Rejestracja - czytelnik

Przypomnij hasło

Menu

Menu

Facebook Twitter LinkedIn

„Zimna Pasteryzacja” piwa, postęp w ochronie środowiska

Kategoria: Procesy i Technologie

Podstawowym wyznacznikiem sukcesu każdego piwowara jest wyprodukowanie i sprzedaż piwa, które jest atrakcyjne dla konsumenta i spełnia jego oczekiwania pod względem aromatu, świeżości, smaku i wyglądu.

Cechą, na którą najbardziej zwracają uwagę konsumenci kupujący produkt, jest bezpieczeństwo mikrobiologiczne. Ze względu na naturalne właściwości konserwujące składników piwa, chmielu, dwutlenku węgla (CO2) i alkoholu, jak również niskie pH, jakiekolwiek ryzyko ze strony patogenów jest niskie i łatwe do zminimalizowania w procesie produkcyjnym.

Jakkolwiek istnieje grupa mikroorganizmów powodujących psucie się piwa, które – jeśli są w nim obecne – mogą oddziaływać negatywnie na jego smak i zapach lub powodować mętnienie. Zakażenia powodowane obecnością tych mikroorganizmów zniechęcają konsumentów do zaatakowanych nimi marek piwa i skłaniają ich do kupowania innych produktów.

Dlatego też czystość mikrobiologiczna piwa jest najważniejszą i podstawową cechą jakościową, która musi zostać spełniona, żeby browar utrzymał się w biznesie.

Stabilizacja mikrobiologiczna

Technologie i procesy umożliwiające osiągnięcie stabilności mikrobiologicznej są klasyfikowane następująco:

  1. Obróbka termiczna, zwykle w pasteryzatorze tunelowym lub przepływowym.
  2. Filtracja na zimno przy użyciu filtrów wgłębnych lub membranowych w celu usunięcia mikrobiologicznych zanieczyszczeń produktu.
  3. Zastosowanie w produkcie dodatków, które pozwolą osiągnąć efekt konserwujący; dodatków jakie są często stosowane w produkcji wina, soków i napojów bezalkoholowych.
  4. Czystość procesu technologicznego.

Najczęściej stabilizację mikrobiologiczną przeprowadza się poprzez obróbkę termiczną lub filtrowanie. Istnieje ogólna tendencja do zastępowania pasteryzacji tunelowej procesem przepływowym oraz, coraz częściej, filtracją membranową; jest to powodowane względami ekonomicznymi i coraz wyższymi standardami higienicznymi w procesie pakowania. W browarnictwie powszechnie nie stosuje się dodatków konserwujących; istnieją doniesienia o dodawaniu do piwa dwutlenku siarki (SO2), ale nie to proceder częsty 1.

Głównymi czynnikami sprzyjającymi osiągnięciu stabilności mikrobiologicznej i długiego okresu przydatności do spożycia piwa w butelkach lub puszkach jest czystość podczas procesu technologicznego i czystość środowiska procesowego. Tysiące piwowarów wierzy w czystość swoich operacji produkcyjnych; nie stosują oni żadnych dodatkowych zabiegów – i to podejście się sprawdza. Czystość procesu produkcji jest absolutną koniecznością nawet jeśli prowadzona jest obróbka termiczna lub filtracja, co pozwala uzyskać gwarancję docelowej daty „Najlepiej spożyć przed”.

Obróbka termiczna w procesie pasteryzacji tunelowej

Pasteryzatory tunelowe, wykorzystywane w 60% procesów produkcyjnych, są najczęściej stosowaną technologią w mikrobiologicznej stabilizacji piwa. Podczas procesu pasteryzacji produkt w opakowaniu poddawany jest działaniu temperatury. Na proces wpływa temperatura wody, ilość i stopień rozprowadzenia rozpylonej wody, prędkość przesuwu transportera, jak również rodzaj i grubość materiału opakowaniowego oraz wzór opakowania. Parametry te wpływają na rozkład temperatury wewnątrz opakowania i ilość ciepła, jaka dochodzi do krytycznego „zimnego punktu” wewnątrz opakowania.

Skuteczność kontroli mikrobiologicznej określa się pośrednio, poprzez pomiar jednostek pasteryzacji (PU), przy użyciu czujników w linii, albo przenośnego urządzenia pomiarowego.

