高效環(huán)保海洋生物清潔劑SEA GREEN

孫金成 傅鵬程

一.前言

啤酒生產(chǎn)過程中微生物的管控極其關(guān)鍵，而微生物的管控的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是工藝設(shè)備及管道的清洗和滅菌。由于從原料投入，到糖化發(fā)酵再到啤酒包裝的整個(gè)工藝流程中的中間物料和產(chǎn)品，都富含蛋白質(zhì)，碳水化合物和油脂等營養(yǎng)物質(zhì)，以及許多有利生長的有機(jī)與無機(jī)鹽類。這些成分非常利于各種酸敗等有害微生物的滋生繁殖。這些有害微生物能夠通過分泌代謝物與附著在金屬器具表面上的殘留物料形成的污垢一起，產(chǎn)生復(fù)雜的、無固定形態(tài)的群落（稱為生物膜）來保持其自然生態(tài)位[1]。一旦生物膜污垢得以在啤酒工藝設(shè)備及管道內(nèi)部形成，就有可能繁殖更多腐敗致病微生物，并在啤酒生產(chǎn)過程中進(jìn)入物料流體當(dāng)中。這將嚴(yán)重影響著啤酒的釀造品質(zhì)。

故此，清洗和滅菌是微生物和啤酒質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)措施。隨著現(xiàn)代啤酒釀造技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)酵罐的容積越來越大，生產(chǎn)物料輸送管線越來越長，工藝設(shè)備和管道的清洗和滅菌工作的難度相應(yīng)增加。啤酒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化清洗方式是原位清洗（cleaning in place, 簡稱CIP）。該方法在密閉條件下，不拆卸任何工藝設(shè)備的零部件和管件，對設(shè)備及管路進(jìn)行清洗?？墒褂玫那鍧崉┖蜏缇鷦┌ǎ?/p>

1. 氫氧化鈉：它對于麥芽，啤酒及酵母殘?jiān)哂辛己玫娜芙饽芰Γ軐⑽酃富瘜W(xué)溶解，便于清洗流體帶離金屬表面。使用氫氧化鈉的缺點(diǎn)是它可能與發(fā)酵罐內(nèi)殘留的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，形成堿垢，附著在金屬表面。

2. 正磷酸（H3PO4）：與表面活性劑結(jié)合使用可以增強(qiáng)CIP的清洗效果，去除堿垢。

3. 表面活性劑：能夠降低液體表面張力，增加清洗劑與生物膜污垢的親和力，加上清洗劑對于污垢的浸潤過程。表面活性劑本身也具有殺菌作用。

4. 殺菌劑主要有氧化劑和含氯化合物等：氧化劑例如過氧乙酸，它能夠通過氧化作用破壞致病微生物的細(xì)胞膜，及其酶系統(tǒng)，達(dá)到滅活致病菌的效果。作為強(qiáng)酸，它也能殺滅病毒。缺點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易于失效。含氯消毒劑如次氯酸鈉和漂白粉（劑）也能強(qiáng)力殺菌。注意不可將含氯消毒劑用于有啤酒，蘇打水及其它酸性液體的場合。

傳統(tǒng)的清洗方法包括物理清洗，化學(xué)清洗和滅菌。結(jié)合使用上述化學(xué)清潔劑和消毒劑，以及高溫高壓清洗條件，能夠去除啤酒工藝設(shè)備及管道的污垢并使容器和管道的內(nèi)表面達(dá)到無菌要求。存在的問題是使用酸堿清潔劑消毒劑，產(chǎn)生的清洗廢水將造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)；另外清洗過程在高溫高壓下進(jìn)行，整個(gè)清洗過程時(shí)間較長，所產(chǎn)生的能耗也是巨大的，還有，由于使用酸堿清潔劑消毒劑后需要大量清水漂洗，清潔水的用量也是難以忍受的。

