啤酒发酵罐的清洗和灭菌

摘 要 ： 发 酵 罐 的 微 生 物状 况 对 啤 酒 质 量 影 响 很 大 ， 清 洁 无 菌 是 啤 酒 生 产 中 卫 生 管 理 的 基 本 要 求 。 良 好 的 CIP系 统 可 以 对 发 酵 罐 进 行 有 效 地 清 洗 。 对 发 酵 罐 的 清 洗 机 理 、 清 洗 方法 、 清 洗 程 序 、 清 洗 剂 /灭 菌 剂 的 选 择 以 及 CIP系 统 的 运 行 质 量 等 问 题 进 行 了 探 讨 。             　
0   前 言 
　 清 洗 和 灭 菌 是 啤 酒 生 产 的 基 础 性 工 作 ， 也 是 提 高 啤 酒 质 量 zui 关 键的 技 术 措 施 。 清 洗 和 灭 菌 的 目 的 就 是 要 尽 可 能 地 去 除 生 产 过 程 中 管 道 及 设 备 内 壁 生 成 的 污 物， 消 除 腐 败 微 生 物 对 啤 酒 酿 造 的 威 胁 。 其 中 ， 以 发 酵 车 间 对 微 生 物 的 要 求 zui 高 ， 清 洗 灭 菌 工作 占 其 工 作 总 量 的 70％ 以 上 。 目 前 ， 发 酵 罐 的 容 积 越 来 越 大 ， 物料 输 送 管 道 也 越 来 越 长 ， 给 清 洗 和 灭 菌 带 来 许 多 困 难 。 如 何 正 确 有 效 地 对 发 酵 罐 进 行 清 洗 和灭 菌 ， 以 适 应 当 前 啤 酒 “ 纯 生 化 ” 的需 要 ， 满 足 消 费 者 对 产 品 质 量 的 要 求 ， 应 该 引 起 啤 酒 酿 造 工 作 者 的 高 度 重 视 。 
1   清 洗 机 理 与 影响 清 洗 效 果 的 相 关 因 素 
1.1 清 洗 机 理 
　 啤 酒 生 产 过 程 中 ， 与 物 料 接 触 的 设 备 表 面 ， 由 于 各 种 原 因 会 沉 积一 些 污 物 。 对 于 发 酵 罐 来 说 ， 其 积 垢 成 份 主 要 有 酵 母 和 蛋 白 类 杂 质 、 酒 花 和 酒 花 树 脂 化 合 物以 及 啤 酒 石 等 。 因 为 受 静 电 等 因 素 作 用 ， 这 些 污 物 与 发 酵 罐 内 壁 表 面 之 间 具 有 一 定 的 吸 附 能量 ， 很 显 然 ， 为 了 驱 使 污 物 脱 离 罐 壁 ， 必 须 付 出 一 定 的 能 量 。 此 能 量 可 以 是 机 械 能 ， 即 采 用一 定 冲 击 强 度 的 水 流 洗 刷 的 办 法 ； 也 可 以 采 用 化 学 能 ， 如 使 用 酸 性 （或碱 性 ）清 洗 剂 ， 使 污 物 疏 松 、 崩 裂 或 溶 解 ， 从 而 脱 离 附 着 表 面 ； 还可 以 是 热 能 ， 即 通 过 提 高 清 洗 的 温 度 ， 加 快 化 学 反 应 速 度 及 加 速 清 洗 过 程 的 进 行 。 事 实 上 ，清 洗 过 程 往 往 是 机 械 作 用 、 化 学 作 用 和 温 度 效 应 共 同 作 用 的 结 果 。 
1.2 影 响 清 洗 效 果 的 相 关 因素 
1.2.1 污 物 与 金 属 表 面 间 吸 附能 力 的 大 小 ， 与 金 属 表 面 粗 糙 度 有 关 。 金 属 表 面 越 粗 糙 ， 污 物 与 表 面 间 吸 附 力 越 强 ， 清 洗 就越 困 难 。 用 于 食 品 生 产 的 设 备 ， 要 求 Ra<1μ m； 设 备 表 面 材 料的 特 性 也 影 响 到 污 物 与 设 备 表 面 之 间 的 吸 附 力 ， 例 如 ， 合 成 材 料 的 清 洗 较 之 不 锈 钢 的 清 洗 尤为 困 难 。
