一种用于啤酒过滤效率分析的模型和过滤工艺及其应用

技术领域

本发明涉及啤酒生产技术领域，特别是涉及一种用于啤酒过滤效率分析的模型和过滤工艺及其应用。

背景技术

啤酒酿造过程中，虽然发酵结束后已经能够得到成熟啤酒，其中的大部分蛋白质和酵母也已经沉淀，但仍有部分悬浮于酒中，所以必须经过后续过滤处理才能进行包装。而啤酒过滤是啤酒酿造中改进啤酒质量的最后工序，其目的主要是为了去除酵母、蛋白质等浑浊物，以保证酒体的清澈、风味口感的稳定性，以及延长保质期等等。过滤效果的好坏不仅影响啤酒的外观和风味稳定性，也影响着啤酒的生产成本。因此，啤酒过滤是啤酒罐装前的一道主要工序，对于改善啤酒外观、提高啤酒稳定性、延长啤酒保质期具有重要作用。近年来，啤酒无土过滤技术虽然得到长足发展，但由于硅藻土过滤技术具有过滤效率高、设备部件固定、易于清洗、自动化程度高等优点，所以，硅藻土过滤技术仍是啤酒过滤的主流技术。

硅藻土是由硅藻遗骸沉积生成的生物沉积岩，具有多孔结构，表面积大，孔隙率高，容重低的特点。硅藻土被应用于啤酒过滤已有近百年的历史了，被证明是目前最灵活、安全、有效、低成本的啤酒助滤剂。但是，硅藻土过滤工艺中不同型号的硅藻土如何选择、添加比例、各型号硅藻土的参数指标对啤酒过滤效果的影响尚缺乏系统性的研究，通常都是由各厂家凭借经验添加，因此，往往不能兼顾过滤效率和过滤质量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于啤酒过滤效率分析的模型，该模型能够通过各型号硅藻土的参数指标与啤酒过滤效率的之间的关联性对啤酒过滤工艺的影响因素进行系统性的研究，并为过滤效率、过滤质量的预判提供基础。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于啤酒过滤效率分析的模型，该模型如下所示：

Y＝-2832.156+158.269A+53.573B+17395.577C-289.098D

其中，Y为多元线性回归的观测值；A为粗土的渗透率；B为粗土含有粒径大于150目的硅藻土的质量百分比；C为中土的渗透率；D为中土含有为粒径大于150目的硅藻土的质量百分比。

本发明还提供了一种用于啤酒生产的过滤工艺，包括以下步骤：

预涂：将水注入过滤设备，排气，采用基础预涂液进行预涂，使基础预涂液中的基础助滤剂形成基础层，采用过滤预涂液进行预涂，使过滤预涂液中的过滤助滤剂形成过滤层，所述基础层、所述过滤层依次覆盖于所述滤芯表面；所述基础助滤剂包括粗土，所述过滤助滤剂包括中土；

过滤酒液：导入待过滤啤酒，使待过滤啤酒通过滤芯进行过滤，添加过滤液，使过滤液中的补加助滤剂附着于所述过滤层，重复所述过滤酒液步骤至待过滤啤酒过滤完毕；所述补加助滤剂包括粗土和中土。

在本发明中，过滤工艺采用硅藻土过滤，本发明人在研究过程中，基于想要同时兼顾啤酒的过滤效率、过滤质量的主旨，对不同型号硅藻土的各项参数进行了回归分析，并将其复配使用，测试其过滤效果。工艺整体可分为预涂、过滤两部分。预涂是在过滤设备的滤芯外表面(当过滤设备为烛式过滤机时，则为烛式滤棒外表面)铺上硅藻土滤层，是整个过滤周期的基础涂层。经过大量实验，本发明人发现，由于预涂步骤的硅藻土用量只和过滤设备的有效过滤面积有关，和待过滤啤酒本身的特性关系不大，因此，常规操作是让过滤设备每平方米的过滤面积上预涂1-1.5公斤的硅藻土，这部分硅藻土的用量相对稳定，可优化空间较小。而在过滤步骤中补加的硅藻土(即补加助滤剂)，其作用是扩大滤层的架桥结构，提高滤层的孔隙率，持续更新滤层，补加的硅藻土的添加比例与添加量需要根据待过滤啤酒中的悬浮物多少来确定，当跟踪的过滤机压差和滤后酒液浊度出现不合格或者波动时，通过调整混合液中粗土和中土的比例以及混合液输出泵的开度使其稳定控制质量关键点。因此，过滤步骤补加的硅藻土具有较大的优化空间，本发明人提出从过滤步骤补加的硅藻土入手，从而降低硅藻土消耗量、提高硅藻土过滤机单机过滤量。将粗土和中土搭配作为过滤步骤补加的硅藻土，可以实现有选择性地去除浑浊物，保留啤酒中有助于泡沫稳定性的物质，达到较优的啤酒过滤效果，兼顾过滤效率和过滤质量，实现高效的过滤速度和极佳的啤酒生产质量，进而达到高效、低耗、环保、稳定运行的过滤效果。

