通過食品制造裝置的高效洗凈，提高食品制造過程的衛(wèi)生管理水平

萩原知明

（東京海洋大學(xué)，日本，999001）

通過食品制造裝置的高效洗凈，提高食品制造過程的衛(wèi)生管理水平

萩原知明

（東京海洋大學(xué)，日本，999001）

本研究介紹了食品制造裝置的高效洗滌方法，對污垢的附著特性、洗滌機(jī)理、洗凈效果的評價(jià)方法、EBC（循證洗凈）作了具體說明，指出食品制造裝置的高效洗凈是對食品制造過程實(shí)施確實(shí)衛(wèi)生管理的有效措施。

清洗；食品裝置；效率；衛(wèi)生管理

1.　食品制造裝置的洗凈

在食品制造過程中，制造裝置上附著的食品污垢，是引起食品中毒的細(xì)菌等微生物滋生的場所。為了降低食物中毒與污染的危險(xiǎn)，確保食品的安全性，清潔食品制造現(xiàn)場是必不可少的一項(xiàng)操作。特別是近年來食品制造規(guī)模的擴(kuò)大，食品流通的區(qū)域化，發(fā)生食品中毒的規(guī)模有所擴(kuò)大的傾向。作為防止食物中毒關(guān)鍵環(huán)節(jié)的食品裝置清潔，其重要性在不斷增加，對清潔水平的要求也越來越高。清潔對維持食品制造裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也具有非常重要的作用。

清潔通常需要消耗大量的水和能源，從保護(hù)地球環(huán)境的角度來看，現(xiàn)狀是全世界各個(gè)行業(yè)都在大力提倡有效利用水資源，削減清潔過程中的用水量和能量消耗。

總而言之，在現(xiàn)在的食品制造工廠，采用能實(shí)現(xiàn)高效清潔的清洗技術(shù)迫在眉睫（圖1）。為此，科學(xué)地理解與清洗有關(guān)的各種現(xiàn)象，以合理的方針為基礎(chǔ)，構(gòu)筑適當(dāng)?shù)那逑礂l件，是當(dāng)前首要的任務(wù)。但是，清洗一直被看作是食品制造過程的后續(xù)操作，因而，對清洗的科學(xué)討論尚處于相對滯后的狀態(tài)。

圖1 現(xiàn)在的食品機(jī)械裝置洗凈技術(shù)的課題與Evidence-based cleaning (EBC)的作用

2.　清潔方法的制定與EBC

在新設(shè)備投入使用前、制作新的制品、生產(chǎn)線變更之際，必須確定行之有效的清潔方法。從現(xiàn)場操作的角度考慮，以下幾點(diǎn)是必須注意的。

· 需要達(dá)到什么樣的清潔度

· 污垢的種類

· 清潔劑的種類、洗滌溫度、時(shí)間，以及與其他的清潔條件采取什么樣的組合

· 怎樣確認(rèn)日常的清潔效果

根據(jù)以上這些內(nèi)容就可選定清潔方法，通過清潔試驗(yàn)最終確定適當(dāng)?shù)那逑捶椒?。此時(shí)，如果對污垢附著的機(jī)理和洗凈設(shè)備、清潔效果、確認(rèn)方法的原理做深入理解，那么就可以減少清洗試驗(yàn)的次數(shù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，確定更有效的清洗方法。

Evidence-Based（循證）是近代科學(xué)的一種理念，是以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)例等具體而合理的證據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)筑的理論與手法。例如，Evidence-Based Medicine（循證醫(yī)學(xué)）就是一例。回過頭來看，解決目前清洗課題的關(guān)鍵，不是沿襲缺乏證據(jù)不足的經(jīng)驗(yàn)值和反復(fù)試驗(yàn)的老方法，而是應(yīng)該采用Evidence-Based Cleaning（EBC：循證清洗，圖1）。目前，對EBC進(jìn)行研究的人非常多，但真正推出革新方法的卻還沒有，而且使用革新技術(shù)必須對該技術(shù)的原理有充分的了解。

