飲料行業(yè)表面消毒工藝CIP原位清洗和化學(xué)消毒劑
在食品工業(yè)中，除了生產(chǎn)盡可能多的加工食品單位外，它們還必須具有足夠的質(zhì)量。從這個(gè)意義上講，它們必須是安全的，不會(huì)對(duì)食用它們的人產(chǎn)生任何毒性，并在其整個(gè)商業(yè)生命周期內(nèi)保持所有批次的物理化學(xué)和感官特性。一個(gè)重要的方面是確保設(shè)施和設(shè)備有適當(dāng)?shù)男l(wèi)生程序，這樣就不會(huì)留下任何可能改變隨后生產(chǎn)的產(chǎn)品的殘留物。
基本上，食品行業(yè)有兩種類型的表面消毒工藝：OPC（露天工廠清潔）和 CIP就地清潔工藝。OPC 流程包括清潔“外”表面，如傳送帶、工作臺(tái)、填料外部、儲(chǔ)罐外部等。這種類型的清潔通常通過(guò)使用加壓水和泡沫形式的清潔和消毒產(chǎn)品來(lái)完成，以增加與待消毒表面的接觸時(shí)間。另一方面，CIP 工藝用于對(duì)“內(nèi)部”表面進(jìn)行消毒，例如儲(chǔ)罐、容器、管道、填料等的內(nèi)部。
清潔
在飲料行業(yè)，這兩種衛(wèi)生工藝結(jié)合在一起，盡管 CIP 清洗工藝更為重要。CIP 是 Cleaning in Place（原位清洗）的縮寫。這意味著在不拆除或改變運(yùn)行狀態(tài)的情況下清潔生產(chǎn)工廠，以確保一致性和可持續(xù)性。要完成有效的清潔，必須存在 Sinner 圈中包含的四個(gè)元素：
這些元素是：清潔產(chǎn)品、機(jī)械功率、熱功率和時(shí)間。在清潔活動(dòng)期間，所有四個(gè)元素都必須始終存在，每個(gè)元素都在相應(yīng)的范圍內(nèi)。如果需要減少這些元素中的任何一個(gè)，則必須增加另一個(gè)或其他元素才能完成清潔和消毒。我們將分別分析它們中的每一個(gè)：
時(shí)間
溶解/分散污垢沉積物的所有物理化學(xué)過(guò)程都取決于時(shí)間因素。從洗滌劑化學(xué)效率的角度分析時(shí)，污垢是逐層去除的。即使有高濃度的清潔劑，在去除最后一層污垢之前也需要一定的接觸時(shí)間。對(duì)于容器和水箱，時(shí)間還取決于清潔球的類型。
機(jī)械動(dòng)力
在 CIP 過(guò)程中，機(jī)械功率指的是流速、速度和流動(dòng)壓力。清洗管道時(shí)，應(yīng)考慮流量和流速。在清洗過(guò)程中，管道中的水流必須是湍流的。
層流和湍流
流速是每秒移動(dòng)的距離 (m/s)。流體速度在回路內(nèi)變化，在管道中心較高，靠近壁（由于摩擦）較低，這稱為速度分布。管道表面速度為零的液體層稱為“亞層流層”。當(dāng)速度增加時(shí)，亞層流層變薄，管道表面的污垢可以“接收”機(jī)械作用。對(duì)于清潔，所需的最低速度為 1.5 m/s，要消除亞層流層，需要 >0.3 m/s，因此在清潔周期中推薦的流速必須至少為 1.8 m/s。
清洗儲(chǔ)罐或容器時(shí)，必須考慮流量和壓力。傳統(tǒng)方法是在低壓下使用大量液體。使用靜力球，目的是保證清洗液流過(guò)整個(gè)內(nèi)表面。清潔效果是通過(guò)使清潔溶液向下滑動(dòng)穿過(guò)罐壁，即通過(guò)重力作用實(shí)現(xiàn)的。使用這種固定球，溶液消耗高（導(dǎo)致額外成本），而且需要更多的時(shí)間，因?yàn)闄C(jī)械功率很低，清潔效果將更多地依賴于時(shí)間、熱量和化學(xué)產(chǎn)品. 另一方面，有一種更現(xiàn)代、更有效的方法，它涉及將更小體積的清潔液以更高的壓力導(dǎo)向表面。這是使用產(chǎn)生擦洗作用（機(jī)械效應(yīng)）的射流完成的。該方法使用旋轉(zhuǎn)噴射頭。多虧了這些噴頭，才有可能在儲(chǔ)罐的整個(gè)內(nèi)表面使用射流。
正確選擇一個(gè)或多個(gè)噴球的數(shù)量、類型和位置非常重要，以實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，因?yàn)閼?yīng)考慮到由于攪拌器、導(dǎo)流板、檢修孔、管道等可能形成的“陰影”。