该过滤工艺能够兼顾过滤效率和过滤质量，实现高效的过滤速度和极佳的啤酒生产质量，进而达到高效、低耗、环保、稳定运行的过滤效果。

在其中一个实施例中，所述粗土为硅藻土，所述粗土的粒径D50＝30-35μm；

所述中土为硅藻土，所述中土的粒径D50＝20-25μm。

上述D50又称中值粒径，指粒径大于D50对应取值的颗粒占总体颗粒的50％，粒径小于D50对应取值的颗粒也占总体颗粒的50％。采用上述粒径D50取值的粗土、中土，其搭配使用的效果较优。

在其中一个实施例中，所述粗土的粒径D50＝33.95μm，所述中土的粒径D50＝23.53μm。

在其中一个实施例中，所述补加助滤剂包括重量份比为(0.5-2)：1的粗土与中土。

本发明人在研究过程中发现，粗土和中土的比例显著影响啤酒的过滤效率和过滤质量，当粗土和中土的重量份比为1:1时，单机过滤量最高、压差最小、硅藻土消耗量最低，可以达到更优的过滤效率同时兼顾较优的过滤质量；当粗土和中土的重量份比为2:1时，微检合格率最高、浊度最低，可以达到更优的过滤质量同时兼顾较优的过滤效率，而当粗土和中土的重量份比为0.5:1时，过滤效率和过滤质量居中；因此，当粗土和中土的重量份比控制在(0.5-2)：1的区间时，有利于实现优质、低耗的啤酒过滤效果。

在其中一个实施例中，对所述模型进行显著性分析，得到所述补加助滤剂的对啤酒过滤效率具有显著性影响的参数。

在其中一个实施例中，所述补加助滤剂的对啤酒过滤效率具有显著性影响的参数为中土的渗透率、中土含有为粒径大于150目的硅藻土的质量百分比；

所述中土的渗透率为0.18-0.23Darcy，所述中土含有为粒径大于150目的硅藻土的质量百分比为1.8-2.2％。

本发明人通过收集近两年本发明人所在单位实际生产过程中的啤酒过滤量以及所使用的硅藻土参数，以粗土渗透率、粗土150目筛分(即指粒径大于150目的硅藻土的质量百分比)、中土渗透率、中土150目筛分(即指粒径大于150目的硅藻土的质量百分比)为参数，研究对啤酒过滤效果的影响，通过构建多元线性回归模型，进行显著性分析、偏回归系数检测，发现中土渗透率、中土150目筛分这2个参数对啤酒的过滤效率具有显著性影响，其中中土渗透率对过滤效率有显著性正向影响，中土150目筛分对过滤效率有显著性负向影响。考虑到过滤工艺还涉及其他因素，例如预涂步骤中的循环压力、流量控制等，本发明人采用上述参数范围值的中土，从而与其他影响过滤效率、过滤质量的因素达到平衡。

在其中一个实施例中，所述中土的渗透率为0.21Darcy，所述中土含有为粒径大于150目的硅藻土的质量百分比为2％；

所述粗土的渗透率为3-4Darcy，所述粗土含有粒径大于150目的硅藻土的质量百分比为1.8-2.2％。

在其中一个实施例中，所述粗土的渗透率为3.05Darcy，所述粒径大于150目的硅藻土占所述粗土的质量百分比为2.1％。

在其中一个实施例中，所述预涂步骤中的所述基础助滤剂包括粗土和纤维素，所述粗土与所述纤维素的重量份比为(2.5-3.5)：1；所述预涂步骤中，所述基础助滤剂与所述过滤助滤剂的用量/所述滤芯的表面积≥1kg/m

