真正可以取代硅藻土过滤的啤酒错流系统.doc

在食．蠡只矗黪赫撬文在食品工业中的应用研讨会论文集2006年，·真正可以取代硅藻土过滤的啤酒错流系统许政国，孙韵强(瑞典ALFA LAvAL公司(阿法拉伐公司))作为2l世纪新型十大高科技产业之一的膜分 避免膜孔被阻塞，其特点如下： 离技术，其大规 模商业应用是从20世纪60年代开 1)与静态过滤相比，其孔径更小，可达到精滤 始，主要应用于食品，医药，生物，石油化上和环保等 甚至一定程度上的除菌目的．过滤效果更佳．其结垢 领域在食品饮料的过滤中，传统的澄清方法是采用 倾向较低，通量下降的趋势要相对小． 硅藻土过 滤和纸板精滤系统，甚至再加PVPP过滤2)压差是过滤驱动力，而TMP(通膜平均压等．但随着科技的进步，对减少环境污染的重视及循力)是优化工艺的关键参数． 环经济崛起，所以近十儿年来，开始研发不用助滤剂3)使未滤液在膜表面剧烈的湍流，滤液透过 的膜过滤系统此文介绍啤酒错流系统原理、目前在膜，混浊颗粒物质被截流并冲走，因此可避免形成滤．3 4募甏鋈黧嚣极微小粒子或分子国内实际成果等与业界共享．饼层．1错流技术简介过滤原理分为静态过滤和动态过滤两种，错流Feed未过滤液 过滤是属动态过滤，lfli硅藻土过滤和纸板精滤机，Permeate滤出液 PVPP过滤系统均为静态过滤．见图1． Retentate浓缩液TMP平均通膜的压力 Flow过滤流速 Flux单位面 积膜的过滤流速Concentration Factor浓缩率，进料的体积／过滤 好的体积a)静态过滤 Loop循环，内部循环通道 Bleed，浓缩液的部分分离 图1过滤原理Ⅲ意图1 1静态过滤2 目前啤酒过滤的情况以纸板和硅藻土作为过滤介质是最常见的静态在全世界的啤酒总产量15．3亿百升中，各种不 过滤在静态过滤过程中，随着过滤时间的延长，滤同澄清过滤占如下比例： 出物形成的滤饼逐渐增厚，过滤阻力增加，当进出口1)91％为硅藻土过滤澄清； 压差超出工作范围，过程停止．2)68％有经过精滤机； 操作方式比较简单，但劳动强度高，环境污染严3)32％有经过纸板精滤以除菌； 重，达不到精滤的要求． 4)8％经过膜过滤做终端无菌过滤以生产纯生 1 2动态过滤(错流过滤)所以整个市场的规模如下：全球啤酒过滤的费 又被称为cross—flow错流过滤、TFF切线流过用全年约7亿欧元．其中， 滤，由循环泵产生的切线力使未滤液在膜表面形成1)硅藻土过滤约5．9亿欧元； 强烈的湍流效果，使滤液透过膜，达到过滤目的．混2)纸板精滤机约0．7亿欧元； 浊颗粒物质被截流并冲走，防止其在膜表面的堆积，作者简介：许政国，男，高级工程师，总经理论文集 许政国等：真正可以取代硅藻土过滤的啤酒错流系统3)膜过滤做终端无菌过滤约0．3亿欧元； 就应该加以使用，以减少啤酒错流系统过滤的负担，4)漏土捕集约0．16亿欧元． 而得以延长它的过滤时数．3啤酒错流过滤系统技术 5啤酒错流过程工艺的优化3．1设备组成 5．1膜工艺的优化 设备由瑞典AI．FALAvAL公 司(阿法拉伐公膜组是整个系统的心脏，它的好坏决定r过滤司)制造，膜组由德国S&RTORIUS公司(沙多利斯系统是否可以成功使用那幺它的优化必须考虑到 公司)提供．整机由膜组、阀阵及CIP三部分组成，下列几点：辅助部分由一套2 tda反渗透水制备装置．整机生 1)是否可以安全除去啤酒有害菌及酵母； 产能力为12 t／h啤酒，可根据未来需求，扩展为402)是否可以供应不同孔径、通膜量的膜组；——60 t／h．3)是否为永久性的亲水性膜； 3，2工艺的流程 4)是否可以高通膜量，而且可以维持较长时间 工艺流程为先将发酵液进行离心分离，离心后的稳定；酒液进人缓冲罐，然后进入错流过滤设备进行过滤，5)是否可以以短时间的中间清洗方式获得有 过滤液直接进入清酒罐待灌装如图2所示效的再生； 6)是否有可以较高的机械以及化性强度、耐热 性，以利于频繁杀菌；7)是否有较低的吸附性，不影响啤酒品质； 8)必须要有适当的的膜完整性测试方式 而且可以对照于澄清酒液的酵母数；9)膜组的安排如何来防止过滤时beta—glucan 辨l的形成，以避免过滤时间的缩短． 