بررسی عوامل تأثیرگذار در شستشوی مناسب تجهیزات مورد استفاده در کارخانه‌های شیر در راستای ارتقای کیفیت و کاهش هزینه‌های شستشو

محورهای موضوعی : علوم و صنایع غذایی

محمدابراهیم محمدپور میر ^{1 *}

1 - دانشجوی دکترای تخصصی مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

تاریخ دریافت : 1403/11/28 تاریخ پذیرش : 1404/01/30 تاریخ انتشار : 1403/11/30

کلید واژه: افشانک, تجهیزات شستشو, شستشوی درجا, شوینده اسیدی, شوینده قلیایی ,

چکیده مقاله :

تولید ایمن به لحاظ میکروبی، کیفیت و ماندگاری محصول در صنعت غذا را افزایش می‌دهد. با توجه به ارتقای رویکرد شرکت‌های شیر جهت دستیابی به سطح بالای کیفی محصول، شستشوی تمامی اجزای تجهیزات شیر به یکی از دغدغه‌های بسیار مهم کارخانه‌های ساخت تجهیزات شیر تبدیل‌شده است. از این رو، در این مقاله مروری، به بررسی عوامل تأثیرگذار در شستشوی مناسب تجهیزات پرداخته شد. در این مقاله، از مقاله‌ها و کتاب‌های که در بانک‌های اطلاعاتی Springer، Science direct، Scopus و John Wiley منتشر شده استفاده شد. هم‌چنین از تجربه‌های عملی موفق که در کارخانه‌های داخل و خارج کشور اجرا شد استفاده گردید. با توجه به مطالعات انجام شده، شستشوی درجا (CIP) بهترین روش جهت رفع نیازهای مهم کارخانه‌های شیر جهت شستشوی تجهیزات است. باتوجه به نوع محصول، شرایط تولید و طراحی دستگاه، 4 متغیر دما، فشار یا عمل مکانیکی، غلظت و زمان محلول‌های شیمیایی جهت حصول تمیزی در سه سطح فیزیکی، شیمیایی و میکروبی تأثیرگذار هستند. به طور کلی در این سیستم، سود سوزآور با غلظت 5/0تا 2 درصد در دماي حدود 80-70 درجه سلسیوس به مدت 10 الی 30 دقیقه جهت از بین بردن موادآلی، اسید نیتریک با غلظت 5/0 تا 1 درصد با درجه حرارت 55-75 درجه سلسیوس به مدت 5 تا 20 دقیقه جهت از بین بردن مواد معدنی و آب داغ یا دمای 95-90 درجه سلسیوس به مدت 10 الی 30 دقیقه جهت ضدعفونی‌کردن استفاده می‌شود.

چکیده انگلیسی:

Microbiological safety in production is essential for enhancing product quality and extending shelf life in the food industry. As dairy companies increasingly prioritize high product standards, thorough cleaning of equipment components has become a critical focus for dairy equipment manufacturers. This review explores the key factors influencing effective equipment cleaning, drawing on research articles and books from Springer, ScienceDirect, Scopus, and John Wiley, as well as successful practices from established dairy factories. According to the literature, Cleaning-In-Place (CIP) systems are the most effective method for meeting the stringent hygiene requirements of dairy processing equipment. CIP effectiveness depends on four key variables: temperature, mechanical action (or pressure), chemical concentration, and cleaning duration. These factors ensure cleanliness on physical, chemical, and microbiological levels. Typically, a caustic soda solution (0.5%–2%) is used at 70–80°C for 10–30 minutes to remove organic residues, while nitric acid (0.5%–1%) is applied at 55–75°C for 5–20 minutes to eliminate mineral deposits. Finally, hot water (90–95°C) is used for 10–30 minutes for disinfection.

متن کامل:



بهداشت مواد غذایی                                                                                                                                دوره 14، شماره 4، پیاپی 56، زمستان 1403، صفحات: 37-56

 

 

«مقاله مروری»                                                                                    DOI: 10.71876/jfh.2025.1194555

 

بررسی عوامل تأثیرگذار در شستشوی مناسب تجهیزات مورد استفاده در کارخانه‌های شیر در راستای ارتقای کیفیت و کاهش هزینه‌های شستشو

بررسی اثر عوامل شستشوی مناسب در کارخانه‌های شیر

 

               محمدابراهیم محمدپور میر1* 

    

1-دانشجوی دکترای تخصصی مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

*نویسنده مسئول مکاتبات: [e-mail]

(دریافت مقاله: 28/11/1403 پذیرش نهایی: 30/1/1404)

 

 

 

 

چکیده

تولید ایمن به لحاظ میکروبی، کیفیت و ماندگاری محصول در صنعت غذا را افزایش می‌دهد. با توجه به ارتقای رویکرد شرکت‌های شیر جهت دستیابی به سطح بالای کیفی محصول، شستشوی تمامی اجزای تجهیزات شیر به یکی از دغدغه‌های بسیار مهم کارخانه‌های ساخت تجهیزات شیر تبدیل‌شده است. از این رو، در این مقاله مروری، به بررسی عوامل تأثیرگذار در شستشوی مناسب تجهیزات پرداخته شد. در این مقاله، از مقاله‌ها و کتاب‌های که در بانک‌های اطلاعاتی Springer، Science direct، Scopus و John Wiley منتشر شده استفاده شد. هم‌چنین از تجربه‌های عملی موفق که در کارخانه‌های داخل و خارج کشور اجرا شد استفاده گردید. با توجه به مطالعات انجام شده، شستشوی درجا (CIP) بهترین روش جهت رفع نیازهای مهم کارخانه‌های شیر جهت شستشوی تجهیزات است. باتوجه به نوع محصول، شرایط تولید و طراحی دستگاه، 4 متغیر دما، فشار یا عمل مکانیکی، غلظت و زمان محلول‌های شیمیایی جهت حصول تمیزی در سه سطح فیزیکی، شیمیایی و میکروبی تأثیرگذار هستند. به طور کلی در این سیستم، سود سوزآور با غلظت 5/0تا 2 درصد در دماي حدود 80-70 درجه سلسیوس به مدت 10 الی 30 دقیقه جهت از بین بردن موادآلی، اسید نیتریک با غلظت 5/0 تا 1 درصد با درجه حرارت 55-75 درجه سلسیوس به مدت 5 تا 20 دقیقه جهت از بین بردن مواد معدنی و آب داغ یا دمای 95-90 درجه سلسیوس به مدت 10 الی 30 دقیقه جهت ضدعفونی‌کردن استفاده می‌شود. 

واژه‌های کلیدی: افشانک، تجهیزات شستشو، شستشوی درجا، شوینده اسیدی، شوینده قلیایی 

 

 

 

 

