通過食品制造裝置的高效洗凈，提高食品制造過程的衛生管理水平

萩原知明

（東京海洋大學，日本，999001）

通過食品制造裝置的高效洗凈，提高食品制造過程的衛生管理水平

萩原知明

（東京海洋大學，日本，999001）

本研究介紹了食品制造裝置的高效洗滌方法，對污垢的附著特性、洗滌機理、洗凈效果的評價方法、EBC（循證洗凈）作了具體說明，指出食品制造裝置的高效洗凈是對食品制造過程實施確實衛生管理的有效措施。

清洗；食品裝置；效率；衛生管理

1.　食品制造裝置的洗凈

在食品制造過程中，制造裝置上附著的食品污垢，是引起食品中毒的細菌等微生物滋生的場所。為了降低食物中毒與污染的危險，確保食品的安全性，清潔食品制造現場是必不可少的一項操作。特別是近年來食品制造規模的擴大，食品流通的區域化，發生食品中毒的規模有所擴大的傾向。作為防止食物中毒關鍵環節的食品裝置清潔，其重要性在不斷增加，對清潔水平的要求也越來越高。清潔對維持食品制造裝置的正常運轉，也具有非常重要的作用。

清潔通常需要消耗大量的水和能源，從保護地球環境的角度來看，現狀是全世界各個行業都在大力提倡有效利用水資源，削減清潔過程中的用水量和能量消耗。

總而言之，在現在的食品制造工廠，采用能實現高效清潔的清洗技術迫在眉睫（圖1）。為此，科學地理解與清洗有關的各種現象，以合理的方針為基礎，構筑適當的清洗條件，是當前首要的任務。但是，清洗一直被看作是食品制造過程的后續操作，因而，對清洗的科學討論尚處于相對滯后的狀態。

圖1 現在的食品機械裝置洗凈技術的課題與Evidence-based cleaning (EBC)的作用

2.　清潔方法的制定與EBC

在新設備投入使用前、制作新的制品、生產線變更之際，必須確定行之有效的清潔方法。從現場操作的角度考慮，以下幾點是必須注意的。

· 需要達到什么樣的清潔度

· 污垢的種類

· 清潔劑的種類、洗滌溫度、時間，以及與其他的清潔條件采取什么樣的組合

· 怎樣確認日常的清潔效果

根據以上這些內容就可選定清潔方法，通過清潔試驗最終確定適當的清洗方法。此時，如果對污垢附著的機理和洗凈設備、清潔效果、確認方法的原理做深入理解，那么就可以減少清洗試驗的次數，在規定的時間內，確定更有效的清洗方法。

Evidence-Based（循證）是近代科學的一種理念，是以實驗數據和實例等具體而合理的證據為基礎構筑的理論與手法。例如，Evidence-Based Medicine（循證醫學）就是一例。回過頭來看，解決目前清洗課題的關鍵，不是沿襲缺乏證據不足的經驗值和反復試驗的老方法，而是應該采用Evidence-Based Cleaning（EBC：循證清洗，圖1）。目前，對EBC進行研究的人非常多，但真正推出革新方法的卻還沒有，而且使用革新技術必須對該技術的原理有充分的了解。

以上是食品洗凈研究的現狀。為了更好地實現EBC，下面將對與清潔有關的科學知識作進一步的討論。即：食品蛋白質與微生物的附著特性；食品成分的洗凈設備、清潔效果的評價方法。

可能大多數人對這些知識已有所了解，但有必要對此做進一步的說明。以蛋白質為主成分的食品污垢非常多，在食品制造工藝中由蛋白污垢引起的問題也非常多，因而針對蛋白質污垢的研究也更加深入。

2.1食品蛋白質與微生物的附著特性

2.1.1食品蛋白質的附著特性

食品機械裝置使用的材料通常是不銹鋼，研究者對蛋白質與不銹鋼的附著舉動研究相當多。蛋白質通過范德華力與氫結合、疏水的相互作用及靜電相互作用等多種作用，附著到不銹鋼表面，用不含洗凈劑的水幾乎不能洗去這種蛋白質污垢。pH和鹽濃度的改變，會使固體表面和蛋白質間的電性質發生改變，從而影響蛋白質的附著量。在蛋白質的變性溫度以下，蛋白質在固體表面是單分子吸附，當溫度超過蛋白質的變性溫度，蛋白質分子間就發生加熱凝集反應，形成蛋白質污垢多層蓄積的現象（圖2）。

