乳品衛生與安全問題是人們生活中非常關心的話題。從某種意義上說，乳品設備清洗不當會對人體健康造成一定影響，并干擾乳品質量的污垢殘留問題。乳品生產設備和管道表面的殘留物會導致污垢沉積和微生物黏附，最終影響產品的質量，并產生嚴重的公共健康風險。為此，自2013年以來，國家在乳品安全監管方面的力度不斷加大。
原位清洗（cleaning-in-place,CIP）技術是一種高效方便，無需拆卸乳品生產設備的清洗技術（圖1）。目前，很多乳品加工企業在清洗時均選用CIP，不僅可以降低生產成本，而且符合高品質產品要求。研究表明CIP適當運行可以減少清洗劑的用量和縮短清洗時間。CIP通過五個自動循環系統包括清洗生產工藝線的儲罐、管道及其他工作空間進行清洗工作。清洗乳品生產設備后可以恢復設備的正常功能，滿足乳品的衛生要求并延長其使用壽命。
CIP現場清洗時無需拆卸生產設備和管道。使用設備原有的管道和配件通過清洗液的化學效應（轉化反應）、物理效應（如熱溶解、離子交換等）和清洗液高速流動引起的湍流機械效應進行快速高效清洗。泵送清洗液進入生產設備后，構成清洗循環直接清洗設備和管道。
一般情況下，乳品公司的生產超過建議的加工時間或者在不合適的條件下進行（如高溫），可能會在設備表面（如板式熱交換器）形成嚴重的污垢或更多的附著沉積物，從而增加清洗所需的時間。如表1所示，污垢的主要來源是原材料、生產工藝、水質和生產設備，出現的形式多種多樣，包括：液體、干燥的薄膜以及受熱沉淀的成分（如蛋白質、脂肪、鹽類等）。例如牧場中的生乳是一種復雜的基質，管道中的冷牛奶殘膜幾乎完全是有機物，其成分中含有蛋白質、碳水化合物和脂肪。而加熱設備的沉積物則主要是無機礦物鹽，乳品廠中的乳石主要是酪蛋白和磷酸鈣的混合物，也包括其成分中的脂肪、蛋白質和其他來自牛奶和水硬度以及清洗劑的化學成分的礦物質。
如表2所示，市場上的清洗消毒產品主要有酸性清洗劑、堿性清洗劑、消毒劑（主要成分為過氧乙酸、次氯酸鈉）等，由于各自的產品特點（p H、有效成分等）及細分行業（設備、生產管理）的發展水平不同，導致乳品企業對供應商的差異性選擇。飲料及食品加工廠為了保證產品質量，應該使用專業的清洗劑，即食品設備清洗劑。
(1）堿性清洗劑：根據p H分為強堿（p H>10）和弱堿（8<p H<10）清洗劑兩大類。堿性清洗劑主要成分為氫氧化鈉或氫氧化鉀，由于氫氧化鉀成本過高，基本不考慮使用。堿洗原理大致分為四種：第一，與油脂反應生成具有水溶性的表面活性劑脂肪酸鈉，能把不溶性的乳品油脂乳化、分散。第二，當乳品蛋白質分子中存在過剩羧基時，與堿反應后帶上負電荷，使分子之間產生斥力，導致蛋白質在水中的溶解性增加。第三，加熱的條件下，堿會促進大分子的蛋白質水解，轉變成較小分子的氨基酸而溶解。第四，難溶于酸和水的無機鹽垢，例如堅硬的硫酸鈣、硅酸鈣垢等，在堿性環境下可以轉化為疏松的易溶于酸的新鹽，以便進一步用酸洗去除。此外，添加少量的食品級表面活性劑、螯合劑及其他助劑增強清洗能力，提高清洗劑的乳化性、濕潤性、懸浮性、軟化性、漂洗性、螯合力等。市面上一些復合型堿性清洗劑可為乳品企業在清洗周期中省去酸洗，大大節省清洗成本。