مقدمه

تولید مواد غذایی در فضاهایی که به‌طور کامل تمیز و ضدعفونی نیستند می‌تواند سبب فاسدشدن مواد غذایی و بیماری‌های متعاقب آن شود. زمانی که شرایط مهیا باشد اعم از ماده غذایی، رطوبت، pH، دما و سطح اکسیژن، باکتري‌ها، کپک‌ها و مخمرها در غذا شروع به تکثیر شدن می‌کنند. این میکروارگانیسم‌ها، زمان ماندگاری مواد غذایی را از طریق تغییر در رنگ، بافت، طعم و بوي آن کاهش می‌دهند. این تغییرات مصرف غذا را برای انسان نامطلوب و ممکن است بر سلامت انسان تأثیر بگذارد (Tamime, 2009). در زمان قدیم شستشوی تجهیزات به‌وسیله کارگر و با استفاده از برس‌ها و محلول‌هاي شوینده انجام می‌شد که این عمل دشوار و کارایی لازم را نداشت و در بیشتر موارد موجب آلودگی مجدد محصولات می‌گردید. سال‌هاست که (Cleaning In Place)  CIP  جایگزین مناسبی براي شستشوي دستی شده است، اگرچه در برخی صنایع غذایی کوچک هنوز هم ممکن است شستشو به‌صورت دستی صورت گیرد(Pant et al., 2023; Joppen, 2004). مفهوم CIP بدان معناست که شستشوی تجهیزات بدون آنکه قطعات آن باز شود انجام می‌شود (Seiberling, 2007). در حال حاضر CIP یک فعالیت جامع در همه کارخانه‌های شیر پیشرفته و بزرگ است. نیازها براي CIP مناسب با توجه به تأثیر مستقیم در بهبود شرایط بهداشتی کارخانه، کیفیت محصول نهایی، ماندگاری محصول و شرایط میکروبی محصول در کارخانه‌های مواد غذایی و به‌ویژه در کارخانه‌های شیر افزایش‌یافته است زیرا در صنایع شیر به هر سه سطح پاکیزگی فیزیکی، شیمیایی و میکروبی نیاز است (Moerman et al., 2014). پاکیزگی فیزیکی، ناخالصی‌ها و هر جسم خارجی ناخواسته را در برمی‌گیرد که ممکن است بی‌ضرر یا مضر باشند. عمدتاً تمیزي از جنبه ظاهري را در بردارد (Tamime, 2009; Scholander, 2015). تمیزي شیمیایی زدودن بقایاي محصول ناشی می‌شود. بقایاي مواد شوینده نیز می‌تواند چنین آلودگی را ایجاد کند. سطح تمیز می‌بایست عاري از هرگونه مواد شیمیایی باشد یا به عبارتی عاري از هرگونه بو و مزه باشد (Tamime, 2009; Scholander, 2015). پاکیزگی میکروبی به درجه آلودگی میکروبی باقی‌مانده روي سطح ارجاع می‌شود که در دو سطح مختلف قابل‌بررسی است. اول دستگاه‌‌هایی که ضدعفونی می‌شوند و بار میکروبی آن‌ها تا یک حد قابل‌قبول از دید استانداردهاي بهداشتی کاهش می‌یابد و دوم سطوحی که کاملاً سترون  (Sterile) می‌شوند و عاري از هرگونه میکروارگانیسمی هستند (Thamas and Sathian, 2014). رسوبات و اجرام به دودسته‌ی آلی و غیر آلی تقسیم می‌شوند. از رسوبات آلی می‌توان به چربی، پروتئین(دناتوره و غیردناتوره)، شکر(احتمالاً کاراملیزه) و از رسوبات معدنی می‌توان به نمک، صمغ، نشاسته و ... اشاره کرد (Thamas and Sathian, 2014). به‌طورکلی پروتئین‌ها، محلول در محیط بازی یا قلیا هستند (Thamas and Sathian, 2014). در اثر حرارت، پروتئین‌ها دناتوره می‌شوند که به‌سختی پاك می‌شوند. پروتئین در حالت طبیعی داراي ساختار سه‌بعدی ویژه‌ای است (Thamas and Sathian, 2014). پروتئین تحت تأثیر عوامل ویژه‌ای همچون pH ، حرارت و آنزیم‌ها، ساختار سه‌بعدی خود را ازدست‌داده و به ساختار اول خود یا همان ساختار خطی تبدیل می‌شوند که ترتیبی از اسیدآمینه‌ها پشت سرهم است. چنین ساختاري تمایل بیشتري براي ترکیب شدن با دیگر مولکول‌ها دارد (مانند قند، رزین، دیگر پروتئین‌ها و ..) که منجر به تشکیل ساختاري بزرگ‌تر و نامحلول‌تر می‌شود (Thamas and Sathian, 2014). درصورتی‌که چنین پروتئین‌هاي دناتوره‌اي با مواد معدنی ترکیب شوند، چسبندگی این مواد ته‌نشین شده به سطوح استیل بیشتر می‌شود. چربی‌ها معمولاً با استفاده از آب داغ با درجه حرارت بالاتر از نقطه ذوب چربی حذف و جابجا می‌شوند. چربی، محلول در محیط بازی یا قلیا است. در اثر حرارت، بر روی آن پدیده پلیمریزاسیون رخ می‌دهد که از بین بردن آن بسیار دشوار است(Thamas and Sathian, 2014). قندها محلول در آب بوده و به‌راحتی پاك می‌شوند. درصورتی‌که در اثر حرارت پدیده کاراملیزاسیون اتفاق بیفتد، پاك کردن آن‌ها دشوارتر می‌شود. مواد معدنی کم‌تر از 1درصد از مواد جامد شیر را تشکیل می‌دهند که مهم‌ترین آن‌ها کلسیم، سدیم، پتاسیم و منیزیم هستند. اکثر آن‌ها محلول در اسید هستند. به هرحال بیشتر اجرام و رسوبات ترکیبی از هر دو نوع آلی و غیر آلی هستند (Thamas and Sathian, 2014).

قدرت خیساندن، نفوذ کردن، پراکنده‌سازی، سوسپانسیون‌سازي و قابلیت تخلیه از مهم‌ترین ویژگی‌هایی است که یک شوینده دلخواه باید داشته باشد. علاوه براین باید از لحاظ اقتصادي به‌صرفه باشد، عملکرد آن متأثر از سختی آب نبوده، سمی نباشد، حلالیت سریع و کامل داشته باشد، در حالت انبارداری پایدار، استفاده از آن راحت، در درجه حرارت‌های مورد استفاده پایدار، در غلظت‌های مورد استفاده خورنده نباشد، کف تولید نکند، قابلیت کنترل داشته باشد (Tamime, 2015; Pant et al, 2023).

-شوینده‌های قلیایی

از مواد شوینده قلیایی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند می‌توان به سود سوزآور، کربنات سدیم، متاسیلیکات سدیم و تری سدیم فسفات اشاره کرد. ویژگی‌های مواد ذکر شده در جدول (1) آورده شده است (Khalid et al., 2014).

 

 

جدول (1)- خصوصیات برخی از شوینده‌های قلیایی

مواد شوینده	قدرت مرطوب‌کنندگی	آمولسیون کنندگی	قدرت شویندگی	میکروب کشی
سود سوزآور	کم	کم	متوسط	خوب
کربنات سدیم	کم	کم	خوب	متوسط
متاسیلیکات سدیم	خوب	خوب	خوب	متوسط
تری سدیم فسفات	خوب	متوسط	خوب	متوسط

 

 

-شوینده‌های اسیدی

اسیدهاي معمول مورد استفاده در صنایع شیر اسیدهاي معدنی مانند اسیدنیتریک و اسیدفسفریک و هم‌چنین اسیدهاي آلی مانند سیتریک‌اسید هستند. از سایراسیدهاي معدنی که گهگاه ممکن است استفاده شوند اسیدسولفوریک و از اسیدهاي آلی گلوکونیک‌اسید و هیدروکسی‌استیک‌اسید را می‌توان نام برد. اسیدهاي ارگانیک به‌دلیل هزینه‌هاي بالا معمولاً استفاده نمی‌شوند ولی داراي خورندگی کم‌تري نسبت به اسیدهاي معدنی هستند. علاوه‌براین از آنجائیکه اسیدهاي ارگانیک قدرت یونیزه شدن کم‌تري دارند به درجه حرارت‌هاي بالاتري براي شستشو نسبت به اسیدهاي معدنی نیاز دارند. معمولاً از اسیدهاي ارگانیک براي سطوحی که احتمال خورندگی با اسیدهاي معدنی وجود دارد استفاده می‌شود. یکی از مزیت‌هاي استفاده از اسید این است که باعث ایجاد درخشندگی استیل می‌شود. از شوینده‌هاي اسیدي برای روي سطوح آهنی نباید استفاده کرد، زیرا آلیاژهایی بر پایه آهن (مانند کربن استیل) مستعد به زنگ زدن هستند. در این شرایط، باید از شوینده‌ي خنثی استفاده کرد (Yang, 2018).

شکل(1) مراحل فرآیند شستشو را بیان می‌کند (Tamime, 2009):

 

 

شکل (1)- مراحل فرآیند شستشو

 

