Ózonos víz használata a sörfőzdék tisztításában.

Átírás

1 Ózonos víz használata a sörfőzdék tisztításában. Ózonos tisztítás az élelmiszer iparban - az ózon, mint alternatív fertőtlenítőszer. Miguel Ángel Prieto Arranz, Dr. G. Schories Technologie Transfer Zentrum Bremerhaven, Umweltinstitut, An der Karlstadt 6; D Bremerhaven A vizes ózon felhasználása sörfőzdékben A sör gyártását a nagy mennyiségű vízfelhasználás jellemzi. Ugyanakkor a tisztítási folyamatok a legnagyobb vízfelhasználású folyamatok. Általában a helyben történő tisztítási rendszer CIP rendszereket használják zárt gyártási láncokon. Ezek automatatisztító és fertőtlenítő folyamatok, melyek sikerét a víz, tisztító vegyszerek és fertőtlenítő szerek biztosítják. Általában a fertőtlenítőszerek klór, halogén vagy hidrogén peroxid alapúak. Ezek az anyagok nagy mennyiségű vízzel együtt kerülnek a csatornába, hogy csökkentsék a lerakódásokat, ugyanis az emberi szervezetre káros hatással vannak. Az ózon rendelkezik azzal a potenciállal, hogy kiváltsa ezeket a jelenleg használt vegyszereket a különböző CIP rendszerekben. Az ózon egy erőteljes széles spektrumú szer, ami hatásos az aktív baktériumok, gombák, vírusok, protozoák, bakteriális és gombás spórák ellen azáltal, hogy a magas oxidációs jellemzője (2,07 V) miatt támadja a sejtfalakat. Ez az oxidációs mutató magasan túlszárnyalja a sörfőzdékben jelenleg alkalmazott vegyszerek oxidációs értékét. Az európai OZONECIP kutatási projekt szándékában áll demonstrálni a környezeti előnyeit az ózon felhasználásnak a hagyományos vegyi anyagokkal szemben a különböző élelmiszeripari fertőtlenítési folyamatokban. A cél elérése érdekében egy prototípust terveztek és építettek, hogy kipróbálják a CIP procedúrákat melynek során kiértékelhető értékeket kapnak. A prototípus lehetővé teszi a sörfőzdékbe kihelyezett CIP rendszerek szimulálását és azonos elven alapuló ózonos folyamatokat. Jelenlegi helyzet A sörfőzdék vízfelhasználásának nagy része tisztításra és fertőtlenítésre fordítódik, így szennyvíz kibocsátóvá válnak. Egy felmérés szerint (Rüffer and Rosenwinkel 1991) egy hektoliter sör értékesítéséhez 2,5-6 hektoliter vízre van szükség. A legfontosabb tisztítási feladatok a gyártási rendszerben lévő edények, tartályok, csőhálózatok mosásához kapcsolódik. Jelenlegi tisztítási és fertőtlenítési technológiák sörfőzdékben a célfelületnek megfelelően: Zárt rendszer: a CIP rendszerek a leggyakrabban használt metódusok tisztításra és fertőtlenítésre csőhálózatokban, tartályokban. Nyitott felületeken: a sörfőzdék nyílt felületein, mint például a palackozó láncon a töltők, a szállítószalag. Ezeken a helyeken általában alacsony nyomású habos rendszerrel, vagy filmszerű bevonattal tisztítanak az alábbi metódus szerint.

