電解食鹽水對乳飲料生產清洗消毒工藝的改進

文棋，姜建林，許斌，李理,2，侯保朝,2

（1.杭州娃哈哈集團有限公司，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）

電解食鹽水對乳飲料生產清洗消毒工藝的改進

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的關鍵控制點之一。利用電解活化技術（Electro Chem ical Activation，ECA）對原位清洗（Clean in Place,CIP）相關工藝參數進行調整改進，形成一套新的用于乳制品生產車間的清洗消毒方法。結果表明，與傳統CIP相比，新工藝在確保對罐體、管路、瓶蓋等清洗消毒良好效果基礎上，節約了清洗時間，降低了能源及化學品消耗。該工藝不僅節約了生產成本，還減少廢氣、廢液的排放，對實際生產和環境保護具有重要意義。

電解活化；乳飲料；清洗；消毒

0 引 言

乳品或乳飲料加工過程中所有設備從原料奶收貯工序起，至包裝工序所有設備均采用CIP方式進行清洗，消毒則選用雙氧水、過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、時間長、作用弱，能耗巨大，從而帶來化學品消耗多、污廢處理壓力大等顯著缺點。將食鹽水進行電解活化（Electro Chem ical Activation，ECA）生成的氧化電位水具有殺菌廣譜、迅速、強力、持續等特點，可殺滅多種細菌[1]。對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技術在乳飲料工業生產上具體應用卻較少。本研究對傳統乳飲料CIP清洗方式的工藝方法和參數進行優化，驗證中性電解活化水的殺菌作用，形成有效的乳飲料生產過程中清洗消毒指導方案。

1 ECA技術及其滅菌機理

1.1 ECA技術原理

ECA技術是利用電解槽，使飽和鹽水在電場作用下進行電離。在直流電場作用下，特殊的離子滲透膜只允許陰離子或陽離子通過，而不允許水分子通過。在這種特殊條件下的電解作用是一個物理作用和化學反應的綜合作用過程。最終在電解槽陰極側生成堿性電解水-陰極液，其主要化學成分是氫氧化鈉，具有強的清洗能力。同時在陽極側生成酸性電解水-陽極液，其主要化學成分是次氯酸，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

陰極側發生陰極反應，主要生成含N a+，OH-，HO2-，O2-等離子的帶負電荷堿性還原電位水，pH值約10～13.5,氧化還原電位（ORP）通常可以達到-900m V，具有較強的潔凈除垢作用。

陽極側發生陽極反應，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，有效氯濃度達到1×10-3，氧化還原電位（ORP）通常可以達到1100 m V以上。

1.2.2 清洗殺菌機理

根據微生物生成環境可知，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已經超出了微生物的生存環境。而N aOH的除垢清洗作用早已經在乳品、乳飲料標準CIP流程中得到應用。

1.3 ECA電解活化水制備

實驗采用愛爾蘭Trustwater公司ECA電解設備AQ100（功率0.09～0.8 kW，鹽消耗量0.75 kg/ h）1臺作為主電解系統，配置原液桶及控制檢測儀表一套（主要含pH在線檢測儀、有效氯FAC檢測儀）（如圖1）。

表2 ECA改進CIP清洗消毒工藝實驗

表3 ECA清洗消毒工藝結果

圖1 ECA電解活化水制備方法

2 實驗與結果

2.1 罐體及管路清洗消毒對比

傳統乳品、乳飲料生產對罐體及管路CIP清洗消毒工藝（如表1）。采用ECA電解活化水制備方法對CIP清洗站進行改造，分別針對生產工況、時間、溫度、濃度幾個方面參數調整進行正交實驗（如表2）。

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

2.2 灌裝機外部消毒對比(Sterilize Out Place，SOP)

取締原針對灌裝機采用1.5×10-3，55～65℃進行外部消毒工藝，采用30×10-5電解食鹽水陽極液常溫消毒，最終針對灌裝機各關鍵部位進行涂抹檢測微生物，情況良好（如表4），達到工藝要求。

