Przegląd

W ostatnich latach sektor browarów notował stały rozwój, a rzemieślniczych rozwój nawet w tempie wykładniczym, skupiając się na dostarczaniu piwa o wysokiej jakości i wyjątkowym smaku dla rosnącego grona wyrafinowanych amatorów. Od czasu zapoczątkowania mody na mikrobrowary w latach siedemdziesiątych, kiedy to piwowarzy zaczęli szukać inspiracji w starych technikach warzenia, branża browarów rzemieślniczych bardzo się rozwinęła i rozszerzyła na cały świat. Amerykańskie stowarzyszenie piwowarów (USA Brewers Association) skupiające ponad 8764 działających browarów rzemieślniczych, zanotowało w 2020 roku sprzedaż w wysokości 22,2 mld dolarów oraz 23,6% udział w rynku pod względem wielkości produkcji.

Choć różnice między browarami rzemieślniczymi a produkującymi piwo na masową skalę w różnych krajach mogą być znaczne, wspólna dla obu sektorów jest potrzeba wyposażenia w sprzęt do filtrowania, który będzie elastyczny, ekonomiczny oraz który będzie umożliwiał uzyskanie produktów o wysokiej jakości.

Filtracja to kluczowa operacja w procesie produkcji piwa, która umożliwia uzyskanie produktu o przyciągającym, atrakcyjnym wyglądzie, wysokiej jakości i stabilnej trwałości.

Najbardziej powszechne sposoby filtracji na etapach klarowania i filtracji końcowej piwa to technologie oparte na ziemi okrzemkowej (DE) i filtrach płytowych. Sposoby te zapewniają skuteczne usuwanie grubych i drobnych części, drożdży oraz stabilizację koloidalną. Są one stosowane od ponad 60–100 lat. Filtry DE to sprawdzone rozwiązanie do pierwszego klarowania po fermentacji i dojrzewaniu. Do filtracji trapowej oraz końcowej za filtrami DE idealnym rozwiązaniem są filtry płytowe, usuwające niepożądane zanieczyszczenia dzięki filtracji powierzchniowej, wgłębnej i adsorpcji.

Zadanie

Podczas gdy docelowe wymagania w zakresie redukcji zmętnienia i usuwania drożdży w browarach rzemieślniczych mogą być podobne do tych w browarach produkujących na masową skalę, to wymagania operacyjne i warunki ekonomiczne będą się znacznie różnić w zależności od wielkości browaru i skali produkcji.

Mianem browarów rzemieślniczych można określać szeroki zakres browarów różnego typu. Na przykład w USA do kategorii mikrobrowarów zalicza się producentów wytwarzających do 17 550 hl piwa rocznie, a do lokalnych browarów rzemieślniczych zalicza się producentów wytwarzających do 7 mln hl piwa rocznie^1,2. Dodatkowo w sektorze browarów rzemieślniczych wyróżnia się jeszcze browary restauracyjne, mikrobrowary, lokalne browary rzemieślnicze oraz browary kontraktowe.

Mniejsi producenci, czyli browary restauracyjne i mikrobrowary, mogą produkować rzadsze i mniejsze partie, przez co filtracja wydaje się mniej potrzebnym procesem. Silny rozwój rynku lub zmiana preferencji klientów mogą wymagać inwestycji kapitałowych w celu relatywnie szybkiej rozbudowy instalacji oraz wdrożenia nowych metod produkcji. Browary rzemieślnicze mogą także produkować dużą liczbę gatunków różnych piw, a wiele zmian produktów pociąga za sobą straty w ilości uzyskiwanego piwa oraz dużą pracochłonność operacji. Ogólne warunki ekonomiczne mogą stanowić ograniczenie w przechodzeniu browarów na bardzo zaawansowane technologie. W takim przypadku ulepszenia należy wprowadzać stopniowo.