2 Mosási fázis Előmosás Habosítás Áztatás Köztes öblítés Permetezés Záróöblítés Anyag Víz Habtisztító Habtisztító Víz Fertőtlenítő oldat Víz 1. Tábla, mosási fázisok Sörfőzés közben különféle mikroorganizmusok fejlődhetnek a tápanyag-gazdag környezetben. Ezzel szemben a sör alapvető jellemzői, mint az alkohol, szén-dioxid, kéndioxid, valamint az alacsony PH csökkentik az előfordulható organizmusok skáláját, többek között lactobacillusok és különböző élesztő kultúrák. Ezek az organizmusok a sörben zamat csökkenést, zavarosságot, üledéket okozhatnak. Ezen kívül a biofilmek további szennyeződés források lehetnek a teljes élelmiszer és ital szektorban. A biofilmek képződése akkor történik, amikor szilárd felület folyadékkal találkozik mikroorganizmusok jelenléte mellett. A biofilm nem más, mint mikroorganizmusok egy felületen összetapadt, egybefüggő bevonata. Wikipédia: A biofilm fontos tényezője a krónikus bakteriális fertőzéseknek, vagy a beültetett orvosi eszközöknél fellépő fertőzéseknek, mert a baktériumokat megvédi, így sokkal nehezebben pusztíthatók el, mint az egyedi sejtek, hiszen a folyadékok, gőzök nagyon nehezen hatolnak be a biofilm belsejébe. A biofilmek tisztítás és fertőtlenítés szempontjából nehezen elérhető területeken alakulnak ki, és sokkal nehezebben távolíthatóak el, mint az egyszerű, önmagukban álló baktériumok. Emiatt a higiénikus tervezési megoldások kiemelkedő szerepet játszanak a sörfőzdékben, hogy biztosítsák a higiéniai előírásokat és a végtermék minőségét. Ezek a megoldások magukban foglalják a gondosan összeválogatott eszközöket, anyagokat, kiegészítő felszereléseket, továbbá jótáll a megfelelő konstrukcióért, leírásért és automatizációért az installálás során. A berendezés tervezésekor figyelembe kell venni, hogy az összes olyan felület, ami a sörrel találkozik elérhető legyen tisztítás és fertőtlenítés céljából, és nem található egyirányú szakasz, rés, üreg. Feljegyezték, hogy a vegyi tisztítószerek jobb hatásfokkal távolítják el a baktériumokat, mint a fertőtlenítő szerek. Továbbá csak akkor érhető el a biofilmek tökéletes eltávolítása és fertőtlenítése, ha előbb megfelelően megtörténik a tisztítás, a fertőtlenítést megelőzően. Következésképp a fertőtlenítést mindig a biofilmek eltávolításának kell megelőznie. A megfelelő fertőtlenítőszer kiválasztásakor a következő szempontokat kell figyelembe venni. Gram-pozitív, és Gram-negatív baktériumokkal, élesztőkkel, penészgombákkal szemben hatékonynak kell lennie Fehérjék jelenlétében is hatékony. Hatásos alacsony hőfokon. Nedvesítő hatású. CIP rendszeren alkalmazható. Környezetvédelmi szempontok, mint a leöblíthetőség, biológiai lebomlás, stb Gazdasági szempontok: alacsony koncentrációban is hatékony, újrahasznosítható, könnyen leöblíthető Egészségügyi szempont: biztonságosan használható Termék kompatibilitás: nem tesz kárt a termékben.

3 A sörfőzdék jelenleg különböző típusú fertőtlenítő szereket használnak, mint pl.: hidrogén peroxid, klór dioxid, halogének, halogénezett szénsavak Ezek az emberre veszélyes kemikáliák lerakódnak a szennyvizes rendszerben és csak nagy mennyiségű vízzel öblíthető ki. Az ózon potenciális alternatíva lehet a vegyszerek kiváltására a különböző CIP rendszerekben és a jövőbeni tisztító és fertőtlenítő folyamatokhoz a sörfőzdékben. Ózon, mint alternatív higiéniai eszköz Az ózon az egyik legerőteljesebb fertőtlenítőszer. Az 1900-as évek elejétől használják vízfertőtlenítésre. Az ózon egy erőteljes széles spektrumú szer, ami aktív baktériumok, gombák, vírusok, protozoák, bakteriális és gombás spórák ellen azáltal, hogy a magas oxidációs jellemzője (2,07 V) miatt támadja a sejtfalakat. Ez az oxidációs mutató magasan túlszárnyalja a jelenleg alkalmazott vegyszerek (H2O2, HOCl, Cl2, ClO2 vagy I2) oxidációs értékét. Emiatt magas hatásfokú fertőtlenítő hatás várható a sörfőzdékben is megtalálható mikroorganizmusokkal szemben. Továbbá az ózon tűnik a jegjobb megoldásnak az összes fertőtlenítő eljárásban, például ahol veszélyes vegyszerekkel kell dolgozni, vagy a mikroorganizmusok ellenállóak a vegyszerekkel szemben. E mellé társul még az a jellemzője, hogy más vegyszerekkel ellentétben maradék nélkül távozik, molekuláris