CN101861380A - 在酿造工业中的酸清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在酿造工业中的酸清洗方法，特别地通过使用包含至少一种烷基磺酸的配制剂进行酸清洗各种在制造啤酒及其它类似发酵饮料中使用的设备构件的改善的方法。
Description
本发明涉及在酿造工业中的酸清洗方法，更特别地酸清洗各种在啤酒及其它类似发酵饮料制造中使用的构件和容器的改善的方法。
首先应该回顾制造啤酒的方法，其最通常在四个连续步骤中进行：
1.酿造：该步骤在于使谷类(大麦、麦芽(orge germée)、小麦、米)与热水(具有40℃-100℃温度平台)和芳香剂(如啤酒花)和任选地各种不同的香料混合。该步骤可以从谷类萃取糖和蛋白质以形成所谓的植物汁；
2.过滤：过滤如此获得的植物汁以在一方面得到所谓冷却澄清的植物汁，另一方面得到被称为残渣的谷物不溶性固体残留物；
3.发酵：在冷却后将澄清植物汁引入到被称为FVT的发酵罐中(通常圆柱-圆锥形反应器)。加入酵母，在6-10℃的温度下将全部浸泡三至七天时间。该步骤将葡萄糖和糖类转化为乙醇和二氧化碳。
4保持(la garde)：在发酵结束时，混合物经历在3℃的低温冲击以使得酵母和蛋白质凝结。该步骤在发酵器中或者在其它槽中进行。使如此获得的啤酒以在保持反应器(réacteur de garde)中熟化然后澄清。
在这四个制造步骤后，将啤酒包装到桶、瓶子甚至啤酒罐(canettes)中。
在发酵步骤(步骤3)期间，通常在气相/液相界面处观察到酵母环(或couronne de levure，英语为“yeast ring”)。该酵母环主要地由有机不溶物种构成：酵母残留物、细胞壁残留物、不溶糖。
而且，啤酒石(英语为beerstones)通常在发酵器底部和在它的壁上形成，其主要地由草酸钙和各种有机材料组成。
因此，发酵器通常被两种类型完全不同的污染物弄脏：有机污染物(主要是酵母环)和无机污染物(主要是啤酒石)。
然而，在啤酒或者其它类似的发酵饮料的制造期间的一个主要方面是需要在上述啤酒及其它类似发酵饮料的制造中使用的液体的桶、槽、发酵器、管道及用于运输或者安全保存其它设备，它们是绝对地清洁的并且特别地没有任何微量的有机和无机污染物。实际上，这种污染物可以引起细菌或者任何其它对制造的产品有害的因素的存在和生长，并且甚至使得它们不适合消费。
为了避免有机和无机污染物，使每个反应器经受在碱性介质中或者在酸性介质中的洗涤，这取决于啤酒制造涉及的步骤。用于制造啤酒的设备的各种构件的洗涤通常根据以下步骤进行：
A)酿造反应器：用氢氧化钠的碱性洗涤；
B)包含有机和无机污染物的发酵池：在3个步骤中的混合洗涤：
1.被称为″单程″洗涤的使用清水的预清洗(在酒厂直接去除)(除去10％的污染物)，或者在以快速″射流″形式的稀释氢氧化钠存在下(去除80-90％的污染物)，其可以较好地去除污染物。然而氢氧化钠不可以大量使用，因为发酵池包含可与氢氧化钠反应的二氧化碳，这可导致池由于低压而内破裂；
2.使用磷酸(通常用1.5体积％的56重量％磷酸)的清洗；和
3.使用低含量硫酸与杀生物剂的混合物的消毒。
目前，洗涤步骤2和3是以连续方式使用两种不同酸进行，每种酸对于去除一种类型污染物是有效的。
-磷酸用来清洗酵母环；