在其中一个实施例中，所述基础助滤剂包括重量份比为3：1的粗土与纤维素。

预涂步骤中的分2次预涂基础预涂液和过滤预涂液，是保证过滤效果的基础，要求滤烛过滤表面积计算最低预涂量为1kg/m

在其中一个实施例中，所述基础助滤剂与所述过滤助滤剂的重量份比为(0.8-1.2)：1。

本发明还提供了一种啤酒的生产方法，包括以下步骤：原料粉碎，糖化，麦汁过滤，高温煮沸，冷却，发酵，过滤，罐装；所述过滤采用所述过滤工艺。

在啤酒生产过程中采用上述过滤工艺，能够兼顾较优的过滤效率和较优的过滤质量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种用于啤酒生产的过滤工艺及其应用，该过滤工艺能够兼顾过滤效率和过滤质量，实现高效的过滤速度和极佳的啤酒生产质量，进而达到高效、低耗、环保、稳定运行的过滤效果。

附图说明

图1为实施例中不同补加助滤剂添加配方的过滤效果，其中A为单机过滤量的比较结果，B为压差的比较结果，C为平均硅藻土消耗量(土耗)的比较结果；

图2为实施例中不同补加助滤剂添加配方的过滤质量比较结果图，其中A为流程微检合格率比较结果，B为平均清酒浊度比较结果。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

来源：

烛式过滤机(型号FOJ 2000/8200)。

本实施例所用试剂、材料、设备如无特殊说明，均为市售来源；实验方法如无特殊说明，均为本领域的常规实验方法。

定义：

硅藻土过滤技术：指将已经发酵成熟的啤酒，利用硅藻土做助滤剂，在过滤设备中进行过滤，将啤酒内悬浮的粒子和酵母分离出来，进而获得澄清透明酒液的过程。

D50：又称中值粒径，指粒径大于D50对应取值的颗粒占总体颗粒的50％，粒径小于D50对应取值的颗粒也占总体颗粒的50％。

150目：“目”又称为目数，以每平方厘米面积内的筛网上的目孔数表示，目数越大，说明物料的粒度越细，目数越小，说明物料粒度越大，本发明所述的150目对应孔径为0.100mm。

清酒：啤酒发酵成熟后，发酵液中会有酵母、冷凝固物等浑浊物，需要通过过滤去除。过滤后的啤酒清亮透明，此时的酒液称为“清酒”。

实施例

一种用于啤酒生产的过滤工艺。

一、硅藻土的添加配方。

采用烛式过滤机对过滤步骤中硅藻土的优化配方进行实验。上述烛式过滤机的过滤面积117m

本发明人在实践过程中发现当补加助滤剂中的粗土和中土的重量份比为1:1时，单机过滤量更高、压差更小、硅藻土消耗量更低，可以达到更优的过滤效率同时兼顾较优的过滤质量；当粗土和中土的重量份比为2:1时，微检合格率更优、浊度更低，可以达到更优的过滤质量同时兼顾较优的过滤效率，而当粗土和中土的重量份比为0.5:1时，过滤效率和过滤质量居中。因此，当粗土和中土的重量份比控制在(0.5-2)：1的区间时，有利于实现优质、低耗的啤酒过滤效果，以下展示部分重量份比取值情况下的过滤效果。

1、配制补加助滤剂。

补加助滤剂1为重量份比1:2的粗土和中土，补加助滤剂2为重量份比为2:1的粗土和中土，补加助滤剂3为重量份比为1:1的粗土和中土。上述补加助滤剂1、补加助滤剂2、补加助滤剂3中的粗土的参数(包括渗透率、150目筛分)相同，上述补加助滤剂1、补加助滤剂2、补加助滤剂3中的中土的参数(包括渗透率、150目筛分)相同。

