Industry insight

行业洞察

氧化电位水海外用于CIP清洗实例

2019.08.211886

 

 

 

 

就地清洗(cleaning in place)简称CIP又称清洗定位或定位清洗,是指不拆卸设备或原件,在密闭的条件下,用一定浓度和温度的清洗液,对清洗装置加以强力作用,使与食品接触的表面洗净和杀菌的方法。

 

CIP清洗系统被广泛的用于饮料、乳品、果汁、果浆、果酱、酒类等机械化程度较高的食品饮料生产企业中。

 

 

图为 CIP清洗设备示意图

 

1

CIP清洗剂及市场规模

 

CIP清洗中使用的清洗剂主要有三类:碱性清洗剂、酸性清洗剂和消毒剂

 

碱性清洗剂(通常为NaOH)用于去除有机物;酸性清洗剂(通常为硝酸、磷酸等)用于溶解设备表面的矿物质沉积,如钙镁的沉积物、硬水积石、啤酒积石、牛乳积石和草酸钙等;消毒剂主要用作用是杀灭管道内的微生物,避免微生物对产品品质产生影响,常用的CIP消毒剂有过氧乙酸、过氧化氢、氯系消毒剂等。

 

CIP清洗系统中,碱性清洗剂比重约为55%,酸性清洗剂比重约为30%,其它如表面活性剂和消毒剂等约占15%。

 

 

图为  CIP清洗剂细分市场结构

 

依据国家统计局2013年数据显示,全球CIP清洗剂市场规模已达到145.2亿元,而中国作为一个主要市场,占据了将近10%的市场份额。

 

 

图为2009-2013年1-11月全球CIP清洗剂市场规模(单位:亿元)

 

 

2

电解水技术

 

电解水(electrolyzed water,EW)包括碱性电解水(alkaline electrolyzed water,AlEW)和酸性电解水(acidic electrolyzed water,AEW),已作为一种环境友好型清洗消毒剂广泛应用于食品和医疗行业。

 

碱性电解水的有效成分为 NaOH,含有活性氢,可有效去除脂质和蛋白质等污垢。

 

酸性电解水已被证实具有很强的杀菌能力,在食品加工领域的实用性也得以充分验证。

 

其中,酸性电解水按其pH值得差异还可分为强酸性电解水(也称酸性氧化电位水,pH值介于2.0-3.0)和微酸性电解水(pH介于 5.5~6.5)。

 

 

图为 隔膜式电解产生酸性电解水和碱性电解水原理图

 

美国FDA已经批准认可酸性电解水在食品行业和医疗行业的合法使用。美国可口可乐公司已经在全球的灌装工厂指定使用酸性电解水作为CIP工艺的清洗消毒液,并已在中国的3个灌装厂安装使用,收到了良好的效果。

 

中国啤酒协会也将酸性电解水的应用作为技术创新项目纳入了“十二五”规划。华润集团的雪花啤酒厂基地和几个分厂采用了酸性电解水进行消毒。

 

 

3

电解水在啤酒CIP中应用研究进展

 

近年来,国内外学者和企业对电解水技术应用于CIP中做了大量的试验研究,探明了电解水技术在CIP清洗中的应用。

 

 

 

2013年,中国海洋大学食品安全实验室联合啤酒生物发酵工程国家重点实验室一起开展了电解水技术在啤酒生产CIP消毒中的应用研究。

 

实验室结果表明,有效氯浓度为17ppm以上的酸性电解水(pH 2.4-3.2,ORP>1100mV)处理5min,对枯草芽孢杆菌、糖化酵母、短乳杆菌具有优异的杀灭效果,其杀菌能力和2%的过氧乙酸可以达到相同水平。

 

在腐蚀性方面,酸性电解水的腐蚀性稍高于去离子水,但仅为2%过氧乙酸腐蚀性的20%-30%

 

现场CIP清洗实验结果显示,采用有效氯浓度为17ppm的酸性电解水循环清洗10-15min即可够达到良好的管路消毒效果,且不需要清水进行冲洗,同时酸性电解水进行清洗不会影响啤酒的新鲜度

 

 

 

