Dai falsi fondi dei tini di filtrazione alla finitura della birra a 1-5 micron: come la rete in acciaio inossidabile filtra ogni fase della birrificazione e come richiedere un preventivo personalizzato.
La filtrazione con rete in acciaio inossidabile nella produzione della birra consiste nell'uso di reti metalliche tessute, reti metalliche sinterizzate e lamiere forate in 304/316L per uso alimentare per separare i solidi dal mosto e dalla birra in ogni fase della produzione — dal falso fondo del tino di filtrazione che supporta un letto di trebbie di 30–40 cm e raccoglie il primo mosto attraverso fessure da 0,7–1,2 mm o tela tessuta da 20–60 mesh, alle cartucce in acciaio inossidabile sinterizzato che brillantano la birra finita a 1–5 micron prima del confezionamento. Poiché il mezzo filtrante è metallico, viene lavato in loco con soda caustica calda e vapore e riutilizzato per centinaia di cicli CIP (clean-in-place), invece di essere gettato dopo ogni ciclo come i cartoni filtranti o le cartucce polimeriche.
Questa riutilizzabilità cambia l'aspetto economico di un birrificio man mano che cresce. Da un impianto artigianale da 20 ettolitri a uno stabilimento commerciale multicotta, la linea di filtrazione opera sia sul lato caldo che sul lato freddo, e la rete in acciaio inossidabile svolge un ruolo in ogni fase. Si tratta della stessa famiglia di materiali che KAIFIL progetta per la più ampia applicazione nel settore alimentare e delle bevande, e nella produzione della birra offre gli stessi tre vantaggi: media filtranti lavabili, gradi di filtrazione in micron riproducibili e nessun coadiuvante di filtrazione di consumo da acquistare, immagazzinare o smaltire.
Ogni lotto di birra attraversa la stessa sequenza di sfide di separazione dei solidi, ed è utile mapparle prima di scegliere i media filtranti. Ancor prima dell'ammostamento, la maggior parte dei birrifici filtra l'acqua di processo in entrata e l'acqua di produzione a 5 µm o meno — proteggendo scambiatori di calore, pompe e valvole di controllo, e rimuovendo il particolato che può causare un estratto non uniforme e sapori sgradevoli. Successivamente, la sala di cottura stessa presenta tre compiti classici: la filtrazione del mosto (separazione del mosto dolce dal letto di trebbie), la rimozione del trub (separazione delle proteine coagulate e dei residui di luppolo dal mosto in ebollizione) e il raffreddamento del mosto.
La fermentazione sposta la sfida. La birra finita — ora chiamata birra verde — è un prodotto fragile che trasporta lievito e colloidi che causano torbidità, e la cantina presenta altri due compiti: la sgrossatura per eliminare il lievito e la brillantatura per rendere la birra limpida e stabile per il confezionamento.
Il lato caldo e il lato freddo richiedono una progettazione diversa. Sopra gli 80 °C, il rischio microbiologico è essenzialmente nullo, quindi la filtrazione è puramente un problema di separazione dei solidi e dominano media filtranti grossolani ad alta area aperta. Sul lato freddo, la birra si trova tra 0 e 10 °C, ogni componente dell'attrezzatura deve essere igienico e l'ossigeno dientra il nemico: l'ossigeno disciolto (DO) assorbito nel filtro accelera l'invecchiamento, quindi si preferiscono sistemi chiusi e guidati dalla pressione. La rete funziona su entrambi i lati — la differenza sta nel grado di filtrazione e nel protocollo di pulizia.
La filtrazione del mosto è il primo compito di filtrazione serio nella sala di cottura, e il principio è spesso frainteso: il mezzo filtrante non è l'acciaio — è il letto di trebbie stesso. Il falso fondo tiene semplicemente in posizione il letto compatto di gusci d'orzo e fornisce al mosto limpido un percorso di drenaggio. Un letto profondo 30–40 cm funge da filtro di profondità naturale: le particelle fini di amido e i frammenti di guscio rimangono intrappolati tra i grani mentre il mosto defluisce. Ecco perché la filtrazione del mosto funziona anche se le aperture nel falso fondo sono molto più grandi delle particelle rimosse.
