寸的膜，该膜可具有通常大于1，优选大于2，更优选大于3，甚至更优选大于3.5，最优选为约3.6m2的单侧表面积。
为了膜的特别有利的耐久性，发现在使用所述膜之前，弹性体组合物优选具有一种或多种，更优选所有以下材料性能：
-根据ISO 37:2011类型2确定的大于5，优选大于8，更优选大于10MPa，例如约12MPa的拉伸强度；
-根据ISO 37:2011类型2确定的大于4，优选大于4.5，更优选大于5MPa，例如约8.6MPa的模量M300变形；
-根据ISO 37:2011类型2确定的大于200％，优选大于300％，甚至更优选大于400％，例如约421％的断裂伸长率；
-根据UNI EN ISO 1183-1确定的大于1g/cm3，例如约1.06g/cm3的密度；
-根据UNI ISO 7619-1确定的60至75范围内，优选65至71ShA，例如约66ShA的肖氏A硬度。
上述每种材料性能均有助于弹性体组合物的良好特性。已经发现，材料性能随时间即在使用过程中的变化可以指示膜的耐久性。因此，弹性体组合物优选以这样的方式构成，即使得材料性质由于使用而尽可能小地变化。发现对于材料性能压缩变形尤其如此，压缩变形是根据ISO 815-1:2014，方法A，试件B在70℃下72小时后测定的。事实上，认为压缩变形可特别地用作用于确定弹性体组合物的耐久性的可靠参数。通常，压缩变形指示组合物的弹性。虽然常规膜(例如获自比利时Meura S.A.)的初始压缩变形(即约40％)对于有效的麦芽浆过滤过程是足够的，但发现由于在此类过程中使用了典型的常规膜，因此膜的压缩变形增加(例如，在4700次酿造后增加到约59％)。相反，根据本发明的膜的压缩变形在4700次酿造中基本保持恒定。因此，本发明的麦芽浆过滤膜在使用所述膜之前优选具有小于35％，更优选小于25％的压缩变形，和/或在使用所述膜进行约2小时或90周的4700次酿造之后，压缩变形小于50％，更优选小于25％，最优选小于20％。
本发明的另一方面涉及麦芽浆过滤膜或麦芽浆过滤单元在麦芽浆过滤中的用途。换句话说，在一个特定方面，本发明涉及一种方法，其包括使用麦芽浆过滤膜或包括所述膜的麦芽浆过滤单元过滤麦芽浆。更具体地，所述方法包括用膜对麦芽浆施加压力，使得麦芽汁通过过滤器从麦芽浆中挤出。
具体实施方式
可以通过以下实施例说明本发明。
实施例1–膜的生产
在模具中，通过注射成型生产包含弹性体组合物的麦芽浆过滤膜，该弹性体组合物包含黑色过氧化物固化的100％EPDM(基于组合物中聚合物的总重量)。膜的尺寸为2×1.8m2，且材料性能如表1所示。
表1
材料性质 方法 值
密度 UNI EN ISO 1183-1 1.06g/cm<sup>3</sup>
肖氏A硬度 UNI ISO 7619-1 66ShA
拉伸强度 ISO 37:2011，类型2 12MPa
断裂伸长率 ISO 37:2011，类型2 421％
模量25％ ISO 37:2011，类型2 1.0
模量50％ ISO 37:2011，类型2 1.6
模量100％ ISO 37:2011，类型2 3.1
模量200％ ISO 37:2011，类型2 6.2
模量300％ ISO 37:2011，类型2 8.6
抗撕裂性，最大力 ISO 34-1:2015，方法C 53N
抗撕裂性，抗撕裂性 ISO 34-1:2015，方法C 28kN/m
压缩变形 ISO 815-1:2014，方法A 23％
比较例1–常规膜的分析
使用前分析从比利时Meura S.A.获得的2×1.8m2的麦芽浆过滤膜，其组成为50wt％的EPDM和50％的PE，并且发现表2中所示的以下材料性能。
表2
Figure BDA0002907209710000081
Figure BDA0002907209710000091
实施例2–膜的粘性评估
从Meura S.A.商购的一种麦芽浆过滤单元配备有如实施例1中制备的138个麦芽浆过滤膜。另一种相同类型的麦芽浆过滤单元配备有138个在比较例1中提到的常规麦芽浆过滤膜。将两个麦芽浆过滤单元放置在同一房间中，并用相同的酿造料(麦芽浆)供料，并在酿造过程中并行运行它们时进行相似的处理(预期维修到期的时间，参见下文)。
通过关于每天或每月CIP后从膜上去除废谷物床所需的人工操作帮助分析膜的粘性。表3中提供结果。
表3
Figure BDA0002907209710000092
Figure BDA0002907209710000101
表3中的结果表明，在操作条件下，本发明的膜的粘性小于常规膜。
实施例3–膜耐久性的评估
将实施例2的过滤单元用于约90周的时间段中的过滤，其中产生了用于过滤麦芽浆的4700次酿造。在此期间，比较例1中提到的常规过滤膜的不合格率为13％(138个中有18个)，而根据实施例1的本发明的麦芽浆过滤膜的不合格率为0％(138个中有0个)。此外，本发明的膜均未显示任何折痕，而对于常规过滤器观察到明显的折痕。
在90周内约2个小时的4700次酿造之后，使用与表1和表2所示相同的方法分析两种类型的麦芽浆过滤膜样品的表4所示的膜性能。
表4
Figure BDA0002907209710000102
Figure BDA0002907209710000111
从表2可以得出的是，比较常规膜与本发明的膜，本发明的膜具有明显更高的强度，并且直到现在仍保持相对恒定，而常规膜却损失了一些其最初已经较低的强度和刚度。本发明的膜的撕裂强度最初较高，并且在4700次酿造后仍然如此，并且测试膜的永久变形(压缩变形)也明显较小，这是更好的，因为对于这种应用优选压缩变形尽可能地低。