-硫酸用来清洗啤酒石，磷酸对于这类污染物(草酸钙)是无效的。然而使用硫酸不是没有缺点，因为它的腐蚀能力。然而当在低温工作时，这种腐蚀效果可以被减轻。
C)保持(Guard)：其通常包括比在发酵器中更少的污染物，特别地几乎没有酵母环；因此，最通常进行用水的简单清洗然后用如上所指出的硫酸+杀生物剂的混合物清洗。
另外，如上指出的，桶借助于磷酸、硫酸进行热清洗(典型地约80℃)，其在该温度下是过于腐蚀性的。
而且必须理解的是，在每个清洗步骤之间，进行用清水的冲洗。
因此，本发明的第一个目的在于提出清洗用于制造和储存啤酒的设备的方法，该方法与目前使用的那些相比更简单和更快速。
本发明的另一目的是提出可以同时有效清洗“啤酒石”和酵母环的简单并有效的方法。
还另一目的是提出清洗在制造和储存啤酒及其它类似发酵饮时使用的设备的方法，该方法借助于可以去除所有类型污染物，特别地“啤酒石”和酵母环的单一配制剂。
其它优点将在下面的本发明描述中得到显示。
现在已经完全令人惊奇地发现，可以通过使用基于烷烃磺酸的配制剂进行完全且有效地清洗用于啤酒制造的设备。
实际上，已经证明，基于烷烃磺酸的配制剂可以同时去除酵母环(其通常通过磷酸去除)和去除“啤酒石”(其通常通过硫酸去除)。
因此，使用基于烷烃磺酸的配制剂可以避免使用多种清洗配制剂，如基于磷酸的配制剂和基于硫酸的配制剂。使用基于烷烃磺酸的配制剂还可以避免多个连续的洗涤操作以及多个中间漂洗。
所述优点因此主要地是时间、成本、生产率、能量的收益以及减少在制造场所上存在的清洗化学试剂的数量。
另外，通常使用的磷酸以磷酸盐形式排放，这可对环境有害，愈加严厉的环境规范旨在禁止这种磷酸盐的排放。
因此，本发明的第一目的在于用于清洗在制造啤酒或者其它类似发酵饮料中使用的设备的方法，其包括以下步骤：
a)任选地预洗涤设备；
b)通过使有效量配制剂在所述设备中流动来洗涤该设备，所述配制剂包含至少一种烷烃磺酸；和
c)通过使冲洗液流动冲洗所述设备。
因此，本发明方法可以一方面减少清洗步骤的数目，另一方面减少所使用的酸配制剂的数目，从两种(磷酸和硫酸)减少到仅仅一种污染物的清洗配制剂。
而且，本发明方法中使用的配制剂是比硫酸更小腐蚀性的，其可以用于热清洗桶。
更特别地，本发明的方法涉及清洗用于制造和储存啤酒及其它类似发酵饮料的设备。
″设备″理解为通常用于酿酒厂的各种构件，特别地槽、桶、发酵器、管道、阀门、瓶、啤酒罐等等，即所有能与啤酒和其它其制造所必需的液体或者固体接触的构件。
设备的各种构成部件的材料通常选自不锈钢、铝、铜、黄铜、钢(其覆盖或不覆盖有，例如环氧树脂、塑料材料，特别地聚丙烯、聚乙烯、聚(氯乙烯)、玻璃等等)。
根据优选的实施方案，用于酿酒厂设备的材料选自不锈钢304L或者316L、铝和环氧树脂覆盖的钢材。
必须理解的是，本发明方法应用于在啤酒或者其它类似发酵饮料制造的设备的整体或者仅仅应用于设备的一个或多个部件。在本说明书中，术语″设备″表示整个设备或者该设备的仅仅一个或多个部件。
根据本发明的方法包括任选的第一步预洗涤，其旨在以机械方法去除最大部分的杂质。预洗涤通过单独或者与碱性溶液″射流(shots)″组合的水流动来进行，所述碱性溶液“射流”优选地是稀释的，例如氢氧化钠或者氢氧化钾的水溶液。″射流″表示将碱性溶液发送到待清洗设备的部件中，该碱性溶液通常是稍微浓缩的，使其在短时间期间进行反应。“短时间”表示几秒至几分钟，甚至几个小时的时间段。