Jedyną zaletą pasteryzacji tunelowej jest stabilizacja mikrobiologiczna zapakowanego produktu po rozlaniu. Ponieważ produkt jest rozlewany przed pasteryzacją tunelową, nie ma istotnego ryzyka zakażenia pochodzącego z procesu rozlewu.

W porównaniu z pasteryzacją przepływową i filtracją membranową, wszystkie pozostałe parametry pasteryzacji tunelowej nie działają korzystnie na jakość produktu, ekonomiki procesu i łatwości jego prowadzenia.

Poniżej przykład z literatury zawierający dane dotyczące zużycia i procesu 2,3,4,5 przy wydajności 300 hl/godz.:

  • Woda 3-5 m3/godz. lub 400 l/1000 butelek, co odpowiada 0,2 to 0,8 hl/hl piwa
  • Zainstalowana moc elektryczna 45-70 kW lub 1-2,5 kW /1000 butelek
  • Energia zużyta 4-6 kWh/hl
  • Strata piwa w przypadku butelek 0,5 NRW standard, jakość zgodna z normą EN: 80-90 hl/miesiąc (dla linii 45 000 butelek/godz.)
  • Wskaźnik odzysku ciepła 60 do 70%
  • Tolerancja obliczenia jednostki pasteryzacji 90%
  • Koszty operacyjne 0,30-1,35 €/hl

Obróbka termiczna w procesie pasteryzacji przepływowej

Pasteryzatory przepływowe są stosowane w pasteryzacji termicznej piwa przed rozlewaniem. Są one stosowane powszechnie w Europie, mniej powszechnie w Azji i rzadko na zachodniej półkuli. W procesie pasteryzacji przepływowej piwo przechodzi przez płytowe wymienniki ciepła i otaczające je rury w różnych strefach ogrzewania, zatrzymania i chłodzenia. Pasteryzatory przepływowe nie są instalowane bezpośrednio przed etapem rozlewania. Między procesem termicznym a etapem rozlewania zawsze znajduje się zbiornik buforowy. Proces pasteryzacji przepływowej jest prowadzony zazwyczaj w temperaturze o 8÷12°C wyższej niż proces pasteryzacji tunelowej, natomiast czas ekspozycji termicznej jest krótszy.

Tak jak w przypadku pasteryzacji tunelowej, skuteczność kontroli mikrobiologicznej określa się pośrednio, przez pomiar jednostki pasteryzacji przy użyciu czujników w linii.

Konstrukcja urządzeń i parametry procesu pozwalają istotnie zmniejszyć zużycie energii w porównaniu z pasteryzacją tunelową.

Poniżej przykład z literatury zawierający istotne dane4,6,7,8, również przy wydajności 300 hl/godz.:

  • Woda 0,3-1 m3/h plus woda zużyta na mycie, co odpowiada 0,05-0,15 hl/hl piwa
  • Zainstalowana moc elektryczna 9-18 kW
  • Energia zużyta 1,7-2 kWh/hl
  • Straty piwa 0,05-0,3%, w zależności od stosowanego procesu i ilości zmian marki
  • Wskaźnik odzysku ciepła 80 do 96%
  • Tolerancja obliczenia jednostki pasteryzacji 90%
  • Koszty operacyjne 0,07-0,19 €/hl

Pasteryzatory przepływowe nie są zbyt elastyczne jeśli chodzi o zmiany przepływu i temperatury ze względu na stałe powierzchnie wymiany ciepła. Wzrost wskaźnika odzysku ciepła jest wprost proporcjonalny do wzrostu powierzchni wymiany ciepła i objętości urządzenia, czego skutkiem jest jednak zwiększenie początkowego zużycia energii, zwiększenie faz mieszania i strat piwa podczas procesu oraz zmniejszenie tolerancji jednostki pasteryzacji.

Zużycie dwutlenku węgla w zbiorniku buforowym jest często pomijane w zestawieniach kosztów; może ono wynosić do 0,07 €/hl w przypadku nierówno działających linii napełniania.

