BE1011287A3 - Bierfilter. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een bierfilter omvattende een filtermedium op basis van metaalvezels. Het filtermedium is een al dan niet meerlagig, gesinterd, koud isostatisch geperst metaalvezelvlies, bij voorkeur op basis van roestvaste staalvezels met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 2 en 30 um. De porositeit van het filtermedium is begrepen tussen 30 en 60 %.

Description

BIERFILTER

De uitvinding heeft betrekking op een filtermedium voor het filtreren van bier.

Doorgaans wordt het bier in de eindfase van de productie gefiltreerd om de gesuspendeerde deeltjes, zoals onder andere meegevoerde gistcellen, te verwijderen. Ook de vloeistof welke in de gistings- en rijpingstanks overblijft na het overpompen van het beoogde consumptiebier, de zogenaamde tankbodem, is essentieel ook bier, dat weliswaar een grote hoeveelheid gesuspendeerde deeltjes bevat (typisch 5% en meer). Filtratie van deze tankbodems levert vooralsnog een zekere hoeveelheid consumptiebier op.

Vaak wordt een preliminaire filtratie doorgevoerd met behulp van een hulpfiltermedium zoals bijvoorbeeld Kieselgur of diatomeeënaarde. De eindfiltratie staat dan in voor de verwijdering van het meegevoerde hulpfiltermedium en van de meegesleepte gistcellen.

In wat volgt duidt de term "bier" enerzijds op het beoogde consumptiebier waarin een normale hoeveelheid vaste deeltjes is gesuspendeerd (typisch 0,1 %), maar anderzijds ook op de tankbodems en gelijkaardige bier-type vloeistoffen waarin een veel grotere hoeveelheid vaste deeltjes is gesuspendeerd.

Aan een bierfiltermedium worden uiteenlopende eisen gesteld. In de eerste plaats moet het medium een filtraat opleveren dat voldoet aan diverse kwaliteitseisen zoals zuiverheid (complete gistretentie), turbiditeit, koude troebel, bitterheid, en andere specifieke kwaliteitseisen welke aan consumptiebier gesteld worden. Bovendien moet het filtermedium een aanzienlijke mechanische en thermische weerstand hebben. Het moet immers kunnen weerstaan aan de hoge debieten en drukken, maar ook aan hoge temperaturen welke bijvoorbeeld bereikt worden bij het steriliseren van de inrichtingen met stoom op meer dan 120°C.

Verder is het zeer belangrijk dat de filtermedia geregenereerd kunnen worden. De hogervermelde, conventionele filtermedia zijn vaak, zoniet altijd, bestemd voor eenmalig gebruik. Het vervangen van een filtermedium is echter arbeidsintensief en kan tot op heden niet volautomatisch gebeuren. De frequentie van vervanging van het medium heeft aldus een direkte invloed op de proces- of werkingskost van de bierproduktie.

Conventioneel worden verschillende types filtermedia aangewend voor de bierfiltratie.

In het Europees octrooi EP 0208450 wordt het gebruik van keramische filtermembranen beschreven bij de één- of meertrapsfiltratie van het bier.

Ook het gebruik van een hitte-gesinterd filtermedium omvattende metaalvezels en eventueel ook metaalpoeder is gekend uit het Europees octrooi EP 0457611. Verder worden ook veelvuldig cellulose filtermedia, of kaarsfilters op basis van (synthetische) harsen ingezet.

Talrijke problemen zijn verbonden met het gebruik van deze conventionele filtermedia. Zo zijn deze media niet of slechts zeer moeilijk regenereerbaar, hebben ze slechts een beperkte mechanische sterkte en standtijd, en leveren ze een filtraat (consumptieprodukt) af dat niet altijd voldoet aan de gestelde kwaliteitseisen.

Bovendien is het frequent gebruikte Kieselgur als hulpfiltermedium vermoedelijk carcinogeen, moeilijk handelbaar, abrasief, duur, en derhalve zoveel mogelijk te vermijden.

De vinding heeft aldus tot doel een bierfiltermedium te verschaffen dat een complete glstretentie garandeert, een filtraat oplevert dat voldoet aan alle gestelde kwaliteitseisen, en dat vlot regenereerbaar is. Bovendien is het een doelstelling van de uitvinding om een filterelement te verschaffen dat een grote mechanische en thermische weerstand heeft, alsmede een grote standtijd.

De uitvinding komt tegemoet aan deze vooropgestelde eisen door een bierfilter te verschaffen omvattende een filtermedium op basis van metaalvezels, waarbij het filtermedium een al dan niet meerlagig, gesinterd, koud isostatisch geperst metaaivezelvlies is.

