Теоретические предпосылки

С физико-химической точки зрения пиво является сложной неоднородной (гетерогенной) системой.

В воде с низким содержанием спирта (этанола) экстрактивные вещества пива образуют настоящий раствор. В нем в виде коллоидной дисперсии (размер частиц от 1 до 10 нм) рассеяны главным образом белки. Их коллоидный раствор имеет характер отчасти гидрофильный, отчасти гидрофобный. Углекислый газ растворен в пиве и частично адсорбирован на коллоидных частицах. При определенных условиях углекислый газ, в растворе которого присутствует угольная кислота, может реагировать также с адсорбирующим веществом, т. е. с коллоидными белками с образованием химической связи (химическая сорбция). Сорбционные явления (абсорбция, адсорбция, химическая сорбция и капиллярная конденсация) до сих пор не объяснены в достаточной степени. Это же относится и к обратному процессу, т. е. десорбции. Пена является довольно сложной гетерогенной системой. Ее газообразная фаза (углекислый газ) вместе с твердой фазой (коллоидная дисперсия) оказывают в жидкой дисперсионной среде решающее влияние на образование и стабильность пены. Наряду с указанными главными компонентами пиво содержит после завершенного дображивания остаток суспендированных веществ, которые не осели в отстой и ухудшают вкус и снижают его прозрачность.

Вещества, вызывающие помутнение пива, удаляются из него с помощью фильтрации, иногда центрифугированием (сепарированием). В практике пиво фильтруют главным образом через фильтромассу из волокон растительного происхождения (в основном целлюлозы) с добавлением небольшого количества асбеста, спрессованную в виде "лепешки". Используют также тонкие фильтрующие пластины из того же материала, однако с более высоким содержанием асбеста. В последнее время расширилось применение порошкообразного диатомита (инфузорной земли), из которого сначала образуют фильтрующий слой путем нанесения на подходящее несущее устройство, а потом подают непрерывно диатомит в фильтруемое пиво, чтобы фильтрующий слой постоянно обновлялся.

Эффективность фильтра зависит, с одной стороны, от физико-механических данных конструкции, и с другой - от адсорбционных свойств использованного фильтрационного материала.

Физико-механический эффект зависит от размера пор использованного материала, который у фильтрующего материала изменяется от степени спрессованности лепешек.

Механически фильтр задерживает только крупные частицы суспензии, которые не проходят через поры, к ним относятся в частности и дрожжевые клетки.

При адсорбции коллоидов, а также некоторых молекулярно-растворимых веществ (например, солодовые красящие вещества) на поверхности волокон фильтрационного материала задерживаются и частицы более мелкие, чем размер пор. Таким образом удаляют вещества, вызывающие опалесценцию пива, которые механически задержать нельзя. Адсорбционными свойствами фильтров занимался Де Клерк [1]. Он обнаружил, что интенсивность адсорбции зависит от характера адсорбируемого вещества (красители адсорбируются сильнее, чем азотистые вещества) и от характера адсорбирующего вещества (старая фильтромасса адсорбирует сильнее, чем новая, которая еще не так хорошо разволокнилась). Наконец, важно также время фильтрации. Первые части фильтруемого пива изменяются в большей степени, с продолжением фильтрации интенсивность адсорбции в связи с постепенным насыщением активной поверхности снижается и может достигнуть нулевой величины. Фильтруемое пиво при этом утрачивает блеск и может проходить через фильтр и мутным.

Очень трудно определить, какие вещества фильтр задерживает механически и какие в результате адсорбции. Однако считается вероятным, что механические и адсорбционные свойства про-являются одновременно. Достигаемый эффект каждого из них при фильтрации изменяется. Механическое действие тормозит забивку фильтра, адсорбция собирает адсорбированные вещества на поверхности фильтрационного материала. Разные фильтрационные материалы имеют разные механические и сорбционные свойства. Механически наиболее сильно действуют фильтрационные пластины; слабее - обычная фильтромасса, у которой важна степень спрессованности лепешек.

Тонкий диатомит механически более эффективен, чем грубый. Механический эффект центрифугирования зависит от частоты вращения. Адсорбционное действие определяет содержание асбеста, который обладает отличными сорбционными свойствами. С этой точки зрения наиболее сильно адсорбируют фильтрационные пластины. Целлюлозная фильтромасса имеет сама по себе незначительные адсорбционные свойства, которые, однако, можно увеличить, добавив небольшое количество (1%) длинноволокнистого асбеста. Диатомит тоже обладает низкими адсорбционными свойствами, однако в фильтрах его наносят вместе с асбестом, который улучшает адсорбционные свойства.

Чтобы получить пиво с хорошим блеском, в практике часто комбинируют оба способа фильтрации. При предварительной фильтрации механически задерживают грубую суспензию, которая излишне забивала бы фильтр уже с адсорбционным действием. Способ фильтрации выбирают так, чтобы как можно меньше снизилось качество пива. Наиболее основательно должны быть удалены все мутные вещества, однако так, чтобы пиво путем адсорбции при фильтрации как можно меньше теряло важных для вкуса и пенистости веществ. Равновесие коллоидов, достигаемое при выдержке пива, всегда нарушается при фильтрации. Известно, что непосредственно после фильтрации пиво меньше пенится; первая фильтрованная часть кроме того имеет более пустой вкус, чем остальное пиво. Фильтрованное пиво имеет более тонкий вкус и менее горько. Коллоидное равновесие в фильтрованном пиве устанавливается только спустя несколько дней.

Физико-химические процессы

При фильтрации пива довольно сильно адсорбируются красители. Поэтому снижение цвета первой части пива, прошедшего через фильтр, всегда значительно. После фильтрации около 100 гл пива разница выравнивается только при работе с фильтромассой с низкими адсорбирующими свойствами; иначе фильтрованное пиво имеет цвет на 0,10-0,20 мм 0,1 н. раствора йода ниже, чем исходное пиво. Адсорбция поверхностно-активных веществ тоже значительна. При фильтрации дольше всего происходит адсорбция красителей и поверхностно-активных веществ [1].

В начале фильтрации временно повышается pH и удельная проводимость пива. Это вызвано тем, что в первых частях фильтруемого пива растворяются по-щелочному реагирующие соли, адсорбированные на фильтромассе из воды, которой она промывалась.

Была доказана также адсорбция редуцирующих и горьких веществ [2].

Довольно сильно адсорбируются и нестабильные коллоиды, которые образуют в пиве при розливе в транспортную тару холодное помутнение [3]. В практике следует заботиться о том, чтобы достигнутая адсорбцией при фильтрации стойкость пива на холоду при механическом задержании холодной мути на фильтре снова не снижалась в результате возможного ее растворения. Поэтому фильтр должен быть размещен в охлаждаемом помещении. Кроме того, пиво перед фильтрацией часто дополнительно охлаждают, чтобы холодное помутнение полностью было удалено и одновременно в фильтре сохранялась низкая температура.

Биологические процессы

При простой фильтрации через целлюлозную фильтромассу биологическая стойкость пива не повышается, а только ограничивается образование дрожжевого помутнения. Двойная фильтрация с этой точки зрения имеет большее воздействие. Стерилизующее действие фильтров повышается при добавлении асбеста. Также действует и диатомит.

Биологическая стойкость пива повышается при фильтрации на пластинах с большим содержанием асбеста. Специальные фильтрационные пластины для стерилизующей фильтрации применяют вместо пастеризации. Однако, таким образом, фильтрованное пиво менее стойко в биологическом отношении [4].