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CIP与SIP的深度解读

使用手册 仪器网 2020年06月04日 14:12人气:294 >> 进入该公司展台

  在饮料加工企业生产线上经常遇到CIP、SIP这两个英文缩写,体现在很多设备上、文件报表上、工作沟通中。很多时候把CIP称为清洗,把SIP称为消毒或者灭菌。
 
来源: 食品研发与生产
 
  很多设备上会有清洗这个词,往往指的是CIP,同样设备上会有消毒或者灭菌这个词,通常指的是SIP。清洗、消毒或者灭菌是个很广泛的概念,可以这样理解,CIP是清洗的一种形式,同样SIP消毒或者灭菌的一种形式
 
  CIP (cleaning in place),可以翻译成就地清洗、原地清洗、定位清洗等等,通常简称为清洗。CIP系统广泛应用于各种饮料(乳饮料、果蔬汁饮料、果粒饮料、茶饮料)、液奶、酸奶、酒类等机械化程度较高的食品企业中。实际上是生产设备内部的清洗,例如管道内部、缸体内部。
 
  SIP(sanitizing in place),可以翻译成就地消毒(灭菌)、原地消毒(灭菌)、定位消毒(灭菌),其实SIP的英文表示也可以这样sterilizing in place。SIP系统也广泛应用于饮料、液奶、酸奶等机械化程度较高的食品企业中。实际上是设备内部的消毒或灭菌,例如管道内部、缸体内部。
 
  CIP的目的
 
  进行CIP清洗的目的如下:
 
  ①去除为微生物提供营养的食物或食品残渣;
 
  ②去除各种微生物(CIP的冲洗可以带走很多微生物);
 
  ③去除各种异物、颗粒、溶液残留。
 
  CIP的流程
 
  业内人士通常讲三步CIP、五步CIP,所以可以说CIP分为2种形式。实际上有的人说分为3种形式或者更多种形式,在这里我会解释一下。先说说常见的三步CIP、五步CIP这两种形式。
 
  三步CIP流程:
 
  ①预先水冲洗
 
  ②碱洗
 
  ③最终水冲洗
 
  五步CIP流程:
 
  ①预先水冲洗
 
  ②碱洗
 
  ③中间水冲洗
 
  ④酸洗
 
  ⑤最终水冲洗
 
  有人讲有这一种清洗流程,七步CIP,流程如下:
 
  ①预先水冲洗
 
  ②碱洗
 
  ③中间水冲洗
 
  ④酸洗
 
  ⑤中间水冲洗
 
  ⑥消毒剂
 
  ⑦最终水冲洗
 
  这个归类和叫法不合适,第六步开始应该归为SIP才对。但实际生产中有的设备厂商在做CIP系统时就把第六步和第七步划到CIP流程里。
 
  此外,对于三步CIP和五部CIP中的碱洗和酸洗,如果有意识、有必要提高碱浓度和酸浓度做的这个清洗,可以称为加强洗,有人把这种归为一种CIP形式。
 
  简单的CIP是什么呢,其实就是单独的一步水冲洗。在有的情况下不需要碱和酸这样清洗剂,只用水就可以了,这就是简单的一种CIP。
 
  CIP的优点
 
  CIP系统能:
 
  保证一定的清洗效果,提高产品安全性;
 
  节约时间,提高效率;
 
  自动化程度高,节约操作劳动力;
 
  节约能源;
 
  操作安全性高。
 
  CIP的影响因素
 
  ①浓度
 
  浓度越高,清洗效果越好。一般来讲,浓度越高,单位体积内清洗液分子数越多,与污垢的反应机会越多,清洗效果越好。但是要考虑成本、时间、设备等问题,不能无限提高浓度。浓度大了成本自然高,对设备也有一定损害,还有大浓度的清洗剂导致水冲时间变长,清洗剂在使用后显然不能在设备内残留,必须水洗冲干净没有清洗剂残留。
 
  ②温度
 
  温度越高,清洗效果越好。温度越高,分子运动越快,与污垢接触机会越多,作用也越快,清洗效果也越好。同样温度也不能过高,过高的温度能耗大,成本高,且太高温度导致清洗剂性质不稳定,降低清洗效果。
 
  ③时间
 
  时间越长,清洗效果越好。清洗时间越长,化学分子与污垢接触机会越多,反应时间越长,清洗效果越好。同样时间也不能过长,清洗液与污垢充分反应即可,过多的时间没有必要,另外还要考虑生产效率的问题。
 
  ④机械力
 
  冲洗力越大,自然效果越好,但是机械力过大影响生产线机械作用的稳定性,还可能形成泡沫。所以一般管径≤80mm,流速≥1.5m/s,管径≥80mm,流速≥2.5m/s。流速还与生产线的设计与构造有关。
 
