Jeszcze na początku XXI wieku mętne piwo kojarzyło się konsumentom z produktem zepsutym, niepełnowartościowym i gorszym. Od piw dostępnych na rynku oczekiwano idealnej klarowności i był to wyznacznik wysokiej jakości (warto zaznaczyć, że rynek ten był zdominowany piwami dolnej fermentacji). Dziś rynek piwny, w którym rosnący udział biorą średnie i małe browary, oferuje szeroką gamę różnych styli piwnych – głównie górnej fermentacji – w których zmętnienie nie jest niczym niepokojącym, wręcz dla niektórych styli cechą charakterystyczną. Rosnąca w siłę produkcja w browarach rzemieślniczych i ogólnoświatowe zainteresowanie piwami niszowymi, stawiają przed piwowarami wyzwanie w postaci wydłużonej stabilności produktów – szczególnie tych eksportowanych. Piwo powinno być stabilne, czyli przez cały okres przydatności do spożycia utrzymywać wysoką, niezmienną jakość. Wyróżnia się kilka rodzajów stabilności piwa, w tym główne trzy: mikrobiologiczna, koloidalna i sensoryczna. 

Problem zmętnień i stabilności koloidalnej piwa był badany przez naukowców przez dziesiątki lat.

Wyróżniono można dwa typy zamgleń/zmętnień piwa¹:

1. Widoczne (spowodowane białkami i pentozanami): przyczynia się do skrócenia okresu przydatności do spożycia²;
2. Niewidoczne „pseudo zamglenia”: wywołane drobnymi cząstkami (<0,1μm)³. 

Jako przyczyny powstawania zamgleń piwa wymienia się wiele struktur, w tym: pozostałości skrobi⁴, wspomniane pentozany⁵, β-glukany⁶, produkty autolizy drożdży (białka, węglowodany)⁷ czy jony metali⁸. 

Tzw. nie biologiczne zmętnienia podzielić można na trzy typy:

Zimne zmętnienie (odwracalne) powstaje w wyniku schłodzenia piwa do  temperatury bliskiej 0℃, znika po jego powtórnym podgrzaniu. Jest wynikiem aglomeracji białek i utlenionych flawonoidów. Mimo, że nie jest to zmętnienie stałe, należy niwelować tego typu zamglenia, ponieważ mogą się one przerodzić w nieodwracalne¹.   

Trwałe zmętnienie (nieodwracalne) wywołane obecnością białek pochodzących z jęczmienia i ich wysokim powinowactwem do polifenoli i utlenionych garbników⁹. Za czynniki powodujące trwałe zamglenia podejrzewa się utlenianie, starzenie piwa, wstrząsanie, niektóre metale czy pasteryzację¹⁰.

Inne (spowodowane innymi substancjami).

Powstawanie zmętnień trwałych jest stymulowane reakcjami utleniania i redukcji. Ten rodzaj zmętnień składa się w 40-75% z substancji białkowych, 17-55% polifenoli i 3-13% polisacharydów¹¹.

Ogólnym celem filtracji i stabilizacji piwa jest zapobieganie jego zmianom w czasie transportu i przechowywania. Zasadniczo etap filtracji spełnia dwie role:

• Oddzielenie cząstek zawieszonych w piwie (bezpośredni cel procesu filtracji);
• Usunięcie potencjalnych czynników powodujących powstawanie zmętnień (stabilizacja koloidalna)¹².

Proces filtracji w bardzo ogólny sposób można opisać jako mechaniczne oddzielenie części stałych od cieczy. W zależności od mechanizmu oddzielania rozróżniamy dwie główne metody:

1. Filtracja powierzchniowa 

Cząstki oddzielone są na powierzchni zewnętrznej mediów filtracyjnych, odpowiednio do ich wielkości porów.

2. Filtracja wgłębna (dynamiczna lub statyczna)

Dynamicznym rodzajem filtracji wgłębnej jest tzw. filtracja nanoszeniowa. Zatrzymanie cząstek stałych zmętnień i osadów zachodzi tu wewnątrz warstwy filtracyjnej, a warstwa ta jest w sposób ciągły i dynamiczny tworzona podczas filtracji. 

