新型高效除味清洗剂

郭 建 季 靓 高金森

（艺康集团大中华区研发中心，上海 200062）

一、饮料行业发展趋势及对除味的需求

随着人民生活水平的不断提高，消费者对于饮品的需求越来越大，由此催生中国的饮料行业规模不断扩大。2016年1～12月，中国饮料类商品零售额就达到了2175亿元，同比增长10.5%[1]。而且从近几年的统计来看，消费者青睐的品相和口味也开始呈现多样化趋势，小产量﹑多品相的现状使得饮料生产厂商不得不面临同一产品线切换不同品相的做法，由此带来的便是产品串味可能带来的质量风险。

再者，虽然随着消费者对于健康的重视程度增加，饮用包装水呈现明显地增长趋势，但是功能饮料和蛋白饮料在2016年消费者满意度调查结果中仍然达到了80分，是消费者最满意的饮料[2]。而且在消费者喜欢的口味当中，除了一贯青睐的水果类（青柠、桃子、苹果、椰子、橙子等），香草、巧克力、咖啡、红茶和生姜等不常见的口味也越来越得到消费者的喜爱[3]。

因此，基于越来越多新型口味的出现以及小产量、多品相的生产现状，饮料生产厂商受到了前所未有的除味挑战。然而，目前市场上常见的除味清洗剂主要为氧化性产品，一方面，客户不得不面临它与EPDM垫圈兼容性较差的缺点，定期高频地去更换垫圈；另一方面，又得面对其除味功能不够强效，而不得不使用热水循环数小时甚至数天的窘境。

二、除味机理研究

要想有效除味，最根本的办法就是先了解产生香味的香精的结构。了解了饮料中常用香精分子的结构，就可以有的放矢地去设计相应的化学品去破坏或去除这种特定分子，从而达到除味的目的。

2.1 常用香精分子结构

香精主要由三部分组成：头香香料、体香香料和基香香料。这三部分主要是根据香精的挥发程度来划分的：（1）头香为最初闻到的香气，属于挥发度高，扩散性强的香料。在评香条上，一般认为在2h内挥发散尽，不留香气；（2）体香为头香过后，继之而来的一股丰盈的香气。在评香条上香气持续2～6h，体香香料构成香精香气特征，是显示香精香料香气特色的重要部分；（3）基香为挥发程度低而具有保留性。在评香条上，香气残留6h以上或几天或数月[4]。对于除味来说，体香和基香香料极易附着在设备表面或者垫圈上，所以，对这两种香料香味的去除尤为关键。

香精根据香型分为很多种，包括柑橘系列（橙、柠檬、柑橘、柚等），果实系列（苹果、樱桃、香蕉、桃子等），豆科系列（咖啡、可可等），薄荷系列，坚果系列，肉制品系列等等，其中饮料中常用的香精占食品香精的30%左右，主要集中在柑橘系列和果实系列[5]。

2.2 常用除味机理

除味机理和除垢机理是相通的，都是通过将香味分子和污垢分子吸附溶解或者反应生成更易溶于水的分子，从而随清洗液被带走。根据饮料行业中常用香精的分子结构，除味的机理主要分为如下四种：

（1）氧化除味

主要是通过氧化剂破坏柑橘系列和果实系列香精分子中的双键结构或者特殊官能团来达到除味的目的，比如柠檬烯结构被氧化剂破坏的化学方程式如下：

常见的氧化剂包括次氯酸钠和过氧乙酸，它们本身的氧化作用较强，所以，对于设备的兼容性需要优先考虑。

（2）溶解除味

主要是通过“相似相溶”原理，选择与香精分子结构相似的溶剂来达到除味的目的，比如果实系列香精中的酯类分子和醇类分子较易溶解于醇类和醚类的溶剂中，这就是为什么在香精生产厂商的车间中对于较小的容器会更多地选择乙醇作为除味剂。但是，由于溶解除味属于物理作用，它的作用比较有限，所以，通常会搭配其他作用机理一起使用。

