高效環保海洋生物清潔劑SEA GREEN

孫金成 傅鵬程

一.前言

啤酒生產過程中微生物的管控極其關鍵，而微生物的管控的一個重要環節是工藝設備及管道的清洗和滅菌。由于從原料投入，到糖化發酵再到啤酒包裝的整個工藝流程中的中間物料和產品，都富含蛋白質，碳水化合物和油脂等營養物質，以及許多有利生長的有機與無機鹽類。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，產生復雜的、無固定形態的群落（稱為生物膜）來保持其自然生態位[1]。一旦生物膜污垢得以在啤酒工藝設備及管道內部形成，就有可能繁殖更多腐敗致病微生物，并在啤酒生產過程中進入物料流體當中。這將嚴重影響著啤酒的釀造品質。

故此，清洗和滅菌是微生物和啤酒質量控制的關鍵技術措施。隨著現代啤酒釀造技術的進步，發酵罐的容積越來越大，生產物料輸送管線越來越長，工藝設備和管道的清洗和滅菌工作的難度相應增加。啤酒行業標準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，不拆卸任何工藝設備的零部件和管件，對設備及管路進行清洗。可使用的清潔劑和滅菌劑包括：

1. 氫氧化鈉：它對于麥芽，啤酒及酵母殘渣具有良好的溶解能力，能將污垢化學溶解，便于清洗流體帶離金屬表面。使用氫氧化鈉的缺點是它可能與發酵罐內殘留的二氧化碳發生反應，形成堿垢，附著在金屬表面。

2. 正磷酸（H3PO4）：與表面活性劑結合使用可以增強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胞膜，及其酶系統，達到滅活致病菌的效果。作為強酸，它也能殺滅病毒。缺點是化學性質不穩定，易于失效。含氯消毒劑如次氯酸鈉和漂白粉（劑）也能強力殺菌。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。

傳統的清洗方法包括物理清洗，化學清洗和滅菌。結合使用上述化學清潔劑和消毒劑，以及高溫高壓清洗條件，能夠去除啤酒工藝設備及管道的污垢并使容器和管道的內表面達到無菌要求。存在的問題是使用酸堿清潔劑消毒劑，產生的清洗廢水將造成環境污染，破壞生態；另外清洗過程在高溫高壓下進行，整個清洗過程時間較長，所產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雜，管路和設備眾多，設備衛生管理點多、難度大，CIP 系統是實現設備清潔無菌的唯一有效途徑； CIP 系統配置包括清洗站、循環調節系統、執行裝備和控制系統。清洗劑站是各種清洗、消毒劑的調配、過濾、加熱、貯存體系；循環調節體系包括高壓輸送泵、輸送管道和回流泵等；執行裝備是指在設備中預先安裝好的清洗器，如噴嘴、洗球、回轉式洗臂等；控制系統是通過微機電腦系統實現自動控制裝置，包括電腦、控制柜及監測儀器、氣動閥等。主要生產設備使用情況、清洗頻次根據實際產銷量而定。

日常清洗的主要生產設備

以發酵罐清洗為例說明：

1、常規化學清洗

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

單罐清洗時間：預洗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42 噸

蒸汽加熱：不銹鋼罐80℃、碳鋼罐≤65℃

停產清洗：發酵罐每年生產前或淡季進行大清洗，將罐內使用所積累的污物徹底清洗干凈，有利于提高發酵衛生控制水平，提高產品質量。但清洗成本有所增加。

2、SEA GREEN 啤酒設備專用生物清洗劑

清洗物料：125 升

單罐清洗時間：預洗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：預洗15 噸水，清洗液沖洗水11 噸水（3分鐘/噸）合計26 噸

加熱能耗：不加熱（常溫）

3、費用和時間對比

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

（2）啤酒設備專用生物清洗劑與常規化學清洗相比單罐刷洗水節省16 噸，計38%，費用計128元（清洗水8 元/噸，其中含污水處理費5 元/噸））清洗產生的污水由工業園區集中處理達標后排放。