Het principe van het koud isostatisch persen is gekend, en werd beschreven jn het Europees octrooi EP 0329863 van aanvraagster. Het is een methode voor het homogeen compacteren van een gesinterd metaalvezelvlies, waarbij de persdruk via een flexibel medium overgebracht wordt op het vlies. Op elk punt van het oppervlak van het vlies wordt eenzelfde druk uitgeoefend. Het drukoverbrengingsmedium kan een gas, een vloeistof, een flexibel membraan, of om het even welk viltachtig materiaal zijn.

Het koud isostatisch persen leidt tot een produkt met homogene permeabiliteit over het volledige oppervlak.

Een isostatisch geperst materiaal wordt gekenmerkt door een ruw oppervlak langs de zijde waarop de druk werd uitgeoefend.

Het bierfiltermedium volgens de vinding wordt verkregen door het koud isostatisch persen van een gesinterd, al dan niet meerlagig metaalvezelvlies.

Het metaalvezelvlies, bij voorkeur op basis van roestvaste staalvezels (type 316L of bijvoorbeeld AISI 300 of 400 reeks materialen, FeCralloy®, AlloyHR, Aluchrome®,...) met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 2 en 30 pm, en een gewicht dat begrepen is tussen 300 en 1500 g/m2, wordt koud isostatisch geperst op minstens 2000 bar (2.108 Pa).

De equivalente diameter van een vezel is de diameter van een fictieve ronde vezel met dezelfde dwarse doorsnede als deze van de beschouwde reële vezel.

De absolute filterfijnheid van het aldus bekomen materiaal bedraagt minder dan 1,2 pm. De stofretentiecapaciteit en de standtijd liggen meer dan 20 % hoger dan deze van de conventionele cellulosefilters. De porositeit van het isostatisch geperst filtermedium is begrepen tussen 30 en 60 %. De luchtpermeabiliteit van het medium bedraagt tenminste 1 L/dm2/min bij een drukval van 200 Pa over het medium.

De geschiktheid van het voorgestelde filtermedium zal verder aangetoond worden aan de hand van een concrete uitvoeringsvorm en overeenkomstige testresultaten.

Voorbeeld

In het voorbeeld wordt uitgegaan van een meerlagig metaalvezelvlies op basis van gebundeld getrokken roestvaste staalvezels van het staaltype AISI 316L. Men zou evenzeer kunnen uitgaan van vezels welke verkregen werden door het afschaven van de koprand van een gewikkelde folie, zoals beschreven in het octrooi EP 0319959.

Volgens de filterrichting genomen, wordt een stapeling gemaakt van volgende metaalvezelvliezen: 6,5/75 - 4/300 - 2/450 - 6,5/75. Met de notatie x/y wordt hier bedoeld een metaalvezelvlies op basis van metaalvezels met een equivalente diameter van x pm, en met een gewicht van y g/m2.

Het meerlagig metaalvezelvlies wordt vervolgens hitte-gesinterd, en vervolgens koud isostatisch geperst op 2500 bar (2,5.10® Pa) volgens een methode beschreven in het octrooi EP 0329863 van aanvraagster.

Het isostatisch persen gebeurde in onderhavig voorbeeld door het uitoefenen van de druk van het persmedium langs één zijde van het gesinterd vlies. Het Produkt heeft bijgevolg één ruw en één glad oppervlak. Als filtermedium wordt het aangewend met de ruwe zijde als uitstroomzijde.

Het aldus verkregen filtermedium heeft een porositeit van 48,7% en een luchtpermeabiliteit van 1 L/dm2/min bij een drukval van 200 Pa over het medium. Het medium heeft een filterfijnheid van 1 pm, hetgeen een volledige gistretentie garandeert.

De stevigheid van het filtermedium volgens de vinding zorgt voor een vlotte regeneratie door terugspoelen (back flush), zelfs bij verhoogde druk. De reiniging van het medium bleek nog vlotter te verlopen door het aanwenden van drukstoten (ca. 2 bar) van beperkte hoeveelheden water of gefilterd bier. Enkele tientallen regeneraties konden uitgevoerd worden.

Het filtermedium volgens de vinding kan worden aangewend in cylindrische kaarsfilters, schijffilters of andere filteruitvoeringsvormen.

Hierna zullen de resultaten van de bierfiltratietesten besproken worden. De bierfilter volgens de vinding zal hierbij vergeleken worden met een conventionele, frequent aangewende steriele cellulosefilter Strati Dépurai K10 .

Zelfs na tientallen regeneraties, blijft de turbiditeit van het filtraat begrepen tussen 0 en 0,15 EBC, dus binnen de algemeen aanvaarde norm.

Dit is een zeer belangrijk voordeel ten opzichte van de conventionele cellulosefilters. Bij het terugspoelen over een cellulosemedium worden steeds opnieuw scheuren waargenomen welke de regeneratie volkomen onmogelijk maken.

