高效环保海洋生物清洁剂SEA GREEN

孙金成 傅鹏程

一.前言

啤酒生产过程中微生物的管控极其关键，而微生物的管控的一个重要环节是工艺设备及管道的清洗和灭菌。由于从原料投入，到糖化发酵再到啤酒包装的整个工艺流程中的中间物料和产品，都富含蛋白质，碳水化合物和油脂等营养物质，以及许多有利生长的有机与无机盐类。这些成分非常利于各种酸败等有害微生物的滋生繁殖。这些有害微生物能够通过分泌代谢物与附着在金属器具表面上的残留物料形成的污垢一起，产生复杂的、无固定形态的群落（称为生物膜）来保持其自然生态位[1]。一旦生物膜污垢得以在啤酒工艺设备及管道内部形成，就有可能繁殖更多腐败致病微生物，并在啤酒生产过程中进入物料流体当中。这将严重影响着啤酒的酿造品质。

故此，清洗和灭菌是微生物和啤酒质量控制的关键技术措施。随着现代啤酒酿造技术的进步，发酵罐的容积越来越大，生产物料输送管线越来越长，工艺设备和管道的清洗和灭菌工作的难度相应增加。啤酒行业标准化清洗方式是原位清洗（cleaning in place, 简称CIP）。该方法在密闭条件下，不拆卸任何工艺设备的零部件和管件，对设备及管路进行清洗。可使用的清洁剂和灭菌剂包括：

1. 氢氧化钠：它对于麦芽，啤酒及酵母残渣具有良好的溶解能力，能将污垢化学溶解，便于清洗流体带离金属表面。使用氢氧化钠的缺点是它可能与发酵罐内残留的二氧化碳发生反应，形成碱垢，附着在金属表面。

2. 正磷酸（H3PO4）：与表面活性剂结合使用可以增强CIP的清洗效果，去除碱垢。

3. 表面活性剂：能够降低液体表面张力，增加清洗剂与生物膜污垢的亲和力，加上清洗剂对于污垢的浸润过程。表面活性剂本身也具有杀菌作用。

4. 杀菌剂主要有氧化剂和含氯化合物等：氧化剂例如过氧乙酸，它能够通过氧化作用破坏致病微生物的细胞膜，及其酶系统，达到灭活致病菌的效果。作为强酸，它也能杀灭病毒。缺点是化学性质不稳定，易于失效。含氯消毒剂如次氯酸钠和漂白粉（剂）也能强力杀菌。注意不可将含氯消毒剂用于有啤酒，苏打水及其它酸性液体的场合。

传统的清洗方法包括物理清洗，化学清洗和灭菌。结合使用上述化学清洁剂和消毒剂，以及高温高压清洗条件，能够去除啤酒工艺设备及管道的污垢并使容器和管道的内表面达到无菌要求。存在的问题是使用酸碱清洁剂消毒剂，产生的清洗废水将造成环境污染，破坏生态；另外清洗过程在高温高压下进行，整个清洗过程时间较长，所产生的能耗也是巨大的，还有，由于使用酸碱清洁剂消毒剂后需要大量清水漂洗，清洁水的用量也是难以忍受的。

啤酒酿造流程比较复杂，管路和设备众多，设备卫生管理点多、难度大，CIP 系统是实现设备清洁无菌的唯一有效途径； CIP 系统配置包括清洗站、循环调节系统、执行装备和控制系统。清洗剂站是各种清洗、消毒剂的调配、过滤、加热、贮存体系；循环调节体系包括高压输送泵、输送管道和回流泵等；执行装备是指在设备中预先安装好的清洗器，如喷嘴、洗球、回转式洗臂等；控制系统是通过微机电脑系统实现自动控制装置，包括电脑、控制柜及监测仪器、气动阀等。主要生产设备使用情况、清洗频次根据实际产销量而定。