啤酒釀造流程比較復(fù)雜，管路和設(shè)備眾多，設(shè)備衛(wèi)生管理點(diǎn)多、難度大，CIP 系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備清潔無菌的唯一有效途徑； CIP 系統(tǒng)配置包括清洗站、循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、執(zhí)行裝備和控制系統(tǒng)。清洗劑站是各種清洗、消毒劑的調(diào)配、過濾、加熱、貯存體系；循環(huán)調(diào)節(jié)體系包括高壓輸送泵、輸送管道和回流泵等；執(zhí)行裝備是指在設(shè)備中預(yù)先安裝好的清洗器，如噴嘴、洗球、回轉(zhuǎn)式洗臂等；控制系統(tǒng)是通過微機(jī)電腦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制裝置，包括電腦、控制柜及監(jiān)測儀器、氣動(dòng)閥等。主要生產(chǎn)設(shè)備使用情況、清洗頻次根據(jù)實(shí)際產(chǎn)銷量而定。

日常清洗的主要生產(chǎn)設(shè)備

以發(fā)酵罐清洗為例說明：

1、常規(guī)化學(xué)清洗

清洗物料：125-150 公斤片堿，過氧乙酸40 公斤，125 公斤酸性復(fù)合化學(xué)清洗劑（隔次使用）

單罐清洗時(shí)間：預(yù)洗40+熱堿水40+回流5+沖洗60+降溫20+（常溫2%）殺菌劑40=205 分鐘

單罐沖洗水：預(yù)沖洗15 噸水，熱堿（60 分鐘，3 分鐘/噸）沖洗水20 噸水，降溫6-7 噸，殺菌劑（回收）4噸，沖洗水合計(jì)42 噸

蒸汽加熱：不銹鋼罐80℃、碳鋼罐≤65℃

停產(chǎn)清洗：發(fā)酵罐每年生產(chǎn)前或淡季進(jìn)行大清洗，將罐內(nèi)使用所積累的污物徹底清洗干凈，有利于提高發(fā)酵衛(wèi)生控制水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量。但清洗成本有所增加。

2、SEA GREEN 啤酒設(shè)備專用生物清洗劑

清洗物料：125 升

單罐清洗時(shí)間：預(yù)洗40+生物清洗劑40+回流5+清洗水20+無菌水15=120 分鐘

單罐沖洗水：預(yù)洗15 噸水，清洗液沖洗水11 噸水（3分鐘/噸）合計(jì)26 噸

加熱能耗：不加熱（常溫）

3、費(fèi)用和時(shí)間對比

（1）配置濃度范圍1-3%，與一般復(fù)合化學(xué)清洗劑用量相當(dāng)。根據(jù)清洗難易程度而定，依次為初發(fā)酵罐/后發(fā)酵罐/清酒罐/速冷后貯酒罐。

（2）啤酒設(shè)備專用生物清洗劑與常規(guī)化學(xué)清洗相比單罐刷洗水節(jié)省16 噸，計(jì)38%，費(fèi)用計(jì)128元（清洗水8 元/噸，其中含污水處理費(fèi)5 元/噸））清洗產(chǎn)生的污水由工業(yè)園區(qū)集中處理達(dá)標(biāo)后排放。

（3）啤酒設(shè)備專用生物清洗劑清洗溫度為常溫或40-60℃；常規(guī)化學(xué)清洗清洗溫度通常為不銹鋼罐80℃、碳鋼罐≤65℃。清洗過程相比節(jié)省蒸汽能耗約4m3（260-320 元/m3），單個(gè)不銹鋼罐/次，計(jì)1040 元-1280 元，單個(gè)T541 碳鋼罐/次，計(jì)845-1040 元。