Een filtratie onder constante druk en met onsamendrukbare filterkoek wordt mathematisch beschreven door de vergelijking van Ruth:

met en waarbij t : tijd (s), V : filtraatvolume per eenheid filteroppervlak (m3/m2) , ε . de porositeit van de filterkoek (m3 poriënvolume / m3 filterkoek), h : volumefractie deeltjes in de suspensie (m3 deeltjes / m3 suspensie), μ : viscositeit van het fluïdum (Ns/m2), dp : deeltjesparameter (m), Δρ : drukval (Pa), en Rm : maat voor de mechanische doorstroomweerstand van de filterdrager en de filter zelf (1/m).

Kt kan aldus beschouwd worden als indicator voor het verstoppen van de filter. Een hogere Kt waarde impliceert ook het verlagen van de totale filtratiecapaciteit.

Aangezien μ en Δρ nagenoeg constant zijn, is K2 te beschouwen als een maat voor de mechanische doorstroomweerstand van het filtermateriaal.

Experimenteel kan tN uitgezet worden in functie van V. Uit de richtingscoëfficiënt van de rechte werd Kt bepaald, uit het snijpunt met de ordinaat K2. Volgende resultaten werden bijvoorbeeld bekomen:

Hieruit blijkt dat het filtermedium volgens de vinding veel trager verstopt dan de conventionele cellulose filtermedia. Ook de mechanische doorstroomweerstand van het filtermedium volgens de vinding ligt aanzienlijk lager dan dat van de conventionele cellulose filtermedia. Dit illustreert opnieuw enkele voordelen van de bierfilters volgens de vinding.

Verder werd het bierfiltermedium volgens de vinding getest op gistdoorslag. Om de gistdoorslag te meten, werd het filtraat door een Sartorius-filter gestuurd (0,45 μιτι) die daarna op wort-agar werd geïncubeerd. Vóór de filtratie werd de volledige opstelling gesteriliseerd in een autoclaaf (20 minuten bij 121 eC). De eerste 100 ml filtraat werden over een eerste Sartorius filter gestuurd, en de volgende liter filtraat op een tweede. De petriplaten werden daarna bij 25°C

geïncubeerd. Het aantal gistkolonies werd vervolgens geteld. Slechts na filtratie vanaf een drukval van meer dan 2 bar (2.105 Pa) werd een lichte gistdoorslag waargenomen op de tweede petriplaat. Conventionele filters vertonen al gistdoorslag (totale overwoekering van de petriplaat met gistkolonies) na filtratie bij een drukval van 0,5 bar (5.104 Pa) over het medium.

Proeven ter evaluatie van de schuimretentie op het bier na filtratie over het filtermedium volgens de vinding leidden tot positieve resultaten. Ook de stabiliteit, de kleur en de bitterwaarde van het bier werden na filtratie positief geevalueerd.

In een alternatieve uitvoeringsvorm voor de bierfilter kan verder worden uitgegaan van een metaalvezelvlies dat voor of na het isostatisch persen voorzien wordt van een hydrofobe bekleding om de adsorptie van bitterstoffen aan het medium te beletten, hetgeen kan leiden tot een betere bitterwaarde van het gefiltreerde bier. Zo kan bijvoorbeeld een DYLYN® bekleding worden aangebracht langsheen de aanstroomzijde van het filtermedium. Het aanbrengen van een dergelijke bekleding wordt beschreven in de Europese octrooiaanvraag EP 97201867.5 van aanvraagster.

Het filtermedium volgens de vinding leidt aldus tot een filtraat dat voldoet aan alle kwaliteitseisen welke aan het bier gesteld worden.

Claims (6)

1 Bierfilter omvattende een filtermedium op basis van metaalvezels, met het kenmerk dat het filtermedium een al dan niet meerlagig, gesinterd, koud isostatisch geperst metaalvezelvlies is.

2 Bierfilter volgens conclusie 1, waarbij het metaalvezelvlies bestaat uit roestvaste staalvezels met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 2 en 30 pm.

3 Bierfilter volgens conclusie 1, waarbij het gewicht van het metaalvezelvlies begrepen is tussen 300 en 1500 g/m2.

4 Bierfilter volgens conclusie 1, waarbij het gesinterd metaalvezelvlies koud isostatisch geperst wordt op minstens 2.101 2 Pa.

5 Bierfilter volgens conclusie 1, waarbij de absolute filterfijnheid van het filtermedium minder dan 1,2 pm bedraagt.

6 Bierfilter volgens conclusie 1, waarbij de porositeit van het filtermedium begrepen is tussen 30 en 60 %. Bierfilter volgens conclusie 1, waarbij de permeabiliteit van het 2 filtermedium meer dan 1 L/dm2/min bedraagt bij een drukval van 200 Pa over het filtermedium.