日常清洗的主要生产设备

以发酵罐清洗为例说明：

1、常规化学清洗

清洗物料：125-150 公斤片碱，过氧乙酸40 公斤，125 公斤酸性复合化学清洗剂（隔次使用）

单罐清洗时间：预洗40+热碱水40+回流5+冲洗60+降温20+（常温2%）杀菌剂40=205 分钟

单罐冲洗水：预冲洗15 吨水，热碱（60 分钟，3 分钟/吨）冲洗水20 吨水，降温6-7 吨，杀菌剂（回收）4吨，冲洗水合计42 吨

蒸汽加热：不锈钢罐80℃、碳钢罐≤65℃

停产清洗：发酵罐每年生产前或淡季进行大清洗，将罐内使用所积累的污物彻底清洗干净，有利于提高发酵卫生控制水平，提高产品质量。但清洗成本有所增加。

2、SEA GREEN 啤酒设备专用生物清洗剂

清洗物料：125 升

单罐清洗时间：预洗40+生物清洗剂40+回流5+清洗水20+无菌水15=120 分钟

单罐冲洗水：预洗15 吨水，清洗液冲洗水11 吨水（3分钟/吨）合计26 吨

加热能耗：不加热（常温）

3、费用和时间对比

（1）配置浓度范围1-3%，与一般复合化学清洗剂用量相当。根据清洗难易程度而定，依次为初发酵罐/后发酵罐/清酒罐/速冷后贮酒罐。

（2）啤酒设备专用生物清洗剂与常规化学清洗相比单罐刷洗水节省16 吨，计38%，费用计128元（清洗水8 元/吨，其中含污水处理费5 元/吨））清洗产生的污水由工业园区集中处理达标后排放。

（3）啤酒设备专用生物清洗剂清洗温度为常温或40-60℃；常规化学清洗清洗温度通常为不锈钢罐80℃、碳钢罐≤65℃。清洗过程相比节省蒸汽能耗约4m³（260-320 元/m³），单个不锈钢罐/次，计1040 元-1280 元，单个T541 碳钢罐/次，计845-1040 元。

（4）啤酒设备专用生物清洗剂与常规化学清洗相比单罐刷洗时间节省85分钟，清洗效率提高40%以上。

（5）啤酒设备专用生物清洗剂在无需配合消毒剂或减量50-70%使用的情况下，通常符合企业微生物等常规检测指标。

4、排放

（1）简化清洗程序，降低清洗废液处理量40%；

（2）清洗过程不产生新的污染物；

（3）促进生物降解，避免污染物二次转移；

（4）配合生化处理，有助于净化水质；

（5）减缓食品企业污水处理运行成本造成的负担。

劳特巴赫(菏泽)啤酒股份有限公司使用了蓝色环保的藻源生物清洁剂SEA GREEN 替代了上述氢氧化钠、酸性复合化学清洗剂、过氧乙酸消毒剂，运用在啤酒生产工艺设备及管道的发酵后CIP 清洗，取得了更好的清洗效果。在不产生酸碱废水造成环境生态负担的同时，大量节省了能耗及工业用水, 实现了节能、降耗、减污、增效的目的。

SEA GREEN 蓝色环保生物清洁剂是从基于海洋碳汇的海藻生物活性物质提取制作而成；内含藻类生物膜基质水解酶，能够有效消解生物膜基质，清除污垢，消灭致病菌。生物膜基质是一种复杂的混合物，主要是包括多糖、糖脂、核酸和蛋白质等等有机成分组成的复杂聚合物。生物膜聚合物基质有利于腐败致病微生物和污垢在啤酒工艺设备与物料输送管道内金属表面的“凝胶状”固着聚集。到目前为止，酶法生物膜基质污垢去除是一种国际上相对较少探索的生物膜控制方法[2]。本文通过在劳特巴赫(菏泽)啤酒股份有限公司啤酒生产线上的实验说明SEA GREEN蓝色环保清洗剂利用生物膜基质的酶水解方法，去除定殖在金属容器及管道内表面的生物膜污垢，并且使用SEA GREEN 清洁剂之后，无需使用消毒剂杀菌，微生物菌落数即可达标。

二.方法与材料

CIP 系统清洗（发酵罐、清酒罐、速冷后贮酒用罐）

成分来源：发酵中间体、草酸钙以及罐体附着物蛋白、脂肪等有机物组成。

备洗物：发酵罐（ 19、18、17、20 号罐，依次按清洗顺序）

罐体材质：碳钢+T541 涂料防腐

罐体容积：130m³发酵罐填装100m³发酵液，

采用SEA GREEN 食品工业—啤酒设备专用生物清洗剂循环清洗，中间过程不进行补加。17 号罐清洗前后进行拆盖后的感官检测。

清洗时间：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 系统杀菌剂罐（总容6000L）内注入5 吨水加入啤酒设备专用生物清洗剂使用量125 升，配置浓度为2.5%（浓度范围1-3%，根据清洗难易程度而定），配置温度常温。

清洗压力≤0.3mpa（表显入口压力≤0.4mpa）,回流压力＜0.2mpa。

2、SEA GREEN 清洗步骤

（1）常温条件23℃，（3-400米深井水）清洗用水在

系统中循环40分钟后排净。

（2）125升（2.5%）的啤酒设备专用生物清洗剂的约5吨清洗液在常温条件下，在系统中循环40分钟进行清洗。清洗后回流至清洗液储罐备用约5分钟，发酵罐经未处理的清洗水冲洗20分钟至无泡沫。