1.2.2 污 物 的 特 性 也 与 清 洗 效果 有 一 定 的 关 系 。 很 明 显 ， 要 除 去 已 干 结 的 陈 旧 污 物 比 除 去 新 的 污 物 要 困 难 的 多 。 所 以 ， 在一 个 生 产 循 环 完 成 之 后 ， 一 定 要 尽 快 对 发 酵 罐 进 行 清 洗 ， 不 能 图 方 便 ， 等 下 次 使 用 前 再 清 洗灭 菌 。 
1.2.3 冲 刷 强 度 是 影 响 清 洗 效果 的 又 一 主 要 因 素 。 无 论 冲 洗 管 道 还 是 罐 壁 ， 只 有 当 洗 液 处 于 湍 流 状 态 时 ， 其 清 洗 效 果 才 * 。 因 此 ， 需 对 冲 洗 强 度 和 流 量 进 行 有 效 控 制 ， 以 使 设 备 表 面 充 分 湿 润 ， 保 证 zui 佳 的 清 洗 效果 。 
1.2.4 清 洗 剂 本 身 产 生 的 效 果取 决 于 它 的 类 型 （酸 或 碱 ）、 活 性 以 及浓 度 。 
1.2.5 多 数 情 况 下 ， 清 洗 效 果随 温 度 的 升 高 而 增 加 。 大 量 的 试 验 表 明 ， 当 清 洗 剂 种 类 和 浓 度 确 定 时 ， 50℃ 清 洗 5min和 20℃ 清 洗 30min的 效 果 是 一 样 的 。 
2   发 酵 罐 的 CIP清 洗 
2.1 CIP运 行 方 式 及 其 对 清 洗 效果 的 影 响 
　 现 代 化 啤 酒 厂 采 用 zui 普 遍 的 清 洗 方 式 是 原 位 清 洗 （cleaning in place， 简 称 CIP）， 即 在 密 闭条 件 下 ， 不 拆 动 设 备 的 零 部 件 或 管 件 ， 对 设 备 及 管 路 进 行 清 洗 及 灭 菌 的 方 法 。 
2.1.1 象 发 酵 罐 这 样 的 大 容 器， 不 可 能 用 充 满 清 洗 液 的 方 式 清 洗 。 发 酵 罐 的 原 位 清 洗 是 通 过 洗 涤 器 循 环 进 行 的 。 洗 涤 器 有固 定 洗 球 型 和 旋 转 喷 射 型 两 种 型 式 ， 通 过 洗 涤 器 把 清 洗 液 喷 射 到 罐 体 内 表 面 ， 然 后 清 洗 液 沿罐 壁 向 下 流 淌 ， 一 般 情 况 下 ， 清 洗 液 会 形 成 一 层 薄 膜 附 着 在 罐 壁 上 。 这 样 机 械 作 用 的 效 果 很小 ， 清 洗 效 果 主 要 靠 清 洗 剂 的 化 学 作 用 来 实 现 。 
2.1.2 固 定 洗 球 型 洗 涤 器 的 作用 半 径 为 2m，对 于 卧 式 发 酵 罐 就 必 须 安 装 多 个 洗 涤 器 ， 洗 液 在 洗 涤 器 喷 咀 出 口 的 压 力 应 为 0.2～ 0.3MPa； 对 于 立 式 发 酵 罐 和 压 力 测 量点 在 洗 涤 泵 出 口 的 情 况 ， 不 仅 要 考 虑 管 路 阻 力 造 成 的 压 力 损 耗 ， 还 要 考 虑 高 度 对 清 洗 压 力 的影 响 。 