Claims (15)

1.包含弹性体组合物的麦芽浆过滤膜，基于所述弹性体组合物中聚合物的总重量，所述弹性体组合物包含大于50wt％的一种或多种弹性体。
2.根据权利要求1所述的麦芽浆过滤膜，其中基于所述弹性体组合物中聚合物的总重量，所述弹性体组合物包含大于60wt％，优选大于80wt％，优选大于90wt％，更优选大于95wt％，最优选约100wt％的所述弹性体。
3.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，其中所述弹性体包括共聚物，优选选自由三嵌段共聚物聚苯乙烯嵌段-聚丁二烯嵌段-聚苯乙烯(SBS)和聚苯乙烯嵌段-聚异丁烯嵌段-聚苯乙烯(SIS)组成的组中的一种或多种嵌段共聚物，其中所述弹性体包括烯烃弹性体，优选地选自由乙烯丙烯橡胶(EPR)、丁腈橡胶(NBR)、EPDM和聚苯乙烯-共-聚丁二烯橡胶(SBR)组成的组中的一种或多种，或其中所述弹性体包括选自由FKM(根据ASTMD1418标准-例如VitonTM)和FFKM(根据ASTM D1418标准-例如KalrezTM)和NBR组成的组中的一种或多种，最优选地，所述弹性体包括EPDM。
4.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，具有根据ISO 815-1:2014，方法A，试件B，在70℃下72小时后测定的小于35％，优选小于25％的压缩变形，其中所述压缩变形是使用所述膜之前测定的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，具有根据ISO 815-1:2014，方法A，试件B，在70℃下72小时后测定的小于50％，优选小于25％，更优选小于20％的压缩变形，其中所述压缩变形是在使用所述膜4700次酿造或90周后测定的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，其中，在使用所述膜之前，所述弹性体组合物具有以下材料性能中的一种或多种，优选全部：
-根据ISO 37:2011类型2确定的大于5，优选大于8，更优选大于10MPa，例如约12MPa的拉伸强度；
-根据ISO 37:2011类型2确定的大于4，优选大于4.5，更优选大于5MPa，例如约8.6MPa的模量M300变形；
-根据ISO 37:2011类型2确定的大于200％，优选大于300％，最优选大于400％，例如约420％的断裂伸长率；
-根据UNI EN ISO 1183-1确定的大于1g/cm3，例如约1.06g/cm3的密度；
-根据UNI ISO 7619-1确定的60至75范围内，优选65至71ShA，例如约66ShA的肖氏A硬度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，其中，所述弹性体组合物是食品级组合物，例如根据关于一般产品安全的欧盟指令95/2001/EC、关于旨在与食品接触的材料和制品的法规(EC)N.1935/2004、关于旨在与食品接触的材料和制品的良好生产规范的欧盟法规2023/2006、荷兰食品和消费品法(包括但不限于(商品法)关于包装和消费品的法令和法规(“Warenwetbesluit en–regeling verpakkingen en gebruiksartikelen”)，欧盟法规(EC)1907/2006的第33条，使得REACH法规规定的高度关注物质不以高于0.1wt％存在，和/或根据食品和药物管理局(FDA)CFR标题21-第177部分-间接食品添加剂：旨在重复使用的聚合物§177.2600橡胶制品。
8.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，具有大于1，优选大于2，更优选大于3，甚至更优选大于3.5，最优选约3.6m2的单侧表面积。
9.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，其中所述弹性体组合物通过过氧化物固化或交联。
10.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜，其中，基于所述弹性体组合物中聚合物的总重量，所述弹性体组合物包含小于50％的一种或多种无弹性聚合物，优选小于25％，更优选小于10％。
11.根据前述权利要求中所述的麦芽浆过滤膜，其中所述无弹性聚合物是聚烯烃均聚物，优选一种或多种选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等组成的组中的聚合物。
12.麦芽浆过滤单元，包括根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜。
13.根据前述权利要求中任一项所述的麦芽浆过滤膜或麦芽浆过滤单元在麦芽浆过滤中的用途。
14.用于生产根据权利要求1-11中任一项所述的麦芽浆过滤膜的方法，所述方法包括共混所述弹性体组合物的熔体，优选地将所述弹性体组合物注射成型。
15.根据权利要求1-11中任一项所述的麦芽浆过滤膜，其通过根据前述权利要求所述的方法可获得。
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