清潔用品
該元素是指化學(xué)能或清潔溶液的濃度。最合適的洗滌劑的選擇將基于：
在水中迅速完全溶解。
快速水化和溶解污垢。
高螯合力。
良好的漂洗能力。
無(wú)泡沫。
與要清潔的設(shè)備兼容。
無(wú)腐蝕性
可生物降解。
熱功率
它指的是熱能。這種能量影響粘度和反應(yīng)速度。清潔溫度的選擇將取決于加熱溶液的可能性、污垢的類型、去除污垢的難度、清潔劑配方、待清潔設(shè)備的材料……一般來(lái)說(shuō)，溫度升高 10ºC 會(huì)使清潔劑的效能增加一倍化學(xué)反應(yīng)能力。溫度控制很重要，溫度越高并不總是越好（因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在特定溫度下會(huì)變性）。在這種情況下，溫度計(jì)的精確測(cè)量和定期校準(zhǔn)非常重要。
必須或多或少地存在四種清潔元素。如果其中之一被完全消除，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)充分的清潔。另一方面，除了這四個(gè)要素外，還必須包括另一個(gè)附加要素：覆蓋率。如果清潔溶液不能充分接觸所有待清潔表面，我們將無(wú)法實(shí)現(xiàn)徹底清潔。一個(gè)覆蓋問(wèn)題如下圖：
核黃素染色：a) 漂洗前沉積物表面出現(xiàn)熒光染色，b) 漂洗后殘留染色殘留在攪拌器的“陰影”中。
在覆蓋范圍內(nèi)，有：直接覆蓋，即球或噴射的清潔溶液直接接觸的表面；和間接覆蓋，這是清潔溶液不直接從球或射流沖擊但通過(guò)級(jí)聯(lián)效應(yīng)或從更高表面滑動(dòng)進(jìn)入的表面。如果在直接覆蓋區(qū)域需要更多的清潔效果，可以通過(guò)增加壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，要在間接覆蓋區(qū)域獲得更好的清潔效果，必須增加流量，并在適當(dāng)?shù)那闆r下增加時(shí)間。
對(duì)于管道，重要的是要訪問(wèn)管道內(nèi)表面的所有點(diǎn)。這就是為什么必須特別注意閥門（建議在衛(wèi)生周期中短暫打開/關(guān)閉）、分叉點(diǎn) (Ts) 和安裝探頭的點(diǎn)，例如溫度、電導(dǎo)率、流量、壓力……無(wú)論如何，它建議通過(guò)拆除一些元件并引入管道鏡來(lái)檢查管道內(nèi)部。
消毒
關(guān)于清潔，必須考慮Sinner圈。對(duì)于消毒，需要考慮的因素包括覆蓋范圍、消毒劑產(chǎn)品的類型、劑量、溫度和接觸時(shí)間。也就是說(shuō)，機(jī)械效應(yīng)并不重要。
覆蓋范圍
重要的是要確保消毒劑溶液與整個(gè)表面接觸。因此，必須確保事先消除任何類型的殘留物，例如食品、礦物或有機(jī)鑲嵌物、生物膜……。從這個(gè)意義上說(shuō)，重要的是不要忽視可能的“黑點(diǎn)”，例如閥門（在消毒階段打開和關(guān)閉）、分叉點(diǎn) (Ts)、有探針的點(diǎn)、檢修孔、偏轉(zhuǎn)器、攪拌器……
消毒產(chǎn)品
消毒產(chǎn)品必須具有以下特點(diǎn)：
在低濃度下對(duì)多種微生物高度有效，即具有成本效益的使用劑量。
不得與消毒劑接觸的腐蝕性或污漬材料。
盡可能針對(duì)要消滅的微生物。
是一種良好的表面張力降低劑，即具有良好的潤(rùn)濕性和滲透性，更容易接近和接觸整個(gè)表面。
貯存穩(wěn)定。
在實(shí)際使用條件下易于應(yīng)用/劑量。
消毒劑產(chǎn)品主要有兩大類：氧化劑和非氧化劑。
最常用的氧化劑消毒劑是那些基于氯和基于過(guò)氧化物-過(guò)氧乙酸的消毒劑。這兩種消毒劑的優(yōu)點(diǎn)是作用譜廣、起效快，主要缺點(diǎn)是不穩(wěn)定，有腐蝕性，需慎用。在這兩種情況下，它們也會(huì)氧化存在的有機(jī)物，因此當(dāng)有機(jī)物存在時(shí)，它們也會(huì)失活，至少部分失活；因此，必須進(jìn)行出色的前期清潔。在含氯消毒劑中，次氯酸鈉和二氧化氯脫穎而出。在基于過(guò)氧化物-過(guò)乙酸的消毒劑中，最常用的是過(guò)氧化氫以及過(guò)氧化氫和過(guò)乙酸的混合物。
