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【技術(shù)專題】在這個行業(yè)里,微酸性電解水技術(shù)未來可能開辟上億級的市場……
發(fā)布日期:2020.12.18


基于全球性的食品安全日趨嚴峻,發(fā)達國家對食品機械安全生產(chǎn)技術(shù)的研究與應(yīng)用十分重視。


現(xiàn)有食品加工業(yè)的規(guī);c自動化發(fā)展、傳統(tǒng)食品的工業(yè)化、食品新資源的利用、新工藝、新產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化等,都離不開食品加工機械與設(shè)備的支持。


另食品加工機械設(shè)備對食品加工過程中產(chǎn)品的質(zhì)量保證、生產(chǎn)效率的提高、能量消耗的降低等都起著舉足輕重的作用。



CIP清洗系統(tǒng)


為了保證食品衛(wèi)生安全,食品加工設(shè)備中直接與物料接觸的部分,均采用無毒、耐腐蝕材料制造,并且為了方便清洗和消毒,與食品接觸的表面均需要進行拋光處理。


CIP系統(tǒng)是Clean In Place的縮寫,原位清洗(在線清洗、就地清洗)。是指不拆卸設(shè)備或原件,在密閉的條件下,用一定濃度和溫度的清洗液,對清洗裝置加以強力作用,使與食品接觸的表面洗凈和殺菌的方法。


CIP清洗不僅能清洗機器,而且還能控制微生物。比如酵母行業(yè)的龍頭企業(yè)安琪酵母,就是采用的全套CIP清洗程序進行管道和罐子清洗。


CIP清洗系統(tǒng)目前被廣泛的用于啤酒、飲料、果汁、乳制品、藥液、礦泉水、酒、化妝品類等機械化程度較高的食品飲料生產(chǎn)企業(yè)中。


圖為 CIP清洗設(shè)備示意圖


CIP作用機理&市場規(guī)模


一般廠家可根據(jù)清洗對象污染性質(zhì)和程度、構(gòu)成材質(zhì)、水質(zhì)、所選清洗方法、成本和安全性等方面來選用洗滌劑。


CIP清洗中使用的清洗劑主要有三類:堿性清洗劑、酸性清洗劑和滅菌清洗劑。


堿性清洗劑(通常為NaOH)用于去除有機物;酸性清洗劑(通常為硝酸、磷酸等)用于溶解設(shè)備表面的礦物質(zhì)沉積,如鈣鎂的沉積物、硬水積石、啤酒積石、牛乳積石和草酸鈣等;滅菌清洗劑主要用作用是殺滅管道內(nèi)的微生物,避免微生物對產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生影響。


酸、堿清洗劑的優(yōu)點是:能將微生物全部殺死;去除有機物效果較好。缺點是:對皮膚有較強的刺激性;水洗性差。


滅菌劑的優(yōu)點是:殺菌效果迅速,對所有微生物有效;稀釋后一般無毒;不受水硬度影響;在設(shè)備表面形成薄膜;濃度易測定;易計量;可去除惡臭。缺點是:需要一定的儲存條件;不同濃度殺菌效果不一樣。


CIP清洗系統(tǒng)中,堿性清洗劑比重約為55%,酸性清洗劑比重約為30%,其它如表面活性劑和消毒劑等約占15%。


圖為  CIP清洗劑細分市場結(jié)構(gòu)


依據(jù)國家統(tǒng)計局2013年數(shù)據(jù)顯示,全球CIP清洗劑市場規(guī)模已達到145.2億元,而中國作為一個主要市場,占據(jù)了將近10%的市場份額。


圖為2009-2013年1-11月全球CIP清洗劑市場規(guī)模(單位:億元)



電解水技術(shù)


電解水(electrolyzed water,EW)包括堿性電解水(alkaline electrolyzed water,AlEW)和微酸性電解水(acidic electrolyzed water,AEW),已作為一種環(huán)境友好型清洗消毒劑并廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)療行業(yè)。


