HTST智能滅菌系統(tǒng)在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

張冠坤

摘 要：人們對于食品的要求越來越高，產(chǎn)品生產(chǎn)廠家需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)的整個過程，利用優(yōu)質(zhì)可靠的生產(chǎn)設(shè)備完成高品質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)。滅菌系統(tǒng)作為整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分，對工業(yè)無菌產(chǎn)品生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用。本文依據(jù)高溫瞬時殺菌的研究背景和市場前景，分析了高溫瞬時滅菌的特點和經(jīng)濟(jì)意義，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：高溫瞬時滅菌;滅菌系統(tǒng);啤酒生產(chǎn)

Application of HTST Intelligent Sterilization System in Beer Production

ZHANG Guankun

（Shandong Miyou Machinery Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： people have higher and higher requirements for food， which requires product manufacturers to more strictly control the whole production process and use high-quality and reliable production equipment to complete the production of high-quality products. As an integral part of the whole production system， sterilization system plays a vital role in the production of industrial sterile products. According to the research background and market prospect of high temperature instantaneous sterilization， this paper analyzes the characteristics and economic significance of high temperature instantaneous sterilization， in order to provide reference for relevant personnel.

Keywords： high temperature instantaneous sterilization system; sterilization system; beer production

1 研究背景

高溫瞬時殺菌（High Temperature Short Time，HTST）工藝在國內(nèi)的啤酒行業(yè)的應(yīng)用處于興起階段，但在國外的酒精類飲料生產(chǎn)消費大國，如德國、美國、法國等國家，高溫瞬時滅菌工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用。對比傳統(tǒng)的隧道式殺菌機(jī)，兩種滅菌方式有著本質(zhì)的不同，傳統(tǒng)的隧道式巴氏殺菌機(jī)將水加熱至60～

70 ℃，然后利用熱水的熱能加熱瓶裝或灌裝啤酒，維持20～30 min，從而實現(xiàn)殺菌的目的。高溫瞬時殺菌的滅菌方式是在酒液灌裝前，通過間壁式的換熱裝置，通過高溫水與酒液進(jìn)行換熱，通過短時的溫度更高的滅菌過程實現(xiàn)酒液的工業(yè)無菌，而后再進(jìn)行灌裝和包裝。

2 市場前景

大型啤酒廠節(jié)能降耗、環(huán)保壓力以及成本壓縮的內(nèi)在需求;產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，大型啤酒廠迫切需要擴(kuò)充產(chǎn)品線。異質(zhì)化產(chǎn)品的出現(xiàn)需要更高要求的殺菌形式;原麥汁濃度回升。消費市場對現(xiàn)有的工業(yè)化啤酒認(rèn)可程度越來越低，大型啤酒廠開始推出新鮮的原漿啤酒，僅能通過瞬時殺菌來保證酒液的釀造風(fēng)味和包裝特點。啤酒釀造行業(yè)的很多數(shù)據(jù)顯示出了特色啤酒包裝小型化和特異化的趨勢，既可以體現(xiàn)啤酒釀造文化，又可體現(xiàn)啤酒產(chǎn)品的衛(wèi)生和安全。今后的發(fā)展趨勢是特異化包裝的啤酒產(chǎn)品的生產(chǎn)比例將穩(wěn)步上升，特別是PET瓶的廣泛應(yīng)用，更加順應(yīng)了這一趨勢。小型精釀啤酒廠存在滅菌需求，同時又受規(guī)模限制，大型殺菌釜匹配困難，舊有的殺菌形式難以滿足精釀啤酒市場對口味品質(zhì)的追求。

3 殺菌形式對啤酒品質(zhì)的影響

啤酒中的揮發(fā)性酯是啤酒香氣的來源。由表1可知，傳統(tǒng)滅菌方式的滅菌時間較長，使滅菌后的酯類物質(zhì)含量顯著降低，而采用高溫瞬時滅菌的生產(chǎn)方式將會明顯減少脂類物質(zhì)損失。這是由于傳統(tǒng)的巴氏滅菌將會提高滅菌值，將會使啤酒損失更多的風(fēng)味物質(zhì)。