Filtracja membranowa

Filtracja membranowa jest stosowana w zimnej „sterylizacji” piwa, bezpośrednio przed etapem rozlewania. Sterylizacja jest terminem powszechnie stosowanym w całym przemyśle piwowarskim do opisu procesu otrzymywania piwa wolnego od zdolnych do życia mikroorganizmów powodujących jego psucie.17

W przeszłości filtrację membranową wykorzystywano w produkcji gatunków piwa droższych/wyższej jakości, natomiast obecnie jest ona stosowana coraz częściej do wszystkich gatunków. Azjatyckie browary z powodzeniem stosują filtrację na zimno od lat, natomiast producenci w Europie i Amerykach zaczęli dopiero teraz inwestować coraz więcej w urządzenia do filtracji membranowej.

W procesie filtracji membranowej stosuje się: wkłady do filtracji membranowej, instalowane w obudowach filtracyjnych, urządzenia do badania integralności oraz prostą procedurę CIP. Instalacja filtracyjna znajduje się bezpośrednio przed linią napełniania; nie ma potrzeby instalowania między nimi zbiornika buforowego. Membrany filtracyjne wykonane są z polieterosulfonu lub z Nylonu 66. Typowe pory mają wielkość 0,45 do 0,65 mikrona.

Skuteczność kontroli mikrobiologicznej jest potwierdzana w badaniu integralności wkładów przed i po filtrowaniu.

Koszt operacyjny filtracji membranowej jest uzależniony główne od czasu życia wkładu filtracyjnego. Czas życia wkładu mierzy się jako całkowitą przepustowość na 10 cali równoważnej powierzchni wkładu; może ona wahać się od 500 do 1200 hl w przeliczeniu na moduł filtracyjny 10 cali. W przeszłości czas życia membran do zablokowania był głównym powodem wymiany filtra, obecnie na czas życia filtrów wpływa głównie ich stabilność mechaniczna wynikająca z narażenia na działanie związków chemicznych oraz powtarzające się cykle sterylizacji i/lub mycia przy użyciu gorących roztworów ługu.

Główna różnica między filtracją membranową a procesem termicznym polega na zachowaniu profilu aromatycznego i witaminowego piwa. Stabilność smaku i zachowanie witamin jest lepsze, szczególnie przy wyższej lub zmieniającej się zawartości tlenu w piwie.

Czas nieprzerwanego działania między procesami mycia wynosi do 55 godzin. W przypadku mycia stosuje się 3 etapy:

  1. Płukanie gorącą wodą
  2. * Mycie gorącym roztworem ługu
  3. Mycie enzymatyczne

Czas mycia wynosi 45 do 90 minut (etapy 1 i 2), natomiast dodatkowe intensywne mycie enzymatyczne może trwać do 22 godzin i zazwyczaj wykonuje się je raz w miesiącu – w zależności od poddawanej filtrowaniu objętości i od filtrowalności piwa.

Poniżej przykład z literatury zawierający istotne dane dotyczące procesu i zużycia mediów6,9,10,11, również przy wydajności 300 hl/godz. i 24-godzinnej pracy filtra:

  • Woda 5,5-8 m3/mycie (2*) co odpowiada 0,013-0,04 hl/hl piwa
  • Zainstalowana moc elektryczna 2,5-4 kW
  • Energia cieplna maks. 0,2 kWh/hl (2*)
  • Straty piwa 0,05-0,3%, w zależności od stosowanego procesu i ilości zmian marki (łącznie 300-500 l/przebieg i zmianę marki)
  • Koszty operacyjne 0,13-0,3 €/hl

Porównanie technologii – aspekty środowiskowe

Z porównania tych trzech technologii wynika, że zużycie mediów w procesie filtracji membranowej i pasteryzacji przepływowej jest znacznie mniejsze niż w pasteryzacji tunelowej.

Największa różnica występuje w zużyciu energii, ponieważ w pasteryzacji tunelowej zużywa się jej 6 razy więcej niż w procesie pasteryzacji przepływowej i 20 razy więcej niż w filtracji membranowej. Pasteryzacja przepływowa zużywa 8 razy więcej energii niż technologia membranowa.

Ryc. 1: Zużycie energii cieplnej w kWh/hl

Podobnie wygląda sytuacja jeśli chodzi o zainstalowaną moc elektryczną, która w procesie pasteryzacji tunelowej jest 6 razy większa, a w pasteryzacji przepływowej 3 razy większa niż w przypadku filtracji membranowej.

