陳志勇 樂曉光 許雅棋 羅文姬 張麗蓉 鄧金花

廣東環(huán)凱生物技術(shù)有限公司，廣東韶關(guān)，512029

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，對食品安全的關(guān)注程度也在不斷加深。借助于普及的移動(dòng)終端，消費(fèi)端出現(xiàn)的食品安全問題一經(jīng)曝光，便能夠在消費(fèi)者中產(chǎn)生迅速、廣泛的傳播，導(dǎo)致該品牌的相關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)滯銷，影響該品牌的發(fā)展壯大甚至生存。而清洗與消毒是避免出現(xiàn)此類惡性事件的必要措施之一。

目前，食品加工行業(yè)常用的清洗技術(shù)之一是原位清洗（cleaning in place，CIP），是指整個(gè)生產(chǎn)線在無須人工拆卸的前提下，在閉合的回路中進(jìn)行循環(huán)清洗消毒[1]。一個(gè)完整的清洗過程包含水洗、堿洗、水洗、酸洗、水洗、消毒、水洗七個(gè)階段，依次使用CIP堿性清洗劑、CIP酸性清洗劑和消毒劑[2]。完整的CIP流程耗費(fèi)時(shí)間長，在實(shí)際生產(chǎn)過程中不少工廠采用一次完整CIP加數(shù)次堿性CIP的方式來減少常規(guī)CIP的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

堿性清洗劑一般由堿、螯合劑、表面活性劑復(fù)配而成。堿能夠有效去除蛋白質(zhì)、糖、油脂等有機(jī)污垢，螯合劑能夠螯合水體中的鈣、鎂等金屬離子，表面活性劑能夠起到潤濕、滲透、乳化、分散等作用，提升堿的清洗效果。而CIP堿性清洗劑通常都含有較高濃度的氫氧化鈉(＞30%)，在此情況下，常見的表面活性劑難以有效溶入該體系中，表面活性劑的使用受到很大的限制。

在前期的實(shí)驗(yàn)中，本實(shí)驗(yàn)小組研究了在CIP中螯合劑對液堿去污力的影響，篩選出了對液堿去除奶粉污垢有促進(jìn)作用的螯合劑[3]。在此基礎(chǔ)上，本文對幾種表面活性劑的耐堿性、發(fā)泡性、潤濕性等進(jìn)行了測試，并研究了它們在強(qiáng)堿性環(huán)境中對乳品污垢的去除性能，以期為食品行業(yè)堿性清洗劑的開發(fā)提供一定的思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

氫氧化鈉溶液，50%(w/w)，阿拉??；Trilon?M，甲基甘氨酸二乙酸三鈉鹽，84%，巴斯夫；SIMULSOLTM AS48(簡稱AS48)，65%，賽比克；SIMULSOLTM SL4(SL4)，50%，賽比克；Glucopon? 100DK(100DK)，65%，巴斯夫；AG6202，65%，阿克蘇；AG6206，75%，阿克蘇；AG6210，61%，阿克蘇；GREENAPG P C? 0 8 1 0(A P G 0 8 1 0)，5 0%，發(fā)凱化工；SKYIN? STS65(STS65)，65%，寧和化工；DOWFAXTM 2A1(2A1)，45%，陶氏；Plurafac?LF431(LF431)，100%，巴斯夫；HIF4101，99%，聯(lián)泓新材料；FMEE，80%，羅納；Berol?840，100%，諾力昂；伊利全脂奶粉。

1.2 儀器

分析天平、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、RHBX-Ⅱ型硬表面擺洗機(jī)、不銹鋼試片、量筒、燒杯、滴液管、羅氏泡沫儀、恒溫水浴鍋。

1.3 耐堿性測試

按照45%NaOH+x%表面活性劑+余量水(總重100g)配制樣品，x的取值范圍為1、2、3、4，攪拌后靜置。靜置后液體均勻透明則認(rèn)定該濃度下的表面活性劑可以耐受45%NaOH，若液體呈渾濁狀或液體中有明顯的析出物則認(rèn)定該濃度下的表面活性劑無法耐受45%NaOH。