以上是食品洗凈研究的現(xiàn)狀。為了更好地實(shí)現(xiàn)EBC，下面將對與清潔有關(guān)的科學(xué)知識作進(jìn)一步的討論。即：食品蛋白質(zhì)與微生物的附著特性；食品成分的洗凈設(shè)備、清潔效果的評價(jià)方法。

可能大多數(shù)人對這些知識已有所了解，但有必要對此做進(jìn)一步的說明。以蛋白質(zhì)為主成分的食品污垢非常多，在食品制造工藝中由蛋白污垢引起的問題也非常多，因而針對蛋白質(zhì)污垢的研究也更加深入。

2.1食品蛋白質(zhì)與微生物的附著特性

2.1.1食品蛋白質(zhì)的附著特性

食品機(jī)械裝置使用的材料通常是不銹鋼，研究者對蛋白質(zhì)與不銹鋼的附著舉動研究相當(dāng)多。蛋白質(zhì)通過范德華力與氫結(jié)合、疏水的相互作用及靜電相互作用等多種作用，附著到不銹鋼表面，用不含洗凈劑的水幾乎不能洗去這種蛋白質(zhì)污垢。pH和鹽濃度的改變，會使固體表面和蛋白質(zhì)間的電性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響蛋白質(zhì)的附著量。在蛋白質(zhì)的變性溫度以下，蛋白質(zhì)在固體表面是單分子吸附，當(dāng)溫度超過蛋白質(zhì)的變性溫度，蛋白質(zhì)分子間就發(fā)生加熱凝集反應(yīng)，形成蛋白質(zhì)污垢多層蓄積的現(xiàn)象（圖2）。

圖2 蛋白質(zhì)對不銹鋼的附著形式

2.1.2微生物的附著特性

微生物與其他物質(zhì)的決定性差異，是微生物的生長有限制，只在環(huán)境條件具備的情況下才會增殖。微生物的附著和增殖，按照以下的步驟進(jìn)行：

· 在無機(jī)物和有機(jī)物的固體表面形成附著層

· 微生物的可逆吸附

· 向不可逆吸附轉(zhuǎn)移和增殖，并且形成生物膜

· 從微生物的生物膜游離到其他場所傳播生物膜，是在增殖過程中由微生物自身代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的高分子，清潔劑、殺菌劑等藥劑很難浸透生物膜，而且熱傳導(dǎo)也不易。因此，對生物膜中的微生物進(jìn)行洗凈除去和殺菌非常困難。

食品加熱殺菌的最大問題是芽孢菌。由于芽孢菌對含水的熱和藥劑的耐受性比營養(yǎng)細(xì)胞高，因而，常常出現(xiàn)因洗凈不足而導(dǎo)致芽孢菌表面殘留的問題。在低濕度環(huán)境中，不銹鋼（SS）及聚丙烯（PP）上的芽孢菌懸濁液干燥后，芽孢菌將與SS和PP發(fā)生強(qiáng)固吸附，用水幾乎無法除去（圖3）?，F(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的情況是：這不僅僅局限于芽孢菌，污垢干燥后也非常難以洗凈。

圖3 芽孢菌的洗凈試驗(yàn)

2.2食品成分的洗凈機(jī)構(gòu)

2.2.1機(jī)械能和化學(xué)能

洗凈是對表面附著污垢的去除操作，相應(yīng)的能量消耗是必不可少的。能量的形態(tài)包括機(jī)械能和化學(xué)能兩大類。用刷子刷洗被水浸濕的污垢，就是賦予機(jī)械能的操作。另一方面，洗凈劑使污垢溶解及與污垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，則是利用了化學(xué)能。在實(shí)際場合，兼用機(jī)械能和化學(xué)能的情況很多。適當(dāng)?shù)厥褂们鍧崉?，與僅使用機(jī)械的場合相比，前者完成清潔所需的能量低于后者。

