(新疆天业集团技术中心,新疆石河子市,832000)王志荣 王明亮 万亚格 沈姗姗
牛奶营养丰富,含有蛋白质、脂肪、乳糖以及各种矿物质等。在乳品的加热过程中,易产生各种沉淀,即奶垢。在设备和管道内出现沉积的焦结物,从而影响设备的传热效率、使得产品杀菌不彻底。此外,奶垢又是微生物繁殖的良好培养基。因此,对食品加工设备进行彻底的清洗和消毒,才能防止微生物的大量生长繁殖,保证产品的卫生质量。
目前,乳品工厂主要使用酸性清洗剂和碱性清洗剂。酸性清洗剂主要成分是酸性物质,包括有机酸和无机酸,如:盐酸、硝酸、磷酸等。碱性清洗剂主要是以碱性物质为主的化学清洗剂,其中的碱性成分主要是氢氧化钠、碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐等。近年来为了改善清洗剂的去污和杀菌性能,逐渐向清洗剂中加入了表面活性剂、杀菌剂、酶制剂、缓蚀剂等添加剂。
奶垢的清洗难点在于沉积的结焦物,市售的价格便宜的清洗剂很难将设备清洗干净,并且清洗剂不易被清除,容易在设备和管道内残留,影响产品的品质;清洗效果好的清洗剂价格普遍较高。本文通过实验配制了一种价格适中并且清洗效果较好的碱性清洗剂,重点研究了不同配方碱性清洗剂对结焦物的清洗程度[1]。
奶垢的主要成分:牛鲜乳主要是由水、脂肪、蛋白质、乳糖、矿物质、维生素等组成的一种复杂乳胶体,其中水分含量占86%~90%,经过高温加热,大部分的水被蒸发后形成了沉积结焦物剂奶垢。奶垢的主要成分是蛋白质、脂肪和矿物质。矿物质中主要是钙和磷,其次是钠和镁[2]。牛乳与奶垢的成分对比如表1所示。
表1 牛乳与奶垢成分
十二烷基硫酸钠(SDS)、仲烷基磺酸钠(SAS)、二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na):(天津市科密欧化学试剂有限公司生产);脂肪醇EO-PO嵌段聚醚(EOPO)、低泡耐酸碱SL7(SL7)、葡萄糖酸钠(PN):(广州宁和化工有限公司生产);氢氧化钠、次氯酸钠、纯水:(新疆天业(集团)有限公司生产);热试验烘箱:(上海蓝豹试验设备有限公司生产);智能磁力搅拌器:(河南爱博科技发展有限公司生产)。
根据清洗剂的去污原理,清洗剂向污垢浸润、渗透,亲油基吸附在油污上,亲水基定向排列在外围,使原来不易沾水的油污表面被浸润,吸附到清洗剂分子上,然后逐渐膨润,使污垢变得易于脱离,随着物理和化学作用,污垢从基体上脱离,分散于清洗液中,最后经漂洗被清洗剂带走[3]。结焦后的奶垢,主要成分是矿物质,还有少量的油状脂肪,需利用清洗剂对奶垢进行软化、溶解。使奶垢向清洗剂内部渗透、减小奶垢之间的结合力,使奶垢溶解或松散脱落而去除的过程。因此单独使用碱液无法清除,需要配合一些添加剂,依据碱性清洗剂的作用原理,选择适合的添加剂及添加量能够有效的除去结焦的奶垢。
表2 自制碱性清洗剂(单位:g)
表3 清洗效果评价表
奶垢中的脂肪、蛋白质与碱性清洗剂中的碱发生皂化反应,生成皂和盐,溶解或分散于溶液中。清洗剂中碱的浓度决定了皂化反应的进行,同时较高PH值的溶液对设备和管道会出现腐蚀的情况。根据实验确定清洗剂碱浓度控制在18%-30%左右。
乳化剂为表面活性物质,吸附在界面上,具有憎水基团和亲水基团,能够降低表面张力,使水和油相互混合,形成稳定的乳状溶液。初选十二烷基硫酸钠(SDS)、仲烷基磺酸钠(SAS)。
皂化与乳化作用均系从奶垢表面逐步进行,而使含碱性剂的碱性溶液浸透油脂内部,达到并润湿奶垢表面,增进了脱脂除油的效果,这就是表面活性剂的浸透润湿作用。此外还仍具有分散作用,将从奶垢除下的油脂分散到溶液之中。许多乳化剂都具有乳化作用的同时具有润湿和分散特性,初选脂肪醇EO-PO嵌段聚醚(EO-PO)、低泡耐酸碱SL7(SL7)、葡萄糖酸钠(PN)。
奶垢及水溶液中存在一定量的金属组分,若把这些金属组分转化为络合物后,就可以减轻重金属离子对水生物的毒害影响。因此初选乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)。
清洗操作留下的液滴携带微生物,会影响整个系统的菌落总数,因此在清洗剂中加入少量的杀菌消毒剂,可以除去污垢的同时,达到抑制微生物的生长,减少微生物的数量。初选次氯酸钠作为杀菌消毒剂。
设计不同配方的碱性清洗剂,自制碱性清洗剂(见表2)
清洗剂的配制:将氢氧化钠(NaOH)完全溶解于一定量的水中,同时将粉状试剂葡萄糖酸钠(PN)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)完全溶解于一定量的水中,然后加入液体试剂混合均匀,待以上液体混合均匀,最后加入次氯酸钠(NaClO)溶液。
奶垢的制备:在试样瓶(壁厚均匀,质量为40±5g)内称取2±0.1g牛乳,将试样瓶放置设定100℃的带转盘和鼓风的热试验箱,箱内温度均匀。1h后,将试样瓶取出,得到焦结后的奶垢,以备测试。
在装有奶垢的试样瓶中,加入20g自制清洗剂,观察清洗效果。
表2中自制碱性清洗剂清洗效果评价(如表3所示)。由表3可知,配方2、配方3虽清洗效果较快,但不稳定,配方5清洗效果较好,性质也稳定。
按照配方5配制的碱性清洗液,性质稳定,分别加水稀释20倍和40倍清洗效果均不变。配方体系中应选用耐碱的的表面活性剂,同时应具有极好的润湿性和分散性。作为食品加工行业专用的清洗剂还应考虑其试剂的起泡性能,选择低泡并且具有可生物降解,有利于后续的清洗。体系中络合剂和消毒剂的加入,能够除去清洗体系的金属离子和残留的细菌,有利于产品质量的提高。