2013年,北京燕京啤酒集团公司的侯红霞等人以中性电解水作为啤酒厂的杀菌剂,以现行双氧水作为对照,分别研究了中性电解水应用于发酵罐冲洗后残留量对酵母的影响、发酵罐杀灭污染微生物的效果评价及其残留量对厌氧污泥活性的影响。

 

结果表明:70-80ppm的中性电解水应用于发酵罐冲洗后,残留量对酵母发酵性能无不良影响;可以保证发酵罐杀菌效果符合工艺要求;残留浓度低于20ppm的中性电解水对污水处理系统厌氧污泥活性基本无影响

 

 

4

电解水在乳业CIP中应用研究进展

 

近年来,电解水应用于乳业CIP的处理过程也取得了良好的效果。

 

2005年,宾夕法尼亚州立大学的Walker 等研究了pH 值为11.3 的碱性电解水和pH 值为2.6、ACC 为50~80ppm的酸性电解水对挤奶管道模型的清洗效果,表明采用60 ℃的2种电解水清洗挤奶管道7.5min,可完全清除管道内表面的细菌和ATP,清洗效果与传统的清洗工艺相比没有显著差异

 

 

 

2014年,宾夕法尼亚州立大学农业和生物工程系的Dev等对电解水在挤奶设备模型中的应用进行了优化,建立并验证了应用于挤奶系统的电解水清洗模型,再次证明了在CIP 过程中使用电解水的可行性。

 

 

 

2017年,中国农业大学的刘羽等采用一碱一酸(即第1 次清洗挤奶系统时,除热水外,仅使用碱性清洗剂,下一次则仅使用酸性清洗剂;碱性与酸性清洗剂在不同清洗过程中交替使用,但不同时使用)的清洗方式。

 

实验研究了碱性电解水(清洗时间为8 min、温度为70.3 ℃、pH值为12)和微酸性电解水(清洗时间为9.9 min、温度为37.8 ℃、有效氯浓度为60mg/L)对100L 立式储奶罐的实际清洗效果。

 

研究结果表明,电解水一碱一酸的清洗模式具备良好的清洗效果,与商业清洗剂相比,可以节约74%的生产成本和33%的生产用水

 

 

 

2018年,内蒙古乳业技术研究院有限责任公司的张晓君等人分别采用酸性电解水及传统清洗剂对乳制品生产配料系统进行清洗消毒,清洗消毒结束后,采集和分析设备表面微生物残留情况,确定两种方法的清洗消毒效果。

 

实验结果表明:采用氧化电位水对配料系统进行清洗消毒可以达到与传统清洗方法一样的效果;氧化电位水可以作为一种新型清洗消毒技术应用于乳制品工业CIP中。

 

 

 

5

 

 

综上所述,在CIP系统中使用电解水进行处理有如下优势:

 

  • 电解水处理能够达到传统CIP工艺相同的效果;
  • 电解水不会对生产设备和管路产生腐蚀;
  • 电解水进行CIP处理的成本较低;
  • 电解水使用后无残留,无需进行终末清洗;
  • 电解水更安全,即使接触人体也不会造成危害;
  • 电解水在线生成,使用更方便。

 

 

参考文献:

Chen L , Chen R , Yin H , et al. Cleaning in place with onsite-generated electrolysed oxidizing water for water-saving disinfection in breweries[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2013, 118(4):401-405.

侯红霞, 寇凤莲, 梁云, et al. 中性氧化电位水在啤酒行业中的研究与应用[J]. 啤酒科技, 2013(12):35-39.

Dev S R S , Demirci A , Graves R E , et al. Optimization and modeling of an electrolyzed oxidizing water based Clean-In-Place technique for farm milking systems using a pilot-scale milking system[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 135:1-10.

刘羽, 王朝元, 施正香, et al. 储奶罐电解水清洗除菌效果与清洗模式优选[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(20):300-306.

张晓君, 曹宏芳, 漆晓明, et al. 氧化电位水在乳制品工业原位清洗中的应用[J]. 中国乳品工业, 2018.

Copyright © 旺旺集团水神事业部 All Rights Reserved. 沪ICP备14011462号-1