CN110560406B - 糖化设备清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种糖化设备清洗方法，涉及啤酒生产设备清洗技术领域。本发明的清洗方法，包括以下步骤：判断结垢情况：查看糖化设备内壁的垢层，当垢层呈黄色时，且厚度为0.05～0.10mm时，判断其为轻垢；当垢层呈棕色或棕褐色时，且厚度为0.10～0.50mm时，判断其为重垢；清洗：当判断为轻垢时，采用复合CIP清洗；当判断为重垢时，采用强化除垢清洗。本发明的糖化设备清洗方法，具有有效消除垢层、避免不锈钢设备受损的优点。

Description

糖化设备清洗方法
技术领域
本发明涉及啤酒生产设备清洗技术领域，特别是涉及糖化设备清洗方法。
背景技术
糖化设备是啤酒生产的重要设备，大部分糖化设备为不锈钢材质。糖化设备在使用一段时间后，需要进行CIP清洗，以去除管道及设备内壁的污物，消除腐败微生物产生的异物对啤酒风味的影响，清洗糖化设备是提高啤酒风味质量的关键步骤。
啤酒生产的糖化步骤中，蛋白质和糖类物容易在糖化设备内壁变性和焦化，并粘结在设备内壁，使用传统碱液CIP清洗很难有效地将其清洗干净，长此以往，糖化设备内壁会因为粘结大量蛋白质变性聚合物、钙镁有机化合物及糖类焦化物而逐步形成黄色、棕色或棕褐色的污垢层，这些污垢层的存在对啤酒的风味影响较大。现在还没有合适的糖化设备清洗工艺，在不伤害糖化设备的前提下将该黄色、棕色或棕褐色的污垢层清洗干净。
发明内容
基于此，有必要针对现有的清洗工艺无法彻底清洗焦糖化污垢层的问题，提供一种糖化设备清洗方法，尤其适用于不锈钢糖化设备的清洗，在不损伤不锈钢糖化设备的前提下，能有效去除黄色、棕色或棕褐色的污垢层。
一种糖化设备清洗方法，包括以下步骤：
判断结垢情况：当糖化设备内壁的垢层呈黄色，且厚度为0.05~0.10mm时，判断其为轻垢；当糖化设备内壁的垢层呈棕色或棕褐色，且厚度为0.10~0.50mm时，判断其为重垢；
清洗：当判断为轻垢时，采用复合CIP清洗；当判断为重垢时，采用强化除垢清洗；
所述强化除垢清洗包括以下步骤：
S11、碱液清洗：对糖化设备冲水清洗，用碱液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5~7.5；
S12、酸液清洗：用酸液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5~7.5；
S13、强化碱液清洗：用强化碱液循环冲洗，该强化碱液包括碱性化合物和次氯酸钠，次氯酸钠的浓度为200~600ppm；
S14、复合碱液清洗：用复合碱液循环冲洗，该复合碱液包括碱性化合物、EDTA和非离子表面活性剂，再冲水至洗液的pH值为6.5~7.5；
所述复合CIP清洗包括以下步骤：
S21、碱液清洗：对糖化设备冲水清洗，用碱液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5~7.5；
S22、酸液清洗：用酸液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5~7.5；
S23、复合碱液清洗：用复合碱液循环冲洗，该复合碱液包括碱性化合物、EDTA和非离子表面活性剂，再冲水至洗液的pH值为6.5~7.5。
目前，利用次氯酸钠清洗生物膜等高分子材料是去除生物膜上蛋白质的常见的方法，然而至今还未见到将次氯酸纳应用于清洗不锈钢设备的报道，原因在于：次氯酸分解产生氯离子，氯离子能吸附在不锈钢设备的钝化膜上，将氧原子排挤掉，和钝化膜中的阳离子结合生成可溶性氯化物，在露出的基底金属上生成小蚀坑，小蚀坑的孔径约为20~30μm，这些小蚀坑也称为孔蚀核，是蚀孔生成的活性中心，随着反应的进行，不锈钢会在孔蚀核附近出现大面积的腐蚀。正如吴玮巍等在《腐蚀科学与防腐技术》第27卷第1期上发表的《Cl离子对304、316不锈钢临界点蚀温度的影响》中提到的：点蚀是不锈钢的重要失效形式之一。作为典型的不锈钢点蚀诱发因素，氯离子对不锈钢的点蚀行为使得人们不会采用次氯酸钠清洗不锈钢设备。次氯酸钠会对不锈钢产生不可逆的伤害，而工业上更不可能采用含有次氯酸钠的洗涤液对不锈钢糖化设备进行清洗，否则会严重影响不锈钢设备的使用寿命，徒增企业的经济负担。
