The Application of Sartorius Membrane Filtering System
喻晓亮
This article, based on the characteristic of fully automatic filtering system of Sartorius BSF two sets and two steps, combines some cases and experiences in the processing in beer and grape wine industry, deeply demonstrates and researches the production capacity, technological process, equipment configuration, CIP, quality control, malfunction alert treatment and supporting facilities etc. of the equipment.
黄酒是世界三大古酒之一，由于口味、酒精度等多种因素，消费区域和消费人群相对固定，产量和销量一直徘徊不前，在整个酒类市场中所占份额仅为1位数。针对这种状况，浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司作为行业龙头企业独辟蹊径，与江南大学利用现代生物发酵技术联合研制开发了黄酒新生代产品——纯生黄酒，摆脱传统黄酒品性的多重束缚，从饮酒理念的深度掀起一场黄酒业的根本性变革。
为确保纯生黄酒能在包装后一段时间内（保质期）保持酿造过程中的清爽纯正口味及独特的风味，对成品酒采用传统的巴氏灭菌或UHT杀菌当然不可取。于是膜过滤工艺就进入了我们的视线。Pall和Sartorius是世界优质膜过滤设备的象征和标志，也就成为我们选择供应商的首选。我们与两家公司进行了多次交流和论证，并参观了一些啤酒企业膜过滤设备的实际运行状况。结合啤酒、葡萄酒行业中膜过滤使用的一些案例和经验，对生产能力、工艺流程、设备配置、CIP清洗、质量监控、故障报警处理、配套设施以及与KHS公司提供的灌装机、CIP系统的电信号连接、管路连接的协调、自控系统的联机操作等事项均进行了深入的方案论证和研讨，从系统性、先进性、实用性、经济性、美观性的角度出发，最终选定了Sartorius 公司。
Sartorius BSF双套双级全自动膜过滤系统的特点：
1、系统配置
包括主过滤系统和辅助过滤系统。主过滤系统为物料通道，辅助过滤系统为气体（蒸汽、压缩空气、二氧化碳）通道和CIP清洗通道。 物料通道的过滤采用预过滤及两组无菌终端过滤(并联)的组合形式。预过滤Sartopure－pp2孔径0.45mm～0.65mm，为深度过滤芯，采用多层聚丙烯结构，无渗漏，符合FDA标准，用以截留酵母及减少黄酒有害菌，保护终端滤芯。滤芯的特点：容颗粒量大，压差小，总的流通量高于其它产品，对微粒的截留率是同等产品中最高的，且化学兼容性好，可在pH值1～14的条件下使用，杀菌次数达80次以上。根据生产过滤能力匹配，预过滤器由24根40″滤芯组成。终过滤芯Sartocool－PS，折叠层数140层，绝对过滤精度0.22mm～0.45mm，细菌挑战实验>LRV7/cm2(L.Lindneri)，100%截留有害菌。滤芯特点：蛋白质吸附性低，保持黄酒的品质及风味，流速高(1吨/时40″～1.2吨/时40″)，可减小系统体积，提高微生物的安全性。材质为改造聚砜，有很稳定的化学性（在pH值1～14的条件下使用）、抗热性（杀菌次数达50次以上）及机械稳定性（做压力急剧变化实验25,000次，仍可完全达到纯生灌装要求）。终过滤器由16根40″滤芯组成。为实现生产的连续性，终端无菌过滤配两组并联安装，正常生产时一条过滤线处于过滤状态，而另一条过滤线处于待机状态。