（3）常温条件下，无菌水在系统中冲洗15分钟至pH=7。

（4）清洗结束后进行感官检验,对无菌水冲洗前/后的清洗残留水微生物检测，成品酒指标进行品评。取样包括：无菌水冲洗前后的清洗残留水微生物检测8个（菌落总数、厌氧菌），清洗水1个。

（5）试验中的无菌水配制方法：水四吨加过氧乙酸2.5‰计10公斤。

3、SEA GREEN 清洗剂电导率测定

4、SEA GREEN 清洗液排放

SEA GREEN 清洗液连续使用5-7 天后排放干净重新配制。

5、SEA GREEN 清洗剂储存罐清洗方法

清洗液连续使用5-7 天后排放干净，然后对清洗剂储存罐进行清洗。

清洗方法：7.5±2.5‰酸性消毒剂浸泡30 分钟后排净，常温无菌水冲洗5-10 分钟后排净。

6、SEA GREEN 清洗剂存放条件

5-20℃、避光、干燥、密封条件下存放，产品有效期2 年。

三.结果与讨论

1、安全性

检测项目 单位 标准值 测定值砷（As） mg/kg W5.0 0. 06重金属（以Pb 计） 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

取样日期 2021-3-18 ，2021-3-19 检验日期 2021-3-23菌落总数（清洗液） 厌氧菌（清洗液） 菌落总数（刷罐水） 厌氧菌（刷罐水）CFU ＜100ml MRS ＜100ml CFU ＜100ml MRS ＜100ml 19 号发酵罐 0 0 0 0 18 号发酵罐 2 0 0 0 17 号发酵罐 10 0 0 0 20 号发酵罐 15 0 23 0无菌水 0 0质量标准 国标CFU ≤50/100ml，内控CFU ≤30 /100ml，MRS ＜1/100ml判定结果 合格编号 N003(品管）0325 检测人 冬雨样本名称

3、清洗水

检测项目 单位 标准值 测定值铜mg/l ≤1.0 未检出锌mg/l ≤1.0 未检出氯化物 mg/l ≤250 93硫酸盐 mg/l ≤250 125溶解性总固体 mg/l ≤1000 337总硬度 mg/l ≤450 98耗氧量 mg/l ≤3 0.6挥发酚 mg/l ≤0.002 未检出阴离子合成洗涤剂 mg/l ≤0.3 未检出

从现场实验结果可见，和传统的化学基清洗剂和消毒剂清洗效果比较，SEA GREEN 蓝色生物清洁剂在清洗啤酒生产过程设备及管道方面，具有以下特点：

• 简化设备清洗的操作程序，提高生产效率、节约能耗；

• 应用于清洗罐体、管道或其他设备时，时间得到缩短，从而加快设备周转效率；

• 减少清洗使用成本；

• 对操作人员更加安全，减少个人防护设备的使用和提供新鲜空气；

• 对设备材质、特性、形状、表面、内腔及垢物种类均无特殊要求；

• 不含王基苯酚聚乙氧基醇(NPE)及挥发性有机化合物(VOC)；

• 与标准腐蚀性溶剂或刺激性化学清洗剂相比，即时效果相当，可减少人工使用量；长期使用，清洗效果显著；

• 与标准清洗剂相比，更安全、不干扰油/水分离，不会为污水处理厂带来二次污染；

• 无毒、不可燃、无腐蚀性、无刺激性，且可促进生物降解。

啤酒工业对于系统设备清洗技术的要求极高，但传统的化学基清洗方法在原料，工艺方法和废弃物等各方面给环境带来了很大的污染危害。由于目前国内外化学洗涤剂所含表面活性剂，添加剂，溶剂和其它组分在具备良好的清洁性能，易用性和清洁效率的同时，存在许多非环境友好问题，如酸，碱等物质的腐蚀性，某些表面活性剂对土壤和水体的污染，高温清洗的能耗，及大量用水等，对食品安全，环境生态安全造成隐患。传统清洗方法还导致能源和工业用水的大量消耗。所以如何实现啤酒酿造过程设备的全系统清洁绿色的洗涤成为啤酒行业食品安全与高效清洗的一个痛点。

