Процесс мойки специальными средствами включает:
- смачивание поверхности для улучшения контакта моющего средства с загрязнением;
- химическое воздействие на загрязнение (при этом учитывается воздействие добавок на минеральные вещества), направленное на растворение неорганических минеральных отложений;
- реакции гидролиза протеинов;
- реакции омыления жиров каустиком;
- диспергирование крупных частиц загрязнения до более мелких.
Мойка на пивоваренном заводе методами замачивания, распыления и циркуляции растворов в большей или меньшей степени включает в себя вышеупомянутые физические и химические процессы. Тип моющего средства и метод его применения определяет, насколько эффективно происходит удаление загрязнения.
Почти во всех процессах мойки применяются либо сильнокислые, либо сильнощелочные моющие средства, так как растворение неорганических загрязнений и органических остатков происходит в присутствии избыточной кислотности (Н+) или щелочности (ОН-).
Выбор моющих средств определяется характером загрязнения и доступностью для обработки. В табл. 2 указаны типы моющих средств и предпосылки для их применения.
Таблица 2
Типы моющих средств
| Моющие средства | Характеристика загрязнений | Участки мойки | Механизм действия |
| Сильнощелочные (каустическая сода) | Белок, жир, пригоревшие органические остатки | Нагревательные установки, например, пастеризаторы | Гидролиз белков, омыление жиров, коагуляция белков |
| Слабощелочные (каустическая сода – NаОН, едкий калий – КОН, сода – N2СO3, поташ – К2СО3) с добавлением ПАВ и комплексообразователей | Засохшие органические остатки | Общая мойка баков и трубопроводов, общая производственная мойка | Растворение белков, омыление жиров |
| Нейтральные (фосфаты, силикаты), высококонцентрирован-ные ПАВ, диспергаторы | Белковые и жировые загрязнения, отложения солей жесткости | Ручная мойка | |
| Кислотные (фосфорная и азотная кислоты) | Неорганические отложения, малозагрязненные поверхности | Удаление котлового и пивного камня, мойка СИП | Переход нерастворимых солей в растворимые соединения |
| Комбинированные, обладающие моющим и дезинфицирующим эффектом | Слабозасохшие остатки | Трубопроводы, баки и другие поверхности | Комбинированное действие щелочей и окислителей (активный кислород или активный хлор) |
| Комплексообразователи (нитрилотриуксусная кислота – NTА, этилендиаминтетрауксус-ная кислота – EDТА, глюконовая кислота, поликарбонаты, фосфаты, тензиды, другие ПАВ) | Мойка СИП, мойка бутылок | Добавляются для усиления моющего эффекта. Комплексооразова-тели – для щелочных средств, ПАВ. Для кислотных средств – это диспергаторы и ингибиторы коррозии |
Щелочные моющие средства. Каустик (NaОН) является самым популярным моющим и дезинфицирующим веществом; на его долю приходится около 70% всех моющих и дезинфицирующих препаратов, причем 50% каустика расходуется на линии розлива.
Основными недостатками NаОН как вещества, входящего в моющие средства, являются способность реагировать с солями жесткости воды (ионами кальция и магния) и СО2 и образовывать накипь, вследствие чего имеют место потери каустика (табл. 3). Кроме этого, он имеет плохую смачивающую и диспергирующую способность.
Таблица 3
Потери СО2 и NaOH (в %) при применении моющего средства, в состав которого входит 2% NaOH
| Начальное содержание СО2, % | После предварительной промывки водой | После промывки моющим средством | После окончательной промывки | Потери NаОН после всего цикла промывки | Увеличение Nа2СО3 |
| 97 | 85 | 66 | 57 | 40 | 0,90 |
| 50 | 34 | 15 | 13 | 37 | 0,95 |
| 40 | 32 | 18 | 16 | 24 | 0,60 |
| 32 | 25 | 9 | 7 | 25 | 0,55 |
| 23 | 13 | 4 | 3 | 20 | 0,45 |
| 5 | 12 | 5 | 5 | 10 | 0,60 |
| 0 | – | – | – | – | 0,09 |
Помимо каустика широко используют щелочные средства, содержащие активный хлор, несмотря на их вредное воздействие на окружающую среду. Чаще всего применяют гипохлорит натрия (NaClO). Эффект от его применения объясняется комбинацией щелочности (высоким значением величины рН раствора) с окислительным действием. Гипохлорит окисляет органические компоненты грязи, что способствует их набуханию в щелочи, т. е. одновременно осуществляются и мойка, и дезинфекция. Однако при этом наблюдается инактивация хлора, поэтому необходима повторная дезинфекция. Гипохлорит рекомендуют применять при старых, засохших загрязнениях.
