淺談乳制品生產(chǎn)設備設施的清洗

□ 盛祥煥 陜西科菱恩生物科技有限公司

乳制品在加工過程中，生產(chǎn)設備的表面較容易產(chǎn)生奶垢，因此使用后必須及時清洗。本文首先介紹了清洗的標準、乳制品設備及管道表面沉積物及其性質(zhì)，并分析清洗劑的作用機理，重點闡述了CIP原地清洗的“五步法”和影響清洗效果的四大因素，希望為乳制品生產(chǎn)企業(yè)設備設施的清洗提供參考。

在乳制品的生產(chǎn)過程中，有些成分會不可避免地殘留在設備表面及管壁上。由于乳及其制品是良好的微生物營養(yǎng)物質(zhì)，如果清洗不及時或不徹底，必將導致微生物的大量繁殖，進而造成嚴重污染。如果使用被污染的設備和管道進行生產(chǎn)，勢必對產(chǎn)品的質(zhì)量造成嚴重影響，所以，設備清洗是乳制品生產(chǎn)過程中不可缺少的程序。本文通過探討乳制品生產(chǎn)設備的清洗技術(shù)要點，希望以此提高乳制品的質(zhì)量安全水平。

1 清洗的標準

乳制品生產(chǎn)設備設施經(jīng)過清洗后應達到4種清潔程度，即物理清潔度：除去清洗表面的可見物；化學清潔度：不僅除去全部的可見污物，而且還要除去肉眼不可見的——通過味覺或嗅覺能探測出來的殘留物；微生物清潔度：通過消毒獲得；無菌清潔度：殺死所有微生物。雖然設備不經(jīng)過物理或化學的清洗也能達到微生物清潔度，但是先經(jīng)過物理清洗后，更容易達到微生物清潔度。

2 乳制品設備及管道表面沉積物及其性質(zhì)

乳制品設備及管道表面沉積物的性質(zhì)與乳制品的成分密切相關，如物料沉積物、蛋白沉積物、乳結(jié)石、變質(zhì)產(chǎn)品、雜質(zhì)及來自土壤的物質(zhì)等。典型的乳制品沉積物及其性質(zhì)包括以下幾點：

①乳糖：溶解于水，易于清洗，但焦化后清洗較為困難；

②脂肪：用含有表面活性劑和堿性溶液的熱水進行清洗，聚酯則難以清洗掉；

③蛋白質(zhì)：最好用堿性溶液處理，酸性溶液處理效果稍差，變形蛋白質(zhì)則較難清洗；

④乳結(jié)石：由礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)和其他乳成分交替結(jié)合而成的沉積物，清洗較為困難；

⑤礦物質(zhì)：用酸性溶液處理效果較好，但如果沉積并干燥在罐壁上則較難清洗。

3 對清洗劑的要求

清洗分為3個明顯階段：設備表面的污物沉淀被溶解；溶解的污物分散到洗滌劑溶液中；污物保持分散狀態(tài)，防止再次沉積在設備表面。能滿足上述3個明顯階段的有效和速效的洗滌劑必須具有某些化學和物理性能。乳品工業(yè)使用的清洗劑需具備如下幾項基本性能：

①具有從設備表面除去有機物的能力；

②具有高度的潤濕能力，能使洗滌成分滲透到污物沉淀內(nèi)部，這樣就能更快速高效地起作用；

③能把沉淀物分解成小顆粒并使其保持分散狀態(tài)；

④具有溶解設備表面鈣鹽沉淀物的能力；

⑤具有把鈣鹽保留在溶液中的能力；

⑥具有中等產(chǎn)泡能力，而在循環(huán)清洗系統(tǒng)中使用的洗滌劑應為低泡型；

⑦無腐蝕能力，不會損壞設備表面；

⑧符合污染控制和安全要求。

4 常用洗滌劑的種類

乳制品生產(chǎn)中，通常選用氫氧化鈉（NaOH）溶液和硝酸（HNO3）溶液作為洗滌劑。NaOH溶液對有機污物具有良好的溶解能力，在高溫下具有良好的乳化性能（把脂肪轉(zhuǎn)化成水溶液的形式），是一種有效的清洗劑，且價格較低。涉及到熱處理工藝時，單用堿性溶液清洗并不足夠，這時可用酸液作為一種補充洗滌劑，并在清洗循環(huán)中組成一個獨立階段。

5 清洗作用理論

乳品加工設備表面形成的沉積層呈連續(xù)的膜狀，其中有不溶性蛋白質(zhì)、低熔點脂肪球、可溶性脂肪球、可溶性乳糖晶粒，以及絮狀磷酸鈣等。如僅用冷水沖洗，只能從沉積物表面流過，由于脂肪球的保護作用，沉積物不會被侵蝕，用熱水沖洗則可以取得較好的效果。

為了使清洗液和沉積物充分接觸，必須添加表面活性劑用以降低清洗液的表面張力。蛋白質(zhì)吸水后會發(fā)生輕微膨脹，而水中的堿性洗滌劑能加強蛋白質(zhì)的溶解，堿的PH值越高，其效果越好。當堿性溶液溶解蛋白質(zhì)后，沉積物的其他成分便會裸露出來。接著，表面活性劑將會發(fā)揮作用——將粘附在表面的脂肪球除掉，同時不溶性的磷酸鈣粘附層也將松緩，繼而被清洗液中的螯合劑帶走。這時，只需要運用適當?shù)臋C械力沖去剩余的沉積物，并且要采用能夠溶解鈣的清洗劑，以防止鈣鹽沉積。

