Beer Filtration: Membrane Morphology and Fluid Dynamics
MBAA TQ vol. 42, no. 4, 2005, pp.
342-345 |
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John D. Brantley, Ph.D. Pall Corporation, 3669 State Road 281, Cortland, NY
13045.
Abstract
The filtration of beer is inherently a balancing act. The filtration system
must be tight enough to remove those unwanted components, yet loose enough so
the essential qualities of the beer are unaffected. Generally, the goal is to
remove the yeast, protein and polyphenol precipitates, and suspended
polysaccharide gels. Since beer and its ingredients are natural products, there
can be wide variation in the proportion of these suspended solids from year to
year if not month to month. Thus, the filtration process must be sufficiently
robust to handle these expected variations as well as any unexpected ones. The
situation is complicated by the additional fact that there are many different
styles of beer. Proper selection of the membrane is certainly one of the keys to
successful separation. The rating, the material of construction, and the
morphology all affect how efficiently and how economically this process occurs.
Less obvious is the role played by the fluid dynamics, that is, the actual
process of filtration. For example, in direct flow filtration, the flux of the
beer through the filter affects the throughput. In crossflow filtration, the
situation is more complex. Inherent in the technique is the contribution
provided by the fluid dynamics. Both the flow across the membrane, as well as
the flow through the membrane, are affected by the morphology of the membrane.
All of these factors must work together to produce the required separation. This
paper illustrates how fundamental principles of fluid dynamics and membrane
structure and function, as well as knowledge of brewing chemistry, can work
together to produce brilliantly clear, microbially stable beer.
Keywords: crossflow, direct flow, filtration, fluid dynamics, membrane
S�ntesis
La filtraci�n de cerveza es b�sicamente un acto de equilibrio. El sistema de
filtraci�n debe ser lo suficientemente apretado para remover los componentes no
deseados, pero suficientemente suelto para no afectar las caracter�sticas
esenciales de la cerveza. El objetivo general es la eliminaci�n de levadura,
precipitaciones de prote�nas con polifenoles, y los gel de polisac�ridos en
suspensi�n. Debido a que la cerveza proviene de ingredientes naturales, existe
una gran variaci�n en la concentraci�n de estos s�lidos en suspensi�n, tanto de
de a�o en a�o como de mes a mes, lo que requiere de un proceso de filtraci�n lo
suficientemente robusto para tolerar tanto estas variaciones esperadas como las
inesperadas. Esta situaci�n se complica por el hecho que el medio filtrante debe
procesar diferentes tipos de cerveza. Una separaci�n id�nea requiere de una
cuidadosa selecci�n del tipo de membrana a utilizar. La eficiencia y
rentabilidad del proceso depende del material de construcci�n, su clasificaci�n
y morfolog�a. La din�mica del flujo tambi�n juega un rol importante. Por
ejemplo, en la filtraci�n por flujo directo, el flujo de la cerveza por la
membrana afecta la capacidad del filtro, mientras que en la filtraci�n a flujo
transversal, la situaci�n es m�s compleja. En esta �ltima, tanto el flujo a lo
largo de la membrana como aquella a trav�s de la membrana son afectados por por
la morfolog�a de la membrana. Todos estos factores deben trabajar juntos para
alcanzar la separaci�n deseada. Esta presentaci�n ilustra como los principios
fundamentales de las din�micas de flujo y de la estructura y funci�n de la
membrana, junto con un conocimiento de la qu�mica cervecera, pueden conducir a
una cerveza estable microbiologicamente y absolutamente transparente.
Palabras claves: flujo transversal, flujo directo, filtraci�n, din�mica
de fluidos, membrana