1.4 泡沫性能測試

表面活性劑的泡沫性能測試參考GB/T 13173－2008《表面活性劑 洗滌劑試驗(yàn)方法》。用250 ppm硬水將表面活性劑配制成濃度為0.1%的試驗(yàn)溶液。室溫下先用試液沖洗滴液管和刻度量管內(nèi)壁，然后自刻度量管底部注入試液至50 ml刻度線以上，關(guān)閉刻度量管旋塞，靜止5 min，調(diào)節(jié)旋塞，使液面恰好在50 ml刻度線處。將滴液管用抽吸法注滿200 ml試液，安放到刻度量管上口。打開滴液管的旋塞，使溶液流下，當(dāng)?shù)我汗苤械娜芤毫魍陼r(shí)，立即開始計(jì)時(shí)并讀取起始泡沫高度，在5 min時(shí)再讀取第二次讀數(shù)。

1.5 潤濕性測試

室溫下表面活性劑在堿性溶液中的潤濕性測試參考GB/T 11983－2008《表面活性劑 潤濕力測定浸沒法》。先配制2%NaOH溶液，然后加入一定量表面活性劑使其濃度為0.5%，用鑷子輕輕夾住帆布圓片，浸入試液，當(dāng)帆布圓片離液面0.5 cm時(shí)，松開鑷子帆布圓片掉入液面，立即啟動(dòng)秒表計(jì)時(shí)。當(dāng)帆布圓片開始自動(dòng)下沉?xí)r，停止秒表。

1.6 污片制備

將奶粉用40 ℃的溫水溶解均勻，然后將其滴到鋼片上，放入105 ℃烘箱烘烤5～6 h。

1.7 清洗參數(shù)

用250 ppm的硬水將清洗劑稀釋成有效堿濃度(以NaOH計(jì))為2%的洗液，擺洗機(jī)頻率30 次/min。

1.8 清洗工藝

采用三步清洗工藝：用擺洗頻率為3 0 次/min(往返為1次)的擺洗機(jī)的夾子夾住已知涂污量的試片，調(diào)整擺洗機(jī)高度使試片全部浸入到純水中，啟動(dòng)擺洗機(jī)，室溫?cái)[洗10 min。關(guān)停擺洗機(jī)，調(diào)整擺洗機(jī)高度使鋼片完全脫離純水并完全浸入80 ℃、保持恒溫的洗液中，啟動(dòng)擺洗機(jī)，擺洗25 min，最后再用純水室溫?cái)[洗10 min。清洗結(jié)束，取出試片，室溫下掛晾24 h后將試片進(jìn)行稱重。每組6片，取6個(gè)試片的算術(shù)平均值作為該組的去污力。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐堿性測試

不同表面活性劑在NaOH含量為45%的高堿溶液中的溶解情況見表1。結(jié)果顯示，不同類型表面活性劑耐能力差異明顯，烷基糖苷具有比較強(qiáng)的耐堿能力，即便是在NaOH含量為45%的液體中仍能完全溶解形成澄清透明的溶液，而其他類型陰離子和非離子表面活性劑在高堿液體中以顆粒狀或油狀析出。

表1 表面活性劑耐堿測試

表面活性劑是一類同時(shí)含有親水基和疏水基的物質(zhì)，以單分子膜和膠束的形式溶于水中。在NaOH溶液中，由于陰離子表面活性劑的親水基所帶負(fù)電荷的靜電作用吸引相反電荷Na＋，形成離子氛，Na＋離子氛又吸引體系中過量的OH－，形成OH－離子氛[4-6]。隨著堿濃度增加，Na＋和OH－與陰離子表面活性劑的親水基之間吸附作用增強(qiáng)，使得表面活性劑更易形成膠束而聚集析出[7]。在高濃度NaOH溶液中，Na＋和OH－減少了表面活性劑與水分子接觸的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致非離子表面活性劑發(fā)生鹽析效應(yīng)，使其膠束聚集析出[8]。而烷基糖苷親水基半徑較大且含有多個(gè)羥基，在堿溶液中能夠與水分子形成氫鍵，使得Na＋和OH－難以靠近親水基，削弱了強(qiáng)堿的作用。同時(shí)APG在堿溶液中帶有少量負(fù)電荷，使得親水基基間不易靠近[9]。因此，烷基糖苷耐堿性強(qiáng)。