بازیابی (Recovery) محصول مواد غذایی با استفاده از تخلیه مواد تحت نیروي جاذبه یا با استفاده از هواي فشرده یا آب براي خالی کردن مسیر از محصول صورت می‌گیرد. این مرحله معمولاً با مرحله آب‌کشی اولیه برنامه شستشو یکپارچه می‌شود. با نصب یک دریچه (Valve) انحرافی به خط ارسال که به یک مخزن یا تانک بازیابی متصل است محصول باقی‌مانده در دستگاه جمع‌آوري می‌شود. معمولاً در این قسمت با نصب شیشه رویت (Sight Glass) به‌راحتی می‌توان پایان بازیابی محصول را تشخیص داد. در حالت‌هاي بهبودیافته‌تر این دریچه انحرافی حالت خودکار داشته و در هنگام بازیابی محصول براي مدت زمان خاصی باز می‌شود یا در حالت‌هاي دیگر این دریچه بر اساس غلظت و میزان کدورت جریان عمل می‌کند. این مرحله با آب قابل شرب و با درجه حرارت معمولی آب صورت می‌گیرد و تا زمانی ادامه می‌یابد که آب خارج شده از تجهیز آب‌کشی اولیه کاملاً صاف و زلال شود. آب‌کشی اولیه بسیار مهم است و در صورت نقص در این مرحله، آلودگی‌ها وارد تانک‌هاي حاوي مواد شیمیایی می‌شود. همواره فرض براین است که استفاده از آب با درجه حرارت‌هاي بالاتر شویندگی بهتري را به‌همراه خواهد داشت ولی آب با درجه حرارت 43 تا 50 درجه سلسیوس براي شستشو بهترین است. آبی که خیلی داغ باشد ممکن است باعث پختن و چسبیدن بیشتر رسوبات روي سطح تجهیز شود. به‌طورکلی، اگر محصول سبک و به‌راحتی قابل جابجایی باشد براي مثال شیر خام و یا دوغ، آب‌کشی اولیه سرد کافی است، اگر محصول پرچرب و ویسکوز بالا باشد، آب‌کشی اولیه با دماي  50-40 درجه‌ی سلسیوس انجام می‌شود. که درنتیجه میزان استفاده از شوینده و زمان CIP را کاهش می‌دهد. آب‌کشی اولیه با دما و زمان مناسب، علاوه بر اینکه مراحل دیگر CIP را تسهیل می‌کند، میزان کثیف شدن تانک سود در ایستگاه CIP را به‌صورت قابل توجهی کاهش می‌دهد و زمان تعویض آن را به‌تعویق می‌اندازد (Melero et al., 2013; Fan et al., 2015).

-چرخه شوینده اصلی (معمولاً محلول قلیایی)

مهم‌ترین مرحله شستشو درCIP، استفاده از محلول قلیایی است که منتهی به جابجایی رسوبات از سطوح می‌شود. شوینده اول در صنایع شیر معمولاً یک قلیا ( عمدتاً سود) است. سود (NaOH) یک ماده بازي بسیار قوي است و رایج‌ترین ماده در فرمولاسیون شوینده‌ها مورد استفاده براي CIP است زیرا بسیار ارزان قیمت و مؤثر است. از طریق صابونی‌کردن (چربی‌ها در اثر واکنش صابونی شدن با سود تبدیل به گلیسرول و نمک‌هاي سدیمی اسید‌هاي چرب مربوطه می‌شوند) باعث جابجایی چربی‌ها و پروتئین‌ها می‌شود. معمولاً سود با غلظت 5/0تا 2 درصد در دماي حدود 80-70 درجه سلسیوس براي 10 الی 30 دقیقه استفاده می‌شود. براي سطح‌هاي به‌شدت رسوب بسته، به‌ویژه سطوحی که پروتئین‌هاي سوخته شده را دربردارند تا 4 درصد نیز به‌کار گرفته می‌شود. سود بسیار خورنده است و بر روي پوست تأثیر منفی دارد به همین خاطر در شستشوي دستی از آن استفاده نمی‌شود. بر روي فلزات نرم از قبیل روي و آلومینیوم خورنده است و می‌تواند تولید گاز هیدروژن کند که ترکیب این گاز با هوا خاصیت انفجاري دارد. قبل از استفاده از سود براي شستشوي هر سطحی، آگاهی از مقاومت آن سطح نسبت به خورندگی در برابر سود الزامی است (Tuladhar et al., 2002).

-آب‌کشی شوینده 

در این مرحله از آب، براي شستشوي کامل شوینده قلیایی از سطح که در مرحله قبل به آن اشاره شد استفاده می‌شود.

-چرخه شوینده دوم

سیستم‌ها از شوینده دوم استفاده می‌کنند که معمولاً یک اسید است. رایج‌ترین اسید مورد استفاده در شستشو اسید نیتریک (HNO3) است که در غلظت 5/0 تا 1 درصد با درجه حرارت 55-75 درجه سلسیوس براي 5 تا 20 دقیقه استفاده می‌شود (Tamime, 2009; Yang, 2018).

-آب‌کشی میانی دوم

در این مرحله از آب، مشابه با مرحله آب کشی میانی اول، براي شستشوي کامل شوینده اسیدي از سطح استفاده می‌شود.

-ضدعفونی‌کردن

ضدعفونی‌کردن دستگاه‌ها می‌تواند با مواد شیمیایی از قبیل هیپوکلریت سدیم یا پر استیک اسید یا با استفاده از آب داغ یا بخار صورت گیرد (Tamime, 2009; Yang, 2018).

-متغیرهای تأثیرگذار در CIP

در سال 1960، سینر (Sinner) پیشنهاد کرد که انرژي مورد نیاز براي جابجایی رسوبات از سطح یک تجهیز به 4 عامل شیمی(ترکیب شوینده)، دماي به‌کاررفته(درجه حرارت)، نیروي مکانیکی استفاده شده (برخورد یا تنش برشی)، مدت زمان تماس یک شوینده با غلظت معین تقسیم می‌شود (Yang, 2018). در سال‌های بعد نایزو (Nizo)، دایره‌ی سینر را اصلاح کرده و علاوه بر متغیرهای فوق، تجهیزات، نوع رسوبات و سن رسوبات را نیز تأثیرگذار دانست (Yang, 2018) (شکل 2).

 

 

 

شکل (2)- دایره ی نایزو و سینر

 

 

 

 

-درجه حرارت

اگرچه معمولاً انتظار می‌رود دمای مورداستفاده از محلول‌های شوینده 25 درجه‌ی سلسیوس باشد اما بعضی از کارخانه‌ها باید جهت از بین بردن رسوبات، دمای شوینده‌ها را افزایش دهند. با توجه به این‌که افزایش دما سبب بهبود عملکرد ماده‌ی شوینده می‌شود، افزایش دما و حفظ آن سبب افزایش هزینه عملیاتی و مصرف انرژی خواهد شد (Piepiórka-Stepuk et al., 2017). معمولاً افزایش درجه حرارت می‌تواند میزان نفوذ مواد شیمیایی و میزان واکنش شیمیایی را افزایش دهد (Khalid et al., 2015). برای مثال، افزایش دمای آب از 22 به 45 درجه‌ی سلسیوس سبب بهبود شستشوی اولیه می‌شود و کمک زیادی به مراحل بعدی شستشو می‌کند. اما افزایش آن تا 70 درجه‌ی سلسیوس، به مقدار اندک سبب بهبود فرآیند می‌شود و سبب افزایش هزینه عملیاتی خواهد شد (Fan et al., 2015). علاوه‌براین، افزایش دما می‌تواند ساختار رسوبات را تغییر دهد. پژوهشگران دریافتند وابستگی چسبندگی رسوبات بر اثر دما، به نوع رسوب وابسته است. با افزایش دما پروتئین‌ها دناتوره شده و چسبندگی آن‌ها بیشتر می‌شود اما چسبندگی رسوبات کاراملی در دماهای بالا کم‌تر خواهد شد (Goode et al., 2013). به‌طورکلی با افزایش هر 10 درجه سلسیوس درجه حرارت، سرعت واکنش شیمیایی 2 برابر خواهد شد. ولی افزایش بیش از حد درجه حرارت شوینده‌ها، باعث خواهد شد که بقایاي پروتئین‌ها و نمک‌هاي لاکتیکی دوباره روي سطوح رسوب کنند و حلالیت نمک‌ها در آب کاهش یابد. علاوه بر این شوینده‌ها بر پایه آنزیمی در درجه حرارت‌هاي بالا غیرفعال می‌شوند (Tamime, 2013).

-عملیات یا فشار مکانیکی 

نیروی مکانیکی، به‌اثر مکانیکی بر روی لایه‌های رسوبات اشاره دارد. معمولاً هر چقدر دبی بیشتر باشد، سرعت حذف رسوبات به‌دلیل اثر بالای نیروی برشی بر لایه‌های رسوبات افزایش می‌یابد (Jensen and Friis, 2013). به‌طور کلی یک شوینده نمی‌تواند هیچ‌گونه رسوب را جابجا کند مگر اینکه میزان مشخصی از فشار مکانیکی به‌کار رود. نوع جریان به‌وسیله عددي به‌نام عددرینولدز (Reynolds Number) تعیین می‌شود. این عدد نسبت نیروهاي لختی به نیروهاي ویسکوزي که روي مایع عمل می‌کنند را نشان می‌دهد. وقتی نیرو‌هاي لختی یا ماند غالب باشند جریان از نوع متلاطم است و در حالت برعکس جریان از نوع آرام است. عدد رینولدز در لوله از رابطه (1) زیر به‌دست می‌آید:

 (1)                                                                                                                              

  چگالی (کیلوگرم بر متر مکعب)، V سرعت (متر بر ثانیه)، d قطر لوله (متر) و  ویسکوزیته (کیلوگرم بر متر در ثانیه) است. در لوله‌ها، اگر عدد رینولد کم‌تر از 2300 باشد جریان از نوع آرام، بین 2300 تا 4000 جریان گذرا و از 4000 بیشتر باشد جریان از نوع متلاطم خواهد بود (شکل 3). جهت شستشوی مناسب دستگاه‌ها نیاز به جریان متلاطم با سرعت مناسب است. از این رو جهت دستیابی به جریان متلاطم حداقل سرعت 5/1متر بر ثانیه در بسیاري از موارد است. ممکن است تجهیزات در سرعت‌هایی پایین‌تر از این میزان نیز به‌طور رضایت بخشی شستشو شوند البته زمان بیشتري براي این امر نیاز است (Gillham et al., 1999; Hultmark et al., 2012).

