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Cider Producer Maximizes Yield and Increases Capacity

Cider-Produzent maximiert seinen Ertrag und steigert Kapazitäten mit dem Oenoflow™ HS System

Übersicht

Filtration is a key operation in modern cider production to deliver visually bright and shelf stable product. Traditionally, cider clarification has been performed with diatomaceous earth or sheet based filtration technologies. However, with more favorable economics, easier operation and lower waste volumes, crossflow filtration systems like Pall’s Oenoflow XL system have become more widely adopted over the past decade.

 

While the afore-mentioned clarification systems can concentrate to high solids levels, there is still a significant amount of recoverable alcohol in the yeast at the bottom of fermentation or maturation tanks and filtration system concentrates. With Pall’s newest member of the Oenoflow family of systems, the HS system, cider producers can now recover high quality cider from these lees streams to gain up to 4% capacity with no additional capital investment.

 

Die Herausforderung

A cider mill producing 20 million liters of cider per year uses an Oenoflow XL crossflow system for post fermentation clarification. After fermentation and maturation, the Oenoflow system clarifies the cider while concentrating the solids. Even after consistently concentrating up to 25% solids (v/v), the cider losses are in the range of 4%. The cider maker was looking for an economically reasonable way to increase yield.

 

Die Lösung

To recover additional alcohol from the cider lees, the customer purchased Pall’s new Oenoflow HS or High Solids system. The system employs hollow fiber membranes similar to those already used in their cider clarification application, however, the Oenoflow HS membranes have a wider internal fiber diameter to concentrate the solids up to about 70% by volume. For the new process, after fermentation and maturation, the hard cider at 10% alcohol is filtered by the Oenoflow XL system while the tank bottoms are sent to a lees holding tank that also serves as the feed supply for the Oenoflow HS system.

 

The XL system filtrate or clarified cider is sent downstream for final blending to bottle strength while the concentrate is sent to the lees holding tank to be further concentrated by the HS system. The final HS system concentrate is sent for off-site disposal. A schematic is shown above. The Oenoflow HS system design incorporates diafiltration, a process where water is added to the lees concentrate. Diafiltration “washes out” alcohol from the yeast to increase recovery and improves the return on investment. The resulting alcohol strength of the filtered cider batch is reduced, however, this helps to lower the water required for the downstream blending to bottle strength.

 

By implementing the Oenoflow HS system, the customer can reduce their cider losses from 800.000 liters to approximately 285.000 liters per year. With the cider at 10% strength, this means alcohol losses of 28.500 liters per year. By adding diafiltration, the alcohol losses can be further reduced to approximately 3.500 liters per year resulting in a system payback less than a year. Compare the losses for the process with and without the Oenoflow HS system in the tables below.

 

In addition to the added value from the recovered alcohol, the customer was able to realize further benefits. They increased their finished cider capacity without the need for additional capital investments like fermentation tanks and the associated equipment. Without diafiltration, the HS system alone increased capacity by 2,6%. Considering diafiltration, the cider capacity increased by 3,8%. The final concentrate or waste volumes were also reduced therefore lowering the cost for off-site disposal.

 

Die Vorteile

The benefits realized upon implementation of the Oenoflow HS system in this application include:

 

  • Alcohol losses decreased from 80.000 liters per year to approximately 3.5000 liters per year
  • 3,8% increase in finished cider capacity without additional capital investments like fermentation vessels and the associated equipment
  • Attractive investment with payback less than 1 year
  • Lower concentrate volumes for reduced off-site disposal costs
  • Automated and controlled process

 

This case study has been replicated at other cider producers of similar scale with comparable economic drivers.

 

Über Pall Corporation

Pall Corporation is a global filtration, separation and purification leader providing solutions to meet the critical fluid management needs of customers across the broad spectrum of life sciences and industry. We work with our customers to advance health, safety and environmentally responsible technologies. Pall Food & Beverage provides products and services to ensure product quality and maintain process reliability in beverage and food production. Our solutions also assist in consumer protection, waste minimization and reduction of operating costs.



