Материал: Санитарная обработка оборудования и инвентаря в молочной промышленности

.4 Композиционные составы жидких моющих средств

Проводя обзор патентной литературы можно с уверенностью сказать, что проблеме создания моющих средств уделяется огромное внимание. Количество отечественных заявок огромно, но технический уровень их, к сожалению, уступает зарубежным. Здесь, безусловно, сказывается застой в разработках новых видов биоразлагаемых поверхностно-активных веществ (ПАВ). В последние годы значительно снизился научный потенциал в нефтехимической отрасли, курирующей ранее проблему разработок, синтеза, исследований, производства и внедрения ПАВ. Работы в этом направлении практически свернуты.

В то же время в молочной промышленности внедряются новые виды оборудования [13], сложность их конструкций и экономические причины привели к созданию современной технологии безразборной мойки механизированным или автоматизированным способом, позволяющей многократно использовать моющие растворы в системе мойки. Кроме этого созданы специальные устройства для пенной мойки внешних поверхностей оборудования, полов и стен.

В связи с этим в последние годы в молочной отрасли наметилась тенденции к использованию жидких технических моющих средств. Это обусловлено удобством применения жидких препаратов в централизованных циркуляционных системах мойки с дозирующими устройствами, что обеспечивает постоянное поддержание концентрации рабочих моющих растворов на требуемом уровне, а самое главное - полнотой растворения концентратов в воде. Немаловажным фактором является транспортировка и хранение: на крупных предприятиях - это использование бочек (60 - 250 л), контейнеров (800 - 1200 л) и железнодорожных цистерн, а при меньших объемах - оборотная полимерная тара от 1 до 60 л значительно удобнее для хранения, чем бумажные мешки с порошками на производстве с повышенной влажностью воздуха в моечном отделении и производственных цехах.

Российскими учеными запатентован ряд жидких моющих средств для обезжиривания твердых поверхностей. Наибольший интерес представляют моющие средства, рекомендуемые для технических целей [73, 74, 78, 79, 81, 83, 84, 85, 87, 90, 91]. Остальные рецептуры могут быть использованы только для бытовых целей [66, 69, 75, 80, 86, 88, 92].

Для циркуляционной санитарной обработки внутренних поверхностей пищевого оборудования фирмами США и Германии ("Henkel - Ecolab Corp.", "DR. WEIGERT" и др. предложены средства, содержащие до 25 % едкого калия и фосфонаты до 5 % [68, 71, 76]. Оба препарата имеют рН 1 %-ных растворов в пределах 12,7 - 13,2 ед. Аналогичным по составу является японское средство [93], содержащее смесь эфира и малеинового ангидрида со щелочами, в частности с едким калием, едким натрием, силикатом натрия в качестве основных компонентов. Но указанные составы не содержат ПАВ, вследствие чего вызывает сомнение их эмульгирующая способность по отношению к жировым компонентам загрязнений.

Хорошим моющим действием, как утверждают авторы, обладает геле-образный моющий состав, запатентованный США, рекомендуемый для машинной мойки и содержащий силикат натрия, фосфат и карбонат калия, остальное - воду [67]. Этот препарат, на наш взгляд, больше подходит для мойки резервуаров и трубопроводов.

Фирмой "Orion Corporation NOIRO" (Финляндия) выпускается серия жидких многокомпонентных продуктов "ФЕТ" для санитарной обработки на предприятиях молочной промышленности. Сильнощелочные моющие препараты: "37 Торо" и "47 Тармо". К примеру, в состав "ФЕТ 37 Торо" входит гидроокись натрия > 5 %, синтетические ПАВ, комплексообразователи и вода; рН рабочих растворов около 13 ед. [9]. Однако эти препараты более пригодны для мойки теплообменных аппаратов, резервуаров и трубопроводов.

Фирма "Chemische fabric DR. WEIGERT GmbH & Co. KG" производит целый ряд жидких моющих средств для молочной промышленности серии "Неомоскан" слабощелочного характера с различным пенообразованием: "ФА-4", "ФА-Г и сильнощелочных средств различного состава и назначения: "ФА-17", "ФА-19", "ФА-19ц", "Ф 510", "УХТ". Препарат "ФА-17" создан на основе гидроокиси натрия, органических кислот, фосфонатов и поли-карбоксилатов [71]. В основном, эти средства используются в отечественной практике для пенной мойки внешних поверхностей резервуаров, стен и полов на предприятиях пищевой промышленности.

Для ручного способа санитарной обработки пищевого оборудования зарубежными фирмами предложен ряд сложных по химическому составу жидких моющих концентратов, включающих неионогенные и анионные ПАВ, вторичные спирты и большой ряд слабощелочных электролитов (цитратов, карбонатов, бикарбонатов, фосфатов, фосфонатов, сульфатов и т.д.) а также цеолиты и воду [67, 70, 82]. Одной из этих фирм предлагается средство [72, 77], которое по составу и назначению представляет большой интерес по исследуемой нами проблеме мойки автоматов асептического розлива и фасовки.