然而，在发明人的实践和研究过程中发现，不锈钢糖化设备由于长期加热，蛋白质等大分子会因受热变性形成聚合物粘结在设备表面，而糖类物质在长时间高温加热后会焦糖化，粘度急剧增加，也会牢固粘结于设备表面，这些粘结物无法用常规清洗方法去除，日积月累形成垢层，发明人经反向思考，发现可以巧妙利用垢层，即将垢层作为不锈钢的保护层，使不锈糖化设备内壁不与含次氯酸钠的洗涤液直接接触，并根据垢层的不同情况，设置含有特定浓度次氯酸钠的强化碱液，次氯酸钠与垢层接触过程中，发生以下反应：
NaClO + H2O = NaOH + HClO
R-NH-R + HClO → R2NCl + H2O（其中R-NH-R为高分子蛋白质聚合物）
HClO → H+ + Cl- + [O]
可见氯酸钠在清洗过程中不断被消耗，逐渐消失，待不锈钢露出与洗涤液直接接触时，洗涤液中的次氯酸根离子已基本消失，产生的氯离子浓度也处于较低的范围。而处于钝态的不锈钢对氯离子有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和再钝化（修复）可以处于动态平衡状态；当溶液中的氯离子浓度较低不占优势时，无法打破平衡，钝化膜不会受损伤。本发明的次氯酸钠的初始浓度为200~600ppm，不仅可以还原不锈钢糖化设备内壁的金属原色，而且由于生成的氯离子浓度处于安全范围（40ppm以下），不会对不锈钢钝化膜造成腐蚀。
而上述垢层的厚度范围是发明人在多年来实践过程中汇总得到的，一般情况是不会超出本范围的。
总而言之，上述糖化设备清洗方法，针对不同的结垢情况采用不同的清洗方法，尤其是针对不锈钢糖化设备结垢严重的情况（即重垢），采用强化清洗和常规CIP清洗复合清洗的方法，其中次氯酸钠配合碱液可以有效地将垢层中的蛋白质和核酸大分子以及糖类焦化物去除，在强化碱液清洗的过程中，次氯酸根离子不断消耗，清洗完成后氯离子含量处于安全范围，不会对不锈钢材料造成腐蚀，达到有效清洗污垢且不损害设备的效果。
在其中一个实施例中，在所述强化除垢清洗中，所述强化碱液清洗步骤在所述复合碱液清洗步骤之前。
在其中一个实施例中，所述碱性化合物选自：NaOH和KOH中的一种或两种。
在其中一个实施例中，所述强化碱液和复合碱液中的碱性化合物的质量浓度均为2.0%~3.0%。
在其中一个实施例中，在所述强化除垢清洗和复合CIP清洗步骤中，所述碱液为2.0%~3.0%质量浓度的氢氧化钠溶液，所述酸液为0.5%~1.0%质量浓度的硝酸溶液。
在其中一个实施例中，在所述S11碱液清洗和S21碱液清洗步骤中，碱液循环冲洗的流量为40~100m3/h，循环温度为80~85℃，循环时间为30~60min。碱液循环根据糖化设备面积、管路直径控制在40~100m3/h，保证清洗过程对设备表面的冲刷力；同时在80~85℃及30~60min条保证设备的清洗及杀菌效果。
在其中一个实施例中，在所述S13强化碱液清洗步骤中，强化碱液循环冲洗的流量为40~100m3/h，循环温度为80~85℃，循环时间为60~240min。
在其中一个实施例中，在所述S14复合碱液清洗和S23复合碱液清洗步骤中，所述EDTA的浓度为2000~4000ppm。
在其中一个实施例中，在所述S14复合碱液清洗和S23复合碱液清洗步骤中，所述非离子表面活性剂选自：辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种，所述非离子表面活性剂的浓度为200~500ppm。
本发明一方面还提供一种上述糖化设备清洗方法在清洗不锈钢糖化设备中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在深入研究糖化设备内壁垢层形成原理的基础上，提供了一种糖化设备的高效洁净复合清洗方法，该方法针对不同的结垢情况采用不同的清洗方法，尤其是针对不锈钢糖化设备结垢严重的情况，采用强化除垢清洗的方法，其中次氯酸钠配合碱液可以有效地将垢层中的蛋白质大分子以及糖类焦化物清除，在强化碱液清洗的过程中，次氯酸根离子不断消耗，清洗完成后氯离子含量处于安全范围，不会对不锈钢材料造成腐蚀，达到有效清洗污垢且不损害设备的效果。在连续生产时，复合CIP清洗的频率为一到三个月一次，平常使用常规CIP清洗即可，可以有效避免糖化设备结垢，保证啤酒风味的一致性和质量的稳定性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合较佳的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