4 高溫瞬時滅菌的特點和經(jīng)濟(jì)意義

4.1 項目主要研發(fā)內(nèi)容及解決的關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)組應(yīng)具備自動操作功能，能夠?qū)U值進(jìn)行設(shè)定，可按照設(shè)定完成CIP功能;系統(tǒng)可實現(xiàn)滅菌過程的運行曲線，整個工作過程都可以被記錄。機(jī)組可根據(jù)客戶的不同要求、物料的不同情況，適當(dāng)選配板式換熱器或者管殼式換熱器。高溫瞬時殺菌機(jī)組以完善的安全技術(shù)文件作為支撐，安全性能更高，這也是滅菌機(jī)組的一個競爭優(yōu)勢。機(jī)組集成滅菌值計算及全自動控制，CIP/SIP自動清洗，專門開發(fā)啤酒PLC軟件，實現(xiàn)不同物料不同殺菌強(qiáng)度控制。

4.2 主要技術(shù)創(chuàng)新之處

滅菌機(jī)組采用衛(wèi)生設(shè)計（全排空設(shè)計），具備換熱壓力監(jiān)測的功能，消除交叉污染風(fēng)險，增壓泵可對物料增壓，保證產(chǎn)品質(zhì)量安全與品質(zhì);專門開發(fā)的啤酒PLC軟件可實現(xiàn)全自動運行，物料自動回流，內(nèi)置CIP自動清洗;控制系統(tǒng)可以進(jìn)行準(zhǔn)確的滅菌值控制，實現(xiàn)不同物料不同殺菌強(qiáng)度控制;機(jī)組控制安裝成本最小，安裝方便，占地面積小，易于維護(hù);加熱器的換熱形式靈活多變，高效節(jié)能;滅菌系統(tǒng)可通過觸摸模擬界面進(jìn)行交互式人機(jī)控制;控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，模塊易于擴(kuò)展增容改造;機(jī)組設(shè)置了CIP系統(tǒng)，設(shè)備實現(xiàn)自清洗;系統(tǒng)運行成本低，運行成本僅為隧道式殺菌系統(tǒng)成本的20%～30%;滅菌時，物料加熱均勻，不存在冷核，殺菌徹底[1]。

4.3 達(dá)到的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

目前，國內(nèi)大、中型啤酒廠普遍是36 000瓶/h的灌裝線，基本都采用隧道式滅菌的方式，占地面積巨大，能耗較高。采用高溫瞬時滅菌單元進(jìn)行啤酒滅菌，將會極大地縮小占地面積，一套處理量為25 t/h

滅菌單元體積約為3.5 m×3 m×1.8 m，每小時耗蒸汽量僅為傳統(tǒng)隧道式滅菌的20%～30%，節(jié)能效果明顯。此外，高溫瞬時殺菌系統(tǒng)能夠保證商業(yè)無菌，有效地保證了啤酒的品質(zhì)。

針對650 mL/瓶、20 000瓶/h的包裝生產(chǎn)線來說，傳統(tǒng)隧道式殺菌蒸汽耗量為1 200 kg/h，高溫瞬時殺菌工藝的蒸汽耗量為210 kg/h;滅菌過程不需要大量的水參與，只有清洗和酒頭引水，不需要大量水的循環(huán)，可節(jié)水5～7 t/h;高溫瞬時滅菌可以避免大量滅菌水循環(huán)帶來的電力損耗，可節(jié)約電力

30 kW/h。隧道式巴氏滅菌過程中會有大量的瓶裝啤酒由于加熱而產(chǎn)生爆瓶現(xiàn)象。一般情況下，巴氏殺菌會有0.85%左右的破瓶率，這樣也會產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的酒損。因此，對于年生產(chǎn)20萬kL的啤酒企業(yè)來說，每年產(chǎn)生的啤酒損失為1 000～2 000 t，損失玻璃瓶數(shù)量約為174～350萬個，可回收的包裝瓶以0.2元/個計算，成品瓶裝啤酒每千升出售價為1 500元計算，每年造成的損失為184萬～368萬元。