圖2 蛋白質對不銹鋼的附著形式

2.1.2微生物的附著特性

微生物與其他物質的決定性差異，是微生物的生長有限制，只在環境條件具備的情況下才會增殖。微生物的附著和增殖，按照以下的步驟進行：

· 在無機物和有機物的固體表面形成附著層

· 微生物的可逆吸附

· 向不可逆吸附轉移和增殖，并且形成生物膜

· 從微生物的生物膜游離到其他場所傳播生物膜，是在增殖過程中由微生物自身代謝產物產生的高分子，清潔劑、殺菌劑等藥劑很難浸透生物膜，而且熱傳導也不易。因此，對生物膜中的微生物進行洗凈除去和殺菌非常困難。

食品加熱殺菌的最大問題是芽孢菌。由于芽孢菌對含水的熱和藥劑的耐受性比營養細胞高，因而，常常出現因洗凈不足而導致芽孢菌表面殘留的問題。在低濕度環境中，不銹鋼（SS）及聚丙烯（PP）上的芽孢菌懸濁液干燥后，芽孢菌將與SS和PP發生強固吸附，用水幾乎無法除去（圖3）。現場經常出現的情況是：這不僅僅局限于芽孢菌，污垢干燥后也非常難以洗凈。

圖3 芽孢菌的洗凈試驗

2.2食品成分的洗凈機構

2.2.1機械能和化學能

洗凈是對表面附著污垢的去除操作，相應的能量消耗是必不可少的。能量的形態包括機械能和化學能兩大類。用刷子刷洗被水浸濕的污垢，就是賦予機械能的操作。另一方面，洗凈劑使污垢溶解及與污垢發生化學反應的過程，則是利用了化學能。在實際場合，兼用機械能和化學能的情況很多。適當地使用清潔劑，與僅使用機械的場合相比，前者完成清潔所需的能量低于后者。

2.2.2清潔劑的種類及作用機理

食品加工設備清潔使用的代表性清潔劑有如下幾種：①表面活性劑型；②堿性洗凈劑型；③酸性洗凈劑型；④其他（加酶洗凈劑型、氧化劑型）。

表面活性劑的分子內既有親水基又有疏水基，能夠形成膠束樣的集合體，使固體表面附著的脂肪等疏水性污垢在水中均勻分散，發揮清潔效果，膠束還能防止分散的污垢再次回到固體表面。表面活性劑能降低水的表面張力，促進水和洗凈劑對污垢的浸透，提高清潔效果。為了充分發揮清潔劑的機能，必須使清潔液中表面活性劑的濃度在臨界膠束濃度（cmc）以上。

堿性清潔劑的代表性物質是NaOH（苛性鈉）和KOH（苛性堿）、偏硅酸鈉等，在蛋白質和脂質由來的污垢的去除中經常會用到。在堿性清潔劑的高pH的作用下，蛋白質分子內的羧基和氨基會發生解離，原先分子內的凈電荷會向負電荷方向轉移，在分子內和分子間的電斥力作用下，污垢發生膨潤。由于不銹鋼表面帶負電荷，電斥力也有助于附著蛋白質的去除，脂肪（甘油三酯）也會在堿性清潔劑的作用下發生加水分解，轉化為脂肪酸鹽和甘油，從而被除去。

酸性清潔劑的代表性例子是硝酸、鹽酸和檸檬酸等，它們主要是除去無機鹽等成分。酸對蛋白質有變性、凝固作用，因而，酸對蛋白質污垢的洗凈作用小，還將導致污垢增加和洗凈力低下的問題。因此，對含蛋白質多的污垢，最先使用的應該是堿性清潔劑，而不是酸性清潔劑。

加酶清潔劑，是利用對基質有特異生物體觸媒反應的酶（一種蛋白質）去除污垢的一種清潔劑。對食品蛋白質有分解作用的蛋白酶、對淀粉等多糖有分解作用的淀粉酶、對脂質有分解作用的脂肪酶，在對食品由來污垢的清洗中均有應用，這些酶在家用自動洗碗機用清潔劑中也有應用。

次氯酸鈉作為殺菌劑使用，常與堿性清潔劑和表面活性劑型清潔劑配合使用。次氯酸鈉產生的次氯酸具有氧化作用，對食品由來的有機污垢具有分解性，因而表現出清潔作用。

2.2.3清潔效果的評價方法

清潔效果的評價，既是新清潔工藝和清潔劑構筑之際的重要方法，又是日常的清潔檢測不可或缺的手段。清潔效果評價方法的要求包括：①立刻出結果；②不論污垢種類均可評價；③評價費用低；④再現性好。以下將從試樣的采取方法及對采取試樣的評價方法做一介紹。

