液態奶工廠貯奶罐清洗工藝和效果驗證的研究

周 元，陳 偉

重慶市天友乳業股份有限公司，重慶 401120

0 引言

牛奶含有豐富的營養物質，是微生物天然的培養基。若貯奶罐長期清洗不凈，將會滋生大量微生物，嚴重時還會形成生物膜[1]。生奶區的半成品貯奶罐微生物污染可能會造成半成品微生物指標超標，進而導致最終產品中的微生物無法完全被殺滅，造成產品污染；熟奶區的半成品貯奶罐微生物污染，特別是無菌罐的微生物污染，可能會造成罐體自身滅菌不徹底，進而造成最終產品的微生物污染[2，3]。

個別貯奶罐被微生物污染后，滋生的微生物還會通過清洗系統繼續污染到其他設備，形成交叉污染，增加食品安全風險[1]。隨著危害分析關鍵控制點（HACCP計劃）以及良好衛生規范/良好操作規范（GHP/GMP）在實際生產中的推行[4，5]，當前，乳品企業對生產現場設備的衛生控制尤為看重。

為保證產品質量，防控生產過程中的微生物污染，降低生產過程中產品的質量安全風險。本文將從貯奶罐（特指“立式貯奶罐”）分類和構造、CIP清洗參數設定、清洗裝置的選配、清洗效果驗證方法四方面進行闡述，就罐體清洗工藝設計出發，減少清洗問題；生產過程中反復進行清洗效果驗證，跟蹤罐體清洗效果，避免因罐體清洗不凈而造成產品微生物污染。

1 貯奶罐分類和構造

1.1 分類

根據貯奶罐在液態奶工廠中作用的不同，分為如下幾類：一是配料罐，用于標準化配料的貯奶罐；二是發酵罐，用于產品微生物發酵的貯奶罐；三是無菌罐，殺菌后、灌裝前的貯奶罐。根據生產工藝的要求，即系統中流動的物料是否經過殺菌處理，將車間的生產系統分為殺菌前系統和殺菌后系統，將殺菌前系統的貯奶罐稱為生奶罐，將殺菌后系統的貯奶罐稱為熟奶罐。

1.2 構造

圖1 貯奶罐的一般構造

2 CIP清洗參數設定

CIP即原位清洗，是一種高效而又方便的設備清洗方法。特點是在設備清洗時不需拆卸管道和設備，可直接對設備進行清洗。驗證CIP工藝的合理性，主要是從影響CIP效果的因素進行驗證[6，7]。

2.1 溫度

溫度越高，分子運動越活躍，清洗效果越好。但是溫度太高會造成清洗液氣化，產生氣泡而影響清洗效果。罐體清洗時回流溫度一般要求：堿循環75～80 ℃，酸循環65～70 ℃[8]。

為了保證溫度達到要求，需要定期對溫度傳感器進行溫度校對，但大多數工廠因溫度傳感器數量較多，邀請第三方檢測機構進行委托檢驗會產生高額的檢測費用，因此多自購高精度溫度計，采取油浴比對方法進行傳感器溫度校對，即將自購溫度計和待校溫度傳感器同時放在加熱好的油浴中，對比各自讀數是否存在較大差異。需要注意的是，為保證自購的溫度計度數的準確性，工廠每年需要將自購的溫度計送第三方檢測機構進行委托檢驗，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會越多，清洗效果越好，但是成本越高。罐體清洗液循環濃度要求一般是：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]。沒有電導儀控制清洗濃度時，每次清洗需要手工檢測清洗濃度；有電導儀控制時，則需要每次手工比對電導值。需要注意的是，若酸堿循環清洗時的實際濃度低于要求，則需及時查找原因，必要時提高清洗電導值。

2.3 機械力

一般把清洗模式分為閉路系統清洗和開路系統清洗兩種。貯奶罐清洗屬于開路清洗，清洗過程中的機械力主要來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，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。在清洗過程中，可用超聲波流量計檢測清洗流量，即使CIP站配備有管道流量計，也建議定期進行流量比對。另外，CIP泵需要選擇變頻泵，一定要根據罐的直徑來匹配CIP進程和回程流量，一般要求CIP回程流量=CIP進程流量的1.1 倍。

2.3.2 積液

本文提出的識別方法整體流程如圖1所示。首先利用腳部IMU采集人員運動時IMU坐標系下的三軸加速度和三軸角速度數據。其次根據三軸加速度信息使用峰值檢測的方法對運動過程進行單步的劃分,定義每兩個峰值之間的數據為一個單步[14],獲得每一個單步的起始位置和終止位置。然后取出每一個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據。接著我們從每個單步慣性數據中提取選定的65維統計特征用來表征當前單步的速度,將65維統計特征輸入到利用大量單步統計特征-速度數據訓練好的識別模型之中即可以獲得速度識別結果。

