啤酒生产企业用红外线高温瞬时灭菌机取代 原巴氏灭菌机技术改造项目方案

啤酒生产企业用红外线高温瞬时灭菌机取代

原巴氏灭菌机技术改造项目方案

一、项目背景。

中国酒业协会2022年4月6日发布了《瞬时高温灭菌啤酒及生产规范》(以下简称规范)团体标准，即T/CBJ3303-2022,《规范》第7项生产过程控制指标如下：

就上述生产过程的各项指标看，具体规范了啤酒生产工艺中灭菌工艺的要求，也是对现今国内啤酒行业一次技术革新和创新。如果推行此规范，国内啤酒行业99%的企业即将面临工艺更新、设备更新，中国啤酒市场将诞生新工艺下的啤酒产品。

二、啤酒的瞬时灭菌优势分析。

节能降耗是目前国内外企业的发展趋势，对于高投入、高消耗、 低产出的啤酒业来说节能降耗对企业的发展至关重要。啤酒灭菌环节工艺设备复杂、能源消耗大、占地面积大，在工厂中举足轻重。而高 温瞬时杀菌技术，作为一种新的灭菌技术，相比于原先的巴氏灭菌技术在节能降耗方面具有非常明显的优势。

啤酒瞬时杀菌技术在工厂应用中的关键问题：包括啤酒PU值的确定、二次污染的防治、生产的安全性和灵活性三个方面，该方案确定了高温瞬时杀菌技术参数为：温度设定为72℃，灭菌时间为维持时间30 s，PU值为26.7。我们的方案从红外线高温瞬时灭菌机、缓冲罐及管路和包装车间环境讨论了二次污染的防治，并对瞬时杀菌机组系统进行了设计。

（一）、啤酒行业采用高温灭菌技术的背景。啤酒行业在中国的酿酒工业中是比较年轻的行业，但在近二十多年 来，取得了令人瞩目的成绩，规模不断扩大，技术水平不断提高，啤酒品种不断增多，竞争越演越烈。随着原料、能源、运输等价格不断膨胀，以及国外品牌不断进入，啤酒企业面临着巨大挑战，今后如何应对市场的竞争，如何提高产品的竞争力，是一个很值得研究的课题。

（二）、高温瞬时灭菌技术应用于啤酒灭菌的可靠性。生物稳定性与灭菌的温度有很大的关系。瞬时杀菌和纯生啤酒相比，可钝化由于酵母分泌的蛋白酶A和酵母分泌的氧化酶，更能保证啤酒的原汁原味。高温瞬时杀菌是因其15s相对较短的 “持续时间”而得名。高温瞬时杀菌技术许多年前已经广泛的应用于牛奶的灭菌，而目前一种新的超高温瞬时杀菌技术（UHT)正被广泛应用于牛奶行业中。而高温灭菌技术也被广泛的应用于豆浆、 豆乳、果酒、酱油醋、饮料、药液和奶酒的生产中。随着技术的发展，啤酒的生物稳定性得到了很大的提高，但是啤酒的风味稳定性及新鲜度提高的幅度却不能令消费者满意。所以如何延长啤酒的风味稳定性及新鲜度将是酿造工业的重要课题。目前 国内大部分厂家均采用隧道式喷淋巴氏杀菌生产瓶装熟啤酒，对啤酒的风味稳定性及新鲜度控制非常不利，保鲜期较短；采用膜过滤技术生产纯生啤酒，较好地解决了啤酒的保鲜期问题，但是存在啤酒口味淡薄、泡沫逐步衰减、运行成本高等缺点；瞬时杀菌技术在啤酒行业中早应用在桶装鲜啤酒生产中，高温瞬时杀菌用很短的时间、很低的能耗达到应有的杀菌效果，同时保证了啤酒的风味， 所生产的产品具有保鲜期长、生产运行成本低、理化指标稳定等优点。