某长期投入生产的糖化生产线，采用的是304不锈钢糖化设备，该设备长期按常规CIP碱清洗，其内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.28mm，垢层呈棕色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用以下强化除垢清洗的方法进行清洗：
强化除垢清洗：
1）碱液清洗：对上述糖化设备冲水清洗5min，用质量分数为2.8%的氢氧化钠溶液进行碱液循环冲洗，碱液的温度为83℃，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为30min，完成后用水冲洗至洗液的pH为7；
2）酸液清洗：在常温下，用质量浓度为0.8%的硝酸溶液对经过碱液清洗的不锈钢糖化设备进行酸液循环清洗，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为30min，完成后冲水洗至洗液的pH为7；
3）强化碱液清洗：用强化碱液对经过酸液清洗的不锈钢糖化设备进行循环清洗，强化碱液的温度为83℃，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为120min，强化碱液中氢氧化钠的质量浓度为2.8%，次氯酸钠的浓度为350ppm；
4）复合碱液清洗：用复合碱液对经过强化碱液清洗的不锈钢糖化设备进行循环冲洗，复合碱液的温度为83℃，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为2.5h，完成后冲水洗至洗液的pH为7，复合碱液中氢氧化钠的质量浓度为2.8%，EDTA的浓度为3000ppm，脂肪醇聚氧乙烯醚的浓度为300ppm。
采用本实施例的清洗方法清洗后，该不锈钢糖化设备内壁的重垢消失，肉眼观察内壁，为不锈钢原本的金属色泽；该糖化生产线每三个月进行一次复合CIP清洗，在长期生产过程中糖化设备表面一直保持不锈钢原本金属颜色。
实施例2
某长期投入生产的糖化生产线，采用的是304不锈钢糖化设备，该设备长期按常规CIP碱清洗，其内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.41mm，垢层呈棕色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用与实施例1基本相同的强化除垢清洗的方法进行清洗，区别在于：强化碱液清洗步骤中，次氯酸钠的浓度为450ppm。
采用本实施例的清洗方法清洗后，该不锈钢糖化设备内壁的重垢消失，肉眼观察内壁，为不锈钢原本的金属色泽；该糖化生产线每三个月进行一次复合CIP清洗，在长期生产过程中糖化设备表面一直保持不锈钢原本金属颜色。
实施例3
某长期投入生产的糖化生产线，采用的是304不锈钢糖化设备，该设备长期按常规CIP碱清洗，其内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.48mm，垢层呈棕褐色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用与实施例1基本相同的强化除垢清洗的方法进行清洗，区别在于：强化碱液清洗步骤中，次氯酸钠的浓度为600ppm。
采用本实施例的清洗方法清洗后，该不锈钢糖化设备内壁的重垢消失，肉眼观察内壁，为不锈钢原本的金属色泽；该糖化生产线每三个月进行一次复合CIP清洗，在长期生产过程中糖化设备表面一直保持不锈钢原本金属颜色。
实施例4
某投入生产后3个月的不锈钢糖化设备，其内壁有轻微积垢，垢层平均厚度为0.08mm，垢层呈浅黄色，针对该轻垢不锈钢糖化设备，采用以下复合CIP清洗方法进行清洗：
1）碱液清洗：对上述糖化设备冲水清洗5min，用质量分数为2.8%的氢氧化钠溶液进行碱液循环冲洗，碱液的温度为83℃，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为30min，完成后用水冲洗至洗液的pH为7；
2）酸液清洗：在常温下，用质量浓度为0.8%的硝酸溶液对经过碱液清洗的不锈钢糖化设备进行酸液循环清洗，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为30min，完成后冲水洗至洗液的pH为7；
