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  • 干貨分享:CIP與SIP的深度解讀
    發布時間:2017/10/30

        在飲料加工企業生產線上經常遇到CIP、SIP這兩個英文縮寫,體現在很多設備上、文件報表上、工作溝通中。很多時候把CIP稱為清洗,把SIP稱為消毒或者滅菌。

         很多設備上會有清洗這個詞,往往指的是CIP,同樣設備上會有消毒或者滅菌這個詞,通常指的是SIP。清洗、消毒或者滅菌是個很廣泛的概念,可以這樣理解,CIP是清洗的一種形式,同樣SIP消毒或者滅菌的一種形式。

        CIP (cleaning in place),可以翻譯成就地清洗、原地清洗、定位清洗等等,通常簡稱為清洗。CIP系統廣泛應用于各種飲料(乳飲料、果蔬汁飲料、果粒飲料、茶飲料)、液奶、酸奶、酒類等機械化程度較高的食品企業中。實際上是生產設備內部的清洗,例如管道內部、缸體內部。

        SIP(sanitizing in place),可以翻譯成就地消毒(滅菌)、原地消毒(滅菌)、定位消毒(滅菌),其實SIP的英文表示也可以這樣sterilizing in place。SIP系統也廣泛應用于飲料、液奶、酸奶等機械化程度較高的食品企業中。實際上是設備內部的消毒或滅菌,例如管道內部、缸體內部。


        CIP的目的

        進行CIP清洗的目的如下:

        ①去除為微生物提供營養的食物或食品殘渣;

        ②去除各種微生物(CIP的沖洗可以帶走很多微生物);

        ③去除各種異物、顆粒、溶液殘留。

        CIP的流程

        業內人士通常講三步CIP、五步CIP,所以可以說CIP分為2種形式。實際上有的人說分為3種形式或者更多種形式,在這里我會解釋一下。先說說常見的三步CIP、五步CIP這兩種形式。

        三步CIP流程:

        ①預先水沖洗

        ②堿洗

        ③最終水沖洗

        五步CIP流程:

        ①預先水沖洗

        ②堿洗

        ③中間水沖洗

        ④酸洗

        ⑤最終水沖洗

        有人講有這一種清洗流程,七步CIP,流程如下:

        ①預先水沖洗

        ②堿洗

        ③中間水沖洗

        ④酸洗

        ⑤中間水沖洗

        ⑥消毒劑

        ⑦最終水沖洗

        這個歸類和叫法不合適,第六步開始應該歸為SIP才對。但實際生產中有的設備廠商在做CIP系統時就把第六步和第七步劃到CIP流程里。

        此外,對于三步CIP和五部CIP中的堿洗和酸洗,如果有意識、有必要提高堿濃度和酸濃度做的這個清洗,可以稱為加強洗,有人把這種歸為一種CIP形式。

        最簡單的CIP是什么呢,其實就是單獨的一步水沖洗。在有的情況下不需要堿和酸這樣清洗劑,只用水就可以了,這就是最簡單的一種CIP。

        CIP的優點

        CIP系統能:

        保證一定的清洗效果,提高產品安全性;

        節約時間,提高效率;

        自動化程度高,節約操作勞動力;

        節約能源;

        操作安全性高。

        CIP的影響因素

        ①濃度

        濃度越高,清洗效果越好。一般來講,濃度越高,單位體積內清洗液分子數越多,與污垢的反應機會越多,清洗效果越好。但是要考慮成本、時間、設備等問題,不能無限提高濃度。濃度大了成本自然高,對設備也有一定損害,還有大濃度的清洗劑導致水沖時間變長,清洗劑在使用后顯然不能在設備內殘留,必須水洗沖干凈沒有清洗劑殘留。

        ②溫度

        溫度越高,清洗效果越好。溫度越高,分子運動越快,與污垢接觸機會越多,作用也越快,清洗效果也越好。同樣溫度也不能過高,過高的溫度能耗大,成本高,且太高溫度導致清洗劑性質不穩定,降低清洗效果。

        ③時間

        時間越長,清洗效果越好。清洗時間越長,化學分子與污垢接觸機會越多,反應時間越長,清洗效果越好。同樣時間也不能過長,清洗液與污垢充分反應即可,過多的時間沒有必要,另外還要考慮生產效率的問題。

        ④機械力

        沖洗力越大,自然效果越好,但是機械力過大影響生產線機械作用的穩定性,還可能形成泡沫。所以一般管徑≤80mm,流速≥1.5m/s,管徑≥80mm,流速≥2.5m/s。流速還與生產線的設計與構造有關。