Современные санитарно-гигиенические требования диктуют проведение более тщательной санитарной обработки внешних поверхностей оборудования, полов и стен в производственных и.вспомогательных цехах с целью обеспечения чистоты воздуха и поверхностей от нежелательной микрофлоры. Для проведения этих мероприятий разработаны специальные моющие средства с высокой пенообразующей способностью. Эти препараты удобны для мойки так называемых "узких мест" оборудования, куда невозможно попасть моющему раствору при циркуляции и тем более при ручном способе мойки с помощью ершей и щеток. В этом случае помогает только пена. Для нанесения моющего раствора в виде пены разработаны специальные устройства: пеногенераторы, пенообразователи, небольших размеров "пенные пушки", работающие под невысоким давлением (до 6-8 атм.). Последние очень удобны для мойки малогабаритного оборудования и инвентаря.

Особенно широко на российском рынке представлена и используется продукция таких авторитетных американских фирм, как "Procter and Gambl Co." [77 и др.], "Colgate - Palmolive Co." [82 и др.]. Продукция этих фирм относится, в большинстве своем, к препаратам бытового назначения: жидкие, гелеобразные, высокопенные и беспенные для мытья посуды вручную, в автоматических моечных машинах, для мойки стеклянной и фарфоровой посуды в барах и ресторанах. Достаточно в большом ассортименте эти фирмы выпускают и специальные моющие средства для пенной мойки оборудования.

Таким образом, ведущими фирмами по созданию технических моющих средств жидкого типа являются "Henkel - Ecolab Corp." (США - Германия), "DR. WEIGERT" (Германия), "Orion Corporation NOIRO" (Финляндия).

Как правило, санитарную обработку оборудования на предприятиях молочной промышленности проводят в два этапа. Вначале его моют растворами моющих средств, затем ополаскивают водой и дезинфицируют. Эти процессы можно совместить, если использовать моюще-дезинфицирующие средства. Применение таких препаратов позволяет не только сократить продолжительность санитарной обработки оборудования, но и значительно сэкономить энергозатраты, воду, облегчить проведение самого процесса и повысить культуру производства. Поэтому вопросам создания моюще-дезинфицирующих композиций и изысканию для этой цели дезинфицирующих действующих веществ (ДВ) в последнее время уделяется большое внимание.

В состав таких средств, кроме щелочных компонентов, входят дезинфицирующие вещества, в качестве которых чаще всего ранее использовали хлорсодержащие соединения.

Однако в последние годы в отечественной практике и за рубежом достаточно широко используются композиции, содержащие в качестве ДВ четвертичные аммонийные соединения (ЧАС). Бактерицидная активность ЧАС обусловлена прочной адсорбцией молекул ПАВ и нарушением дыхательной функции микробных клеток [63, 127]. Кроме этого, включение ЧАС в композицию щелочного моющего средства представляется интересным, т.к. бактерицидное действие их возрастает с ростом значения показателя активности водородных ионов (рН) [5, 11, 63, 124, 127].

Введение в моющие композиции дезинфектантов других групп нежелательно либо с точки зрения токсичности и опасности (альдегидов, глиок-салей), либо из-за неустойчивости их (перекисных соединений или гуанидинов) в жидких щелочных средах.

Таким образом, наиболее перспективным направлением при создании моющедезинфицирующей композиции является проведение исследований по подбору компонентов, обладающих синергетическими свойствами по отношению к ЧАС.

На основании литературного обзора можно сделать вывод, что жидкие моющие средства для удаления молочных загрязнений в обязательном порядке должны состоять из следующих компонентов: электролитов, поверхностно-активных веществ и комплексообразователей. Кроме этого, желательно при необходимости введение антикоррозиантов, солюбилизаторов (гидротропных веществ для улучшения растворимости компонентов и прозрачности растворов). В рецептурах моюще-дезинфицирующих средств в качестве необходимых компонентов следует назвать бактерицидные добавки (ДВ - дезинфектанты), а в качестве желаемых - буферные смеси и вещества, обеспечивающие препаратам морозоустойчивость.

1.5 Физико-химические свойства электролитов

Как нами ранее указывалось, молочное оборудование загрязняется преимущественно составными частями молока - белком, жиром, фосфолипидами и минеральными солями молока и воды [20, 43, 57, 58, 122, 130]. Поэтому химический состав моющих средств должен быть таковым, чтобы обеспечивать их полное удаление. Обязательным условием при этом являются процессы, обеспечивающие химические изменения загрязнений: набухание и пептизацию белковых частиц молока, эмульгирование и частичное омыление жира и жироподобных веществ, растворение минеральных солей или перевод их в комплексные растворимые соединения. Дополнительным и очень важным фактором являются диспергирующие и смачивающие свойства моющих растворов.