 

 

شکل (3)- جریان لایه ای (آرام) و جریان آشفته (درهم)

 

-غلظت

یکی از عامل‌هاي بسیار مهم در شستشو که باید مد نظر قرار گیرد غلظت شوینده‌ها است. هر شوینده یک غلظت بهینه براي عمل شویندگی دارد. غلظت شوینده وابسته به نوع رسوب، ضخامت رسوب و ماند رسوب در تجهیز است (Fan et al., 2015). استفاده از مواد شوینده با غلظت بیشتر، سرعت تمیز شدن را بالا می‌برد. اما افزایش غلظت بیش از مقدار بهینه، اثر نامطلوب دارد. افزایش غلظت سود سبب تغییر ساختار رسوبات می‌شود و لایه‌ای چسبناک بر روی رسوبات ایجاد می‌کند که جداسازی آن کار دشوار است (Bird and Fryer, 1992; Jude and Lemaire, 2013; Helbig et al., 2019). 

­­­­- زمان

در تعیین زمان شستشو، مناطقی که سخت تمیز می‌شوند (بدترین حالت) به‌عنوان مبنا درنظر گرفته می‌شود. معمولاً با افزایش زمان شستشو، نتایج بهتری حاصل می‌شود (Jude and Lemaire, 2013). اگر به یک شوینده زمان کافی داده نشود تا همه مراحل مورد نیاز اعم از نفوذ، سوسپانسیون‌کردن، پاشیدن و تخلیه کردن را کامل کند نتیجه شستشو بسیار ضعیف خواهد بود. زمان مورد نیاز یراي شستشو تا حدود زیادي بسته به رسوب تشکیل شده دارد. براي مثال مدت زمان شستشو یک تانک تخمیر با شوینده‌اي با غلظت و درجه حرارت ثابت، کم‌تر از مدت زمان شستشوي یک پاستوریزاتور با همان شوینده خواهد بود (Bird and Fryer, 1992; Jude and Lemaire, 2013).

فرآیند شستشو متأثر از 4 عامل ذکر شده قرار دارد و به برهم‌کنش بخش‌هاي آن بستگی دارد. قانون کلی در این مورد بدین‌صورت‌ است که هرگونه کسري در یکی از این عامل‌ها باید توسط سه عامل دیگر جبران شود. براي مثال اگر درجه حرارت مورد نیاز براي شوینده تأمین نشود یکی از سه عامل زمان، غلظت یا فشار مکانیکی باید افزایش یابد. ولی این متغیرها حدودي دارند و نمی‌توانند فراتر یا پایین‌تر از محدوده‌هاي تعریف شده خودشان استفاده شوند. برای مثال اگر درجه حرارت خیلی پایین باشد هیچ‌گونه جبرانی توسط سه عامل دیگر نمی‌تواند شستشوي کاملی را ایجاد کند. یکی دیگر از عامل‌هایی که اغلب در طراحی فرایند شستشو نادیده گرفته می‌شود نسبت حجم شوینده به میزان رسوبات است. این بدان معنی است که تضمین شود شوینده کافی براي انجام شستشو وجود دارد. هرچه میزان جرم بیشتر باشد مصرف بیشتري از شوینده‌ها مورد نیاز است. اگر حجم محلول شوینده در مقایسه با رسوب کم باشد از دو صورت می‌تواند جبران شود یا حجم شوینده افزایش یابد یا غلظت آن، ولی غلظت‌هاي بالاتر از غلظت بهینه تأثیري ندارد و باید حجم شوینده افزایش یابد (Yang, 2018).

-فاصله زمانی بین اتمام تولید و شستشوی تجهیز

دستگاه بلافاصله بعد از پایان تولید باید وارد مرحله شستشو شود، درغیراین‌صورت محصولات باقی‌مانده در خطوط و تجهیز خشک شده و شستشوي آن‌ها سخت‌تر می‌شود. علاوه‌براین محیط مناسبی براي رشد میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌شود که می‌تواند باعث تشکیل بیوفیلم‌ها در خطوط یا دستگاه شوند (Tamime, 2009).

-فواصل بین CIP 

فاصله بین دو CIP براي هر دستگاه باید دقیقاً رعایت شود. فاصله بین دو CIP براي تجهیزاتی که به‌طور اختصاصی براي تولید یک محصول استفاده می‌شوند با آن‌هایی که براي تولید محصولات مختلف استفاده می‌شوند فرق دارد (Tamime, 2009).

-اصول طراحی بهداشتی

براي حصول یک شستشوي خوب نیاز به رعایت اصول طراحی تجهیزات است. طراحی دستگاه بسیار مهم است زیرا اگر ساخت فیزیکی دستگاه مانع از رسیدن محلول‌هاي شستشو به نقطه‌اي خاص از سطوح در ارتباط با مواد غذایی شوند، شستشو ناقص صورت می‌گیرد و این نقطه منبعی از آلودگی می‌شود (نقطه کور). طراحی دستگاه اثر مهمی روي نوع، کمیت و ترکیب رسوبی که باید از سطح جدا شود دارد و چالش‌هایی که فرآیند شستشو باید بر آن غالب شود را تعیین می‌کند. بنابراین یک سیستم با طراحی ضعیف، صرف نظر از فرآیند شستشوي که براي آن در نظر گرفته می‌شود قابلیت تمیز شدن تحت استانداردهاي تمیزي بالا را نخواهد داشت (Overbosch and Freund, 2009).

-جنس مواد

جنس مواد ساختی تجهیزات شستشو یا سطوح در تماس با مواد غذایی باید تحت هر شرایطی(براي مثال تحت حرارت، فشار و غیره) بر روي مواد غذایی بی‌اثر باشد. هم‌چنین به بخار یا آب داغ تحت فشار مقاومت نشان دهند. نسبت به خورندگی مقاوم بوده و خاصیت فاسدکنندگی نداشته باشند. از لحاظ مکانیکی پایدار، صاف و بدون خلل و فرج باشند. براي سطوح در ارتباط با مواد غذایی باید از مواد غیرسمی استفاده نمود به‌ویژه زمانی که الاستومرها، پلاستیک‌ها، مواد مایع چسبنده یا انتقال دهنده‌هاي سیگنال استفاده می‌شوند زیرا این موارد ممکن است اجزاي سمی دربرداشته باشند که می‌تواند به داخل محصول هدایت شوند (Lelieveld et al., 2014).

-استیل ضدزنگ

محدوده گسترده‌اي از انواع استیل‌هاي ضدزنگ به‌عنوان ماده سازنده براي دستگاه‌های صنعت غذا موجود است. انتخاب نوع استیل عمدتاً وابسته به ویژگی‌هاي خورندگی محصول یا سایر مواد شیمیایی به‌کارگرفته شده روي سطح تجهیز دارد. بیشترین نوع استیل انتخاب شده در صنعت غذا استیل‌های شماره  304 ،316 و سریL  این دو استیل هستند که داراي ویژگی‌هاي مکانیکی خوبی هستند علاوه بر اینکه ظاهر جذابی نیز دارند (Lelieveld et al., 2014).

-پلاستیک

پلاستیک‌ها داراي کاربردهاي فراوانی در صنعت غذایی نظیر شیشه رویت، پیستون‌ها، نوار نقاله‌ها و شیلنگ‌ها هستند. نگرانی اصلی در ارتباط با آلوده شدن احتمالی محصول از طریق اضافه کردن مواد سمی به داخل محصول توسط این مواد است. مقاومت کافی در مقابل شرایط تولید و شستشو را دارند. قدرت مکانیکی کافی دارند تا شوك‌هاي مکانیکی در حین عملیات اجرایی را تحمل کنند (Lelieveld et al., 2014).

