电解食盐水对乳饮料生产清洗消毒工艺的改进

文棋，姜建林，许斌，李理,2，侯保朝,2

（1.杭州娃哈哈集团有限公司，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）

电解食盐水对乳饮料生产清洗消毒工艺的改进

文棋1，姜建林1，许斌1，李理1,2，侯保朝1,2

（1.杭州娃哈哈集团有限公司，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）

清洗消毒工艺是乳制品生产的关键控制点之一。利用电解活化技术（Electro Chem ical Activation，ECA）对原位清洗（Clean in Place,CIP）相关工艺参数进行调整改进，形成一套新的用于乳制品生产车间的清洗消毒方法。结果表明，与传统CIP相比，新工艺在确保对罐体、管路、瓶盖等清洗消毒良好效果基础上，节约了清洗时间，降低了能源及化学品消耗。该工艺不仅节约了生产成本，还减少废气、废液的排放，对实际生产和环境保护具有重要意义。

电解活化；乳饮料；清洗；消毒

0 引 言

乳品或乳饮料加工过程中所有设备从原料奶收贮工序起，至包装工序所有设备均采用CIP方式进行清洗，消毒则选用双氧水、过氧乙酸或是含氯高效消毒剂。这些清洗消毒方式存在着温度高、时间长、作用弱，能耗巨大，从而带来化学品消耗多、污废处理压力大等显著缺点。将食盐水进行电解活化（Electro Chem ical Activation，ECA）生成的氧化电位水具有杀菌广谱、迅速、强力、持续等特点，可杀灭多种细菌[1]。对此以往已有较多的讨论，但多集中于酸性氧化电位水（EOW）消毒法的探讨[2]，而将ECA技术在乳饮料工业生产上具体应用却较少。本研究对传统乳饮料CIP清洗方式的工艺方法和参数进行优化，验证中性电解活化水的杀菌作用，形成有效的乳饮料生产过程中清洗消毒指导方案。

1 ECA技术及其灭菌机理

1.1 ECA技术原理

ECA技术是利用电解槽，使饱和盐水在电场作用下进行电离。在直流电场作用下，特殊的离子渗透膜只允许阴离子或阳离子通过，而不允许水分子通过。在这种特殊条件下的电解作用是一个物理作用和化学反应的综合作用过程。最终在电解槽阴极侧生成碱性电解水-阴极液，其主要化学成分是氢氧化钠，具有强的清洗能力。同时在阳极侧生成酸性电解水-阳极液，其主要化学成分是次氯酸，具有高效的消毒能力。

1.2 ECA电解活化水特性

1.2.1 理化特性

阴极侧发生阴极反应，主要生成含N a+，OH-，HO2-，O2-等离子的带负电荷碱性还原电位水，pH值约10～13.5,氧化还原电位（ORP）通常可以达到-900m V，具有较强的洁净除垢作用。

阳极侧发生阳极反应，主要生成含HClO，HClO2，C l2O，C l-等离子的带正电荷氧化电位水，但pH值成中性，有效氯浓度达到1×10-3，氧化还原电位（ORP）通常可以达到1100 m V以上。

1.2.2 清洗杀菌机理

根据微生物生成环境可知，只有在pH值范围在4～9，ORP范围在400～900 m v，微生物才能存活[3]。ECA电解活化水pH值、ORP值及有效氯浓度等特性参数已经超出了微生物的生存环境。而N aOH的除垢清洗作用早已经在乳品、乳饮料标准CIP流程中得到应用。

1.3 ECA电解活化水制备

实验采用爱尔兰Trustwater公司ECA电解设备AQ100（功率0.09～0.8 kW，盐消耗量0.75 kg/ h）1台作为主电解系统，配置原液桶及控制检测仪表一套（主要含pH在线检测仪、有效氯FAC检测仪）（如图1）。

表2 ECA改进CIP清洗消毒工艺实验

表3 ECA清洗消毒工艺结果

图1 ECA电解活化水制备方法

2 实验与结果

2.1 罐体及管路清洗消毒对比

传统乳品、乳饮料生产对罐体及管路CIP清洗消毒工艺（如表1）。采用ECA电解活化水制备方法对CIP清洗站进行改造，分别针对生产工况、时间、温度、浓度几个方面参数调整进行正交实验（如表2）。

根据最终卫生情况检查及微生物涂抹跟踪检测(如表3)判断，正常连续生产工况时，采用中温加碱即按照阴极液（pH值为11.+0.8%N aOH，900 s，60℃）+常温阳极液（3×10-5，600 s）执行清洗消毒流程，对CIP清洗效果有显著提高，与高温酸碱近似，清洗后罐体内壁涂抹，卫生情况良好，可达到要求。