Ryc. 2: Zainstalowana moc elektryczna, kW

Zużycie wody w procesie pasteryzacji tunelowej jest 10 razy większe niż w pasteryzacji przepływowej i 15÷20 razy większe niż w filtracji membranowej; pasteryzacja przepływowa zużywa 4÷8 razy więcej wody niż technologia membranowa. Dane te nie uwzględniają odzysku i ponownego wykorzystania wody w oczyszczalni ścieków; są to czyste dane dotyczące zużycia.

Ryc. 3: Zużycie wody w hl wody/hl piwa

Podsumowując należy stwierdzić, że filtracja membranowa ma znaczną przewagę w aspekcie ekologicznym w porównaniu z pasteryzacją przepływową i tunelową. Technologia modułowa CFS, w której wkłady membranowe są podzielone na mniejsze moduły, daje dodatkowe korzyści w procesie mycia filtrów, tj. możliwe jest dalsze zmniejszenie zużycia wody przy jednoczesnym wzroście efektywności mycia.

Ryc. 4: System Pall CFS ® z technologią klasterową

Porównanie technologii – bezpieczeństwo mikrobiologiczne

Główną zaletą stosowania pasteryzatora tunelowego jest stabilizacja mikrobiologiczna produktu po procesie rozlewania. W scenariuszu tym skutecznie eliminowane jest potencjalne ryzyko zakażenia podczas procesu napełniania.

Zarówno w procesie pasteryzacji przepływowej, jak i w filtracji membranowej, rozlewanie następuje po etapie stabilizacji mikrobiologicznej, dlatego należy uwzględnić ryzyko zakażenia podczas napełniania butelek, puszek lub beczek i opracować sposób uzyskania sterylnego środowiska napełniania. Według literatury ok. 60% skażeń ma miejsce podczas procesu napełniania; jego źródłem są głównie urządzenia napełniające i zamykające12. Dlatego obszar rozlewania wymaga najwyższej uwagi i staranności w zakresie kontroli mikrobiologicznej. Bakterie szkodliwe dla piwa znajdują idealne środowisko wzrostu na powierzchni urządzeń dzięki odpowiedniej temperaturze, wilgotności i dostępności pożywki z warstw żelu wytwarzanego przez bakterie kwasowe13.

Dzięki swojemu metabolizmowi bakterie kwasowe tworzą mikro-tlenowe środowisko w beztlenowej atmosferze, które pozwala bakteriom psującym piwo na powolne przystosowanie się do tego środowiska, a zaraz potem na wykładniczy wzrost.

Wczesna identyfikacja tych „ognisk zakażenia” ma znaczenie kluczowe dla utrzymania dobrego stanu higienicznego urządzeń do napełniania. Obecnie różne firmy oferują testy w sprayu, które powodują barwienie miejsc występowania pozostałości organicznych. Testy takie należy stosować regularnie w celu kontroli efektywności czyszczenia powierzchni sprzętu do rozlewania15.

Innymi źródłami zakażenia mogą być stosowane w procesie media – powietrze, dwutlenek węgla, woda. Dlatego sterylna filtracja w punkcie wykorzystania, gdzie media wchodzą do obszaru napełniania lub mają styczność z produktem, jest ważna w całym środowisku rozlewania. Dalsze typowe punkty krytyczne ze względu na ryzyko zakażenia to mierniki, zawory próżniowe i nadciśnieniowe, zaślepki, węże, przewody gazowe i linie powrotne piwa. Uszkodzone podłogi to również idealne warunki dla rozwoju mikroorganizmów.14

Dobrą praktyką jest zamykanie drzwi i okien, utrzymywanie gładkich i czystych powierzchni oraz unikanie odpływów wokół obszaru napełniania i zamykania opakowań, ponieważ są to typowe źródła zakażenia bakteriami Pectinatus i Megasphera. Zarówno kontrola wizualna, jak i węchowa w czasie, gdy nie odbywa się pakowanie, odgrywa ważną rolę jako część wszechstronnego programu zapewnienia higieny. Dla każdej linii pakowania muszą być dostępne instrukcje, protokoły i listy punktów kontrolnych operacji czyszczenia.14

Czynnikiem o największym znaczeniu dla zmniejszenia ryzyka zakażenia poprocesowego, szczególnie w obszarze napełniania, jest świadomość operatorów urządzeń napełniających dotycząca ryzyka mikrobiologicznego. Powinni oni rozumieć powody i cele czyszczenia oraz odbywać regularne szkolenia dotyczące zasad mikrobiologii, oraz konsekwencji niskiej higieny środowiska.