如果用清水沖洗清洗劑洗過的設備表面，粘附在表面上的廢液將被稀釋。如果清洗劑對洗液中臟物的結(jié)合能力不強，臟物可能會在廢液稀釋的同時再次結(jié)絮并重新形成沉積層。這樣一來，此舉就破壞了清洗的目的，所以清洗劑必須具有分散臟物的能力。

6 清洗的分類

通常而言，清洗方法分為CIP和COP兩 類。CIP（Clean In Place）即原位清洗/就地清洗，其無需拆卸或打開設備，幾乎不需要操作員參與就能對工廠的所有設備或管道進行清潔。CIP的整個清潔過程通常由多個獨立清洗步驟組成，在一定流量/壓力下，將清潔劑溶液噴射或噴灑到設備表面或在設備中循環(huán)。COP（Clean Out of Place）是把設備拆分開來進行清洗的方法，一般指手工清洗、泡沫清洗等，常用于清洗取樣閥、入孔、軟管、過濾網(wǎng)、墊圈、呼吸閥、進料管、轉(zhuǎn)換件等零部件。實際清洗過程中，CIP只能完成80%～90%的清洗任務，其余10%～20%的清洗任務則要靠COP來完成。

CIP具有多重優(yōu)點：一是安全標準高，人工流程較少，不需要員工進入缸或其它處理設備，不需要員工直接接觸化學品溶液；二是衛(wèi)生質(zhì)量高，結(jié)果重復性好，有助于消除人為錯誤；三是成本控制更加合理，生產(chǎn)效率提高，人力開支減少，水、能源、清潔劑、消毒劑等輔助資源控制得到提高。

7 CIP原地清洗的“五步法”

①使用生產(chǎn)用水進行預沖洗，除去大塊的、明顯的顆粒；

②堿性清洗液循環(huán)清洗，去除殘留的污垢；

③使用生產(chǎn)用水進行中間沖洗，去除堿性溶液；

④酸性清洗液循環(huán)清洗，溶解所結(jié)的污垢；

⑤最后使用生產(chǎn)用水進行沖洗，去除酸性溶液。

8 影響清洗效果的四大因素

8.1 清洗的溫度

在允許范圍內(nèi)盡量采用高溫進行清洗——熱本身能發(fā)揮洗凈效果，但在多數(shù)情況下，熱主要與其他清洗要素并用起到協(xié)和作用。

8.1.1 熱的清洗效果

①促進清洗劑成分對污垢起化學反應的效果，一般化學反應是溫度每升高10℃，其反應速度加倍，如NaOH對牛乳皮膜污垢的洗凈，在32～85℃范圍內(nèi)每升高10℃，其清洗效果提高1.6倍；

②促使污垢熔融，減弱污垢與設備表面的結(jié)合而易于污垢脫落，如常溫時呈粘性狀態(tài)的污垢、呈固體狀態(tài)的機油，以及動植物性脂肪等；

③升溫可增大污物成分中的可溶性物質(zhì)；

④升溫能使被清洗物體（如板式換熱器的墊圈等）在升溫時發(fā)生膨潤現(xiàn)象，減弱其與污物的結(jié)合能力；

⑤清洗液密度增大，粘度降低，可減弱對攪拌流動的阻力，進而提高清洗液的洗凈力；

⑥高溫還有一定的殺菌效果。

8.1.2 清洗過程對熱的注意事項

①溫度過高，清洗液蒸發(fā)劇烈，應避免；

②溫度過高，易使蛋白質(zhì)變性而產(chǎn)生凝固；

③脂肪系統(tǒng)的污垢遇高溫或強堿可發(fā)生皂化現(xiàn)象；

④清洗劑成分受化學變化或分解而使洗凈力降低；

⑤設備及管道發(fā)生熱應變；

⑥促進對金屬的腐蝕和變色。

可以說，溫度越高，清洗效果越好，對于一般的罐和管道，通常清洗溫度為65～75℃。而一些熱交換設備，如巴氏殺菌機、UHT滅菌機等，則對清洗溫度要求更高，通常應根據(jù)設備要求并結(jié)合實際而設定。

8.2 清洗的機械力

層流時不發(fā)揮洗凈效果，流速達到一定程度后呈湍流狀態(tài)時表現(xiàn)出洗凈效果。液體流動由層流變?yōu)橥牧鲿r的流速稱為臨界流速。臨界流速的大小因管徑、清洗液粘度、溫度、壓力、管徑的光潔度等而異，其中雷諾數(shù)是一個重要指數(shù)。在臨界流速下的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)（Re），根據(jù)許多研究的Re=2320，一般層流Re＜2000，湍流 Re＞4000。當雷諾數(shù)超過25000時，其清洗效率急劇上升，因此一般清洗管路雷諾數(shù)取Re＞30000，可獲得良好的清洗效率。

8.3 清洗的濃度

設備設施的清洗效果與清洗液的酸堿濃度密切相關，濃度越高，清洗效果越好。當然，越高的濃度對設備設施的腐蝕性也越大。對一般的罐體和管道而言，堿液（NaOH溶液）濃度為1.5%～2.5%、酸液（HNO3溶液）濃度為1%～2%就可以達到較好的清洗效果。

8.4 清洗的時間

清洗的時間越長，清洗效果越好。一般的罐和管道，堿液（NaOH溶液）循環(huán)時間為10～20分鐘、酸液（HNO3溶液）循環(huán)時間為10～20分鐘就可以達到較好的清洗效果。

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