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Cross-flow lees filter experience delivers efficiency at Yalumba

Cross-flow lees filter experience delivers efficiency and economy at Yalumba

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.

 

Traditionally, lees filtration is performed with filter aid based systems like rotary vacuum drum (RVD) or chamber press filters. While these systems typically have good volumetric recovery of the wine from the solids, there are some inherent drawbacks that can affect wine quality. The open design allows for oxygen pick-up and the recovered wine often needs further processing. The wine is typically downgraded in value and used in blends instead of added back to the original batch. The classical technologies also require large volumes of diatomaceous earth (DE) or perlite filter aids.

 

This increases the winery waste, disposal, labour, and wine losses; all factors contributing to high operating costs. To overcome the limitations of the existing filter aid-based lees systems, The Yalumba Wine Company was one of the first wineries to adopt the latest development in cross-flow filtration. The new technology utilises the same hollow fibre membranes proven in wine clarification applications over the past decade, however, for lees processing the hollow fibres have a wider inner diameter so that they can process higher solids. With implementation of Pall’s Oenoflow™ HS system, the Barossa Valley winery can recover higher quality wine from lees more efficiently and economically.

 

Why change?

The Yalumba Wine Company has been exploring options to remove earth filtration from its winemaking processes. In the past six years, Yalumba has managed to remove all DE filtration and, now with the incorporation of Pall’s Oenoflow HS system, it has been able to further reduce its reliance on perlite filtration for wine lees.

 

In its strive for sustainability, Yalumba approached this objective holistically, ensuring that the move was advantageous for all areas of the business including wine quality, the environment, operational efficiency, occupational health and safety, as well as financially. The change reflects Yalumba’s winemaking philosophy, says head of winemaking Louisa Rose. “Some years ago the Yalumba winemaking team set themselves a goal to eliminate diatomaceous earth, and similar media from the winery processes,” Rose said.

 

The goal, she says, was important for a number of reasons:

 

  • environmental issues are always at top of mind, and earth usage from both an input and waste point of view was never ideal
  • the cost of earth and other filter media such as lenticular cartridges was a large part of the company’s consumables’ budget
  • perhaps most importantly, Rose says they believed that using the associated filtration technologies significantly reduced the quality of its wines, stripping or absorbing flavour and texture into the media.

 

“At Yalumba we have a strong minimalist additive philosophy, and use almost no fining agents in our winemaking; earth just didn’t fit this model,” she said. “Cross-flow filters have enabled this goal to be realised, and the high solids lees crossflow filter has been the icing on the cake. “No longer do premium quality lees and juice bottoms end up at the bottom of the quality chain. The quality in many cases is almost as good as the clear wine, and they are often recoverable back into the product they came from, or similar.”

 

Project implementation

Yalumba operates two wineries in the Barossa Valley, The Yalumba Winery at Angaston, and the Oxford Landing Winery in Nuriootpa. Yalumba installed the Oenoflow HS system to process lees from both sites. During vintage, the system is used at the Angaston winery, where it processes coldsettled white juice bottoms, as well as any lees that are available to be processed. Once the majority of white juice bottoms have been processed, the filter is then relocated to the Oxford Landing Winery, where it continues to process the lees from both sites. By relocating the unit, the transport volumes from each site are minimised while maximising the availability of the unit.

 

Between April and June 2010 as compared to the previous year with the RVD filter, with implementation of the new wide-bore hollow fibre system, Yalumba was able to eliminate the purchase of 30 tonne of perlite for lees processing and reduce their solid waste of “spent earth” volume by 175t. Considerable improvements in filtrate quality and consistency have also been realised. In the past with the RVD, recovered white wine turbidity generally ranged from 10–50 nephelometric turbidity unit (NTU), while red wines had higher turbidity and frequent wine solids carry-over. Yalumba had seen some red wines post-RVD filter with turbidity in excess of 800 NTU. With the Oenoflow HS system, recovered wine turbidity is consistently less than 1 NTU.

