Bei der Bierstabilisierung neue Maßstäbe gesetzt
Innopro ECOStab bietet Vorteile über Vorteile
Ulrich Sander* Dr. Hans Westner** Um eine möglichst lange Haltbarkeit von Bier zu erreichen, ist eine Bierstabilisierung unumgänglich. Meist setzen Brauereien auf eine gerbstoffseitige Bierstabilisierung und den damit verbundenen Einsatz des Stabilisierungsmittels PVPP (Polyvinylpolypyrrolidon). Die Wahl besteht hier zwischen einer verlorenen und einer regenerativen Bierstabilisierung. Bislang üblich: Für die regenerative Bierstabilisierung gelangt eine konventionelle Kerzenspalt- oder Horizontalsiebfilteranlage zum Einsatz. Hier gilt die Faustformel, dass sich diese Investition in der Regel ab einem Bierausstoß von um die 400.000 Hektoliter im Jahr rechnet. Mit der Neuentwicklung Innopro ECOStab setzt KHS diese Faustformel außer Kraft. So handelt es sich beim Innopro ECOStab um eine speziell zur regenerativen Bierstabilisierung entwickelte Anlage, deren Einsatz sich bereits für wesentlich geringere Biermengen lohnt und die für kleine und mittelständische Brauereien folglich ebenso von Interesse ist wie für Großbrauereien. Unter anderem, weil hier im Vergleich zur konventionellen Kerzenspalt- oder Horizontalsiebfilteranlage geringere Investitionskosten anfallen und ein reduziertes PVPP-Volumen erforderlich ist. Zudem greift das Plus der vergleichsweise minimierten Betriebskosten durch reduzierte Medienverbräuche. Ebenfalls von hoher Bedeutung: Der Innopro ECOStab arbeitet kontinuierlich bei einem hohen Automatisierungsgrad, verfügt über eine kompakte Rahmenbauweise, welche die schnelle Installation und Inbetriebnahme des modular aufgebauten Systems begünstigt und erlaubt den Einsatz von PVPP-Material verschiedenster Hersteller. Geringe Gefäßvolumen bedingen beim Innopro ECOStab außerdem kurze Rüstzeiten beim An- und Abfahren der Anlage, kurze Umschaltzeiten zwischen verschiedenen Biersorten sowie geringe Produktverluste.Gerbstoff- oder eiweißseitige Stabilisierung Mit verantwortlich für eine Trübungsbildung im Bier sind sowohl Gerbstoffe als auch Proteine. Denn durch Energiezufluss in Form von Bewegung, Wärme oder Licht finden Gerbstoff- und Proteinmoleküle im Laufe der Zeit zusammen und bilden Agglomerate, die als Trübung im Bier sichtbar werden. Diese
* Leiter Verfahrenstechnik/Filter, Competence Center Prozesstechnik, KHS GmbH, Tel.: 06 71/8 52-22 83 ** Leiter Projektabwicklung, Competence Center Prozesstechnik, KHS GmbH, Tel.: 06 71/8 52-23 29 natürliche Reaktion lässt sich durch eine Bierstabilisierung zeitlich herauszögern. Was bedeutet, dass einer der beiden Reaktionspartner im Bier reduziert wird. Welcher der beiden Reaktionspartner es sein soll, ist abhängig von verschiedensten Parametern wie Rohstoffqualität, Stabilisierungsmittelkosten, Technologie der Bierherstellung, angestrebter Mindesthaltbarkeit. Letztlich ist und bleibt es auch eine Frage der Philosophie. Größtenteils setzen Brauereien heute auf die gerbstoffseitige Stabilisierung mittels PVPP. Zum einen, weil trübungsrelevante Gerbstoffe im Gegensatz zu trübungsrelevanten Proteinen im Verhältnis von etwa 1 : 40 im Bier vorhanden sind und bei einer gerbstoffseitigen Behandlung das Ziel der Bierstabilisierung folglich effektiver zu erreichen ist. Zum anderen, weil Bier stets eine Vielzahl an unterschiedlichsten Proteinen enthält, von denen einige einen hohen Einfluss auf Schaumhaltbarkeit, Vollmundigkeit und Mundgefühl haben und zahlreiche Brauereien das Risiko scheuen, in das Protein-System einzugreifen. Ein weiterer Aspekt, der für Brauereien häufig gegen die eiweißseitige Bierstabilisierung spricht: Sie lässt sich ausschließlich im „Einweg-Verfahren“ durchführen. Silikagel gelangt hier als Reaktionspartner für die Proteine gemeinsam mit der Kieselgur in einen Kerzenspalt- oder Horizontalsiebfilter, der