oxigénre alakulva a reakció, vagy természetes átalakulás következtében. Ez a tulajdonság egyrészről biztosítja, hogy nem marad melléktermék a sörben, ami befolyásolná az ízét vagy az illatát, másrészről a szennyvíz minősége is jobb lesz, mivel többlet oxigént fog tartalmazni, ami javítja majd a biológiai víztisztítás hatékonyságát. Ezen felül a víz újrahasznosítást is javítja az ózon jelenléte. Az ózonos öblítő szer használható például első öblítéshez CIP rendszerekben. Az ózon segít energiát spórolni is, mert alacsony hőfokon kell alkalmazni, ami növeli az ózon felezési idejét, így növekszik a természetes oxigénné történő átalakulás ideje. Mivel az alkalmazás helyén képződik, az ózont nem kell a hagyományos vegyszerekhez hasonlóan (amelyek veszélyeztetik az ember és környezete egészségét, biztonságát) tárolni. Másrészről azonban az ózon egy toxikus gáz, ami még alacsony koncentráció mellett is veszélyes. Emiatt a fertőtlenítés helyszínén az ózon koncentrációt monitorozni kell használat közben. Az ózon toxikussága változó, függ a koncentrációtól és a behatási időtől. Irritálja a szemet, bőrt és torkot és komoly sérüléseket tud okozni. Különleges odafigyelést igényel, mert a légtérben a koncentrációja hamar veszélyes értéket mutathat, ha nincs megfelelően kezelve. Ebből következően az ózon monitorozása, helyi szellőztetés, légcsere, szigetelő kesztyű, arcvédő maszk, védőszemüveg, légzésvédelem mind olyan szempont, amit figyelembe kell venni a munkaterületi légtérben. Az Egyesült Államokban az ózon maximálisan megengedett koncentrációját 1 ppm-ben határozta meg a Munkavédelmi és Egészségügyi Hatóság (OSHA). Ez az a koncentráció, amely mellett a dolgozók kitölthetik a munkaidejüket (napi 8, heti 40 óra) káros hatás nélkül. Európában országonként változhat a megengedett koncentráció, de Németországban ugyanúgy 1 ppm-ben van meghatározva a maximális megengedett érték. Mindamellett az ózon 0,01-0,04 ppm körüli koncentrációja már szaglással érzékelhető a levegőben, messze az előírt határérték alatt, ráadásul nem karcinogén. Az ózon erősen oxidáló, maró vegyület, ami rongálhatja a sörfőzdei üzemekben található felszereléseket. Bár az általánosságban használt vegyi anyagok szintén korrodálóak, az ózon sokkal reagensebb, így ezt mindenképpen figyelembe kell venni. Emiatt minden olyan anyag, ami az ózongazdag környezetben van, ellenállónak kell lenni ezen tulajdonságokkal szemben. Nemcsak azért, hogy a felületeket kevésbé támadja az ózon, hanem azért is, hogy a hasznos koncentráció ne csökkenjen az eszközök felületével való reakció miatt. Az ózon korrozív

4 hatása a különböző anyagokon alapvetően a koncentrációtól függ. A rozsdamentes acél a legáltalánosabban alkalmazott anyag a sörfőzdei CIP rendszerekben. Ezek legtöbbje kompatibilis a mérsékelt, 1-3 ppm-es vízben oldott ózonnal. Feljegyezték, hogy a 316L típusú rozsdamentes acél (X2CrNiMo ) a megfelelő anyagválasztás az ózonnal kezelt rendszerekben. Javasolt számba venni és meghatározni minden olyan anyagot, ami közvetlenül, vagy közvetve kölcsönhatásba kerül az ózonnal, és meg kell vizsgálni ezek korrózióval szembeni ellenállását. Az OZONECIP projekt A 2005 decemberében indult három éves európai OZONECIP kutatási program mutatta be az ózon felhasználásainak előnyeit a CIP rendszerekben a hagyományos vegyszerekkel szemben az élelmiszeriparban. Ennek érdekében terveztek és létrehoztak egy prototípust, amely vizsgálta a CIP folyamatokat, amik majd segítenek felfedni a környezeti mutatókat, és értékeket. A prototípus három alegységen alapszik. CIP rendszer, ami a hagyományos CIP rendszernek megfelelően épült, ózonos berendezés, ami az ózont állítja elő, és vízbe oldja, valamint a célegység, ami gyártósor elemeit modellezi. Ez a prototípus szimulálja a hagyományos CIP rendszereket a sörfőzdékben (borászatban és tejiparban egyaránt), valamint hasonló ózonos folyamatokat más rendszerekben. Több próba készült különböző termékkel és különböző anyagfelszínű berendezéssel, hogy mennyiségi és minőségi adatokat nyerjenek környezeti és nem környezeti szempontokból. Az ilyen jellegű tanulmányok a próbafolyamatokról szükségesek, hogy reprodukálható feltételek mellett minden szükséges