最新清洗剂与清洗工艺及其在食品工业中的应用

引言

清洗消毒是保障食品安全的重要一环，在食品工业中有着不可替代的作用。近年来随着食品工业的高速发展，各大企业在角逐和分享前所未有的行业发展机遇的同时，也面临着诸多的压力——如食品安全要求的严苛，能源成本的持续上升，政府对节能减排的严格限制，国内外法律法规的变化，可持续发展的压力等等。而这些林林总总的压力和需求，也演变成为清洗行业技术革新的动力与助力。

清洗剂的发展

食品行业内的清洗, 通常是指利用清水、清洗剂等介质按照一定的程序对清洗对象所附着的肉眼可见的食品污垢进行清除的过程。清洗效果主要取决于两大因素，即清洗剂和清洗工艺。

就清洗剂而言，目前国内食品行业内呈现三足鼎立的态势，即工业用酸碱、食品添加剂用酸碱以及复合酸碱清洗剂。在传统的清洗技术中，工业酸碱在一些传统的食品领域依然占据着清洗剂市场中的较大比例（见表1）。

然而，诚如前文所述，当今的食品行业对清洗提出了更高的要求。在欧美，日本等发达国家，食品在生产加工和市场流通环节中受到苛刻的食品安全法律法规监管，同时食品企业也在自律地追求可持续性发展并承担更多的社会责任。因此，国外大中型食品企业均在使用更安全、更绿色、更高效的复合酸碱技术。随着食品安全意识的觉醒，社会责任意识的提高和对复合酸碱清洗技术的了解，复合酸碱技术在近年来国内大中型食品企业也得到了广泛的推广和应用，采用复合酸碱清洗技术已经逐渐成为一种趋势。相比于传统的单一成分的酸性或碱性清洗剂，复合酸碱这种新形式的清洗剂，具有广泛意义的优势与革新。

表1 目前食品工业生产用设备&工具清洗用化学剂市场使用状况

复合清洗剂的优势

复合清洗剂的优势首先表现在清洗效果上。清洗剂按功能分，一般可分为酸性清洗剂与碱性清洗剂两大类。酸性清洗剂的主要作用是溶解无机盐类沉积污垢，常用的酸性清洁剂为硝酸或磷酸；碱性清洁剂的主要作用是溶解食品中的糖类，蛋白质和油脂等有机物污垢，常用的碱性清洁剂为氢氧化钠或氢氧化钾。在实际生产中所产生的污垢往往很少以单一成分的形式存在，以乳制品行业为例，牛奶中富含有多种油脂和维生素，在污垢中的这些成分并不容易被碱溶解。同时，污垢可能只含有被加工食品产品组分中的部分成分，且各成分的比例也与它们在被加工产品中的比例并不相同，例如，脱脂奶热处理设备表面的污垢中含有非常高含量的无机物(45%)，而在脱脂奶中无机物的含量仅占7.4%，污垢中几乎不含乳糖等水溶性成分。此外，对于某些风味牛奶，其中的添加剂会大量沉积形成污垢；还有一些乳产品在生产过程中存在诸多的高温加热环节，这使得牛奶中的多种有机物尤其是蛋白质产生焦化、碳化，这些情况都大幅度地提升了清洗的难度。此时，如果使用传统的只含单一成分的碱性清洗剂或酸性清洗剂，很难取得良好的清洗效果，所以需要使用含有其他助洗剂的复合酸碱来解决这些难题。比如在无机污垢含量较高的表面，需要使用含有螯合剂的碱性清洗剂，以帮助清洗剂成功地渗透到污垢中去，避免碱在清洗时被无机污垢中的钙镁离子无谓消耗。又如对于风味添加剂大量沉积的污垢，需要使用含有表面活性剂成分的碱性清洗剂，以帮助清洗剂悬浮无法降解的有机物。对于高温热表面的焦化污垢，想要达到满意的清洗效果，就必须要借助氧化剂的帮助，只有在氧化剂与碱的共同作用下，顽固的焦化污垢才能被彻底清除。

因此，在面对实际生产中产生的复杂而又顽固的污垢时，单一成分的清洗剂是无法解决这些难题，是很难满足多种需求的，此时利用复合清洗剂可以针对不同的食品加工工艺以及污垢类型对症下药的优势，才能达到“剂到垢除”，得到光亮如新的清洁表面。

