HTST智能滅菌系統在啤酒生產中的應用

張冠坤

摘 要：人們對于食品的要求越來越高，產品生產廠家需要嚴格控制生產的整個過程，利用優質可靠的生產設備完成高品質產品的生產。滅菌系統作為整個生產系統中的重要組成部分，對工業無菌產品生產起到至關重要的作用。本文依據高溫瞬時殺菌的研究背景和市場前景，分析了高溫瞬時滅菌的特點和經濟意義，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：高溫瞬時滅菌;滅菌系統;啤酒生產

Application of HTST Intelligent Sterilization System in Beer Production

ZHANG Guankun

（Shandong Miyou Machinery Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： people have higher and higher requirements for food， which requires product manufacturers to more strictly control the whole production process and use high-quality and reliable production equipment to complete the production of high-quality products. As an integral part of the whole production system， sterilization system plays a vital role in the production of industrial sterile products. According to the research background and market prospect of high temperature instantaneous sterilization， this paper analyzes the characteristics and economic significance of high temperature instantaneous sterilization， in order to provide reference for relevant personnel.

Keywords： high temperature instantaneous sterilization system; sterilization system; beer production

1 研究背景

高溫瞬時殺菌（High Temperature Short Time，HTST）工藝在國內的啤酒行業的應用處于興起階段，但在國外的酒精類飲料生產消費大國，如德國、美國、法國等國家，高溫瞬時滅菌工藝已經廣泛應用。對比傳統的隧道式殺菌機，兩種滅菌方式有著本質的不同，傳統的隧道式巴氏殺菌機將水加熱至60～

70 ℃，然后利用熱水的熱能加熱瓶裝或灌裝啤酒，維持20～30 min，從而實現殺菌的目的。高溫瞬時殺菌的滅菌方式是在酒液灌裝前，通過間壁式的換熱裝置，通過高溫水與酒液進行換熱，通過短時的溫度更高的滅菌過程實現酒液的工業無菌，而后再進行灌裝和包裝。

2 市場前景

大型啤酒廠節能降耗、環保壓力以及成本壓縮的內在需求;產品同質化嚴重，大型啤酒廠迫切需要擴充產品線。異質化產品的出現需要更高要求的殺菌形式;原麥汁濃度回升。消費市場對現有的工業化啤酒認可程度越來越低，大型啤酒廠開始推出新鮮的原漿啤酒，僅能通過瞬時殺菌來保證酒液的釀造風味和包裝特點。啤酒釀造行業的很多數據顯示出了特色啤酒包裝小型化和特異化的趨勢，既可以體現啤酒釀造文化，又可體現啤酒產品的衛生和安全。今后的發展趨勢是特異化包裝的啤酒產品的生產比例將穩步上升，特別是PET瓶的廣泛應用，更加順應了這一趨勢。小型精釀啤酒廠存在滅菌需求，同時又受規模限制，大型殺菌釜匹配困難，舊有的殺菌形式難以滿足精釀啤酒市場對口味品質的追求。

3 殺菌形式對啤酒品質的影響

啤酒中的揮發性酯是啤酒香氣的來源。由表1可知，傳統滅菌方式的滅菌時間較長，使滅菌后的酯類物質含量顯著降低，而采用高溫瞬時滅菌的生產方式將會明顯減少脂類物質損失。這是由于傳統的巴氏滅菌將會提高滅菌值，將會使啤酒損失更多的風味物質。

4 高溫瞬時滅菌的特點和經濟意義

4.1 項目主要研發內容及解決的關鍵技術

機組應具備自動操作功能，能夠對PU值進行設定，可按照設定完成CIP功能;系統可實現滅菌過程的運行曲線，整個工作過程都可以被記錄。機組可根據客戶的不同要求、物料的不同情況，適當選配板式換熱器或者管殼式換熱器。高溫瞬時殺菌機組以完善的安全技術文件作為支撐，安全性能更高，這也是滅菌機組的一個競爭優勢。機組集成滅菌值計算及全自動控制，CIP/SIP自動清洗，專門開發啤酒PLC軟件，實現不同物料不同殺菌強度控制。

4.2 主要技術創新之處

滅菌機組采用衛生設計（全排空設計），具備換熱壓力監測的功能，消除交叉污染風險，增壓泵可對物料增壓，保證產品質量安全與品質;專門開發的啤酒PLC軟件可實現全自動運行，物料自動回流，內置CIP自動清洗;控制系統可以進行準確的滅菌值控制，實現不同物料不同殺菌強度控制;機組控制安裝成本最小，安裝方便，占地面積小，易于維護;加熱器的換熱形式靈活多變，高效節能;滅菌系統可通過觸摸模擬界面進行交互式人機控制;控制系統采用模塊化設計，模塊易于擴展增容改造;機組設置了CIP系統，設備實現自清洗;系統運行成本低，運行成本僅為隧道式殺菌系統成本的20%～30%;滅菌時，物料加熱均勻，不存在冷核，殺菌徹底[1]。

