啤酒过滤的现状与发展
摘要：随着啤酒市场日趋激烈的竞争和人们对啤酒品质的要求越来越高，啤酒过滤技术发展迅速，多种新型的过滤技术已经应用到实际的生产中。本文综述了目前啤酒厂使用的啤酒过滤技术并展望了国内啤酒过滤技术的前景。
关键字：啤酒; 过滤; 过滤设备
发酵结束的啤酒发酵液，经过一段时间的低温贮存，虽然大部分冷混浊物和酵母细胞已经沉淀而被分离，但仍有少量物质悬浮于酒中。若要啤酒在“最低保存期限”内不会出现酵母细胞和其它混浊物从啤酒中析出，必须经过进一步的过滤处理才能进行包装。随着啤酒市场日趋激烈的竞争和人们对啤酒品质的要求越来越高，啤酒厂想办法降低成本，提高啤酒质量，其中，啤酒的过滤处理是关键。
一、 国内技术现状
啤酒过滤的目的主要有以下三点：（1）除去酒中的悬浮物，改善啤酒外观，使啤酒澄清透明，富有光泽；（2）除去或减少使啤酒出现浑浊沉淀的物质，如多酚物质和蛋白质等，提高啤酒的胶体稳定性；（3）除去酵母或细菌等微生物，提高啤酒的生物稳定性。
啤酒过滤可分为啤酒的过滤澄清，非生物稳定性处理和生物稳定性处理。在啤酒过滤澄清方面，目前国内普遍使用的技术有离心分离，硅藻土过滤和纸板过滤，使用的主要设备有离心机，硅藻土过滤机（分为板框式硅藻土过滤机，烛式硅藻土过滤机，水平圆盘式硅藻土过滤机），板式过滤机等。在非生物稳定性处理方面，向啤酒中添加PVPP、硅胶、单宁、蛋白酶等应用比较广泛。在生物稳定性处理方面，杀菌法主要采用巴氏杀菌，无菌过滤则有无菌膜过滤技术。
1、 离心分离
由于啤酒发酵液粘度较高，粒子直径很小，自然沉降速率是非常缓慢的，采用离心机代替自然沉降，分离速率大大提高。离心机一般不单独使用，大多与硅藻土过滤结合使用。当发酵液中浑浊粒子太多时先用离心机进行预澄清，再用硅藻土过滤机过滤。但离心机预澄清目前存在如下问题：
（1）由于高速转动与空气摩擦，使已经降温的啤酒升温，二氧化碳外泄引起的泡沫使下一步过滤变得困难；
（2）在澄清过程中啤酒中会混入一定量的氧气，从而影响啤酒品质；
（3）离心机高速运转时噪音大，维护费用高。
2、 硅藻土过滤
硅藻土过滤是目前啤酒厂使用最为广泛的一种过滤方法。硅藻土是海洋单细胞藻类植物遗骸，中国硅藻土矿产资源量位居世界前列。硅藻土的主要成分为非晶质氧化硅。目前，啤酒的一级过滤多数采用的助滤剂为硅藻土或硅藻土与石英砂的混合颗粒。采用硅藻土过滤可得到清亮的啤酒，浊度低于0.6EBC，微生物含量极低。硅藻土过滤法的优点为：不断更新滤床； 过滤速度快，产量大；表面积大，吸附能力强，能过滤0.1～1.0μm 以下的微粒；降低酒损1.4%左右，改善生产操作条件。
但在2000 年，王树庆提出，硅藻土中含有Fe2+，当呈酸性的啤酒经硅藻土过滤时,Fe2+会不可避免的溶入啤酒中。会催化啤酒中的氧气迅速成为过氧化氢，引起啤酒中某些物质发生氧化还原反应而造成啤酒品质的恶化，所以他建议应在啤酒的生产中使用加入除铁处理剂的硅藻土作为助滤剂。
除此之外，硅藻土的广泛使用也存在不少其他问题：（1）在操作硅藻土过滤机进行过滤时劳动强度大，硅藻土粉尘对操作工人健康不利；（2）硅藻土作为一种矿产资源会出现资源短缺问题，大量使用必然会导致成本增加。（3）硅藻土不能回收利用，废弃的硅藻土已经造成了严重的环境污染。
针对上述问题，寻找新工艺来改进啤酒厂现有的硅藻土过滤工艺势在必行。现分别简单介绍一下目前改进此工艺的两个方法。
（1）硅藻土的回收再利用。