2.2.3.1評價試樣的采取法

a.擦取法

這是用棉棒等材料對清潔后的機械設備表面進行擦拭，收取設備表面殘存污垢的方法。擦取法的優點是能夠直接分辨出有無污垢，缺點是裝置的范圍大且結構復雜，有個別地方有可能擦拭不到。預先利用其他方法把握污垢不易被去除的場所，對這些場所采取重點擦拭的方法很有必要。擦拭操作存在操作者的個體差、習慣差往往會導致不同的結果。因此，確定擦拭的順序，對操作人員進行培訓是很有必要的。

b.漂洗水的采取法

這是在用洗凈劑洗凈食品設備后，以回收漂洗水作為評價對象的方法。該方法取得的是設備的平均清潔效果。對于CIP（在線清洗）清洗的設備，很容易得到再現性好的試樣。從漂洗水的采取法只能得到污垢是否殘留的結果，對于污垢的殘留場所則無法搞清楚，如果殘留的是強固附著的難溶性污垢，也容易被遺漏。

2.2.3.2對采取試樣的評價方法

對采取試樣的評價，理想的方法是測定殘存污垢的質量，但許多場合不允許這么做。實際評價通常采用下面的方法。

a.微生物培養法

在食品衛生管理上，最突出的問題是直接把握微生物的存在程度。但是，微生物的檢出需要培養時間在12h以上，缺乏快速性。近年來，研究者開發出了反映微生物增幅的實時PCR法，能夠在短時間內檢出并定量細菌。該方法有望在今后得到普及。

b.蛋白質檢出法

利用蛋白質的顯色反應檢出擦拭蛋白質的儀器已經上市銷售。該方法對許多含蛋白質的食品由來的殘存污垢的檢測非常有效。

c. ATP測定法

ATP（腺苷三磷酸）廣泛存在于地球上的生物體內，是維持生物活動的能量，并與物質的代謝、合成有關。幾乎所有生物由來的食品都含有ATP，在食品由來的殘存污垢和微生物中，不論食品種類都含有ATP。利用ATP 的熒光發出反應（ATP-熒光素-熒光素酶反應）可以檢出ATP，研究者根據此原理開發出了檢出殘存污垢的方法。如果含有ATP，不論污垢種類是什么，均可以高敏感度、在短時間內檢出ATP。現在，利用專用儀器檢出ATP的方法已相當普及。

d. TOC（總有機碳）法

這是以碳量來表示水中被氧化的所有有機物總量的方法，根據氧化產生的CO2量，求出水中含有的有機物。在食品制造裝置和制藥機器的洗凈中，以測定采取漂洗水的TOC居多。因為幾乎所有的食品都含有有機物，同ATP測定法一樣，TOC法也可對不同污垢進行檢出評價。

3.　結論

以上討論了食品裝置清潔的現狀及與清潔有關的科學知識，若想進一步了解此方面的詳細內容，可參閱高野光男等人編著的《洗凈殺菌的科學技術》。

本文譯自2015.2《食品工廠長》

[1] S.Thammathongchat，T.Hagiwara,T.Sakiyama. Adsorption of tropomyosin from pink shrimp on stainless steel surface[J]. Food Control,2010.21,1250-1253.

[2] T.Hagiwara,S.Hagihara,A.Handa,etal. Pretreatment with citric acid or a mixture of nitric acid and citric acid to suppress egg white protein deposit formation on stainless steel surface and ease its removal during cleaning[J]. Food control,2015. 53,35-40.

[3] 高野光男、橫山理雄、西野甫，洗凈殺菌的科學技術[M]，2000年.

[4] 久保田清、村天博、中西一弘，食品工學基礎講座：輸送與洗凈[R]，1989年.

[5] 福崎智司. 次氯酸的科學[M]，2012年.

High Cleaning Efficiency of Food Manufacturing Equipment Improves Health Management Level in Food Manufacturing Process

Tomoaki Hagiwara
(Tokyo University of Marine Science and Technology, Japan, 999001)

The study introduces high efficiency washing method for food manufacturing device, and explains stain adhesion characteristic, washing mechanism, evaluation method of cleaning effect and EBC. Finally, it draws a conclusion that efficient cleaning of food manufacturing equipment is an effective measure to implement health management in the process of food manufacturing.

cleaning；food manufacturing equipment；efficiency；health management

TQ649

A

1672-2701（2016）09-26-05