(2）酸性清洗劑：酸性清洗劑成分為無機酸（硝酸、磷酸等），有機酸（檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖酸等）。酸性清洗劑主要去除無機污垢，包括乳制品、發酵制品生產設備的乳石（磷酸鈣），水銹、鐵銹等。因此，常常添加少量的螯合劑提高其清除無機污垢的能力。由于酸對生產設備的腐蝕性較大，添加一定量的緩蝕劑可延長設備的使用壽命。
(3）殺菌性清洗劑：殺菌性清洗劑分為酸性和堿性，應用最廣的殺菌劑主要成分是次氯酸鈉，具有殺滅微生物種類廣、殺菌效果快、幾乎不受水硬度影響等優點。然而，使用最廣的次氯酸鈉具有刺激性氣味，對于大部分乳品加工企業有負面影響。理想化的乳品殺菌劑除了以上三點外，應保證對生產設備及乳品質量無影響、殺菌后抑菌持續時間長、安全無毒、對廢水處理設施及環境的不利影響小等優點。
如表3所示，清洗儲罐、管道和發酵罐的復合堿性清洗劑濃度約為0.8%～1.5%，清洗多用途儲罐和板式換熱器為1.2%～1.5%，清洗超高溫（UHT）為2%～2.5%。然而，清洗污染嚴重的設備可能需要高5%。酸性清洗劑通常用0.8%～1.2%的濃度范圍進行清洗，因為在較高濃度下會發生金屬表面及密封件的腐蝕。
證明清洗時間的自然對數與溶液的絕對溫度成反比（圖2）。堿處理時，手動清洗在最高45～50℃下進行，但CIP清洗在70～90℃下進行（表3）。在超高溫設備的堿洗過程中使用的是85～137℃（結合實際的清洗溫度范圍較大）。然而，過高的溫度可能會對目標污垢的物理和化學穩定性產生負面影響，導致形成一層堅韌的污垢膜不易清洗。當溫度高于80℃時，許多蛋白質易變性更難去除。酸處理時，溫度越高腐蝕性越強并且溫度越高酸洗對設備的腐蝕性越強，因此酸處理溫度通常在60～80℃。
當流速從0.2 m/s增加到1.5 m/s時，板式換熱器的清洗時間縮短了近90%（圖3）。但是實際的清洗時間只減少了70%左右。在流速達到0.5 m/s之后，清洗時間隨著流速的增加而減小，漸近線出現在1.5 m/s左右。多年來，1.5 m/s的流速一直被廣泛引用為整個管道系統的目標值。如果流速過高，可能會導致“管錘”，也可能會損壞設備，特別是密封件。
值得重點介紹的是一種固定式清潔裝置（圖4），即靜態噴球裝置。該裝置可以將清洗劑以靜態模式噴灑到容器、設備或儲罐的內表面（通常是儲罐的上部）。清洗效果更多地依賴于化學作用、溫度的影響和清洗過程的持續時間，而不是流速。然而，噴球的設計隨著科技的發展，其噴出的清洗液流速大幅度提高，為清洗過程提供便利。
一般來說，CIP清洗時間越長，清洗效果就越好。但清洗時間過長，效率的額外提高很小，反而浪費了大量的生產時間。所需清洗時間是很難估計的，這取決于許多因素，包括污垢的結構、堵塞程度、被清洗設備的類型、清洗劑的特性及其濃度、清洗液的溫度、清洗液在管道中的速度以及清洗液噴灑/噴射對設備表面的影響。例如，與產品在設備表面干燥時形成的薄膜相比，潮濕的污垢更易清除。如果工藝操作在過高的溫度下進行，產品粘聚力（污垢-污垢粘結劑）和粘合力（污垢-表面粘結劑）都會增加。因此，必須提供更多的化學能、熱能和機械能，從而增加清洗時間。如表3所示，確定的清洗時間需要在實踐中加以驗證。
綜上所述，隨著科技的發展，乳品加工企業對選擇最佳的加工設備清洗技術及綠色化學清洗劑提出更高的要求。乳品企業對于清洗劑的選擇要綜合考慮其高需求度和高使用率。這樣不僅可以保障乳品生產的衛生與安全，而且促進企業在激烈的競爭市場當中長久地生存以便更好地發展下去。
