◎ 張紅雨，張 祁，Matthias Eisner,3，黃小平，武建義，余志寶，張春賢，裴曉燕

（1.內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110；2.內(nèi)蒙古乳業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110；3.伊利歐洲創(chuàng)新中心，荷蘭 瓦赫寧根 6708WH）

使用衛(wèi)生設(shè)計(jì)合格的乳品生產(chǎn)設(shè)備是生產(chǎn)安全食品的基本保障。國(guó)內(nèi)食品機(jī)械衛(wèi)生要求的主要標(biāo)準(zhǔn)有《機(jī)械安全 機(jī)械設(shè)備的衛(wèi)生要求》（GB 19891—2005）[1]和《乳品設(shè)備安全衛(wèi)生》（GB 12703—1989）[2]。其中乳品設(shè)備衛(wèi)生方面最具針對(duì)性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12703—1989發(fā)布已有30余年，對(duì)于不斷推陳出新的乳品設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)指導(dǎo)時(shí)效性不強(qiáng)，對(duì)液體乳品設(shè)備設(shè)計(jì)缺乏多維度全流程指導(dǎo)和規(guī)范。歐盟法規(guī)中設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中最重要的一條就是機(jī)械指令2006/42/EC[3]，該指令要求所有在歐盟銷售的設(shè)備必須強(qiáng)制性符合這些基本標(biāo)準(zhǔn)。除政府組織的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)外，歐洲還有多家非政府組織，如歐洲衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)組織（European Hygienic Engineering & Design Group，EHEDG）和德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)（Verband Deutscher Maschinen-und Anlagenbau，VDMA）等，也推出了設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)方面的規(guī)范。EHEDG是一個(gè)由設(shè)備加工制造商、食品企業(yè)、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公共衛(wèi)生部門組成的聯(lián)盟，成立于1989年，旨在促進(jìn)食品加工和包裝過(guò)程中的衛(wèi)生[4]。EHEDG在過(guò)去30年中提出了55份關(guān)于衛(wèi)生設(shè)計(jì)原則的指南，從基本原則到與特定機(jī)械有關(guān)的原則。理想的設(shè)備衛(wèi)生要求應(yīng)該在設(shè)備的設(shè)計(jì)階段被考慮進(jìn)去，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，遵守衛(wèi)生設(shè)計(jì)要求可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少維護(hù)次數(shù)，從而降低生產(chǎn)成本。本文綜述了中國(guó)和歐洲乳品設(shè)備的衛(wèi)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最佳實(shí)踐，結(jié)合乳品生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用實(shí)際，確保新產(chǎn)線、新設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝階段滿足衛(wèi)生要求，為預(yù)防質(zhì)量事故提供參考。

1 液體乳制品設(shè)備材質(zhì)的設(shè)計(jì)要求

1.1 設(shè)備不銹鋼材料選擇

與產(chǎn)品接觸的材料要具備足夠強(qiáng)度的同時(shí)，還要在廣泛的溫度范圍內(nèi)能夠擁有合理的使用壽命，無(wú)污染，耐腐蝕和耐磨損，易于清洗和能夠成型，不與食品原料、半成品、成品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，確保食品和環(huán)境不產(chǎn)生二次污染[5-6]。在現(xiàn)有的材料中不銹鋼通常滿足這些所有要求，同時(shí)成本可控。依據(jù)乳品工廠設(shè)備材質(zhì)選擇實(shí)踐情況，推薦不銹鋼的選擇原則如下[7]。

（1）管道、泵、閥門等與產(chǎn)品直接接觸部位的表面材料應(yīng)為316（L）或304（L）不銹鋼。

（2）罐體通常選擇304（L）不銹鋼，在乳品工廠正常環(huán)境條件下，304、304L不銹鋼能夠滿足衛(wèi)生、強(qiáng)度、耐腐蝕性、成形性和焊接性等方面的要求。

（3）UHT、殺菌機(jī)無(wú)菌罐、灌裝機(jī)或與含氯消毒劑設(shè)備、內(nèi)部接觸產(chǎn)品的部分為316L不銹鋼，316L不銹鋼具有更高的耐腐蝕性。

（4）禁止使用303不銹鋼。

1.2 設(shè)備表面質(zhì)量狀況

設(shè)備的表面狀況是決定污垢和設(shè)備表面結(jié)合力的重要因素，設(shè)備表面的粗糙度將嚴(yán)重影響到清洗效果，因此在乳品設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)時(shí)，表面粗糙度是一項(xiàng)重要控制指標(biāo)。粗糙的表面會(huì)隨著時(shí)間的推移和磨損使清潔變得更加困難，不銹鋼的劃痕可能成為微生物的藏匿點(diǎn)[8]，如嗜熱芽孢、單增李斯特氏菌等微生物容易在設(shè)備上形成生物膜[9-13]，這些生物膜對(duì)沖洗和清潔程序具有高度的抗性[14]?！度槠吩O(shè)備安全衛(wèi)生》（GB 12073—1989）中要求不銹鋼板、管的產(chǎn)品接觸表面的粗糙度Ra值不得大于1.6 μm。目前歐洲對(duì)表面粗糙度提出了更高的要求，依據(jù)EHEDG[15]和德國(guó)DIN11850標(biāo)準(zhǔn)[16]，同時(shí)結(jié)合乳品工廠的應(yīng)用實(shí)踐，不銹鋼表面粗糙度推薦如下。