-ساختار دستگاه

در طراحی دستگاه، از ایجاد نواحی راکدي که می‌توانند ایجاد کنج‌های بن بست میکروبی کنند اجتناب شود. دستگاه باید فاقد هرگونه گوشه‌هاي تیز و تماس فلز با فلز باشد. دستگاه باید محصول را در برابر آلودگی‌هاي خارجی محافظت کند و قابلیت خود تخلیه داشته باشد (Lelieveld et al., 2014).

-ویژگی محصول

براي طراحی یک دستگاه، باید از ویژگی‌هاي ترموفیزیکی محصول و برهم‌کنش احتمالی آن با قسمت‌های مختلف دستگاه اطلاع داشت. یک مایع با ویسکوزیته پایین برهمکنشی بسیارمتفاوت با دستگاه نسبت به مواد با ویسکوز بالا با همان دستگاه خواهد داشت. هم‌چنین میزان ماده خشک محصولات و درصد چربی و پروتئین نیز بسیار تأثیرگذار است (Lelieveld et al., 2014).

-همواری سطوح

تمام سطوح غذایی باید صاف، بدون خلل و فرج، آسان براي شستشو و عاري از هرگونه بی‌نظمی‌هاي بزرگ مانند چین خوردگی باشند. شستشو تابعی از همواري سطح است طوري که سطوح زبر نسبت به سطوح هموار زمان بیشتري براي شستشو نیاز دارند (Lelieveld et al., 2014).

-اتصالات

تا جایی که امکان دارد از جوش دادن استفاده شود و اتصال دهنده‌ها فقط در جایی که ضروري است به‌کارگرفته شوند، براي مثال جایی که اجزاي دستگاه نیاز دارند تا براي بررسی از هم جدا شوند. جوش‌ها باید صاف، پیوسته و از نوع لب‌ به‌لب  باشند، چون جوشکاري‌هاي ضعیف کیفیت محصول را به‌خطر می‌اندازند (Lelieveld et al., 2014).

-به‌حداقل رسیدن نقاط کور

فضاهاي مرده نواحی خارج از مسیر جریان اصلی محصول هستند که محصول می‌تواند در زمان شروع تولید در این نواحی گیرافتاده و براي مدت زمان طولانی باقی بماند. اگر شرایط محیطی از قبیل درجه حرارت مطلوب باشد، رشد میکروبی در این مناطق اتفاق می‌افتد و باعث آلوده کردن محصول خواهد شد. بعد از پایان تولید و شروع شستشو ممکن است به‌علت عدم رسیدن مواد شوینده به این نواحی، همچنان کثیف باقی بمانند. بیشتر این مشکلات در نتیجه دوباره سوار کردن فیزیکی و یکپارچه‌سازي اجزاي مختلف دستگاه به هنگام نصب با لوله‌هاي ارتباط‌دهنده به‌وجود می‌آیند. با توجه به اولین مطالعات انجام شده بر روي نقاط کور مشخص شد که هر دو عامل سرعت جریان مواد شوینده و شکل هندسی این فضاهاي کوردر قابلیت شستشوي آن‌ها بسیار تأثیرگذارند طوريکه در برخی از موارد بالاترین سرعت هم نمی‌تواند چنین فضاهایی را شستشو دهد (Lelieveld et al., 2014).

-تانک‌ها

محدوده وسیعی از تانک‌ها در صنایع غذایی استفاده می‌شوند. انواع مختلف تانک‌ها، باتوجه به‌کاربردشان می‌توانند طراحی‌هاي متفاوتی داشته باشند. اجزاي داخلی زیادي ممکن است در تانک‌ها استفاده شود( مانند همزن، ابزارهاي پاشش و..) که همه این اجزا ملزم به رعایت شرایط بهداشتی در ارتباط با مواد ساختی، ساخت و قابلیت تمیزشدن هستند. از بین تمامی این اجزا، ابزارهاي پاشش (افشانک) کم‌ترین هزینه را نسبت به هزینه کل تانک دارند اما اصلی‌ترین جز براي تضمین شویندگی مؤثر هستند. طراحی نوع افشانک بستگی به آن دارد که آیا تنها یک مرطوب سازي و تحریک سطح تانک براي شستشو کافی است یا اینکه نیاز به سطح بیشتري از برخورد مکانیکی مواد شوینده به سطح داریم. هر نوع از ابزارهاي پاششی که براي تانک استفاده می‌شوند باید تضمین کند که تمام سطوح یک تانک به طور کافی شسته می‌شود. براي بیشتر تانک‌ها با اجزاي درونی، تنها یک ابزار پاشش واحد براي شستشو کفایت نمی‌کند زیرا حضور این اجزاي درونی احتمالاً مانع از رسیدن شوینده‌ها به برخی از قسمت‌ها می‌شوند و یا به‌عبارتی ایجاد سایه می‌کنند. در بسیاري از شرایط ابزار پاشش ممکن است زیر سطح مایع غرق شوند (Peckman et al, 2008). 

-متغیرهاي کلیدي در شستشوي تانک‌ها

-نیروهاي مکانیکی (انرژي هیدرولیکی و میدان پوشش)

نیروهاي مکانیکی( براي مثال فشار و برخورد) درگیر در فرآیند شستشوي تانک‌ها عمدتاً تابعی ازجریان کل مواد شوینده و نوع ابزاري است که به‌وسیله آ‌‌ن‌ها این جریان مواد بر روي دیواره تانک‌ها و ساختارهاي درونی پاشش می‌شوند. وقتی که سیستم توزیع ساده با استفاده از فشار پایین و حجم بالاي جریان استفاده می‌شود نیروي مکانیکی یا برخورد نتیجه‌اي از جریان آبشاري مواد شوینده بر روي دیواره تانک خواهد بود. انواع ابزارهاي پاشش دوار نیروي‌هاي مکانیکی را از طریق افزایش تعداد برخورد افزایش می‌دهند. با بالا رفتن نیروهاي مکانیکی، اثر دیگر متغیرها می‌تواند کاهش یابد. ضخامت رسوب به‌عنوان یک عامل تعیین کننده براي انتخاب میزان نیروي مکانیکی یا انرژي هیدرولیکی مورد نیاز در شستشو در نظر گرفته می‌شود (Packman et al, 2008).

ناحیه پوشش  (Coverage)به جریان کل مایع شوینده، به انتخاب وسایل توزیع مورد استفاده در یک تانک ویژه و منبع CIP وابسته است. امري ضروري است تا به طراحی تانک‌ها، به‌ویژه انتخاب و وضعیت هر ساختار درونی توجه کنیم زیرا بر روي میزان برخوردها و میدان پوشش اثر می‌گذارند. بسیاري از قسمت‌ها از جمله تیغه‌ها، همزن و ... می‌توانند ایجاد سایه کنند و مانع از رسیدن مواد شوینده به قسمتی از سطح تانک شوند. وضعیت ابزار‌هاي پاشش در تانک، میدان پوشش و فشار مکانیکی ایجاد شده به‌وسیله مواد شوینده را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اثرات سایه و محدودیت‌هاي ناشی از آن، یا طول پرتاب مؤثر براي هر ابزار ویژه باید مورد توجه قرار گیرد (Packman et al, 2008). میزان دبی و فشار مایع شوینده ایجاد شده به‌وسیله سیستمCIP  متغیري کلیدي براي تضمین کفایت نیروي مکانیکی، میدان پوشش و حرارت مناسب براي شستشوي تانک‌ها هستند. بنابراین طراحی درست سیستم‌هاي منبع CIP با توجه به این عوامل کلیدي بسیار مهم است.

-ابزارهاي توزیع

چندین عامل براي طراحی ابزارهاي پخش‌کننده باید در نظر گرفته شود، زیرا همه آن‌ها عملکرد نسبی ابزارهاي شستشو را تحت تأثیر قرار می‌دهند. طول پرتاب مؤثر که از روزنه نازل خارج می‌شود یک عامل تأثیرگذار در طراحی تانک‌ها است. طول پرتاب مؤثر، فاصله بین فواره با دیواره تانک است طوريکه بتواند به طور مؤثر به دیواره تانک برخورد کند و باعث شستشوي تانک شود. انتخاب یک ابزار شستشوي تانک (ابزار پاشش) نباید بر اساس فاصله خیساندن فواره طراحی شود. فاصله خیساندن بیشترین فاصله اي است که یک فواره می‌تواند حرکت کند که در این حالت فقط به دیواره تانک برخورد می‌کند ولی برخورد مؤثر جهت شستشو را به وجود نمی‌آورد. چنین ویژگی در انتخاب و نحوه قرار دادن آ‌‌ن‌ها در داخل تانک نقش مهمی دارد (Moerman et al., 2014). 