Dominano due geometrie di falso fondo. I filtri a fessura in filo a cuneo (profilo a V) con aperture delle fessure di 0,7–1,2 mm offrono un'elevata area aperta e resistono all'intasamento, perché il profilo della fessura si allarga verso il basso e lascia cadere i solidi anziché incastrarsi. In alternativa, una tela tessuta piatta in acciaio inossidabile da 20–60 mesh — un intervallo di apertura da circa 0,85 mm a 0,25 mm — viene adagiata su una piastra di supporto forata, offrendo una superficie liscia e facile da pulire. KAIFIL fornisce anche tubi filtranti forati in acciaio inossidabile per tini lauter e mescolatori di mosto in cui si preferisce un collettore tubolare rispetto a una piastra piatta.
Il deflusso è un gioco di equilibrio. Il primo mosto è torbido, quindi viene ricircolato — il vorlauf — per 10–20 minuti finché non scorre limpido; questo "assestamento" del letto di trebbie è ciò che rende limpido il mosto successivo. Un meccanismo di taglio taglia periodicamente il letto per mantenere uniforme il flusso ed evitare la canalizzazione. Le velocità tipiche di deflusso sono di 5–10 hl/m²·h: se troppo veloce, il letto si compatta, l'estratto diminuisce e il mosto si intorbida; se troppo lento, la filtrazione si trascina per tre ore o più. Un falso fondo correttamente specificato distribuisce inoltre il flusso in modo uniforme su tutto il recipiente, il che dipende più dalla geometria delle fessure e dall'area aperta che dall'acciaio stesso.
Per impianti molto grandi, i filtri per mosto — filtri pressa a piastre e telai che utilizzano una membrana e un tessuto filtrante — possono eseguire una filtrazione completa in una o due ore e recuperare fino al due percento in più di estratto rispetto a un tino lauter. Rappresentano una valida alternativa, ma consumano tessuto monouso, e il tino lauter con falso fondo rimane lo standard nei birrifici artigianali e di medie dimensioni, con la rete in acciaio inossidabile come componente fondamentale.
Dopo la bollitura, il mosto entra tangenzialmente nel whirlpool a diversi metri al secondo, facendo ruotare l'intero recipiente e producendo il familiare effetto "tazza di tè". Il trub caldo coagulato — complessi proteina-polifenolo denaturati per lo più nell'intervallo 20–100 µm — insieme a luppoli interi e residui di luppolo, si raccoglie in un cono al centro. Dopo un riposo di 20–30 minuti, il mosto limpido viene prelevato dall'uscita laterale, lasciando dietro di sé il cono di trub.
Il whirlpool rimuove la maggior parte dei solidi, ma non è una brillantatura. Il mosto in uscita dal whirlpool trasporta tipicamente ancora circa 50–200 mg/L di solidi sospesi, e le particelle fini di cold-break — che vanno da meno di un micron fino a circa 10 µm — si formano solo successivamente, quando il mosto viene raffreddato. Pertanto, la maggior parte dei birrifici installa un vaglio o un filtro tra il whirlpool e il refrigeratore del mosto. Un cestello in rete metallica tessuta da 40–100 mesh trattiene i residui di luppolo e il trub grossolano che altrimenti intaserebbero lo scambiatore di calore a piastre, aereerebbero il mosto o si depositerebbero nel fermentatore — e un vaglio ad alta area aperta mantiene la caduta di pressione al di sotto di 0,1 bar per non strozzare lo scarico. Questo è esattamente il compito trattato nella nostra guida ai cestelli filtranti in rete metallica nel settore alimentare e delle bevande.
C'è un compromesso che vale la pena notare: una rimozione aggressiva del trub migliora la fermentazione e la limpidezza della birra, ma rimuove anche alcuni acidi grassi e nutrienti di cui il lievito ha bisogno, quindi molti birrifici lasciano deliberatamente una quantità controllata di trub fine nel mosto. Il vaglio dovrebbe quindi essere dimensionato per la ritenzione dei solidi, non per la massima pulizia — un punto importante quando si specifica la stessa rete per l'intero impianto.