当一个好的优 化工艺完成之后，我们会根据实际的过滤流速要求将啤酒错流过滤系统设计成几个 过滤膜组(block)并且做出一个适当的过滤程序，这 图2工艺流程图个程序里面会包括了下面几个重点：4哪些参数决定是不是需要离心机1)每一个过滤膜组在一定的时段，譬如说三个小 时或更多做中问清洗，它的决定参数是平均通膜压力； 未滤液的酵母数，酒体稳定的方式，浓缩液处理2)为了达到24 h不间断的过滤，我们町以将 的方式，现存的设备等，决定了是不是需要在啤酒错多个过滤膜组作轮流性的中间清洗．流系统之前加装离心机．1)若是未滤液的酵母数太高，譬如说超过了每6过滤的结果一毫升为100万，为了降低啤酒错流系统的负担，我6．1对风味的影响们需要考虑选用离心机．我们将未滤啤酒液、硅藻土过滤后、啤酒错流过 2)某些酒体的稳定添加在错流之前，则需要以 滤后的啤酒液三者做一个比较，如表1所示． 离心 机来除掉它们，避免它的颗粒阻塞啤酒错流系由表1我们可以发现基本上硅藻土过滤后及啤 统的膜组，但有些则没有此顾忌．酒错流过滤后成分并没有显着改变，只有在啤酒可 3)若未滤液的颗粒杂质较多，则有可能在过滤 滤性、色度以及浊度有显着的差别 结束或当中需要 将浓缩液送回离心机以回收酒液，在色度上，由于硅藻土过滤是以吸附来达到过 排除杂质但是此方式在国内不太需要，主要原因是 滤的效果，所以色度为6．7而啤酒错流过滤为纯粹 原料以及制酒工艺的不同 的物理性筛选过滤，所以色度为7．0，与未滤液的色 4)我们知道离心机对后段的过滤系统足有辅 度7．2相比，损失较少． 助的作用，所以假使工 厂内有现存的离心机设备则在啤酒的可滤性r，硅藻土过滤的过滤精度约膜科学与技术2006正为6～20 f—，啤酒错流过滤的过滤精度远高于此7．1错流膜过滤技术过滤的啤酒品质优势 数， 经过硅藻土过滤的可滤性为1 830 mL，经过啤 错流膜过滤技术过滤的啤酒品质优势，见表2-4 酒错流过滤为6 940 mL，两者差距为3—4倍之多， 表2错流膜过滤技术过滤的啤酒品质优势(一) 也就是说，对于后续的纯生膜过滤系统来讲，经过啤酒错流过滤系统后的啤酒可以有较好的可滤性，可以使滤芯有较长的使用寿命． 表1不同过滤方 法所得啤酒成分的比较发酵液硅藻土过滤后错流过滤后表3错流膜过滤技术过滤的啤酒品质优势(二指标怒瓣嚣薹善器表4错流膜过滤技术过滤的啤酒品质优势(三)8结论6．2过滤成本 1)啤酒错流目前为止有较好的过滤成本(比硅 啤酒错流过滤的成本可分成三个部份，第一个 藻土一样或较低)．是硬件的成本比例为30％；第二个是膜组的成本比 2)过滤以后的啤酒品质成分不变，在色度、可 例为48％；第i个是运行成本比例为22％．滤性、浊度，这三种参数上甚至比硅藻土过滤加l：纸 而此22％的啤酒错流过滤系统运转成本，经过板精滤(或者加上PVPP过滤机)还好在感官品评 了多年的运转经验以后，其各项占的比例如下： 中两种酒样从外观、口感上无明显差别． 1)电力占30％；2)水占25％；3)冷却占18％； 3)经错流过滤的洒，在理化指标无显著差异， 4)蒸汽占13％；5)碱液占13％；6)其它再生化学且由于其封闭的系统，成品啤酒中的氧含量明显在 药品占3．5％；7)酒损占0．5％较低水平．4)由于其截留效率高，错流过滤后的成品酒的7 在国内的经验 生物和非生物的稳定性均优于传统方法滤出的啤 自2000年以来，瑞典ALFAIA、毗公司微滤酒，增强成品酒的清亮度和冷稳定性，错流过滤一步 膜技术部门致力于研发啤酒行业所使用的无硅藻土就可达到且优于传统过滤几步才能达到的过滤效 过滤方式，分别在西班牙、英国、芬兰、瑞典等有长期 果；甚至可取代PvPP处理的酒液． 的过程及参数优化．在国内，瑞典ALFALAvAL公5)不需要助滤层，从而省去了硅藻土，对环境 司与珠江啤酒集团有限公司科技中心共同致力于此 没有污染；浓缩液可回收利用，实现清洁生产． 项目，其过程也可分为几个阶段，2003年6月开始 6)错流系统过程全自动，适应大规模生产的要 合作研究，2005年3月完成小试研究，错流膜过后求，节约人力，且酒损低． 的啤酒质量完全达到要 求，2005年10月丌始中试7)它应该是最近的未来在啤酒生产工业上真 研究现已完成工艺的设计研究，至今成功地每天执正的可以取代硅藻土过滤加上纸板精滤(或者加上 行24 h不间断的过滤了合格的优质啤酒．PVPP过滤机)的明H之星．。