3）复合碱液清洗：用复合碱液对经过强化碱液清洗的不锈钢糖化设备进行循环冲洗，复合碱液的温度为83℃，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为2.5h，完成后冲水洗至洗液的pH为7，复合碱液中氢氧化钠的质量浓度为2.8%，EDTA的浓度为3000ppm，脂肪醇聚氧乙烯醚（非离子表面活性剂）的浓度为300ppm。
采用本实施例的清洗方法清洗后，该不锈钢糖化设备内壁的轻垢消失，肉眼观察内壁，为不锈钢原本的金属色泽；该糖化生产线每两个月进行一次上述复合CIP清洗，在长期生产过程中糖化设备表面可长期保持不锈钢原本金属颜色。
实施例5
某长期投入生产的糖化生产线，采用的是304不锈钢糖化设备，该设备长期按常规CIP碱清洗，其内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.10mm，垢层呈棕色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用与实施例1基本相同的强化除垢清洗的方法进行清洗，区别在于：强化碱液清洗步骤中，次氯酸钠的浓度为200ppm。
采用本实施例的清洗方法清洗后，该不锈钢糖化设备内壁的重垢消失，肉眼观察内壁，为不锈钢原本的金属色泽；该糖化生产线每三个月进行一次复合CIP清洗，在长期生产过程中糖化设备表面一直保持不锈钢原本金属颜色。
对比例1
某长期进行生产的不锈钢糖化设备，且长期按常规CIP碱清洗，内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.32mm，垢层呈棕色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用以下方法进行清洗：
1）碱液清洗：对上述糖化设备冲水清洗5min，用质量分数为2.8%的氢氧化钠溶液进行碱液循环冲洗，碱液的温度为83℃，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为30min，完成后用水冲洗至洗液的pH为7；
2）酸液清洗：在常温下，用质量浓度为0.8%的硝酸溶液对经过碱液清洗的不锈钢糖化设备进行酸液循环清洗，循环流量为80m3/h，循环清洗时间为30min，完成后冲水洗至洗液的pH为7。
采用上述方法进行清洗后，不锈钢糖化设备结垢无变化，垢层依然呈棕色。
对比例2
某长期进行生产的304不锈钢糖化设备，且长期按常规CIP碱清洗，内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.32mm，垢层呈棕色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用与实施例1基本相同的强化除垢清洗的方法进行清洗，区别在于：强化碱液清洗步骤中，次氯酸钠的浓度为50ppm。
采用上述方法清洗后，不锈钢糖化设备结垢未发生明显变化，垢层依然呈棕色。
对比例3
某长期进行生产的304不锈钢糖化设备，且长期按常规CIP碱清洗，内壁严重积垢，垢层平均厚度为0.41mm，垢层呈棕色，针对该重垢不锈钢糖化设备采用与实施例1基本相同的强化除垢清洗的方法进行清洗，区别在于：强化碱液清洗步骤中，次氯酸钠的浓度为700ppm。
采用上述方法清洗后，该不锈钢糖化设备内壁的重垢消失，肉眼观察内壁，为不锈钢原本的金属色泽。
实验例1
对以上各实施例和对比例的清洗效果进行总结，结果如表1所示：
表1 清洗情况对比
清洗方法 初始积垢情况 清洁结果
实施例1 重垢、垢层呈棕色 垢层消失，内壁为不锈钢原本金属色泽
实施例2 重垢、垢层呈棕色 垢层消失，内壁为不锈钢原本金属色泽
实施例3 重垢、垢层呈棕褐色 垢层消失，内壁为不锈钢原本金属色泽
实施例4 轻垢、垢层呈浅黄色 垢层消失，内壁为不锈钢原本金属色泽
实施例5 重垢、垢层呈棕色 垢层消失，内壁为不锈钢原本金属色泽
对比例1 重垢、垢层呈棕色 垢层无变化，垢层呈棕色
对比例2 重垢、垢层呈棕色 垢层无明显变化，垢层呈棕色
对比例3 重垢、垢层呈棕色 垢层消失，内壁为不锈钢原本金属色泽
从表1可见，本发明的复合清洗方法能有效去除重垢，长期使用本发明的CIP清洗方法也可以有效消除轻垢。
实验例2
上述不锈钢糖化设备清洗完成，待内部干燥后，对各个设备内壁进行蓝点试验，测试方法为：向100mL水中加入1g K3[Fe(CN)6]和3mL质量分数为65%~85%的硝酸，混匀后用滤纸浸渍上述溶液，在不锈钢糖化设备内壁不同的位置贴附上述浸渍溶液的滤纸，30秒内观察蓝点显现情况，检测结果如表2所示：
表2 蓝点测试结果