  ⑤清洗介质
 
  常用的清洗剂是氢氧化钠和硝酸。实际生产中更多的使用复合清洗剂,就是在碱洗时除了有氢氧化钠外还加入了其他清洗剂,酸洗也是这样。例如,加入表面活性剂、螯合剂、分散剂、悬浮剂、消泡剂等等,这样的复合清洗剂比单单使用氢氧化钠或硝酸效果好很多。表面活性剂减少水的表面张力可以使清洗液渗入更细小区域,螯合剂可以去除金属离子,螯合剂和分散剂防止形成水垢沉积,悬浮剂给不可溶污垢提供悬浮能力,以利于冲洗,消泡剂防止泡沫形成,提高清洗效能。
 
  碱洗能通过皂化反应去除脂肪,溶解蛋白质,溶解大部分碳水化物污垢,反应产生可溶性盐,酸洗可以去除钙盐等矿物质、碳水化合物,水垢、腐蚀产物、乳石/啤酒石等。
 
  做CIP常用的水有软水或者RO水。RO是反渗透英文的简称。软化水生产成本比RO水的成本低,企业通常采用软水来做清洗,但是如果当地水质较差,比方说碱度偏高,就会采用RO水来做CIP。
 
  不要小看清洗时水的作用,它可以溶解绝大部分污垢、碳水化合物、蛋白质(蛋白质作为有机大分子分子化合物,在水中以分散态(胶体态)存在),虽然溶解油脂性的效果差,但并不是一点用都没有。
 
  注意,即便是生产中常用的浓度,对连接密封管道的食品密封圈都会有一定腐蚀作用,使用一定时间后要定期检查更换,尤其是对无菌设备,在其做完SIP达到无菌状态后一直到完成生产,这段时间不能有任何渗漏,否则带来风险及提高控制成本。
 
  ⑥生产设备的设计与构造
 
  设备内表面。内表面越粗糙越难以清洗,所以设备内壁必须经抛光处理,以Ra表面粗糙度来衡量,此值越小越光滑,有的设备内表面粗糙度Ra可以达到0.4µm,一般内表面Ra≤1.0μm;外表面Ra≤2.5μm,实际上可以可根据需要来做。国家对这方面有要求,可以参考,例如,《QB/T 2467-1999食品工业用不锈钢管》(这个1999版的已经作废,2017版的2017年7月1日实施,网上暂时搜索不到文本)要求精加工表面Ra≤1.0µm,管道和缸体内壁是精加工,《GB/T 24571-2009 PET无菌冷灌装生产线》要求容器、阀门表面粗糙度Ra≤1.6µm。
 
  管道连接。避免出现死角。死角很难清洗到位。以下管道死角示意图:
 
  上图多出来的一段成为死角,一般认为这段距离比上管道直径小于1.5即可接受。看如下示意图:a/b≤1.5接受,虚线为料夜方向,也是CIP清洗液方向。
 
  清洗球。清洗球的作用是将清洗液喷射到设备各个角落,喷射出的清洗液与下落的清洗液浸湿全部表面,起到清洗的作用。清洗球应该安装在罐体合理的位置。如下图:
 
  第三是清洗的顺序,先洗什么,后洗什么,哪些一次性洗,哪些定期洗。这些就是制定清洗工艺的依据,也是选择配置的依据。CIP系统中关键的是其清洗工艺。设备是硬件,工艺是软件。不同的清洗对象(啤酒、饮料、果汁、乳制品、药液、矿泉水、食品、化妆品等等),本质上应有不同的清洗工艺。研究CIP,应该是研究清洗工艺。
 
  到目前为止针对饮料、乳制品、啤酒等等行业的CIP还没有一个完整的、科学的、系统的、规范的清洗工艺。清洗的对象不同(啤酒、饮料、果汁、乳制品、药液、矿泉水、食品、化妆品等等),本质上应有不同的工艺,因为涉及到清洗效果和清洗成本的问题。在生产实践中,清洗的浓度、温度、时间、清洗剂、清洗顺序如何选择使用,这就是关键的清洗工艺参数和流程。实际上经常这样做,首先,根据历史经验,已经使用且效果良好,可以作为参考使用,其二,咨询设备提供商,其三、咨询清洗剂提供商。只有设备厂商、清洗剂供货商和使用客户紧密联系,共同分析、研究才能制做出较为理想的、满足客户要求的CIP工艺和设备。
 