（3）水解除味

水解反应是酯类分子最常见的一种化学反应，这主要是由酯键的性质所决定的。酯键在碱性或酸性环境的催化下容易发生水解反应，所以对于果实类香精的酯类分子碱性清洗剂和酸性清洗剂的除味作用同样不容忽视，例如：

水解作用的发生条件比较容易，反应也比较温和，但是它针对的香精分子比较专一，也需搭配其它的作用机理一同使用。

（4）吸附除味

主要是通过非离子表面活性剂或者两性表面活性剂对于亲油性香精分子的吸附作用达到有效除味的。在常见香精分子中，常见的烷基烃结构和高级酯分子都属于亲油性物质，所以如果饮料中含有脂肪成分，香精分子是极易吸附在产品中的脂肪分子上的。在吸附除味中，对于亲油性香精分子，非离子表面活性剂是最常用的组分，考虑到它的泡沫较低，兼容性较好，所以在原位清洗中的使用优势较为明显。

三、新型高效除味清洗剂- FRC 700

目前市场上最常见的除味清洗剂主要是氧化型，即含氯和含过氧乙酸类清洗剂，这类清洗剂对于柑橘类和功能性饮料香精有一定的去除作用，但是它对于设备的兼容性不是很理想，尤其是对于垫圈的腐蚀作用较大，导致它的应用比较受限。

针对这种情况，艺康公司开发了非氧化型的高效除味清洗剂，它主要是由发挥吸附作用的非离子表面活性剂和发挥溶解作用的溶剂组成，所以在除味过程中可以发挥双重功效，有效去除多种异味残留。除此之外，它还有四大优势：（1）低泡配方，有效保证CIP运转效率和润洗效率；（2）配方呈中性，可以兼容多种设备材质，有效保证设备使用寿命；（3）完全无磷配方，减轻污水处理负担；（4）使用方式灵活，既可以单独使用，也可以同碱性清洗剂或酸性清洗剂一起使用（由于碱性清洗剂和酸性清洗剂的水解除味功能，届时可以达到三重除味功效）。

3.1 FRC 700的实验室除味效果

为了评估FRC 700的除味效果，我们选取了目前市场常见的除味产品S作为对比样，对饮料市场常见的口味进行除味测试。

3.1.1 试验方法

试验对象：橙味饮料，柠檬饮料，葡萄饮料，混合热带水果饮料，功能性饮料。

化学品：AC-110（艺康碱性CIP清洗剂），FRC 700，市场除味产品S。

试验方法：

（1）以EPDM垫圈为香精分子载体，将其直接浸入待测饮品中，并放入50℃烘箱中静置24h，保证香精分子有效扩散进垫圈；

（2）将垫圈从烘箱中取出，并浸泡在50℃温水中2h，保证易去除的香精分子被洗去，然后将垫圈擦干作为被测试样品。

（3）使用如下的除味程序对待测试垫圈进行清洗，清洗结束将垫圈冲洗擦干留待后续味道评估。

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3.1.2 评估方法

为避免人工品评产生的主观误差，使用电子鼻（气味扫描仪）对待测垫圈进行气味残留评估。电子鼻是模拟动物嗅觉器官开发出一种高科技产品，能识别简单和复杂的气味，可得到与人的感官品评相一致的结果。但是考虑到对于每一特定气味的可接受程度仍需要人为去判断，并无固定数值标准，所以电子鼻目前只用来作为不同样品间的比较。

图1 商用电子鼻示意图

3.1.3 结果讨论

如下图所示，通过识别电子鼻对于味道残留检测的强度，定义除味产品S的除味效果为100%，可以发现对于橙味饮料、柠檬饮料和功能饮料，FRC 700的除味效果比除味产品S要好至少20%；对于葡萄饮料和混合热带水果饮料，FRC 700的除味效果比除味产品S要好至少60%。这种差异是因为除味产品S只是依靠单一表面活性剂的吸附原理来除味，而FRC 700是结合多种表面活性剂的吸附和溶剂的溶解两种原理来除味的。