这种方法是利用水力旋流器对硅藻土进行回收再利用。实验测得的数据表明，这种方法回收硅藻土有较好的粒度级别，一级洗涤后酵母、蛋白质等的去除率可达70%，预计3~4级洗涤后可达到工业应用要求。这种方法最大的优点是投入较少，设备维护方便。如能在工业生产中获得成功，必将对硅藻土的回收利用、降低啤酒生产成本、减少污染产生深远的影响。
（2）硅藻土的替代品
珍珠岩 珍珠岩是由火山作用形成的致密的玻璃状岩石。经过加工处理后制成白色细粉状产品可用于过滤。由于其松散及密度小，过滤速度快和澄清度好，是一种新型的助滤材料。通过对珍珠岩过滤技术与硅藻土过滤技术进行比较试验，发现应用珍珠岩过滤啤酒效率高，质量好，啤酒色度有所下降，使酒液更富有光泽，对酒体本身无任何影响，操作便易,节省成本。另外，若将珍珠岩助滤剂和硅藻土助滤剂复配进行过滤，耗土量明显下降且具有较好的经济成本。但在李好铭和王瑞福等人的研究中并未提到珍珠岩的来源和废弃物污染问题，所以珍珠岩能否应用在实际生产中还存在一些问题。
Crosspure 由德国巴斯夫公司推出的Crosspure是一种典型的用于替代硅藻土过滤并可无限再生利用的新技术。Crosspure的过滤助剂是具有与硅藻土相类似的颗粒状结构，可以在目前的过滤机中正常使用。这种颗粒材料包含了两种聚合物----聚苯乙烯和PVPP。这两种聚合物复合而成的新材料具有很高的机械稳定性和化学稳定性。这种新型助滤剂一方面可以过滤除去啤酒中的浑浊颗粒，另一方面由于包含了PVPP，可以吸附导致啤酒浑浊的单宁等多酚物质。通过各种试验对比表明用这种方法过滤的啤酒的澄清度、稳定性和口感色泽与经硅藻土+PVPP过滤所得的啤酒质量相当，且具有更好的多酚稳定性。若能大规模的在国内应用则可以从根本上解决硅藻土资源短缺及污染问题。
3、 非生物稳定性处理
罐装的澄清、透明的啤酒在商业性的储存中，由于蛋白质与多酚反应可能产生浑浊物，使啤酒失去原来的光泽，逐渐形成沉淀。可以选择采用添加单宁或蛋白酶来解决，但是单宁的添加量小则沉淀不充分，影响啤酒的过滤性能; 量大则损害啤酒的泡沫，还可能产生涩味。另外，如果添加蛋白酶,即使正常的添加量，也会减少啤酒的泡沫; 添加量大又可能引起啤酒的喷涌现象。 另外还可采用皂土和硅胶，但这些方法都在一定程度上改变了啤酒蛋白的品味和泡沫质量。
目前应用较好的一种物质是PVPP。它能吸附单宁等多酚物质，同时不会给啤酒以不利的影响，据试验证明PVPP 的吸附能力在4~ 5 min 内可达饱和状态的80%~90%，可以在啤酒过滤时直接使用。处理后,PVPP滤饼可用NaOH液进行再生,再生PVPP 与新PVPP 过滤效果差别不大。
4、 生物稳定性处理
经硅藻土过滤后的啤酒能除去绝大部分的酵母和微小物质，但还带有微量的酵母和细菌杂质，保质期短。因此日常饮用的瓶装啤酒在装瓶后必须杀菌，使残留的酵母及其它杂菌停止繁殖，延长保质期。
隧道式巴氏杀菌和瞬时杀菌可杀灭啤酒中的微生物。然而巴氏杀菌虽然能保证啤酒的生物稳定性，但是高温的作用会减低啤酒的化学和物理稳定性。如高温使CO2逸出，蛋白质单宁胶体物质溢出，影响啤酒风味，对啤酒的泡沫和外观产生不良影响，最终影响到啤酒的品质。
无菌膜过滤可在常温下经过膜的过滤杀灭啤酒中的微生物而且不影响啤酒的风味及稳定性。用于啤酒无菌过滤的膜一般是以醋酸纤维、尼龙和聚四氟乙烯为主体，具很好的生物稳定性。采用无菌膜过滤工艺的优点是：经膜过滤的啤酒风味纯正、清爽、泡沫持久，更受消费者欢迎。对于生产厂家来说，由于膜过滤可以直接得到无菌啤酒,如配合无菌包装还可省出巴氏杀菌这道工序而生产出生物稳定性可靠的成品酒，并且成品酒无过滤介质污染，产品损失率小。缺点是：采用的膜价格高，且再生困难，生产成本较高。
5、 错流膜过滤技术