Kolejnym elementem o istotnym znaczeniu jest pobieranie próbek i identyfikacja mikroorganizmów. Badanie mikroorganizmów metodą „reakcji łańcuchowej polimerazy” (polymerase chain reaction – PCR) umożliwia szybkie i jednoczesne wykrywanie i identyfikację specyficznych mikroorganizmów powodujących psucie się piwa w wielu punktach procesu16. Niewątpliwą zaletą tej metody jest to, że daje ona prawie natychmiastowy obraz obecności zanieczyszczeń, ale również umożliwia zastosowanie środków zapobiegawczych na wczesnym etapie, przeprowadzenie analizy pierwotnej przyczyny oraz zmniejszenie negatywnych skutków finansowych poprzez podjęcie działań naprawczych zanim wyprodukowane zostaną duże objętości zepsutego produktu.

Ryc. 5: Nowoczesne urządzenie do analizy metodą PCR – Pall GeneDisc®

Zastosowanie nowoczesnego systemu monitorowania higieny w obszarze rozlewania umożliwia browarom dostarczenie klientom, mikrobiologicznie stabilnego i bezpiecznego produktu bez stosowania pasteryzacji tunelowej.

Porównanie technologii – ryzyko i pomiary mikrobiologiczne

Skutki każdego działania prowadzącego do zmiany obciążenia mikrobiologicznego – czy to będzie zabieg termiczny, chemiczny, czy oparty na metodzie filtracyjnej – są zgodne z prawami statystyki wyrażonymi w postaci zmiany miana mikroorganizmów lub logarytmicznego współczynnika redukcji (ang. logarithmic reduction value – LRV).

LRV opisuje prawdopodobieństwo przeżycia mikroorganizmu i jest bezpośrednio związany ze stosowanymi procesami i parametrami, typem produktu, objętością produktu poddawanego pasteryzacji, ilością mikroorganizmów w cieczy przed pasteryzacją, rodzajem i stanem fizjologicznym mikroorganizmów oraz ilością mikroorganizmów po pasteryzacji17.

Wartości LRV dla każdej z trzech różnych technologii: pasteryzacji tunelowej, pasteryzacji przepływowej i filtracji membranowej są podobne. Zmiennymi w pasteryzacji tunelowej względem przepływowej są temperatura i czasy przebywania produktu w pasteryzatorze; w filtracji zmianom może podlegać dobór wielkości porów membrany4,6,8.

Wyższa temperatura wpływa ujemnie na aromat, natomiast mniejsze pory filtrów wpływają negatywnie na czas życia membran, a w konsekwencji, na koszty operacyjne.

Efektywność pasteryzacji podczas trwania procesu jest zawsze mierzona pośrednio. Efektywność procesów termicznych mierzy się w jednostkach pasteryzacji (PU) jako współczynnik czasu i temperatury.

Efektywność filtracji membranowej potwierdza się poprzez wykonanie testu integralności membrany. W teście integralności filtra zastosowane urządzenie monitorujące mierzy dyfuzję gazu testowego i będący jej następstwem spadek ciśnienia przez zwilżoną membranę, w czasie, w określonych warunkach, a następnie porównuje tę wartość ze skorelowaną wartością współczynnika redukcji bakterii18.

Pomiary jednostki pasteryzacji (PU) i test integralności dają wystarczające wskazówki na temat efektywności procesu. Czułość testów integralności membrany można zwiększyć poprzez zmniejszenie liczby wkładów badanych jednocześnie. Zasada ta ma zastosowanie w technologii klastrowej Pall CFS, w której zainstalowane elementy filtracyjne dzielone są na odrębne moduły, które z kolei badane są oddzielnie10,23.