neben Stabilisierungs- auch Filtrationsaufgaben übernimmt und wird im Anschluss an den Filtrations- und Stabilisierungsprozess entsorgt. Ähnlich funktioniert das „Einweg-Verfahren“ bei der gerbstoffseitigen Bierstabilisierung: Hier wird Einweg-PVPP in das zu filtrierende Bier dosiert und nach der Filtration gemeinsam mit der Kieselgur verworfen. Regenerative Bierstabilisierung mittels PVPP Entscheiden sich Brauereien für Wiederverwertung und damit verbunden für das Prinzip der regenerativen Bierstabilisierung mittels PVPP, ist die Investition in eine separate Anlage zur Bierstabilisierung erforderlich. Bislang üblich: die regenerative Bierstabilisierung durch einen dem klassischen Filtrationsprozess direkt nachgeschalteten – für die Aufgabe der Bierstabilisierung leicht modifizierten – Horizontalsieb- (Innopro Cosmos) oder Kerzenspaltfilter (Innopro Getra Eco). Die Vorgehensweise hier in kurzen Worten: Mehrweg-PVPP wird dem filtrierten Bier direkt nach der Klärfiltration zugeführt, entzieht dem Bier Gerbstoffe und wird von dem zur Bierstabilisierung eingesetzten System wieder aus dem Bier entfernt. Ist ein Stabilisierungszyklus beendet und damit verbunden das gesamte PVPP dosiert und das maximale Druckvolumen im Filter erreicht, geschieht das Ausschieben von Bier aus der Anlage mit entgastem Wasser. Danach findet der Regenerationsprozess für quervernetztes PVPP statt. Die Spülung von Mehrweg-PVPP geschieht mit 1%iger Heißlauge, angereicherte Polyphenole werden dabei vom PVPP an die Lauge abgegeben und somit aus dem System entfernt. Das regenerierte und neutralisierte Mehrweg-PVPP gelangt zur Wiederverwendung in einen hierfür vorgesehenen Dosagetank. Drei Nachteile von bestehenden Lösungen führen zur Innovation Innopro ECOStab Vor allem drei Aspekte waren es, die KHS dazu veranlassten, mit dem Innopro ECOStab eine neue auf die Bierstabilisierung hin ausgelegte Anlage zu entwickeln. Erster bedeutender Punkt: Mit der Investition in einen Horizontalsieb- oder Kerzenspaltfilter fallen hohe Kosten an, denen eine relativ einfache Anwendung gegenübersteht. Hohe Investitionskosten, die sich für Brauereien mit einem Bierausstoß unter 400.000 Hektoliter nur in Sonderfällen amortisieren. Für den Innopro ECOStab sind Investitionskosten vergleichsweise deutlich reduziert. So lohnt sich die regenerative Bierstabilisierung bei Einsatz dieser neuen Lösung bereits für kleine und mittelständische Brauereien, die durch Anwendung des Prinzips der regenerativen Bierstabilisierung zudem auch von einer nachhaltigeren Produktion profitieren. Weiterer wesentlicher Aspekt: Gerade bei der Reinigung der für die PVPP-Stabilisierung ausgelegten Horizontalsieb- und Kerzenspaltfilter ergeben sich des Öfteren Probleme. Grund hierfür: PVPP bleibt an Filterelementen haften und ist durch klassische Reinigungsverfahren wie das Rückspülen oft nicht mehr zu entfernen. Durch verblockte Flächen kann eine Anschwemmung von PVPP nicht mehr gleichmäßig vor sich gehen. Wird dies nicht registriert und erfolgt keine manuelle Reinigung, ist das System in Teilbereichen bald überladen, was zu einer Beschädigung der Filterelemente führen kann. Um diese Gefahr erst gar nicht entstehen zu lassen, verfügt der Innopro ECOStab über eine überschaubare Reinigungsfläche. Da der Prozess des Stabilisierens beim Innopro ECOStab von innen nach außen gerichtet vor sich geht, sich PVPP also ausschließlich im Innenbereich der Filterelemente befindet, lässt sich eine äußerst zuverlässige und flächendeckende Reinigung der kompletten Fläche mittels eines zentral installierten Zielstrahlreinigers mit Hochdruck realisieren. Eine manuelle Reinigung ist hier nicht mehr nötig. Die hohe Verfügbarkeit des Systems ist gegeben. Ein dritter Nachteil von Bestehendem, der mit dem Innopro ECOStab aufgehoben wird, ist die bei klassischen