（4）啤酒設(shè)備專用生物清洗劑與常規(guī)化學(xué)清洗相比單罐刷洗時(shí)間節(jié)省85分鐘，清洗效率提高40%以上。

（5）啤酒設(shè)備專用生物清洗劑在無需配合消毒劑或減量50-70%使用的情況下，通常符合企業(yè)微生物等常規(guī)檢測指標(biāo)。

4、排放

（1）簡化清洗程序，降低清洗廢液處理量40%；

（2）清洗過程不產(chǎn)生新的污染物；

（3）促進(jìn)生物降解，避免污染物二次轉(zhuǎn)移；

（4）配合生化處理，有助于凈化水質(zhì)；

（5）減緩食品企業(yè)污水處理運(yùn)行成本造成的負(fù)擔(dān)。

勞特巴赫(菏澤)啤酒股份有限公司使用了藍(lán)色環(huán)保的藻源生物清潔劑SEA GREEN 替代了上述氫氧化鈉、酸性復(fù)合化學(xué)清洗劑、過氧乙酸消毒劑，運(yùn)用在啤酒生產(chǎn)工藝設(shè)備及管道的發(fā)酵后CIP 清洗，取得了更好的清洗效果。在不產(chǎn)生酸堿廢水造成環(huán)境生態(tài)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，大量節(jié)省了能耗及工業(yè)用水, 實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、降耗、減污、增效的目的。

SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保生物清潔劑是從基于海洋碳匯的海藻生物活性物質(zhì)提取制作而成；內(nèi)含藻類生物膜基質(zhì)水解酶，能夠有效消解生物膜基質(zhì)，清除污垢，消滅致病菌。生物膜基質(zhì)是一種復(fù)雜的混合物，主要是包括多糖、糖脂、核酸和蛋白質(zhì)等等有機(jī)成分組成的復(fù)雜聚合物。生物膜聚合物基質(zhì)有利于腐敗致病微生物和污垢在啤酒工藝設(shè)備與物料輸送管道內(nèi)金屬表面的“凝膠狀”固著聚集。到目前為止，酶法生物膜基質(zhì)污垢去除是一種國際上相對較少探索的生物膜控制方法[2]。本文通過在勞特巴赫(菏澤)啤酒股份有限公司啤酒生產(chǎn)線上的實(shí)驗(yàn)說明SEA GREEN藍(lán)色環(huán)保清洗劑利用生物膜基質(zhì)的酶水解方法，去除定殖在金屬容器及管道內(nèi)表面的生物膜污垢，并且使用SEA GREEN 清潔劑之后，無需使用消毒劑殺菌，微生物菌落數(shù)即可達(dá)標(biāo)。

二.方法與材料

CIP 系統(tǒng)清洗（發(fā)酵罐、清酒罐、速冷后貯酒用罐）

成分來源：發(fā)酵中間體、草酸鈣以及罐體附著物蛋白、脂肪等有機(jī)物組成。

備洗物：發(fā)酵罐（ 19、18、17、20 號罐，依次按清洗順序）

罐體材質(zhì)：碳鋼+T541 涂料防腐

罐體容積：130m3發(fā)酵罐填裝100m3發(fā)酵液，

采用SEA GREEN 食品工業(yè)—啤酒設(shè)備專用生物清洗劑循環(huán)清洗，中間過程不進(jìn)行補(bǔ)加。17 號罐清洗前后進(jìn)行拆蓋后的感官檢測。

清洗時(shí)間：2021-3-18 早7：00—晚：19：00，2021-3-19 早8：00—10：00

1、SEA GREEN 清洗液的配置

在CIP 系統(tǒng)殺菌劑罐（總?cè)?000L）內(nèi)注入5 噸水加入啤酒設(shè)備專用生物清洗劑使用量125 升，配置濃度為2.5%（濃度范圍1-3%，根據(jù)清洗難易程度而定），配置溫度常溫。

