粘膠纖維在啤酒過濾中的應用

粘膠纖維和纖維素等纖維狀的助濾劑，在啤酒澄清過程中與硅藻土或珍珠巖相比有很大的差異，它們在預涂過程中可以在載體上形成可壓縮的濾餅。濾餅的滲透性及孔隙度在過濾過程中的差異主要由濾餅的壓縮狀況所決定。新研發的纖維狀助濾劑用于啤酒過濾工藝正是基于這一特性。

縱觀全球，啤酒主要采用預涂過濾工藝來完成啤酒的澄清過濾，并在過濾過程中應用硅藻土作為助濾劑。硅藻土具有多方面的優勢，但其一些缺陷也不可忽略，尤其在廢物處置方面的缺陷。多年來，釀酒企業、科研機構及供貨商一直在尋找硅藻土的替代物。

許多文獻已刊登了啤酒過濾的歷史演變進程及為研發不同的替代物所進行的科研及工業活動，但未來的方向仍不太明朗。近年來在這方面也做了各種努力，其中就包含用纖維素作為可替代的助濾劑所進行的科研活動。就可壓縮的助濾劑方面所進行的深入研究一直未停止。應用纖維素作為助濾劑所采用的各種不同方法得出的結論總體來說呈現出積極的一面，但是它們也均體現一共性：它們無法同時在過濾工藝、技術及成本方面達成一致。相反，一些文獻資料已經證實：當可壓縮的濾餅形成時，保持恒定的流速不能產生令人滿意的結果。

粘膠纖維是一種人造絲狀物，它由再生纖維素制成，是一種合成纖維，其成分100%來自天然纖維素。由木質紙漿制成的粘膠纖維通常情況下通過多段工藝制成。第一階段是天然纖維素的化學分離，以此獲得適合濕紡（濕紡是化學纖維溶液紡絲法的一種。化纖和人造纖維制造工程中，紡絲溶液由紡絲泵壓入噴絲頭，然后，以細流形式從噴絲頭細孔中噴入凝固浴中，凝固成為纖維絲）的溶液。然后該溶液通過噴絲器壓入一酸槽中，在該酸槽中，100%可再生的纖維素制成絲狀纖維。

表1：本次科研中應用的粘膠纖維

絲狀纖維在后續操作中拉伸、沖洗、切割、干燥，以獲得成品粘膠纖維。最終，粘膠工藝從木質紙漿中將纖維素轉換成形狀可量身定制的可再生纖維素（見圖1）。隨著粘膠纖維長度、細度、橫截面及表面狀況所受到的不同影響，粘膠纖維的結構和特性發生明顯的變化。粘膠纖維還有其它方面的優勢：可完全生物降解。它們不可能對人類造成危害。

圖1.從 3.3 dtex（Danufil，Galaxy）至 9.0 dtex（Leonardo）各種橫截面的微觀影像

本次科研中應用的粘膠纖維羅列在表1中，所有這些粘膠纖維都由德國凱爾海姆Kelheim纖維制品有限公司生產，并將其名字注冊為商標。粘膠纖維主要特性包括形狀、纖維長度和絲纖度。長度是纖維離子分布（q0）名義上的平均值.縱向的“絲纖度”尺寸在纖維制造工業通常被直徑所替代。絲纖度單位定義為1絲纖度=1g/104纖維。像硅藻土或纖維素一樣，溶膠纖維在應用前先簡單地分散在配量裝置中。

與硅藻土和珍珠巖相比，纖維狀助濾劑可形成一個可壓縮的濾餅。壓縮度的大小對濾餅的滲透性和孔隙度有影響，因此也對啤酒過濾過程中的濁度和流速有影響。當改變流速時，就會壓縮濾餅（見圖2所示）。纖維的形狀、長度和凝固點對所形成的濾餅的壓縮度起著重要作用。圖3表明選用不同的纖維會獲得不同的壓縮度。

圖2.粘膠纖維（如Leonardo）兩種不同壓縮狀態所形成的濾餅

進一步的測試表明：啤酒的濁度和濾餅的壓縮度之間存在著一定的關系。濾餅壓縮度越高的纖維，啤酒的濁度越低，同樣也降低了啤酒的流速。濾餅壓縮度越低的纖維，在啤酒流速增高時，啤酒濁度隨之增高。