  CIP的清洗效果验证
 
  ①验证清洗剂残留
 
  做CIP常用的清洗剂是食品级碱和食品级酸,这种碱的成分主要是氢氧化钠,这种酸的成分主要是硝酸。做CIP的最终水冲洗一定要把清洗剂冲洗掉,不能有残留。这就好比用洗洁精清洗餐具后用水把洗洁精冲洗掉一个道理,因为残留的清洗剂或者洗洁精对人体有害。
 
  如何判定清洗剂残留呢?既然是水冲洗设备,进入设备的水和从设备出来的水在化学性质上表现一致,就可以判定无清洗剂残留,因为进入设备的水是没有清洗剂的,含有清洗剂的水其化学性质肯定是有变化的。通常采用检测水的PH来判定是否有清洗剂残留。准备进入设备清洗的水和从设备出来的水在检测PH时结果表现一致就判定无残留,例如,有的企业要求PH变化在0.2范围内,有的是0.3。
 
  ②验证感官
 
  气味。最终清洗水的气味,要求清新、无异味,不能影响最终产品的品质。
 
  视觉。被清洗的设备内表面干净,无各种不应该有的残留污垢,例如清洗剂残留,料液残留,无各种异物、杂质。
 
  卫生。用手指或者拭子(医用棉签)擦拭设备内表面无污点和变色。
 
  微生物。检测最终冲洗水的微生物,通常检测菌落、霉菌和酵母菌。
 
  SIP的目的
 
  尽可能多的杀灭微生物,注意SIP针对的是微生物。
 
  SIP的介质
 
  SIP的介质可以热水、蒸汽、消毒剂等。饮料企业在使用SIP时很多是热水和蒸汽介质,管道内使用热水,缸体使用蒸汽或者热水。尤其对于无菌设备一定是使用热水和蒸汽做SIP。非无菌设备大多数时候用热水和蒸汽,有的时候可能会用消毒剂。
 
  做SIP使用的热水和蒸汽必须是用RO水制备。因为RO水是非常纯净的水,没有杂质、异物,盐分非常少,很适合做SIP。
 
  SIP的流程
 
  饮料企业做SIP通常使用热水和蒸汽,步骤如下:
 
  ①升温。升温到要求的温度;
 
  ②保温。达到要求的温度后保持一定时间;
 
  ③降温。冷却降温。
 
  SIP效果的影响因素
 
  SIP要做的事是尽可能多的杀灭微生物,所以影响SIP效果的因素是温度和时间。如果是无菌设备,必须≥121℃,时间≥20min。有的可以达到135℃、30min。如果不是无菌设备,做SIP时温度无需在100℃以上,一般要求80℃以上。实际运用的话企业根据自身需要设定参数要求。
 
  SIP的效果验证
 
  既然SIP的目的是尽可能多的杀灭微生物,其效果验证就是在做完SIP的设备内表面的微生物残留情况。对于无菌设备,SIP后必须达到无菌状态,这里的无菌指的是商业无菌,不是无菌,通常简称为无菌。设备供应商设计制造无菌设备时会留有无菌取样阀,通过无菌采样器对接无菌取样阀可以取得SIP后设备内的残留水用来检测微生物,但有的设备本就没有这用设计,无法取得SIP后的残留水,就不能通过检测微生物来验证。
 
  所以在任何情况下,保证SIP的温度和时间对于SIP的效果是非常重要的。此外对于无菌设备做完SIP后不能再有渗漏,否则无菌环境会被破坏,这个时候需要检修设备以确保密封效果良好后重新做SIP。另外对于非无菌设备,经过SIP后都可以通过普通取样阀取得残留水检测微生物。
 
  为什么先CIP后SIP?
 
  通常CIP和SIP结合使用,而且如果结合使用,必须是先CIP后SIP。有的情况下直接使用SIP,这是因为已经做过CIP后中间闲置一段时间,这个时候直接使用SIP,而无需以再使用CIP、接着使用SIP的这种方式来做。
 
  为什么必须是先CIP再做SIP呢?这个好理解,比方说,公共场所的餐饮酒店里餐具都是先清洗再放进消毒柜的。下面从专业角度做个详细讲解。
 
  CIP在SIP之前做的目的:
 
  ①任何的残余污垢都会影响消毒剂在化学及物理学上的效能,也会影响热水和蒸汽的杀灭微生物的效果;
 
  ②微生物可能会隐藏于污垢中, 使消毒剂不能直接发挥效能,使热水和蒸汽杀灭微生物的效果打折扣;
 
  ③清洗不彻底可能会产生微生物的抗药性问题;
 
  ④清洗不彻底,残留的污垢残渣,在做SIP时,消毒剂、热水或者蒸汽会使残留变成颗粒、杂质、黏在设备内表面,很可能引入食品当中成为异物。
 
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