2.2.2清潔劑的種類及作用機(jī)理

食品加工設(shè)備清潔使用的代表性清潔劑有如下幾種：①表面活性劑型；②堿性洗凈劑型；③酸性洗凈劑型；④其他（加酶洗凈劑型、氧化劑型）。

表面活性劑的分子內(nèi)既有親水基又有疏水基，能夠形成膠束樣的集合體，使固體表面附著的脂肪等疏水性污垢在水中均勻分散，發(fā)揮清潔效果，膠束還能防止分散的污垢再次回到固體表面。表面活性劑能降低水的表面張力，促進(jìn)水和洗凈劑對污垢的浸透，提高清潔效果。為了充分發(fā)揮清潔劑的機(jī)能，必須使清潔液中表面活性劑的濃度在臨界膠束濃度（cmc）以上。

堿性清潔劑的代表性物質(zhì)是NaOH（苛性鈉）和KOH（苛性堿）、偏硅酸鈉等，在蛋白質(zhì)和脂質(zhì)由來的污垢的去除中經(jīng)常會用到。在堿性清潔劑的高pH的作用下，蛋白質(zhì)分子內(nèi)的羧基和氨基會發(fā)生解離，原先分子內(nèi)的凈電荷會向負(fù)電荷方向轉(zhuǎn)移，在分子內(nèi)和分子間的電斥力作用下，污垢發(fā)生膨潤。由于不銹鋼表面帶負(fù)電荷，電斥力也有助于附著蛋白質(zhì)的去除，脂肪（甘油三酯）也會在堿性清潔劑的作用下發(fā)生加水分解，轉(zhuǎn)化為脂肪酸鹽和甘油，從而被除去。

酸性清潔劑的代表性例子是硝酸、鹽酸和檸檬酸等，它們主要是除去無機(jī)鹽等成分。酸對蛋白質(zhì)有變性、凝固作用，因而，酸對蛋白質(zhì)污垢的洗凈作用小，還將導(dǎo)致污垢增加和洗凈力低下的問題。因此，對含蛋白質(zhì)多的污垢，最先使用的應(yīng)該是堿性清潔劑，而不是酸性清潔劑。

加酶清潔劑，是利用對基質(zhì)有特異生物體觸媒反應(yīng)的酶（一種蛋白質(zhì)）去除污垢的一種清潔劑。對食品蛋白質(zhì)有分解作用的蛋白酶、對淀粉等多糖有分解作用的淀粉酶、對脂質(zhì)有分解作用的脂肪酶，在對食品由來污垢的清洗中均有應(yīng)用，這些酶在家用自動洗碗機(jī)用清潔劑中也有應(yīng)用。

次氯酸鈉作為殺菌劑使用，常與堿性清潔劑和表面活性劑型清潔劑配合使用。次氯酸鈉產(chǎn)生的次氯酸具有氧化作用，對食品由來的有機(jī)污垢具有分解性，因而表現(xiàn)出清潔作用。

2.2.3清潔效果的評價(jià)方法

清潔效果的評價(jià)，既是新清潔工藝和清潔劑構(gòu)筑之際的重要方法，又是日常的清潔檢測不可或缺的手段。清潔效果評價(jià)方法的要求包括：①立刻出結(jié)果；②不論污垢種類均可評價(jià)；③評價(jià)費(fèi)用低；④再現(xiàn)性好。以下將從試樣的采取方法及對采取試樣的評價(jià)方法做一介紹。

2.2.3.1評價(jià)試樣的采取法

a.擦取法

這是用棉棒等材料對清潔后的機(jī)械設(shè)備表面進(jìn)行擦拭，收取設(shè)備表面殘存污垢的方法。擦取法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接分辨出有無污垢，缺點(diǎn)是裝置的范圍大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有個(gè)別地方有可能擦拭不到。預(yù)先利用其他方法把握污垢不易被去除的場所，對這些場所采取重點(diǎn)擦拭的方法很有必要。擦拭操作存在操作者的個(gè)體差、習(xí)慣差往往會導(dǎo)致不同的結(jié)果。因此，確定擦拭的順序，對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)是很有必要的。

b.漂洗水的采取法

這是在用洗凈劑洗凈食品設(shè)備后，以回收漂洗水作為評價(jià)對象的方法。該方法取得的是設(shè)備的平均清潔效果。對于CIP（在線清洗）清洗的設(shè)備，很容易得到再現(xiàn)性好的試樣。從漂洗水的采取法只能得到污垢是否殘留的結(jié)果，對于污垢的殘留場所則無法搞清楚，如果殘留的是強(qiáng)固附著的難溶性污垢，也容易被遺漏。