        ⑤清洗介質

        常用的清洗劑是氫氧化鈉和硝酸。實際生產中更多的使用復合清洗劑,就是在堿洗時除了有氫氧化鈉外還加入了其他清洗劑,酸洗也是這樣。例如,加入表面活性劑、螯合劑、分散劑、懸浮劑、消泡劑等等,這樣的復合清洗劑比單單使用氫氧化鈉或硝酸效果好很多。表面活性劑減少水的表面張力可以使清洗液滲入更細小區域,螯合劑可以去除金屬離子,螯合劑和分散劑防止形成水垢沉積,懸浮劑給不可溶污垢提供懸浮能力,以利于沖洗,消泡劑防止泡沫形成,提高清洗效能。

        堿洗能通過皂化反應去除脂肪,溶解蛋白質,溶解大部分碳水化物污垢,反應產生可溶性鹽,酸洗可以去除鈣鹽等礦物質、碳水化合物,水垢、腐蝕產物、乳石/啤酒石等。

        做CIP常用的水有軟水或者RO水。RO是反滲透英文的簡稱。軟化水生產成本比RO水的成本低,企業通常采用軟水來做清洗,但是如果當地水質較差,比方說堿度偏高,就會采用RO水來做CIP。

        不要小看清洗時水的作用,它可以溶解絕大部分污垢、碳水化合物、蛋白質(蛋白質作為有機大分子分子化合物,在水中以分散態(膠體態)存在),雖然溶解油脂性的效果差,但并不是一點用都沒有。

        注意,即便是生產中常用的濃度,對連接密封管道的食品密封圈都會有一定腐蝕作用,使用一定時間后要定期檢查更換,尤其是對無菌設備,在其做完SIP達到無菌狀態后一直到完成生產,這段時間不能有任何滲漏,否則帶來風險及提高控制成本。

        ⑥生產設備的設計與構造

        設備內表面。內表面越粗糙越難以清洗,所以設備內壁必須經拋光處理,以Ra表面粗糙度來衡量,此值越小越光滑,有的設備內表面粗糙度Ra可以達到0.4μm,一般內表面Ra≤1.0μm;外表面Ra≤2.5μm,實際上可以可根據需要來做。國家對這方面有要求,可以參考,例如,《QB/T  2467-1999食品工業用不銹鋼管》(這個1999版的已經作廢,2017版的2017年7月1日實施,網上暫時搜索不到文本)要求精加工表面Ra≤1.0μm,管道和缸體內壁是精加工,《GB/T  24571-2009  PET無菌冷灌裝生產線》要求容器、閥門表面粗糙度Ra≤1.6μm。

        管道連接。避免出現死角。死角很難清洗到位。以下管道死角示意圖:

       上圖多出來的一段成為死角,一般認為這段距離比上管道直徑小于1.5即可接受?慈缦率疽鈭D:a/b≤1.5接受,虛線為料夜方向,也是CIP清洗液方向。


        清洗球。清洗球的作用是將清洗液噴射到設備各個角落,噴射出的清洗液與下落的清洗液浸濕全部表面,起到清洗的作用。清洗球應該安裝在罐體合理的位置。如下圖:


