浅谈原位清洗在啤酒行业的应用

申 健

（希悦尔包装(上海)有限公司食品组，上海 201700）

浅谈原位清洗在啤酒行业的应用

申 健

（希悦尔包装(上海)有限公司食品组，上海 201700）

本文介绍了原位清洗（CIP）的基本原理，CIP清洗装置的基本构成，清洗剂的选择方法以及传统的啤酒厂的CIP清洗方案和现代新型的CIP清洗方案的案例分析和效果比较。

原位清洗技术，啤酒厂，清洗剂，碱洗添加剂

微生物好坏对于啤酒厂意义重大，微生物控制的好不好，不仅影响啤酒口味上的纯正，还会导致啤酒异常发酵、浑浊、酸败，因此在啤酒生产的过程中微生物的控制是提升啤酒品质的重中之重。保持啤酒的微生物状况单靠控制原料的卫生状况是远远不够的，还要满足所有工作时的卫生要求，保持料液、酒体等所接触的容器和管道的卫生，甚至是无菌，那么彻底的清除管道和容器内的脏污就是所有生产部门不可推卸的责任。现代的罐内和管道内的清洁主要使用CIP（原位清洗）技术，那么什么是CIP，CIP的原理是什么，现在又有那些先进的CIP工艺可以用在啤酒厂呢？

1. CIP技术解析

1.1 CIP定义

CIP = Cleaning in place定（原）位清洗，定位清洗是指生产工厂在不拆除或改变系统操作装置状态下的清洗方式。

1.2 CIP的优点

★ 缩短清洗时间，增加设备利用率。

★ 清除可能的微生物繁殖场所，减少污染源

★ 延长设备寿命

★ 节约成本

★ 安全

1.3 CIP清洗的基本原理

图1 CIP 清洗四要素

1.3.1 时间

污垢需要逐层去除，也就是说不论是化学反应过程、机械力的作用还是温度能量的传导都是需要一定时间的。

经验告诉我们，对于一个啤酒厂的管道来讲，最短的化学清洗时间是20分钟，罐是30分钟。

1.3.2 机械力

对于啤酒厂的清洗来讲,清洗剂的机械力主要通过以下两种方式来体现，一种是对于罐的内表面或者粗大管道是通过洗球或者洗罐器直接喷洗在其的表面，将污垢直接冲刷脱落，其机械力的大小取决于从洗球或者洗罐器喷射出的清洗液水柱的压力、角度和体量。

图2 洗球喷射示意图

另外一种是在管道的内表面通过密闭回路上的泵带动管道内清洗液流动产生纵向剪切力，达到冲刷并带走污垢的目的，其机械力的大小是由管道内液体流速决定的。1.5米/秒～2.0米/秒是一个标准的流速范围。

图3 管道流量示意图

1.3.3 温度

其他条件不变的前提下，温度的提高可以带动分子内能的提高，相应地提高化学反应速度，对于清洗的过程来讲，意味着清洗速度和清洗效果的提升。经验告诉我们：温度提高10℃，化学剂反应速度提升两倍。

通常来讲，CIP清洗的温度是由以下因素决定的：＊ 清洗回路中，加热装置的能力。＊ 目标清洗单位的污垢去除难度＊ CIP使用的化学试剂的成分＊ CIP所接触的设备材质

1.3.4 化学试剂：

1.3.4.1 化学试剂的基本机理（见图4）

1.3.4.2 化学试剂分类：

★ 水，最常见的清洗载体。★ 有机溶剂，食品厂不常用。

★ 常见酸碱（水溶液）：氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸、硝酸、柠檬酸等，虽价格低廉，但清洗效果差，污染环境，逐渐被淘汰。

图4 化学试剂的基本机理

★ 复合清洗剂：新型清洗剂，针对不同的污垢使用不同的产品，清洗效果好，环保。

1.3.4.3 化学品的选择

根据如下要求选择合适的清洁剂：

★ 能快速，完全溶于水

★ 适合污垢特性的首选去污方法(例如酒石含有大量碳酸钙，草酸钙等无机污垢，首选酸性清洗剂，脂肪油脂类污垢首选强碱性清洗剂)

★ 适应水的化学特性（要根据水的微生物状况，pH值以及硬度的大小选取合适的清洗剂）

★ 良好的过水性（化学清洗阶段结束后能快速地冲刷干净，无残留）

★ 无泡及消泡功能（泡沫在一定情况下可以抵消掉部分机械力，所以CIP清洗剂要求无泡）

★ 对清洗表面无影响（清洗剂不能对设备表面造成腐蚀）

★ 生物降解（有效减轻环保压力，减少污水排放对环境的伤害）

1.4 CIP系统

简单地讲，CIP系统可分为可回收的CIP系统和不可回收的CIP系统两种。

1.4.1 不可回收的CIP系统

图 5 CIP系统图

不可回收的CIP系统的清洗溶液在每次开始清洗前都需要从新配置新的，清洗结束不回收，直接排放，整个系统没有回收罐，它的优点是投资小，工人操作弹性大，缺点是化学品和水的清洗成本高，清洗时间长，操作规范性差。目前其主要用于像乳品厂的UHT（超高温瞬时灭菌）重污的清洗，其使用过的清洗剂非常脏，回收的性价比不高，啤酒厂应用比较少。

1.4.2 可回收CIP系统是目前主流，其主要由以下5部分构成：

1.4.2.1 其中CIP主站通常是由以下部分构成：

1.4.2.2 供给泵和回流泵

供给泵和回流泵是整个CIP环路的动力来源，在整个CIP系统中的作用巨大。在CIP的清洗过程中难免会在环路中产生气泡，特别是碱洗过程中，为了避免气蚀的产生，我们通常要求CIP的供给泵使用液环泵，当然，为了降低成本，回流泵也可以使用离心泵。