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

（4）啤酒設備專用生物清洗劑與常規化學清洗相比單罐刷洗時間節省85分鐘，清洗效率提高40%以上。

（5）啤酒設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，通常符合企業微生物等常規檢測指標。

4、排放

（1）簡化清洗程序，降低清洗廢液處理量40%；

（2）清洗過程不產生新的污染物；

（3）促進生物降解，避免污染物二次轉移；

（4）配合生化處理，有助于凈化水質；

（5）減緩食品企業污水處理運行成本造成的負擔。

勞特巴赫(菏澤)啤酒股份有限公司使用了藍色環保的藻源生物清潔劑SEA GREEN 替代了上述氫氧化鈉、酸性復合化學清洗劑、過氧乙酸消毒劑，運用在啤酒生產工藝設備及管道的發酵后CIP 清洗，取得了更好的清洗效果。在不產生酸堿廢水造成環境生態負擔的同時，大量節省了能耗及工業用水, 實現了節能、降耗、減污、增效的目的。

SEA GREEN 藍色環保生物清潔劑是從基于海洋碳匯的海藻生物活性物質提取制作而成；內含藻類生物膜基質水解酶，能夠有效消解生物膜基質，清除污垢，消滅致病菌。生物膜基質是一種復雜的混合物，主要是包括多糖、糖脂、核酸和蛋白質等等有機成分組成的復雜聚合物。生物膜聚合物基質有利于腐敗致病微生物和污垢在啤酒工藝設備與物料輸送管道內金屬表面的“凝膠狀”固著聚集。到目前為止，酶法生物膜基質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線上的實驗說明SEA GREEN藍色環保清洗劑利用生物膜基質的酶水解方法，去除定殖在金屬容器及管道內表面的生物膜污垢，并且使用SEA GREEN 清潔劑之后，無需使用消毒劑殺菌，微生物菌落數即可達標。

二.方法與材料

CIP 系統清洗（發酵罐、清酒罐、速冷后貯酒用罐）

成分來源：發酵中間體、草酸鈣以及罐體附著物蛋白、脂肪等有機物組成。

備洗物：發酵罐（ 19、18、17、20 號罐，依次按清洗順序）

罐體材質：碳鋼+T541 涂料防腐

罐體容積：130m3發酵罐填裝100m3發酵液，

采用SEA GREEN 食品工業—啤酒設備專用生物清洗劑循環清洗，中間過程不進行補加。17 號罐清洗前后進行拆蓋后的感官檢測。

清洗時間：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 系統殺菌劑罐（總容6000L）內注入5 噸水加入啤酒設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

系統中循環40分鐘后排凈。

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

（3）常溫條件下，無菌水在系統中沖洗15分鐘至pH=7。

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

（5）試驗中的無菌水配制方法：水四噸加過氧乙酸2.5‰計10公斤。

3、SEA GREEN 清洗劑電導率測定

4、SEA GREEN 清洗液排放

SEA GREEN 清洗液連續使用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

清洗液連續使用5-7 天后排放干凈，然后對清洗劑儲存罐進行清洗。

清洗方法：7.5±2.5‰酸性消毒劑浸泡30 分鐘后排凈，常溫無菌水沖洗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，產品有效期2 年。

三.結果與討論

1、安全性

檢測項目 單位 標準值 測定值砷（As） mg/kg W5.0 0. 06重金屬（以Pb 計） 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 檢驗日期 2021-3-23菌落總數（清洗液） 厭氧菌（清洗液） 菌落總數（刷罐水） 厭氧菌（刷罐水）CFU ＜100ml MRS ＜100ml CFU ＜100ml MRS ＜100ml 19 號發酵罐 0 0 0 0 18 號發酵罐 2 0 0 0 17 號發酵罐 10 0 0 0 20 號發酵罐 15 0 23 0無菌水 0 0質量標準 國標CFU ≤50/100ml，內控CFU ≤30 /100ml，MRS ＜1/100ml判定結果 合格編號 N003(品管）0325 檢測人 冬雨樣本名稱

3、清洗水

檢測項目 單位 標準值 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

從現場實驗結果可見，和傳統的化學基清洗劑和消毒劑清洗效果比較，SEA GREEN 藍色生物清潔劑在清洗啤酒生產過程設備及管道方面，具有以下特點：

? 簡化設備清洗的操作程序，提高生產效率、節約能耗；

? 應用于清洗罐體、管道或其他設備時，時間得到縮短，從而加快設備周轉效率；

? 減少清洗使用成本；

? 對操作人員更加安全，減少個人防護設備的使用和提供新鮮空氣；

? 對設備材質、特性、形狀、表面、內腔及垢物種類均無特殊要求；

? 不含王基苯酚聚乙氧基醇(NPE)及揮發性有機化合物(VOC)；

? 與標準腐蝕性溶劑或刺激性化學清洗劑相比，即時效果相當，可減少人工使用量；長期使用，清洗效果顯著；

? 與標準清洗劑相比，更安全、不干擾油/水分離，不會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，且可促進生物降解。

