Tối ưu hóa công nghệ làm sạch CIP cho dây chuyền sản xuất sữa và phân tích hiệu quả tiết kiệm năng lượng
Ô nhiễm vi sinh là yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất và chế biến các sản phẩm sữa. Nếu cặn bám trên bề mặt thiết bị và thành ống không được làm sạch triệt để, chắc chắn sẽ gây ô nhiễm vi sinh và làm sản phẩm bị hư hỏng. Vệ sinh tại chỗ (CIP) là một quy trình không thể thiếu trong quá trình sản xuất các sản phẩm sữa. CIP, còn gọi là vệ sinh tại chỗ hoặc làm sạch tại chỗ, là công nghệ làm sạch triệt để toàn bộ thiết bị hoặc đường ống trong nhà máy mà không cần tháo rời thiết bị, đường ống và van. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống có mức độ cơ giới hóa cao như đồ uống, sản phẩm sữa, nước trái cây, mứt và rượu. Nguyên lý là sử dụng chất tẩy rửa kiềm tổng hợp và chất tẩy rửa axit tổng hợp để loại bỏ bụi bẩn trên bề mặt vật thể, đồng thời dùng chất tẩy rửa hóa học để biến đổi hóa học, hòa tan và bóc tách các chất ô nhiễm nhằm đạt được mục đích khử dầu, tẩy gỉ và làm sạch. Quy trình CIP thông thường là rửa nước → rửa kiềm → rửa nước → rửa axit → rửa nước, thời gian làm sạch dài, hiệu suất công nghệ sản xuất thấp, đồng thời tiêu thụ năng lượng cao và áp lực xả thải chất ô nhiễm lớn.
Có thể áp dụng các biện pháp sau để cải tiến hệ thống CIP thông thường trong sản xuất sữa bằng công nghệ khử trùng lạnh không axit.
(1) Sử dụng làm sạch không axit thay cho làm sạch CIP thông thường, quy trình làm sạch cải tiến là rửa nước → rửa kiềm → rửa nước. Dựa trên quy mô sản xuất và mức sử dụng dung dịch tẩy rửa, có thể lựa chọn hệ thống CIP dùng một mẻ, hệ thống CIP tái sử dụng và hệ thống CIP dùng nhiều lần để giảm chi phí sản xuất và giảm áp lực xử lý nước thải.
(2) Sử dụng khử trùng lạnh thay cho khử trùng nóng trong quá trình làm sạch. Khử trùng lạnh là phương pháp tiệt trùng an toàn và hiệu quả, không làm tăng hoặc hạn chế nhiệt độ của thực phẩm trong quá trình tiệt trùng.
Không chỉ giúp duy trì hoạt tính sinh lý của các thành phần chức năng trong thực phẩm, mà còn giúp giữ màu sắc, hương thơm, vị và các thành phần dinh dưỡng. Khử trùng lạnh có hiệu quả với tất cả vi sinh vật, sau khi pha loãng thường không độc và không bị ảnh hưởng bởi độ cứng của nước. Nó tạo thành một lớp màng mỏng trên bề mặt thiết bị, giúp nồng độ dễ đo lường và kiểm soát, từ đó đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất.
1.1 Làm sạch không axit và tăng cường làm sạch
Bắt đầu quy trình làm sạch không axit, trước tiên thực hiện quy trình làm sạch không axit trong 7 ngày đối với toàn bộ thiết bị, ngoại trừ máy tiệt trùng và bồn vô trùng. Để đạt được mục đích làm sạch, có thể tiến hành làm sạch bằng axit và kiềm vào ngày thứ 8, tương đương với làm sạch tăng cường. Sau đó, áp dụng và tái sử dụng làm sạch bằng kiềm đơn. Sau mỗi lần làm sạch, phải kiểm tra hiệu quả, tiến hành thí nghiệm ứng dụng vi sinh và đo pH của thành ống.
Nồng độ chất khử trùng sử dụng là 0,13%~0,26%. Tất cả thiết bị cần khử trùng phải tuân thủ nghiêm ngặt một tuần liên tục khử trùng lạnh, sau đó lại khử trùng nóng. Sau mỗi lần thực hiện, phải xác minh bằng kiểm tra ứng dụng ATP, và dư lượng vi sinh phải đạt yêu cầu trước khi tiến hành quy trình sản xuất tiếp theo. Tiêu chuẩn làm sạch cần tuân theo hai điểm sau. (1) Mùi. Tươi sạch và không có mùi, cho phép có mùi nhẹ trong quá trình hoặc giai đoạn xử lý đặc biệt mà không ảnh hưởng đến độ an toàn và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. (2) Quan sát. Bề mặt sạch, sáng, không đọng nước, không có màng bám, cặn bẩn hoặc tạp chất khác.