Porównanie technologii – jakość piwa

Przez wiele lat obróbka cieplna – obok czystości procesu – była jedynym sposobem uzyskania mikrobiologicznie stabilnego produktu. Stwierdzono ujemny wpływ działania wysokiej temperatury na stabilność oksydacyjną aromatu piwa. Wyzwania związane z procesem pasteryzacji wynikają z obecności w piwie tlenu w stężeniach przekraczających 0,02 ppm w połączeniu z obecnością jonów żelaza i manganu, pochodzących z ziemi okrzemkowej stosowanej często w procesie wstępnego klarowania piwa. W literaturze opisano 2- metylobutanol i 3-metylobutanol jako typowe wskaźniki obecności tlenu, natomiast wysokie stężenia 2-furfuralu świadczą o pasteryzacji termicznej.19

W procesie niskotemperaturowej filtracji membranowej zachodzą również reakcje utlenienia, jednak są one mniej intensywne i wolniejsze, dlatego stabilność smaku piwa w takich warunkach poprawia się.

Wpływ obróbki termicznej w porównaniu z filtracją membranową na zawartość aminokwasów i witamin badano w Uniwersytecie w Weihenstephan w Niemczech. Stwierdzono, że podczas pasteryzacji przepływowej witamina B1 uległa rozkładowi w znacznym stopniu, zaobserwowano tendencję do zmniejszania się zawartości witaminy B2, a zawartość aminokwasów zmniejszyła się o 10%. Filtracja membranowa nie powodowała w czasie serii testów zmiany istotnych składników piwa 20.

W pasteryzatorach podczas obróbki termicznej mogą powstawać cząstki powodujące zmętnienie, tzw. motylki. Ich źródłem są cząstki piany z szyjek butelek i ze ścian zbiornika buforowego, które opadły i wyschły. Cząstki te są opisywane jako bardzo trwałe i utrzymujące się w piwie bardzo długo21. Z drugiej strony filtry membranowe bardzo skutecznie oddzielają cząstki powodujące zmętnienie piwa.

Z punktu widzenie konsumenta i marketingu piwa poddawane obróbce na zimno są niewątpliwie preferowane w porównaniu z produktami po obróbce termicznej, co jest zgodne z trendem panującym w konsumpcji soków i produktów mleczarskich.

Porównanie z punktu widzenia ekonomii – CAPEX i OPEX

Pasteryzatory tunelowe wymagają 3 do 5 razy większych wydatków inwestycyjnych (CAPEX) w porównaniu z pasteryzatorami przepływowymi i urządzeniami do filtracji membranowej. Ostatnie dwie technologie są porównywalne jeśli chodzi o CAPEX, z niewielkimi różnicami dotyczącymi urządzeń peryferyjnych. Pasteryzator przepływowy posiada strefę ogrzewania, blok wzrostu ciśnienia, strefę przetrzymania i strefę chłodzenia. Instalację dopełnia system CIP i zbiornik buforowy za pasteryzatorem. W zależności od czynności wykonywanych przed i po procesie, wymagane może być zastosowanie dodatkowych modułów z zaworami i sprzętem do dozowania. Natomiast urządzenie do filtracji membranowej składa się z filtrów membranowych zainstalowanych w obudowach filtrów, urządzenia do badania integralności filtrów i systemu CIP.

Ryc. 6: Porównanie wydatków inwestycyjnych, €

Koszty operacyjne (OPEX) w przypadku pasteryzatorów tunelowych wahają się od 0,30 do 1,35 €/hl, ale w przypadku nowoczesnego sprzętu bardziej realna jest wartość niższa. Wartości OPEX dla pasteryzatora przepływowego i filtracji membranowej są porównywalne i stanowią ok. połowy w/w wartości dla pasteryzatora tunelowego.

Koszty operacyjne filtracji membranowej uległy w ostatnich latach znacznemu obniżeniu dzięki optymalizacji procesu mycia i nowym konstrukcjom systemów. Mycie z zastosowaniem technologii modułowej jest bardziej efektywne, dzięki zmniejszeniu zużycia wody i skróceniu czasu trwania procesu. Mycie enzymatyczne umożliwia regenerację zablokowanych membran, co ogranicza, a nawet eliminuje ryzyko przedwczesnej lub nieoczekiwanej blokady membran23. Obecnie wymiana filtrów membranowych jest rzadziej spowodowana blokowaniem filtra, a częściej zmęczeniem materiału powodowanym przez skumulowane cykle sterylizacji i/lub czyszczeniem gorącymi roztworami ługu przed każdym cyklem filtracji. Gromadzenie danych o integralności umożliwia przeprowadzenie analizy trendu, którą można wykorzystać do wyznaczenia końcowego stopnia zmęczenia membrany. Dla systemu o wydajności 300 hl/h wymiana zestawu membran następuje zazwyczaj po filtracji 300 000 hl.

