液態(tài)奶工廠貯奶罐清洗工藝和效果驗(yàn)證的研究

周 元，陳 偉

重慶市天友乳業(yè)股份有限公司，重慶 401120

0 引言

牛奶含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是微生物天然的培養(yǎng)基。若貯奶罐長(zhǎng)期清洗不凈，將會(huì)滋生大量微生物，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)形成生物膜[1]。生奶區(qū)的半成品貯奶罐微生物污染可能會(huì)造成半成品微生物指標(biāo)超標(biāo)，進(jìn)而導(dǎo)致最終產(chǎn)品中的微生物無(wú)法完全被殺滅，造成產(chǎn)品污染；熟奶區(qū)的半成品貯奶罐微生物污染，特別是無(wú)菌罐的微生物污染，可能會(huì)造成罐體自身滅菌不徹底，進(jìn)而造成最終產(chǎn)品的微生物污染[2，3]。

個(gè)別貯奶罐被微生物污染后，滋生的微生物還會(huì)通過(guò)清洗系統(tǒng)繼續(xù)污染到其他設(shè)備，形成交叉污染，增加食品安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。隨著危害分析關(guān)鍵控制點(diǎn)（HACCP計(jì)劃）以及良好衛(wèi)生規(guī)范/良好操作規(guī)范（GHP/GMP）在實(shí)際生產(chǎn)中的推行[4，5]，當(dāng)前，乳品企業(yè)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的衛(wèi)生控制尤為看重。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，防控生產(chǎn)過(guò)程中的微生物污染，降低生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。本文將從貯奶罐（特指“立式貯奶罐”）分類(lèi)和構(gòu)造、CIP清洗參數(shù)設(shè)定、清洗裝置的選配、清洗效果驗(yàn)證方法四方面進(jìn)行闡述，就罐體清洗工藝設(shè)計(jì)出發(fā)，減少清洗問(wèn)題；生產(chǎn)過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行清洗效果驗(yàn)證，跟蹤罐體清洗效果，避免因罐體清洗不凈而造成產(chǎn)品微生物污染。

1 貯奶罐分類(lèi)和構(gòu)造

1.1 分類(lèi)

根據(jù)貯奶罐在液態(tài)奶工廠中作用的不同，分為如下幾類(lèi)：一是配料罐，用于標(biāo)準(zhǔn)化配料的貯奶罐；二是發(fā)酵罐，用于產(chǎn)品微生物發(fā)酵的貯奶罐；三是無(wú)菌罐，殺菌后、灌裝前的貯奶罐。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，即系統(tǒng)中流動(dòng)的物料是否經(jīng)過(guò)殺菌處理，將車(chē)間的生產(chǎn)系統(tǒng)分為殺菌前系統(tǒng)和殺菌后系統(tǒng)，將殺菌前系統(tǒng)的貯奶罐稱(chēng)為生奶罐，將殺菌后系統(tǒng)的貯奶罐稱(chēng)為熟奶罐。

1.2 構(gòu)造

圖1 貯奶罐的一般構(gòu)造

2 CIP清洗參數(shù)設(shè)定

CIP即原位清洗，是一種高效而又方便的設(shè)備清洗方法。特點(diǎn)是在設(shè)備清洗時(shí)不需拆卸管道和設(shè)備，可直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗。驗(yàn)證CIP工藝的合理性，主要是從影響CIP效果的因素進(jìn)行驗(yàn)證[6，7]。

2.1 溫度

溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越活躍，清洗效果越好。但是溫度太高會(huì)造成清洗液氣化，產(chǎn)生氣泡而影響清洗效果。罐體清洗時(shí)回流溫度一般要求：堿循環(huán)75～80 ℃，酸循環(huán)65～70 ℃[8]。

