Automatyka na widelcu, część 2 - zapewnianie higieny podczas produkcji spożywczej

Poniedziałek, 14 września 2015 | Technika

Duży popyt, silna konkurencja cenowa i odpowiedzialność za zdrowie klientów sprawiają, że producenci żywności są pod ciągłą presją, aby poprawiać wydajność, elastyczność oraz jakość produkcji. Dwa pierwsze cele osiąga się najłatwiej przez automatyzację. Jest ona efektywniejsza, jeśli towarzyszy jej standaryzacja. Stąd popularność standardu ISA-88, który w kontekście zastosowania w produkcji wsadowej oraz przemyśle opakowaniowym przedstawiliśmy w pierwszej części artykułu. Druga część poświęcona jest natomiast metodom zautomatyzowanego mycia oraz sterylizacji wyposażenia linii technologicznych, które zapewniają higieniczne warunki produkcji.

Automatyka na widelcu, część 2 - zapewnianie higieny podczas produkcji spożywczej

Utrzymania czystości na wszystkich etapach produkcji żywności wymagają odpowiednie normy. Źródłem zanieczyszczeń, których wnikanie do surowców, półproduktów, i gotowych produktów należy ograniczyć, mogą być m.in.: otoczenie, personel, same składniki wyrobu i maszyny. Aby uniemożliwić skażenie żywności w wyniku kontaktu z tymi ostatnimi, poddaje się je myciu, a po nim - sterylizacji.

CIP I SIP - JAK TO DZIAŁA?

Celem tych czynności jest usunięcie z powierzchni, które mają kontakt ze składnikami i wyrobami, resztek tych substancji, na których mogą rozwijać się bakterie oraz zabicie drobnoustrojów już tam obecnych. Wykonuje się je na różne sposoby, ręcznie albo automatycznie. Przykład to czyszczenie ciśnieniowe, mechaniczne (szczotkami) oraz metody CIP (Cleaning in Place) i SIP (Sterilisation in Place).

Mycie i sterylizacja na miejscu polegają na spłukiwaniu wnętrza wyposażenia linii produkcyjnych (głównie zbiorników, rurociągów, pomp, itp.) w przerwach między kolejnymi jej uruchomieniami, bez konieczności rozmontowywania jej elementów albo wprowadzania do ich wnętrza urządzeń czyszczących lub wchodzenia do nich (dotyczy to dużych zbiorników, na przykład mieszalników). W systemach CIP i SIP realizuje się to, wymuszając przepływ środków myjących i odkażających przez te urządzenia i obiekty, a potem ich powrót do głównego zasobnika.

DLACZEGO WARTO MYĆ I STERYLIZOWAĆ NA MIEJSCU?

Mycie i sterylizacja na miejscu mają wiele zalet. Przede wszystkim skracają czas przestoju linii technologicznej o czas potrzebny do rozłożenia jej wyposażenia na części, a potem jego złożenie. Ponadto personel ma ograniczony kontakt z substancjami dla niego niebezpiecznymi. Dokładniej można w ten sposób wyczyścić i zdezynfekować miejsca trudno dostępne. Zaletą metod CIP/ SIP jest również lepsza kontrola zużycia wody i środków myjących / odkażających. Te ostatnie można dodatkowo poddać recyklingowi. Zmniejsza to koszty.

Mycie i odkażanie na miejscu to z reguły procesy zautomatyzowane. Efektywność tych czynności jest wówczas powtarzalna, a zaangażowanie personelu jeszcze mniejsze.

Aby zalety metod CIP i SIP były rzeczywiście odczuwalne, trzeba je przeprowadzić starannie i skutecznie. To z kolei zależy od kilku czynników.

Produkcja nabiału - przykład sekwencji mycia i sterylizacji na miejscu

W produkcji artykułów nabiałowych myciu i sterylizacji na miejscu poddawane są m.in. zbiorniki, w których przechowywane jest mleko oraz te, w których zachodzą procesy m.in. pasteryzacji i fermentacji. Sekwencja czyszczenia może być różna w zależności od typu obiektu, można w niej jednak wyróżnić kilka stałych etapów.

1. Płukanie wodą, mycie roztworem zasadowym
Pierwszym z nich jest z reguły wstępne spłukanie wodą. Używa się w tym celu wody zimnej albo ciepłej. Trwa to zazwyczaj do 10 minut. Następnie przez obiekt przez kolejne 10 minut przepływa roztwór zasadowy. Jego temperatura wynosi zwykle około +70°C. Pasteryzatory i inne obiekty, których ściany są gorące, wymagają dłuższego płukania roztworami o większym stężeniu.