Кислотные моющие средства. Для растворения неорганических отложений (пивного камня), мойки форфасов (без удаления диоксида углерода из них), мойки оборудования по методу СИП в настоящее время широко используются кислотные средства, которые в качестве главной составляющей содержат минеральные (фосфорную, азотную – для мойки оборудования, соляную, серную – для мойки бутылок) и органические (в основном сульфоновую) кислоты. Кислотные препараты содержат кроме кислот ингибиторы коррозии (например, сероорганические соединения). Кислотную мойку следует проводить после щелочной.
В процессе кислотной мойки происходит переход нерастворимых минеральных веществ, а в случае с фосфорной кислотой – и органических соединений, в растворимые.
Одной из причин применения кислот является их совместимость с СО2. Известно, что СО2 существенно влияет на потери каустика (см. табл. 3), поэтому перед мойкой обычно удаляют диоксид углерода, причем для этого надо много времени, а при его недостатке это очень проблематично.
Скорость удаления СО2 из бродильной емкости:
| Время (ч) | Содержание СО2 (%) |
| 0,0 | 98 |
| 0,5 | 45 |
| 1,0 | 25 |
| 1,5 | 20 |
| 2,0 | 13 |
| 2,5 | 9 |
| 3,0 | 7 |
| 3,5 | 6 |
| 4,0 | 6 |
| 4,5 | 4 |
| 5,0 | 3 |
| 5,5 | 3 |
В пивоварении обычно используют фосфорную кислоту, а при добавлении в нее поверхностно-активных веществ (ПАВ) получают хорошие моющие средства для системы СИП.
При смешивании ПАВ и азотной кислоты получаются агрессивные моющие средства, которые обладают бактериостатическими свойствами, при этом азотная кислота оказывает защитное действие на нержавеющую сталь, но следует иметь в виду, что она может разрушать арматуру, изготовленную из меди, латуни и бронзы.
Серная кислота – самая дешевая, но ее моющая активность ниже, чем у фосфорной кислоты. Кроме того, она вызывает коррозию стали и может применяться только с ингибиторами коррозии.
Соляная кислота применяется редко по причине дороговизны и низкой результативности при мойке. Она, также как серная кислота, обладает коррозионными свойствами.
При рассмотрении вопроса выбора кислоты прежде всего обращают внимание на ее коррозионные свойства.
Вещества, добавляемые к моющим средствам (присадки). Для снижения поверхностного натяжения, увеличения смачиваемости, достижения эмульгирующих и диспергирующих свойств, а также для предотвращения повторного отложения грязи на поверхности оборудования и трубопроводов применяют поверхностно-активные вещества (тензиды или присадки).
Тензиды – это вещества, которые снижают поверхностное натяжение и способствуют увеличению моющего и дезинфицирующего эффекта. Они имеют различную химическую структуру и свойства, но общим для них является наличие в молекуле гидрофильной головки и гидрофобного хвоста.
Входящие в состав моющих средств ПАВ выполняют следующие функции:
- уменьшение поверхностного натяжения, что улучшает смачивание;
- образование пены вследствие уменьшения поверхностного натяжения (это свойство ПАВ необходимо при пенной мойке, но нежелательно для мойки по методу СИП);
- пеногашение (некоторые ПАВ применяются при мойке бутылок);
- предотвращение повторного отложения загрязняющих веществ.
Различают анионные, катионные, неионные и амфотерные тензиды (табл. 4).