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Bis zu 80 % des Extrakts in der überschüssigen Hefe, die sich nach der Gärung und Reifung am Tankboden ansammelt, kann jetzt wiedergewonnen anstatt entsorgt werden. Bier kann zurückgewonnen und beim Brauen mit einem Verhältnis von 5 % wieder beigemengt werden, ohne die Bierqualität zu beeinträchtigen. Das steigert den Ertrag und es muss insgesamt weniger Bier produziert werden. Daraus resultieren weniger CO2-Emissionen, geringerer Wasserverbrauch und gesenkte Produktionskosten. Zudem fallen weniger Abfälle an, wodurch die Entsorgungskosten sinken und weniger BSBs und CSBs an die Umgebung abgegeben werden.
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Obwohl Bier aufgrund seiner Eigenschaften wie niedrigem pH-Wert, Ethanolkonzentration und niedriger Sauerstoffgehalt einem geringen Bakterienwachstum unterliegt, können bestimmte verderbniserregende Bakteriengattungen, darunter Lactobacillus, Pediococcus, Pectinatus und Megasphaera, Fremdaromen, Trübheit und Schärfe verursachen. Derartige Qualitätsdefizite machen das Produkt unbrauchbar und verursachen oft wirtschaftliche Einbußen und Rufschädigungen. Während des gesamten Prozesses muss eine Kontamination durch unerwünschte Mikroben verhindert werden, um schlussendlich die gewünschte Güte des Biers zu erreichen. Derartige Kontamination kann aus der Umgebung stammen, oder von den Zutaten (einschließlich der Hefe), der Luft und dem Wasser, das mit dem Produkt in Kontakt kommt.
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Quellwasser ist eine wertvolle natürliche Ressource, die gründlich gereinigt werden muss, bevor sie als hochreines, optisch ansprechendes Produkt in die Läden gelangt. Filtration ist dabei ein wichtiger Prozessschritt, um dauerhaft eine hohe Produktqualität zu erzielen. Jedoch können die Kosten für die Filtration je nach Qualität des Quellwassers hoch liegen. Einwegfilter sind zwar technisch gut umsetzbar, jedoch über lange Sicht angesichts schwieriger oder wechselnder Quellwasserqualität wirtschaftlich nicht nachhaltig.
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Die Methode des Salzens durch Einlegen in Salzlake wird weltweit bei der Herstellung zahlreicher Käsesorten angewendet. Durch das wiederholte Eintauchen in die Salzlake bilden Fett, Quarkteilchen sowie akkumulierte Proteine und andere Bestandteile des Käses eine nährstoffreiche Umgebung für salzbeständige Mikroorganismen. Mehrfach verwendete Salzlake kann somit zum Sammelbecken unerwünschter Mikroorganismen werden, beispielsweise von gas- oder pigmentproduzierenden Bakterien, Hefe- und Schimmelpilzen oder salzresistenten pathogenen Mikroorganismen, die zu einer Kreuzkontamination des Käses führen und seine Qualität beeinträchtigen. Daher muss im Interesse einer konstanten Herstellungsqualität eine sorgfältige Kontrolle der Salzlake und des Salzungsvorgangs sichergestellt werden. Darüber hinaus steht die Entsorgung der Salzlake zunehmend im Mittelpunkt des Interesses. Volumenbegrenzungen führen vielerorts zu einer zunehmenden Nachfrage nach Wiederaufbereitung der Salzlake, um auf diese Weise die Betriebskosten zu senken und die Umweltbelastung so gering wie möglich zu halten.