adat mérhető és feljegyezhető legyen a legfontosabb szempontokról, mint a vízfelhasználás, a keletkező szennyvíz mennyisége, kémiai összetétele, a fertőtlenítés hatékonysága, stb. A vizsgálat során az első próbafolyamat az OZONECIP prototípussal két olyan CIP műveletsor, ami reprezentálja a sörfőzdékben jelenleg is alkalmazott technikákat. A következő táblázat az első műveletet mutatja be. 2.Tábla Mosási fázisok Hőmérséklet Időtartam Előmosás Hideg 5 perc Lúgos tisztítás Hideg 10 perc Köztes öblítés Hideg 5 perc Savas tisztítás Hideg 5 perc Köztes öblítés Hideg 5 perc Fertőtlenítés Hideg 5 perc Záróöblítés Hideg 5 perc A második CIP művelet az első sémát követi, de kihagyja a lúgos tisztítási fázist. Ez amiatt van, hogy a sörfőzdékben az összes olyan berendezés, ami valószínűsíthetően CO2 környezetű, mint a fermentáló tartályok és csövek, a tárolótartályok, szűrőtartályok főként olyan CIP folyamatokkal vannak kezelve, amik kerülik a lúg használatát, mivel a sav bázisú vegyületek a preferáltak a következő praktikus előnyök miatt: 1. A savakra nincs hatással a szén-dioxidos környezet, ezért nem vesztik el hatásfokukat, így használhatóak az újrahasznosító rendszerben. 2. Savak használatakor nem kell szellőztetni a tartályokat, ami segít abban, hogy ne csökkenjen a szén-dioxid mennyiség. A rendszerben nagy nyomású szén-dioxid alatti tisztítás is lehetséges. 3. A savak csökkentik a tartályos berobbanás valószínűségét. 4. Hatékonyan távolítják el és előzik meg a sör, és víz eredetű lerakódásokat. 5. A savak csökkentik a vízfelhasználást, mivel könnyen kiöblíthetőek. 6. Energiatakarékosak, mert nem kell magas hőfokon tisztítani.

5 Mindamellett a nátrium hidroxid nagy hatékonyságú tisztítószer, és magas antimikróbás potenciállal rendelkezik és előszeretettel használják sörfőzdékben. A lúgos CIP folyamatok sok esetben elkerülhetetlenek, habár ritkábban használatosak, mint a tisztán savas CIP szekvenciák. A következő táblázat mutatja be a OZONECIP prototípus második szakaszát. 3. Tábla, Mosási fázisok Hőmérséklet Időtartam Előmosás Hideg 5 perc Savas tisztítás Hideg 30 perc Köztes öblítés Hideg 5 perc Fertőtlenítés Hideg 5 perc Záróöblítés Hideg 5 perc Az első próbasorozat második fázisában az öblítési fázisokat helyettesítik ózonos technikával (lsd 2-3 táblázat). Mind a prototípust, mind a különböző tesztfolyamatokat úgy tervezték, hogy lehetőség legyen az ózonos öblítések folyamatos monitorozására. A fertőtlenítési fázisok, valamint a különböző közbülső és végső öblítési szakaszok különböző ózon koncentráltsággal és behatási idővel volt tesztelve, hogy kielemezzék a teljesítményüket és hatásfokukat az adott referencia szakaszokban. A próbákat szennyezett sörök széles skálájával végezték. A sörmintákat különböző, a sörgyártás során fellelhető mikroorganizmusokkal fertőzték, és pontos eredmények érdekében elkülönítve kezelték. Az tesztek első fázisában különböző laktobacillus törzseket, pectinatus cerevisiiphilust és élesztő kultúrákat használtak. A megismételhetőség és kiértékelés érdekében a próbasorozatok alatt aprólékos monitorozás szükséges. Az eredmények határozzák meg, hogy milyen ózon alapú CIP részfolyamatok felelnek meg a céloknak. A következő paramétereket kell rögzíteni. 1. Vízfelhasználás és szennyvíztermelés. 2. Energia felhasználás. 3. A tisztítási ciklusok és a teljes CIP folyamat időtartama. 4. Felhasznált vegyszerek koncentrációja és dózisa. 5. Az alrendszerek be és kifolyó vízcsatlakozásánál a hővezetés. 6. Ózon koncentráció az ózonvizes puffer tartályban. 7. Ózon koncentráció a célrendszer be és kimenő oldalán. 8. Mikrobiológiai paraméterek és fertőtlenítő hatékonyság. Az kezdeti próbasorozatok eredményei alapján tervezik meg a későbbi próbákat a CIP folyamat fejlesztése érdekében. Ez fogja lehetővé tenni az Európai és Nemzetközi BAT dokumentumok frissítését a környezeti indikátorok, és reprezentatív értékek által, ami a kísérlet egyik célja. Az OZONECIP rendszer felhasználását befolyásoló nem környezeti faktorokat is vizsgálták, hogy kiküszöbölhetőek legyenek. Ezek alapján vázolhatóak fel azon a megvalósítási modellek, ami mind technikailag, mind gazdaságilag megfelelőek az élelmiszeripar számára.