2.2.3.2對采取試樣的評價(jià)方法

對采取試樣的評價(jià)，理想的方法是測定殘存污垢的質(zhì)量，但許多場合不允許這么做。實(shí)際評價(jià)通常采用下面的方法。

a.微生物培養(yǎng)法

在食品衛(wèi)生管理上，最突出的問題是直接把握微生物的存在程度。但是，微生物的檢出需要培養(yǎng)時(shí)間在12h以上，缺乏快速性。近年來，研究者開發(fā)出了反映微生物增幅的實(shí)時(shí)PCR法，能夠在短時(shí)間內(nèi)檢出并定量細(xì)菌。該方法有望在今后得到普及。

b.蛋白質(zhì)檢出法

利用蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)檢出擦拭蛋白質(zhì)的儀器已經(jīng)上市銷售。該方法對許多含蛋白質(zhì)的食品由來的殘存污垢的檢測非常有效。

c. ATP測定法

ATP（腺苷三磷酸）廣泛存在于地球上的生物體內(nèi)，是維持生物活動的能量，并與物質(zhì)的代謝、合成有關(guān)。幾乎所有生物由來的食品都含有ATP，在食品由來的殘存污垢和微生物中，不論食品種類都含有ATP。利用ATP 的熒光發(fā)出反應(yīng)（ATP-熒光素-熒光素酶反應(yīng)）可以檢出ATP，研究者根據(jù)此原理開發(fā)出了檢出殘存污垢的方法。如果含有ATP，不論污垢種類是什么，均可以高敏感度、在短時(shí)間內(nèi)檢出ATP?，F(xiàn)在，利用專用儀器檢出ATP的方法已相當(dāng)普及。

d. TOC（總有機(jī)碳）法

這是以碳量來表示水中被氧化的所有有機(jī)物總量的方法，根據(jù)氧化產(chǎn)生的CO2量，求出水中含有的有機(jī)物。在食品制造裝置和制藥機(jī)器的洗凈中，以測定采取漂洗水的TOC居多。因?yàn)閹缀跛械氖称范己杏袡C(jī)物，同ATP測定法一樣，TOC法也可對不同污垢進(jìn)行檢出評價(jià)。

3.　結(jié)論

以上討論了食品裝置清潔的現(xiàn)狀及與清潔有關(guān)的科學(xué)知識，若想進(jìn)一步了解此方面的詳細(xì)內(nèi)容，可參閱高野光男等人編著的《洗凈殺菌的科學(xué)技術(shù)》。

本文譯自2015.2《食品工廠長》

[1] S.Thammathongchat，T.Hagiwara,T.Sakiyama. Adsorption of tropomyosin from pink shrimp on stainless steel surface[J]. Food Control,2010.21,1250-1253.

[2] T.Hagiwara,S.Hagihara,A.Handa,etal. Pretreatment with citric acid or a mixture of nitric acid and citric acid to suppress egg white protein deposit formation on stainless steel surface and ease its removal during cleaning[J]. Food control,2015. 53,35-40.

[3] 高野光男、橫山理雄、西野甫，洗凈殺菌的科學(xué)技術(shù)[M]，2000年.

[4] 久保田清、村天博、中西一弘，食品工學(xué)基礎(chǔ)講座：輸送與洗凈[R]，1989年.

[5] 福崎智司. 次氯酸的科學(xué)[M]，2012年.

High Cleaning Efficiency of Food Manufacturing Equipment Improves Health Management Level in Food Manufacturing Process

Tomoaki Hagiwara
(Tokyo University of Marine Science and Technology, Japan, 999001)

The study introduces high efficiency washing method for food manufacturing device, and explains stain adhesion characteristic, washing mechanism, evaluation method of cleaning effect and EBC. Finally, it draws a conclusion that efficient cleaning of food manufacturing equipment is an effective measure to implement health management in the process of food manufacturing.

cleaning；food manufacturing equipment；efficiency；health management

TQ649

A

1672-2701（2016）09-26-05