2. Kolejne płukanie, mycie roztworem kwasowym
Jeżeli jest to wymagane, następnym etapem jest przepłukanie obiektu roztworem kwasowym. Wcześniej jednak, w celu pozbycia się resztek roztworu zasadowego, konieczne jest spłukanie zbiornika zimną albo gorącą wodą. Mycie roztworem na bazie kwasu, o temperaturze zwykle około +60°C, trwa typowo o połowę krócej niż tym zasadowym. Wyjątkiem są obiekty, które nagrzewają się w trakcie pracy do wysokich temperatur. Trzeba je płukać nawet przez pół godziny.

3. Dezynfekcja i ostatnie płukanie
Następnie kolejny raz zbiornik przepłukuje się czystą zimną albo ciepłą wodą. Jeżeli wymagana jest dezynfekcja, przeprowadza się ją z reguły bezpośrednio przed uruchomieniem produkcji. W tym celu używa się środków chemicznych albo gorącej wody (o temperaturze około +90°C). Jeżeli obiekt wymaga schłodzenia lub chemikalia dezynfekujące trzeba spłukać, kolejny raz używa się wody (zimnej).

NIE MA UNIWERSALNEGO ŚRODKA

Głównym źródłem zabrudzeń są przetwarzane substancje. Dodatkowo na powierzchni zbiorników, rurociągów, pomp i zaworów gromadzą się resztki środków myjących i odkażających oraz osady z wody, pyły, oleje oraz kolonie drobnoustrojów. Ponieważ zabrudzenia mają różny skład, różnią się także stopniem rozpuszczalności.

Na przykład woda rozpuszcza cukry, skrobie oraz większość soli. Kwasy z kolei skutecznie usuwają większość osadów mineralnych. W zasadach rozpuszczają się natomiast białka oraz emulsje tłuszczowe. Nie ma zatem uniwersalnego środka czyszczącego. Co gorsza, źle dobrany może utrwalić zabrudzenia, jak na przykład ten na bazie kwas-białko.

Podobnie różna jest odporność drobnoustrojów - na przykład przetrwalniki są trwalsze niż komórki wegetatywne - i skuteczność środków odkażających. Niektóre z nich lepiej usuwają bakterie gram dodatnie, inne te gram ujemne, a jeszcze inne: grzyby, drożdże, pleśń albo wirusy. W ramce przedstawiamy charakterystykę wybranych środków myjących i odkażających.

O CZYM JESZCZE TRZEBA PAMIĘTAĆ?

Ilość zabrudzeń również ma wpływ na skuteczność czyszczenia. Dlatego przed tym właściwym spłukuje się powierzchnię, żeby usunąć większe osady rozpuszczalne w wodzie. Na tym etapie wypłukiwanych jest nawet do 90% wszystkich zanieczyszczeń. Pozwala to zatem dodatkowo zmniejszyć zużycie środków myjących. Istotny jest też: rodzaj powierzchni, jej wykończenie (chropowatość) i stan. Trudniej bowiem wyczyścić i odkazić powierzchnie uszkodzone (popękane, porysowane, itp.).

Kolejną ważną kwestią jest budowa czyszczonych urządzeń i obiektów. Na przykład zbiorniki powinny mieć konstrukcję samoodpływową, spawy łączące ich boki muszą być ciągłe i gładko wykończone, powierzchnie wewnętrzne powinny być zaokrąglone. Unikać trzeba w nich także półek, zagłębień oraz stref martwych, czyli tych bez przepływu, z których trudno jest wypłukać zabrudzenia. Ponadto, aby mycie było skuteczne, przepływ środka czyszczącego powinien mieć charakter turbulentny. Musi on mieć także odpowiednią temperaturę i stężenie.

Przykłady produktów

Stacja mycia CIP z oferty firmy Obram - najważniejsze funkcje: napełnianie i regulacja poziomów roztworów w zbiornikach stacji mycia, kontrola stężenia roboczych roztworów myjących, regulacja temperatury roztworów myjących, sterowanie rozdziałem roztworów powracających z obiegów myjących, możliwość programowania w zależności od charakteru i wielkości obiegów myjących, automatyczne przełączanie pomiędzy obiegiem długim i krótkim, możliwość przeprowadzenia kwasowania zbiornika ługu, wykrywanie zablokowania przepływu w instalacjach myjących.
www.obram.pl

Mobilna stacja mycia CIP1000 z oferty firmy Technum - główne komponenty: jednopłaszczowy zbiornik buforowy o pojemności tys. litrów, pompa turbulentna CIP, dwa czujniki poziomu (zapobiegają przelaniu wody i pracy pompy na sucho), wózek jezdny, instalacja rurociągowa, system sterowania, filtr liniowy, przyłącze detergentu.
http://technum.pl