Przykładem filtracji wgłębnej statycznej jest filtracja płytowa – tu funkcję oddzielania i zatrzymywania cząstek stałych odgrywa stała, niezmieniająca się warstwa filtracyjna, w postaci płyty.

Filtracja piwa w głównej mierze opiera się na metodzie wgłębnej (z wyjątkiem technik membranowych i cross-flow). By uzyskać odpowiednią klarowność, z piwa usuwane są wszystkie cząstki stałe o wielkości >0,5 μm, w tym: mikroorganizmy (drożdże 5-10 μm, bakterie 0,5-1 μm), białka (gorący osad 0-5 μm, zimny osad 0-3 μm), związki białkowo-garbnikowe (0-5 μm), węglowodany (skrobia, dekstryny, pentozany, β-glukan: 0-5 μm).

W przypadku filtracji nanoszeniowej środek filtracyjny, który odpowiedzialny jest za oddzielanie i wiązanie cząstek stałych, składa się z dwóch części. Pierwsza to element nośny filtra (kartony w przypadku filtracji ramowo-płytowej, sita przy filtracji sitowej czy pionowe elementy w kształcie świec jako element nośny filtrów świecowych) oraz środków pomocniczych do filtracji¹³. 

Środki pomocnicze stanowią czynnik wspomagający i zwiększający efektywność procesu filtracji. Poniżej scharakteryzowano kilka z najczęściej stosowanych materiałów pomocniczych w filtracji i stabilizacji piwa.

Przepuszczalność ziem okrzemkowych bezpośrednio przekłada się na stopień uzyskiwanej klarowności (im wyższa, tym mniejsza klarowność) i wydajności procesu filtracji. Zużycie waha się od 70 do 220 g/hl piwa¹⁴, a ustalenie idealnego stosunku w mieszance ziem okrzemkowych wymaga doświadczenia związanego z dostępnym w browarze sprzętem, rodzajem filtrowanego piwa i efektem końcowym jaki piwowar chce osiągnąć¹². 

Ziemia okrzemkowa powszechnie stosowana jest jako materiał pomocniczy przy filtracji filtrami ramowymi, płytowymi i świecowymi. Jest materiałem pewnym i skutecznym,  jednak niemożliwym do regeneracji – po użyciu warstwa ziemi okrzemkowej musi zostać wymieniona na świeżą. Czynnikiem ograniczającym jej użytkowanie jest stosunkowo wysoka cena i szkodliwość dla organizmu człowieka, przez co jej dozowanie i usuwanie osadu po filtracji, powinno być możliwie zautomatyzowane.

Perlit to materiał pochodzenia wulkanicznego, nazywany też szkłem wulkanicznym. W większości składa się z krzemianu glinu, w swoim składzie zawiera również kilka procent wody, co wykorzystywane jest przy jego obróbce, w celu uzyskania powierzchni porowatej. Surowa skała jest kruszona i rozdrabniana, następnie poddawana temperaturze ok 870℃. W tak wysokiej temperaturze struktura perlitu rozszerza się, zawarta w nim woda szukając ujścia, by odparować generuje niezliczoną ilość kanalików i otworów, tworząc pory.  Proces ten nazywany jest pęcznieniem perlitu, nadaje mu 5-20 krotnie większą objętość, lekkość i biały kolor. Pozyskiwany w głównej mierze w rejonie morza śródziemnego, z czego ok 70% rezerw światowych znajduje się w Turcji¹⁵. 

W porównaniu z ziemią okrzemkową perlit nie zawiera tak złożonych wewnętrznych porów, co widać na Rysunku 2.

Materiał ten klasyfikowany jest ze względu na stopień rozdrobnienia (bardzo drobny, średnio drobny gruby i bardzo gruby perlit). O jego ekonomiczności świadczy duża wydajność (dzięki dużej objętości w stanie mokrym), możliwość wielokrotnego wykorzystania w długich szarżach i duża prędkość przepływu¹³. 

