Материал: Санитарная обработка оборудования и инвентаря в молочной промышленности

Кроме этого, каким бы высоким гидролизующим действием не обладали гидроокиси и силикаты, эмульгирующая и пенообразующая способности этих электролитов слабовыражены. Наибольшая их гидролизующая и пептизирующая активность проявляется в смеси с поверхностно-активными веществами (ПАВ).

1.6 Физико-химические свойства ПАВ

Способность моющего раствора эмульгировать молочный жир является решающим фактором мойки, поскольку от степени удаления загрязнений, содержащих жир, будет зависеть в дальнейшем смачивание очищенной от жира поверхности. Моющий раствор является хорошим эмульгатором, если все жировые шарики, максимальный диаметр которых 10 микрон, находятся в нем во взвешенном состоянии. Если дисперсность жира в моющем растворе очень низкая, то есть диаметр жировых шариков достигает 120 микрон, то стойкой эмульсии не образуется даже на очень короткий срок [1, 2, 19, 36, 37,57,107,108].

Эмульгирующие свойства моющих растворов разнообразны, все зависит от их химической сущности. Если моющий раствор беден эмульгирующими свойствами, то не будет происходить необходимого смачивания поверхности и, соответственно, качественной дезинфекции.

Эмульгирование жира основано на действии капиллярно активных веществ моющего раствора. Они вызывают снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Капиллярно активные вещества, равномерно проникая в виде мономолекулярной пленки между твердой поверхностью и загрязнением, отделяют их друг от друга. Вследствие стремления поверхностно-активных веществ к уменьшению поверхности частицы загрязнений максимально раздробляются и обволакиваются как бы пленкой, переводя жировые шарики в моющий раствор. Дисперсность эмульгированного в моющем растворе молочного жира поддерживается также за счет турбулентного движения моющей жидкости. Ламинарное течение моющего раствора может привести к образованию лишь грубой дисперсии жира и смачивания при этом наблюдаться не будет. Моющие растворы считаются хорошими, если они имеют низкий показатель межфазного натяжения на границе раствор - жидкий молочный жир. Однако введение в растворы электролитов даже сотых долей ПАВ уже обеспечивает моющему раствору достаточно низкое поверхностное натяжение, но высокого эмульгирующего действия при этом может и не достигаться. Поэтому многие исследователи по вопросам мойки молочного оборудования не считают показатель поверхностного натяжения определяющим фактором моющей способности растворов [57, 59, 107, 108, 125, 126, 127].

Поверхностно-активные вещества имеют асимметрично построенную молекулу, содержащую гидрофильную и гидрофобную группы. Этой структурой и объясняется поверхностная активность веществ.

Существует четыре класса ПАВ, отличающиеся друг от друга по поведению их в водных растворах.

Анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ) в водных растворах диссоциируют на анионы, которые обуславливают веществу поверхностную активность, а катионы лишь влияют на растворимость вещества.

Катионные поверхностно-активные вещества (КПАВ), напротив, ионизируются таким образом, что поверхностную активность веществу придает катион.

Неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ) в водных растворах не ионизируются. Их растворимость в воде обусловлена за счет функциональных групп, имеющих сродство к ней [59].

И последние, амфолитные ПАВ, которые ионизируются в растворах в зависимости от значения рН среды: в кислой среде поверхностную активность обуславливает катион, в щелочной - анион. То есть в кислых растворах амфолитные ПАВ играют роль катионных веществ, а в щелочных - анионных [1, 2, 37, 59, 65, 96, 97, 107, 108, 124, 125, 126, 127].

Судя по литературным источникам производство ПАВ, особенно за рубежом неуклонно растет, создаются новые формулы с целью создания полностью биоразлагаемых веществ [29, 44, 96, 97].

В последние годы применение ПАВ значительно расширилось. Если раньше они использовались лишь в средствах для стирки белья, то теперь около 50 % производимых ПАВ используются в производстве технических моющих средств [33, 41, 47, 48, 96, 98]. Сначала это касалось неионных и катионных веществ, а с развитием пенных моек и чисток - высокопенных анионных и амфолитных веществ [37, 48, 50, 110].

Из АПАВ наиболее популярными за рубежом являются алкилбензол-сульфонаты. Затем была найдена более биоразлагаемая формула анионного ПАВ в виде алкансульфонатов. Интерес к этому веществу был вызван еще и тем, что он экологически менее опасен, чем алкилбензолсульфонаты, может применяться как в порошкообразных, так и в жидких моющих средствах за счет своей хорошей растворимости в воде. Кроме того, на поверхностные свойства этих ПАВ положительно влияют электролиты, что очень важно при разработке моющих средств жидкого типа. К катионным ПАВ относятся соли аминов: первичных, вторичных, третичных, а также четвертичные аммониевые соли (ЧАС), сульфониевые соединения, фосфониевые соединения и алкилпиридиниевые соли [1, 2, 59, 65, 124, 125, 126, 127].