Una volta completata la fermentazione, la birra giovane trasporta cellule di lievito (circa 5–10 µm) e le proteine e i polifenoli che formano torbidità, i quali altrimenti causerebbero torbidità a freddo nella confezione. È qui che la filtrazione a cartuccia dimostra tutta la sua utilità.
La filtrazione sgrossatrice è il primo passaggio e rimuove la maggior parte del lievito e della torbidità grossolana. Una cartuccia plissettata in acciaio inossidabile con classificazione di 5–10 µm è un'ottima soluzione: la struttura plissettata racchiude un'ampia area di filtrazione in un alloggiamento corto, consentendo a un piccolo skid di gestire portate elevate, e poiché il media filtrante è in metallo può essere controlavato e pulito anziché essere gettato via. Per i birrifici che utilizzano ancora filtri a prepanello a farina fossile (kieselguhr), il passaggio alla rete riutilizzabile elimina la manipolazione della polvere di silice cristallina, lo smaltimento del coadiuvante di filtrazione esausto e la fatica del pre-rivestimento e della raschiatura. Le soluzioni KAIFIL cartucce filtranti plissettate sono costruite esattamente per questo servizio.
La filtrazione di finitura è il passaggio finale e porta la birra a 1–5 µm per ottenere un prodotto limpido e stabile. Le cartucce in acciaio inossidabile sinterizzato sono il cavallo di battaglia in questo caso: la maglia sinterizzata a cinque strati forma una struttura rigida di filtrazione di profondità con una dimensione dei pori definita che non si flette né si sposta sotto pressione, e la stessa cartuccia può essere sterilizzata a vapore a 121 °C, controlavata e utilizzata per anni. Molte delle cartucce filtranti in maglia metallica sinterizzata sono prodotte come ricambi perfettamente intercambiabili per elementi importati — stessa lunghezza, stesse facce di tenuta della guarnizione, stesso alloggiamento — in modo che un birrificio non sia mai vincolato a un singolo OEM. La birra filtrata di solito lascia il filtro con una torbidità inferiore a 1 EBC e alcuni produttori aggiungono una fase sterile da 0.45–0.65 µm prima del confezionamento per una maggiore durata di conservazione.
Il dimensionamento è semplice. Una cartuccia sinterizzata da 20 pollici (508 mm) con grado di filtrazione di 5 µm gestisce tipicamente nell'ordine di 1–2 m³/h di birra sgrossata a una caduta di pressione d'esercizio di 0.5–1.0 bar, quindi il numero totale di cartucce è stabilito dalla produzione di picco del birrificio. Poiché il flusso attraverso qualsiasi mezzo poroso è inversamente proporzionale alla viscosità del liquido — e la birra a 8–10 °C è notevolmente più fluida della birra a 1–2 °C — far funzionare il filtro di finitura a qualche grado in più può aumentare la portata di circa il 20 percento, al costo di accettare una leggera torbidità in più. Ecco perché la maggior parte dei birrifici di lager filtra ancora a freddo, a 0–4 °C.
La scelta del giusto mezzo filtrante si riduce a tre domande: quanta area libera richiede il servizio, quanto deve essere fine il grado di filtrazione e come verrà pulito l'elemento.
La maglia ad armatura tela e la maglia metallica ad armatura olandese sono i mattoni fondamentali. L'armatura tela, con aperture quadrate, offre la maggiore area libera ed è la scelta naturale per vagli whirlpool e filtri a cestello. L'armatura olandese — una struttura saia olandese con filo sottile strettamente compattato — offre una filtrazione fino a pochi micron, pur rimanendo molto più resistente e controlavabile rispetto a un filtro in tela comparabile, motivo per cui appare spesso come strato attivo nei laminati sinterizzati e come prefiltro a monte delle cartucce di finitura.