2、采用烛式过滤机对补加助滤剂1、补加助滤剂2、补加助滤剂3进行实验。实验步骤如下：

(1)预涂：采用CO

注入脱氧水，使脱氧水充满烛式过滤机，将机器内部的气体排出，采用过滤速度的1.5-2倍进行高流量循环(该过滤速度常规采用过滤机额定流量能力的80-85％，例如当过滤机的额定流量为600hl/l，则过滤流速控制为500hl/l左右，而预涂流速控制为900hl/l左右)，进行两次预涂：第一次预涂，采用粗土、纤维素、低温脱氧水配成基础预涂液，其中粗土和纤维素的重量份比为3:1，通过预涂泵将基础预涂液泵入烛式过滤机内，使基础预涂液在上述高流量循环过程中，在压力作用下，基础预涂液中的液体从烛式过滤机顶部的排空管排出，该排空管上设有节流阀，用于调控排空管的流量，基础预涂液中的基础助滤剂(即除去液体之后剩下的粗土和纤维素)在滤芯(即烛式过滤机的烛棒)表面形成基础层；第二次预涂，采用中土、低温脱氧水配成过滤预涂液，通过于预涂泵将过滤预涂液泵入烛式过滤机内，通过和基础预涂液相同的方法，使过滤预涂液中的过滤助滤剂(即除去液体之后剩下的中土)在基础层表面形成过滤层。在本实施例中，上述基础助滤剂与过滤助滤剂的重量份比为1:1。

(2)过滤：导入待过滤啤酒，使待过滤啤酒通过滤芯进行过滤，在此过程中连续添加过滤液，该过滤液分别采用本实施例的补加助滤剂1、2、3，和低温脱氧水配制得到，过滤液中的液体从滤芯外层通过过滤层、基础层向滤芯内部流动，形成压力差，从而留下过滤液中的补加助滤剂，使其附着于过滤层，进而不断补充过滤层。

3、检测。

检测不同补加助滤剂的平均单机过滤量、平均土耗，从而分析不同硅藻土添加配方的过滤效率；检测不同补加助滤剂的过滤机流程微检、清酒浊度情况分析，从而分析不同硅藻土添加配方的过滤质量。

检测方法：平均单机过滤量，烛式过滤机直接计量该趟机过滤清酒总量，以此值为单机量统计依据。

平均土耗，硅藻土添加量除以整趟过滤机过滤酒液数量；

过滤机流程微检，配置麦汁琼脂培养基，将待检测样品处理完后，于25～28℃有氧培养2～3天，记录菌落数；

清酒浊度情况，根据啤酒国家标准(GB4927-91)的要求，采用EBC浊度仪法对过滤啤酒的浊度进行分析。

4、结果。

(1)在啤酒过滤中，硅藻土的添加主要根据压差和流量来添加，具体而言，是要在保证适应设备本身能力及允许浊度的前提下，控制压差增幅量最小，并保证过滤量较高。如图1所示，三种补加助滤剂添加配方的平均单机过滤量均达到1400吨，其中补加助滤剂3(即图中配方3)的单机过滤量最高(1458吨)。此外，补加助滤剂3(即图中配方3)的压差最低(2.8bar)，平均硅藻土消耗量最低(0.41kg/m

(2)硅藻土过滤的主要目的是把酒液中0.1～1.0μm以下的微粒(包括酵母、冷凝固物、大分子悬浮物)等去除，进而降低啤酒的浊度和微生物数量，以利于提高啤酒的风味、性状及保存期。因此，啤酒的浊度和微生物数量是检验啤酒过滤质量的两大重要指标。比较补加助滤剂1、2、3对啤酒过滤质量的影响(如图2所示)，可知补加助滤剂2(即图中配方2)的流程微检合格率为100％，高于其他两种硅藻土添加配方的流程微检合格率(图2A)。此外，补加助滤剂1、2、3的啤酒浊度都达到了啤酒过滤的质量要求，低于0.5EBC，且补加助滤剂2(即图中配方2)的啤酒浊度最低，为0.28EBC，其次为补加助滤剂1(即图中配方1)，而补加助滤剂3(即图中配方3)的啤酒浊度最高(图2B)。上述结果表明补加助滤剂2(即图中配方2)的啤酒过滤质量最优。啤酒过滤量(图1)及过滤质量(图2)的结果综合表明，粗土和中土的比例在1～2之间时有利于达到优质、低耗的啤酒过滤效果。当粗土和中土的重量份比为1:1时，单机过滤量更高、压差更小、硅藻土消耗量更低，可以达到更优的过滤效率同时兼顾较优的过滤质量；当粗土和中土的重量份比为2:1时，微检合格率更高、浊度更低，可以达到更优的过滤质量同时兼顾较优的过滤效率。当粗土和中土的重量份比为1:2(即0.5:1)时，过滤效率和过滤质量居中。