Для технических моющих средств представляют интерес ЧАС, поскольку они обладают хорошей растворимостью в воде, эмульгирующей и смачивающей способностью, снижают поверхностное натяжение, устойчивы в кислой и щелочной средах. Благодаря своей бактерицидной способности, которая значительно повышается в соединении с неионогенными ПАВ [1,2, 11, 29, 37, 44, 65, 123, 127] ЧАС являются выгодными компонентами для создания технических моющих средств (ТМС) с дезинфицирующим действием. Проявляется, так называемый, синергизм (55).

Амфолитные соединения практически совместимы со всеми ПАВ. Для ТМС амфолитные ПАВ не нашли широкого применения, так как в любых соотношениях в растворах электролитов они зачастую высаливаются.

Самыми распространенными веществами в рецептурах моющих средств технического назначения являются неионные ПАВ.

Они обладают хорошей смачивающей способностью, а с электролитами образуют смеси с достаточно высоким моющим действием. Незначительное пенообразование НПАВ делает их довольно привлекательными при создании моющих композиций для циркуляционных систем мойки с высокими скоростями течения растворов. Отрицательным свойством НПАВ является их дегидратация при нагревании свыше 50 °С. Внешне это выражается в помутнении раствора ПАВ, а температуру, при которой это свойство проявляется, называют точкой помутнения. Однако это свойство НПАВ обратимо и при снижении температуры раствор вновь становится прозрачным. Точку помутнения можно повысить путем введения в растворы НПАВ анионных или катионных веществ [1, 2, 107, 124, 125, 126, 127].

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для создания низкопенных моющих композиций, используемых в циркуляционных системах мойки, следует использовать НПАВ. С учетом высокотемпературных режимов мойки оборудования в составы моющих средств необходимо вводить наряду с НПАВ низкопенные анионные или катионные ПАВ и возможно буферные смеси, солюбилизаторы. Это зависит от назначения разрабатываемой рецептуры, значения рН концентрата и физико-химического свойства основного, превалирующего ПАВ.

При создании высокопенных моющих средств для наружной мойки оборудования, напротив, следует использовать одно или несколько анионных АПАВ или их смеси с амфотерными ПАВ. Однако следует учитывать их синергизм и устойчивость при смешивании.

Для придания моющему средству бактерицидных свойств следует вводить катионные ПАВ в смеси с неионогенными ПАВ.

Кроме специальных смачивающих веществ - ПАВ существенное влияние на смачивание очищаемой поверхности оборудования оказывают силикаты, которые повсеместно вводят в рецептуры моющих средств. Однако нельзя забывать, что те же силикаты могут образовывать с солями кальция и магния воды практически нерастворимые осадки, удаляемые только механически, что вызывает повреждение и коррозию обрабатываемых поверхностей. В циркуляционных системах автоматизированных моек важным условием моющего раствора следует признать его способность удерживать растворенные частицы загрязнений, так называемую "грязенесущую способность", особенно если моющий раствор используется многократно в течение нескольких дней. Во время мойки в моющий раствор переходят жир и белок, что приводит к истощению моющих свойств раствора, приводящего к повторному отложению загрязнений на очищенную поверхность оборудования при последующем применении загрязненного средства.

Изучение отдельных факторов процесса мойки - механического воздействия на удаление загрязнений, пептизации белковых веществ, эмульгирования жира, смачивания поверхности материалов, а также растворения загрязнений позволило получить важные сведения для понимания самого процесса мойки.

1.7 Физико-химические свойства комплексообразователей

Щелочные растворы недостаточно воздействуют на минеральные кальциево-фосфатные загрязнения с включениями казеина и молочного протеина. При добавлении в щелочной моющий раствор определенных комплексообразователей, минеральные соли выделяются из матрицы загрязнения и разрушают ее структуру, что в конечном счете способствует более качественному проведению щелочной мойки. В качестве комплексообразователей в препаратах щелочного типа чаще всего используют [99, 124] фосфаты (триполифосфат, пирофосфат или гексаметафосфат натрия). В таблице 1.2. представлены физико-химические характеристики этих комплексообра-зователей [127].

Таблица 1.2. Свойства фосфатов (по средним данным)

В связи с эутрофикацией водоемов проводятся работы как отечественными так и зарубежными исследователями по замене фосфатов на другие виды комплексообразователей [17, 25, 46, 60, 61, 89, 124].

В таблице 1.3. показана комплексообразующая способность двух классов комплексообразователей: неорганического и органического происхождения.