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Die Filtration von Spirituosen ist überaus komplex und kann eine hohe Herausforderung für den Anwender darstellen. Dabei gilt es Trübungsverursacher zuverlässig aus den Spirituosen abzutrennen, ohne die qualitätsfördernden Bestandteile des Produkts negativ zu beeinträchtigen. Traditionell werden für diese Aufgabenstellung Filterschichten eingesetzt. Die Schichten bestehen aus einem einzigartigen Material-Matrix, der eine ideale Kombination aus Adsorption und Tiefenfiltration ermöglicht. Damit wird eine sehr schonende und effiziente Abtrennung der Spirituosentrübungsverursachern sichergestellt. Dies macht sie zur idealen Lösung zum Entfernen von Trübungen in Spirituosen. Filterschichten sind in verschiedenen Feinheitsgraden für ein breites Spirituosen-Anwendungsspektrum erhältlich, und können für die Filtration von Likören, zur Abtrennung von Kältetrübungen bei braunen Spirituosen bis hin zur Partikelabscheidung aus weißen Spirituosen eingesetzt werden. Die Schichtenfiltergestelle erlauben dabei eine flexible Anpassung an die vorliegenden Chargengrößen, und gewünschten Stundenleistungen durch geeignete Auswahl der jeweils erforderlichen Schichtenanzahl.
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Produzenten von Lebensmittel- und Futterzusätzen, wie Aminosäuren, organische Säuren und Vitamine, nutzen Fermentationsprozesse als Grundlage ihrer Produktion. Biotechnologische Prozesse in der modernen Industrie verwenden sorgfältig ausgewählte und gereinigte mikrobielle Zellkulturen, um immer vielfältigere Zusatzstoffe herzustellen und die Produktivität zu steigern. Bei der Fermentation vermehren sich die Mikroorganismen in industriellen Bioreaktoren. Kohlenhydrate dienen dabei oftmals als Energiequelle. Die Bedingungen für das mikrobielle Wachstum werden genau kontrolliert, z. B. die Belüftung, die Umwälzgeschwindigkeit, die Temperatur, der pH-Wert und andere Parameter. Die Gärung kann wenige Stunden oder mehrere Tage dauern. Die metabolischen Endprodukte der Mikroorganismen sind die Grundlage für viele der heute verwendeten Zusatzstoffe.
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Trinkfertiger Tee, Fruchtsäfte und Fruchtgetränke, kohlensäurehaltige Softdrinks und andere alkoholfreie Getränke unterliegen aufgrund von wärmeresistenten, acidophilen Bakteriensporen (TAB) der Gefahr von mikrobiellem Verderb. Die thermoacidophilen Sporen gelangen durch den Kontakt mit landwirtschaftlichen Rohstoffen, bei der Fruchtsaftproduktion oder durch Kontamination von Getränkezusatzstoffe wie z.B. Süßstoffe, Saft- und Teekonzentrate oder Geschmacksstoffe, Essenzen und Farbstoffe aus natürlichen Extrakten in das Getränk.
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Die Rückgewinnung von Wein aus Weintrub stellt für Weinkellereien eine der anspruchsvollsten Filtrationsarten dar. Auf der einen Seite bedeutet die hohe Konzentration und Variabilität von Schwebstoffen eine begrenzte Auswahl an geeigneten Filtrationstechnologien, andererseits wird durch strenge Umweltvorschriften und Nachhaltigkeitsprogramme der Druck erhöht, die Abfallmengen zu reduzieren. Traditionell erfolgt die Trubfiltration mit Filterhilfsmittelsystemen wie Vakuumdrehfiltern oder Kammerfilterpressen. Zwar bieten diese Systeme meist eine gute volumetrische Rückgewinnung des in den Feststoffen enthaltenen Weins, aber ihnen haften auch Nachteile an, die die Weinqualität beeinträchtigen können. Die offene Bauweise ermöglicht die Aufnahme von Sauerstoff und der zurückgewonnene Wein muss oft weiter verarbeitet werden. Der Wein wird meist wertmäßig heruntergestuft und in Verschnitten verwendet, anstatt zur Originalcharge zurückgeführt zu werden.
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