为了保证CIP输出和回流的清洗液动态平衡，我们通常要求回流泵的流量是输出泵流量的1.1倍。

1.4.2.3 喷淋装置

喷淋装置通常分为以下三种：

三种洗罐装置各有优缺点，比如固定式的洗球成本低，维修方便，清洗时对压力要求低，但是其所需要的流量大，并且冲刷力比后两种低，所以工厂要根据自己的具体情况选择适合的洗罐装置。

图6 CIP主站示意图

图7 洗球，洗罐器

2. 传统啤酒厂主要的清洗单元的清洗工艺

2.1 发酵罐清洗工艺

2.2 清酒罐清洗工艺

2.3 煮沸锅清洗工艺

2.4 压滤机清洗工艺

表1 发酵罐清洗工艺

表2 清酒罐清洗工艺

表3 煮沸锅清洗工艺

表4 压滤机清洗工艺

3. 现代啤酒行业的清洗工艺

希悦尔（Sealed Air）是食品卫生与安全、设施卫生以及产品保护领域的全球领先企业，拥有享誉全球的创新性品牌，其所属泰华施清洁与卫生部门是全球最专业的清洁和卫生方面的高效及可持续解决方案的提供者之一，在与百威英博、嘉士伯、喜力、燕京、华润等全球性和中国市场知名的啤酒集团合作的过程中，针对客户的实际情况和具体要求提供专业的有针对性的清洗方案，例如：

3.1 现代的发酵罐清洗工艺

新型清洗工艺和传统工艺相比具有以下优势：

＊ 发酵罐带压清洗，不需要对二氧化碳进行排空和置换

(1) 可以节省大量的清洗时间，加快罐的周转以提高生产率，通常500吨发酵罐进行排空需要至少2～3小时，置换同样需要2～3小时，加起来4～6小时，在啤酒厂的生产旺季，这个时间对于工厂的増产，意义重大。

(2) 可以节省大量二氧化碳和碱液。如果一个圆柱形的发酵罐直径6米，20米高，罐顶空间25%，那么多少碱会与残留的二氧化碳CO2反应？

发酵罐的体积 是πr2h=3.14×9×20=565.5m3，CO2的体积是发酵罐体积的25%，即565.5×0.25=141.4m3，标准状态下相当于278kg的CO2（CO2密度以1.97kg/m3计）。经过计算，1m3的CO2要和3.6kg的苛性钠反应，那么141.4 m3的CO2要与509kg固体片碱反应，相当于1018kg的50% NaOH溶液，或者25400kg的2%NaOH溶液。

发酵罐的体积是πr2h=3.14×9×20=565.5m3，CO2的体积是发酵罐顶的25%=565.5×0.25=141.4m3标准状态=278kg，经过计算，1m3的CO2要和3.6kg的苛性钠反应，那么141.4m3的CO2会和反应=509kg NaOH片碱=678升的50%NaOH液碱=25400升的2% NaOH。

按照阿里巴巴报价，食品级片碱价格按照2.5元/kg，那么500kg片碱成本是509×2.5=1272.5元；食品级二氧化碳价格按照0.5元/kg计算，278kg的CO2的成本是278× 0.5=139元，总成本等于1272.5+139=1411.5，也就是说总计成本节省1412元。

(3) 不需要对罐内的二氧化碳进行排空和置换，也就意味着不需要或者少需要清洗后补充二氧化碳,可以减少外来不洁二氧化碳的二次污染。.

★ 碱液用量平均只有原碱液用量的10%，可以大大降低费用和排放影响。

3.2 现代煮沸锅的清洗工艺

添加剂（SU560）是希悦尔公司特别为三步CIP和加强CIP研发的一种碱性添加剂，其含有独特的混合螯合剂和表面活性剂，拥有高螯合性和低泡特性。 因此它适合在所有的水硬度条件下使用，同时可以消除碱性清洁剂和污垢反应时产生的泡沫。这样使它非常经济，特别适合重复使用。

新型清洗工艺的优势：

与传统工艺相比，新的清洗工艺虽然化学品的成本有约10%左右的上升，但是使用新型清洗工艺后，每次清洗都可彻底去除煮沸锅内部，特别是加热器上焦化的变性的顽垢，从而可以：

(1) 大大提高加热效率，节省蒸汽。

表5 现代的发酵罐清洗工艺

表6 现代煮沸锅的清洗工艺

图8 清洗效果比较

(2) 延长生产周期，减少清洗频次，提高生产效率，在旺季时，这点更重要。

(3) 彻底去除顽垢，可以减少顽垢对于下一锅麦汁在口味和色泽上的影响。

4. 结论

CIP对于啤酒品质的保证有着重要的意义，所以CIP技术也是通常啤酒厂的核心技术之一，随着各大啤酒集团的扩张，规模的扩大，各集团对其旗下的产品品质的要求会越来越严格，工厂的生产效率的要求会越来越提高，在这种形势下，传统的、松散的、各自为政的、各个工厂自行采购，自行制定的CIP工艺和模式会逐渐淘汰，取而代之的是现代的、严谨的、统一的，啤酒集团和清洗厂家战略合作，由清洗专业厂家给工厂提供专业的技术指导、技术服务和技术支持的模式，在这种模式下实现啤酒集团和清洗厂家的强强联手，共赢共存。

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