淺談原位清洗在啤酒行業的應用

申 健

（希悅爾包裝(上海)有限公司食品組，上海 201700）

淺談原位清洗在啤酒行業的應用

申 健

（希悅爾包裝(上海)有限公司食品組，上海 201700）

本文介紹了原位清洗（CIP）的基本原理，CIP清洗裝置的基本構成，清洗劑的選擇方法以及傳統的啤酒廠的CIP清洗方案和現代新型的CIP清洗方案的案例分析和效果比較。

原位清洗技術，啤酒廠，清洗劑，堿洗添加劑

微生物好壞對于啤酒廠意義重大，微生物控制的好不好，不僅影響啤酒口味上的純正，還會導致啤酒異常發酵、渾濁、酸敗，因此在啤酒生產的過程中微生物的控制是提升啤酒品質的重中之重。保持啤酒的微生物狀況單靠控制原料的衛生狀況是遠遠不夠的，還要滿足所有工作時的衛生要求，保持料液、酒體等所接觸的容器和管道的衛生，甚至是無菌，那么徹底的清除管道和容器內的臟污就是所有生產部門不可推卸的責任。現代的罐內和管道內的清潔主要使用CIP（原位清洗）技術，那么什么是CIP，CIP的原理是什么，現在又有那些先進的CIP工藝可以用在啤酒廠呢？

1. CIP技術解析

1.1 CIP定義

CIP = Cleaning in place定（原）位清洗，定位清洗是指生產工廠在不拆除或改變系統操作裝置狀態下的清洗方式。

1.2 CIP的優點

★ 縮短清洗時間，增加設備利用率。

★ 清除可能的微生物繁殖場所，減少污染源

★ 延長設備壽命

★ 節約成本

★ 安全

1.3 CIP清洗的基本原理

圖1 CIP 清洗四要素

1.3.1 時間

污垢需要逐層去除，也就是說不論是化學反應過程、機械力的作用還是溫度能量的傳導都是需要一定時間的。

經驗告訴我們，對于一個啤酒廠的管道來講，最短的化學清洗時間是20分鐘，罐是30分鐘。

1.3.2 機械力

對于啤酒廠的清洗來講,清洗劑的機械力主要通過以下兩種方式來體現，一種是對于罐的內表面或者粗大管道是通過洗球或者洗罐器直接噴洗在其的表面，將污垢直接沖刷脫落，其機械力的大小取決于從洗球或者洗罐器噴射出的清洗液水柱的壓力、角度和體量。

圖2 洗球噴射示意圖

另外一種是在管道的內表面通過密閉回路上的泵帶動管道內清洗液流動產生縱向剪切力，達到沖刷并帶走污垢的目的，其機械力的大小是由管道內液體流速決定的。1.5米/秒～2.0米/秒是一個標準的流速范圍。

圖3 管道流量示意圖

1.3.3 溫度

其他條件不變的前提下，溫度的提高可以帶動分子內能的提高，相應地提高化學反應速度，對于清洗的過程來講，意味著清洗速度和清洗效果的提升。經驗告訴我們：溫度提高10℃，化學劑反應速度提升兩倍。

通常來講，CIP清洗的溫度是由以下因素決定的：＊ 清洗回路中，加熱裝置的能力。＊ 目標清洗單位的污垢去除難度＊ CIP使用的化學試劑的成分＊ CIP所接觸的設備材質

1.3.4 化學試劑：

1.3.4.1 化學試劑的基本機理（見圖4）

1.3.4.2 化學試劑分類：

★ 水，最常見的清洗載體。★ 有機溶劑，食品廠不常用。

★ 常見酸堿（水溶液）：氫氧化鉀、氫氧化鈉、磷酸、硝酸、檸檬酸等，雖價格低廉，但清洗效果差，污染環境，逐漸被淘汰。

圖4 化學試劑的基本機理

★ 復合清洗劑：新型清洗劑，針對不同的污垢使用不同的產品，清洗效果好，環保。

1.3.4.3 化學品的選擇

根據如下要求選擇合適的清潔劑：

★ 能快速，完全溶于水

★ 適合污垢特性的首選去污方法(例如酒石含有大量碳酸鈣，草酸鈣等無機污垢，首選酸性清洗劑，脂肪油脂類污垢首選強堿性清洗劑)

