乳制品生产设备清洗消毒方法及效果检测的研究进展

张晓君，曹宏芳，漆晓明，王彩云，刘卉芳，云战友

（1.内蒙古乳业技术研究院有限责任公司，内蒙古呼和浩特010110；2.内蒙古伊利实业集团股份有限公司，内蒙古呼和浩特010110）

0 引言

乳制品生产过程中，设备的CIP清洗消毒状况与终产品的质量密切相关，清洗消毒不彻底会影响到产品的品质[1]，进而可能导致食品安全事件的发生，所以乳制品生产设备的清洗消毒至关重要。本文将以乳制品行业为出发点，逐一论述污垢的形成、常用的清洗消毒技术及清洗消毒效果的检测方法等几个方面。

1 污垢的形成

乳制品生产过程中形成的污垢的主要成分为糖、脂肪、蛋白质及无机盐类[2]。在不同的乳制品生产工艺中附着在设备表面的污垢类型是不同的，按照其形成过程污垢大体可分为3类：牛乳膜、乳垢和乳石。对于管路、泵、缸等“冷表面”，牛奶流经这些表面会形成牛乳膜，这种牛乳膜在生产结束时若立即清洗会很容易清除，反之则会造成牛乳膜干涸且难于清洗，从而在设备表面形成主要由蛋白质和无机物组成的乳垢；对于板式换热器、巴氏杀菌机等“热表面”，牛奶流经时会形成乳石，乳石是磷酸钙、蛋白质、脂肪等的沉积物。根据其成分的不同，乳石可以分为A、B、C三类，A类乳石表现为厚度均匀且坚硬，其主要成分为无机物（大约在70%，以磷酸钙为主），是牛乳在受热烧焦时附着在器壁上，很难清除；B类乳石是纤维状附着物，大块、柔软，其主要成分为蛋白质（大约在50%～60%）、并含有一定的脂肪，是在较低温度下进行加热杀菌处理而形成的；C类乳石是一种多孔的海绵状附着物，蛋白质含量相对是最高的，通常在温度较低，牛奶流速较慢的情况下形成，是一种较易清除的乳石[3]。

2 常用的清洗消毒工艺

根据不同的生产工艺选择适宜的清洗消毒工艺不仅能保证清洗消毒效果，而且能节约清洗消毒成本。乳品工业中的清洗消毒过程一般采用温水—热碱—温水—热酸—清水—消毒的程序进行[4]，但具体清洗消毒工艺参数应根据生产工艺及污垢特点进行适当的调整和优化。

2.1 常用的清洗消毒工艺[5]

依据污垢形成的过程，清洗消毒工艺分为冷表面清洗消毒工艺和热表面清洗消毒工艺。

2.1.1 冷表面清洗消毒工艺

对于挤奶设备、奶罐、化料罐、老化罐等设备，其因流经冷乳而形成的污垢比较疏散松软，一般为牛乳膜或C类乳石，所以清洗起来比较容易，可以在较短时间内完成清洗，其清洗消毒程序如下：

（1）温水冲洗3 min；

（2）温度70～75℃，质量分数为0.5%～1.5%的碱性清洗剂或酸性清洗剂循环10～15 min；

（3）温水或清水冲洗3 min；

（4）温度90～95℃热水或蒸汽消毒。

在预冲洗时应该使用38～55℃的温水进行，一方面不会导致蛋白变性从而形成沉积物，另一方面可以预热设备从而避免在后续热碱或热酸清洗过程中清洗液温度迅速下降[6]。对于这些冷垢没有必要每次都用酸性清洗剂和碱性清洗剂进行清洗，可以根据实际的生产情况采用一碱一酸（即第一次清洗采用热碱清洗，第二次采用热酸清洗）、两碱一酸（即前两次采用热碱清洗，第三次采用热酸清洗）、三碱一酸（即前三次采用热碱清洗，第四次采用热酸清洗）等清洗消毒工艺。在一些清洗消毒工艺中，经常会使用兼有清洗和消毒功能的复合清洗消毒剂进行清洗和消毒，从而省去热水或蒸汽消毒过程，其在缩短清洗消毒时间、提高生产效率的同时也可降低清洗消毒成本，而且避免了使用热水或蒸汽消毒而造成的车间空气湿度升高等问题。