Perlit sam w sobie, przez brak porów wewnętrznych nie ma wysokiej zdolności do klarowania, w browarach stosowany jest w formie mieszanki z celulozą lub produktami na bazie celulozy.

Żel krzemionkowy to przemysłowy preparat krzemianu sodu. Cząsteczka żelu krzemionkowego ma kształt kulisty i charakteryzuje się dużą porowatością i bardzo dużą powierzchnią rozwinięcia. W wyniku tworzenia się mostków między grupami aminowymi białek, a grupami silanowymi żeli krzemionkowych następuje adsorpcja białek. Żele krzemionkowe spotykane w handlu mają średnicę cząstek 9-20 μm¹⁶. Można je dozować do piwa w trakcie dojrzewania, jednak najprostszy i najczęściej stosowany sposób polega na dozowaniu żelu wraz z ziemią okrzemkową podczas filtracji piwa, stosując dawkę w przedziale 50 – 80 g/hl. Długi czas kontaktu żelu krzemionkowego z piwem nie jest wymagany, 80% adsorpcja zachodzi już po 3 minutach. Środek ten ma wysoką zdolność adsorpcji białek, natomiast wykazuje słabą filtrowalność¹⁴.

Wspomniane wśród środków klarujących brzeczkę zole krzemionkowe również mogą być stosowane w celu stabilizacji piwa, oddzielane na etapie filtracji. Zol krzemionkowy można dodawać do piwa na etapie dojrzewania, jednak konieczne jest wówczas mieszanie możliwość usunięcia dolnym zaworem zbiornika lub odwirowanie¹⁴.

Jest usieciowanym polimerem o dużej masie cząsteczkowej, a jego struktura molekularna jest bardzo podobna do aminokwasu proliny¹⁷. Selektywnie wiąże się z polifenolami odpowiedzialnymi za zimne i trwałe zmętnienia piwa. Nie jest jednak jasne, czy wiąże się z tą samą częścią cząsteczki polifenolu co polipeptydy, jednak potwierdzono, ze jest to bardzo trwałe wiązanie wodorowe¹⁸.

PVPP jest nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalnikach organicznych, mocnych kwasach i zasadach. Przed użyciem powinno zostać namoczone w wodzie, by zwiększyło swoją objętość przez pęcznienie¹⁹.

Na potrzeby browarnicze, stosowane są dwa rodzaje PVPP²⁰:

1. W postaci zmikronizowanego proszku, przeznaczonego do jednorazowego użytku. Cząsteczki są bardzo małe, ale zapewniają dużą powierzchnię. Konieczny czas kontaktu z piwem to 5–10 min. Tę formę PVPP można dozować do zimnego zbiornika kondycjonującego, a oddzielana jest na etapie filtracji piwa. Dawka proszku to około 10–40 g/hl, a przy stosowaniu jednocześnie z żelem krzemionkowym zaleca się mniejszą dawkę. Może być stosowane z innymi materiałami pomocniczymi takimi jak papaina, żel krzemionkowy czy k-karagen.
2. Postać o większych cząsteczkach, co wiąże się z mniejszą powierzchnią i absorbowaniem mniejszej ilości cząsteczek polifenoli. Zaletą tej postaci PVPP jest możliwość regeneracji złoża i wielokrotnego użytku. Dozowany do piwa po wstępnej filtracji, sepiowany jest na oddzielnym filtrze. Regeneracja złoża polega na przemywaniu NaOH w temperaturze 60-80℃ przez 15-30 minut, a następnie rozcieńczonym kwasem do przywrócenia pH 4. W ten sposób usuwa się węglowodany i sole wapnia uwięzione w resztkach złoża, następnie warstwę filtracyjną przemywa się wodą, by uzyskać obojętny odczyn. Ten rodzaj PVPP wymaga większej inwestycji początkowej, jednak w przypadku browarów, które mają dużą, ciągłą produkcję i oczekują przydatności do spożycia powyżej 40 tygodni, jest tańszym wariantem w porównaniu do PVPP jednorazowego¹⁴.