★ 適應水的化學特性（要根據水的微生物狀況，pH值以及硬度的大小選取合適的清洗劑）

★ 良好的過水性（化學清洗階段結束后能快速地沖刷干凈，無殘留）

★ 無泡及消泡功能（泡沫在一定情況下可以抵消掉部分機械力，所以CIP清洗劑要求無泡）

★ 對清洗表面無影響（清洗劑不能對設備表面造成腐蝕）

★ 生物降解（有效減輕環保壓力，減少污水排放對環境的傷害）

1.4 CIP系統

簡單地講，CIP系統可分為可回收的CIP系統和不可回收的CIP系統兩種。

1.4.1 不可回收的CIP系統

圖 5 CIP系統圖

不可回收的CIP系統的清洗溶液在每次開始清洗前都需要從新配置新的，清洗結束不回收，直接排放，整個系統沒有回收罐，它的優點是投資小，工人操作彈性大，缺點是化學品和水的清洗成本高，清洗時間長，操作規范性差。目前其主要用于像乳品廠的UHT（超高溫瞬時滅菌）重污的清洗，其使用過的清洗劑非常臟，回收的性價比不高，啤酒廠應用比較少。

1.4.2 可回收CIP系統是目前主流，其主要由以下5部分構成：

1.4.2.1 其中CIP主站通常是由以下部分構成：

1.4.2.2 供給泵和回流泵

供給泵和回流泵是整個CIP環路的動力來源，在整個CIP系統中的作用巨大。在CIP的清洗過程中難免會在環路中產生氣泡，特別是堿洗過程中，為了避免氣蝕的產生，我們通常要求CIP的供給泵使用液環泵，當然，為了降低成本，回流泵也可以使用離心泵。

為了保證CIP輸出和回流的清洗液動態平衡，我們通常要求回流泵的流量是輸出泵流量的1.1倍。

1.4.2.3 噴淋裝置

噴淋裝置通常分為以下三種：

三種洗罐裝置各有優缺點，比如固定式的洗球成本低，維修方便，清洗時對壓力要求低，但是其所需要的流量大，并且沖刷力比后兩種低，所以工廠要根據自己的具體情況選擇適合的洗罐裝置。

圖6 CIP主站示意圖

圖7 洗球，洗罐器

2. 傳統啤酒廠主要的清洗單元的清洗工藝

2.1 發酵罐清洗工藝

2.2 清酒罐清洗工藝

2.3 煮沸鍋清洗工藝

2.4 壓濾機清洗工藝

表1 發酵罐清洗工藝

表2 清酒罐清洗工藝

表3 煮沸鍋清洗工藝

表4 壓濾機清洗工藝

3. 現代啤酒行業的清洗工藝

希悅爾（Sealed Air）是食品衛生與安全、設施衛生以及產品保護領域的全球領先企業，擁有享譽全球的創新性品牌，其所屬泰華施清潔與衛生部門是全球最專業的清潔和衛生方面的高效及可持續解決方案的提供者之一，在與百威英博、嘉士伯、喜力、燕京、華潤等全球性和中國市場知名的啤酒集團合作的過程中，針對客戶的實際情況和具體要求提供專業的有針對性的清洗方案，例如：

3.1 現代的發酵罐清洗工藝

新型清洗工藝和傳統工藝相比具有以下優勢：

＊ 發酵罐帶壓清洗，不需要對二氧化碳進行排空和置換

(1) 可以節省大量的清洗時間，加快罐的周轉以提高生產率，通常500噸發酵罐進行排空需要至少2～3小時，置換同樣需要2～3小時，加起來4～6小時，在啤酒廠的生產旺季，這個時間對于工廠的増產，意義重大。

