電解食鹽水對(duì)乳飲料生產(chǎn)清洗消毒工藝的改進(jìn)

文棋，姜建林，許斌，李理,2，侯保朝,2

（1.杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司，杭州310008；2.杭州娃哈哈科技有限公司生物工程研究所，杭州310018）

電解食鹽水對(duì)乳飲料生產(chǎn)清洗消毒工藝的改進(jìn)

文棋1，姜建林1，許斌1，李理1,2，侯保朝1,2

（1.杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司，杭州310008；2.杭州娃哈哈科技有限公司生物工程研究所，杭州310018）

清洗消毒工藝是乳制品生產(chǎn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)之一。利用電解活化技術(shù)（Electro Chem ical Activation，ECA）對(duì)原位清洗（Clean in Place,CIP）相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，形成一套新的用于乳制品生產(chǎn)車(chē)間的清洗消毒方法。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)CIP相比，新工藝在確保對(duì)罐體、管路、瓶蓋等清洗消毒良好效果基礎(chǔ)上，節(jié)約了清洗時(shí)間，降低了能源及化學(xué)品消耗。該工藝不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，還減少?gòu)U氣、廢液的排放，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

電解活化；乳飲料；清洗；消毒

0 引 言

乳品或乳飲料加工過(guò)程中所有設(shè)備從原料奶收貯工序起，至包裝工序所有設(shè)備均采用CIP方式進(jìn)行清洗，消毒則選用雙氧水、過(guò)氧乙酸或是含氯高效消毒劑。這些清洗消毒方式存在著溫度高、時(shí)間長(zhǎng)、作用弱，能耗巨大，從而帶來(lái)化學(xué)品消耗多、污廢處理壓力大等顯著缺點(diǎn)。將食鹽水進(jìn)行電解活化（Electro Chem ical Activation，ECA）生成的氧化電位水具有殺菌廣譜、迅速、強(qiáng)力、持續(xù)等特點(diǎn)，可殺滅多種細(xì)菌[1]。對(duì)此以往已有較多的討論，但多集中于酸性氧化電位水（EOW）消毒法的探討[2]，而將ECA技術(shù)在乳飲料工業(yè)生產(chǎn)上具體應(yīng)用卻較少。本研究對(duì)傳統(tǒng)乳飲料CIP清洗方式的工藝方法和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，驗(yàn)證中性電解活化水的殺菌作用，形成有效的乳飲料生產(chǎn)過(guò)程中清洗消毒指導(dǎo)方案。

1 ECA技術(shù)及其滅菌機(jī)理

1.1 ECA技術(shù)原理

ECA技術(shù)是利用電解槽，使飽和鹽水在電場(chǎng)作用下進(jìn)行電離。在直流電場(chǎng)作用下，特殊的離子滲透膜只允許陰離子或陽(yáng)離子通過(guò)，而不允許水分子通過(guò)。在這種特殊條件下的電解作用是一個(gè)物理作用和化學(xué)反應(yīng)的綜合作用過(guò)程。最終在電解槽陰極側(cè)生成堿性電解水-陰極液，其主要化學(xué)成分是氫氧化鈉，具有強(qiáng)的清洗能力。同時(shí)在陽(yáng)極側(cè)生成酸性電解水-陽(yáng)極液，其主要化學(xué)成分是次氯酸，具有高效的消毒能力。

1.2 ECA電解活化水特性

1.2.1 理化特性

陰極側(cè)發(fā)生陰極反應(yīng)，主要生成含N a+，OH-，HO2-，O2-等離子的帶負(fù)電荷堿性還原電位水，pH值約10～13.5,氧化還原電位（ORP）通?？梢赃_(dá)到-900m V，具有較強(qiáng)的潔凈除垢作用。

陽(yáng)極側(cè)發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，主要生成含HClO，HClO2，C l2O，C l-等離子的帶正電荷氧化電位水，但pH值成中性，有效氯濃度達(dá)到1×10-3，氧化還原電位（ORP）通常可以達(dá)到1100 m V以上。

1.2.2 清洗殺菌機(jī)理

根據(jù)微生物生成環(huán)境可知，只有在pH值范圍在4～9，ORP范圍在400～900 m v，微生物才能存活[3]。ECA電解活化水pH值、ORP值及有效氯濃度等特性參數(shù)已經(jīng)超出了微生物的生存環(huán)境。而N aOH的除垢清洗作用早已經(jīng)在乳品、乳飲料標(biāo)準(zhǔn)CIP流程中得到應(yīng)用。