由表2可知，高溫瞬時殺菌工藝的應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)巴氏殺菌工藝，能夠節(jié)省大量能源。其蒸汽用量、耗水量都低于于巴氏殺菌的生產(chǎn)工藝。高溫瞬時滅菌工藝是在酒業(yè)包裝前就完成了滅菌過程，可以避免酒液在酒瓶中的膨脹爆瓶現(xiàn)象，有效地降低了包裝物的損耗[2]。

5 主要的設(shè)備組件

高溫瞬時滅菌系統(tǒng)中采用了高效螺旋纏繞管系列換熱器以及其他形式換熱器，其節(jié)能高效的特點早已被人們認(rèn)可，此高溫瞬時滅菌機(jī)組以此類換熱器作為滅菌器進(jìn)行滅菌生產(chǎn)，使滅菌過程可靠、節(jié)能、高效[1，3]。公司現(xiàn)有產(chǎn)品系列可滿足啤酒飲料行業(yè)常規(guī)包裝線物料以下幾方面殺菌需求。①1～3 t/h處理量采用4 m2換熱器組合。②5 t/h處理量采用6～8 m2系列換熱器組合。③10 t/h處理量采用12～20 m2系列換熱器組合。④25 t/h以上處理量采用20 m2系列換熱器組合[4-5]。

①3段升、降溫系統(tǒng)可以有效進(jìn)行產(chǎn)品滅菌，使產(chǎn)品最終能夠達(dá)到工業(yè)無菌級的要求。設(shè)備將會配置兩臺輸送泵，一臺為循環(huán)泵，一臺為加壓泵，能夠保證滅菌后的酒液在管路中的壓力始終高于未滅菌的物料管路，保證系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏時，滅菌后的物料不會受到未滅菌物料的影響。②高效的自動控制閥門能夠在接受傳感器信號后于1 s內(nèi)完成動作，保證溫度控制的精準(zhǔn)性，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約蒸汽及冷卻介質(zhì)的用量。考慮到系統(tǒng)中無菌的影響，管路設(shè)計嚴(yán)格參照排空及無殘留的要求，合理配置各組件之間的安裝距離，保證生產(chǎn)質(zhì)量。③控制系統(tǒng)。滅菌系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)精確進(jìn)行編程控制，使系統(tǒng)能夠精確控制，完成滅菌過程。

6 設(shè)備文件要求

基于制藥行業(yè)藥機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)、應(yīng)用經(jīng)驗。食品、飲料行業(yè)產(chǎn)品也需要配備完善的可追溯認(rèn)證文件，有效地保證了設(shè)備產(chǎn)品的使用質(zhì)量?？商峁┑目勺匪葙Y質(zhì)文件一般包含驗證主計劃、車間驗收文件、質(zhì)量風(fēng)險評估、安裝確認(rèn)文件、風(fēng)險分析表格、運行確認(rèn)文件、功能設(shè)計說明、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計確認(rèn)文件、檢驗報告及工廠驗收文件[5]。

7 結(jié)語

HTST高效滅菌機(jī)組是一款技術(shù)成熟的啤酒、飲料行業(yè)的在線滅菌設(shè)備。機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)配置了高效的換熱組件、潔凈輸送設(shè)備、高靈敏的傳感、反應(yīng)設(shè)備，以及邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂葡到y(tǒng)，系統(tǒng)可以完成高效、安全的滅菌過程，實現(xiàn)自清洗過程，保證系統(tǒng)清潔;合理的系統(tǒng)組件選配使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，節(jié)能高效;全面準(zhǔn)確的文件支持可以保證客戶通過驗證，幫助生產(chǎn)。綜上所述，機(jī)組能夠成功應(yīng)用于液體產(chǎn)品的在線滅菌并實現(xiàn)工業(yè)無菌。

參考文獻(xiàn)

[1]張利，李友榮.“十三五”普通高等教育本科規(guī)劃教材換熱器原理與計算[M].北京：中國電力出版社，2017.

[2]吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2005.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.壓力容器：GB 150—2011[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.熱交換器：GB/T 151—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[5]周廣田，聶聰，崔云前，等.啤酒釀造技術(shù)[M].濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2004.