RU2178461C1 - Способ холодной пастеризации пива - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области пищевых производств и может быть использовано в производстве пива, кваса, браги и других напитков, получаемых сбраживанием и образующих при фильтровании осадки, в состав которых входят живые и мертвые дрожжи и бетаглюканы (хлебные гумми), образующие вместе с полифенолами и полипептидами сложные пространственные структуры, заполненные водно-спиртовым раствором. В качестве фильтрующей перегородки используется металлокерамическая мембрана с рабочим слоем из двуокиси титана и размером пор от 0,2 до 0,9 мкм. При перепаде давления 0,08-0,1 МПа на поверхности мембраны образуется гель-слой, основу которого составляют ассоциированные бетаглюканы. Этот слой задерживает в себе клетки дрожжей и их зародыши размером 0,2 мкм. При этом рабочий слой мембраны может иметь средний размер пор 0,9 мкм, что в несколько раз превышает размеры задерживаемых дрожжевых клеток. По мере увеличения толщины гель-слоя и снижения его проницаемости удельная производительность падает, например, от 1200 л/м²•ч до минимально установленного уровня 200 л/м²•ч, после чего процесс останавливают и промывают мембрану обратным током фильтрата. Удельная производительность в основном зависит от свойств фильтруемого пива. В процессе используют "вечные" легко регенерируемые металлокерамические мембраны, что ведет к уменьшению числа ступеней основного фильтрования и снижению расходов на пастеризацию. Уменьшение продолжительности фильтрования и сокращение числа перекачивающих насосов способствует повышению качества пива за счет уменьшения окисления и сохранения в нем связанной углекислоты. 1 з. п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области пищевых производств и может быть использовано в производстве пива, кваса, браги и других напитков, получаемых сбраживанием и образующих при фильтровании осадки, в состав которых входят живые и мертвые дрожжи и бетаглюканы (хлебные гумми), образующие вместе с полифенолами и полипептидами сложные пространственные структуры, заполненные водно-спиртовым раствором.

Получивший распространение термин холодная "стерилизация", т. е. без нагревания, в этом случае не точно отражает сущность процесса. Речь идет о задержании дрожжевых клеток и их зародышей, а также другой микрофлоры, вызывающей микробиологическую нестабильность пива. Другие микроорганизмы, не влияющие на стабильность пива при этом могут попадать в фильтрат. Этого эффекта в обычных производствах достигают тепловой пастеризацией, что связано со значительным расходом тепловой энергии.

Известен способ холодной пастеризации путем фильтрования предварительно осветленного пива на пластинчатых фильтрах (1).

Этот способ отличается высокой стоимостью, так как требует хорошего качества основного фильтрования и отличается большим расходом фильтрующих пластин из-за сравнительно низкой (около 180 л/м²•ч) средней удельной производительности и ограниченной по времени (30 - 45 часов) работоспособности. Кроме того, этот способ не всегда обеспечивает необходимую стойкость пива, поэтому принято считать, что фильтрованием через пластины достигаются результаты, близкие к тепловой пастеризации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ холодной пастеризации пива фильтрованием через мембраны, средний размер пор которых меньше размера зародышевых дрожжевых клеток (2). Этому процессу предшествует многоступенчатое фильтрование пива, например на 1 ступени на намывных фильтрах с кизельгуром, на 2 ступени - на намывных фильтрах с использованием поливинилполипирролидона (ПВПП), на 3 ступени - патронный фильтр-ловушка для задержания мелких частиц кизельгура и ПВПП. Собственно стерилизация начинается с 4 ступени фильтрованием на фильтрах ММС (мульти-микро-система ХАНДТМАН, Германия) и на последней 5 ступени - пакетный мембранный фильтр CFS 14 МК фирмы Полл Юроп ГмбХ.

Эта поточная линия фильтрования обеспечивает высокую стабильность пива, экономит энергию и чистую воду, сокращает потери от боя бутылок в тоннельном пастеризаторе.

Недостатком этого способа холодной пастеризации является сложность многоступенчатого процесса, высокая стоимость оборудования, большой расход фильтрующих материалов и большое количество отходов. К этому следует добавить продолжительность процесса, что увеличивает риск окисления пива и уменьшение количества связанной углекислоты из-за многократного перекачивания насосами.

Задачей настоящего изобретения является снижение затрат на проведение пастеризации пива за счет сокращения ступеней фильтрования до 2-3 и использования металлокерамических мембран, срок службы которых практически неограничен, а также сокращение времени обработки пива и повышения его качества за счет уменьшения окисления и сохранения в нем связанной углекислоты.