為了保證溫度達(dá)到要求，需要定期對(duì)溫度傳感器進(jìn)行溫度校對(duì)，但大多數(shù)工廠因溫度傳感器數(shù)量較多，邀請(qǐng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行委托檢驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生高額的檢測(cè)費(fèi)用，因此多自購(gòu)高精度溫度計(jì)，采取油浴比對(duì)方法進(jìn)行傳感器溫度校對(duì)，即將自購(gòu)溫度計(jì)和待校溫度傳感器同時(shí)放在加熱好的油浴中，對(duì)比各自讀數(shù)是否存在較大差異。需要注意的是，為保證自購(gòu)的溫度計(jì)度數(shù)的準(zhǔn)確性，工廠每年需要將自購(gòu)的溫度計(jì)送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行委托檢驗(yàn)，了解其溫度修正值。

2.2 清洗劑濃度

清洗劑濃度越高，清洗劑有效分子與污物接觸的機(jī)會(huì)越多，清洗效果越好，但是成本越高。罐體清洗液循環(huán)濃度要求一般是：堿配制濃度1.5%～2.0%（氫氧化鈉濃度），酸配制濃度1.0%～1.5%（硝酸濃度）[8]。沒(méi)有電導(dǎo)儀控制清洗濃度時(shí)，每次清洗需要手工檢測(cè)清洗濃度；有電導(dǎo)儀控制時(shí)，則需要每次手工比對(duì)電導(dǎo)值。需要注意的是，若酸堿循環(huán)清洗時(shí)的實(shí)際濃度低于要求，則需及時(shí)查找原因，必要時(shí)提高清洗電導(dǎo)值。

2.3 機(jī)械力

一般把清洗模式分為閉路系統(tǒng)清洗和開(kāi)路系統(tǒng)清洗兩種。貯奶罐清洗屬于開(kāi)路清洗，清洗過(guò)程中的機(jī)械力主要來(lái)源于洗球沖洗或噴射的壓力以及沿罐壁流下的清洗液的沖刷力。

2.3.1 流量

貯奶罐清洗流量一般要求為30～45 L/min·m罐周長(zhǎng)，若選配高壓洗罐器，采取噴射式清洗，清洗流量可以略有降低。在清洗過(guò)程中，可用超聲波流量計(jì)檢測(cè)清洗流量，即使CIP站配備有管道流量計(jì)，也建議定期進(jìn)行流量比對(duì)。另外，CIP泵需要選擇變頻泵，一定要根據(jù)罐的直徑來(lái)匹配CIP進(jìn)程和回程流量，一般要求CIP回程流量=CIP進(jìn)程流量的1.1 倍。

2.3.2 積液

本文提出的識(shí)別方法整體流程如圖1所示。首先利用腳部IMU采集人員運(yùn)動(dòng)時(shí)IMU坐標(biāo)系下的三軸加速度和三軸角速度數(shù)據(jù)。其次根據(jù)三軸加速度信息使用峰值檢測(cè)的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行單步的劃分,定義每?jī)蓚€(gè)峰值之間的數(shù)據(jù)為一個(gè)單步[14],獲得每一個(gè)單步的起始位置和終止位置。然后取出每一個(gè)單步起始位置和終止位置之間的三軸加速度和三軸角速度信息即為單步慣性數(shù)據(jù)。接著我們從每個(gè)單步慣性數(shù)據(jù)中提取選定的65維統(tǒng)計(jì)特征用來(lái)表征當(dāng)前單步的速度,將65維統(tǒng)計(jì)特征輸入到利用大量單步統(tǒng)計(jì)特征-速度數(shù)據(jù)訓(xùn)練好的識(shí)別模型之中即可以獲得速度識(shí)別結(jié)果。

在貯奶罐清洗過(guò)程中，罐底積液量過(guò)多會(huì)影響貯奶罐底部的清洗，積液量過(guò)少影響出料管線(xiàn)清洗。積液量一般控制在貯奶罐錐底的1/3處。

2.4 時(shí)間

在保證清洗液有效濃度沒(méi)有下降的前提下，清洗時(shí)間越長(zhǎng)，化學(xué)分子與污垢接觸機(jī)會(huì)越多，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，清洗效果越好，但考慮生產(chǎn)效率和生產(chǎn)組織等因素，清洗參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)多將清洗時(shí)間做固定，根據(jù)清洗效果在清洗劑濃度和清洗溫度上做優(yōu)化調(diào)整。貯奶罐CIP清洗時(shí)間要求如表1所示[6，7，8]。