La maglia sinterizzata prende la tela tessuta e ne unisce gli strati in una piastra rigida: più strati vengono uniti per diffusione sotto calore e pressione, producendo un elemento solido con una dimensione dei pori definita che può essere pulito energicamente, controlavato e sterilizzato senza flettersi. Le cartucce plissettate in acciaio inossidabile piegano invece un singolo foglio di maglia per moltiplicare l'area di filtrazione, offrendo un'elevata portata a gradi di filtrazione medi in un elemento compatto.
| Tipo di media filtrante | Servizio di birrificazione tipico | Grado di filtrazione tipico | Pulizia e riutilizzo |
|---|---|---|---|
| Rete metallica tessuta (armatura tela) | Filtri per sedimenti whirlpool; filtri in linea; pre-filtrazione | 20–200 mesh (circa 74–850 µm) | CIP con soda caustica calda; spazzolabile; anni di riutilizzo |
| Tessuto olandese / maglia a saia | Filtrazione fine del mosto; pre-filtrazione della birra grezza | Fino a circa 5 µm | Lavabile in controcorrente; resistente al vapore |
| Cartuccia plissettata in acciaio inossidabile | Birra grezza; rimozione dei lieviti | 5–10 µm | Controlavaggio + CIP; riutilizzabile |
| Cartuccia in acciaio inossidabile sinterizzato | Filtrazione di finitura / brillantatura della birra | 1–5 µm | Sterilizzabile a vapore; controlavaggio; lavabile ad ultrasuoni |
| Falso fondo wedge wire o perforato | Tino di filtrazione (lauter tun); filtrazione della miscela (mash) | Fessure da 0.7–1.2 mm / perforazioni da 1–3 mm | Autopulente tramite letto di trebbie; decenni di servizio |
La regola generale: più il servizio è precoce e caldo, più il media filtrante è grossolano e aperto; più ci si avvicina al confezionamento, più è fine e rigido. Un birraio che acquista l'elemento corretto per ogni fase ottiene una maggiore produttività, un minor numero di cambi di filtro e un ciclo CIP più breve.
Tutto l'acciaio inossidabile per contatto alimentare utilizzato nella birrificazione appartiene alla serie 300. Il tipo 304 è lo standard per i vagli e i filtri del lato caldo, dove l'esposizione ai cloruri è bassa e il risparmio sui costi è reale. Il tipo 316L aggiunge il 2–3 percento di molibdeno, il che migliora notevolmente la resistenza alla corrosione per vaiolatura (pitting) nelle soluzioni CIP contenenti cloruri e ai cicli alternati aggressivi di soda e acido del lavaggio in birrificio — motivo per cui è preferito per le cartucce del lato freddo e per qualsiasi componente a contatto con il prodotto esposto ad acido fosforico o citrico in temperatura.
La "L" in 316L è importante quanto il molibdeno. L'acciaio a basso contenuto di carbonio (massimo 0,03 percento) resiste alla precipitazione di carburi di cromo sulla saldatura, pertanto una cartuccia saldata mantiene la sua resistenza alla corrosione lungo le giunzioni invece di sensibilizzarsi e diventare soggetta ad attacco intergranulare. Entrambi i gradi sono conformi alle normative FDA per il contatto alimentare per attrezzature alimentari a uso ripetuto secondo la regolamentazione statunitense, e la regola pratica per i birrai è semplice: se la birra entra in contatto con esso e si acquista una sola volta per una lunga durata in servizio, specificare il 316L.
La rete in acciaio inossidabile dimostra il suo valore al momento della pulizia. Un tipico ciclo CIP di un birrificio prevede l'uso di idrossido di sodio all'1–3 percento a 75–85 °C, seguito da un risciacquo acido e da un lavaggio con acqua calda; le cartucce sinterizzate possono inoltre essere sterilizzate a vapore a 121 °C e lavate in controcorrente per rimuovere il pannello di lievito. Il metallo sopravvive a migliaia di questi cicli. I media filtranti polimerici — persino il PVDF — si degradano sotto l'azione della soda calda, subiscono fatica a causa delle ripetute contropressioni e alla fine rilasciano particelle di materiale filtrante nella birra. Su un orizzonte di cinque anni, l'elemento in acciaio inossidabile di solito vince in termini di costo totale, nonostante un prezzo di acquisto iniziale diverse volte superiore a quello di una cartuccia monouso. Le scelte progettuali che rendono un filtro realmente idoneo al CIP — saldature prive di fessure, alloggiamenti a drenaggio completo, assenza di rami morti, connessioni sanitarie — sono trattate in dettaglio nel nostro Progettazione di filtri in acciaio inossidabile pulibili tramite CIP guida.