Поставленная задача достигается тем, что в способе холодной пастеризации пива, включающем его фильтрование через мембрану, отличием является то, что фильтрование осуществляют через гель-слой, образованный на поверхности мембраны, содержащимися в пиве ассоциированными бетаглюканами; при фильтровании создают перепад давления 0,08 - 0,1 МПа и фильтруют в течение 15 - 30 минут при средней удельной производительности 500 - 700 л/м²•ч в зависимости от свойств пива. Отличием является также то, что мембрана выполнена из пористого металлокерамического листа из нержавеющей стали с рабочим слоем из двуокиси титана мембранами с рабочим слоем из двуокиси титана с размером пор от 0,2 до 0,9 мкм.

Использование в качестве фильтрующей перегородки металлокерамической мембраны с рабочим слоем из двуокиси титана обусловлено тем, что на поверхности такой мембраны в процессе фильтрования формируется гель-слой, основу которого составляют ассоциированиные бетаглюканы, образующие пространственные структуры с включением полифенолов, воды, спиртов и других веществ в растворенном виде, содержащихся в пиве. Этот слой задерживает в себе клетки дрожжей и их зародыши, размер которых не превышает 0,2 мкм. При этом рабочий слой мембраны может иметь средний размер пор до 0,9 мкм, что в несколько раз превышает размеры задерживаемых дрожжевых зародышевых клеток. Высокая пористость рабочего слоя и подложки из пористой нержавеющей стали мембраны "Ультрам", толщиной 0,2 мм, обеспечивает высокую, до 1200 л/м²•ч, удельную производительность при небольшом, около 0,1 МПа, перепаде рабочего давления. Отличием также является то, что мембрана "Ультрам" легко восстанавливает свою первоначальную производительность простой промывкой обратным током фильтрата или продувкой углекислого газа, так как гель-слой препятствует проникновению частиц (даже мелких частиц кизельгура) в поры мембраны, а сам легко удаляется с поверхности. По мере накопления, в результате сорбции, некоторых компонентов пива на стенках капилляров мембраны, а также попадания туда случайных частиц (в зависимости от качества фильтруемого пива это может наступить после нескольких десятков часов или даже многих суток эксплуатации мембраны) мембрану необходимо регенерировать промывкой кислыми и щелочными растворами либо простым отжигом при температуре 300^oС в течение 10 мин. При этом органические частицы внутри пор и на поверхности мембраны выгорают и могут быть легко удалены продувкой стерильным углекислым газом.

Качество предварительного фильтрования по прозрачности и другим показателям должно удовлетворять требованиям стандарта для рядового не пастеризованного пива.

Для увеличения продолжительности рабочего цикла мембраны до регенерации обратной промывкой фильтратом и продувкой углекислым газом перед стерильным фильтрованием может быть установлен дополнительный фильтр-ловушка с фильтрующей перегородкой средним размером пор около 3 мкм для задержания мелких частиц кизельгура или другого вспомогательного фильтрующего материала.

Способ осуществляется следующими образом:
Пиво вначале фильтруют на обычных фильтрах, например намывных фильтр-прессах. Фильтрат должен удовлетворять требованиям к пиву рядовому, не пастеризованному. Это пиво направляют в фильтр, оборудованный фильтрующими перегородками из металлокерамических мембран с рабочим слоем из двуокиси титана со средним размером пор не выше 0.9 мкм. Перепад рабочего давления в фильтре устанавливают не более 0,1 МПа, при котором ведут фильтрование через гель-слой, образованный на поверхности мембраны содержащимися в пиве ассоциированными бетаглюканами, до тех пор, пока удельная производительность фильтрования не понизится до принятого минимального уровня, например 200 л/м²•ч. Затем фильтрование останавливают, включают промывку мембраны обратным током фильтрата. Полученный промой, количество которого зависит от объема фильтра, вытесняют в атмосферу и собирают в сборник, например в мешалку смеси кизельгура. Выход из фильтра закрывают, открывают вход пива на пастеризацию и цикл возобновляется.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Холодной пастеризации подвергали пиво "Жигулевское" в лагерном цехе пивзавода. Пиво предварительно отфильтровывалось на рамном фильтр-прессе через слой кизельгура и затем подавалось на холодную пастеризацию в патронный фильтр с одним патроном высотой 250 мм и площадью фильтрования 0,00368 м. Перед началом испытаний патрон, фильтр и все трубопроводы подвергались стерилизации промывкой специальными моющими растворами, принятыми для санитарной обработки в лагерном цехе. Давление на выходе из фильтр-пресса регулировалось таким образом, чтобы перепад давления на входе в патронный фильтр и в сборнике стерильного фильтрата не превышал 0,1 МПа. При этом на поверхности металлокерамической мембраны патрона с рабочим слоем из двуокиси титана размером пор 0,9 мкм образовывался гель-слой из ассоциированных бетаглюканов и других веществ, входящих в состав пива, через который осуществлялось фильтрование и в котором задерживались дрожжевые клетки и их зародыши. Начальная удельная производительность патрона составляла 1296 л/м²•ч. Через 28 мин удельная производительность патрона упала до 216 л/м²•ч. Подача пива в патронный фильтр прекращалась и под действием давления в сборнике готового фильтрата в атмосферу вытеснялось пиво с осадком, образованным на поверхности мембраны. Так как визуальная оценка вытесняемого пива не позволяла сказать, что его прозрачность отличается от пива, выходящего из фильтр-пресса, его возвращали в мешалку кизельгура. Затем включалась подача пива в патронный фильтр и начинался следующий цикл. На промывку патрона обратным током затрачивалось около 3 минут. Начальная производительность патрона в первых 12 циклах существенно не отличалась от первоначальной. Затем она начала медленно уменьшаться и в 38 цикле составляла 864 л/м²•ч, а продолжительность цикла до промывки сократилась до 17 мин. Процесс останавливался, патрон заменялся на новый и стерильное фильтрование продолжалось с новым патроном с близкими к указанным результатами. Анализ образцов фильтрата показал их соответствие требованиям стандарта на пастеризованное пиво.