2.5 產(chǎn)品特性

在清洗參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮產(chǎn)品特性對(duì)清洗效果的影響[3]。如在清洗暫存過(guò)高黏度、高糖、發(fā)酵類(lèi)、高纖維、巧克力類(lèi)產(chǎn)品的貯奶罐時(shí)，清洗四要素（清洗濃度、清洗時(shí)間、清洗溫度、清洗流量）中至少有一個(gè)需要增加。

3 清洗裝置的選配

3.1 洗球選型

罐用洗球一般包括固定噴淋球、旋轉(zhuǎn)噴淋球、旋轉(zhuǎn)噴射頭。對(duì)于固定噴淋球，采用點(diǎn)狀清洗，沖擊力低，依靠重力將水噴流到罐體表面，存在清洗薄弱點(diǎn)，且水耗高，適用于較易清洗的罐；對(duì)于旋轉(zhuǎn)噴淋球，采用扇面清洗，沖擊力和覆蓋率都較好，水耗低，適用于較易清洗的罐；旋轉(zhuǎn)噴射頭采用集中噴射清洗，360°全覆蓋，沖擊力大，水耗低，適用于較難清洗的罐。

洗球的選擇要適應(yīng)于不同的罐體要求，且洗球的布置不能產(chǎn)生清洗陰影，最佳位置一般設(shè)置在罐體與錐頂?shù)倪B接面中心點(diǎn)部位。若罐頂存在人孔，一般在人孔附近增加1 個(gè)洗球，達(dá)到清洗人孔的目的，但有多個(gè)洗球時(shí)，需進(jìn)一步確認(rèn)每個(gè)清洗支路的清洗流量。

3.2 洗球連桿長(zhǎng)度

罐體的清洗覆蓋不僅與洗球的選擇有關(guān)，還與洗球連桿的長(zhǎng)度有直接關(guān)系。一般要求洗球連桿長(zhǎng)度為1/5～1/4罐直徑。

3.3 洗球連接方式

洗球的連接方式有活接式、焊接式、插銷(xiāo)式三種。在乳制品工廠使用，推薦焊接式或插銷(xiāo)式的連接方式，其中插銷(xiāo)式的連接方式衛(wèi)生等級(jí)最高。對(duì)于活接式，在活接位置存在明顯的清洗死角，且不能清洗洗球或洗罐器及其連桿；對(duì)于焊接式，不能有效清洗洗球或洗罐器及其連桿；對(duì)于插銷(xiāo)式，連接處縫隙在0.1 mm為佳，可以有效清洗洗球或洗罐器及其連桿。

4 驗(yàn)證方法

為驗(yàn)證清洗目標(biāo)的清洗效果，除了采取目視、pH試紙外，通常還會(huì)借用一些輔助設(shè)備進(jìn)行檢查，主要有ATP涂抹檢測(cè)法、表面蛋白棒涂抹、微生物涂抹、黑光燈、內(nèi)窺鏡檢查等。

4.1 方法類(lèi)型

4.1.1 目視檢查

目視，即用肉眼對(duì)清洗目標(biāo)進(jìn)行觀察。必要時(shí)借用強(qiáng)光電筒，對(duì)視線(xiàn)可及的設(shè)備表面進(jìn)行檢查有無(wú)明顯污漬或異常。