2.1.2 热表面清洗消毒工艺

对于巴氏杀菌系统、板式换热系统等热表面，其污垢比较坚硬，一般为A类或B类乳石，清洗较为困难，需要较长清洗时间，其清洗消毒工艺如下：

（1）温水冲洗10 min；

（2）温度75～85℃，质量分数为0.5%～1.5%碱性清洗剂循环30min；

（3）温水冲洗5min；

（4）温度60～70℃，质量分数为0.5%～1.5%酸性清洗剂循环20 min；

（5）冷水冲洗。

（6）90～95℃热水或蒸汽消毒。

鉴于巴氏杀菌、板式换热系统表面形成的热垢比较难清除，为了保证清洗消毒效果，每次都必须采用碱性清洗剂和酸性清洗剂进行清洗。

2.2 其他清洗消毒技术

2.2.1 氧化电位水清洗消毒技术（Electrolyzed oxidizing water，EOW）

氧化电位水清洗消毒技术（Electrolyzed oxidizing water，EOW）是质量分数0.05%氯化钠溶液经电解后产生酸性氧化电位水和碱性氧化电位水，其中酸性氧化电位水作为一种新型高效消毒技术广泛应用于医疗行业[7]，酸性氧化电位水在食品工业中主要应用于食品加工设备、蔬菜、水果、肉类、水产品等的杀菌，研究表明其具有良好的消毒效果[8]。碱性氧化电位水主要成分为氢氧化钠，pH≥11，可用于设备的清洗[9]。S.P.Walker等[10]采用氧化电位水对挤奶设备进行清洗消毒，应用的清洗消毒程序为：40℃温水冲洗—60℃碱性氧化电位水循环冲洗7.5 min—60℃酸性氧化电位水循环冲洗7.5 min；实验结果表明氧化电位水清洗效果不理想（氧化电位水组ATP检测结果高于对照组，氧化电位水清洗奶衬的效果最差，连续两次清洗后出现可见污垢），但该文章的研究只是在模拟条件下进行，而并没有应用于实际生产过程，但该文章为我们在乳制品生产领域引进氧化电位水清洗消毒技术提供了思路。

2.2.2 酶清洗技术

酶清洗技术在国外有比较多的研究，在国内还未见相关报道。Boyce等人[11]在不锈钢试片上制备污垢后，采用8种商品化的蛋白酶液（0.05 U/L）与质量分数为1%NaOH、缓冲溶液进行了清洗效果的对比，结果表明在40℃时除一种酶表现较差外，其余酶的清洗效果等同或好于60℃质量分数为1%的氢氧化钠溶液的清洗效果。A.Graβ hoff[12]采用8种酶分别对巴氏杀菌系统进行了连续污染—清洗循环5 d的清洗试验研究，结果显示酶清洗的效果与传统清洗方法没有任何差异。虽然国外已经有很多酶清洗技术在乳制品生产方面应用的研究报道，但可能由于酶的易失活特性、成本高，且清洗效果仍待商榷，目前乳品工厂还鲜有酶清洗技术的应用推广。

3 清洗剂、消毒剂的质量控制

对应用在乳品生产设备的清洗剂和消毒剂的应用性能、安全性能等进行评估不仅关系到清洗消毒的效果和成本，而且关系到清洗消毒过程的安全。

目前应用于食品工业的清洗剂种类繁多，但依据成分组成情况，清洗剂可以基本分为单一组分的酸性清洗剂、单一组分的碱性清洗剂、复合碱性清洗剂和复合酸性清洗剂；单一组分的酸性清洗剂一般采用硝酸、乳酸、柠檬酸等，单一组分的碱性清洗剂一般采用氢氧化钠；复合碱性清洗剂和复合酸性清洗剂是在单一组分的酸、碱清洗剂的基础上添加螯合剂、杀菌剂、表面活性剂等成分，其成本高于单一组分的酸、碱清洗剂，但其在应用性能、安全性能和稳定性等方面均优于单一组分的酸、碱，因此复合清洗剂是清洗剂今后发展的趋势。目前市场上复合清洗剂厂家繁多，清洗功效的宣称五花八门，不同品牌的产品价格差异较大，我们如何有效鉴别其特性，并依据实际需要而选择到合适的清洗剂是我们亟需解决的问题。

目前应用于食品行业的消毒剂种类较多，一般可分为以下几类：醇类、过氧化物类、次氯酸类、季铵盐类等；在食品用消毒剂方面得法律法规相对比较完善，如：GB14930.1食品安全国家标准消毒剂、《食品用消毒剂原料（成分）名单》、GB36366二氧化氯消毒剂卫生标准、GB26371过氧化物类消毒剂卫生标准等；这些法律法规为消毒剂的使用提供了依据，便于企业开展消毒剂的质量控制，保证了消毒剂的安全使用。