1.3 ECA電解活化水制備

實(shí)驗(yàn)采用愛(ài)爾蘭Trustwater公司ECA電解設(shè)備AQ100（功率0.09～0.8 kW，鹽消耗量0.75 kg/ h）1臺(tái)作為主電解系統(tǒng)，配置原液桶及控制檢測(cè)儀表一套（主要含pH在線檢測(cè)儀、有效氯FAC檢測(cè)儀）（如圖1）。

表2 ECA改進(jìn)CIP清洗消毒工藝實(shí)驗(yàn)

表3 ECA清洗消毒工藝結(jié)果

圖1 ECA電解活化水制備方法

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

2.1 罐體及管路清洗消毒對(duì)比

傳統(tǒng)乳品、乳飲料生產(chǎn)對(duì)罐體及管路CIP清洗消毒工藝（如表1）。采用ECA電解活化水制備方法對(duì)CIP清洗站進(jìn)行改造，分別針對(duì)生產(chǎn)工況、時(shí)間、溫度、濃度幾個(gè)方面參數(shù)調(diào)整進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)（如表2）。

根據(jù)最終衛(wèi)生情況檢查及微生物涂抹跟蹤檢測(cè)(如表3)判斷，正常連續(xù)生產(chǎn)工況時(shí)，采用中溫加堿即按照陰極液（pH值為11.+0.8%N aOH，900 s，60℃）+常溫陽(yáng)極液（3×10-5，600 s）執(zhí)行清洗消毒流程，對(duì)CIP清洗效果有顯著提高，與高溫酸堿近似，清洗后罐體內(nèi)壁涂抹，衛(wèi)生情況良好，可達(dá)到要求。

2.2 灌裝機(jī)外部消毒對(duì)比(Sterilize Out Place，SOP)

取締原針對(duì)灌裝機(jī)采用1.5×10-3，55～65℃進(jìn)行外部消毒工藝，采用30×10-5電解食鹽水陽(yáng)極液常溫消毒，最終針對(duì)灌裝機(jī)各關(guān)鍵部位進(jìn)行涂抹檢測(cè)微生物，情況良好（如表4），達(dá)到工藝要求。

表1 傳統(tǒng)CIP清洗工藝

2.3 瓶蓋浸泡消毒對(duì)比

取締原針對(duì)洗蓋機(jī)采用（3×10-4～1.4×10-3，40～50℃進(jìn)行浸泡消毒工藝，采用3×10-5電解食鹽水陽(yáng)極液常溫消毒，最終對(duì)瓶蓋進(jìn)行抽樣檢測(cè)微生物，情況良好（如表5），達(dá)到工藝要求。

2.4 冷瓶機(jī)用水消毒對(duì)比

取締原用次氯酸鈉對(duì)冷瓶機(jī)用水進(jìn)行消毒工藝，采用3×10-6電解食鹽水陽(yáng)極液常溫消毒，水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果良好，達(dá)到工藝要求。

2.5 清洗消毒時(shí)間及消耗對(duì)比

通過(guò)對(duì)CIP清洗過(guò)程中的蒸汽、水、電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能耗實(shí)現(xiàn)了較大的節(jié)約（如表6）。C IP清洗時(shí)間由原67.2min縮短為62.3min，節(jié)約時(shí)間10%。通過(guò)對(duì)化學(xué)品消耗分析計(jì)算也發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)較大節(jié)約（如表7）。

3 結(jié)果分析

3.1 ECA對(duì)CIP清洗消毒工藝的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明采用添加少量NaOH及中溫清洗，并增加消毒程序，是完全可以達(dá)到傳統(tǒng)CIP清洗目的，滿足飲料衛(wèi)生生產(chǎn)需求的，且微生物情況良好，且降低了原傳統(tǒng)清洗溫度，減少了化學(xué)藥劑使用量，同時(shí)節(jié)約了大量的蒸汽、水和電，縮短了清洗時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)采用ECA陽(yáng)極液進(jìn)行如設(shè)備內(nèi)外表面、包材（如瓶蓋），微生物檢測(cè)結(jié)果也是滿足飲料生產(chǎn)的要求的，大量降低了因消毒所需的各類(lèi)化學(xué)品使用量。

