粘胶纤维在啤酒过滤中的应用

粘胶纤维和纤维素等纤维状的助滤剂，在啤酒澄清过程中与硅藻土或珍珠岩相比有很大的差异，它们在预涂过程中可以在载体上形成可压缩的滤饼。滤饼的渗透性及孔隙度在过滤过程中的差异主要由滤饼的压缩状况所决定。新研发的纤维状助滤剂用于啤酒过滤工艺正是基于这一特性。

纵观全球，啤酒主要采用预涂过滤工艺来完成啤酒的澄清过滤，并在过滤过程中应用硅藻土作为助滤剂。硅藻土具有多方面的优势，但其一些缺陷也不可忽略，尤其在废物处置方面的缺陷。多年来，酿酒企业、科研机构及供货商一直在寻找硅藻土的替代物。

许多文献已刊登了啤酒过滤的历史演变进程及为研发不同的替代物所进行的科研及工业活动，但未来的方向仍不太明朗。近年来在这方面也做了各种努力，其中就包含用纤维素作为可替代的助滤剂所进行的科研活动。就可压缩的助滤剂方面所进行的深入研究一直未停止。应用纤维素作为助滤剂所采用的各种不同方法得出的结论总体来说呈现出积极的一面，但是它们也均体现一共性：它们无法同时在过滤工艺、技术及成本方面达成一致。相反，一些文献资料已经证实：当可压缩的滤饼形成时，保持恒定的流速不能产生令人满意的结果。

粘胶纤维是一种人造丝状物，它由再生纤维素制成，是一种合成纤维，其成分100%来自天然纤维素。由木质纸浆制成的粘胶纤维通常情况下通过多段工艺制成。第一阶段是天然纤维素的化学分离，以此获得适合湿纺（湿纺是化学纤维溶液纺丝法的一种。化纤和人造纤维制造工程中，纺丝溶液由纺丝泵压入喷丝头，然后，以细流形式从喷丝头细孔中喷入凝固浴中，凝固成为纤维丝）的溶液。然后该溶液通过喷丝器压入一酸槽中，在该酸槽中，100%可再生的纤维素制成丝状纤维。

表1：本次科研中应用的粘胶纤维

丝状纤维在后续操作中拉伸、冲洗、切割、干燥，以获得成品粘胶纤维。最终，粘胶工艺从木质纸浆中将纤维素转换成形状可量身定制的可再生纤维素（见图1）。随着粘胶纤维长度、细度、横截面及表面状况所受到的不同影响，粘胶纤维的结构和特性发生明显的变化。粘胶纤维还有其它方面的优势：可完全生物降解。它们不可能对人类造成危害。

图1.从 3.3 dtex（Danufil，Galaxy）至 9.0 dtex（Leonardo）各种横截面的微观影像

本次科研中应用的粘胶纤维罗列在表1中，所有这些粘胶纤维都由德国凯尔海姆Kelheim纤维制品有限公司生产，并将其名字注册为商标。粘胶纤维主要特性包括形状、纤维长度和丝纤度。长度是纤维离子分布（q0）名义上的平均值.纵向的“丝纤度”尺寸在纤维制造工业通常被直径所替代。丝纤度单位定义为1丝纤度=1g/104纤维。像硅藻土或纤维素一样，溶胶纤维在应用前先简单地分散在配量装置中。

与硅藻土和珍珠岩相比，纤维状助滤剂可形成一个可压缩的滤饼。压缩度的大小对滤饼的渗透性和孔隙度有影响，因此也对啤酒过滤过程中的浊度和流速有影响。当改变流速时，就会压缩滤饼（见图2所示）。纤维的形状、长度和凝固点对所形成的滤饼的压缩度起着重要作用。图3表明选用不同的纤维会获得不同的压缩度。

图2.粘胶纤维（如Leonardo）两种不同压缩状态所形成的滤饼

进一步的测试表明：啤酒的浊度和滤饼的压缩度之间存在着一定的关系。滤饼压缩度越高的纤维，啤酒的浊度越低，同样也降低了啤酒的流速。滤饼压缩度越低的纤维，在啤酒流速增高时，啤酒浊度随之增高。

