«Ликероводочное производство и виноделие», июль 2007 года
Использование пресс-фильтров до настоящего времени является технологически и экономически оправданным на этапах, связанных со снятием большой грязевой нагрузки, когда необходима большая поверхность фильтрации, например, при снятии вина с оклейки и т.п. Однако использование пресс-фильтров имеет свои недостатки: при пропитке картона теряется большое количество продукта; во многих случаях картоны используются однократно, что ведет к высокой удельной стоимости фильтрации (особенно на стадиях финишной фильтрации).
Фильтрация с помощью фильтрующих патронных элементов лишена этих недостатков и в последнее время наметилась тенденция к замене пресс-фильтров на установки патронной фильтрации. Очень хорошо зарекомендовали себя глубинные фильтрующие элементы из фторопласта-4 марки ЭКОПЛАСТ и из полиэтилена марки ЭКОПЛЕН производства ООО «НПП Экспресс-Эко», которые, обладая высочайшей термохимической стойкостью, уже много лет эксплуатируются на десятках заводов винодельческой и ликероводочной отраслей. Эти фильтрующие элементы обеспечивают отличное качество напитков при использовании их для полирующей фильтрации водок, «горячем» розливе сухих, полусухих и полусладких вин, при контрольной фильтрации крепленых, десертных и ликерных вин, фильтрации коньяков и т.д. При обеспложивающей фильтрации вин в условиях «холодного» розлива, фильтрации ликероводочных напитков на натуральном сырье, пива, кваса и других продуктов необходимо осуществлять осветляющую фильтрацию, с помощью которой из раствора удаляются остатки наиболее тонких примесей, в основном в виде коллоидных частиц различной природы. Именно наличие таких частиц вызывает опалесценцию напитков, создает сложности в процессе фильтрования, может привести впоследствии к выпадению осадков и уменьшению розливостойкости напитков.
Большинство применяемых фильтрующих материалов обеспечивают так называемый «ситовый» механизм удержания частиц, т.е. частицы задерживаются в узких порах, диаметр которых меньше диаметра загрязняющих частиц. Однако при фильтрации продуктов, в которых необходимо удалять частицы коллоидной природы, «ситовый» механизм не может обеспечить высокого ресурса работы финишных мембранных элементов. Наилучшим материалом при работе с этими напитками были и остаются картоны, фильтрационные свойства которых основаны на высокой сорбционной способности используемых материалов.
Специалисты ООО «НПП Экспресс-Эко» на протяжении нескольких последних лет вели исследовательские работы по получению тонких фильтровальных картонов, или правильнее - фильтровальных бумаг. Основной задачей было получение фильтровального материала, который при небольшой толщине и высокой механической прочности гарантировал бы качество фильтрации аналогичное тому, какое обеспечивают наиболее применяемые на финишных стадиях фильтрации напитков типы фильтровальных картонов.
Принято считать, что основное отличие фильтровальных бумаг от фильтровальных картонов состоит в разнице по толщине: для бумаг характерна толщина до 1 мм, для картонов 2-4 мм. Толщина картонов обусловлена технологией производства и требованиями к материалу при использовании его в пресс-фильтре. Меньшая толщина бумаг дает возможность использовать их для изготовления гофрированных патронных фильтрующих элементов.
Фильтровальные бумаги и картоны состоят в основном или полностью из целлюлозного волокна. В технологии изготовления фильтровальных видов бумаги и картона традиционно используется хлопковая целлюлоза с высокой химической чистотой и низкой зольностью. Эти виды бумаги и картона не обладают сорбционными свойствами по отношению гидрозолям и аэрозолям. Эффект очистки жидкостей и газов достигается за счет механического удержания аэро- и гидрозолей (пыли, коллоидных частиц и т.п.).