3.2 ECA其他衍生優(yōu)點(diǎn)

電解食鹽水因自身可分解，pH值偏中性，對(duì)操作人員更加安全，也降低了污水處理的要求。同時(shí)酸、堿、過(guò)氧乙酸的消耗降低的同時(shí)，排放相應(yīng)減少，降低了廠區(qū)污水處理站的處理成本。另外，過(guò)氧乙酸的取消，同時(shí)還避免了中溫過(guò)氧乙酸的揮發(fā)對(duì)車(chē)間環(huán)境以及室外空氣的污染，具有很高的社會(huì)價(jià)值。

3.3 節(jié)約成本

根據(jù)能源消耗對(duì)比以及化學(xué)品消耗對(duì)比，以36 000瓶/h的乳飲料灌裝生產(chǎn)線為例，年節(jié)約費(fèi)用約1 023 732元（如表8）。

表4 灌裝機(jī)外部消毒涂抹檢測(cè)微生物情況

表5 瓶蓋浸泡消毒抽樣檢測(cè)微生物情況

表6 CIP清洗能源消耗對(duì)比

表7 化學(xué)品消耗節(jié)約情況

表8 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

4 結(jié) 論

我國(guó)食品行業(yè)存在的主要安全問(wèn)題有由微生物引起的食源性疾病、農(nóng)藥殘留、重金屬超標(biāo)以及非法使用食品添加劑或其他化學(xué)藥品等引起的安全問(wèn)題[4]。清洗和消毒技術(shù)與人們的生活和生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)，許多食品安全問(wèn)題是由于不徹底或不當(dāng)?shù)那逑聪径鸬腫5]。因此良好作業(yè)規(guī)范（Good M anufacturing Practice,GM P）和危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)（H azard Analysis C ritical Contro l Point,HACCP）等針對(duì)食品特別是乳品或乳飲料清洗消毒均提出一些指導(dǎo)性實(shí)施意見(jiàn)，使得工業(yè)生產(chǎn)的衛(wèi)生條件有所提高，為食品的安全性提供了一定的保障[6]。對(duì)于乳品、乳飲料的工業(yè)生產(chǎn)，致病菌和腐敗菌對(duì)食品的污染仍然是一個(gè)非常棘手的、重大的問(wèn)題[7]，即使少量產(chǎn)品帶有細(xì)菌也會(huì)濡染同一生產(chǎn)流程中的其他產(chǎn)品。徹底的清洗和消毒不僅能夠提高食品的安全性[8]，有利于人類(lèi)的健康，還能夠提高設(shè)備的工作效率[9]。所以，隨著乳品和乳飲料工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，清洗和消毒工藝技術(shù)的提升顯得越來(lái)越重要。

通過(guò)為期8個(gè)月的間斷性實(shí)驗(yàn)，用ECA技術(shù)對(duì)乳品、如飲料傳統(tǒng)飲料生產(chǎn)的清洗消毒工藝進(jìn)行改進(jìn)，即穩(wěn)定滿足了衛(wèi)生生產(chǎn)的要求，又縮短了清洗時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，還分別從能源消耗、化學(xué)品消耗上實(shí)現(xiàn)節(jié)約甚至取締，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，降低了廢水廢氣的排放，取得了較大的社會(huì)效益。

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ECA technology improves effects of cleaning and disinfection on milk beverage

WEN Q i1,JIANG Jian-lin1,XU Bin1,LILi1,2,HOU Bao-chao1,2

（1.Hangzhou Wahaha Group Co.Ltd,Hangzhou 310008，China;2.Research Institute,Bioengineering Lab,Hangzhou Wahaha Group Co.Ltd,Hangzhou 310018,China）

Cleaning and disinfection is one of the critical control points of dairy products manufacture.On the basis of CIP,the technology of electro chemical activation(ECA)was applied and some relevant technological parameters were adjusted to develop a new method of cleaning and disinfection in dairy production workshop.The results showed that the new method is more effective than the CIP for cleaning and disinfection of tank,pipeline and bottle cap.Meanwhile,the cleaning time,the energy and chemical reagent were saved[文棋2]by using the new clean and disinfection method.The application of the new method effectively reduces the cost of dairy products,as well as cut the emission of waste gas and liquid.To sum up,the new cleaning and disinfection method developed by the present study is important of practical manufacture and environmental protection.

ECA(Electro Chemical Activation);milk beverage;cleaning;disinfection

TS252.41

A

1001-2230（2016）05-0054-03

2016-01-14

浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2015C02SA100006）。

文棋（1980-），男，工程師，從事乳品工藝研究。

侯保朝