在预洗涤步骤之后，设备的洗涤通过使包含至少一种烷烃磺酸的配制剂流动而进行。
在本发明中，烷烃磺酸被理解为优选是具有包含1-4个碳原子的、直链或支链的饱和烃链的烷烃磺酸。可以用于本发明方法的烷烃磺酸特别选自甲烷磺酸、乙烷磺酸、正丙烷磺酸、异丙烷磺酸、正丁烷磺酸、异丁烷磺酸、仲-丁烷磺酸、叔丁烷磺酸，和它们中的两种或多种的按任何比例的混合物。
根据优选的实施方案，在本发明的方法中使用的烷烃磺酸是甲烷磺酸或者乙烷磺酸，最优选地，使用的酸是甲烷磺酸。
因此，在本发明方法中使用的包含至少一种烷烃磺酸的清洗配制剂包含一种或多种具有直链或支链的包含1-4个碳原子的烃链的烷烃磺酸，优选地至少包含甲烷磺酸(AMS)。
通常，该配制剂包含0.1-100重量％烷烃磺酸，更一般地0.5-90重量％，特别地0.5-20重量％烷烃磺酸，更特别地0.5-5重量％烷烃磺酸。
配制剂通常是可以以浓缩混合物形式进行制造的含水配制剂，其由最后使用者进行稀释。或者，配制剂还可以是即时使用的配制剂，即其不需要进行稀释。例如可以使用70重量％甲烷磺酸水溶液，由Arkema公司以商标名ScalevaTM进行销售，即时使用或者以上述比例用水稀释。
除了所述一种或多种烷烃磺酸，清洗配制剂可任选地包含一种或多种添加剂、溶剂、杀生物剂及其它流变剂或结构剂(agent detexture)(其选自溶剂和共溶剂)、有机或者无机酸(例如硫酸、磷酸、硝酸、磺酸(acide sulphamique)、柠檬酸)、增稠剂、表面活性剂、起泡剂、消泡剂等等(本领域技术人员已知的)。
据发现，如上所述的烷烃磺酸对于清洗在用于制造啤酒及其它类似发酵饮料的设备中存在或者形成的污染物是有效的。
使用烷烃磺酸因此可以去除有机或无机污染物，如碳水化合物、油脂、蛋白、无机矿物如碳酸钙、磷酸钙及其它类型结垢，包括草酸盐、硫酸盐、氢氧化物和/或硫化物(其无论是否与各种有机和/或金属、准金属、碱金属或者碱土金属材料结合)，及其它在啤酒或者其它类似发酵饮料制造期间遇到的残留物。
烷烃磺酸对于去除如上所述的“啤酒石”和“酵母环”是特别有效的。
洗涤(或者清洗)设备的整体或者部分通过使有效量的配制剂流动来进行，所述配制剂包含至少一种如上描绘的烷烃磺酸。
“有效量”表示可以去除所有污染物的量，如果它们不被恰当地去除，其可以促进细菌的发生。本发明的方法可以去除所有类型的污染物，并且因此去除可以对在该设备中制造的和在桶、瓶、啤酒罐等中保存的啤酒或者其它类似发酵饮料的制造、保存、味道、质地和对人类的无毒性有害的细菌。
该量可以根据待清洗的设备的容积、希望去除的污染物的性质和量、使用的配制剂的温度和压力等在大比例中进行变化。
通常，使有效量的清洗酸配制剂在设备中流动，建立这种流动达足够长的时间以使得去除全部污染物。
目视检查设备，或者根据在本领域的技术人员已知的传统技术测量在设备内的细菌活性，可以测定待使用的配制剂的有效量和完全去除污染物所必需的上述配制剂的流动时间。
因此，将建立配制剂的量和流动的持续时间以便可以去除全部污染物，而同时观测配制剂的最少量(主要由于经济和环境的原因)和尽可能最短的流动持续时间(还主要地由于经济原因)。