当选用适度压缩的滤饼时，可通过控制滤饼的压缩度来控制滤饼的渗透性和孔隙度。通过多种测试表明：不同纤维的混合使用尤其适合模拟这种压缩性。

图3.粘胶纤维特性对滤饼压缩度的影响

不同纤维混合使用的特性正是新型啤酒过滤工艺控制过程的基础（见图4）。通过滤液的循环流动返回到过滤器的入口端，滤饼中的流速可通过控制过滤器入口端和出口端的流量单独控制。酒液循环流量越高，滤饼压缩度越高。啤酒浊度可作为控制粘胶纤维压缩度的一个参考值。当所测定的浊度值升高时，可通过加快循环量来加大滤饼的压缩度直至啤酒浊度值再次下降下来为止。当所测定的浊度值处在想要的浊度范围内时，滤饼的压缩保持不变。过滤器入口端和出口端间的压差可用作参考值。

图4.应用粘胶纤维循环流动原理进行的深度过滤示意图

在大量的测试序列中，需对桶式过滤器不断修复，为获得相同的预涂效果创造理想的先决条件。同时要确保在桶式过滤器中沉淀的滤饼厚度的一致性。图5显示了最初预涂过程中两个不同的剖面。左侧的剖面显示了桶式过滤器表面滤饼从顶部到底部的形成过程。右侧的剖面显示了预涂后对称的滤饼。

试验系统中所进行的过滤过程见图6所示。伴随着预涂过滤的进行，滤饼由于滤液循环流速的明显提高承载负荷加大。虽然如此，在啤酒浊度可接受的情况下，此时仍未达到所想要的压降范围。伴随着啤酒过滤的进行，啤酒中的固体物含量使压差快速增大。啤酒浊度值升高直至达到理想的压缩状况。若压差上升速度太快，可通过降低啤酒的循环流量来控制。随着过滤的推进，滤饼助力增大，此时应降低啤酒的流量。

图5：桶式过滤器最初预涂过程中的剖面图

图6.应用粘胶纤维GA30进行的过滤示意图，过滤器入口端的酵母细胞数量为5×106个/ml

若生产时间达10小时，在一系列测试序列中均可获得想要的浊度值。

在德国柏林工业大学实验室进行的啤酒质量分析见表2所示。与常规的用硅藻土作为助滤剂过滤的啤酒相比，所进行的啤酒分析没显现出任何差异。在用25°和90°浊度仪分析时，它可能低于基准值0.2 EBC和1.0 EBC浊度单位。在粘胶纤维过滤的啤酒中，没发现任何酵母细胞，也没有其它任何残留物或纤维物质存在。

啤酒质量分析结果也表明：在啤酒过滤中，应用粘胶纤维与应用硅藻土作为助滤剂相比，离子尤其是铜离子值明显降低。应用粘胶纤维作为助滤剂可降低啤酒中离子和铜离子含量，因此可改善啤酒口味的稳定性。应用纤维素，可避免像硅藻土作为助滤剂那样存在引入离子的缺陷。

2：分别应用硅藻土与粘胶纤维过滤得到的滤液与过滤器入口端啤酒分析

系列结果清楚表明,已经研发出一种可控制啤酒澄清过滤的新型工艺，尤其是不同的纤维类型、不同的形状及长度，滤饼显现出不同的压缩度。滤饼的可压缩性与啤酒想要的浊度间具有一定的函数关系，可根据需要进行控制。清酒口味的稳定性明显提高，因为纤维不会引入任何离子。由于纤维的固有特性，粘胶纤维非常适合稳定的啤酒过滤。因此可以说：在未来它可以在预涂过滤中作为一种可替代的助滤剂。粘胶纤维由可持续发展的、天然聚合纤维素制成，完全可以生物降解，不会造成任何健康危险，易于操作和处置。

由于粘胶纤维非常成功地适用于预涂过滤，可以预料酿酒商可以像过滤工艺的操作人员一样继续使用他们现有的桶式过滤器而不会在技术上投入太多。采用粘胶纤维进行啤酒预涂过滤因此会在不久的将来成为一种可替代的有效的助滤剂。