清洗壓力≤0.3mpa（表顯入口壓力≤0.4mpa）,回流壓力＜0.2mpa。

2、SEA GREEN 清洗步驟

（1）常溫條件23℃，（3-400米深井水）清洗用水在

系統(tǒng)中循環(huán)40分鐘后排凈。

（2）125升（2.5%）的啤酒設(shè)備專用生物清洗劑的約5噸清洗液在常溫條件下，在系統(tǒng)中循環(huán)40分鐘進(jìn)行清洗。清洗后回流至清洗液儲罐備用約5分鐘，發(fā)酵罐經(jīng)未處理的清洗水沖洗20分鐘至無泡沫。

（3）常溫條件下，無菌水在系統(tǒng)中沖洗15分鐘至pH=7。

（4）清洗結(jié)束后進(jìn)行感官檢驗(yàn),對無菌水沖洗前/后的清洗殘留水微生物檢測，成品酒指標(biāo)進(jìn)行品評。取樣包括：無菌水沖洗前后的清洗殘留水微生物檢測8個(gè)（菌落總數(shù)、厭氧菌），清洗水1個(gè)。

（5）試驗(yàn)中的無菌水配制方法：水四噸加過氧乙酸2.5‰計(jì)10公斤。

3、SEA GREEN 清洗劑電導(dǎo)率測定

4、SEA GREEN 清洗液排放

SEA GREEN 清洗液連續(xù)使用5-7 天后排放干凈重新配制。

5、SEA GREEN 清洗劑儲存罐清洗方法

清洗液連續(xù)使用5-7 天后排放干凈，然后對清洗劑儲存罐進(jìn)行清洗。

清洗方法：7.5±2.5‰酸性消毒劑浸泡30 分鐘后排凈，常溫?zé)o菌水沖洗5-10 分鐘后排凈。

6、SEA GREEN 清洗劑存放條件

5-20℃、避光、干燥、密封條件下存放，產(chǎn)品有效期2 年。

三.結(jié)果與討論

1、安全性

檢測項(xiàng)目 單位 標(biāo)準(zhǔn)值 測定值砷（As） mg/kg W5.0 0. 06重金屬（以Pb 計(jì)） mg/kg W100. 0 ＜100甲醇含量 % W0.1 0. 00030甲醛含量 % W0.1 0. 001

2、微生物

取樣日期 2021-3-18 ，2021-3-19 檢驗(yàn)日期 2021-3-23菌落總數(shù)（清洗液） 厭氧菌（清洗液） 菌落總數(shù)（刷罐水） 厭氧菌（刷罐水）CFU ＜100ml MRS ＜100ml CFU ＜100ml MRS ＜100ml 19 號發(fā)酵罐 0 0 0 0 18 號發(fā)酵罐 2 0 0 0 17 號發(fā)酵罐 10 0 0 0 20 號發(fā)酵罐 15 0 23 0無菌水 0 0質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 國標(biāo)CFU ≤50/100ml，內(nèi)控CFU ≤30 /100ml，MRS ＜1/100ml判定結(jié)果 合格編號 N003(品管）0325 檢測人 冬雨樣本名稱

3、清洗水

檢測項(xiàng)目 單位 標(biāo)準(zhǔn)值 測定值銅mg/l ≤1.0 未檢出鋅mg/l ≤1.0 未檢出氯化物 mg/l ≤250 93硫酸鹽 mg/l ≤250 125溶解性總固體 mg/l ≤1000 337總硬度 mg/l ≤450 98耗氧量 mg/l ≤3 0.6揮發(fā)酚 mg/l ≤0.002 未檢出陰離子合成洗滌劑 mg/l ≤0.3 未檢出

從現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，和傳統(tǒng)的化學(xué)基清洗劑和消毒劑清洗效果比較，SEA GREEN 藍(lán)色生物清潔劑在清洗啤酒生產(chǎn)過程設(shè)備及管道方面，具有以下特點(diǎn)：