2.2 泡沫性能測試

食品加工設(shè)備的CIP要求清洗劑為低泡或無泡，因?yàn)樨S富的泡沫在清洗過程中可能導(dǎo)致清洗不徹底、影響安全生產(chǎn)、增加能源損耗和清洗劑殘留等。耐堿表面活性劑的泡沫性能測試結(jié)果見表2。結(jié)果顯示，除AG6210、APG0810初始泡沫豐富且穩(wěn)定外，AS48、SL4、100DK、AG6202、AG6206初始泡沫少且消泡快，只需5～10 s泡沫完全破滅，可作為CIP劑的原料使用。

表2 耐堿表面活性劑泡沫性能測試 單位：ml

2.3 去污力測試

在耐高堿且低泡的表面活性劑中，AG6202耐高堿的能力相對較差，當(dāng)其添加量為1%時(shí)與高濃度液堿混合可形成澄清透明液體，進(jìn)一步增加AG6202液體透明度下降。因此，按照1%表面活性劑+1%Trilon M+45%NaOH+余量水配制清洗劑(表3)，測試不同耐高堿、低泡表面活性劑對堿性清洗劑去污效果的影響。污垢由乳品高溫烘烤而制成，清洗液有效堿濃度為2%。

表3 清洗劑配方表

如表4所示，使用AS48、SL4、100DK、AG6202、AG6206等耐高堿、低泡的烷基糖苷類表面活性劑配制的樣品對奶粉污垢的去污力均介于72%～74%，與液堿對奶粉污垢的去污力72.44%并無明顯區(qū)別，表明添加的表面活性劑對液堿去除奶粉污垢并無促進(jìn)作用。這一方面可能與清洗劑配方中添加的表面活性劑含量少有關(guān)，另一方面可能是因?yàn)檫@些表面活性劑的潤濕性差、去污能力弱。帆布在堿性表面活性劑溶液中(2%NaOH)的沉降時(shí)間見表5。帆布除了在異構(gòu)醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚HIF4101溶液中的沉降時(shí)間較短外，在其余耐堿、低泡烷基糖苷溶液中的沉降時(shí)間均大于3600 s，即這些烷基糖苷的潤濕性較差，不能有效的改善堿性清洗液的潤濕滲透性。烷基糖苷的泡沫豐富程度與碳鏈長度有關(guān)，短碳鏈無泡或低泡，長碳鏈泡沫細(xì)膩豐富，AS48、SL4、100DK、AG6202、AG6206應(yīng)為短碳鏈烷基糖苷。而短鏈烷基糖苷基本無去污作用[10]。

表4 不同表面活性劑對奶粉污垢的去污力

表5 帆布在不同堿性表面活性劑溶液中的潤濕時(shí)間

表6是使用不同量的AG6206及AG6206與Berol?840(乙基己基醇聚氧乙烯醚)復(fù)配物配制的堿性清洗劑。Berol?840在高堿體系中潤濕性好、泡沫低，AG6206對其具有較好的增溶效果[11]。由清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難看出(表7)，將清洗劑中AG6206含量由1%增加至2%去污力無明顯提高，將其含量進(jìn)一步增加至3%，清洗劑去污力才由81.80%升高至83.16%。若在7#清洗劑中引入潤濕性好的Berol?840，使清洗劑中的表面活性劑由AG6206變成AG6206與Berol?840復(fù)配，去污力由81.69%顯著地升高至85.33%。即采用耐高堿低泡表面活性劑與潤濕性好的表面活性劑復(fù)配的方式能顯著地提高液堿的去污力。

表6 清洗劑配方表

表7 不同堿性清洗劑對奶粉污垢的去污力

表7（續(xù)） 不同堿性清洗劑對奶粉污垢的去污力

3 結(jié)論

與陰離子表面活性劑、脂肪醇聚醚類等非離子表面活性劑相比，烷基糖苷能夠耐受高濃度的NaOH，短碳鏈烷基糖苷比長碳鏈烷基糖苷泡沫更低、消泡更快；但短碳鏈烷基糖苷潤濕性差、去污能力弱，不適宜作為CIP堿性清洗劑的主要去污成分使用；短碳鏈烷基糖苷具有優(yōu)異的增溶效果，可增加潤濕性好的表面活性劑在CIP堿性清洗劑中的溶解度，從而顯著提高清洗劑對奶粉污垢的去污力。