Таблица 1. Свойства фильтровальных бумаг на основе целлюлозного волокна и стеклянного волокна разного диаметра типа МТВ, УТВ, СТВ.
| Марка стекловолокна в фильтровальной бумаге | МТВ | УТВ | СТВ |
|---|---|---|---|
| Толщина, мм | 0.7±0.1 | ||
| Масса бумаги площадью 1 м², г | 170±10 | ||
| Предел прочности при растяжении, МПа | 1.1±0.2 | ||
| Относительная деформация при разрыве, % | 1.5±0.5 | ||
| Аэродинамическое сопротивление при скорости воздуха 0.83 см/с, Па | 230 | 120 | 60 |
| Скорость прохождения воздуха при 1 кПа, м³/(м²• ч) | 130 | 250 | 490 |
| Скорость прохождения воды при 100 кПа, м³/(м² •ч) | 160 | 300 | 600 |
| Коэффициент пропускания масляной аэрозоли | 0.00001 – 0.00005 | 0.0003 - 0.0006 | 0.001 - 0.005 |
В современных высокоэффективных фильтровальных видах бумаги и картонах целлюлозные волокна выполняют функции каркаса, в котором закрепляются другие компоненты, придающие материалу высокую задерживающую способность. Для производства патронных фильтрующих элементов для пищевой промышленности в последнее время применяются фильтровальные бумаги на основе композиции целлюлозного и стеклянного волокна. Наибольший интерес представляют штапельные стеклянные волокна, которые в России принято делить на супертонкие волокна (СТВ) диаметром 1-3 мкм, ультратонкие волокна (УТВ) от 0.5 до 1 мкм и микротонкие волокна (МТВ) диаметром менее 0.5 мкм. Удельная поверхность МТВ диаметром 0.1 мкм, рассчитанная по данным изотермы сорбции азота с помощью уравнения Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), может достигать σ = 50 м²/г. Электрокинетический потенциал поверхности при рН от 2 до 12 довольно высокий, но отрицательное значение Δ= - (20 ÷ 36) мВ. Основным производителем фильтровальных картонов марки "Т", "КТФ-1", "КТФ-2" и других является Косинская бумажная фабрика (Кировская обл.).
Фильтровальные бумаги на основе композиции целлюлозного и стеклянного волокон выпускает ВНИИЦБП (г. Волжск). Эти бумаги толщиной 0.7 мм имеют марку КФБЖ (картон фильтровальный для биологических жидкостей).
По договору с нашим предприятием ВНИИЦБП производит фильтровальные бумаги, состав которых был разработан специалистами ООО «НПП Экспресс-Эко». Они представляют собой композиции целлюлозного волокна и разных типов стекловолокна, а именно: СТВ, УТВ, МТВ.
На рис.1 показаны фотографии поверхности фильтровальной бумаги на основе УТВ (слева) и на основе МТВ (справа), полученные на сканирующем электронном микроскопе. Видны крупные волокна (диаметром около 10 мкм) хлопковой целлюлозы, погруженные в паутину из стекловолокна разной дисперсности.
 |
 |
|
Рис.1 - Фотографии поверхности фильтровальной бумаги |
|
В модельных испытаниях, проведенных на базе лаборатории ООО «НПП Экспресс-Эко», использовались гофрированные фильтрующие элементы на основе бумаги со стекловолокном типа СТВ (соответствующая маркировка элементов – ЭФП-404-2-...), УТВ (ЭФП-404-1-...) и МТВ (ЭФП-404-0,5-...). В таблице 2 представлены технико-эксплуатационные характеристики патронных фильтрующих элементов марки ЭФП-404 высотой 250 мм, имеющих торговую марку ЭКОРТОН.
Таблица 2. Характеристики фильтрующих элементов марки ЭФП-404-… высотой 250 мм
| Коммерческая марка | ЭКОРТОН | ||
|---|---|---|---|
| Техническая марка | ЭФП-404-L/0,5-250 | ЭФП-404-L/1-250 | ЭФП-404-L/2-250 |
| Рейтинг фильтрации по жидкости (ном. тонкость фильтрации), мкм | 0,5 | 1 | 2,0 |
| Производительность по жидкости (μ=1сПз) при ΔР=0,1 МПа, м³/ч | 6-8 | 10-14 | 18-22 |
| Площадь фильтрации элемента высотой 250 мм, м² | 0.4 | ||
| Максимальная рабочая температура, °С | 90 (кратковременно 30 мин до 135 °С) |
||
| Максимальный перепад давления в прямом направлении фильтрации | 0.3 МПа при 20 °С 0.2 МПа при 90 °С 0.1 МПа при 135 °С |
||
| Диапазон рН | 3 – 8 (кратковременно до 12) | ||
| Промывка | Многократная SIP-мойка | ||
| Рекомендуемая скорость потока жидкости (μ=1сПз) | 250-300 л/час | ||
Проведенные исследования показали, что полученные фильтровальные бумаги на основе МТВ марки ЭФП-404-0,5-... с рейтингом фильтрации 0.5 мкм позволяют добиться осветления продукта, в частности красного сухого вина, не худшего, чем при использовании картона марки КФМ (рис. 2).