Rozwiązania w zakresie filtracji muszą spełniać nie tylko wymagania jakościowe, ale także muszą być odpowiednie do wielkości produkcji oraz warunków ekonomicznych.

Stosowanie filtrów DE wiąże się z wadami ekonomicznymi i środowiskowymi, takimi jak straty w ilości uzyskiwanego produktu, wysokie koszty usuwania odpadów, duża pracochłonność operacji, wysokie koszty energii i czyszczenia oraz kwestie dotyczące zagrożenia zdrowia podczas obsługi i transportu ziemi okrzemkowej.

Stosowanie pras filtracyjnych z filtrami płytowymi wiąże się z takimi kwestiami i wyzwaniami jak pracochłonna obsługa i wymiana, duża objętość zatrzymywanego produktu utrudniająca jego zmiany, straty związane z pozostawaniem produktu w instalacji, problemy natury higienicznej związane z rozwojem pleśni na krawędziach płyt filtrujących czy duża powierzchnia zajmowana przez instalację.

Rozwiązanie

Firma Pall oferuje szeroką gamę nowoczesnych i ekonomicznych rozwiązań filtracyjnych dla przemysłu piwowarskiego.

• Do szerokiego zakresu browarów skierowana jest oferta modułów SUPRAdisc™ i SUPRApak™ oparta na filtrach płytowych do filtracji trapowej i końcowej, wkłady z możliwością wymywania zwrotnego do filtrowania końcowego oraz końcowe wkłady membranowe do kontroli mikrobiologicznej piwa filtrowanego na zimno.
• Dla bardzo dużych browarów firma Pall oferuje systemy o wysokiej wydajności do klarowania bez ziemi okrzemkowej (PROFi), odzysku piwa z drożdży (Keraflux™), ciągłej stabilizacji piwa (system CBS) oraz kontroli mikrobiologicznej i filtracji końcowej (system CFS).
• W celu dodatkowego monitorowania jakości firma Pall oferuje system GeneDisc® umożliwiający łatwe, szybkie i niezawodne wykrywanie w ciągu kilku godzin bakterii odpowiedzialnych za psucie się piwa oraz wody procesowej.

Rozwiązania SUPRA dla browarów

Linie produktów SUPRAdisc II i SUPRApak firmy Pall oferują opłacalne i elastyczne rozwiązania przeznaczone głównie do pomieszczeń z instalacjami filtracyjnymi. Moduły te wykorzystują doskonałe właściwości materiału płyt filtrujących w zakresie usuwania zanieczyszczeń, a jednocześnie nie mają wad typowych dla materiału od wielu lat stosowanego w przemyśle browarniczym – pras filtracyjnych.

Ponieważ moduły filtrów pracują w układach zamkniętych, nie występuje typowa dla układów otwartych absorpcja tlenu do piwa, nie występują straty związane z pozostawaniem produktu w instalacji, płyty nie przyklejają się do ram prasy, a piwo można wypchnąć z obudowy pod ciśnieniem w celu zwiększenia jego uzysku.

Wybór między modułami SUPRAdisc II lub SUPRApak zależy głównie od właściwości piwa (ilość części stałych, charakter zanieczyszczeń), objętości, wielkości partii, celu filtracji i funduszy. Biorąc pod uwagę istotne zalety i korzyści tych produktów, odpowiednią technologię można dopasować do zastosowania.

Moduły SUPRAdisc II

Moduły dyskowe SUPRAdisc II (SD II) typu lenticular charakteryzują się znacznie ulepszoną konstrukcją w stosunku do klasycznych modułów dyskowych układanych w stosu (rysunek 1). Moduły mają opatentowany podwójny separator, który umożliwia pracę modułów zarówno w kierunku normalnym, jak i wstecznym. Materiał arkusza jest indywidualnie zamykany między płytami separującymi, co optymalizuje przepływ przez dostępną powierzchnię i tworzy wyjątkowo solidny moduł (rysunek 2).