气体通道的过滤也采用两级过滤的形式，先经一般的粗过滤，滤芯可选用0.45mm～0.6mm PP材质的滤芯，先行除去水分、油雾、杂质等，第二级采用单根Sartorfluor GA滤芯，孔径选用0.2mm～0.45mm(相当于气体过滤的绝对精度为0.01mm)，过滤精度高，除菌安全性能好。该膜材质为聚四氟乙烯(俗称塑料王)，具有天然强疏水性。滤芯特点：过滤面积大(0.75m2/10″)，压差小，流通量大，化学兼容性好，耐酸碱和有机溶剂，杀菌次数达150次以上。
CIP清洗通道的过滤选用水、碱液过滤器，采用Sartopure－pp2的滤芯，性能同物料通道的预过滤芯。过滤器配置8根40″滤芯，可满足正常CIP清洗的流量需要。
2、工艺流程及安装使用 该无菌过滤系统安装于清酒罐与灌装机之间，酒源要求经前道硅藻土过滤和精滤把关。安装好过滤芯后，先用冷水冲洗润湿滤芯，再用热水杀菌，然后用冷水将过滤芯冷却下来，做完整性测试，最后用CO2将系统中的水排除。
酒经过滤器之前的一个阀门组（也称阀阵）被分配到预过滤器，当预过滤器完全充满酒液后，再进入到终端过滤器，充满终端过滤器后，经无菌过滤过的黄酒流至出口阀门组，最后进入灌酒机酒缸。如果过滤过程终止，生产线会进行再生。预过滤器芯用氢氧化钠反向清洗，用水反冲再生，终端过滤器用氢氧化钠正向清洗，用热水杀菌，之后用水冲洗，经完整性测试合格，此系统即处于待机状态。
3、特点
（1）安全性：
BSF系统的进出物料管路、CIP清洗管路上采用高卫生等级的防渗双座阀，管道平面布置安装合理，避免了卫生死角，满足了微生物的安全要求；
CIP清洗流程可到达系统内每一个角落，满足了滤芯、管路、阀门的清洗要求；
终端滤芯的细菌挑战值＞107/cm2（L.Lindneri）；
过滤器出口配有全自动取样阀可定时定量对过滤好的酒进行取样，避免了因人工取样所造成的误判断。
内部管路全部采用无菌级AISI316不锈钢管联结。
（2）先进性：
在生产过程中，酒液进出、过滤、残酒排放、滤芯再生等操作以及各气动控制阀的启闭、流通管路的切换均被编成相应的程序，储存在Siemens S7－300 PLC中，由高卫生等级的压力变送器、温度、液位传感器、导电度计等检测仪表传递相关信号全流程自控系统操纵。尤其是在膜压力差增加到设定允许值，即在堵膜之前进行自动转线切换，让待机状态的生产线投入生产，保证了生产的连续性，避免发生终端滤芯被完全堵死而无法再生的状况。
（3）经济性：
在滤芯选用上，无菌过滤系统的预过滤和CIP的过滤芯，我们采取的是同一种规格的深层过滤芯，Sartorpure－pp2，在预过滤芯局部堵塞、流通量明显下降、无法满足生产要求而被更换下来后，完全可以用作CIP滤芯，提高利用效率，从而降低了过滤成本。
在终端过滤芯使用至后期，但还不必更换时，当运行数小时后压差达到较大、可能影响到灌装机正常运行时，可切换为双终端过滤同时投入，将过滤器的使用寿命发挥至最高点，降低过滤成本。
滤芯材质耐酸碱(pH1～14)，对CIP介质的要求与灌装系统CIP一致，普通碱就能满足要求，无须单独制备价格昂贵的膜专用碱基清洗液（或酶制剂）和存储槽，与灌装机共用一套CIP，洗液共享，循环使用，与灌装机CIP流程同时进行，操作简单，一次完成，省时省力，降低运行成本。
4、结论
先进的设备是优质产品的基本保证。古越龙山在项目技改实施中科学地引入啤酒、葡萄酒行业中应用的设备，提高生产装备水平，为黄酒“纯生”概念的提出、促进黄酒类延伸产品与休闲饮料的融合和开拓广阔的消费市场奠定了物质基础。
但任何事物往往具有两面性，尤其作为黄酒行业第一家引入无菌过滤系统（取消后杀菌）的企业，更是一把双刃剑。企业在提高生产装备、提升档次、品位的同时，特别要注重提高科技人员、一线维保和操作员工的素质。无菌过滤系统诚然有其先进性，也有成功的使用案例，但其投用并非一夫当关、万事无忧。如果没有严格的上游微生物控制措施，员工缺少“纯生”概念产品生产所应有的过程理念，其特色和经济性不但荡然无存，而且将成为一个质量隐患的关键控制点，从而走向事物的反面。为此，我们黄酒业的技术同仁们将以科学严谨、负责任的态度在摸索中前进。
作者单位: 浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司