 |
 |
 |
 |
Рис.2 - Результаты фильтрации вина (исходное – а) через фильтрующие элементы марки ЭФП-МК-0,65-250 на основе капроновой мембраны с размером пор 0,65 мкм (б), ЭФП-404-L/0,5 на основе фильтровальной бумаги со стекловолокном типа МТВ (в) и картона марки КФМ (г)
Фотографии, полученные при фильтрации красного сухого вина, сделанные на просвет от электрической лампы, дают представление о степени осветления и изменении качества фильтрации при использовании фильтровальных бумаг с разной удельной поверхностью стекловолокна (рис.3).
 |
 |
 |
 |
Рис. 3 - Прозрачность исходного красного сухого вина (а) и после фильтрующих элементов ЭФП-404-L/2-250 (б), ЭФП-404-L/1-250 (в), ЭФП-404-L/0,5-250 (г)
Степень осветления вина уже достаточно высока при использовании фильтроэлементов марки ЭФП-404-1-... с рейтингом фильтрации 1 мкм, но абсолютной прозрачности нам удалось достичь при использовании элементов с рейтингом фильтрации 0.5 мкм (ЭФП-404-0,5...). Лабораторные микробиологические исследования подтвердили отсутствие дрожжевых клеток и бактерий в вине после фильтрации на элементах с рейтингом 0.5 мкм.
На рис.4 показано, как изменяется ресурс работы микрофильтрационной мембраны с рейтингом фильтрации 0.65 мкм по сухому красному вину, предварительно отфильтрованному на фильтрующих элементах ЭФП-404-2-…(СТВ), ЭФП-404-1-…(УТВ), ЭФП-404-0,5-…(МТВ).
 |
| Рис.4 - Ресурс работы микрофильтрационной мембраны |
Отношение ресурсов работы мембраны после фильтрации на бумагах в ряду ЭФП…(СТВ) : ЭФП…(УТВ) : ЭФП…(МТВ) составляет 1 : 4 : 24. Таким образом, ресурс работы обеспложивающих мембранных элементов при фильтрации вина, предварительно осветленного на картонных элементах с рейтингом фильтрации 1 мкм и особенно 0.5 мкм, очень высок и позволяет снизить затраты на дорогостоящие мембранные элементы.
Механическая прочность материала на основе фильтровальных бумаг дает возможность выдерживать промывку щелочным раствором горячей водой в направлении фильтрации. Элементы сохраняют целостность и заявленные характеристики после 15 промывок 5 %-ным раствором NaOH при температуре до 90°С продолжительностью не менее 30 минут.
Фильтрующие элементы на основе фильтровальных бумаг в настоящее время успешно эксплуатируются на ряде предприятий винодельческой, ликероводочной и пивоваренной промышленности.
Таким образом, проведенные исследовательские работы позволили специалистам ООО «НПП Экспресс-Эко» создать фильтрующие элементы для предфильтрации напитков, содержащих большое количество коллоидных взвесей, а именно для:
- предфильтрации вин при «холодном» розливе;
- осветляющей фильтрации ликероводочных напитков;
- предварительной осветляющей фильтрации пива, кваса:
- предварительной осветляющей фильтрации минеральных и питьевых вод.
Е.Ю. Астахов, к.х.н., зам. директора по научной работе,
А.Ю.Котова, к.б.н., нач. отдела маркетинга.