Produkty te sprawdziły się z powodzeniem w dużej liczbie instalacji w browarach na całym świecie i są typowo polecane do następujących zastosowań:

• Filtracja trapowa za filtrem DE
• Dokładna filtracja, w tym usuwanie cząstek tworzących lekkie zamglenie i redukcja mikroorganizmów³, przed przesłaniem piwa do tanków piwa klarowanego lub do instalacji przed końcowymi wkładami membranowymi w obszarze napełniania
• Podstawowe klarowanie po fermentacji i dojrzewaniu/oczyszczanie⁴

Moduły SD II o średnicy 287 lub 410 mm (12 lub 16 cali) są instalowane w higienicznych obudowach filtrów typu lenticular, mieszczących do 1 do 4 modułów ułożonych jeden na drugim (rysunek 3). Elastyczna konstrukcja obudowy umożliwia wykorzystanie środkowych słupków o różnej długości i używanie modułów o powierzchni od 1,8 do 7,2 m² (od 19.4 do 77.6 stopy²) lub od 5 do 20 m² (od 53.8 do 215.3 stopy²) w danej obudowie w celu dopasowania do wymaganej wielkości partii.

Moduły SD II mogą być wielokrotnie przepłukiwane w normalnym kierunku przepływu wodą o temperaturze nawet do 85°C (185°F). Jednak częściej płukanie odbywa się w temperaturze 60°C (140°F), co umożliwia bardzo dobre uwalnianie zanieczyszczeń rozpuszczalnych w ciepłej wodzie bez jednoczesnej denaturacji białek, które mogą spowodować przedwczesne zatkanie modułów. Moduły SD II mogą być dodatkowo regenerowane poprzez wielokrotne wymywanie zwrotne w celu uwolnienia zgromadzonych na powierzchni cząstek chmielu, drożdży i innych części stałych. Płukanie w kierunku normalnym i wstecznym jest typową operacją stosowaną w browarach do wydłużenia okresu użytkowania modułów⁵.

Moduły można wielokrotnie parować w miejscu instalacji (SIP) o temperaturze 121°C (250°F) bez narażania ich integralności strukturalnej. Funkcja ta jest przydatna w celu zmniejszenia ilości zanieczyszczeń mikrobiologicznych w modułach, jak w przypadku filtracji o bardzie wysokiej klasie skuteczności, a także przed i po okresie przechowywania modułów między filtracją kolejnych partii produkcyjnych.

Wszędzie tam, gdzie w wielu różnych obudowach są już używane filtry dyskowe (typu lenticular), moduły SD II stanowią dobrą alternatywę modernizacyjną ze względu na ich większą powierzchnię filtracji, wydłużoną trwałość, możliwość wymywania zwrotnego, dużą wytrzymałość mechaniczną umożliwiającą wielokrotne czyszczenie, możliwość parowania w miejscu instalacji oraz łatwą obsługę przed i po filtracji.

Z danych przedstawionych w tabeli 1 wynika, że w typowej filtracji końcowej w browarze pracującym 8 godzin dziennie, przez 5 dni w tygodniu i 50 tygodni w roku, pojedyncza obudowa SUPRAdisc II zawierająca 4 moduły o średnicy 16" może przefiltrować do 80 000 hl piwa.

W przeciwieństwie do standardowych płaskich filtrów płytowych moduł SD II może być przechowywany do ponownego wykorzystania w późniejszym terminie między poszczególnymi partiami produkcyjnymi.