Pompy higieniczne z oscylującym tłokiem - do ciągłej pracy, dopuszczalne mycie w instalacjach CIP/ SIP. Najważniejsze cechy: w pełni samozasysające (na sucho) bez zalewania, w wykonaniu z polerowanej stali nierdzewnej, w pełni bezwyciekowe, mogą pracować na sucho, potrafią opróżnić rurociąg po zakończeniu pompowania.
www.pompy.pl

STEROWANIE PROCESAMI CIP/ SIP

W procesie mycia i sterylizacji na miejscu monitorować i regulować trzeba zatem wiele wielkości. Czujniki temperatury, natężenia przepływu, koncentracji środków czyszczących i odkażających są instalowane w różnych punktach instalacji CIP i SIP. Na podstawie wyników ich pomiarów dozuje się chemikalia.

Trzeba je także systematycznie dolewać, jeżeli ich obieg jest zamknięty, ponieważ część z nich po przepłynięciu przez obiekt ulega częściowej neutralizacji. Wykrywa to zazwyczaj czujnik przewodności umieszczany w rurociągu powrotnym. Ponadto należy podgrzewać wodę i zmieniać natężenie przepływu roztworu czyszczącego. System sterowania myciem i sterylizacją zarządza zatem pracą licznych pomp i zaworów.

Trzeba też zauważyć, że czyszczenie i dezynfekcja na miejscu to procesy etapowe. W kolejnych krokach, z których każdy poprzedzony jest spłukiwaniem wodą, przez obiekt czyszczony płyną inne środki. Przykładową sekwencję przedstawiamy w ramce.

Pod wieloma względami procesy CIP/ SIP są zatem podobne do procesów wsadowych. Nie dziwi zatem, że wytyczne standardu ISA- 88 znajdują zastosowanie także w ich przypadku.

Czym myć i odkażać?

W instalacjach czyszczenia i sterylizacji na miejscu używa się różnych środków myjących i odkażających. Przykładami są:

podchloryn potasu, sodu lub wapnia, chlor gazowy - są stosowane m.in. do czyszczenia powierzchni ze stali nierdzewnej, wadą trzech pierwszych są silne właściwości korozyjne,
kwas nadoctowy - niszczy wszystkie mikroorganizmy, w tym te gnilne oraz przetrwalniki bakterii, jego wadą jest silny zapach, dlatego gdy jest używany, trzeba zapewnić dobrą wentylację,
dwutlenek chloru - niszczy wszystkie mikroorganizmy,
roztwory kwasów organicznych i surfaktantów anionowych - niszczą większość bakterii, usuwają osady, są bezwonne i stosunkowo mało toksyczne,
woda ozonowana - niszczy mikroby równie skutecznie, jak chlor, nie zostawia resztek na czyszczonej powierzchni.

ISA-88 NIE TYLKO W PROCESACH WSADOWYCH

W instalacji CIP/ SIP wyodrębnić można jednostkę, którą stanowi blok mieszania chemikaliów z wodą. Według standardu ISA- 88 jednostka jest jednym z poziomów modelu fizycznego sprzętu, który przetwarza, w wypadku procesów wsadowych - wsad, a w procesie mycia i dezynfekcji - wodny roztwór środka chemicznego, zgodnie z określoną recepturą/ sekwencją zadań.

W modelu fizycznym systemu CIP/ SIP wyróżnia się także dwa moduły sprzętowe. Są to zespoły zaworów i pomp, którymi roztwory, nowy i powrotny, przepływają między blokiem mieszania a mytym obiektem. Poziom modułu sprzętowego zdefiniowano w ISA-88 jako funkcjonalną grupę urządzeń, która realizuje jedną albo więcej funkcji.

JAKIE BĘDĄ FAZY W OPERACJI MIESZANIA?

Przykładem operacji, którą można wyodrębnić w procedurze, zgodnie z którą przebiegają procesy CIP/ SIP, jest przygotowanie roztworów, na przykład zasadowego i kwasowego. Według ISA-88 operacja powinna być wykonywana w jednej jednostce sprzętowej, a jej efektem ma być fizyczna, chemiczna lub biologiczna przemiana - w przypadku procesów wsadowych: surowców, w tym zaś przypadku: składników roztworu.

Operacja składa się z faz. W przypadku przygotowania mieszanki będą to trzy kroki: uzupełnienie wody w zbiorniku, dodanie do niej środka chemicznego i ustawienie temperatury podgrzewacza roztworu. Parametrami tej operacji będą: objętość wody, typ środka chemicznego (kwas, zasada) oraz temperatura.

Monika Jaworowska