News Information
新闻内页
【技术专题】在这个行业里,微酸性电解水技术未来可能开辟上亿级的市场……
发布日期:2020.12.18


基于全球性的食品安全日趋严峻,发达国家对食品机械安全生产技术的研究与应用十分重视。


现有食品加工业的规模化与自动化发展、传统食品的工业化、食品新资源的利用、新工艺、新产品的产业化等,都离不开食品加工机械与设备的支持。


另食品加工机械设备对食品加工过程中产品的质量保证、生产效率的提高、能量消耗的降低等都起着举足轻重的作用。



CIP清洗系统


为了保证食品卫生安全,食品加工设备中直接与物料接触的部分,均采用无毒、耐腐蚀材料制造,并且为了方便清洗和消毒,与食品接触的表面均需要进行抛光处理。


CIP系统是Clean In Place的缩写,原位清洗(在线清洗、就地清洗)。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清洗不仅能清洗机器,而且还能控制微生物。比如酵母行业的龙头企业安琪酵母,就是采用的全套CIP清洗程序进行管道和罐子清洗。


CIP清洗系统目前被广泛的用于啤酒、饮料、果汁、乳制品、药液、矿泉水、酒、化妆品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


CIP作用机理&市场规模


一般厂家可根据清洗对象污染性质和程度、构成材质、水质、所选清洗方法、成本和安全性等方面来选用洗涤剂。


CIP清洗中使用的清洗剂主要有三类:碱性清洗剂、酸性清洗剂和灭菌清洗剂。


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;灭菌清洗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。


酸、碱清洗剂的优点是:能将微生物全部杀死;去除有机物效果较好。缺点是:对皮肤有较强的刺激性;水洗性差。


灭菌剂的优点是:杀菌效果迅速,对所有微生物有效;稀释后一般无毒;不受水硬度影响;在设备表面形成薄膜;浓度易测定;易计量;可去除恶臭。缺点是:需要一定的储存条件;不同浓度杀菌效果不一样。


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)



电解水技术


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


图为 隔膜式电解产生微酸性电解水和碱性电解水原理图


美国FDA已经批准认可微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微酸性电解水作为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。


中国啤酒协会也将微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微酸性电解水进行消毒。



微酸性电解水在啤酒CIP中应用研究进展


近年来,国内外学者和企业对微酸性电解水技术应用于CIP中做了大量的试验研究,探明了微酸性电解水技术在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微酸性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以上的微酸性电解水(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,微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的微酸性电解水循环清洗10-15min即可达到良好的管路消毒效果,且不需要清水进行冲洗,同时微酸性电解水进行清洗不会影响啤酒的新鲜度。



微酸性电解水在乳业CIP中应用研究进展


2005年,宾夕法尼亚州立大学的Walker 等研究了pH 值为11.3 的微酸性电解水和pH 值为2.6、ACC 为50~80ppm的微酸性电解水对挤奶管道模型的清洗效果,表明采用60 ℃的2种微酸性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。



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。



总结

在CIP系统中使用微酸性电解水进行处理有如下优势:


微酸性电解水处理能达到与CIP工艺同等的效果;


微酸性电解水与普通清洗剂相比较,不但不会因作业者之差异而影响清洗效果,还能提高其产品质量;


微酸性电解水进行CIP处理,能防止清洗作业中的危险,节省劳动力;


微酸性电解水使用后无残留,无需进行二次冲洗洗,减少水污染;


微酸性电解水无刺激性,即使接触人体也不会造成危害;


微酸性电解水可即产即用,操作简单方便;


微酸性电解水无腐蚀性,能延长机器部件的使用年限。