-افشانک‌هاي استاتیک یا ثابت

افشانک‌هاي استاتیک یک ساختار توپی شکل همراه با یک لوله رابط براي ورود مواد شوینده دارند و سرتاسر گوي منافذي در الگوهاي مشخص تعبیه شده است. این افشانک‌ها معمولاً به دو صورت طراحی می‌شوند افشانک با دیواره نازك و افشانک با دیواره ضخیم که دیواره ضخیم‌تر باعث دوام بیشتر آن‌ها خواهد شد. الگوي پاشش 360 درجه، 180 درجه به سمت پایین یا 180 درجه به سمت بالا است. در برخی از موارد الگوي پاشش می‌تواند جهت‌دار باشد، جاییکه هدف از افشانک، پوشش مستقیم یک نقطه معین، اجزاي خاص یا لوله اتصال افشانک به تانک است. افشانک‌هاي ثابت ابزارهاي نسبتاً ساده و ارزان براي شستشوي سطح درونی تانک به‌شمار می‌روند. هرفواره کوچک همواره به یک نقطه از تانک در کل چرخه شستشو برخورد می‌کند. هر نوع جسم خارجی که همراه با مواد شوینده به این افشانک برسد می‌تواند در این قسمت گیر افتاده و تجمع یابد. درنتیجه برخی از منافذ افشانک ممکن است بسته شوند و در بخشی از تانک ایجاد سایه کنند (مواد شوینده به آن قسمت نمی‌رسد). این نوع افشانک‌ها بسیار محبوب هستند زیرا در اندازه‌هاي مناسب وجود دارند و انتخاب و نصب آن‌ها بسیار ساده است. به‌خاطر اینکه به سرمایه‌گذاري اندکی نیاز دارند بسیار از آن‌ها در صنایع شیر استفاده می‌شود. افشانک‌ها بیشتر در تانک‌هایی استفاده می‌شوند که با محصولاتی با ویسکوزیته پایین سر و کار دارند. براي تانک‌هایی با اجرام‌هاي سرسخت‌تر از دیگر انواع ابزارهاي توزیع استفاده می‌شود زیرا با افشانک‌هاي ثابت به آن سطح از استانداردهاي تمیزي مورد نیاز نخواهند رسید (Wilson et al., 2012).

-افشانک‌های دوار   (Rotary Spray Heads) 

یک طراحی مناسب از این ابزارها، پوشش کاملی از افشانک درون یک تانک را تضمین می‌کند. الگوي افشانک درون تانک از 360 تا 180 درجه بالا و پایین به‌علاوه 270 درجه می‌شوند. چندین عامل طراحی و ساختی براي افشانک‌هاي دوار وجود دارد که توانایی آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در طراحی این نوع از ابزار پاشش، الگوي افشانک باید طوري باشد که کل سطح تانک را به‌طور کامل پوشش دهد، به‌خصوص سقف بالاي لوله ورودي و خود لوله ورودي تانک زیرا این بخش‌ها از تانک سخت‌ترین نواحی براي تمیز شدن هستند (Wilson et al., 2012).

-افشانک‌های دوار با سرعت بالا (Rotary Jet Heads)

افشانک‌های دوار با سرعت بالا، مواد شوینده را از طریق چند نازل (معمولاً 2 تا 8 نازل)، به دیواره تانک پاشش می‌کنند. تمام سطوح داخلی تانک با شوینده پوشش داده می‌شود. این نوع افشانک در تانک‌هاي پیچیده و مخزن‌هایی که با همزن، تیغه و دیگر اجزاي درونی مجهز شده‌اند مفید است زیرا قادر است تا حین دوران خود مواد شوینده را در دو زاویه مخالف به بسیاري از سطوح زاویه‌دار پاشش کند و بنابراین تشکیل هر گونه سایه را حذف خواهد کرد. این افشانک‌ها شستشو با تعداد برخورد بالا و پوشش کامل در یک طول پرتاب را فراهم می‌کنند. بیشتر در جاهایی استفاده می‌شوند که به عملیات شستشوي بسیار حساس و با کیفیت بالا و در عین حال تکرار پذیر نیاز است. هم‌چنین براي محصولاتی که به‌سختی تمیز می‌شوند کاربرد دارد(Wilson et al., 2012). شکل (4) دبی، میزان برخورد و پوشش توسط انواع افشانک‌ها را نشان می‌دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل (4) - دبی، میزان برخورد و پوشش توسط انواع افشانک‌ها

 

-انواع سیستم‌های CIP

-سیستم‌های تک کاربردی  (Single Use System)  

در این نوع از سیستم‌ها معمولاً تنها از یک تانک آب استفاده می‌شود. همه مراحل شستشو درنهایت به تخلیه ختم می‌شوند. مواد شوینده تجهیز را در یک حالت چرخش شستشو می‌دهند و بعد از پایان مدت زمان تماس تخلیه شده و دوباره مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. با استفاده از یک مبدل گرمایی مواد شوینده را گرم می‌کنند. در برخی از سیستم‌هاي قدیمی از تزریق مستقیم بخار براي گرم کردن مواد شوینده استفاده می‌کنند ولی در سیستم‌هاي مدرن این حالت منسوخ شده است. چنین سیستم‌هایی بیشتر در مکان‌هایی استفاده می‌شوند که نگرانی در مورد آلودگی متقاطع وجود داشته باشد. این سیستم می‌تواند تمامی تجهیزات را پوشش دهد (Verran and Redfern, 2016; Yang, 2018).

-سیستم بازیابی کامل   (Full Recovery System)

دراین نوع از سیستم‌ها مواد شوینده به‌طور کامل بازیافت می‌شوند و معمولاً تا زمانی که کثیف نشوند تخلیه نمی‌شوند. معمولاً در این نوع سیستم، از 4 تانک، آب خام، سود، اسید و سترون استفاده می‌شود و هم‌چنین مبدل حرارتی جهت افزایش دما به‌کارگرفته می‌شود. براي کنترل متغیرها، بر روي مدارهاي CIP سنسورهاي تشخیص درجه حرارت وغلظت مواد شوینده وجود دارد. در صورتی که غلظت مواد شوینده پایین‌ترازغلظت تنظیم شده باشد مواد شوینده غلیظ از طریق یک پمپ به مدار اضافه می‌شوند. هم‌چنین در صورتی که درجه حرارت پایین‌تر از مقدار تعیین شده باشد از طریق چرخش (circulation) مایع درون یک مبدل حرارتی، به درجه حرارت مورد نظر می‌رسند. پمپ تزریق (Dosing pump) و سیستم چرخش کاملاً خودکار (automated) بوده و بسته به اعداد تعیین شده عمل می‌کنند. چنین حالت خودکار معمولاً زمان CIP را افزایش می‌دهند ولی تضمین می‌کند که شوینده‌ها در درجه حرات و قدرت مناسب استفاده شده‌اند. در چنین سیستم‌هایی می‌توان به‌صورت‌هاي مختلف مصرف آب و مواد شیمیایی را بهینه کرد. براي مثال در برخی از سیستم‌ها که از آب‌کشی پایانی، که ممکن است حاوي ضدعفونی کننده باشد، استفاده می‌کنند این آب وارد تخلیه نمی‌شود و در تانک‌هاي بازیابی ذخیره و براي آب‌کشی اولیه در CIP بعدي استفاده خواهد شد. جهت بهینه سازی در مصرف آب، علاوه بر 4 تانک یاد شده در بالا، از تانک دیگری به نام تانک بازیابی استفاده می‌شود. در این سیستم (5 تانک)، آب کشی میانی (آب‌کشی بعد سودشویی و اسیدشویی) بازیافت شده و در تانک بازیابی جمع‌آوری شده و در آب‌کشی  اولیه استفاده می‌شود که علاوه بر کاهش مصرف آب، باعث شستشوی بهتر به‌دلیل وجود مواد شوینده در آن را موجب می‌شود.

شکل‌های (5) و (6)، دو ایستگاه CIP بدون تانک بازیابی و با تانک بازیابی را نشان می‌دهد (Verran and Redfern, 2016; Yang, 2018).

 

 

شکل (5)- سیستم CIP  بدون تانک بازیابی

 

 

شکل (6)- سیستم CIP استاندارد با تانک بازیابی

 

اگر محصول سبک و به‌راحتی قابل جابجایی باشد براي مثال شیر خام، آب‌کشی اولیه سرد کافی است، اگر محصول  پرچرب و ویسکوز بالا باشد، آب‌کشی اولیه با دماي 40 درجه ی سلسیوس انجام می‌شود. که در نتیجه میزان استفاده از شوینده و زمان CIP را کاهش می‌دهد.