Sau khi xử lý CIP, năng lực sản xuất và gia công của thiết bị đã thay đổi rõ rệt, và các chỉ tiêu vệ sinh cũng như chỉ tiêu vi sinh đã đáp ứng yêu cầu liên quan, không thể dẫn đến việc cải thiện các chỉ tiêu vệ sinh khác của sản phẩm.
2.1 Xác định cặn kiềm do rửa nước không triệt để
Nhỏ vài giọt chất chỉ thị (phenolphthalein) lên bề mặt thiết bị. Nếu dung dịch chuyển sang màu hồng, điều đó cho thấy còn dư kiềm trên thiết bị và thiết bị chưa được rửa sạch hoàn toàn sau khi rửa kiềm.
Nhỏ vài giọt dung dịch axit photphoric lên cặn bẩn trên thiết bị. Nếu xuất hiện bọt khí, điều đó cho thấy cặn bẩn là cặn carbonate của nước cứng; sau 2–3 phút, rửa lại bằng nước. Nếu cặn được loại bỏ, điều đó cho thấy cặn bẩn có tính kiềm. Thiết bị cần được làm sạch và trung hòa bằng sản phẩm có tính axit.
2.3 Xác định màng protein
Nhỏ vài giọt chất tạo màu lên cặn bẩn trên bề mặt thiết bị, để yên 1–2 phút, rửa kỹ bằng dung dịch rửa (hỗn hợp 1:1 giữa axit axetic và ethanol), sau đó rửa lại nhẹ nhàng bằng nước uống. Nếu xuất hiện một lớp màu xanh lam, điều đó cho thấy cặn bẩn có nguồn gốc protein. Làm sạch bằng chất tẩy rửa kiềm clo.
Phân tích dư lượng sau khi làm sạch CIP
3.1 Xác định cặn bẩn có tính axitNhỏ vài giọt NaOH 30% lên cặn bẩn trên bề mặt thiết bị, sau 2–3 phút rửa lại bằng nước. Nếu cặn có thể được loại bỏ, điều đó cho thấy cặn bẩn có tính axit và thiết bị có thể được làm sạch bằng sản phẩm kiềm.
Đặt 2–3 hạt thuốc thử sắt lên bề mặt đã được làm ướt trước, làm ướt các hạt bằng nước và để yên 1–2 phút. Nếu bề mặt có chứa sắt và/hoặc magie, các hạt sẽ chuyển sang màu cam và cần được loại bỏ khi rửa lớp cặn.
Nếu bề mặt có cảm giác trắng và nhờn, đồng thời có các giọt nước bám trên bề mặt, lớp cặn nhiều khả năng là cáu cặn béo. Dùng khăn sạch có chứa chất làm ướt để chà vùng bề mặt, sau đó rửa lại bằng nước. Nếu cảm giác nhờn và hiện tượng giọt nước bám trên bề mặt giảm đi, điều đó cho thấy lớp cặn là cáu cặn béo.
Dựa trên tính chất của cặn bẩn và kiểm tra xác minh ATP, nếu tổng số khuẩn lạc ≥ 150 CFU·mL-1 thì được xem là không đạt và cần làm sạch lại.
Sữa nguyên liệu có hàm lượng protein và chất béo cao tạo ra sữa tiệt trùng siêu cao nhiệt độ. Cặn sữa còn sót lại trên bề mặt ống trong của đoạn UHT rất cứng. Phân tích nguyên tố cho thấy cặn sữa là một cấu trúc phức hợp chủ yếu gồm các chất vô cơ, và chất kiềm trong các quy trình vệ sinh truyền thống không thể phát huy tác dụng có mục tiêu. Tối ưu hóa quy trình làm sạch bằng cách điều chỉnh tần suất làm sạch axit của đoạn tiền xử lý UHT và nồng độ, thời gian, nhiệt độ làm sạch của đoạn UHT để thay đổi trạng thái vật lý của vết bẩn, tăng tốc độ phản ứng hóa học và tăng khả năng hòa tan của vết bẩn, tạo điều kiện cho dung dịch tạp chất bong tách trong quá trình làm sạch, từ đó nâng cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian làm sạch.
Bằng cách tối ưu hóa quy trình làm sạch và chuẩn hóa thao tác vệ sinh CIP ở từng công đoạn của dây chuyền sản xuất trong xưởng, việc làm sạch được thực hiện theo các yêu cầu, quy trình và tiêu chuẩn chất lượng nhất định để đạt được mục tiêu đề ra. Tất cả dụng cụ, đường ống và thiết bị tiếp xúc với nguyên liệu đều được làm sạch hoàn toàn, không có điểm chết hay nguồn ô nhiễm. Đồng thời, lượng hóa chất thải và nước thải từ chất tẩy rửa được giảm bớt, thời gian làm sạch được rút ngắn, tỷ lệ sử dụng thiết bị nhà máy được nâng cao, đạt mục tiêu tiết kiệm nước, tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải.
