淺談乳制品生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的清洗

盛祥煥

乳制品在加工過(guò)程中，生產(chǎn)設(shè)備的表面較容易產(chǎn)生奶垢，因此使用后必須及時(shí)清洗。本文首先介紹了清洗的標(biāo)準(zhǔn)、乳制品設(shè)備及管道表面沉積物及其性質(zhì)，并分析清洗劑的作用機(jī)理，重點(diǎn)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(shè)備設(shè)施的清洗提供參考。

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

1 清洗的標(biāo)準(zhǔn)

乳制品生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施經(jīng)過(guò)清洗后應(yīng)達(dá)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(xué)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(guò)味覺或嗅覺能探測(cè)出來(lái)的殘留物;微生物清潔度：通過(guò)消毒獲得;無(wú)菌清潔度：殺死所有微生物。雖然設(shè)備不經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)的清洗也能達(dá)到微生物清潔度，但是先經(jīng)過(guò)物理清洗后，更容易達(dá)到微生物清潔度。

2 乳制品設(shè)備及管道表面沉積物及其性質(zhì)

乳制品設(shè)備及管道表面沉積物的性質(zhì)與乳制品的成分密切相關(guān)，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(lái)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(diǎn)：

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(jìn)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(duì)清洗劑的要求

清洗分為3個(gè)明顯階段：設(shè)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(shè)備表面。能滿足上述3個(gè)明顯階段的有效和速效的洗滌劑必須具有某些化學(xué)和物理性能。乳品工業(yè)使用的清洗劑需具備如下幾項(xiàng)基本性能：

①具有從設(shè)備表面除去有機(jī)物的能力;

②具有高度的潤(rùn)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(shè)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(yīng)為低泡型;

⑦無(wú)腐蝕能力，不會(huì)損壞設(shè)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(duì)有機(jī)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(jià)格較低。涉及到熱處理工藝時(shí)，單用堿性溶液清洗并不足夠，這時(shí)可用酸液作為一種補(bǔ)充洗滌劑，并在清洗循環(huán)中組成一個(gè)獨(dú)立階段。

5 清洗作用理論

乳品加工設(shè)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(diǎn)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(guò)，由于脂肪球的保護(hù)作用，沉積物不會(huì)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(huì)發(fā)生輕微膨脹，而水中的堿性洗滌劑能加強(qiáng)蛋白質(zhì)的溶解，堿的PH值越高，其效果越好。當(dāng)堿性溶液溶解蛋白質(zhì)后，沉積物的其他成分便會(huì)裸露出來(lái)。接著，表面活性劑將會(huì)發(fā)揮作用——將粘附在表面的脂肪球除掉，同時(shí)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(shí)，只需要運(yùn)用適當(dāng)?shù)臋C(jī)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(guò)的設(shè)備表面，粘附在表面上的廢液將被稀釋。如果清洗劑對(duì)洗液中臟物的結(jié)合能力不強(qiáng)，臟物可能會(huì)在廢液稀釋的同時(shí)再次結(jié)絮并重新形成沉積層。這樣一來(lái)，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(wú)需拆卸或打開設(shè)備，幾乎不需要操作員參與就能對(duì)工廠的所有設(shè)備或管道進(jìn)行清潔。CIP的整個(gè)清潔過(guò)程通常由多個(gè)獨(dú)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(shè)備表面或在設(shè)備中循環(huán)。COP（Clean Out of Place）是把設(shè)備拆分開來(lái)進(jìn)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(guò)濾網(wǎng)、墊圈、呼吸閥、進(jìn)料管、轉(zhuǎn)換件等零部件。實(shí)際清洗過(guò)程中，CIP只能完成80%～90%的清洗任務(wù)，其余10%～20%的清洗任務(wù)則要靠COP來(lái)完成。

CIP具有多重優(yōu)點(diǎn)：一是安全標(biāo)準(zhǔn)高，人工流程較少，不需要員工進(jìn)入缸或其它處理設(shè)備，不需要員工直接接觸化學(xué)品溶液;二是衛(wèi)生質(zhì)量高，結(jié)果重復(fù)性好，有助于消除人為錯(cuò)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(jìn)行預(yù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)清洗劑成分對(duì)污垢起化學(xué)反應(yīng)的效果，一般化學(xué)反應(yīng)是溫度每升高10℃，其反應(yīng)速度加倍，如NaOH對(duì)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(shè)備表面的結(jié)合而易于污垢脫落，如常溫時(shí)呈粘性狀態(tài)的污垢、呈固體狀態(tài)的機(jī)油，以及動(dòng)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(shí)發(fā)生膨潤(rùn)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(duì)攪拌流動(dòng)的阻力，進(jìn)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(guò)程對(duì)熱的注意事項(xiàng)

①溫度過(guò)高，清洗液蒸發(fā)劇烈，應(yīng)避免;

②溫度過(guò)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(qiáng)堿可發(fā)生皂化現(xiàn)象;

④清洗劑成分受化學(xué)變化或分解而使洗凈力降低;

⑤設(shè)備及管道發(fā)生熱應(yīng)變;

⑥促進(jìn)對(duì)金屬的腐蝕和變色。

可以說(shuō)，溫度越高，清洗效果越好，對(duì)于一般的罐和管道，通常清洗溫度為65～75℃。而一些熱交換設(shè)備，如巴氏殺菌機(jī)、UHT滅菌機(jī)等，則對(duì)清洗溫度要求更高，通常應(yīng)根據(jù)設(shè)備要求并結(jié)合實(shí)際而設(shè)定。

8.2 清洗的機(jī)械力

層流時(shí)不發(fā)揮洗凈效果，流速達(dá)到一定程度后呈湍流狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)出洗凈效果。液體流動(dòng)由層流變?yōu)橥牧鲿r(shí)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(gè)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(dāng)雷諾數(shù)超過(guò)25000時(shí)，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(shè)備設(shè)施的清洗效果與清洗液的酸堿濃度密切相關(guān)，濃度越高，清洗效果越好。當(dāng)然，越高的濃度對(duì)設(shè)備設(shè)施的腐蝕性也越大。對(duì)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(dá)到較好的清洗效果。

8.4 清洗的時(shí)間

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

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