二、硅藻土的参数。

本发明人收集近两年本发明人所在单位实际生产过程中的啤酒过滤量以及所使用的硅藻土参数，采用SPSS22.0数据分析软件进行多元线性回归分析，多元线性回归模型系数如表1所示，以粗土的渗透率A、粗土的150目筛分B(即指粒径大于150目的硅藻土的质量百分比)、中土的渗透率C、中土的150目筛分D(即指粒径大于150目的硅藻土的质量百分比)为参数，研究对啤酒过滤效果的影响，构建硅藻土参数影响啤酒过滤效率的回归模型为：Y＝-2832.156+158.269A+53.573B+17395.577C-289.098D，并进行显著性分析、偏回归系数检测。

由多元线性回归模型系数的显著性分析结果可知，四个硅藻土参数中，只有中土渗透率(C)和中土150目筛分(D)这两个参数对啤酒过滤效率具有显著性影响(P<0.05)，且C对过滤效率有显著性正向影响，D对过滤效率有显著性负向影响。因此，该模型显示，可以通过提高C降低D的方法尝试对啤酒过滤效率进行提升。

表1多元线性回归模型与其回归系数显著性检验与分析结果

多元线性回归模型的显著性检验分析结果如表2所示。方差分析表明，多元线性回归模型具有显著性(P<0.05)，表明该方程中使用的全部自变量用来预测啤酒过滤效率的多重回归模型与数据拟合程度较好。

表2回归方程显著性检验及分析结果

对多元线性回归模型的描述如表3所示。回归模型的多重相关系数R＝0.324，多重测定系数R

表3回归模型描述

三、构建用于啤酒生产的过滤工艺。

综合考虑啤酒过滤工艺整个过程中所涉及的因素和环节，过滤工艺中采用的粗土的渗透率为3.05Darcy，该粗土包含粒径大于150目的硅藻土，粒径大于150目的硅藻土占所述粗土的质量百分比为2.1％；中土的渗透率为0.21Darcy，该中土包含粒径大于150目的硅藻土，粒径大于150目的硅藻土占所述中土的质量百分比为2％；同时，采用上述补加助滤剂3，构建用于啤酒生产的过滤工艺，具体步骤如下：

(1)预涂：采用CO

注入脱氧水，使脱氧水充满烛式过滤机，将机器内部的气体排出，采用过滤速度的1.5-2倍进行高流量循环(该过滤速度常规采用过滤机额定流量能力的80-85％，例如当过滤机的额定流量为600hl/l，则过滤流速控制为500hl/l左右，而预涂流速控制为900hl/l左右)，进行两次预涂：第一次预涂，采用粗土、纤维素、低温脱氧水配成基础预涂液，其中粗土和纤维素的重量份比为3:1，通过预涂泵将基础预涂液泵入烛式过滤机内，使基础预涂液在上述高流量循环过程中，在压力作用下，基础预涂液中的液体从烛式过滤机顶部的排空管排出，该排空管上设有节流阀，用于调控排空管的流量，基础预涂液中的基础助滤剂(即除去液体之后剩下的粗土和纤维素)在滤芯(即烛式过滤机的烛棒)表面形成基础层；第二次预涂，采用中土、低温脱氧水配成过滤预涂液，通过于预涂泵将过滤预涂液泵入烛式过滤机内，通过和基础预涂液相同的方法，使过滤预涂液中的过滤助滤剂(即除去液体之后剩下的中土)在基础层表面形成过滤层。基础助滤剂与过滤助滤剂的重量份比为1:1。

(2)过滤：导入待过滤啤酒，使待过滤啤酒通过滤芯进行过滤，在此过程中连续添加过滤液，该过滤液采用本实施例的补加助滤剂3，和低温脱氧水配制得到，过滤液中的液体从滤芯外层通过过滤层、基础层向滤芯内部流动，形成压力差，从而留下过滤液中的补加助滤剂，使其附着于过滤层，进而不断补充过滤层。

四、结果。

将本实施例步骤三构建的过滤工艺应用于啤酒生产，并统计其过滤效果。

1、统计跟踪2022年10月-23年03月，半年内跟进44批次硅藻土过滤后微检流程样(即过滤机流程微检)，全部合格，合格率100％。

2、统计跟踪2022年10月-2023年03月，半年内跟进806批次过滤后浊度，平均值为0.296EBC。

3、统计跟踪2022年10月-2023年03月，该时段内过滤机过滤清酒总量除以硅藻土使用总量后得出硅藻土消耗量为0.40Kg/m

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。