2.2 灌装机外部消毒对比(Sterilize Out Place，SOP)

取缔原针对灌装机采用1.5×10-3，55～65℃进行外部消毒工艺，采用30×10-5电解食盐水阳极液常温消毒，最终针对灌装机各关键部位进行涂抹检测微生物，情况良好（如表4），达到工艺要求。

表1 传统CIP清洗工艺

2.3 瓶盖浸泡消毒对比

取缔原针对洗盖机采用（3×10-4～1.4×10-3，40～50℃进行浸泡消毒工艺，采用3×10-5电解食盐水阳极液常温消毒，最终对瓶盖进行抽样检测微生物，情况良好（如表5），达到工艺要求。

2.4 冷瓶机用水消毒对比

取缔原用次氯酸钠对冷瓶机用水进行消毒工艺，采用3×10-6电解食盐水阳极液常温消毒，水质检测结果良好，达到工艺要求。

2.5 清洗消毒时间及消耗对比

通过对CIP清洗过程中的蒸汽、水、电的实时监测，能耗实现了较大的节约（如表6）。C IP清洗时间由原67.2min缩短为62.3min，节约时间10%。通过对化学品消耗分析计算也发现实现较大节约（如表7）。

3 结果分析

3.1 ECA对CIP清洗消毒工艺的改进

实验的结果表明采用添加少量NaOH及中温清洗，并增加消毒程序，是完全可以达到传统CIP清洗目的，满足饮料卫生生产需求的，且微生物情况良好，且降低了原传统清洗温度，减少了化学药剂使用量，同时节约了大量的蒸汽、水和电，缩短了清洗时间，提高了生产效率。同时采用ECA阳极液进行如设备内外表面、包材（如瓶盖），微生物检测结果也是满足饮料生产的要求的，大量降低了因消毒所需的各类化学品使用量。

3.2 ECA其他衍生优点

电解食盐水因自身可分解，pH值偏中性，对操作人员更加安全，也降低了污水处理的要求。同时酸、碱、过氧乙酸的消耗降低的同时，排放相应减少，降低了厂区污水处理站的处理成本。另外，过氧乙酸的取消，同时还避免了中温过氧乙酸的挥发对车间环境以及室外空气的污染，具有很高的社会价值。

3.3 节约成本

根据能源消耗对比以及化学品消耗对比，以36 000瓶/h的乳饮料灌装生产线为例，年节约费用约1 023 732元（如表8）。

表4 灌装机外部消毒涂抹检测微生物情况

表5 瓶盖浸泡消毒抽样检测微生物情况

表6 CIP清洗能源消耗对比

表7 化学品消耗节约情况

表8 经济效益计算

4 结 论

我国食品行业存在的主要安全问题有由微生物引起的食源性疾病、农药残留、重金属超标以及非法使用食品添加剂或其他化学药品等引起的安全问题[4]。清洗和消毒技术与人们的生活和生产实践密切相关，许多食品安全问题是由于不彻底或不当的清洗消毒而引起的[5]。因此良好作业规范（Good M anufacturing Practice,GM P）和危害分析与关键控制点（H azard Analysis C ritical Contro l Point,HACCP）等针对食品特别是乳品或乳饮料清洗消毒均提出一些指导性实施意见，使得工业生产的卫生条件有所提高，为食品的安全性提供了一定的保障[6]。对于乳品、乳饮料的工业生产，致病菌和腐败菌对食品的污染仍然是一个非常棘手的、重大的问题[7]，即使少量产品带有细菌也会濡染同一生产流程中的其他产品。彻底的清洗和消毒不仅能够提高食品的安全性[8]，有利于人类的健康，还能够提高设备的工作效率[9]。所以，随着乳品和乳饮料工业生产的发展，清洗和消毒工艺技术的提升显得越来越重要。

通过为期8个月的间断性实验，用ECA技术对乳品、如饮料传统饮料生产的清洗消毒工艺进行改进，即稳定满足了卫生生产的要求，又缩短了清洗时间，提高生产效率，还分别从能源消耗、化学品消耗上实现节约甚至取缔，获得较大的经济效益。同时，降低了废水废气的排放，取得了较大的社会效益。

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[4]林文明,李碧红,陈颖，等.酸性氧化电位水在食品工业中的应用[J].北京农业,2015 (12):19-20.

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[8]田雷.近水饮料及其在日本的发展[J].饮料工业,1999,3:13-15.

[9]GEORGIADIS M C,PAPAGEORGIOU LG.Optional energy and cleaning management in heat exchanger networks under fouling[J]. Chemical Engineering Research&Design,2000,78(2):168-179.

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

浙江省重点研发计划项目（2015C02SA100006）。

文棋（1980-），男，工程师，从事乳品工艺研究。

侯保朝