使用前面提到的包含至少一种如前所述的烷烃磺酸的配制剂的酸清洗可以在任何温度，通常在0℃-100℃，更一般地5℃-40℃进行，典型地在发酵器或者保持反应器(réacteur de garde)中在5℃-20℃，和在啤酒或者其它类似发酵饮料的调理容器(recipients deconditonnement)(桶、瓶或者啤酒罐)中在60℃-80℃进行。
在使用包含至少一种烷烃磺酸的配制剂的酸洗涤步骤后，以本领域的技术人员已知的方法，设备有利地通过使冲洗液(例如用水)流动进行冲洗。
由于本发明方法，用于制造啤酒或者其它类似发酵饮料的设备的洗涤在仅仅一个酸洗涤步骤中进行，这与当今已知的技术相反。该酸洗涤的单一步骤可以特别地去除在制造上述的啤酒及其它类似发酵饮料期间形成的“啤酒石”以及酵母环。
根据另一目的，该本发明涉及包含至少一种烷烃磺酸，特别地至少甲烷磺酸的配制剂的用途，其用于去除有机和无机的污染物，如碳水化合物、油脂、蛋白、无机矿物，如碳酸钙、磷酸钙，及其它类型的结垢，包括草酸盐、硫酸盐、氢氧化物和/或硫化物(其无论是否与各种有机和/或金属、准金属、碱金属或者碱土金属材料结合)，及其它在制造啤酒或者其它类似发酵饮料期间遇到的残留物。
更特别地，本发明涉及包含至少一种烷烃磺酸，特别地至少甲烷磺酸的配制剂的用途，其用于去除在制造和/或保存啤酒期间形成的“啤酒石”和酵母环。
″其它类似发酵饮料″表示任何类型的饮料如，例如葡萄酒、苹果酒、威士忌酒、清酒，更通常任何类型的其制造过程使用酵母或任何其它需氧发酵(可能释放二氧化碳)的酒精饮料。
本发明进一步地通过以下实施例进行说明，它们没有任何限制性特征，并且其因此不能被理解为限制如权利要求的本发明的范围。
实施例1：清洗来自工业植物汁的污染物
a)在发酵期间的典型污染物产生步骤：
在环境温度(15-25℃)，在74cm×18cm主体和17cm圆锥体长度的由不锈钢制成的圆柱-圆锥形池(容量316L)中，引入5L酿酒厂的澄清冷却植物汁。
然后通过按照活酵母的必须量(15L植物汁为50毫升液体酵母)引入啤酒酵母(Saccharomyces cerevisae)，以便处于工业条件中。
发酵在环境温度(15-25℃)进行6天。在该时间段后，倒空槽。
依照工业实践，在圆柱-圆锥形池上部中的液体/空气界面出观察到酵母环(酵母和结合的有机污染物)。
使用多个(总共三十多个)发酵控制器评价污染物的形成的重复性并且可以保证污染物的浓度代表实际和满意的再现性。
b)预洗涤步骤
预洗涤步骤通过使含1.5％氢氧化钠的碱溶液流动3次5秒来进行(流动之间的暂停时间：5分钟)。
c)酸洗涤步骤
通过借助于位于槽的上部的固定喷洒球(boule d’aspersion)(MarqueHacke，M1-1 DN8型)、在稳定并受控制的水动力条件下的清洗配制剂的流动来进行污染物的清洗。更特别地，流动流量为1400升/分钟和喷洒压力为0.2相对巴(bars relatif)(1.2绝对巴(bars absolus))，使溶液维持在环境温度(15℃-25℃)直到污染物完全消失。每5分钟，中断流动以视觉检查在槽中的污染物的消失。清洗进行视觉评价并且由此建立为获得明显干净的槽所必需的时间。
对于每种试验条件，试验至少重复6次(在3个不同发酵次序中2次发酵)。