  （三）、啤酒高温瞬时灭菌技术与传统巴士隧道灭菌技术对比分析。高温瞬时杀菌与巴氏杀菌的比较要想提高啤酒新鲜度、延长货架期、除去啤酒中有害微生物、增加啤酒的生物稳定性，保证啤酒风味，按现有啤酒生产工艺，除酿造工艺因素外，关键是由杀菌方法所决定。另外减少啤酒在生产过程中的氧含量也十分重要，所以精确地控制好杀菌过程才能保证产品的质量和口味。 巴氏杀菌是对产品采用热处理的方式杀灭那些会导致危害啤酒的微生物以及停止啤酒中酶的活动。在隧道式巴氏杀菌中，产品在包装物内通过一个隧道进行加热和冷却，热水喷射到包装物上(瓶子或者易拉罐)；瞬时杀菌装置是通过换热器，在很短的时间内对产品进行加热和冷却。 现常规啤酒杀菌多采用隧道式巴氏杀菌机，优点是简单可靠，缺点 是PU值均偏高，能源消耗高，一般啤酒厂根据工艺要求PU值在25左 右，有的则更高。显然在节能降耗及啤酒风味物质的保留方面，瞬时杀菌较巴氏杀菌具有明显的优势。隧道杀菌对于小包装啤酒(瓶子、易拉罐)而言，仍然十分通行；换热器瞬时杀菌较常用于大批量的包装(如桶装啤酒)。目前，得益于先进的灌装技术，采用换热器瞬时杀菌用于小包装啤酒(瓶子／易拉罐)越来越多，同时瞬时杀菌热负荷低。热负荷=时间×温度；瞬时杀菌为：(1／3—1／ 2)min×(72—73)℃=24．36 mi”℃：隧道式杀菌为：18 min×62℃ =11 16 min·℃。瞬时灭菌保持了啤酒的原汁原味，使产品有更好的保鲜度及色泽。经国内外有关专家测定，采用高温瞬时杀菌时，啤酒液只有30 ppb的含氧量，而采用隧道式巴士杀菌时啤酒中含氧量高达300 ppb以上，在此时受热处理，其老化程度可降低为隧道式杀菌的1／ 10以下。瞬时灭菌可以降低PET瓶装成本及更适合低温保存。高温瞬时杀菌啤酒出口温度设定为12.15℃，直接用PET瓶灌装贴标，瓶子要比经隧道 式杀菌的包装成本低很多(原因：耐高温的PET瓶要比普通瓶价格高)。 包装后的啤酒温度比较低，更适合低温保存和运输，对啤酒质量有好处。由于啤酒经72℃的瞬时杀菌后，利用逆向进来的未杀菌的低温啤酒进行热交换(冷却，不需增加冷媒)，使其温度降至12．15℃， 直接进入灌装机进行灌装，夏天经热风吹干，然后直接贴标，这样 能耗比传统方式遂道式杀菌机杀菌要大大减少。换热器瞬时杀菌装置比隧道式巴氏杀菌更易保持啤酒的新鲜口味和啤酒的高质量，且换热器瞬时杀菌装置在运行和维修的成本上便宜得多。

 隧道式巴氏杀菌优点：产品和包装物一起进行巴氏杀菌；在产品生 产过程的阶段进行，基本上没有再次染菌的可能。缺点：缓慢 加热处理，比较长=的持温时间(30 mjn左右)和比较高的杀菌温度 (约60 oC)；口味变差；包装物损坏多；运行费用高：能源消耗大； 维修费用高；热水泵多；喷嘴多；较高的初投资费用；需要较大的场地。 

换热器瞬时杀菌优点：热处理时间短，极低的持温时间(约30 s) 和高的杀菌温度(约72℃)；基本上没有发生口味变化；基本没有包装物损坏；运行费用低；能源消耗少，节约蒸气消耗：可节水90％左右；节约电能可停止使用原隧道式巴氏杀菌机原有电力，可节约每小时 30 KW左右；维修费用低；很少的泵：没有喷嘴；初投资费用低；较少的占地面积；啤酒新鲜度好，瞬时杀菌PU值27口感相当于隧道式巴氏杀菌PU值12以内；采用瞬时杀菌可以不用温瓶工艺，直接贴标，原隧道式杀菌机只作为输瓶链运用。缺点：只有产品进行巴氏杀菌， 包装物(易拉罐／瓶子)不作杀菌后进行灌装，有二次污染风险，但是，如果采用卫生式灌装或现代灌装设备，高品质的无菌灌装机，可以降低甚至消除这些风险。