Tabela 1: Wydajność filtrowania modułów SUPRAdisc II typu lenticular w browarach

 

Rodzina produktów SUPRAdisc obejmuje także wyjątkową wersję SUPRAdisc HP, która stanowi połączenie w jednym module dwóch warstw płyt o różnej klasie filtracji. Mimo że takie podejście zmniejsza o połowę dostępną powierzchnię filtracji płyty każdego typu w module, to dobrze nadaje się do obsługi małych partii produkcyjnych ze względu na dwuetapową filtrację wykonaną w jednej obudowie. W przypadku trudniejszych do filtrowania piw lub piw zawierających części stałe o szerokim zakresie wielkości filtracja wstępna, a następnie końcowa, mogą odbywać się w jednym miejscu. Wielkości będą w takim przypadku o około połowę mniejsze niż przedstawiono w tabeli 1.
Typowe przepustowości mogą wahać się od kilkuset do kilku tysięcy hektolitrów piwa dla każdego moduł SD II w zależności od zastosowania. Im wyższa przesączalność (filtrowalność) piwa, tym wyższa wydajność modułu. Przesączalność zależy od surowców, zacieru i procesu warzenia, typu piwa, typu drożdży używanych w fermentatorze, mętności niefiltrowane piwa oraz poprzednich etapów procesu.

Główne zalety technologii SUPRAdisc II

• Elastyczna i kompaktowa instalacja
• Wysoki uzysk i ochrona produktu dzięki pracy w układzie zamkniętym
• Znacznie wyższa przepustowość (trwałość) niż w przypadku klasycznych modułów dyskowych ułożonych w stosy ze względu na możliwość wymywania zwrotnego
• Opłacalność ze względu na wydłużony okres użytkowania i możliwość przechowywania i ponownego użycia modułów
• Łatwa obsługa i wymiana filtra dzięki solidnej konstrukcji

Rodzina produktów SUPRApak dla szerokiego zakresu filtracji w browarach

Rodzina produktów SUPRApak, w tym nowy moduł SUPRApak Plus, to najnowsze, innowacyjne rozwiązanie firmy Pall w zakresie filtracji wgłębnej (rysunek 4). Moduły mają całkowicie nową konstrukcję i konfigurację przepływu. Konstrukcję modułów stanową wyjątkowo gęste pakiety płyt filtracyjnych owiniętych wokół środkowego, przepuszczalnego rdzenia. Innowacyjna konstrukcja zapewnia wyjątkowy wzór przepływu (nazywany „przepływem brzegowym”), w którym płyny przepływają przez płytę równolegle do jej powierzchni. Taka droga przepływu zapewnia dużo lepszą filtrację niż w przypadku płaskich płyt filtrujących, w których płyny przepływają przez płytę prostopadle do jej powierzchni.

Przepływ brzegowy maksymalizuje filtrację adsorpcyjną płyt, co zwiększa usuwanie żywic chmielowych, białek, fenoli, wielocząsteczkowych alfa i beta glukanów oraz innych substancji powodujących zmętnienie. Ma to kluczowe znaczenie do uzyskania doskonałej jakości filtratu.

Duża powierzchnia filtracji w połączeniu z lepszą wydajnością filtracji sprawia, że linia produktów SUPRApak idealnie nadaje się do stosowania w browarach o szerokim zakresie wielkości produkcji mieszczącej się od około 1000 do 4 000 000 hl piwa rocznie.

Dzięki opłacalności i wyjątkowym oferowanym korzyściom rozwiązania SUPRApak zyskały duże akceptację w branży piwowarskiej na całym świecie. Moduły SUPRApak są głównie zalecane do następujących zastosowań:

• Filtracja trapowa za filtrem DE
• Dokładna filtracja, w tym usuwanie cząstek tworzących lekkie zamglenie i redukcja mikroorganizmów³, przed przesłaniem piwa do tanków piwa klarowanego lub do instalacji przed końcowymi wkładami membranowymi w obszarze napełniania
• Podstawowe klarowanie za wirówkami⁴

Jeśli browary używają już modułów SD II w obudowach firmy Pall do filtrów dyskowych (typu lenticular), moduły SUPRApak można umieścić w tych samych obudowach po zastosowaniu prostych adapterów. Dzięki temu browary zyskują możliwość rozszerzenia produkcji lub obsługi bardziej złożonych, trudniejszych do filtrowania partii piwa. 16-calowy moduł SD II dostosowany do wydajności 8 hl na godzinę można zastąpić 16-calowym modułem SUPRApak dostosowanym do przetwarzania 20 hl na godzinę, przez co uzyskuje się 2,5-krotny wzrost wydajności.