总体来讲，使用电子鼻这一客观的评估方法可以发现，对于饮料市场上常见的香精类型（柑橘类、果实类和功能性饮料类）FRC 700的除味效果要明显优于除味产品S。

图2 FRC 700与除味产品S对不同香味的除味效果对比图

3.2 FRC 700的现场除味效果

3.2.1 背景

国内某知名饮料客户近期面临同一生产线需要生产功能性饮料和饮用水两个品相的状况，所以在从功能性饮料向饮用水切换时遇到了串味的问题，尤其是在灌装区域，从甲杯灌装出来的饮用水带有明显的功能性饮料的香味。在尝试了使用含氯碱性除味剂P后，串味问题仍然无法得到解决。

3.2.2 测试方案

（1）测试目标

调配罐，UHT（超高温杀菌机），灌装机。

（2）测试程序

注：为了对比FRC 700与含氯碱性除味剂P的除味效果差异，我们选择了在同等条件下分别使用两种除味剂进行除味。

（3）评价方法

a) 人工品评：取最后一遍冲洗水，以去离子水为基准样品，5人的品评小组分别对冲洗水作出“In-Out”的判定。

b) 电子鼻测试：取未清洗的水样作为基准样品，检测最后一遍冲洗水的味道残留，判断含氯碱性除味剂P与FRC 700的除味效果差异。

3.2.3 结果讨论

（1）人工品评

客户的品评人员经过评测认为，对于调配罐两种除味剂的效果都合格，但是FRC 700的除味效果相对更好；对于UHT，使用FRC 700清洗一遍的除味效果，与除味剂P清洗一遍再加上85℃热水循环6h的效果相当，都可以接受（注：客户使用除味剂P清洗一遍后，冲洗水品评味道残留较大，继而使用热水循环了6h）；对于灌装机，由于EPDM垫圈的数量较多，使用除味剂P和FRC 700清洗一遍都不能合格，但是使用FRC 700清洗后的效果要好于除味剂P（注：后来工厂又使用FRC 700清洗第二遍后冲洗水合格）。

（2）电子鼻测试

如前文所示，电子鼻目前只能用来比较个体间的差异，所以电子鼻对于味道的识别是以位置坐标的方式呈现（数值的正负仅代表坐标，不代表大小），如图3所示，纵坐标表示的是味道残留中占比95%的香味类型，而横坐标表示的是占比5%的香味类型，所以，只要比较占比较重的纵向差距就可以表征味道强度的差距。对于每一个冲洗水样，我们都重复检测了两遍，以减小误差，所以，结果是以两点成线的方式呈现。另外，由于参照样品是未经过清洗的水样味道较重，因此离参照线（Baseline）越远说明与味道较重的参照样差距越大，即味道残留越小，除味效果越好。

图3 FRC 700和除味剂P的除味效果图-电子鼻

所以，可以清晰地发现：（1）对于调配罐，虽然FRC 700和除味剂P的除味效果都满足客户的品评，但是FRC 700的除味效果更好；（2）对于UHT，使用FRC 700清洗一遍的除味效果，与除味剂P清洗一遍再加上85℃热水循环6h的效果相当，都可以接受；（3）对于灌装机，使用FRC 700清洗一遍的效果要优于除味剂P，但是两者清洗一遍的效果都不能使得冲洗水合格，所以客户工厂又使用FRC-700清洗第二遍后才达到合格水平。

综上可以发现：FRC 700的除味效果要明显好于除味剂P，这种差距主要是因为除味剂P为氧化型，只能破坏含有双键或者醛基的特殊香味分子，除味对象比较单一；而FRC 700既可以通过表面活性剂来吸附除味，又可以通过溶剂来溶解除味。

四、结论

相比较传统的氧化性除味剂，FRC 700是一种以溶解和吸附复合机理为主的高效环保且温和的除味剂。通过实验室的验证，它对柑橘类﹑果实类和功能性饮料类香精都有着更为出色的去除作用；而且通过现场的验证，FRC 700的使用，能够在有效保证食品安全的前提下，为客户节省清洗时间和能源，最大限度地为客户提高产能。