當選用適度壓縮的濾餅時，可通過控制濾餅的壓縮度來控制濾餅的滲透性和孔隙度。通過多種測試表明：不同纖維的混合使用尤其適合模擬這種壓縮性。

圖3.粘膠纖維特性對濾餅壓縮度的影響

不同纖維混合使用的特性正是新型啤酒過濾工藝控制過程的基礎（見圖4）。通過濾液的循環流動返回到過濾器的入口端，濾餅中的流速可通過控制過濾器入口端和出口端的流量單獨控制。酒液循環流量越高，濾餅壓縮度越高。啤酒濁度可作為控制粘膠纖維壓縮度的一個參考值。當所測定的濁度值升高時，可通過加快循環量來加大濾餅的壓縮度直至啤酒濁度值再次下降下來為止。當所測定的濁度值處在想要的濁度范圍內時，濾餅的壓縮保持不變。過濾器入口端和出口端間的壓差可用作參考值。

圖4.應用粘膠纖維循環流動原理進行的深度過濾示意圖

在大量的測試序列中，需對桶式過濾器不斷修復，為獲得相同的預涂效果創造理想的先決條件。同時要確保在桶式過濾器中沉淀的濾餅厚度的一致性。圖5顯示了最初預涂過程中兩個不同的剖面。左側的剖面顯示了桶式過濾器表面濾餅從頂部到底部的形成過程。右側的剖面顯示了預涂后對稱的濾餅。

試驗系統中所進行的過濾過程見圖6所示。伴隨著預涂過濾的進行，濾餅由于濾液循環流速的明顯提高承載負荷加大。雖然如此，在啤酒濁度可接受的情況下，此時仍未達到所想要的壓降范圍。伴隨著啤酒過濾的進行，啤酒中的固體物含量使壓差快速增大。啤酒濁度值升高直至達到理想的壓縮狀況。若壓差上升速度太快，可通過降低啤酒的循環流量來控制。隨著過濾的推進，濾餅助力增大，此時應降低啤酒的流量。

圖5：桶式過濾器最初預涂過程中的剖面圖

圖6.應用粘膠纖維GA30進行的過濾示意圖，過濾器入口端的酵母細胞數量為5×106個/ml

若生產時間達10小時，在一系列測試序列中均可獲得想要的濁度值。

在德國柏林工業大學實驗室進行的啤酒質量分析見表2所示。與常規的用硅藻土作為助濾劑過濾的啤酒相比，所進行的啤酒分析沒顯現出任何差異。在用25°和90°濁度儀分析時，它可能低于基準值0.2 EBC和1.0 EBC濁度單位。在粘膠纖維過濾的啤酒中，沒發現任何酵母細胞，也沒有其它任何殘留物或纖維物質存在。

啤酒質量分析結果也表明：在啤酒過濾中，應用粘膠纖維與應用硅藻土作為助濾劑相比，離子尤其是銅離子值明顯降低。應用粘膠纖維作為助濾劑可降低啤酒中離子和銅離子含量，因此可改善啤酒口味的穩定性。應用纖維素，可避免像硅藻土作為助濾劑那樣存在引入離子的缺陷。

2：分別應用硅藻土與粘膠纖維過濾得到的濾液與過濾器入口端啤酒分析

系列結果清楚表明,已經研發出一種可控制啤酒澄清過濾的新型工藝，尤其是不同的纖維類型、不同的形狀及長度，濾餅顯現出不同的壓縮度。濾餅的可壓縮性與啤酒想要的濁度間具有一定的函數關系，可根據需要進行控制。清酒口味的穩定性明顯提高，因為纖維不會引入任何離子。由于纖維的固有特性，粘膠纖維非常適合穩定的啤酒過濾。因此可以說：在未來它可以在預涂過濾中作為一種可替代的助濾劑。粘膠纖維由可持續發展的、天然聚合纖維素制成，完全可以生物降解，不會造成任何健康危險，易于操作和處置。

由于粘膠纖維非常成功地適用于預涂過濾，可以預料釀酒商可以像過濾工藝的操作人員一樣繼續使用他們現有的桶式過濾器而不會在技術上投入太多。采用粘膠纖維進行啤酒預涂過濾因此會在不久的將來成為一種可替代的有效的助濾劑。