Ryc. 7: Porównanie kosztów operacyjnych, €/hl

W pasteryzatorach tunelowych straty piwa są mniejsze. W przypadku puszek straty nie przekraczają 0,01%4. W przypadku butelek szklanych ilość stłuczki zależy od jakości szkła. Austriacka grupa piwowarska informuje o ilości stłuczki sięgającej 13 do 15 ton miesięcznie, co odpowiada stratom piwa w ilości 80 do 90 hl na linii o wydajności 220 hl/godz22. Amerykański producent pasteryzatorów informuje o stratach butelek szklanych w zakresie 0,05 do 0,1%4.

Stosowanie pasteryzatorów przepływowych skutkuje stratami piwa o wielkości 0,03 do 0,3 %, w zależności od stosowanej metody, szczególnie operacji przed i po produkcji oraz procedur zmiany marki. Częste przerwy w pracy urządzenia napełniającego przyczyniają się do większych strat podczas operacji.

Poza pasteryzacją tunelową piwa w puszkach, najmniejsze straty piwa mają miejsce podczas filtracji membranowej – 0,01 do 0,05%. Dzięki instalacji systemu do filtracji membranowej bezpośrednio przed urządzeniem do rozlewania możliwa jest minimalizacja czynności przed i po procesie. Przerwy w pracy urządzeń napełniających nie wpływają na wydajność, a dzięki wypychaniu piwa przy użyciu CO2 na koniec procesu, na dnie zbiornika filtrów i w przewodach urządzenia napełniającego pozostają tylko małe ilości piwa.

Zużycie energii i wody omówiono szczegółowo wyżej; także pod tym względem filtracja membranowa wykazuje niższe wartości w porównaniu z obróbką cieplną.

Podczas gdy pasteryzatory tunelowe nadal wymagają do obsługi osoby zatrudnionej na 0,5÷1 etatu (FTE), filtracja membranowa i pasteryzacja przepływowa są, poza serwisowaniem, procesami w pełni zautomatyzowanymi, od rozlewania do końcowego pakowania.

Koszty serwisu, w tym konserwacji licznych pomp, pasów, urządzeń pomiarowych, zagospodarowanie potłuczonych opakowań, sprawiają, że koszty obsługi pasteryzatorów tunelowych są bardzo wysokie. Roczne koszty obsługi liczone od trzeciego roku działania wynoszą 2 do 3% kwoty CAPEX.

Pasteryzatory przepływowe wymagają stałego monitorowania/kalibracji oraz konserwacji urządzeń kontrolno-pomiarowych. Płyty grzewcze i chłodzące są dodatkowym elementem podlegającym procedurze HACCP i wymagają corocznych inspekcji pod kątem obecności szczelin i uszkodzeń uszczelek.

Głównym elementem serwisu urządzeń do filtracji membranowej jest wymagana okresowa wymiana elementów filtracyjnych. Zalecana jest okresowa rutynowa wymiana uszczelek obudów i zaworów oraz monitorowanie/kalibracja przepływomierzy oraz ciśnieniomierzy. Konserwacja urządzenia do testowania integralności jest wymagana co 24 miesiące.

Podsumowanie

  • Z punktu widzenia bezpieczeństwa mikrobiologicznego pasteryzacja tunelowa nie jest już koniecznością. Przestrzeganie wysokich standardów higieny w obszarze pakowania w połączeniu z eliminacją mikroorganizmów – w procesach pasteryzacji przepływowej albo filtracji membranowej – daje w rezultacie piwo bezpieczne, pozbawione bakterii powodujących jego psucie.
  • Z punktu widzenia kosztów, filtracja membranowa stała się w ostatnich latach wysoce konkurencyjna, wyprzedzając pod tym względem pasteryzację tunelową i dorównując pasteryzacji przepływowej.
  • Zapotrzebowanie na wodę i energię jest mniejsze w porównaniu z każdą z opcji obróbki termicznej; dlatego korzyści ze stosowania filtracji membranowej z punktu widzenia ekologicznego są istotne.
  • Zastosowanie filtracji membranowej umożliwia utrzymanie aromatu i świeżości, dlatego poziom akceptacji wśród konsumentów jest wyższy.
  • Podsumowując, stosowanie filtracji membranowej do stabilizacji mikrobiologicznej jest najlepszym wyborem, umożliwia zaspokojenie oczekiwań konsumentów i wpływa na ich przyszłe zachowania zakupowe.