表 1 貯奶罐清洗時(shí)間要求 單位：min

4.1.2 pH試紙檢查

用pH試紙對(duì)清洗后的設(shè)備表面進(jìn)行涂抹檢查。通過(guò)pH試紙，可檢查清洗目標(biāo)清洗后是否存在酸堿殘留。

4.1.3 ATP涂抹檢測(cè)法

ATP的學(xué)名又叫三磷酸腺苷，是含高能磷酸鍵的有機(jī)化合物，其存在于所有活的生物細(xì)胞內(nèi)，包括微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞。ATP檢測(cè)原理為生物發(fā)光，即通過(guò)脫去磷酸基來(lái)釋放能量，熒光素獲得ATP釋放的能量后發(fā)光，產(chǎn)生的光量與ATP的濃度成正比，檢測(cè)結(jié)果表示為相對(duì)光單位（RLU）[9]。對(duì)肉眼檢查合格的設(shè)備表面，同時(shí)做ATP涂抹檢測(cè)，可快速判斷設(shè)備表面的潔凈狀態(tài)。常用檢測(cè)設(shè)備有3 M熒光檢測(cè)儀和海凈納熒光檢測(cè)儀。需要注意的是，在涂抹過(guò)程中保證涂抹棒旋轉(zhuǎn)，并且施加向下的力量，使采樣棒和待測(cè)表面呈30°角，涂抹面積一般為10 cm×10 cm。

4.1.4 表面蛋白棒涂抹

表面蛋白棒用于評(píng)估設(shè)備清洗后設(shè)備上蛋白質(zhì)的殘留量，從而評(píng)估清洗效果。該方法可以通過(guò)顏色的變化對(duì)物品表面的蛋白質(zhì)殘留量進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，其可檢測(cè)30 μg以下蛋白質(zhì)殘留（肉眼一般檢查大于50 μg蛋白質(zhì)殘留）。結(jié)果判讀如下：綠色為清潔，灰色為污染，紫色為高度污染。

4.1.5 微生物涂抹

對(duì)設(shè)備表面清潔度有懷疑時(shí)，或需要了解具體微生物菌相時(shí)，可進(jìn)行微生物涂抹檢驗(yàn)，并根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)、制定、糾正預(yù)防措施。

需要注意：（a）涂抹過(guò)程中保證涂抹棒旋轉(zhuǎn)，并且施加向下的力量，使采樣棒和待測(cè)表面呈30°角，涂抹面積一般為10 cm×10 cm；（b）建議對(duì)樣品稀釋十倍、百倍、千倍進(jìn)行微生物培養(yǎng)；（c）分析項(xiàng)目包括菌落、80 ℃熱篩選、嗜冷菌，菌落與80 ℃熱篩選樣品均需進(jìn)行染色鏡檢。

4.1.6 黑光燈檢查

黑光燈配合核黃素進(jìn)行照射，可對(duì)清洗目標(biāo)的清洗覆蓋情況進(jìn)行有效驗(yàn)證。具體方法如下。第一步：混合液噴灑制作，將5 L自來(lái)水、1.5 kg白砂糖、2 g維生素B2充分混合；第二步：貯奶罐在CIP清洗后，將第一步混合液噴灑在罐壁上，盡量將罐體全覆蓋；第三步：待噴灑液干結(jié)在罐壁上后，對(duì)貯奶罐進(jìn)行堿洗（水-堿-水）；第四步：在堿洗結(jié)束后，用黑光燈照射罐體各位置，若照射位置呈熒光，即該位置存在清洗陰影。

4.1.7 內(nèi)窺鏡檢查

液奶加工廠多借助內(nèi)窺鏡對(duì)管道進(jìn)行探傷檢查，特別是對(duì)設(shè)備焊接質(zhì)量的判斷、清洗死角的發(fā)現(xiàn)、清洗異常的發(fā)現(xiàn)等具有指導(dǎo)作用。

4.2 驗(yàn)證點(diǎn)及驗(yàn)證方法

根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，推薦驗(yàn)證點(diǎn)及驗(yàn)證方法如表2所示。

表2 推薦的驗(yàn)證點(diǎn)及驗(yàn)證方法

5 小結(jié)

關(guān)于貯奶罐的清洗，罐體的大小、結(jié)構(gòu)不同，內(nèi)容物的產(chǎn)品特性的不同，均會(huì)影響其清洗效果，而且罐體CIP硬件設(shè)施的選擇和CIP工藝參數(shù)的設(shè)定也會(huì)影響其清洗效果。實(shí)踐證明，定期的罐體清洗效果驗(yàn)證，既能驗(yàn)證罐體清洗工藝設(shè)計(jì)是否合理，又能驗(yàn)證罐體清洗是否達(dá)到有效清洗，對(duì)控制乳制品生產(chǎn)過(guò)程中微生物的污染起到重大作用。