4 常用的清洗消毒效果检测方法

清洗消毒结束后对清洗消毒效果的检测评定直接关系到产品的质量安全，同时，清洗消毒工艺的优化也需要以清洗消毒效果为评判依据，所以清洗消毒效果的检测是清洗消毒工艺中重要的一环节。目前，乳品行业常用的清洗消毒效果检测方法主要是微生物表面涂抹和ATP荧光检测[13]。微生物涂抹是在清洗消毒后用无菌棉签或无菌涂抹纸在既定的检测位置进行涂抹，然后进行平板计数，确定清洗消毒效果。该方法存在操作繁琐、检测周期长而导致的结果滞后等缺点，而且清洗消毒后立即进行涂抹得到的微生物计数结果偏低，从而造成微生物涂抹法对实际生产缺乏指导和预见性。ATP检测研究始于20世纪60年代[14]，1996年，英国1/3食品企业使用ATP检测技术[15]，1998年，日本颁布《关于食品制造过程管理高度化临时措施法》，包含了ATP检测仪的应用[16]。直到20世纪末，ATP检测仪及技术才被引进我国[13]，2002年，我国卫生部颁发了《食品加工企业的HACCP实施指南》，鼓励食品加工企业引入ATP检测系统[17]。在食品加工前，它通过对食品加工设备及器具表面的检测来有效评估卫生清洁的效果，从而将可能引入的微生物污染的风险降至最低。该方法操作简单，且灵敏度高，可以在较短时间内快速得到检测结果，所以广泛应用于食品行业。但ATP检测结果受到残留于设备表面的蛋白质、脂肪等的影响[18]，而且对于检测结果缺乏统一的判断标准，目前，企业更多是依据经验制定本企业的判断标准。微生物涂抹和ATP检测技术均存在着某种不足使得其不能满足企业的日常使用需求，所以开发和研究新的清洗消毒效果快速检测技术成为目前研究的一个热点。兰全学等人[19]应用棉签为反应载体，采用二喹啉甲酸法（BCA法）对残留在食品加工用具上蛋白质残留进行检测，该方法可以检测50 μg以上的蛋白质，而且便于生产现场快速检测加工用具上的蛋白质残留。该研究为今后乳制品生产企业进行清洗消毒效果的检测提供了新思路，可以依据不同的检测目标（残留物）开发相应的检测技术，如钙离子、镁离子、蛋白质、糖类等的检测。

5 结束语

乳制品生产设备的清洗消毒切实关系到乳制品的质量安全。随着科技的发展，引进先进的清洗消毒技术及清洗消毒效果检测技术应用于乳制品生产行业成为一种必然的趋势。在清洗消毒技术方面，节能、环保、安全和高效将会成为发展的主方向；在清洗消毒效果检测技术方面，快速、准确、灵敏及简便将会成为追求的目标。

[1]KYLEE R G,KONSTANTIA A,PHILLIP T R,et al.Fouling and cleaning studies in the food and beverage industry classified by cleaning type[J].Comprehensive reviews in food science and food safety,2013,12（2）：121-143.

[2]BANSAL B,CHEN X DA critical review of milk fouling in heat exchangers[J].Comprehensive reviews in food science and food safety,2006,5（2）：27-33.

[3]张薇娜.牛奶加工过程中的清洗（一）[J].清洗技术,2003,（10）：61-65.

[4]姜竹茂,韩起文,谭源,等.乳品加工中的清洗消毒与保鲜技术[J].包装与食品机械,2005,23（6）：48-51.

[5]乳品加工手册[M].利乐公司出版,2002年.

[6]LUCIANA B,MADDALENA Z,ANNA S,et al.Effect of cleaning procedure and hygienic condition of milking equipment on bacterial count of bulk tank milk[J].Journal of dairy research,2011,78（2）：211-219.

[7]张满芬,陈圆萍.酸性氧化电位水的性质及国内应用现状[J].护理实践与研究,2010,7（21）：112-114.

[8]谢军,孙晓红,潘迎捷,等.酸性电解水及其在食品工业中的应用[J].食品工业科技,2010,31（2）：366-368.

[9]鄂志强,王旻,王洪,等.酸性氧化电位水应用于乳品消毒工艺的探讨[J].中国乳品工业,2005,33（8）：48-50.

[10]WALKER S P,DEMIRICI A,GRAVES R E,et al.Cleaning milking systems using electrolyzed oxiding water[J].Transactions of the ASAE,2005,48（5）：1827-1833.

[11]ANGELA B,ANNA V P,GARY W.Assessment of the potential suitability ofselected commercially available enzymesforcleaning-in-place（CIP）in the dairy industry[J].Biofouling,2010,26（7）：837-850.

[12]GRAβ HOFF A.Enzymatic cleaning of milking pasteurizers[J].Food and bioproducts,2002,80（4）：247-252.

[13]王茁.ATP荧光微生物检测法在食品卫生监控领域中的应用与展望[J].中国食品卫生杂志,2004,16（3）：266-267.

[14]李力军,徐惠城,赵增强.ATP荧光法在食品安全中的应用[J].口岸卫生控制,2013,18（4）：22-24.

[15]陈胤瑜,廖如燕,华志涛,等.ATP生物荧光检测法快速检测手污染细菌总数的评价[J].旅行医学科学,2011,17（2）：12-19.

[16]孟宏.一种新型食品卫生快速检测仪的硬件设计[D].合肥：合肥工业大学,2009.

[17]尹子波,侯玉柱,尹建军,等.ATP生物发光技术在微生物检测中的应用[J].食品研究与开发,2012,33（2）：228-231.

[18]COSTA P D,ANDRADE N J,BRANDÃO S C C,et al.ATP-bioluminescence assay as an alternative for hygiene-monitoring procedures of stainless steel milk contact surfaces[J].Brazilian Journan of Microbiology,2006,37（3）：345-349.

[19]兰全学,张宇,潘兰芳,等.二喹啉甲酸法在食品加工用具蛋白质残留现场快速检测的应用[J].检验检疫学刊,2012,22（3）：42-44.