而且，为了加强清洗试验的相对比较，决定以测试次序***地放置，其中对照清洗标准基于两个供通过传统方法使用1.5体积％的56重量％磷酸溶液清洗之用的槽。
所使用的酸配制剂为如下：
对照配制剂A：在水中56重量％磷酸(H3PO4)(d＝1.38，即1.15重量％纯H3PO4)。
配制剂1(对比)：在水中55％甲酸(d＝1.195即0.98重量％纯甲酸)。
配制剂2(根据本发明)：在水中1体积％的70重量％甲烷磺酸(d＝1.35，即0.94重量％纯甲烷磺酸)。
下表1显示了，与用对照配制剂A(1.15重量％磷酸)进行清洗相比，视觉上完全去除污染物所需的增加的或者降低的时间长度(用分钟表示)。
表1
| 清洗配制剂 | 与对照配制剂相比增加的或者降低的时间(分钟) |
| 1.5体积％的对照配制剂A | 0 |
| 1.5体积％的配制剂1 | +30 |
| 1体积％的配制剂2 | -10 |
观察到，根据本发明酸配制剂2与另一酸配制剂(甲酸)相比可以节约40分钟时间，与对照配制剂(磷酸)相比甚至节约10分钟。
实施例2：清洗来自重新构成的植物汁的污染物
通过稀释可商业获得的用于啤酒制造的试剂盒(以商标″Brewferm″类型的啤酒：基于小麦的白啤酒)获得重新构成的植物汁。
植物汁根据制造商说明进行重新构成：将植物汁浓缩物(1L)稀释在14L冷水中并且加入750g糖。刚好在进行发酵前，将在试剂盒中包括的冷冻干燥的酵母袋加入到重新构成的植物汁中。
与工业植物汁不同，使用重新构成的植物汁，污染物的最初水平是低的，预洗涤步骤不是必需的；因此如在实施例1的步骤c)中直接进行酸清洗。
如对于表1，下表2显示与对照配制剂(1.15重量％磷酸)相比，去除污染物所需的增加或者降低的时间长度(用分钟表示)。
表2
| 清洗配制剂 | 与对照配制剂相比增加的或者降低的时间(分钟) |
| 1.5体积％对照配制剂A | 0 |
| 1.5体积％配制剂1 | +15 |
| 1体积％配制剂2 | -10 |
还是在此，当使用根据本发明的酸配制剂进行清洗时，观察到去除污染物所必需的清洗持续时间的减少。
实施例3：“啤酒石”类型污染物的清洗
在酿酒厂在发酵罐上提取了两个“啤酒石”代表性样品并且使其经受以下试验：
-精确称重大约0.5克沉积物，其预先使用空气在40℃干燥24小时；
-在环境温度(15℃-25℃)在不搅拌时将其浸渍在试验配制剂中4小时。
-过滤液体溶液并且回收不溶解固体。
在40℃干燥这种固体残余物24小时，然后称重。
下面表3显示了根据所使用的清洗配制剂对这两个样品所溶解的“啤酒石”的平均百分比：
对照配制剂A：在水中56重量％磷酸(H3PO4)(d＝1.38，即1.15重量％纯H3PO4)。
对照配制剂B：78％硫酸(H2SO4)(密度＝1.7，即1.32重量％纯产物)。
配制剂1(对比)：在水中55％甲酸(d＝1.195即0.98重量％纯甲酸)。
配制剂2(根据本发明)：在水中1体积％的70重量％甲烷磺酸(d＝1.35，即0.94重量％纯甲烷磺酸)。
表3
| 清洗配制剂 | 对于两个沉积物所溶解的“啤酒石”的平均百分比 |
| 1.5体积％对照配制剂A | 5 |
| 1体积％对照配制剂B | 65 |
| 1体积％配制剂1 | 5 |
| 1体积％配制剂2 | 55 |