Обычно анионные тензиды применяют при пенной мойке, катионные – при дезинфекции.
Неионные ПАВ характеризуются способностью снижать поверхностное натяжение, при этом одновременно может происходить пенообразование, что нежелательно при использовании мойки по методу СИП. В связи с этим необходимо вносить антивспенива-тели.
Амфотерные соединения в пивоварении не находят широкого применения в связи с дороговизной.
Таблица 4
Типы тензидов
| Тип тензидов | Заряд гидрофильной группы | Свойства | Примеры |
| Анионные | Отрицательный | Чувствительны к жесткости воды, сильно пенятся | Мыла |
| Катионные | Положительный | Обладают сильным сцеплением с поверхностью, антибактериальными свойствами, сильно пенятся | Соли аминов жирных кислот (ингибиторы коррозии), четвертичные аммониевые соединения [R4N+]X- |
| Неионные | Нет заряда | Менее чувствительны к жесткости воды, слабо пенятся или вовсе не пенятся | Полиэфир RO(СН2СН2O)nН |
| Амфотерные | Положительный и отрицательный заряд | Антибактериальное действие, не раздражают кожу | Бетаин (донор метильной группы) R3N+СН2СОО- |
Для щелочных моющих растворов используются в основном комплексообразователи, ПАВ и расщепляющие активный кислород компоненты.
Задачей комплексообразователей является связывание ионов кальция и магния (ионов жесткости воды). В настоящее время используют следующие комплексообразователи:
- нитрилотриуксусную кислоту (NTA);
- этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЕDТА);
- глюконовую кислоту;
- натриевые соли поликарбоновых и фосфоновых кислот;
- фосфаты (дифосфаты, трифосфаты, гексаметафосфаты), которые все еще используют, несмотря на температурную нестабильность и нестабильность в высокощелочных растворах.
Заменителями фосфатов являются нитрилотриуксусная кислота (NTА), этилендиаминтетрауксусная кислота (EDТА) и др.
Глюконовая кислота, NТА и ЕFТА (1-й тип комплексообразователей) связывают щелочноземельные ионы (ионы кальция и магния) в стехиометрическом соотношении, поэтому расход этих соединений достаточно велик.
Расход поликарбоновых и фосфоновых кислот (2-й тип комплексообразователей) невелик по сравнению с 1-м типом за счет того, что молекулы содержат несколько активных центров, связывающих ионы жесткости. Это важно, так как состав воды очень разный в зависимости от источника водозабора.
В кислотные моющие средства добавляют ингибиторы коррозии и диспергаторы. Диспергаторы вносят для получения дисперсных или гетерогенных систем, характеризующихся сильно развитой поверхностью раздела между фазами. Дисперсные системы состоят из множества мелких частиц (например, частиц грязи), находящихся в однородной среде.
Влияние величины рН на моющий эффект препаратов. На эффективность мойки оказывает влияние величина рН. Лучший эффект достигается при работе в сильно- или среднекислой среде либо в щелочной среде. В табл. 5 приведены примеры значений величин рН различных компонентов моющих средств.
Таблица 5
Величины рН моющих средств
| Характеристика среды | Величина рН | Примеры |
| Сильнокислая | 1-2 | Соляная, серная кислоты |
| Среднекислая | 3-4 | Фосфорная, муравьиная кислоты |
| Слабокислая | 4-5 | Уксусная, лимонная кислоты |
| Нейтральная | 6-8 | Вода |
| Слабощелочная | 8-11 | Фосфаты, сода |
| Сильнощелочная | 12-14 | Каустическая сода |
Причины снижения моющего эффекта препаратов. Снижение эффективности мойки может быть связано:
- с высокой жесткостью воды;
- с наличием диоксида углерода (при щелочной мойке);
- с большим содержанием органических соединений или других загрязняющих веществ;
- с низкой концентрацией растворов (оптимальная концентрация 2–3%) или коротким временем воздействия;
- с несоблюдением режимов мойки (температуры и рН среды);
- с низкой скоростью циркуляции растворов, которая должна быть не менее 1,5–2 м/с.