? 簡化設(shè)備清洗的操作程序，提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能耗；

? 應(yīng)用于清洗罐體、管道或其他設(shè)備時(shí)，時(shí)間得到縮短，從而加快設(shè)備周轉(zhuǎn)效率；

? 減少清洗使用成本；

? 對操作人員更加安全，減少個(gè)人防護(hù)設(shè)備的使用和提供新鮮空氣；

? 對設(shè)備材質(zhì)、特性、形狀、表面、內(nèi)腔及垢物種類均無特殊要求；

? 不含王基苯酚聚乙氧基醇(NPE)及揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)；

? 與標(biāo)準(zhǔn)腐蝕性溶劑或刺激性化學(xué)清洗劑相比，即時(shí)效果相當(dāng)，可減少人工使用量；長期使用，清洗效果顯著；

? 與標(biāo)準(zhǔn)清洗劑相比，更安全、不干擾油/水分離，不會(huì)為污水處理廠帶來二次污染；

? 無毒、不可燃、無腐蝕性、無刺激性，且可促進(jìn)生物降解。

啤酒工業(yè)對于系統(tǒng)設(shè)備清洗技術(shù)的要求極高，但傳統(tǒng)的化學(xué)基清洗方法在原料，工藝方法和廢棄物等各方面給環(huán)境帶來了很大的污染危害。由于目前國內(nèi)外化學(xué)洗滌劑所含表面活性劑，添加劑，溶劑和其它組分在具備良好的清潔性能，易用性和清潔效率的同時(shí)，存在許多非環(huán)境友好問題，如酸，堿等物質(zhì)的腐蝕性，某些表面活性劑對土壤和水體的污染，高溫清洗的能耗，及大量用水等，對食品安全，環(huán)境生態(tài)安全造成隱患。傳統(tǒng)清洗方法還導(dǎo)致能源和工業(yè)用水的大量消耗。所以如何實(shí)現(xiàn)啤酒釀造過程設(shè)備的全系統(tǒng)清潔綠色的洗滌成為啤酒行業(yè)食品安全與高效清洗的一個(gè)痛點(diǎn)。

目前國外對于生物基清洗劑的研究和我們處于相同的起跑線，和國內(nèi)應(yīng)用清潔劑的現(xiàn)狀類似，國外生物基清洗劑沒有得到廣泛應(yīng)用，他們的工業(yè)清洗服務(wù)還是以酸堿加熱水循環(huán)為主， 在結(jié)束一輪糖化發(fā)酵及啤酒包裝之后，廠家必須花費(fèi)高昂的代價(jià)請專業(yè)服務(wù)公司進(jìn)行設(shè)備及管道清洗，處理產(chǎn)生的污水，并回收化學(xué)組分。SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保清潔劑的創(chuàng)新點(diǎn)是以特殊海洋生物技術(shù)提取生物活性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)法變更原料，變更技術(shù)和變更工藝路線清洗處理啤酒生產(chǎn)工藝的系統(tǒng)設(shè)備與管道，處于藻類生物技術(shù)生產(chǎn)清潔生物產(chǎn)品的最前沿。所研發(fā)的綠色清洗過程可以確保僅產(chǎn)生少量工業(yè)污水達(dá)標(biāo)排放。

SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保清潔劑使用了海藻蘊(yùn)含的天然產(chǎn)物，具有替代產(chǎn)生環(huán)境污染的化學(xué)清洗劑的潛力，是環(huán)境生態(tài)友好型產(chǎn)品。中國是世界上擁有海藻資源最豐富的國家之一。海藻屬于海洋中的速生植物，生長速度很快。藻類提取液除了含有組成海藻結(jié)構(gòu)的海藻多糖、蛋白質(zhì)、無機(jī)礦物質(zhì)外，還含有酚類多聚化合物、甜菜堿、生物刺激素、植物激素等多種生長調(diào)節(jié)物質(zhì)[3]。此外海藻還含有豐富的氨基酸、多糖和維生素以及K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、I 等多種礦物質(zhì)[4]，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、飼料、生物質(zhì)燃料和污水處理等領(lǐng)域[5]。海藻還具有一些生物膜基質(zhì)水解酶，具有強(qiáng)大的抗生物膜污垢能力，到目前為止，海藻酶法去除由致病微生物及其分泌的代謝物裹挾啤酒物料殘留營養(yǎng)物質(zhì)組成的生物膜污垢是一種相對較少探索的生物控制方法。研究表明，海藻酶可以水解微生物細(xì)胞分泌的基質(zhì)蛋白secreted matrix proteins 以及細(xì)胞表面蛋白等，去除生物膜污垢或阻止其形成。