Набухание и пептизация белка может протекать и в воде, но в течение значительного времени. При воздействии свежего моющего раствора со значением рН 12,75 ед. при температуре 60 °С присохшие остатки обезжиренного молока пептизируются уже за 2,5 минуты. Скорость пептизации, безусловно, зависит от первоначальной величины частиц белкового загрязнения и от степени их адгезии с поверхностью, состояния загрязнения (влажное или подсохшее). Но главным условием все же остается щелочность моющего раствора, необходимая для быстрой пептизации [36, 57]. Однако повышение щелочности моющих растворов ограничивается пределом коррозионной стойкости материала молочного оборудования и инвентаря.

Обзор патентной и периодической литературы показал, что основными компонентами технических моющих средств (ТМС) являются электролиты: щелочная среда моющего раствора является необходимым фактором во всех моющих и очищающих процессах. Электролиты необходимы для расщепления и растворения белковой части молочного загрязнения. При этом величина рН раствора электролита должна быть тем выше, чем больше в загрязнении денатурированных белков.

Рядом исследователей установлено, что для растворения денатурированных белков необходимы растворы электролитов с рН от 12,4 и выше. Из неорганических электролитов этим условиях отвечают лишь гидроокиси.

Перевод белков в водорастворимое состояние возможен либо частичным гидролизом белка путем расщепления его молекулы по реакции [42, 58, 62, 128, 129]:

либо нейтрализацией свободных карбоксильных групп по реакциям:

- для комплекса казеина с сывороточными белками:

NH2-R-(СОО)6Са3 + 6 NaOH => NH2-R - (COONa)6 + 3 Ca(OH)2 (1.2.)

КФК плохо растворим Казеинат натрия - хорошо растворим

в воде

- для сывороточных белков:

Лактоальбумин + х • NaOH => лактоальбуминат натрия + х • Н2О     (1-3.)

плохо растворим         хорошо растворим

После гидроокисей натрия и калия важнейшими электролитами являются карбонаты и силикаты, так как гидролиз этих солей обуславливает щелочную реакцию. При этом растворы силикатов натрия и калия имеют более высокую щелочную реакцию, чем растворы карбонатов, что связано с образованием ионов натрия и гидроксила при гидролизе его в воде по следующей реакции:

Na2O • SiO2 • 5Н2О => Na+ + ОН~+ SiO2 • Н2О                   (1.4.)

Силикатам отводится достаточно большая роль, особенно при создании средств жидкого типа. Эти электролиты за счет высокой степени растворимости в воде являются полезной добавкой к гидроокисям благодаря способности вызывать набухание белков, стабилизировать дисперсии и проявлять суспендирующее действие [36, 57, 58, 64, 106, 124, 127].

Значения рН водных растворов силиката натрия и гидроокиси натрия, взятых в одинаковых концентрациях отличаются незначительно, что указывает на высокую поляризацию силикатов, особенно это касается силикатов калия.

Для жидких моющих средств предпочтительнее использовать силикат калия, который будет обеспечивать прозрачность и необходимую вязкость концентрату [59, 96, 124, 127].

Препараты на основе силикатов эффективно удаляют загрязнения, образующиеся в виде тонких пленок нативного белка и жира в резервуарах, трубопроводах, на поверхностях тары и инвентаря. Однако полного гидролиза денатурированных белков с помощью силикатов добиться невозможно в связи с недостаточной степенью диссоциации ионов силикатов и, соответственно, недостаточно высоким значениям рН [57, 58, 122, 124, 130]. Таким образом, щелочные ТМС, предназначенные для очистки поверхностей оборудования от белковых загрязнений, образующихся в аппаратах обработки молочного сырья, должны обязательно содержать гидроокиси. Традиционно используемый в моющих средствах в качестве носителей щелочности едкий натрий непригоден, так как вызывает кристаллизацию концентрата, для этих целей необходима гидроокись калия или подбор специальных солюбилиза-торов, предотвращающих кристаллизацию смесей едкого натрия с полезными добавками.

В таблице 1 приводится щелочность растворов, применяемых для различных случаев мойки. В представленных данных видна значительная разница в щелочности растворов, а, следовательно, различное их воздействие на набухание и пептизацию белковых веществ. При этом, конечно, соответствующим буфером необходимо возможно дольше поддерживать определенное значение рН раствора в процессе мойки, не допуская его быстрого снижения [57].

Таблица 1.1. Значение рН и щелочность моющих растворов различного назначения

Если белковые загрязнения находятся во влажном состоянии, то не только набухание, но и пептизация их в растворе протекает за крайне короткий срок. Присохшие же загрязнения поддаются набуханию и пептизации с большим трудом, поэтому соответствующие участки оборудования не рекомендуется оставлять надолго сухими (пустыми), а направлять в них воду для ополаскивания, а затем моющий раствор [15, 33, 35, 36, 56, 57, 58, 106].