W nowych instalacjach moduły SUPRApak są instalowane w higienicznych okrągłych, jedno- lub wielokolumnowych obudowach SUPRApak. W tabeli 2 oraz na rysunku 5 przedstawiono rozmiary i wydajności najbardziej typowych obudów. Modułowość jednokolumnowych obudów umożliwia wykorzystywanie w nich różnej liczby modułów w celu dostosowania do wymaganej wydajności produkcji (rysunek 6).

Typowa przepustowość (trwałość) zależy w dużej mierze od przesączalności piwa, na co mają wpływ te same czynniki, wymienione wcześniej dla modułów SD II.

Wraz z wprowadzeniem modułów SUPRApak Plus można osiągnąć jeszcze większą poprawę procesu filtracji. W bezpośrednim porównaniu w zastosowaniu za filtrem DE moduły SUPRApak Plus wykazały się przepustowością o 50% niż moduły SUPRApak przy zachowaniu tej samej jakości filtratu. Moduły SUPRApak i SUPRApak Plus mogą być wielokrotnie przepłukiwane, regenerowane i odkażane w normalnym kierunku przepływu i temperaturze nawet do 85°C (185°F). Dodatkowo moduły SUPRApak Plus można wielokrotnie czyścić parą w miejscu instalacji (SIP) o temperaturze 125°C (258°F).

Tabela 2: Rozmiary i wydajność obudów SUPRApak

Główne zalety technologii SUPRApak dla browarów

• Długie cykle produkcyjne z mniejszą liczbą przestojów niż w przypadku klasycznych metod filtrowania
• Modułowość i elastyczność umożliwiające dopasowanie wydajności do wielkości produkcji
• Znaczne mniejsze wydatki operacyjne (OPEX) dzięki obniżeniu wydatków na robociznę i obsługę, konserwację, czyszczenie, wodę, energię oraz usuwanie odpadów
• Wysoki uzysk i ochrona produktu dzięki pracy w układzie zamkniętym
• Niezwykle kompaktowe gabaryty i zmniejszenie nakładów inwestycyjnych (CAPEX)
• Krótki czas realizacji inwestycji w porównaniu z typowymi alternatywnymi technologiami, umożliwiający szybką ekspansję

Tabela 3: Wydajność filtrowania modułów SUPRApak w browarach 

Z danych przedstawionych w tabeli 3 wynika, że dla filtracji końcowej w browarze pracującym 8 godzin dziennie, przez 5 dni w tygodniu i 50 tygodni w roku, pojedynczy moduł SUPRApak L w obudowie o wysokości 6 modułów może filtrować 120 hl piwa na godzinę lub w sumie 240 000 hl. Dzięki modułowej konstrukcji ta sama obudowa można pomieścić w zależności od konfiguracji 1, 3 lub 4 moduły, co przekłada się na wydajność 17%, 50% i 67% wartości nominalnej.

Monitorowanie jakości w browarach

Wraz ze wzrostem wielkości i złożoności procesów technologicznych w browarze rośnie także narażenie producenta na straty spowodowane brakiem zachowania jakości. Solidne i wysokosprawne techniki filtracji zapewniają pożądane rezultaty, jednak nieodzowny jest także zintegrowany program zapewnienia jakości, który będzie monitorował jakość w krytycznych punktach kontrolnych.