目前国外对于生物基清洗剂的研究和我们处于相同的起跑线，和国内应用清洁剂的现状类似，国外生物基清洗剂没有得到广泛应用，他们的工业清洗服务还是以酸碱加热水循环为主， 在结束一轮糖化发酵及啤酒包装之后，厂家必须花费高昂的代价请专业服务公司进行设备及管道清洗，处理产生的污水，并回收化学组分。SEA GREEN 蓝色环保清洁剂的创新点是以特殊海洋生物技术提取生物活性物质，实现绿色化学法变更原料，变更技术和变更工艺路线清洗处理啤酒生产工艺的系统设备与管道，处于藻类生物技术生产清洁生物产品的最前沿。所研发的绿色清洗过程可以确保仅产生少量工业污水达标排放。

SEA GREEN 蓝色环保清洁剂使用了海藻蕴含的天然产物，具有替代产生环境污染的化学清洗剂的潜力，是环境生态友好型产品。中国是世界上拥有海藻资源最丰富的国家之一。海藻属于海洋中的速生植物，生长速度很快。藻类提取液除了含有组成海藻结构的海藻多糖、蛋白质、无机矿物质外，还含有酚类多聚化合物、甜菜碱、生物刺激素、植物激素等多种生长调节物质[3]。此外海藻还含有丰富的氨基酸、多糖和维生素以及K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、I 等多种矿物质[4]，现在已经被广泛应用于工业、农业、食品、医药、饲料、生物质燃料和污水处理等领域[5]。海藻还具有一些生物膜基质水解酶，具有强大的抗生物膜污垢能力，到目前为止，海藻酶法去除由致病微生物及其分泌的代谢物裹挟啤酒物料残留营养物质组成的生物膜污垢是一种相对较少探索的生物控制方法。研究表明，海藻酶可以水解微生物细胞分泌的基质蛋白secreted matrix proteins 以及细胞表面蛋白等，去除生物膜污垢或阻止其形成。

不但如此，SEA GREEN 蓝色环保清洁剂还是海洋碳汇产物。海藻是海洋生物中通过光合作用产生有机物的主要初级生产者，它们通过对CO2的碳捕获储存和利用（CCUS，蓝色碳汇）来缓解和适应全球气候变化。使用蓝色碳汇产品的SEA GREEN 蓝色环保生物清洗剂，可以为碳达峰，碳中和的世纪目标做出贡献。

四.结论

本文介绍了SEA GREEN 蓝色环保生物清洗剂在劳特巴赫(菏泽)啤酒股份有限公司啤酒生产系统现场清洗工艺设备与管道的结果。和传统的化学基清洁剂已经消毒剂得到使用相比较，可以看到：

• 啤酒生产主要工艺过程为糖化、发酵、后发酵和包装。由于采用高浓度稀释工艺酿造啤酒，目前采用的传统清洗消毒过程中大量使用氢氧化钠、磷酸、硝酸、含氯消毒剂、复合清洗剂等化学品。

• 清洗过程会产生大量的固体废弃物和废水，为了达到国家规定的排放标准（啤酒工业污染物排放标准GB19821-2005），这些固体废弃物和废水要经过处理后才能排放。

• 许多啤酒企业都在寻找在啤酒酿造过程中减少用水、能耗的方法和安全处置啤酒废水回用的方法，意味着成本降低和效益提高。

• 初步估算，每生产1吨啤酒清洗成本通常需要约6-8元，精酿啤酒可达12-14元。

• 每生产1吨啤酒需要约10吨水，主要用于浸泡、酿造、清洗和冷却过程。

• 啤酒废水的吨水处理成本为3元左右包括酸碱药剂费和电费,但其中不含人工费、维修费和设备的折旧费，从全年运行数据分析，随啤酒产量增高，COD总排放量越大。

• 啤酒废水富含高化学需氧量的有机组分（糖、可溶性淀粉、乙醇、挥发性脂肪酸等）和固体悬浮物，如此大量的水需处理后循环利用，但循环利用废水对于啤酒企业而言费用昂贵。若直接排入自然水体会造成严峻的环境危害。而使用SEA GREEN蓝色环保生物清洗剂，优点如下：

• 可以简化清洗程序和节约用水和CIP费用，清洗过程不产生新的污染物。

• 可促进生物降解，降低BOD、COD水平和TDS、TSS及SS含量，避免污染物二次转移。

• 配合废水生化处理，有助于净化水质；减缓企业废水处理运行成本所造成的负担。

SEA GREEN 蓝色环保清洁剂可能改变啤酒酿造及其它食品工业的生产清洗模式及操作规程，为中国的食品产业的稳定成长提供绿色环保，生态友好、和谐发展的新途径，实现最优化的经济效益，环境效益与社会效益三位一体的组合。