（四）、啤酒瞬时杀菌工艺主要优点：

综上所述。以年产10万千升啤酒厂为例，用高温灭菌技术取代原巴士隧道式灭菌技术，优点如下：

1、因不再使用蒸汽，每年可以节省蒸汽耗量1.1万t。该数字基于啤酒行业原隧道巴氏灭菌环节耗用蒸汽的平均数为110公斤/千升酒。

2、节水0.4万t。因不用隧道式巴氏杀菌，因不用水加热及冷却循环（每小时可节水4—6 t），只有CIP及水引酒用水。

3、减少玻璃瓶损耗170万只。因灭菌后的啤酒变为低温直接灌装，减少了原隧道式巴士灭菌环节的爆瓶等损失。该数字基于啤酒行业包装环节瓶损的平均数0.86只/千升，由于采用高温瞬时灭菌工艺，灭菌后的啤酒直接灌装，不再产生包装环节的损耗。

4、减少酒损降低1500t。该数字基于啤酒行业原隧道式巴士灭菌工艺酒损耗1.5%平均数。因采用高温瞬时灭菌工艺，灭菌后的啤酒直接灌装，减少了原工艺中酒损的产生。

5、高温瞬时杀菌啤酒的常规指标都能满足要求，有机酸的含量要略低于巴氏灭菌啤酒；

6、高温瞬时杀菌啤酒中，好氧菌、野生酵母和厌氧菌的污染均要好于传统的巴氏灭菌，通过高温瞬时杀菌啤酒的货架期都要大于普通巴氏灭菌的啤酒。

7、高温瞬时杀菌啤酒较普通巴氏灭菌啤酒保留了更多的风味物质，啤酒新鲜度好，瞬时杀菌PU值27口 感相当于隧道式巴氏杀菌PU值12以内，口感更好。

8、如用KHS酒机并能够达到纯生啤酒灌装工艺条件，KHS酒机能在 12℃条件下灌装，采用瞬时杀菌可以不用温瓶工艺，直接贴标。节约电能可停止使用原隧道式巴氏杀菌机原有电力，可节约每小时30 KW左右。

三、红外线高温瞬时灭菌机应用于啤酒高温瞬时灭菌工艺上的可靠性及优势分析。

（一）、公司简介。红外线高温灭菌机是有我公司北京得昊力新科技发展有限公司生产，企业已有20月年的发展历史，设备遍布全国的20余个省份，及遍布牛奶、果酒、饮料、酱油醋、药液等行业，是国内国际一家用红外线技术灭菌的公司，也是国内外一家专业从事红外线灭菌保鲜设备的研发、生产、销售、服务为一体的企业。可为生产单位提供整体工艺设计、工程安装、人员培训等专业化服务。公司自成立以来，获“全国质量信誉双保障单位”，“中国食品机械行业十大影响力品牌”，“全国质量服务信誉AAA级诚信企业”，“中国红外线灭菌设备客户满意较佳典范品牌”，“中国国际展览会金奖”，“全国金奖4项”等几十项奖项”。“红外线电脑超高温瞬时灭菌机”是全国一个通过“食品加工机械质量监督检验中心”检测的灭菌设备。

（二）、设备优势简介。红外线电脑超高温瞬时灭菌机与传统蒸汽灭菌机相比的七大优点：降低设备投资：50-70%；降低产品成本：40-60%；节省人力：2-3倍；节约厂地：90-95%；可实现无污染绿色工厂；灭菌温度高、时间短、减少营养损失；红外线代替传统蒸汽灭菌技术。红外线电脑超高温瞬时灭菌机的五大功能：均质前预热;灭菌保鲜;出料冷却;自动清洗;管道消毒。同时红外线高温瞬时灭菌机自动化程度高，可以无人操控、远程控制、智能化，真正实现标准化工艺条件下的标准化控制，对于保持啤酒质量及品质具有蒸汽式灭菌所无法替代的作用。红外线灭菌机不用蒸汽，不用锅炉减少了由于锅炉而产生的安全隐患，减少用人2-3人，减少天然气开口费及锅炉、锅炉房投资，压力容易锅炉年审及锅炉水处理费用，尤其在全球“双碳”大环境下，锅炉的不在使用，减少了碳排放及污染以及由此产生环保检查可能产生排放超标等罚款。