另一方面，在非氧化性消毒劑中，以季銨類、陰離子酸類、雙胍類和兩性消毒劑為主?；诩句@鹽的消毒劑傳統(tǒng)上不用于 CIP 系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兤鹋菪院軓?qiáng)。根據(jù)其配方中使用的表面活性劑，陰離子酸消毒劑可以是高度發(fā)泡的或具有可控泡沫的。只有在后一種情況下，它才適用于 CIP 系統(tǒng)。它們有助于在同一操作中執(zhí)行酸和消毒劑階段。基于雙胍的消毒劑可用于 CIP 系統(tǒng)，它們具有類似于季銨的活性，但對(duì)革蘭氏陰性菌除外，雙胍對(duì)后者更有效。至于兩性消毒劑，它們對(duì)不同類型的微生物具有足夠的有效性，盡管由于泡沫的形成，它們?cè)?CIP 系統(tǒng)中的應(yīng)用通常存在問(wèn)題。但是，有些配方可以控制泡沫。
溫度
溫度本身可以是一個(gè)消毒系統(tǒng)。盡管在這些情況下，有必要在所有表面上保持高溫一段時(shí)間。這些系統(tǒng)的成本非常高，并且可能在中/長(zhǎng)期內(nèi)產(chǎn)生其他不利影響，例如礦物鑲嵌（主要是鈣質(zhì)來(lái)源，因?yàn)樗写嬖阝}鹽）。
另一方面，一些配制的消毒劑在一定溫度下提高了它們的殺菌活性，而在其他情況下，它們會(huì)產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)，主要是在氯化氧化產(chǎn)物的情況下。
由于這些原因，重要的是控制消毒劑溶液的應(yīng)用溫度并在整個(gè)作用期間保持（如有必要）該溫度。在這種情況下，溫度計(jì)的精確測(cè)量和定期校準(zhǔn)非常重要。
接觸時(shí)間
消毒是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，因?yàn)橄井a(chǎn)品必須接觸到要消毒的表面，然后消毒活性物質(zhì)需要時(shí)間才能發(fā)揮作用。該時(shí)間取決于消毒活性物質(zhì)、消毒劑制劑中包含的助劑和溫度。消毒活性物質(zhì)必須能夠通過(guò)使膜不穩(wěn)定或通過(guò)任何其他機(jī)制接觸相關(guān)微生物并與其發(fā)生反應(yīng)。
另一個(gè)需要考慮的方面是重復(fù)使用消毒劑溶液。這在一般情況下是不可取的，盡管可以通過(guò)控制消毒活性成分的劑量和驗(yàn)證使用次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了優(yōu)化化學(xué)消毒劑的用量，一個(gè)好的選擇是對(duì)被消毒的物體使用一定量的消毒液，然后扔掉。為此，必須對(duì) CIP 進(jìn)行編程，以便在消毒階段，首先從 CIP 發(fā)送一定量的消毒劑溶液以接觸待消毒物體的整個(gè)表面，然后再循環(huán)到對(duì)象而不返回 CIP。
高效的 CIP 系統(tǒng)的主要目標(biāo)是：
最大限度地提高安全性，避免產(chǎn)品更換過(guò)程中的交叉污染。
盡量減少CIP清洗時(shí)間，減少清洗對(duì)生產(chǎn)的影響。
優(yōu)化熱效率，避免不必要的熱量損失
盡量減少用水。優(yōu)化水和清潔溶液的回收
許多食品加工廠的傳統(tǒng) CIP 工藝涉及多個(gè)循環(huán)，可能包括用回收水進(jìn)行初始沖洗、堿階段、酸階段、消毒。在這兩者之間，應(yīng)進(jìn)行中間漂洗并以最終漂洗結(jié)束。漂洗和洗滌階段從五分鐘到一小時(shí)不等?；谶@個(gè)完整的循環(huán)，可以通過(guò)消除階段（例如，酸階段）或合并階段（例如，酸和消毒）來(lái)完成其他循環(huán)。這樣，一些元件可以每天用“短”周期清洗，只用堿相，每周清洗一次即可完成循環(huán)。然而，關(guān)于這些過(guò)程的任何建議都需要由專門從事此類清潔的技術(shù)人員進(jìn)行詳細(xì)研究。