Uwaga

Szczególne podziękowania dla Kathleen Berry – Global Marketing Pall Food & Beverage – za informacje techniczne i wsparcie.

Piśmiennictwo

[1]        Ferguson, G.; Grahame G. Stewart; Handbook of Brewing, 2nd Edition 2006,
CRC Press Taylor & Francis

[2]        KHS Product Information; Pasteurization Technology Innopas C, 2016, www.khs.com

[3]        Krones Product Information; Krones LinaFlex, 09/2013; www.krones.com/downloads/linaflex.en

[4]        Barry-Wehmiller; Pasteurization, MBAA Technical Meeting, District Michigan, March 2011

[5]        Sidel Product Information; Pama Pasteurization Unit, Feb 2012; www.sidel.com

[6]        Ernesto O. Lawrence; Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for Breweries; Berkley National Laboratory LBNL-50934, Sept.2013, s. 8, 25, 26

[7]        Dymond, G.; Pasteurization of Beer in Plate Heat Exchanger: Lower Costs and Higher Quality; Cerevisia 22(4), 1997, s. 37-48

[8]        IDD Process & Packaging, Inc.; Flash Pasteurization Theory and Praxis; Product information 2012; www.iddeas.com/info/flash-theory.html

[9]        Minh-Tam Nguyen et.al; The Use of Membrane Technology in Modern Brewing; IBD Convention, Melbourne 2012

[10]      Weber,D.; Gerber,T.;Ziehl,J.: Kaltaseptische Bierfiltration zur mikrobiologischen Stabilisierung; Brauindustrie 8/2010, 12-14

[11]      Gaub, R.: The Green Power of Membranes; EBC Symposium Sustainability in Brewing; Stratford on Avon, 2008

[12]      Oliver-Daumen, B.: Produktsicherheit bei Ultraclean und kaltaseptischen Abfüllanlagen; Brauwelt 13/1995

[14]      Paier, D.; Ringhofer, J.: Weak Spot Analysis in Filling; Steirer Brau Graz, CQA 2002

[15]      Engineering vod; Spray Shadow Test – Introduction; 01/2016; www.vod-engineering.com/spritzschattentest-gb.php

[16]      Pall Product Information; GeneDisc® for Beer Spoilage Bacteria; FBGDBEERENb 2015; www.pall.com/pdfs/foodandbeverage

[17]      Brendel-Thimmel, U.: Linking Filter Performance and Product Safety; Filtration + Separation; Nov/Dec 2010, 26-31

[18]      Pall Corp.: Determination of Product Wet Integrity Test Values for Pall Filter Cartridges;
Publ. No. USTR 1471

[19]      Narziss,L.; Miedaner,H.; Eichhorn,P.: Untersuchungen zur Geschmacksstabilität des Bieres; Monatsschrift für Brauwissenschaft, 3/4 und 5/6, 49-57 und 80-85, 1999

[20]      Krottenthaler, M.; Zanker, G.; Gaub, R.: Membrane Filtration of Beer; 29th International EBC Congress, Dublin, Ireland; May 2003

[21]      Niemsch,K.: Trübungspartikel im Bier, Brauwelt 19 (2009), 527-530

[22]      Hoffmann,S.: Kaltsterile Filtration in einer Brauerei mit 1,4 Mio. Hl; Brauwelt 137 (97), No 23, 894-896

[23]      Pall Product Information CFS System; www.pall.de/main/food-and-beverage/product.page?id=5387

Wybierz obszar: Mikrobiologia żywności Procesy i Technologie

Autor: PALL POLAND SP. Z O.O.

PALL POLAND SP. Z O.O.

Reiner Gaub
Inż. dypl. TU Berlin – Przetwórstwo żywności, dyplomowany piwowar
Dyrektor ds. Systemów Browarniczych
Pall GmbH, Niemcy

Artykuł opublikowany dzięki firmie:

Zapisz się do newslettera

Najważniejsze informacje dla branży spożywczej!

Zapisz się na newsletter FoodFakty i bądź na bieżąco:

Zapisz się
Facebook Twitter LinkedIn