不但如此，SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保清潔劑還是海洋碳匯產(chǎn)物。海藻是海洋生物中通過光合作用產(chǎn)生有機(jī)物的主要初級生產(chǎn)者，它們通過對CO2的碳捕獲儲存和利用（CCUS，藍(lán)色碳匯）來緩解和適應(yīng)全球氣候變化。使用藍(lán)色碳匯產(chǎn)品的SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保生物清洗劑，可以為碳達(dá)峰，碳中和的世紀(jì)目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

四.結(jié)論

本文介紹了SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保生物清洗劑在勞特巴赫(菏澤)啤酒股份有限公司啤酒生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)場清洗工藝設(shè)備與管道的結(jié)果。和傳統(tǒng)的化學(xué)基清潔劑已經(jīng)消毒劑得到使用相比較，可以看到：

? 啤酒生產(chǎn)主要工藝過程為糖化、發(fā)酵、后發(fā)酵和包裝。由于采用高濃度稀釋工藝釀造啤酒，目前采用的傳統(tǒng)清洗消毒過程中大量使用氫氧化鈉、磷酸、硝酸、含氯消毒劑、復(fù)合清洗劑等化學(xué)品。

? 清洗過程會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物和廢水，為了達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)（啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB19821-2005），這些固體廢棄物和廢水要經(jīng)過處理后才能排放。

? 許多啤酒企業(yè)都在尋找在啤酒釀造過程中減少用水、能耗的方法和安全處置啤酒廢水回用的方法，意味著成本降低和效益提高。

? 初步估算，每生產(chǎn)1噸啤酒清洗成本通常需要約6-8元，精釀啤酒可達(dá)12-14元。

? 每生產(chǎn)1噸啤酒需要約10噸水，主要用于浸泡、釀造、清洗和冷卻過程。

? 啤酒廢水的噸水處理成本為3元左右包括酸堿藥劑費(fèi)和電費(fèi),但其中不含人工費(fèi)、維修費(fèi)和設(shè)備的折舊費(fèi)，從全年運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，隨啤酒產(chǎn)量增高，COD總排放量越大。

? 啤酒廢水富含高化學(xué)需氧量的有機(jī)組分（糖、可溶性淀粉、乙醇、揮發(fā)性脂肪酸等）和固體懸浮物，如此大量的水需處理后循環(huán)利用，但循環(huán)利用廢水對于啤酒企業(yè)而言費(fèi)用昂貴。若直接排入自然水體會(huì)造成嚴(yán)峻的環(huán)境危害。而使用SEA GREEN藍(lán)色環(huán)保生物清洗劑，優(yōu)點(diǎn)如下：

? 可以簡化清洗程序和節(jié)約用水和CIP費(fèi)用，清洗過程不產(chǎn)生新的污染物。

? 可促進(jìn)生物降解，降低BOD、COD水平和TDS、TSS及SS含量，避免污染物二次轉(zhuǎn)移。

? 配合廢水生化處理，有助于凈化水質(zhì)；減緩企業(yè)廢水處理運(yùn)行成本所造成的負(fù)擔(dān)。

SEA GREEN 藍(lán)色環(huán)保清潔劑可能改變啤酒釀造及其它食品工業(yè)的生產(chǎn)清洗模式及操作規(guī)程，為中國的食品產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定成長提供綠色環(huán)保，生態(tài)友好、和諧發(fā)展的新途徑，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境效益與社會(huì)效益三位一體的組合。