Recovering wine at a higher value

Economically, the greatest benefit realised with the high solids cross-flow filter is the reclaiming of wine from the lees back into the original product. Instead of being downgraded, the recovered wine is at the bottling specification for turbidity and micro-organism level. This means that from a processing point of view, it will not have any negative effects when added back to the original batch. Oxford Landing winemaker Matt Pick described the addition of the lees recovered material as “adding complexity and texture from yeast derived characters back into the wine”. Between April and August 2010, the Yalumba Angaston site recovered 108 kilolitres of wine from lees with a total value $168.000 higher than would have been obtained by RVD filtration, because of the higher quality of the cross-flow filtered wine.

 

Operational advantage

The Oenoflow HS system is fully automated, allowing the solids concentration within the system to be accurately controlled to achieve long run times. On some batches of white wine fermentation lees, by automatically controlling the bleed, the filter operated in a steady state condition, with no degradation to flow or change in the solids concentration, enabling run times of over 48 hours, limited only by the volume of material to process. The combination of the cleaning system and flow-path on the filter removes the fear of irreversible blockage of the fibres. The flow through each module is from the bottom up facilitating an easy discharge of solids at the end of each batch. This enables the filter to handle wine solids and bentonite to high concentrations without difficulty.

 

The filter has also been used for standard post-fermentation and racking cellar filtration at the Oxford Landing Winery, expanding the filtration capacity of the site. The filter is able to operate unmanned over weekends as it is connected to the site’s SCADA system for remote monitoring. This enables an additional 35% operation time during the weeks when it is utilised. Additionally by using the system for filtration prior to the bottling membranes, Yalumba has reduced the number of lenticular housings and consumable cartridges required for pre-bottling filtration.

 

Environment and safety

Environmental impact and employee safety are both vital considerations for The Yalumba Wine Company. Rose says the complete removal of earth filtration from its winemaking process was a threeprong approach, as it supported quality, environmental and safety concerns simultaneously. Yalumba had already shifted completely from DE use, eliminating it through use of cross-flow membrane technology for all general cellar clarification. The RDV filters, however, still used perlite, and while being less hazardous from a safety point of view, it must be controlled tightly through the HACCP and wine processing aids approval system. Respiratory protective equipment is required for operators handling the perlite.

 

There is also a significant environmental impact, as the perlite must be mined and then appropriately disposed. The Oenoflow HS system eliminates the need for personal protective equipment for the lees process. There is no dust, which upon inhalation can lead to respiratory issues. Also, when chemically cleaning with the automated cross-flow system, the operator can select the appropriate cleaning cycle and then leave the area. For chemically cleaning the RDV filter, the operator needs to be present.

 

Zusammenfassung

Yalumba cellar surpervisor and lees crossflow trainer Rob Bondfield says the new filter has delivered welcomed changes. “After spending some time running the Oenoflow lees filter and learning what to look out for regarding solids percentage, varying flow rates, pressure differentials, etc, I believe it’s made a huge difference to our quality and efficiency of lees filtration,” he said. “We no longer have to downgrade our lees filtrate because what we are filtering is of the same quality as the free run.

 

We also don’t have the problem of using perlite or DE on the rotary drum and having to dispose of the waste. “The other advantage we have found is that the NTU coming out of the crossflow filter is 0,2–0,4 which has vastly improved our final filtration. Bondfield also praised the user-friendly aspect of the units touch screen and navigation tools.

 

“Purchasing this filter has improved all areas of our lees recovery which, in turn, can only assist in making better wines for our company.” While Yalumba will continue to work on increasing the proportion of solids in the retentate and the filtrate recovery, they are at the forefront of innovation with an application that has sustainable benefits for so many parts of the business, improving wine quality, reducing environmental impact, providing a safer work environment, all while improving the financial recovery of wine lees products.

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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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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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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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