Osmoză inversă și microfiltrare la bere

Caracteristici generale

Osmoza inversa este operatia de separare dintr-un fluid a compusilor cu greutate moleculară mica, de circa 1 000, organici si anorganici (cu dimensiuni sub 0,001 μm). Pentru a se preveni osmoza normala se lucreaza la presiuni mari (60– 100 x 105 Pa ), mai ridicate decat presiunea osmotica a solutiei, care actioneaza in sens invers. Membranele de microfiltrare se prepara din solutii polimerice de concentratii10% si 12% prin dizolvarea poliacrilonitrilului in 1-metil-2-pirolidona. Solutiile sunt depuse pe un suport textil si precipitate prin imersare intr-o baie de apa. Membranelese pastreaza intr-o solutie de conditionare de 7-10% glicerina si sunt caracterizate prin metode fizico-chimice. Aceste membrane au o structura asimetrica.Membranele de ultrafiltrare se prepara din solutii polimerice de concentrati de 15% poliacrilonitril in N-metilpirolidona si au de asemenea o structura asimetrica.Membranele de osmoză inversă se prepara prin tehnica inversiei de faza, dinsolutii polimerice de concentratii 25, 27 si 30% acetat de celuloza in acetona, in prezenta formamidei ca aditiv. Soluţiile polimerice se depun pe un suport netesut.Sistemele membranare sunt aplicate la filtrarea apei utilizate in procesul tehnologic de fabricatie a berii, atat ca materie prima propriu-zisa, cat si pentru spalarea ambalajelor, producerea aburului, sau ca agent de dezinfectie si de racire.S-a constatat ca utilizarea instalatiilor membranare la purificarea apei pentru fabricarea berii este cea mai avantajoasa din punct de vedere economic si sub aspectul calitatii apei obtinute. Prin microfiltrare se indeparteaza, odată cu suspensiile coloidale din bere, si flora microbiana (microorganismele prezente). Procedeul permite eliminarea operatiei de pasteurizare – un proces tehnologic costisitor. Ultrafiltrarea se aplica in scopulsterilizarii berii, dar si pentru reducerea continutului de alcool. Osmoza inversa permite obtinerea berii fara alcool.

Bere cu continut redus in alcool

Obtinerea berilor cu continut redus în alcool sau fară alcool s-a impus din următoarele considerente mai importante:

- Preferinta unor consumatori pentru băuturile fără alcool din motive de sănătate;

- Restrictiile religioase ale unor populatii, cărora religia practicată le interzice consumul de acool sub orice formă;

- Realizarea berii, acceptabile senzorial, pentru conducătorii auto sau pentru lucrătorii din industrii cu pericol mare de accidentare.

Berea fără alcool sau cu continut redus de alcool (< 0,5%) este, în fapt, o băutură izotonică, cu efect calmant, de reglare a somnului și epurare a organismului (efect stimulant asupra functiei renale), continând produși cu valoare bilogică ridicată (glucide ușor absorbabile sau polizaharide mai lent absorbabile, aminoacizi, vitamine – în special din grupul B - , săruri minerale). Substantele amare, pe lângă efectul calmant, au și actiune favorizantă asupra secretiei de suc gastric și, deci, asupra digestiei și apetitului. De asemenea, CO2 din bere îi conferă acesteia caracter perlant de prospetime și contribuie și el la stimularea digestiei.

Berea fără alcool sau cu continut scăzut de alcool (< 0,5 %) nu mai are, însă însușirile de stabilitate și senzoriale comparabile cu ale berii normale.

Îndepărtarea partială s-au totală a alcoolului din bere se poate realiza pe 3 căi:

- Prin aplicarea uei tehnici de membrană ( în principal, osmoza inversă);

- Prin aplicarea unui tratament termic;

- Prin restrictionarea formării de alcool etilic în timpul fermentării mustului.

Principiul osmozei inverse

In cazul osmozei directe, dacă o solutie concentrată de săruri A este separată de o membrană semipermeabilă de apă poate fi datorită diferentei de potential chimic, apa din solutia B va trece prin membrana semipermeabilă în solutia A pe care o diluează, ajungându-se la starea de echilibru osmotic. La starea de echilibru, diferenta de presiune creeată este denumită presiune osmotică a sistemului (fig. 1.)

Presiunea osmotică π este dată de relatia:

π = Δ C R T

În care π este presiunea osmotică în Pa, Δ C = diferenta de concentratie mol/m3

Δ C =

R – constanta gazelor perfecte = 8,314 mol K. T = temperatura (273 ± 1oC)

Cu cât masa moleculară a substatelor solubilizate este mai mică cu atât presiunea osmotică creată este mai mare.

În cazul osmozei inverse pentru a elimina apa dintr-o solutie salină, trebuie aplicată o presiune P mai mare decât presiunea osmotică π. Valoarea presiunii aplicate în cazul osmozei inverse este influentată și de fenomenul de polarizatie de concentratie a membranei. Pentru realizarea osmozei inverse, presiunile de lucru sunt 40 – 60 bar, iar membranele utilizate popolisulfona), tubulare (poliamida compozită) „halow-fibers” (poliamidă aromatică) cu dimensiuni ale porilor < 0,0005 µm (ca și la pervaporatie), ceea ce înseamnă că se retin pe membrană molecule ≥ 180 Da.

Un post simplu de osmoză inversă cuprinde modul, pompa de alimentare și o cuvă pentru concentrat (retenat). De regulă, în cazul dezalcoolizării berii se folosește un post care lucrează în sistem discontinuu, semicontinuu sau continuu cu buclă închisă, cel continuu putând fi monoetajat. Reprezentarea schematică a unui modul de osmoză inversă și a unui post lucrează în buclă închisă este arătat in fig. 2.