(2) 可以節省大量二氧化碳和堿液。如果一個圓柱形的發酵罐直徑6米，20米高，罐頂空間25%，那么多少堿會與殘留的二氧化碳CO2反應？

發酵罐的體積 是πr2h=3.14×9×20=565.5m3，CO2的體積是發酵罐體積的25%，即565.5×0.25=141.4m3，標準狀態下相當于278kg的CO2（CO2密度以1.97kg/m3計）。經過計算，1m3的CO2要和3.6kg的苛性鈉反應，那么141.4 m3的CO2要與509kg固體片堿反應，相當于1018kg的50% NaOH溶液，或者25400kg的2%NaOH溶液。

發酵罐的體積是πr2h=3.14×9×20=565.5m3，CO2的體積是發酵罐頂的25%=565.5×0.25=141.4m3標準狀態=278kg，經過計算，1m3的CO2要和3.6kg的苛性鈉反應，那么141.4m3的CO2會和反應=509kg NaOH片堿=678升的50%NaOH液堿=25400升的2% NaOH。

按照阿里巴巴報價，食品級片堿價格按照2.5元/kg，那么500kg片堿成本是509×2.5=1272.5元；食品級二氧化碳價格按照0.5元/kg計算，278kg的CO2的成本是278× 0.5=139元，總成本等于1272.5+139=1411.5，也就是說總計成本節省1412元。

(3) 不需要對罐內的二氧化碳進行排空和置換，也就意味著不需要或者少需要清洗后補充二氧化碳,可以減少外來不潔二氧化碳的二次污染。.

★ 堿液用量平均只有原堿液用量的10%，可以大大降低費用和排放影響。

3.2 現代煮沸鍋的清洗工藝

添加劑（SU560）是希悅爾公司特別為三步CIP和加強CIP研發的一種堿性添加劑，其含有獨特的混合螯合劑和表面活性劑，擁有高螯合性和低泡特性。 因此它適合在所有的水硬度條件下使用，同時可以消除堿性清潔劑和污垢反應時產生的泡沫。這樣使它非常經濟，特別適合重復使用。

新型清洗工藝的優勢：

與傳統工藝相比，新的清洗工藝雖然化學品的成本有約10%左右的上升，但是使用新型清洗工藝后，每次清洗都可徹底去除煮沸鍋內部，特別是加熱器上焦化的變性的頑垢，從而可以：

(1) 大大提高加熱效率，節省蒸汽。

表5 現代的發酵罐清洗工藝

表6 現代煮沸鍋的清洗工藝

圖8 清洗效果比較

(2) 延長生產周期，減少清洗頻次，提高生產效率，在旺季時，這點更重要。

(3) 徹底去除頑垢，可以減少頑垢對于下一鍋麥汁在口味和色澤上的影響。

4. 結論

CIP對于啤酒品質的保證有著重要的意義，所以CIP技術也是通常啤酒廠的核心技術之一，隨著各大啤酒集團的擴張，規模的擴大，各集團對其旗下的產品品質的要求會越來越嚴格，工廠的生產效率的要求會越來越提高，在這種形勢下，傳統的、松散的、各自為政的、各個工廠自行采購，自行制定的CIP工藝和模式會逐漸淘汰，取而代之的是現代的、嚴謹的、統一的，啤酒集團和清洗廠家戰略合作，由清洗專業廠家給工廠提供專業的技術指導、技術服務和技術支持的模式，在這種模式下實現啤酒集團和清洗廠家的強強聯手，共贏共存。

[1] Roger B. Boulton Vernon L. Singleion Linda F. Bisson Ralph E. Kunkee Principles and Practices of Winemaking [M].中國輕工業出版社 2001.

[2] 邵長富 趙晉府 .軟飲料工藝學 [M].輕工業出版社.1987.

[3] 肖家捷.果汁和蔬菜汁生產工藝學. [M].輕工業出版社.1987.

[4] 張偉.袁耀武. 現代食品微生物檢測技術. [M].化學工業出版社. 2007.

[5] 何國慶.食品發酵與釀造工藝學.[M].中國農業出版社.2001.

[6] 仇農學.現代果汁加工技術與設備. [M].化學工業出版社.2005.

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