圖為 隔膜式電解產(chǎn)生微酸性電解水和堿性電解水原理圖


美國FDA已經(jīng)批準認可微酸性電解水在食品行業(yè)和醫(yī)療行業(yè)的合法使用。美國可口可樂公司已經(jīng)在全球的灌裝工廠指定使用微酸性電解水作為CIP工藝的清洗消毒液,并已在中國的3個灌裝廠安裝使用,收到了良好的效果。


中國啤酒協(xié)會也將微酸性電解水的應(yīng)用作為技術(shù)創(chuàng)新項目納入了“十二五”規(guī)劃。華潤集團的雪花啤酒廠基地和幾個分廠采用了微酸性電解水進行消毒。



微酸性電解水在啤酒CIP中應(yīng)用研究進展


近年來,國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)對微酸性電解水技術(shù)應(yīng)用于CIP中做了大量的試驗研究,探明了微酸性電解水技術(shù)在CIP清洗中的應(yīng)用。



2013年,中國海洋大學(xué)食品安全實驗室聯(lián)合啤酒生物發(fā)酵工程國家重點實驗室一起開展了微酸性電解水技術(shù)在啤酒生產(chǎn)CIP消毒中的應(yīng)用研究。


實驗室結(jié)果表明,有效氯濃度為17ppm以上的微酸性電解水(pH 2.4-3.2,ORP>1100mV)處理5min,對枯草芽孢桿菌、糖化酵母、短乳桿菌具有優(yōu)異的殺滅效果,其殺菌能力和2%的過氧乙酸可以達到相同水平。


在腐蝕性方面,微酸性電解水的腐蝕性稍高于去離子水,但僅為2%過氧乙酸腐蝕性的20%-30%。

現(xiàn)場CIP清洗實驗結(jié)果顯示,采用有效氯濃度為17ppm的微酸性電解水循環(huán)清洗10-15min即可達到良好的管路消毒效果,且不需要清水進行沖洗,同時微酸性電解水進行清洗不會影響啤酒的新鮮度。



微酸性電解水在乳業(yè)CIP中應(yīng)用研究進展


2005年,賓夕法尼亞州立大學(xué)的Walker 等研究了pH 值為11.3 的微酸性電解水和pH 值為2.6、ACC 為50~80ppm的微酸性電解水對擠奶管道模型的清洗效果,表明采用60 ℃的2種微酸性電解水清洗擠奶管道7.5min,可完全清除管道內(nèi)表面的細菌和ATP,清洗效果與傳統(tǒng)的清洗工藝相比沒有顯著差異。



2017年,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉羽等采用一堿一酸(即第1 次清洗擠奶系統(tǒng)時,除熱水外,僅使用堿性清洗劑,下一次則僅使用酸性清洗劑;堿性與酸性清洗劑在不同清洗過程中交替使用,但不同時使用)的清洗方式。


實驗研究了堿性電解水(清洗時間為8 min、溫度為70.3 ℃、pH值為12)和微酸性電解水(清洗時間為9.9 min、溫度為37.8 ℃、有效氯濃度為60mg/L)對100L 立式儲奶罐的實際清洗效果。

研究結(jié)果表明,電解水一堿一酸的清洗模式具備良好的清洗效果,與商業(yè)清洗劑相比,可以節(jié)約74%的生產(chǎn)成本和33%的生產(chǎn)用水。



總結(jié)

在CIP系統(tǒng)中使用微酸性電解水進行處理有如下優(yōu)勢:


微酸性電解水處理能達到與CIP工藝同等的效果;


微酸性電解水與普通清洗劑相比較,不但不會因作業(yè)者之差異而影響清洗效果,還能提高其產(chǎn)品質(zhì)量;


微酸性電解水進行CIP處理,能防止清洗作業(yè)中的危險,節(jié)省勞動力;


微酸性電解水使用后無殘留,無需進行二次沖洗洗,減少水污染;


微酸性電解水無刺激性,即使接觸人體也不會造成危害;


微酸性電解水可即產(chǎn)即用,操作簡單方便;


微酸性電解水無腐蝕性,能延長機器部件的使用年限。