在貯奶罐清洗過程中，罐底積液量過多會影響貯奶罐底部的清洗，積液量過少影響出料管線清洗。積液量一般控制在貯奶罐錐底的1/3處。

2.4 時間

在保證清洗液有效濃度沒有下降的前提下，清洗時間越長，化學分子與污垢接觸機會越多，反應時間越長，清洗效果越好，但考慮生產效率和生產組織等因素，清洗參數設計時多將清洗時間做固定，根據清洗效果在清洗劑濃度和清洗溫度上做優化調整。貯奶罐CIP清洗時間要求如表1所示[6，7，8]。

2.5 產品特性

在清洗參數設計時，應充分考慮產品特性對清洗效果的影響[3]。如在清洗暫存過高黏度、高糖、發酵類、高纖維、巧克力類產品的貯奶罐時，清洗四要素（清洗濃度、清洗時間、清洗溫度、清洗流量）中至少有一個需要增加。

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、旋轉噴淋球、旋轉噴射頭。對于固定噴淋球，采用點狀清洗，沖擊力低，依靠重力將水噴流到罐體表面，存在清洗薄弱點，且水耗高，適用于較易清洗的罐；對于旋轉噴淋球，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。

洗球的選擇要適應于不同的罐體要求，且洗球的布置不能產生清洗陰影，最佳位置一般設置在罐體與錐頂的連接面中心點部位。若罐頂存在人孔，一般在人孔附近增加1 個洗球，達到清洗人孔的目的，但有多個洗球時，需進一步確認每個清洗支路的清洗流量。

3.2 洗球連桿長度

罐體的清洗覆蓋不僅與洗球的選擇有關，還與洗球連桿的長度有直接關系。一般要求洗球連桿長度為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、插銷式三種。在乳制品工廠使用，推薦焊接式或插銷式的連接方式，其中插銷式的連接方式衛生等級最高。對于活接式，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；對于焊接式，不能有效清洗洗球或洗罐器及其連桿；對于插銷式，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 驗證方法

為驗證清洗目標的清洗效果，除了采取目視、pH試紙外，通常還會借用一些輔助設備進行檢查，主要有ATP涂抹檢測法、表面蛋白棒涂抹、微生物涂抹、黑光燈、內窺鏡檢查等。

4.1 方法類型

4.1.1 目視檢查

目視，即用肉眼對清洗目標進行觀察。必要時借用強光電筒，對視線可及的設備表面進行檢查有無明顯污漬或異常。

表 1 貯奶罐清洗時間要求 單位：min

4.1.2 pH試紙檢查

用pH試紙對清洗后的設備表面進行涂抹檢查。通過pH試紙，可檢查清洗目標清洗后是否存在酸堿殘留。

4.1.3 ATP涂抹檢測法

ATP的學名又叫三磷酸腺苷，是含高能磷酸鍵的有機化合物，其存在于所有活的生物細胞內，包括微生物、植物和動物細胞。ATP檢測原理為生物發光，即通過脫去磷酸基來釋放能量，熒光素獲得ATP釋放的能量后發光，產生的光量與ATP的濃度成正比，檢測結果表示為相對光單位（RLU）[9]。對肉眼檢查合格的設備表面，同時做ATP涂抹檢測，可快速判斷設備表面的潔凈狀態。常用檢測設備有3 M熒光檢測儀和海凈納熒光檢測儀。需要注意的是，在涂抹過程中保證涂抹棒旋轉，并且施加向下的力量，使采樣棒和待測表面呈30°角，涂抹面積一般為10 cm×10 cm。

4.1.4 表面蛋白棒涂抹

表面蛋白棒用于評估設備清洗后設備上蛋白質的殘留量，從而評估清洗效果。該方法可以通過顏色的變化對物品表面的蛋白質殘留量進行科學評估，其可檢測30 μg以下蛋白質殘留（肉眼一般檢查大于50 μg蛋白質殘留）。結果判讀如下：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

對設備表面清潔度有懷疑時，或需要了解具體微生物菌相時，可進行微生物涂抹檢驗，并根據分析結果指導、制定、糾正預防措施。

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

4.1.6 黑光燈檢查

黑光燈配合核黃素進行照射，可對清洗目標的清洗覆蓋情況進行有效驗證。具體方法如下。第一步：混合液噴灑制作，將5 L自來水、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：待噴灑液干結在罐壁上后，對貯奶罐進行堿洗（水-堿-水）；第四步：在堿洗結束后，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 內窺鏡檢查

液奶加工廠多借助內窺鏡對管道進行探傷檢查，特別是對設備焊接質量的判斷、清洗死角的發現、清洗異常的發現等具有指導作用。

4.2 驗證點及驗證方法

根據行業經驗，推薦驗證點及驗證方法如表2所示。

表2 推薦的驗證點及驗證方法

5 小結

關于貯奶罐的清洗，罐體的大小、結構不同，內容物的產品特性的不同，均會影響其清洗效果，而且罐體CIP硬件設施的選擇和CIP工藝參數的設定也會影響其清洗效果。實踐證明，定期的罐體清洗效果驗證，既能驗證罐體清洗工藝設計是否合理，又能驗證罐體清洗是否達到有效清洗，對控制乳制品生產過程中微生物的污染起到重大作用。