کیفیت آب مصرفی جهت انجام CIP

-مزه، بو و رنگ

مزه ، بو و رنگ نامطلوب معمولاً از فساد گیاهان و جلبک‌هاي موجود در آب ایجاد می‌شوند و بهتر است به‌وسیله فلیتراسیون از بین بروند. مواد سوسپانسیون شده درون آب مانند خاك رس، لجن و دیگر مواد آلی با مقدار بیش از مقدار مطلوب موجب تیره شدن آب می‌گردند و بهتر است تا از طریق فرآیند فیلتراسیون جابجا شوند. چنین مواد آلی می‌توانند فعالیت ضدعفونی کننده‌ها را تحت تأثیر قرار دهند (Vander and Braeken, 2006).

- pH

محدوده pH بین 5/6-5/7 براي شستشو مناسب است. pH  زیر 5/6 مشکلات مربوط به خورندگی را در پی خواهد داشت. pH قلیایی موجب تشدید ته نشین شدن املاح آب و ایجاد مقاومت میکروبی در باکتري‌ها می‌شود. علاوه بر این pH هاي بالا و پایین‌تر از محدوده‌ی نرمال می‌تواند کارآیی شوینده را تحت تأثیر قرار دهد  (Vander and Braeken, 2006).

-سختی آب

سختی به دوصورت سختی موقت و سختی دائم وجود دارد. سختی موقت آب شامل بیکربنات کلسیم و منیزیم هستند. هر دو جز نمک‌هاي محلول در آب هستند و ممکن است به‌طور عمده در آب وجود داشته باشند. این نمک‌ها تحت تأثیر تغییر شرایط مانند درجه حرارت، pH و فشار تبدیل به کربنات‌هاي کلسیم و منیزیم می‌شود که نسبتاً غیرمحلول در آب بوده و رسوب می‌کنند. سختی دائم شامل نمک هاي کلسیمی - منیزیمی فسفات‌ها و کلریدها است. این ناخالصی‌ها محلول در آب هستند ولی تحت تأثیر تغییرات مانند حرارت، pH وغیره قرار ندارند. سختی آب بیش از حد باعث خواهد شد تا غلظت‌هاي بالاتري از مواد شیمیایی شوینده را مصرف کنیم. به‌دلیل سختی بالای آب خام در برخی مناطق و به‌دلیل رسوب بستن قسمت داخلی تجهیزات (سفید رنگ) پیشنهاد می‌گردد از آب فیلتر شده که آب نرم است استفاده شود تا تجهیزات بعد سترون توسط آب داغ، رسوب سفید نبندد (Vander and Braeken, 2006).

-مشکلات ناشی از آب در سیستم‌هاي شستشو

رسوب مواد موجود در آب، اساساً تحت تأثیر میزان مواد معدنی آب قرار دارند. مواد ته نشین شده از آب روي سطوح دستگاه‌ها، موجب پوششی برای سایر کثیفی‌ها، تسهیل کردن رشد میکروارگانیسم‌ها، کاهش تبادل حرارتی در دستگاه‌ها گرمایشی و کاهش قطر داخلی لوله‌ها می‌شود (Vander and Braeken, 2006).

-ارزیابی کارآیی شستشو

نحوه ی ارزیابی کارآیی فرآیند شستشو به‌صورت، آزمون چشمی، آزمون سواپ و نمونه گیری از آب‌کشی نهایی صورت می‌گیرد (Liu et al., 2006; Fryer et al., 2013).

-آزمون چشمی

استیل ضدزنگ باید روشن و عاري از هرگونه مواد آلی و غیر آلی یا به‌عبارتی مواد ناخواسته باشند. با استفاده از یک چراغ قوه سطح بررسی می‌شود. استیل ضدزنگ باید کاملاً درخشان و روشن باشد و هیچ‌گونه اثري از محصول یا تیرگی بر روي سطح وجود نداشته باشد. گسکت‌ها باید از لحاظ وجود جرم و مواد آلی و هم‌چنین براي تمامیت (عدم پارگی) مورد بررسی قرار گیرند. تا جاییکه امکان دارد می‌بایست گسکت‌ها خارج شوند و سطح زیرین آن (سطح استیل) مورد بررسی قرار گیرد. هم‌چنین تجهیزاتی که به‌درستی تمیز شده باشند باید داراي بوي تمیز و خوبی باشند. نباید بوي ترشی یا کهنگی، یا بوي کلرین یا سایر ضدعفونی‌کننده‌ها را بدهند (Liu et al., 2006; Fryer et al., 2013).

-سوآپ کشیدن (آزمون (adenosine triphosphate)ATP)

آدنوزین‌تري فسفات یک ترکیب شیمیایی ذخیره کننده انرژي است که در همه موجودات زنده وجود دارد. آنزیم لوسیفراز در حضور پیش ماده، لوسیفرین، اکسیژن و یون منیزیم با ATP واکنش داده و باعث تبدیل شدن انرژي شیمیایی ATP به نورمی‌شود. میزان نور تولید شده به‌طور مستقیم متناسب با میزان ATP موجود است، بنابراین میزان نور تولید شده می‌تواند براي تخمین توده زنده در یک نمونه به‌کار رود (Tamime, 2009). 

-نمونه‌گیري از آب‌کشی نهایی

در این روش نمونه‌گیري از آخرین مرحله شستشو که معمولاً آب است صورت می‌گیرد. مزیت این روش این است که نمونه‌گیري آسان است، کل سطح تماس را می‌توان ارزیابی کرد و می‌توان از دستگاه‌ها با مقیاس بزرگ یا نقاطی که قابلیت دسترسی ندارند و یا امکان باز کردن دستگاه وجود ندارد نمونه‌گیري کرد. نقص این روش در این است که نمی‌توان بقایا یا آلودگی‌هایی را که ممکن است حل نشوند یا از لحاظ فیزیکی محکم به دستگاه چسبیده و مسدود شدند را شناسایی کرد و اینکه محل دقیق آلودگی را نشان نمی‌دهد (Tamime, 2009; Yang, 2018).

-خط مشی براي اعتبارسنجی شستشو

-انتخاب بدترین مورد در ارتباط با محصول

در حالت کلی می‌توان گفت که بدترین نمونه محصول، محصولی است که بیشترین ترکیب فعال را در خود داشته و شستشوي آن از دستگاه بسیار سخت است (Tamime, 2009; Yang, 2018).

-انتخاب بدترین مورد در ارتباط با دستگاه

دستگاه‌هایی با سطوح تماسی بزرگ‌تر و داشتن نقاطی با قابلیت شستشوي سخت‌تر از بدترین تجهیزات در نظر گرفته می‌شوند (Tamime, 2009; Yang, 2018).

 

بحث و نتیجه‌گیری

شستشو یک نقش کلیدي را در تضمین کیفیت محصول نهایی بازي می‌کند و هرگونه نقصی در شستشو اثرات منفی بر روي کیفیت و ماندگاری محصول خواهد داشت. علاوه‌براین فشارهاي قانونی و تجاري براي بهبود شرایط بهداشتی روز به روز بیشتر می‌شود ولی با این حال شستشو، آنچنان که سزاوار است مورد توجه قرار نمی‌گیرد. CIP به طور گسترده در صنایع غذایی و شیر توسعه یافته است. در مقایسه با شستشوي دستی، کنترل بهتري را فراهم می‌کند که موجب تضمین کیفیت محصول نهایی نیز خواهد شد. براي حصول یک شستشوي خوب نیاز به 4 متغیر اساسی شستشو یعنی دما، فشار مکانیکی، غلظت و زمان داریم که هر یک متناسب با نوع محصول، ضخامت رسوب، طراحی دستگاه‌ها و فاصله‌ی زمانی بین اتمام تولید و شروع CIP قابل تغییروهم‌پوشانی نسبت به یکدیگر دارند البته باید اشاره کرد هر متغیر محدودیت‌های نسبت به خود را داراست. به‌طور کلی مراحل انجام CIP به 5 مرحله‌ی آب‌کشی اولیه، شوینده‌ی قلیایی، آب‌کشی، شوینده‌ی اسیدی، آب‌کشی و سترون تقسیم می‌شود. آب‌کشی اولیه با توجه به ماهیت محصول از دمای محیط تا دمای 50 درجه‌ی سلسیوس متفاوت است، شوینده‌ی قلیایی عموماً سدیم هیدروکسید با غلظت 5/0 تا 2 درصد با دمای 80 الی 85 درجه‌ی سلسیوس است و هم‌چنین در مرحله‌ی دوم از یک شوینده‌ی اسیدی که عموما اسیدنیتریک بوده با غلظت 5/0 تا 1 درصد با دمای 55 الی 65 درجه‌ی سلسیوس استفاده می‌شود. در مرحله ی سترون، معمولاً از آب داغ با دمای 90 تا 95 درجه‌ی سلسیوس یا محلول‌های شیمیایی مانند پراستیک‌اسید در محدوده‌ی دمای 30 تا 40 درجه‌ی سلسیوس استفاده می‌شود. به هر میزان در متغیرهای CIP دقت شود در صورت عدم طراحی مناسب، شستشوی بدون عیب را تضمین نمی‌کند. طراحی دستگاه بسیار مهم است زیرا اگر ساخت فیزیکی دستگاه مانع از رسیدن محلول‌هاي شستشو به نقطه‌اي خاص از سطوح در ارتباط با مواد غذایی شوند، شستشوي ناقص صورت می‌گیرد و این نقطه منبعی از آلودگی می‌شود (نقطه کور). روش‌های مختلفی جهت اعتبارسنجی CIP دستگاه‌ها وجود دارد که می‌توان به بازرسی چشمی، نظارت بو و مزه، آزمون سواپ و آزمون آب‌کشی نهایی اشاره کرد.