Il controllo dell'ossigeno è l'altro motivo per cui la parte fredda è delicata. L'ossigeno disciolto superiore a circa 50 ppb al confezionamento accelera in modo misurabile l'invecchiamento della birra finita, e ogni filtro rappresenta un potenziale punto di ingresso dell'ossigeno. La filtrazione a maglia chiusa e a pressione presenta qui un vantaggio strutturale rispetto ai filtri a pre-pannello: non c'è una sospensione di polvere da miscelare, nessun coadiuvante di filtrazione per il pre-pannello e nessun recipiente aperto durante il cambio. Con alloggiamenti spurgati con gas e uno sfiato adeguato, un moderno skid di filtrazione in acciaio inossidabile mantiene l'assorbimento di DO ben al di sotto del target di confezionamento, lotto dopo lotto.
Quale dimensione della maglia o della fessura viene utilizzata per il falso fondo di un lauter tun? I falsi fondi in filo a cuneo utilizzano tipicamente aperture delle fessure di 0,7–1,2 mm; i falsi fondi in tessuto di acciaio inossidabile lavorano a 20–60 mesh, un intervallo di apertura di circa 0,25–0,85 mm. Il letto di trebbie esegue la filtrazione vera e propria: la rete fornisce solo il supporto e il drenaggio.
La maglia in acciaio inossidabile può sostituire la filtrazione a farina fossile (kieselguhr)? Sì. Un filtro di sgrossatura da 5–10 µm seguito da una brillantatura da 1–5 µm rimuove il lievito e la torbidità senza DE, eliminando la manipolazione della polvere di silice cristallina, lo smaltimento del coadiuvante di filtrazione esaurito e la manodopera per il pre-pannello. Gli elementi in acciaio inossidabile sono controlavabili e riutilizzabili, ammortizzando così il maggior costo iniziale.
Quale grado di filtrazione in micron rende la birra limpida? La maggior parte della filtrazione di brillantatura opera a 1–5 µm, e alcuni produttori aggiungono una fase sterile da 0,45–0,65 µm prima del confezionamento. A 1–5 µm, le cartucce in acciaio inossidabile sinterizzato rimuovono i colloidi che causano torbidità e il lievito residuo, lasciando tipicamente la birra confezionata al di sotto di 1 EBC di torbidità.
Quanto durano le cartucce in acciaio inossidabile sinterizzato? Con un adeguato CIP e controlavaggio, diversi anni di servizio continuo in birrificio — centinaia di cicli di filtrazione — prima che sia necessaria la sostituzione. Questa riutilizzabilità rappresenta il principale vantaggio economico dei media filtranti in acciaio inossidabile rispetto alle cartucce monouso.
L'acciaio inossidabile 304 o 316L è migliore per la filtrazione della birra? Il 316L è preferito per il contatto con il prodotto e per l'uso sul lato freddo perché il suo contenuto di molibdeno resiste alla corrosione per vaiolatura da cloruri e alla tensocorrosione da CIP acida/caustica; il 304 è una scelta valida e più economica per i filtri del lato caldo a basso contenuto di cloruri. In caso di dubbi, scegliere il 316L.
Non esistono due birrifici che utilizzino linee di filtrazione identiche — la geometria dei serbatoi, il profilo di torbidità e la velocità della linea di confezionamento sono tutti diversi — quindi gli elementi standard raramente si adattano perfettamente. Questo è esattamente ciò che KAIFIL produce: reti metalliche tessute personalizzate, cartucce sinterizzate, elementi plissettati e tubi perforati realizzati in base alle vostre dimensioni e specifiche in micron, inclusi ricambi intercambiabili per cartucce importate, in modo da non essere mai vincolati a un unico fornitore. Che siate un birrificio che sta aggiornando la propria cantina o un OEM di apparecchiature per la produzione di birra che definisce le specifiche di filtrazione per una nuova sala di cottura, inviateci la vostra portata, il grado di filtrazione in micron desiderato e la dimensione della connessione: vi consiglieremo il mezzo filtrante corretto e vi formuleremo un preventivo per un set completo di elementi o per uno skid di filtrazione. Contattate KAIFIL oggi stesso per una specifica personalizzata della rete metallica e un preventivo.
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