清洗方法 蓝点显示情况
实施例1 无蓝点
实施例2 无蓝点
实施例3 无蓝点
实施例4 无蓝点
实施例5 无蓝点
对比例1 无蓝点
对比例2 无蓝点
对比例3 有蓝点
从表2可见，采用实施例1~5以及对比例1~2的方法清洗后的不锈钢糖化设备均未出现蓝点，而采用对照例3的清洗方法后，蓝点测试中出现蓝点，说明不锈纯化层受损，原因在于对比例3的方法中次氯酸钠的含量过高，清洗过程中氯离子含量超出安全范围，导致不锈钢受损。而本发明的方法中次氯酸钠含量适中，既能有效去除垢层，还能使不锈钢钝化层不被损坏。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种糖化设备清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断结垢情况：当糖化设备内壁的垢层呈黄色，且厚度为0.05～0.10mm且不包含0.10mm时，判断其为轻垢；当糖化设备内壁的垢层呈棕色或棕褐色，且厚度为0.10～0.50mm时，判断其为重垢；
清洗：当判断为轻垢时，采用复合CIP清洗；当判断为重垢时，采用强化除垢清洗；
所述强化除垢清洗包括以下步骤：
S11、碱液清洗：对糖化设备冲水清洗，用碱液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5～7.5；
S12、酸液清洗：用酸液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5～7.5；
S13、强化碱液清洗：用强化碱液循环冲洗，该强化碱液包括碱性化合物和次氯酸钠，次氯酸钠的浓度为200～600ppm；
S14、复合碱液清洗：用复合碱液循环冲洗，该复合碱液包括碱性化合物、EDTA和非离子表面活性剂，再冲水至洗液的pH值为6.5～7.5；
所述复合CIP清洗包括以下步骤：
S21、碱液清洗：对糖化设备冲水清洗，用碱液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5～7.5；
S22、酸液清洗：用酸液循环冲洗，再冲水至洗液的pH值为6.5～7.5；
S23、复合碱液清洗：用复合碱液循环冲洗，该复合碱液包括碱性化合物、EDTA和非离子表面活性剂，再冲水至洗液的pH值为6.5～7.5。
2.根据权利要求1所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，所述碱性化合物选自：NaOH和KOH中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，所述强化碱液和复合碱液中的碱性化合物的质量浓度均为2.0％～3.0％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，在所述强化除垢清洗和复合CIP清洗步骤中，所述碱液为2.0％～3.0％质量浓度的氢氧化钠溶液，所述酸液为0.5％～1.0％质量浓度的硝酸溶液。
5.根据权利要求4所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，在所述S11碱液清洗和S21碱液清洗步骤中，碱液循环冲洗的流量为40～100m3/h，循环温度为80～85℃，循环时间为30～60min。
6.根据权利要求5所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，在所述S13强化碱液清洗步骤中，强化碱液循环冲洗的流量为40～100m3/h，循环温度为80～85℃，循环时间为60～240min。
7.根据权利要求5或6所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，在所述S14复合碱液清洗和S23复合碱液清洗步骤中，所述EDTA的浓度为2000～4000ppm。
8.根据权利要求7所述的糖化设备清洗方法，其特征在于，在所述S14复合碱液清洗和S23复合碱液清洗步骤中，所述非离子表面活性剂选自：辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种，所述非离子表面活性剂的浓度为200～500ppm。
9.一种权利要求1～8任一项所述的糖化设备清洗方法在清洗不锈钢糖化设备中的应用。
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