复合清洗剂拥有的优势还表现在降低污染风险上。根据现行的2009年颁布实施的《食品安全法》规定，食品工业用的清洗剂属于食品相关产品。因此，作为食品工业用的复合清洗剂有着更严格的专用的标准指导与限制，而这些要求不仅确保了清洗剂的产品质量，更有效降低了有害物质引入的可能性。以碱性清洗剂为例，该类食品工业用清洗剂应当遵守的国家标准为GB14930.1-1994《食品工具、设备用洗涤剂标准》，而工业用的氢氧化钠产品遵循的国家标准为GB209-2006《工业用氢氧化钠》，两类标准的对比（参见表2）。

从上表中不难发现，遵循GB14930.1-1994的食品工业用清洗剂，无论对重金属、微生物，还是有毒化学成分都有更高更明确的要求，这无疑降低清洗剂在使用过程中可能带来的食品安全风险。

此外，复合清洗剂还具有优化综合成本、节能减排的优势。众所周知，清洗的基本原理是利用时间、机械力、化学品、温度这四要素综合作用达到清洁的目的。虽然延长清洗时间，提高清洗时的温度，加大清洗时冲刷的力量都可以有效地提升清洗效果，但对于为提高效率而分秒必争和恪守可持续发展战略的工厂来说，时间、温度与机械力这三要素并不是可以随意提高的。清洗时间长了，生产时间就被缩短；清洗温度高了，能源消耗就大；清洗机械力加强了，设备却可能会承受不住，生产安全被打折扣。所以选用合适的化学品才是提高清洗效果最明智有效的方法（参见图1）。

表2 GB209-2006与GB14930.1-1994对比分析

依旧以碱性清洗剂为例，实验表明（参见图2），与单一碱性清洗剂（苛性钠）相比，利用复合碱性清洗剂可以在更低的温度下，达到相同的清洗效果，这就意味着可以帮助食品工厂节约能源，提高能效。不仅如此，在合理的工艺配合下，复合清洗剂还能在更短的时间，更低的浓度，更少的用水量条件下取得理想的清洗效果，从而起到帮助企业节能减排，降低综合运营成本的作用。

以复合清洗剂为依托的新型清洗工艺在食品行业中的应用

在战场上，若只有先进的武器而没有与之相呼应的战术依旧难以取得最终的胜利。在清洗领域也是如此，随着清洗剂的推陈出新，与之相应的先进的清洗工艺也逐渐在越来越多的食品行业清洗中大显身手。其中低温清洗工艺与单相清洗工艺就是以复合清洗剂为依托的新型清洗工艺中的代表。

顾名思义，低温清洗工艺就是指相对于传统工艺而言在较低的温度下实现同样清洗效果的工艺程序。依旧以乳制品行业为例，通常在乳制品工厂中原位清洗（Clean In Place，CIP）中的碱洗会在80℃左右进行，而低温清洗工艺则可以将温度降至43℃。以一家奶酪工厂的实际应用情况为例，低温清洗工艺将原工艺中65～71℃的清洗温度降低到41～43℃，还将每次CIP的清洗总时间减少5～10分钟，仅此一项技术就为该工厂每年节省掉6%的全年燃气使用量，这些能源相当于319个家庭全年加热的燃气总使用量。此外，低温清洗工艺还特别适用于对低温有特殊要求的某些食品生产工艺段，比如针对乳制品工厂收奶台的清洗，在这一环节中，牛奶往往被低温储存，设备清洗难度不大但要求清洗频率高。而应用此项工艺，可将清洗温度大幅降低，清洗流程大为简化，在满足清洗效果的同时为企业节约了成本。

图1 清洗四要素示意图

图2 单一碱与复合碱性清洗剂的性能分析

单相清洗技术是指以复合清洗剂的功能性为依托，免除清洗工艺中的酸洗步骤，从而大幅度节约清洗时间和能耗的清洗工艺。例如牛奶工厂的冷区生产线，由于牛奶生产过程中一直处于低温状态，牛奶中的矿物质不易沉积，因此设备表面对酸洗的要求较低，因此在这一生产工艺段，应用单相清洗技术，利用特定的复合清洗剂，设定合理程序可以免除清洗中的酸洗步骤，从而达到清洗效果并节约清洗时间。

清洗技术的未来展望

随着食品行业的不断进步与化工技术日新月异的发展，复合清洗剂与清洗工艺也将不断具备更多崭新的功能。例如，常温清洗将彻底免除清洗过程中对清洗剂加热的需要，将能更大幅度地降低工厂在清洗中的能耗；清洗消毒一体化技术将使得碱性清洗剂具备杀菌消毒的功能，从而实现“单碱洗”的清洗工艺，由此大幅缩减原位清洗所需要的时间，从而提升工厂产能效率。不仅如此，未来还将出现具备循环使用功能、全自动清洗功能的清洗剂、清洗工艺等等，这些先进的清洗技术，将协助食品工厂为食品安全保驾护航的同时实现可持续地发展。