PVPP-Anschwemmfiltern stattfindende Arbeit im Chargenbetrieb. Der Innopro ECOStab arbeitet bei Einsatz mehrerer redundanter Anlagenteile. Befindet sich ein Stabilisier-Modul in der Regenerationsphase, beginnt das andere mit der Produktion. Auf diese Art und Weise lässt sich ein Betrieb „rund um die Uhr“ 24 Stunden am Tag und 7 Tage die Woche ohne jegliche Stopps realisieren und – was insbesondere im Anschluss an eine Crossflow-Filtrationsanlage von hoher Bedeutung ist – ein kontinuierlicher Output erreichen. Noch mehr Pluspunkte ergänzen Vorteilsspektrum Zu genannten drei Hauptaspekten, die bei der Entwicklung des Innopro ECOStabs Pate standen, bietet das neu entwickelte System zahlreiche weitere Pluspunkte. Während bei der klassischen Bierstabilisierung innerhalb eines Zyklus von 10 bis 20 Stunden stabilisiert wird, liegt der Zyklus der Bierstabilisierung beim Innopro ECOStab bei zwei bis drei Stunden. So findet die Regeneration von PVPP-Material beim Innopro ECOStab bereits wesentlich früher statt. Was mit in sich trägt, dass die Ausnutzung von PVPP hier ungleich höher ist, da PVPP-Material nicht über mehrere Stunden hinweg unproduktiv im Prozess gebunden ist. Mit bedingt durch die kurzen Produktionszyklen der Stabilisier-Module des Innopro ECOStab aber auch aufgrund der im Vergleich zu Üblichem besonders geringen Gefäß-Volumen der Anlage ist gegenüber Herkömmlichem ein um mehr als 50 Prozent verminderter PVPP-Einsatz gegeben. Das wiederum hat vergleichsweise deutlich reduzierte PVPP-Materialkosten zur Folge. Zudem Vorteile, die sich aus den beim Innopro ECOStab gewählten geringen Gefäß-Volumen ergeben: Kürzere Rüstzeiten beim An- und Abfahren der Anlage, minimierte Umschaltzeiten zwischen verschiedenen Biersorten sowie geringere Verschnittmengen bei einem Wechsel von Biersorten. Dazu kommt: Beim Innopro ECOStab lässt sich jegliches im Markt angebotene PVPP-Material nutzen und es besteht keine Bindung an bestimmte Hersteller. Modularer Aufbau und drei Leistungsvarianten Zur Verfügung steht der Innopro ECOStab derzeit in drei Varianten. Gewählt werden kann zwischen einer Stabilisierungsleistung von 200, 400 oder 600 Hektoliter/h. Kennzeichen des Systems ist unter anderem dessen modularer Aufbau. So stehen für die 200-Hektoliter-Leistungsstufe drei Stabilisier-Module zur Verfügung, von denen jedes über eine Säule verfügt. Bei der 400-Hektoliter-Leistung sind es drei Stabilisier-Module mit jeweils zwei Säulen und bei der 600-Hektoliter-Leistung drei Stabilisier-Module mit jeweils drei Säulen. In jede Säule ist ein Siebzylinder integriert. Neben genannten Modulen enthält jedes Innopro ECOStab-System ein PVPP-Dosagegefäß sowie die Regenerationseinheit. Gleichbleibender Stabilisationseffekt bei besonders intensiver Anlagennutzung In Aktion sind während des Stabilisierungsvorgangs stets zwei Stabilisier-Module. Das dritte Stabilisier-Modul ist als Standby-Modul vorgesehen. Ein Anfahren der Anlage geschieht folglich mit zwei Modulen. Nachdem das erste Modul zu 50 % mit PVPP gefüllt ist, wird auf das dritte Modul umgeschaltet damit das erste regeneriert werden kann. Nach erfolgter Regeneration von Modul eins wird dies wieder in Betrieb genommen und Modul zwei beginnt mit der Regeneration. Durch diese quasi kontinuierliche Verfahrensweise ist sichergestellt, dass jederzeit Bier von der vorgeschalteten Anlage abgenommen werden kann. Die PVPP-Dosage erfolgt mengenproportional in den Bierstrom, vergleichbar zu klassischen PVPP-Filtern. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Bier jederzeit mit einer von der Qualitätssicherung der Brauerei vorgesehenen PVPP-Menge stabilisiert wird. Über- und Unterstabilisierungen sind ausgeschlossen. Höchste Produktions- und Produktsicherheit Für höchste Produktions- und Produktsicherheit beim Innopro ECOStab steht, dass ein Großteil der hier eingesetzten Instrumente redundant vorhanden sind. Dazu kommt: Innerhalb des Innopro ECOStab sind nur modernste Komponenten wie beispielsweise leckagesichere Doppelsitzventile mit einzeln ansteuerbaren Ventilsitzen für höchste Hygieneansprüche integriert. Zügige Einstellung auf neue Gegebenheiten Der Vorgang der Bierstabilisierung selbst geschieht im Innopro ECOStab folgendermaßen: Filtriertes Bier wird der Anlage über eine Produktpumpe zugeführt. Das PVPP-Dosagegefäß gibt über eine redundant ausgelegte Dosagepumpe PVPP in die Produktleitung ab. Im Anschluss daran gelangt das mit PVPP versetzte Bier in eines der jeweils zwei eingesetzten Stabilisier-Module, wo der eigentliche Vorgang der Stabilisierung stattfindet. Mit in die Produktleitung integriert ist beim Innopro ECOStab eine Trübungsmessung. Sie stellt sicher, dass stets genau die Menge an PVPP zudosiert wird, die das Produkt benötigt. Innerhalb der Stabilisier-Module wird das mit PVPP versetzte Bier durch die in den Säulen eingesetzten Siebzylinder geführt. Während Bier die Siebzylinder passiert, bleibt regeneratives PVPP auf der Sieboberfläche liegen und bildet eine gleichmäßige Anschwemmschicht aus. An den Vorgang der Bierstabilisierung kann sich beispielsweise eine Karbonisierung und Stammwürzeeinstellung oder auch die Partikelfiltration anschließen. Bis ins letzte Detail durchdachter Regenerationsprozess Durch optimierte Gefäßvolumina und Verfahrenstechnik ist es möglich, den Regenerationsprozess mit reproduzierbaren Ergebnissen auf etwa 45 Minuten zu begrenzen. Zur Zeiteinsparung sind reduzierte Medienverbräuche sowie verminderte Abwassermengen positive Nebeneffekte. Am Ende einer jeden Regeneration, nachdem das PVPP in den Stapeltank ausgetragen wurde, erfolgt eine intensive Reinigung der Filterflächen durch turbinengetriebene Zielstrahlreiniger. Innerhalb kürzester Zeit wird mit Wasserdrücken von bis zu 10 bar auf diese Art und Weise die dauerhafte Integrität der metallischen Filterflächen sichergestellt. Der Einsatz des CIP-Stapeltanks ermöglicht es, anfallende Spülwassermengen aufzufangen und beim nächsten Regenerationsprozess als Lauge wieder zu verwenden. Die somit erreichten Wassereinsparungen sind im Vergleich zu konventionell arbeitenden Anlagen beträchtlich. Dem Aspekt der Nachhaltigkeit ist hier gezielt Rechnung getragen. Containermaße fördern zügige Inbetriebnahm Ein weiterer bedeutender Vorteil des Innopro ECOStab: Die kompakt gestaltete modulartig auf einem Gestell aufgebaute Unit verfügt über Containermaße und lässt sich einfach als eine Einheit transportieren. Bei einer Anlieferung im Brauereibetrieb geht es schließlich nur noch darum, Leitungen anzuschließen und den Tank in den Prozess mit zu integrieren. Gegenüber herkömmlichen Lösungen verkürzt sich die Inbetriebnahmephase auf diese Art und Weise entscheidend, wird hier doch ganz gemäß dem Prinzip „Plug & Produce“ agiert. Ökonomische Stabilisierung und noch viel mehr Insgesamt gesehen handelt es sich beim Innopro ECOStab um eine äußerst Platz sparend gestaltete Anlage, die für eine exakt auf die jeweiligen Biereigenschaften hin abgestimmte Stabilisierung steht und die innerhalb der Braubranche in vielerlei Hinsicht neue Zeichen setzt. Ob Einsatz von kleinen Stabilisier-Modulen, welche im Vergleich zu Bisherigem für geringere Produktverluste, kürzere Rüstzeiten und minimierte Umrüstzeiten sowie weniger an PVPP-Volumen verantwortlich zeichnen, reduzierte Investitions- und Betriebskosten, redundanter Anlagenbetrieb, durchflussabhängige Dosagemöglichkeit von PVPP, erhöhte Produktsicherheit oder oder oder – der Innopro ECOStab bietet im Praxisbetrieb Vorteile über Vorteile. Vorteile, denen bereits die Namensgebung der innovativen Anlage gelungen Rechnung trägt, steht ECOStab doch für die ökonomische Stabilisierung.