4.3 達到的經濟指標

目前，國內大、中型啤酒廠普遍是36 000瓶/h的灌裝線，基本都采用隧道式滅菌的方式，占地面積巨大，能耗較高。采用高溫瞬時滅菌單元進行啤酒滅菌，將會極大地縮小占地面積，一套處理量為25 t/h

滅菌單元體積約為3.5 m×3 m×1.8 m，每小時耗蒸汽量僅為傳統隧道式滅菌的20%～30%，節能效果明顯。此外，高溫瞬時殺菌系統能夠保證商業無菌，有效地保證了啤酒的品質。

針對650 mL/瓶、20 000瓶/h的包裝生產線來說，傳統隧道式殺菌蒸汽耗量為1 200 kg/h，高溫瞬時殺菌工藝的蒸汽耗量為210 kg/h;滅菌過程不需要大量的水參與，只有清洗和酒頭引水，不需要大量水的循環，可節水5～7 t/h;高溫瞬時滅菌可以避免大量滅菌水循環帶來的電力損耗，可節約電力

30 kW/h。隧道式巴氏滅菌過程中會有大量的瓶裝啤酒由于加熱而產生爆瓶現象。一般情況下，巴氏殺菌會有0.85%左右的破瓶率，這樣也會產生相當數量的酒損。因此，對于年生產20萬kL的啤酒企業來說，每年產生的啤酒損失為1 000～2 000 t，損失玻璃瓶數量約為174～350萬個，可回收的包裝瓶以0.2元/個計算，成品瓶裝啤酒每千升出售價為1 500元計算，每年造成的損失為184萬～368萬元。

由表2可知，高溫瞬時殺菌工藝的應用，相比于傳統巴氏殺菌工藝，能夠節省大量能源。其蒸汽用量、耗水量都低于于巴氏殺菌的生產工藝。高溫瞬時滅菌工藝是在酒業包裝前就完成了滅菌過程，可以避免酒液在酒瓶中的膨脹爆瓶現象，有效地降低了包裝物的損耗[2]。

5 主要的設備組件

高溫瞬時滅菌系統中采用了高效螺旋纏繞管系列換熱器以及其他形式換熱器，其節能高效的特點早已被人們認可，此高溫瞬時滅菌機組以此類換熱器作為滅菌器進行滅菌生產，使滅菌過程可靠、節能、高效[1，3]。公司現有產品系列可滿足啤酒飲料行業常規包裝線物料以下幾方面殺菌需求。①1～3 t/h處理量采用4 m2換熱器組合。②5 t/h處理量采用6～8 m2系列換熱器組合。③10 t/h處理量采用12～20 m2系列換熱器組合。④25 t/h以上處理量采用20 m2系列換熱器組合[4-5]。

①3段升、降溫系統可以有效進行產品滅菌，使產品最終能夠達到工業無菌級的要求。設備將會配置兩臺輸送泵，一臺為循環泵，一臺為加壓泵，能夠保證滅菌后的酒液在管路中的壓力始終高于未滅菌的物料管路，保證系統出現泄漏時，滅菌后的物料不會受到未滅菌物料的影響。②高效的自動控制閥門能夠在接受傳感器信號后于1 s內完成動作，保證溫度控制的精準性，有效保證產品質量，節約蒸汽及冷卻介質的用量。考慮到系統中無菌的影響，管路設計嚴格參照排空及無殘留的要求，合理配置各組件之間的安裝距離，保證生產質量。③控制系統。滅菌系統采用PLC系統精確進行編程控制，使系統能夠精確控制，完成滅菌過程。

6 設備文件要求

基于制藥行業藥機設備的生產、應用經驗。食品、飲料行業產品也需要配備完善的可追溯認證文件，有效地保證了設備產品的使用質量。可提供的可追溯資質文件一般包含驗證主計劃、車間驗收文件、質量風險評估、安裝確認文件、風險分析表格、運行確認文件、功能設計說明、企業標準、設計確認文件、檢驗報告及工廠驗收文件[5]。

7 結語

HTST高效滅菌機組是一款技術成熟的啤酒、飲料行業的在線滅菌設備。機組系統內配置了高效的換熱組件、潔凈輸送設備、高靈敏的傳感、反應設備，以及邏輯嚴謹的控制系統，系統可以完成高效、安全的滅菌過程，實現自清洗過程，保證系統清潔;合理的系統組件選配使系統安全穩定運行，節能高效;全面準確的文件支持可以保證客戶通過驗證，幫助生產。綜上所述，機組能夠成功應用于液體產品的在線滅菌并實現工業無菌。

參考文獻

[1]張利，李友榮.“十三五”普通高等教育本科規劃教材換熱器原理與計算[M].北京：中國電力出版社，2017.

[2]吳思方.發酵工廠工藝設計概論[M].北京：中國輕工業出版社，2005.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.壓力容器：GB 150—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.熱交換器：GB/T 151—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[5]周廣田，聶聰，崔云前，等.啤酒釀造技術[M].濟南：山東大學出版社，2004.