就《规范》第7条列示的生产环节标准规范，得昊力红外线高温灭菌机完全能满足生产，且技术指标远超《规范》中要求的标准，比如杀菌温度控制控制精度/℃要求+—0.5℃，我们的设备是+-0.1℃。且能达到上述高温灭菌技术对啤酒带来各项技术指标、卫生指标，提高啤酒新鲜度，减少有害气体排放，提高啤酒口味纯正、清爽新鲜、杀口力强，体枳小占地21平米等优点。

四、实施步骤。

（一）、增加红外线自动化高温瞬时灭菌机，该灭菌机原料进口端直接连接待灭菌啤酒罐，灭菌后的出口端与灌装机连接；

（二）、拆除原巴氏灭菌机系统；

（三）、保持原啤酒工艺中前端麦芽处理、发酵、水处理、酒瓶清洗杀菌、灌装二氧化碳不变，后端贴标、封箱等不变。

（四）、灌装机增加无菌灌装功能，或改用无菌灌装机或在原有灌装机的基础上增加无菌功能，或者将灌装车间改成无菌灌装间。

（五）、按照《规范》的要求，将技术参数输入灭菌机，开机即可实现啤酒的高温瞬时灭菌。

五、技术改造方案投资效益分析(以年产10万千升产量计算)。

（一）、投资及成本

1、设备投资①24小时生产设备投资。如啤酒灭菌改为新工艺下高温瞬时灭菌技术，需新增红外线全自动高温瞬时灭菌机18千升/小时一台，价格为280万元，含税含运费含安装费。该设备是基于生产按照24小时生产，年生产300天计算（18千升/小时*24小时*300天/年=12.96万千升）。②如果单班生产，则需要购置设备3台，即投资280万元*3=840万元。

2、设备技术参数。

①、型    号：HCSM--18000;

②、生产能力：18T/h（每小时产能18吨）；

③、电    压：380v;

④、功    率：420KW；耗电180KW、40KW调节温度；

⑤、灭菌温度：70--90℃；可按工艺灭菌温度要求随意设定；

⑥、灭菌时间：60--90S；可根据工艺要求确定；

⑦、出料温度：15--20℃；

⑧、进料温度：1--3℃；

⑨、灭菌体材质：不锈钢316L、304；

⑩、机架材质：不锈钢304、210；

⑾、管    件：不锈钢316L、304；

⑿、外型尺寸（m）：长×宽×高8×2.6×1.9；

⒀、占地面积：20.8平米；

（二）、收益

1、节约蒸汽1100吨，每吨300元，计330万元；

2、节约水4000吨，每吨3元。计120万元

3、节约酒瓶损失170万只，每只1元，计170万元

4、节约酒损失1500千升，每千升成本价2500元，计375万元

上述合计：995万元；

5、电力，原巴氏灭菌机耗电18千瓦/千升（啤酒行业包装环节耗电的平均数），如果改用红外线灭菌机为22千瓦/千升，则每千升多耗电4千瓦时，10万千升为40万千瓦时，每度电按高价0.72元，则多耗电28.8万元。

6、设备清洗多耗水：3000吨×3.00元/吨=0.9万元。

综合上述，一个年产10万千升的啤酒企业，采用《规范》生产，利用红外线高温灭菌机取代现有隧道式巴氏灭菌机后，且后年可节约965.3万元（995-28.8-0.9），即净收益为965.3万元，每月净收益为80.4万元。

（三）、投资回收。

     如果24小时生产，上述一次性投资280万元设备，年可节约965.3万元，即投资回收周期为280/80.4≈3.5个月。

如果按照单班生产，则需要投资840/80.4≈10.5个月。

                         北京得昊力新科技发展有限公司

                             2022年10月17日

附：1、高温瞬时灭菌技术对啤酒质量影响的研究.pdf

    2、高温瞬时灭菌啤酒团体标准.pdf