        第三是清洗的順序,先洗什么,后洗什么,哪些一次性洗,哪些定期洗。這些就是制定清洗工藝的依據,也是選擇配置的依據。CIP系統中關鍵的是其清洗工藝。設備是硬件,工藝是軟件。不同的清洗對象(啤酒、飲料、果汁、乳制品、藥液、礦泉水、食品、化妝品等等),本質上應有不同的清洗工藝。研究CIP,應該是研究清洗工藝。
        到目前為止針對飲料、乳制品、啤酒等等行業的CIP還沒有一個完整的、科學的、系統的、規范的清洗工藝。清洗的對象不同(啤酒、飲料、果汁、乳制品、藥液、礦泉水、食品、化妝品等等),本質上應有不同的工藝,因為涉及到清洗效果和清洗成本的問題。在生產實踐中,清洗的濃度、溫度、時間、清洗劑、清洗順序如何選擇使用,這就是關鍵的清洗工藝參數和流程。實際上經常這樣做,首先,根據歷史經驗,已經使用且效果良好,可以作為參考使用,其二,咨詢設備提供商,其三、咨詢清洗劑提供商。只有設備廠商、清洗劑供貨商和使用客戶緊密聯系,共同分析、研究才能制做出較為理想的、滿足客戶要求的CIP工藝和設備。
        CIP的清洗效果驗證
        ①驗證清洗劑殘留
        做CIP常用的清洗劑是食品級堿和食品級酸,這種堿的成分主要是氫氧化鈉,這種酸的成分主要是硝酸。做CIP的最終水沖洗一定要把清洗劑沖洗掉,不能有殘留。這就好比用洗潔精清洗餐具后用水把洗潔精沖洗掉一個道理,因為殘留的清洗劑或者洗潔精對人體有害。
        如何判定清洗劑殘留呢?既然是水沖洗設備,進入設備的水和從設備出來的水在化學性質上表現一致,就可以判定無清洗劑殘留,因為進入設備的水是沒有清洗劑的,含有清洗劑的水其化學性質肯定是有變化的。通常采用檢測水的PH來判定是否有清洗劑殘留。準備進入設備清洗的水和從設備出來的水在檢測PH時結果表現一致就判定無殘留,例如,有的企業要求PH變化在0.2范圍內,有的是0.3。
        ②驗證感官
        氣味。最終清洗水的氣味,要求清新、無異味,不能影響最終產品的品質。
    視覺。被清洗的設備內表面干凈,無各種不應該有的殘留污垢,例如清洗劑殘留,料液殘留,無各種異物、雜質。
        衛生。用手指或者拭子(醫用棉簽)擦拭設備內表面無污點和變色。
        微生物。檢測最終沖洗水的微生物,通常檢測菌落、霉菌和酵母菌。
        SIP的目的
        盡可能多的殺滅微生物,注意SIP針對的是微生物。
        SIP的介質
        SIP的介質可以熱水、蒸汽、消毒劑等。飲料企業在使用SIP時很多是熱水和蒸汽介質,管道內使用熱水,缸體使用蒸汽或者熱水。尤其對于無菌設備一定是使用熱水和蒸汽做SIP。非無菌設備大多數時候用熱水和蒸汽,有的時候可能會用消毒劑。
    做SIP使用的熱水和蒸汽必須是用RO水制備。因為RO水是非常純凈的水,沒有雜質、異物,鹽分非常少,很適合做SIP。
        SIP的流程

        飲料企業做SIP通常使用熱水和蒸汽,步驟如下:

        ①升溫。升溫到要求的溫度;
        ②保溫。達到要求的溫度后保持一定時間;
        ③降溫。冷卻降溫。

        SIP效果的影響因素
        SIP要做的事是盡可能多的殺滅微生物,所以影響SIP效果的因素是溫度和時間。如果是無菌設備,必須≥121℃,時間≥20min。有的可以達到135℃、30min。如果不是無菌設備,做SIP時溫度無需在100℃以上,一般要求80℃以上。實際運用的話企業根據自身需要設定參數要求。
        SIP的效果驗證
        既然SIP的目的是盡可能多的殺滅微生物,其效果驗證就是在做完SIP的設備內表面的微生物殘留情況。對于無菌設備,SIP后必須達到無菌狀態,這里的無菌指的是商業無菌,不是絕對無菌,通常簡稱為無菌。設備供應商設計制造無菌設備時會留有無菌取樣閥,通過無菌采樣器對接無菌取樣閥可以取得SIP后設備內的殘留水用來檢測微生物,但有的設備本就沒有這用設計,無法取得SIP后的殘留水,就不能通過檢測微生物來驗證。
        所以在任何情況下,保證SIP的溫度和時間對于SIP的效果是非常重要的。此外對于無菌設備做完SIP后不能再有滲漏,否則無菌環境會被破壞,這個時候需要檢修設備以確保密封效果良好后重新做SIP。另外對于非無菌設備,經過SIP后都可以通過普通取樣閥取得殘留水檢測微生物。
        為什么先CIP后SIP?
        通常CIP和SIP結合使用,而且如果結合使用,必須是先CIP后SIP。有的情況下直接使用SIP,這是因為已經做過CIP后中間閑置一段時間,這個時候直接使用SIP,而無需以再使用CIP、接著使用SIP的這種方式來做。
    為什么必須是先CIP再做SIP呢?這個好理解,比方說,公共場所的餐飲酒店里餐具都是先清洗再放進消毒柜的。下面從專業角度做個詳細講解。
        CIP在SIP之前做的目的:
        ①任何的殘余污垢都會影響消毒劑在化學及物理學上的效能,也會影響熱水和蒸汽的殺滅微生物的效果;
        ②微生物可能會隱藏于污垢中, 使消毒劑不能直接發揮效能,使熱水和蒸汽殺滅微生物的效果打折扣;
        ③清洗不徹底可能會產生微生物的抗藥性問題;

        ④清洗不徹底,殘留的污垢殘渣,在做SIP時,消毒劑、熱水或者蒸汽會使殘留變成顆粒、雜質、黏在設備內表面,很可能引入食品當中成為異物。

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