Использованный патрон помещался в муфельную печь, где нагревался до 300^oC и выдерживался 10 минут. Вынутый из муфельной печи патрон продували вручную струей углекислого газа. Затем он вновь использовался для стерильного фильтрования.

Пример 2.

В лагерном цехе пивзавода проводили холодную пастеризацию пива "Русь".

Пиво предварительно отфильтровывалось на рамном фильтр-прессе через слой кизельгура и затем подавалось на пастеризацию в патронный фильтр с одним патроном высотой 250 мм и площадью фильтрования 0,00368 м². Перед началом испытаний патрон, фильтр и все трубопроводы подвергались стерилизации промывкой специальными моющими растворами, принятыми для санитарной обработки в лагерном цехе. Давление на выходе из фильтр-пресса регулировалось таким образом, чтобы перепад давления на входе в патронный фильтр и в сборнике стерильного фильтрата не превышал 0,1 МПа. При этом на поверхности металлокерамической мембраны патрона с рабочим слоем из двуокиси титана размером пор 0,9 мкм образовывался гель-слой из ассоциированных бетаглюканов и других веществ, входящих в состав пива, через который осуществлялось фильтрование и в котором задерживались дрожжевые клетки и их зародыши. Начальная удельная производительность патрона составляла 960 л/м²•ч. Через 20 мин удельная производительность патрона упала до 189 л/м²•ч. Подача пива в патронный фильтр прекращалась и под действием давления в сборнике готового фильтрата в мешалку кизельгура вытеснялось пиво с осадком, образованным на поверхности мембраны. Затем включалась подача пива в патронный фильтр и начинался следующий цикл. На промывку патрона обратным током затрачивалось около 3 минут. Начальная производительность патрона в первых 8 циклах существенно не отличалась от первоначальной. Затем она начала медленно уменьшаться и в 24 цикле составляла 640 л/м²•ч. Продолжительность цикла фильтрования при этом сократилась до 12 мин. Процесс останавливался, патрон заменялся на новый и стерильное фильтрование продолжалось с новым патроном с близкими к указанным результатами. Анализ образцов фильтрата подтвердил их соответствие требованиям стандарта на пастеризованное пиво.

Производительность холодной пастеризации и продолжительность цикла работы патрона зависят от свойств пива.

Использование предлагаемого способа холодной стерилизации пива обеспечивает следующие преимущества:
1. Уменьшить до минимума расход фильтрующих элементов за счет эксплуатации элементов на основе металлокерамических мембран "Ультрам" с неограниченным сроком службы, что снижает затраты на стерилизацию пива и снижает выбросы отработанных материалов.

2. Снизить число ступеней фильтрования до 2-3, что ведет к значительному снижению стоимости необходимого оборудования. Это ведет также к экономии вспомогательных фильтрующих материалов, энергии и ручного труда, что значительно снижает расходы на пастеризацию.

3. Повысить качество пива при уменьшении продолжительности обработки пива за счет уменьшения окисления и сохранения в нем связанной углекислоты.

Источники информации:
1. Каглер М. , Воборский Я. Фильтрование пива: пер. с чешского. - М. : Агропромиздат, 1986. - 279 с.

2. S. Hoffmann, Graz. Kaltsterile Filtration in einer Brauerei mit 1,4 Mio hl, Brauwelt, N 23, 1997, page 894-896.

Claims (2)

1. Способ холодной пастеризации пива, включающий его фильтрование через мембрану, отличающийся тем, что фильтрование осуществляют через гель-слой, образованный на поверхности мембраны содержащимися в пиве ассоциированными бетаглюканами, при фильтровании создают перепад давления 0,08-0,1 МПа и фильтруют в течение 15-30 мин при средней удельной производительности 500-700 л/м²•ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из пористого металлокерамического листа из нержавеющей стали с рабочим слоем из двуокиси титана с размером пор от 0,2 до 0,9 мкм.