表1 傳統CIP清洗工藝

2.3 瓶蓋浸泡消毒對比

取締原針對洗蓋機采用（3×10-4～1.4×10-3，40～50℃進行浸泡消毒工藝，采用3×10-5電解食鹽水陽極液常溫消毒，最終對瓶蓋進行抽樣檢測微生物，情況良好（如表5），達到工藝要求。

2.4 冷瓶機用水消毒對比

取締原用次氯酸鈉對冷瓶機用水進行消毒工藝，采用3×10-6電解食鹽水陽極液常溫消毒，水質檢測結果良好，達到工藝要求。

2.5 清洗消毒時間及消耗對比

通過對CIP清洗過程中的蒸汽、水、電的實時監測，能耗實現了較大的節約（如表6）。C IP清洗時間由原67.2min縮短為62.3min，節約時間10%。通過對化學品消耗分析計算也發現實現較大節約（如表7）。

3 結果分析

3.1 ECA對CIP清洗消毒工藝的改進

實驗的結果表明采用添加少量NaOH及中溫清洗，并增加消毒程序，是完全可以達到傳統CIP清洗目的，滿足飲料衛生生產需求的，且微生物情況良好，且降低了原傳統清洗溫度，減少了化學藥劑使用量，同時節約了大量的蒸汽、水和電，縮短了清洗時間，提高了生產效率。同時采用ECA陽極液進行如設備內外表面、包材（如瓶蓋），微生物檢測結果也是滿足飲料生產的要求的，大量降低了因消毒所需的各類化學品使用量。

3.2 ECA其他衍生優點

電解食鹽水因自身可分解，pH值偏中性，對操作人員更加安全，也降低了污水處理的要求。同時酸、堿、過氧乙酸的消耗降低的同時，排放相應減少，降低了廠區污水處理站的處理成本。另外，過氧乙酸的取消，同時還避免了中溫過氧乙酸的揮發對車間環境以及室外空氣的污染，具有很高的社會價值。

3.3 節約成本

根據能源消耗對比以及化學品消耗對比，以36 000瓶/h的乳飲料灌裝生產線為例，年節約費用約1 023 732元（如表8）。

表4 灌裝機外部消毒涂抹檢測微生物情況

表5 瓶蓋浸泡消毒抽樣檢測微生物情況

表6 CIP清洗能源消耗對比

表7 化學品消耗節約情況

表8 經濟效益計算

4 結 論

我國食品行業存在的主要安全問題有由微生物引起的食源性疾病、農藥殘留、重金屬超標以及非法使用食品添加劑或其他化學藥品等引起的安全問題[4]。清洗和消毒技術與人們的生活和生產實踐密切相關，許多食品安全問題是由于不徹底或不當的清洗消毒而引起的[5]。因此良好作業規范（Good M anufacturing Practice,GM P）和危害分析與關鍵控制點（H azard Analysis C ritical Contro l Point,HACCP）等針對食品特別是乳品或乳飲料清洗消毒均提出一些指導性實施意見，使得工業生產的衛生條件有所提高，為食品的安全性提供了一定的保障[6]。對于乳品、乳飲料的工業生產，致病菌和腐敗菌對食品的污染仍然是一個非常棘手的、重大的問題[7]，即使少量產品帶有細菌也會濡染同一生產流程中的其他產品。徹底的清洗和消毒不僅能夠提高食品的安全性[8]，有利于人類的健康，還能夠提高設備的工作效率[9]。所以，隨著乳品和乳飲料工業生產的發展，清洗和消毒工藝技術的提升顯得越來越重要。

通過為期8個月的間斷性實驗，用ECA技術對乳品、如飲料傳統飲料生產的清洗消毒工藝進行改進，即穩定滿足了衛生生產的要求，又縮短了清洗時間，提高生產效率，還分別從能源消耗、化學品消耗上實現節約甚至取締，獲得較大的經濟效益。同時，降低了廢水廢氣的排放，取得了較大的社會效益。

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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

浙江省重點研發計劃項目（2015C02SA100006）。

文棋（1980-），男，工程師，從事乳品工藝研究。

侯保朝