4.1. Физико-химические методы

Для получения безалкогольного пива, допустимая концентрация этанола в котором не превышает 0,5 %, используют физико-химические, технологические и биохимические методы.

Из физико-химических методов в практике широко и эффективно применяют метод диализа, обратный осмос, вакуумную дистилляцию и упаривание.

В России универсальные ацетатцеллюлозные мембраны выпускает фирма «Владипор», кроме того, пользуются спросом мембраны фирм «Милли- пор» и «Амикон» (США).

Мембранные методы

Обратный осмос. Обратный осмос — это способ разделения растворов путем их фильтрования через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и задерживающие молекулы или ионы растворенных веществ.

При удалении этилового спирта с помощью обратного осмоса пиво под давлением перекачивается через полупроницаемую мембрану, в состав которой входят тонковолокнистые материалы с очень маленькими порами. В результате вода и спирт проходят через мембрану, а экстрактивные вещества остаются в пиве. При этом их концентрация вследствие удаления воды резко повышается, в связи с чем в пиво необходимо постоянно подавать деминерализованную и деаэрированную воду. В процессе фильтрования и добавления воды в пиве практически не остается диоксида углерода, поэтому по достижении требуемой концентрации этанола его карбонизируют (рис. 4.1).

Мембрана в модуле установлена тангенциально к направлению потока.

Вода и этанол проходят сквозь мембрану, несмотря на естественное осмотическое давление, а все большие молекулы остаются в пиве.

Такой способ фильтрования называется фильтрованием в поперечных потоках. В процессе деалкоголизации пива с помощью метода обратного осмоса различают три фазы: концентрирование, диафильтрацию, восполнение.

Рис. 4.1. Установка обратного осмоса

Отфильтрованное пиво из буферного танка 1 с помощью насоса 2 перекачивается в систему, состоящую из насоса высокого давления 3, обратного клапана 6 и разделительного модуля 4. В разделительном модуле насосом 3 создается давление до 40 бар, и порциями или непрерывно пиво перекачивается сквозь разделительный модуль 4. Разделительный модуль представляет собой фильтровальный аппарат, в котором фильтрующей перегородкой служит полупроницаемая мембрана из хлопковой целлюлозы или ацетатцеллюлозы 5. Ушедшая сквозь мембрану водно-спиртовая смесь называется фильтратом 7. Поскольку вода непрерывно уходит, постоянно добавляется деминерализованная и деаэрированная вода 8. Благодаря этому содержание этанола заметно уменьшается. Готовое безалкогольное пиво из установки выходит по линии 9.

Диализ. При диализе алкоголь проходит через мембраны не под влиянием давления, а благодаря разнице концентраций спирта между пивом на одной стороне мембраны и диализатом — на другой. Суть диализа заключается в том, что по обеим сторонам мембраны находятся разные растворы (например, с одной стороны пиво, с другой — вода); в результате начинается процесс диффузии, который заканчивается при достижении равновесной концентрации спирта с обеих сторон мембраны. После вымывания спирта несущая жидкость (диализат) поступает в систему упрощенного упаривания, освобождается от спирта и через рекуперативный теплообменник снова поступает в мембрану.

При удалении алкоголя данным методом с одной стороны мембраны подается пиво, охлажденное до 10 °С, при нормальной скорости потока и нормальном давлении.

В таких специальных приемах, как вымывание при обратном осмосе, нет необходимости. При продолжительности контакта всего лишь в течение 13 с процесс удаления алкоголя из пива завершается.

При диализе используют мембраны в виде полых волокон с очень малой толщиной стенок. Полые волокна имеют диаметр, равный 50-200 мкм. В одном модуле расположено несколько тысяч связанных друг с другом микропористых мембран, закрытых с обоих концов. Пиво равномерно продавливается сквозь них, в то время как диализат обтекает полые волокна в обратном направлении; при этом все растворенные вещества, находящиеся по обе стороны мембраны, стремятся достичь равновесия друг с другом. Это означает, что этанол из пива будет переходить в диализат до тех пор, пока с обеих сторон не будет достигнута одинаковая концентрация спирта. Переход алкоголя

в диализат осуществляется за счет разности концентраций. Диализат протекает через модули с большей скоростью и меньшим давлением, чем пиво. Количественное соотношение пива и диализата 1 : 5. Согласно технологии, пиво, подлежащее деалкоголизации, перед входом в модули заранее фильтруется и, переходя через модули, частично или полностью освобождается от спирта. После выхода из модуля пиво охлаждается, карбонизируется и направляется в форфас.

Рис. 4.2. Процесс удаления алкоголя методом диализа

Рис. 4.3. Установка диализа

Диализат из модуля поступает в регенерационный теплообменник предварительного нагрева, нагревается за счет теплоты диализата, возвращающегося из колонны.

Деалкоголизированный диализат собирается в нижней части колонны, из которой насосом перекачивается в регенерационный теплообменник. После предварительного охлаждения диализат поступает в охладитель, где охлаждается до технологической температуры, после чего поступает в накопительный бак диализата.

Как во время диализа, так и при использовании технологии обратного осмоса одновременно с удалением этанола пиво разбавляется водой и теряется некоторая часть летучих компонентов, в особенности эфиров и высших спиртов. При этом потери эфиров могут достигать 65 %. Существует целый ряд способов, позволяющих сохранить органолептические свойства пива, например, только часть пива подвергается деалкоголизации, а затем это пиво смешивают с исходным продуктом.

Чтобы избежать вымывания с несущей жидкостью алкоголя и других компонентов пива, разработаны диализные установки, где в качестве несущей жидкости используется такое же пиво, из которого необходимо удалить алкоголь. Небольшое избыточное давление со стороны пива препятствует переходу в него термических побочных продуктов, отвечающих за так называемый «вареный вкус» пива.