 

 

 

منابع

•Bird, M.R. and Fryer, P.J. (1992). An analytical model for the cleaning of food process plant. In Food engineering in a computer climate, 325-330. 

•Bird, M. R. and Fryer, P.J. (1991). Experimental study of the cleaning of surfaces fouled by whey proteins. Food and Bioproducts Processing, 69: 13-21.

•Fan, M., Phinney, D.M. and Heldman, D.R. (2018). The impact of clean-in-place parameters on rinse water effectiveness and efficiency. Journal of food engineering, 222: 276-283. 

•Fan, M., Phinney, D.M. and Heldman, D.R. (2015). Effectiveness of rinse water during in‐place cleaning of stainless steel pipe lines. Journal of food science, 80(7): E1490-E1497.

•Fryer, P.J., Robbins, P.T. and Asteriadou, I. K. (2013). Current knowledge in hygienic design: can we minimise fouling and speed cleaning? Advances in food process engineering research and applications, 209-227. 

•Goode, K.R., Bowen, J., Akhtar, N., Robbins, P.T. and Fryer, P. J. (2013). The effect of temperature on adhesion forces between surfaces and model foods containing whey protein and sugar. Journal of Food Engineering, 118(4); 371-379. 

•Gillham, C.R., Fryer, P.J., Hasting, A.P.M. and Wilson, D.I. (1999). Cleaning-in-place of whey protein fouling deposits: mechanisms controlling cleaning. Food and bioproducts processing, 77(2); 127-136. 

•Helbig, M., Zahn, S., Böttcher, K., Rohm, H. and Majschak, J.P. (2019). Laboratory methods to predict the cleaning behaviour of egg yolk layers in a flow channel. Food and bioproducts processing, 113:108-117. 

•Hultmark, M., Vallikivi, M., Bailey, S.C.C. and Smits, A.J. (2012). Turbulent pipe flow at extreme Reynolds numbers. Physical review letters, 108(9): 094501.

•Jensen, B.B. and Friis, A. (2004). Critical wall shear stress for the EHEDG test method. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 43(7); 831-840. 

•Joppen, L. (2004). Cleanability precondition for CIP. Food Engineering & Ingredients, 29(1), 01.

•Jude, B. and Lemaire, E. (2013). How to optimize clean-in-place (CIP) processes in food and beverage operations. Schneider Electric White Paper, 2013. 

•Khalid, N. I., Ab Aziz, N., Nuraini, A. A., Taip, F. S. and Anuar, M. S. (2014). Alkaline cleaning-in-place of pink guava puree fouling deposit using lab-scale cleaning test rig. Agriculture and agricultural science procedia, 2; 280-288.

•Khalid, N. I., Nordin, N., Abdul Aziz, N., Ab. Aziz, N., Taip, F. S. and Anuar, M. S. (2015). Design of a Test Rig for Cleaning Studies and Evaluation of Laboratory‐Scale Experiments Using Pink Guava Puree as a Fouling Deposit Model. Journal of Food Process Engineering, 38(6): 583-593. 

•Liu, W., Fryer, P. J., Zhang, Z., Zhao, Q. and Liu, Y. (2006). Identification of cohesive and adhesive effects in the cleaning of food fouling deposits. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 7(4): 263-269.

•Lelieveld, H.L.M., Mostert, M.A. and Curiel, G.J. (2014). Hygienic design of food processing equipment, In: Lelieveld, H.L.M, Holah, J.T. and Napper, d. (Editors), Hygiene in food processing, 2nd Edition, Woodhead Publishing, Combridge, pp. 91-141. 

•Melero, V., dos Santos Gedraite, E., Kunigk, L., Vieira, P.A., Malagoni, R.A., Sislian, R. and Augusto, S.R. (2013). Experimental investigation about rinse water consumption of a CIP process applied to a shell and tube exchanger. Advanced Materials Research, 785: 1294-1298.

•Moerman, F., Rizoulières, P. and Majoor, F.A. (2014). Cleaning in place (CIP) in food processing, In: Lelieveld, H.L.M, Holah, J.T. and Napper, D. (Editors), Hygiene in food processing, 2nd Edition,  Woodhead Publishing, Cambridge, pp. 305-383.

•Overbosch, P., Ag, M. and Freund, M. (2011). Inspecting hygienic design, hygiene practices and process safety when commissioning a food factory, In: Lelieveld, H.L.M. and Holah, J. (Editors), Hygienic Design of Food Factories, Woodhead Publishing, Cambridge, pp. 733-742.

•Packman, R., Knudsen, B. and Hansen, I. (2008). Perspectives in Tank Cleaning: Hygiene Requirements, Device Selection, Risk Evaluation and Management Responsibility, In: Tamime, A. Y. (Editor), Cleaning‐in‐Place: Dairy, Food and Beverage Operations, 3rd Edition, Wiley-Blackwell, United State, 108-145.

•Pant, K.J., Cotter, P.D., Wilkinson, M.G. and Sheehan, J.J. (2023). Towards sustainable Cleaning‐in‐Place (CIP) in dairy processing: exploring enzyme‐based approaches to cleaning in the Cheese industry. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 22(5): 3602-3619.

•Piepiórka-Stepuk, J., Diakun, J. and Jakubowski, M. (2017). The parameters of cleaning a CIP system affected energy consumption and cleaning efficiency of the plate heat exchanger. Chemical and Process Engineering, 111-120. 

•Seiberling, D. A. (2007). Clean-in-place for Biopharmaceutical Processes. 1st Edition, Chemical Rubber Company (CRC) Press, United States, pp. 221-243.

•Tamime, A. Y. (2009). Cleaning-in-place: dairy, food and beverage operations. 2nd Edition, Wiley-Blackwell, United State, 130-145. 

•Thomas, A. and Sathian, C.T. (2014). Cleaning-in-place (CIP) system in dairy plant-review. IOSR J. Environ. Sci. Toxicol. Food Technol, 8: 41-44.

•Tuladhar, T.R., Paterson, W.R. and Wilson, D.I. (2002). Investigation of alkaline cleaning-in-place of whey protein deposits using dynamic gauging. Food and bioproducts processing, 80(3): 199-214.

•Van der Bruggen, B. and Braeken, L. (2006). The challenge of zero discharge: from water balance to regeneration. Desalination, 188(1-3): 177-183.

•Verran, J. and Redfern, J. (2016). Testing surface cleanability in food processing, Holah, J., Lelieveld, H.L.M. and Gabric, D. (Editors), In: Handbook of hygiene control in the food industry, 2nd Edition, Woodhead Publishing, Combridge, pp. 651-661.

•Wilson, D.I., Le, B.L., Dao, H.D.A., Lai, K.Y., Morison, K.R. and Davidson, J.F. (2012). Surface flow and drainage films created by horizontal impinging liquid jets. Chemical engineering science, 68(1): 449-460.

•Yang, J., Jensen, B.B., Nordkvist, M., Rasmussen, P., Pedersen, B., Kokholm, A. et al., (2018(. Anomaly analysis in cleaning-in-place operations of an industrial brewery fermenter. Industrial and Engineering Chemistry Research, 57(38): 12871-12883.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37