2.1.3 压 力 太 低 时 ， 洗 涤 器 的作 用 半 径 小 ， 流 量 不 够 ， 喷 射 的 清 洗 液 不 能 布 满 罐 壁 ； 而 压 力 太 高 时 ， 清 洗 液 会 形 成 雾 状 ，不 能 形 成 沿 罐 壁 向 下 流 动 的 水 膜 ， 或 者 喷 射 的 清 洗 液 被 罐 壁 反 弹 回 来 ， 降 低 了 清 洗 效 果 。 
2.1.4 在 被 清 洗 设 备 较 脏 和 罐体 直 径 较 大 （d>2m）时， 一 般 采 用 旋 转 喷 射 型 洗 涤 器 ， 通 过 增 加 洗 涤 器 出 口 压 力 （0.3～ 0.7MPa）， 来 加 大 洗 涤 半 径 ， 增 强 冲 洗 的 机 械 作 用 ， 增 加 去 垢 效 果 。
2.1.5 与 球 型 洗 涤 器 相 比 ， 旋转 喷 射 型 洗 涤 器 可 以 采 用 较 低 的 清 洗 液 流 量 。 由 于 冲 洗 介 质 通 过 时 ， 洗 涤 器 利 用 流 体 的 反 冲力 进 行 旋 转 ， 冲 洗 和 流 空 交 替 进 行 ， 从 而 提 高 了 清 洗 效 果 。 
2.2 清 洗 液 流 量 的 估 算 
　 前 已 述 及 ， 发 酵 罐 清 洗 时 需 要 有 一 定 的 冲 洗 强 度 和 流 量 。 为 了 保证 流 体 流 层 足 够 的 厚 度 及 形 成 连 续 的 湍 流 ， 必 须 注 意 清 洗 泵 的 流 量 。 
2.2.1 对 于 清 洗 圆 形 锥 底 罐 ，清 洗 液 的 流 量 有 不 同 的 估 算 方 法 。 传 统 方 法 只 考 虑 罐 的 周 长 ， 根 据 清 洗 的 难 易 程 度 ， 在 1.5～ 3.5m3/m· h范 围 内 确 定 （一 般小 罐 取 下 限 ， 大 罐 取 上 限 ）。 一 个 直 径 6.5m的 圆 形 锥 底 罐 ， 周 长 约 20m， 如采 用 3m3/m· h时 ， 清 洗 液 的 流 量 约 为 60m3/h。 
2.2.2 新 的 估 算 方 法 的 依 据 是， 每 百 升 冷 却 麦 汁 在 发 酵 过 程 中 析 出 的 代 谢 产 物 （沉 积 物 ）的 量 是 一 定 的 。 罐 的 直 径 增 加 时 ， 单 位 罐 容 的 内 表 面 积 降 低 ， 其 结 果是 单 位 面 积 上 的 污 物 负 荷 量 加 大 ， 必 须 相 应 提 高 清 洗 液 的 流 量 ， 建 议 以 0.2m3/m2· h为 宜 。 一 个 容 量 为 500m3、直 径 为 6.5m的发 酵 罐 内 表 面 积 约 为 350m2，则 清 洗 液 的 流 量 约 为 70m3/h。 
3  清 洗 发 酵 罐 常 用 的 方 法及 程 序 
3.1 按 清 洗 操 作 温 度 来 分 ，可 分 为 冷 清 洗 （常 温 ）与 热 清 洗 （加 热 ）。 人 们 为 了 节 省 时 间 和 洗 液 ， 往 往 在温 度 较 高 的 情 况 下 进 行 清 洗 ； 而 为 大 罐 操 作 安 全 考 虑 ， 冷 清 洗 则 常 被 用 于 大 罐 的 清 洗 。 
3.2 按 采 用 的 清 洗 剂 种 类 不同 ， 可 分 为 酸 性 清 洗 和 碱 性 清 洗 。 碱 洗 特 别 适 合 去 除 系 统 内 生 成 的 有 机 污 物 ， 如 酵 母 、 蛋 白质 、 酒 花 树 脂 等 ； 酸 洗 主 要 是 去 除 系 统 内 生 成 的 无 机 污 物 ， 如 钙 盐 、 镁 盐 、 啤 酒 石 等 。