观察到，基于甲烷磺酸的配制剂在去除酵母环方面具有与使用磷酸配制剂相似的有效性，以及在去除啤酒石方面具有与硫酸相似的有效性。
本发明方法因此可以避免如至今推荐的两个酸清洗步骤(磷酸和硫酸)，并且显示仅仅一种包含至少一种烷烃磺酸的清洗配制剂对于去除啤酒石和酵母环两者是有效的。
实施例4：溶解草酸钙的有效性
在70℃，将草酸钙(6g)一方面加入到100g甲烷磺酸溶液(4g/L和12g/L)中和另一方面加入到100g磷酸溶液(4g/L和12g/L)达24小时。
然后过滤溶液并且通过光谱法ICP分析滤液以测定在溶液中存在的钙离子量。
结果列在以下表4中
表4
| 酸 | 在溶液中Ca2+离子量(mg/L) |
| 磷酸4g/L | 20 |
| 磷酸12g/L | 75 |
| 甲烷磺酸4g/L | 80 |
| 甲烷磺酸12g/L | 355 |
这些结果表明，对于溶解草酸钙，甲烷磺酸是比磷酸更加有效的。
Claims (11)
1.用于清洗在制备啤酒或者其它相关发酵饮料中使用的设备的方法，包含以下步骤：
a)任选地预洗涤该设备；
b)通过使有效量配制剂在所述设备中流动来洗涤该设备，所述配制剂包含至少一种烷烃磺酸；和
c)通过使冲洗液流动冲洗所述设备。
2.根据权利要求1的方法，其中所述设备包括一种或多种选自以下的构件：槽、桶、发酵器、管道、阀门、瓶、啤酒罐等等。
3.根据权利要求1或2的方法，其中预洗涤用氢氧化钠或者氢氧化钾的水溶液进行。
4.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述至少一种烷烃磺酸选自甲烷磺酸、乙烷磺酸、正丙烷磺酸、异丙烷磺酸、正丁烷磺酸、异丁烷磺酸、仲-丁烷磺酸、叔丁烷磺酸，和它们中的两种或多种的任何比例的混合物。
5.根据前述权利要求任一项的方法，其中该洗涤配制剂包含至少一种甲烷磺酸。
6.根据前述权利要求任一项的方法，其中该洗涤配制剂包含0.1-100重量％的烷烃磺酸，更一般地0.5-90重量％，特别地0.5-20重量％，更特别地0.5-5重量％的烷烃磺酸。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其中该清洗配制剂还包含一种或多种添加剂、溶剂、杀生物剂及其它流变剂或结构剂，其选自溶剂和共溶剂，有机或者无机酸、增稠剂、表面活性剂、起泡剂、消泡剂等等。
8.根据前述权利要求任一项的方法，其中使用包含至少一种烷烃磺酸的配制剂的酸清洗在0℃-100℃，更一般地在5℃-40℃的温度下进行，典型地在发酵器或者保持反应器中在5℃-20℃，和在啤酒或者其它类似发酵饮料的调理容器(桶、瓶或者啤酒罐)中在60℃-80℃的温度下进行。
9.根据前述权利要求任一项的清洗啤酒制备装置的方法，其包括以下步骤：
d)任选地使用稀释的碱溶液预洗涤该设备；
e)通过使配制剂在所述设备中流动来洗涤该设备，所述配制剂包含至少一种烷烃磺酸；和
f)通过使水流动来冲洗所述设备。
10.包含至少一种烷烃磺酸，特别地至少甲烷磺酸的配制剂的用途，其用于去除有机和无机污染物及其它在制备啤酒或者其它类似的发酵饮料期间遇到的残留物。
11.根据权利要求10的用途，其用于去除在制备和/或保存啤酒期间形成的“啤酒石”和酵母环。
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