Przyjęto, że najlepszą temperaturą do stosowania zarówno żelu krzemionkowego jak i PVPP jest 0 do -2℃, a czas kontaktu powinien wynosić nawet powyżej 48 godzin¹⁴.

1. Bamforth, C.W. (1999) Beer haze.J. Am. Soc. Brew. Chem. 57, 81–90.
2. Siebert, K.J.; Troukhanova, N.V.; Lynn, P.Y. (1996) Nature of polyphenol protein interactions.J. Agric. Food Chem. 44, 80–85.
3. Bamforth, C.W. (2011) 125th anniversary review:  The non-biological instability of beer.J. Inst.  Brew. 117,488–497.
4. Letters, R. (1969) Origin of carbohydrates in beer sediments.J. Inst. Brew. 75, 54–80. 
5. Coote, N.; Kirsop, B.H. (1976) A haze consisting largely of pentosan.J. Inst. Brew. 82, 34.
6. Gjertsen, P. (1966) Beta-glucans in malting and brewing. I Influence of beta-glucans on the filtration of strong beers.Proc. Am. Soc. Brew. Chem. 24, 113–120.
7. Lewis, M.J.; Poerwantaro, W.M. (1991) Release of haze material from the cell walls of agitated yeast.J. Am. Soc.Brew. Chem. 49, 43–46.
8. Bengough, W.I.; Harris, G. (1955) General composition of nonbiological hazes of beer and some factors in theirformation. Part, I.J. Inst. Brew. 61, 134–135.
9. Gorinstein, S.; Moshe, R.; Wolfe, F.H.; Berliner, M.; Rotenstreich, A.; Tilis, K. (1990) Characterization of stabilizedand unstabilized beers.J. Food Biochem. 14, 161–172. 
10. Krstanovi ́c,  V.  The  Influence  of  Partial  Substitution  of  Malt  with  Maize  Grits  and  Wheat  on  QualityParameters and Colloidal Stability of Beer. Master ’s Thesis, University of Zagreb, Zagreb, Croatia, July 2000.
11. Narziss L.(1986): Abriss der Bier-brauerei. Ferdinand Enke Verlag. Stuttgart.
12. Handbook of Brewing: Processes, Technology, Markets. Edited by H. M. Eßlinger Copyright © 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN: 978-3-527-31674-8.
13. Pasztaleniec G. (2008) „Filtracja nanoszeniowa – materiały i środki”. Materiały pomocnicze w technologii browarniczej, XIII Szkoła Technologii Fermentacji. Wyd.  Naukowe Akapit, str. 260-277.
14. Briggs, D. E., Boulton, C. A., and Brookes, P. A. (2004) Brewing Science and practice.
15. Żukowski M.(2011). Wykorzystanie pustaków szczelinowych wypełnionych ekspandowanym perlitem w technologiach energooszczędnych. „Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials”. 63 (1), s. 195-200.
16. Niemsch K. (1991): Using silica sol to enhance beer filtration. Brewing Distiling Internat., 22, (6),12. 
17. Siebert, K.J.; Lynn, P.Y. (1997) Mechanism of beer colloidal stabilization.J. Am. Soc. Brew. Chem. 55, 73–78.
18. McMurrough, I.; O’Rourke, T. (1997) New insight into the mechanism of achieving colloidal stability.MBAA Tech. Q. 34, 271–277
19. Gopal, C.; Rehmanji, M. (2000) PVPP—The route to effective beer stabilisation.Brew Guard,129, 1–4.
20. Leiper, K.A.; Miedl, M. Colloidal stability of beer. InHandbook of Alcoholic Beverages Series, Beer: A QualityPerspective; Bamforth, C.W., Russell, I., Stewart, G., Eds.; Elsevier Ltd.: San Diego, CA, USA, 2009; Chapter 4