Широкое применение взамен фосфатов натрия находят органические комплексообразователи: нитрилотриуксусная кислота (НТА) или этилендиа-минтетрауксусная кислота (ЭДТА), или их натриевые соли (Трилон А и Трилон Б), а также органические кислоты и их сополимеры, обладающие ком-плексообразующей способностью. Они превосходят триполифосфат натрия в 1,5 - 4,0 раза [127] по степени связывания минеральных солей молока и солей жесткости воды в водорастворимые комплексы.

Таблица 1.3.

Сравнительная характеристика комплексообразователей органического и неорганического происхождения

Однако не все комплексообразователи могут быть использованы в жидких моющих композициях. В связи с этим необходимо было изучить возможность введения в жидкие моющие средства в качестве комплексообразователей фосфонатов [25], определить их связывающую способность с солями жесткости воды и, как итог, влияние на моющую способность композиции в целом.

1.8 Заключение и задачи исследования

Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что при производстве молочной продукции операции мойки и дезинфекции (санитарная обработка) являются критически важными этапами.

В то же время на молочных предприятиях России крайне ограниченно используются жидкие моющие средства отечественного производства, несмотря на огромную потребность в них.

Из обзора литературы следует, что нет достаточного опыта в создании жидких синтетических моющих средств для санитарной обработки молочного оборудования с использованием отечественных компонентов. Поэтому исследования, направленные на создание композиций моющих средств с различными функциональными характеристиками и разработка режимов их рационального использования на предприятиях отрасли представляется актуальной задачей.

Известно, что для гидролиза белковых загрязнений необходимы щелочные электролиты, а для расщепления, эмульгирования жиров - поверхностно-активные вещества (ПАВ). Немаловажную роль в моющем действии играют комплексообразователи. Для получения стабильных при хранении, не расслаивающихся и не образующих осадков жидких концентратов моющих средств необходимы солюбилизаторы. Подбор солюбилизаторов является важным моментом, особенно при создании высокощелочных препаратов жидкого типа, так как большинство поверхностно-активных веществ высаливаются в электролитах.

Подход к выбору ПАВ и комплексообразователей чисто индивидуален, поскольку при малейшей несовместимости вещества с более высокой молекулярной массой, а также с более низкой комплексообразующей способностью будут выпадать в осадок, а средство в целом - терять заданные положительные свойства.

На основании изложенного целью диссертационной работы является разработка технологических режимов санитарной обработки маслодельного оборудования и автоматов для асептического розлива и фасовки жидких молочных продуктов.

Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить составы загрязнений, образующиеся на поверхности оборудования, соприкасающегося с продуктами маслоделия и на наружных поверхностях расфасовочных автоматов;

- определить степень гидролиза и эмульгирования молочно-жировых загрязнений и установить количественные закономерности влияния на этот показатель химических компонентов и их смесей (электролитов, ПАВ, комплексообразователей);

· разработать научно-обоснованные рецептуры многокомпонентных жидких моющих средств для механизированного способа одновременной мойки и дезинфекции технологического оборудования маслодельного производства и для автоматизированной мойки автоматов асептического розлива и фасовки молочных продуктов;

· определить степень удаления молочно-жировых загрязнений на базе разработанных рецептур;

·  исследовать дезинфицирующую способность моюще-дезинфицирующего средства по отношению к условно-патогенной микрофлоре молочного производства;

·  разработать нормативную документацию (ТУ) на производство жидких моющих средств и провести промышленную апробацию на предприятиях молочной отрасли;

·  разработать технологические решения по санитарной обработке различных видов маслодельного оборудования и автоматов асептического розлива и фасовки в молочной промышленности с использованием новых жидких моющих средств.

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Создание многокомпонентной рецептуры моющего средства служит основой эксперимента, задача которого состоит в получении математической модели, необходимой для оптимизации или аппроксимации полученных результатов. Эксперимент, суть которого заключается в варьировании выбранными факторами по определенному плану, позволяет получить математическую модель в виде линейного полинома:

У = А0Х0 + А1Х1+А2Х2+... + А12Х1Х2+... (2.1.)

и исследовать его методами математической статистики [39, 52, 120].

В качестве факторов эксперимента (XI, Х2, ХЗ) были выбраны концентрации реагентов: щелочных электролитов, поверхностно-активных веществ и комплексообразователей.

В качестве функции отклика (Y) - функциональное свойство (степень растворения молочно-жировых загрязнений).

2.1 Методы оценки моющих веществ и моющих средств

На предприятиях молочной промышленности для мойки технологического оборудования используют средства, представляющие собой отдельные химические вещества или сложные смеси, к которым для повышения их моющего действия могут быть добавлены специальные компоненты.