6 A CIP rendszertől függetlenül az ózonos vizet a következő területeken lehet felhasználni a sörgyártásban: vízkezelés, vegyszerek kiváltása a palackok öblítésénél, Pasztőr-csöveknél, eszközök és felületek fertőtlenítésekor. Az ózon korábban taglalt toxikussága miatt gondot kell fordítani a munkaterület megfelelő kiszellőztetésére, és az ózonos vizet megfelelő gondossággal kell kezelni. A különböző felszínek ózonos vízzel való fertőtlenítésének hatékonyságát már számtalan publikáció alátámasztja. Felhasználás CIP rendszer Tejtermék által képzett biofilm réteg rozsdamentes acél felületen Ózonvizes kezelés Nem meghatározott 0,5 ppm O3 10 percig Vizsgált mikroorganizmusok Staphylococcus aureus, Pseudonomas aeruginosa, Candida albicans Pseudomonas fluorescens, Alcaligenes faecalis Fertőtlenítési hatékonyság 99%-os csíraszámcsökkenés 5,6 log illetve 4,4 log mértékű csökkenés Szerző, év Lagrange, Reiprich & Hoffmann, 2004 Greene, Few, Joao & Serafini, 1993 Rozsdamenetes acél keverő üst 2 ppm O3 1 percig Nem meghatározott Csíraszámcsökkenés 63,1%-tól 99,9%-ig Hampson, 2000 Járófelületek 2 ppm O3 1 percig Berendezés, falak, járófelszínek, lefolyók, asztalok és szállítószalago k. 3-3,5 ppm O3 Nem meghatározott Trichophyton mentagrophytes, Salmonella choleraesuis, Staphylococcus aureus, Pseudonomas aeruginosa, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Aspergillus flavus, Brettanomyces bruxellensis, E. Coli Csíraszám csökkenés 67,0%-tól 95,6%-ig (nagyforgalmú járófelszínen) és 84,3%-tól Csíraszám csökkenés 4 log-6 log mértékben Hampson, 2000 Boisrobert, Tábla, Ózonos víz hatékonyságát leíró publikációk A táblázat alapján elvárható, hogy mérsékelt ózon koncentráció (0,5-3,5 ppm-ig) figyelemre méltó hatást ért el, egészen a 6 log mértékű fertőtlenítő hatásfokig (Pascual és mtsai. 2006). A lejegyzett ózon koncentráció és behatási idő kontra fertőtlenítő hatékonyság mutatókból következik, hogy mennyire hatékony az ózon különböző mikroorganizmusokkal szemben adott koncentrációban, behatási időben és felület típuson. Következésképp sörfőzdénként egyedileg kell megtervezni az OZONECIP és egyéb ózonos fertőtlenítő rendszereket.

7 Cégünk a hagyományos ózonos víz előállító berendezésekkel szemben egy új technológiát alkalmaz. Az ózonos vizet előállító ieog rendszerű ózonvíz generátor, amely 20 világszabadalmat tartalmaz, jelentősen eltér a hagyományos koronakisüléses elv alapján működő ózongenerátoroktól. A ózont megtisztított csapvízből állítja elő NO x mentesen. Lényegesen egyszerűbb a telepítése, a működése során nem jut a légtérbe ózon, csökken a baleseti kockázatot és a korróziós hatást azáltal, hogy egy szabadalmaztatott eljárással szinte buborék mentesen szaturálja az ózont a vízbe, így nincsenek magas ózonkoncentrációjú buborékok. A tisztítás hatékonyságát megnöveltük azzal, hogy egy légdugós (kavitációs) berendezést Herlimat Aero-t telepítünk a rendszerbe. A Herlimat Aero segítségével kalibrált, meghatározott intervallumokban egymást követő légbuborékokat juttatunk a hálózatba. A légbuborékok nagyságát a csőhálózat átmérője és hossza határozza meg. Hasonló módon történik a légbuborékokban uralkodó nyomásnak a meghatározása a hálózatban uralkodó üzemi nyomás alapján. Az ily módon keletkező turbulencia (örvények) magukkal ragadják a cső faláról a szennyeződéseket és kiszállítják a vezetékből. (kavitációs hatás) Az alkalmazás célját meghatározó Európai Uniós irányelv: A 96/61 irányelv - A környezetszennyezés integrált megelőzéséről és csökkentéséről (IPPC) (1996/09/24) Mezey Károly sk. szaktanácsadó