啤酒工業對于系統設備清洗技術的要求極高，但傳統的化學基清洗方法在原料，工藝方法和廢棄物等各方面給環境帶來了很大的污染危害。由于目前國內外化學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，存在許多非環境友好問題，如酸，堿等物質的腐蝕性，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，環境生態安全造成隱患。傳統清洗方法還導致能源和工業用水的大量消耗。所以如何實現啤酒釀造過程設備的全系統清潔綠色的洗滌成為啤酒行業食品安全與高效清洗的一個痛點。

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，和國內應用清潔劑的現狀類似，國外生物基清洗劑沒有得到廣泛應用，他們的工業清洗服務還是以酸堿加熱水循環為主， 在結束一輪糖化發酵及啤酒包裝之后，廠家必須花費高昂的代價請專業服務公司進行設備及管道清洗，處理產生的污水，并回收化學組分。SEA GREEN 藍色環保清潔劑的創新點是以特殊海洋生物技術提取生物活性物質，實現綠色化學法變更原料，變更技術和變更工藝路線清洗處理啤酒生產工藝的系統設備與管道，處于藻類生物技術生產清潔生物產品的最前沿。所研發的綠色清洗過程可以確保僅產生少量工業污水達標排放。

SEA GREEN 藍色環保清潔劑使用了海藻蘊含的天然產物，具有替代產生環境污染的化學清洗劑的潛力，是環境生態友好型產品。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構的海藻多糖、蛋白質、無機礦物質外，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節物質[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[4]，現在已經被廣泛應用于工業、農業、食品、醫藥、飼料、生物質燃料和污水處理等領域[5]。海藻還具有一些生物膜基質水解酶，具有強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物質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胞分泌的基質蛋白secreted matrix proteins 以及細胞表面蛋白等，去除生物膜污垢或阻止其形成。

不但如此，SEA GREEN 藍色環保清潔劑還是海洋碳匯產物。海藻是海洋生物中通過光合作用產生有機物的主要初級生產者，它們通過對CO2的碳捕獲儲存和利用（CCUS，藍色碳匯）來緩解和適應全球氣候變化。使用藍色碳匯產品的SEA GREEN 藍色環保生物清洗劑，可以為碳達峰，碳中和的世紀目標做出貢獻。

四.結論

本文介紹了SEA GREEN 藍色環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系統現場清洗工藝設備與管道的結果。和傳統的化學基清潔劑已經消毒劑得到使用相比較，可以看到：

? 啤酒生產主要工藝過程為糖化、發酵、后發酵和包裝。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、復合清洗劑等化學品。

? 清洗過程會產生大量的固體廢棄物和廢水，為了達到國家規定的排放標準（啤酒工業污染物排放標準GB19821-2005），這些固體廢棄物和廢水要經過處理后才能排放。

? 許多啤酒企業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1噸啤酒清洗成本通常需要約6-8元，精釀啤酒可達12-14元。

? 每生產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和電費,但其中不含人工費、維修費和設備的折舊費，從全年運行數據分析，隨啤酒產量增高，COD總排放量越大。

? 啤酒廢水富含高化學需氧量的有機組分（糖、可溶性淀粉、乙醇、揮發性脂肪酸等）和固體懸浮物，如此大量的水需處理后循環利用，但循環利用廢水對于啤酒企業而言費用昂貴。若直接排入自然水體會造成嚴峻的環境危害。而使用SEA GREEN藍色環保生物清洗劑，優點如下：

? 可以簡化清洗程序和節約用水和CIP費用，清洗過程不產生新的污染物。

? 可促進生物降解，降低BOD、COD水平和TDS、TSS及SS含量，避免污染物二次轉移。

? 配合廢水生化處理，有助于凈化水質；減緩企業廢水處理運行成本所造成的負擔。

SEA GREEN 藍色環保清潔劑可能改變啤酒釀造及其它食品工業的生產清洗模式及操作規程，為中國的食品產業的穩定成長提供綠色環保，生態友好、和諧發展的新途徑，實現最優化的經濟效益，環境效益與社會效益三位一體的組合。