传统的过滤技术是静态的，在过滤过程中，由于滤液中的固形物不断沉积，滤层厚度越来越厚，过滤压差越来越大，以致最后压差增大至无法过滤。错流过滤是动态的，滤液以切线方向流经滤膜，未滤液和已滤液的流向是垂直的。由于未滤液高流速形成湍流的摩擦力，可以将附在滤膜上少量沉积物带走，不致堵塞滤孔，不让压差增加。错流膜过滤的优越性是，无论清洗或过滤都处于密闭状态，可实现自动进行、连续生产，极大提高生产效率；对环境无污染、无废料排放，啤酒损失小，可实现“清洁化”生产；可代替硅藻土和精滤机的二级过滤，大大降低生产成本；自动化程度高，维修方便；无须使用助滤剂。
6、 其他过滤
（1）深床式无菌过滤系统 该系统是德国汉特曼公司研制开发的过滤系统，由过滤机和过滤垫两部分组成，过滤系统的核心是由纤维素和硅藻土制成，过滤垫可以重复清洗，再生,使用期长。锥形过滤垫和元件使CO2 可完全通过，同时降低氧的吸收，啤酒的风味，色泽，泡沫均得到保证。
（2）液体袋式过滤器 这种过滤器是一种封闭式的过滤系统，分为单袋式、双袋式和多袋式多种形式，工作原理是利用压力过滤，过滤袋的材料主要采用聚丙烯，此过滤系统具有高效率的过滤、系统通用、过滤袋成本低等优点。
（3）Pall Marksman过滤器 由舟山英博啤酒有限公司开发研究。其工作具有如下特点：大直径、高流量、高容污能力；高效滤芯的过滤质量；全部为聚丙烯材质，具有广泛的化学兼容性；滤芯适合安装于所有的袋式过滤器滤壳，无需更换或改造滤壳，废弃物容易处理。
二、未来的发展趋势
我国啤酒过滤技术发展较慢，国内自行设计的过滤设备生产能力相对较小，自动化程度相对较低，过滤精度相对较差。国内的一些大中型啤酒厂仍依赖进口过滤设备。因此，为了更快更好地发展国内的过滤设备，要注意提高过滤工艺分析自动化和过滤机实际操作自动化；大量采用新的过滤技术,如膜过滤系统；研究硅藻土的再生工艺和处理问题和开发新型助滤剂。积极与国外的啤酒公司交流经验，以吸取新工艺新技术新设备等。总之，为了缩短啤酒过滤技术与发达国家的差距,我们应注意国际发展动向，开发出适合于我国国情的过滤技术和设备。
【参考文献】
[1] 程殿林，曲辉. 啤酒生产技术 [M] 化学工业出版社，2010
[2] 王青山, 丁坚. 液体袋式过滤器在啤酒厂的应用[J]. 饮料, 2001,8,(8):44- 45.
[3] 陈冰丹, 邝先巨. 浅谈错流膜过滤在啤酒生产中的应用[J]. 啤酒科技, 2005,(6):55- 56.
[4] 顾香玉,张晓云.膜技术在啤酒生产中的应用[J].酿酒,2006,33(4):95-97
[5] 杨志定.Pall Marksman 过滤器在啤酒过滤中的应用.啤酒科技，2007，（7）
[6] 张建军.Crosspure 啤酒硅藻土过滤的新替代方案.中国食品工业,2009,(7)
[7] 戴军, 袁惠新. 啤酒过滤的现状与发展[J]. 食品与机械, 1999, (4):9- 11.
[8] 谷桐彦. 浅谈啤酒过滤[J]. 酿酒, 2004,31,(2):61- 62.
[9] 王树庆. 硅藻土过滤- 一个影响啤酒质量不容忽视的工艺死角[J].酿酒, 2000,(6):61- 62.
[10] 李好铭, 王振江等. 珍珠岩过滤技术在啤酒工业中的应用[J]. 河南科技, 1997,(1):20- 22.
[11] 黄焕辉. 啤酒过滤技术及其发展浅探[J]. 包装与食品机械, 1993,11,(3):1- 5.
[12] 卓廷. 深床式无菌生啤酒过滤系统[J]. 啤酒专辑, 1999,6,(7):24.