Każdy etap procesu, od odbioru surowca po końcowe rozlewanie produktu czy obsługę płynów użytkowych (np. wody), może stanowić potencjalny punkt niepożądanego zanieczyszczenia mikrobiologicznego. System GeneDisc Real-Time PCR firmy Pall to szybka, niezawodna i łatwa w użyciu metoda wykrywania bakterii odpowiedzialnych za psucie się piwa (Pediococcus, Lactobacillus, Pectinatus i Megasphaera), który zapewnia wyniki już w ciągu kilku godzin. To szybkie narzędzie do weryfikacji jakości produktu nie tylko skraca czas do wysyłki, ale również zapewnia monitoring, dzięki któremu można diagnozować problemy i zapobiegać im w różnych krytycznych punktów kontrolnych procesu⁶.

Korzyści

Sektor browarów, charakteryzujący się innowacyjnością, zróżnicowanymi metodami warzenia, dużymi różnicami w skali produkcji oraz gwałtownym wzrostem, wymaga ekonomicznych i opłacalnych rozwiązań w zakresie filtracji, które będą indywidualnie dostosowane do każdego procesu, a jednocześnie będą spełniać uniwersalne wymagania, takie jak:

• Elastyczność w zakresie obsługi zmiennych wielkości partii produkcyjnych i możliwość rozbudowy w przyszłości
• Doskonała skuteczność filtracji zapewniająca żądaną i jednolitą jakość piwa
• Wysoka przepustowość (trwałość) oferowana przez kompaktową instalację
• Maksymalny uzysk bez strat spowodowanych pozostaniem produktu w instalacji
• Prosta obsługa, szybkie i łatwe przełączanie pomiędzy partiami

Produkty SUPRA firmy Pall spełniają wymagania i oferują solidną wartość dla sektora browarów. W połączeniu z systemem GeneDisc Real-Time PCR firmy Pall produkty te dają browarom gwarancję osiągnięcia pomyślnych rezultatów.

Kompetencje oddziału Pall Food and Beverage w zakresie warzenia piwa

Warzenie piwa jest złożonym procesem, który łączy sztukę z nauką. Czerpiąc z ponad 65-letniego doświadczenia w rozwoju produktów dla przemysłu piwowarskiego, firma Pall może przedstawiać się nie tylko jako dostawcę rozwiązań w zakresie filtracji, ale również jako wiarygodnego partnera technicznego, który rozumie, jak operacje podejmowane w procesie warzenia przekładają się na charakter i jakość piwa.

Zapraszamy do odwiedzenia naszej strony internetowej www.pall.com/foodandbev

---

 Odniesienia i przypisy

¹ Dane stowarzyszenia USA Brewers Association za roku 2020, www.brewersassociation.org

² Objętości piwa wyrażane są także w baryłkach, których dokładna wartość jest odmienna w różnych krajach. 1 baryłka amerykańska to 1,17 hl. 1 baryłka angielska to 1,64 hl.

³ Żądania w zakresie wielkości drobnoustrojów oparte na wartościach LRV nie mają zastosowania dla żadnych płyt filtrujących, ponieważ nie ma żadnych oficjalnych normatywnych metod kwalifikacji wydajności mikrobiologicznej, a wydajność płyt jest silnie uzależniona od warunków procesu.

⁴ Pomyślne zastosowanie modułów SUPRAdisc i SUPRApak do podstawowego klarowania lub za wirówkami zależy od przesączalności piwa i wymagań w zakresie filtracji. Dobór wielkości w zastosowaniu z wirówkami zależy dodatkowo od typu i wydajności wirówki. Prosimy o kontakt z firmą Pall w celu oceny dokonanego wyboru.

⁵ Wymywanie zwrotne wymaga zastosowania prostej instalacji zapewniającej przepływ wsteczny. Prosimy o kontakt z firmą Pall w sprawie informacji na temat wymywania zwrotnego, czyszczenia i odkażania dla danego zastosowania.

⁶ Prosimy zamówić biuletyn zastosowań firmy Pall FBABGDBEEREN — „Implement High Value-Added Quality Control in Breweries with the GeneDisc System” (Wdrożenie dodatkowej kontroli jakości w browarach z użyciem systemu GeneDisc).