（1）設(shè)備的內(nèi)外表面不得有油污、劃痕、凹陷、銹斑等缺陷，內(nèi)表面粗糙度Ra＜0.8 μm。

（2）無(wú)菌管道內(nèi)壁電拋光，表面粗糙度Ra≤ 0.4 μm。

（3）與產(chǎn)品直接接觸的閥門部件的表面粗糙度Ra＜1 μm，這不僅是為了方便清潔，而且也是為了對(duì)通過(guò)閥門的流體施加最小的摩擦[17]。

（4）乳品工廠實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)含氯成分在酸性條件下對(duì)不銹鋼的腐蝕更為敏感，因此酸性產(chǎn)品設(shè)備內(nèi)表面粗糙度應(yīng)滿足更為嚴(yán)格的要求Ra≤0.4 μm。

1.3 不銹鋼的腐蝕和預(yù)防

許多食品含有氯化物，氯離子具有對(duì)氧化保護(hù)膜造成局部損傷的能力，容易出現(xiàn)局部腐蝕，如坑點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕等。不銹鋼的耐腐蝕性來(lái)自一層薄而不透水的鐵/鉻氧化物薄膜（“被動(dòng)層”），當(dāng)暴露在氧氣（如空氣或含氧水）中時(shí)，潔凈的不銹鋼表面會(huì)自然形成這層薄膜。如果這個(gè)“被動(dòng)層”在機(jī)械或化學(xué)方面受到損傷，再次暴露在氧氣中，它通常會(huì)很快自我修復(fù)[15,18]。

當(dāng)設(shè)備及管道系統(tǒng)內(nèi)部或外部環(huán)境存在較大腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，“被動(dòng)層”防護(hù)能力不足時(shí)，就需要采取主動(dòng)化學(xué)鈍化以增強(qiáng)不銹鋼材料表面防腐蝕能力。鈍化是預(yù)防不銹鋼腐蝕的有效措施，化學(xué)鈍化完成后，不銹鋼表面會(huì)形成一層氧化膜，這層氧化膜能有效阻礙不銹鋼表面繼續(xù)與外界接觸，從而對(duì)金屬表面起到保護(hù)作用，延長(zhǎng)設(shè)備表面使用周期[15]。鈍化層是一個(gè)致密的透明表面層，厚度約為2～8 nm，主要為鉻氧化物，但也含有其他化合物，如鐵氧化物和離子。表1列出了乳品工廠實(shí)踐的設(shè)備在線化學(xué)鈍化程序。

表1 設(shè)備在線化學(xué)鈍化程序表

1.4 密封材料

與乳品接觸的設(shè)備及管道內(nèi)部空間需要與外部環(huán)境有良好的隔絕，密封材料是用來(lái)隔絕內(nèi)外部空間必不可少的條件，乳品設(shè)備密封材料的效果通常取決于材料選型、質(zhì)量和安裝情況。乳品生產(chǎn)實(shí)踐中常用的墊圈材料包括食品級(jí)橡膠、食品級(jí)四氟乙烯等，有些材料如橡膠，在使用過(guò)程中最終會(huì)硬化和開(kāi)裂，因此墊圈的狀況應(yīng)該定期檢查、更換[17]。理想情況下每個(gè)墊圈都應(yīng)有一個(gè)唯一編碼，制定更換排期，實(shí)現(xiàn)可追溯。此外，密封材料應(yīng)滿足耐熱、耐腐蝕等要求。通常用于墊圈、密封件和刮刀等的橡膠材料和其他彈性體可能因過(guò)度的機(jī)械或熱壓縮引起嚴(yán)重的變形而損壞，這可能對(duì)其清潔性產(chǎn)生不利影響[19]。此外，乳制品工廠應(yīng)用實(shí)踐表明對(duì)于高脂肪含量介質(zhì)條件下使用的密封材料應(yīng)滿足耐油脂性能。

密封圈如果有缺陷會(huì)造成滲漏、密封圈破損產(chǎn)生異物，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致食品安全事故，是乳品企業(yè)設(shè)備質(zhì)量管理的關(guān)鍵項(xiàng)目，通過(guò)多年的摸索和積累，摸索出檢測(cè)密封圈質(zhì)量的快速方法，來(lái)提前評(píng)估其耐腐蝕性、耐熱性、氣味等指標(biāo)。表2列出了快速檢測(cè)密封圈質(zhì)量方法。

2 設(shè)備安裝位置的設(shè)計(jì)要求

設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)便于清洗和觀察，看不見(jiàn)的地方則無(wú)法保證清洗效果，因此，設(shè)備必須允許進(jìn)入查看。設(shè)備需要設(shè)定與表面（墻壁、天花板、地板）之間的距離以方便清潔，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12073—1989中規(guī)定了設(shè)備機(jī)體最低點(diǎn)距離地面至少11 cm，在EHEDG中對(duì)設(shè)備安裝后最低點(diǎn)距離地面的距離有更合理的要求，針對(duì)不同的設(shè)備寬度，設(shè)備與地面的最小間隙建議如圖1所示；對(duì)于寬度超過(guò)1 m的設(shè)備，設(shè)備和地板之間應(yīng)有足夠的間隙，使清洗工具能夠以30 °的水平方向到達(dá)機(jī)器的中心線[20]。用于支撐和固定設(shè)備的地腳應(yīng)該有光滑、連續(xù)和傾斜的表面，以幫助排水和清潔，且地腳不應(yīng)設(shè)置于地板拼接縫隙處，避免形成無(wú)法清潔的死角，如圖2所示。

3 設(shè)備的排水設(shè)計(jì)要求

食品機(jī)械在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)避免形成無(wú)法清洗的衛(wèi)生死角，所有的管道和設(shè)備表面應(yīng)該是自排水的，因?yàn)闅埩舻囊后w會(huì)造成乳品介質(zhì)變質(zhì)產(chǎn)生微生物超標(biāo)等危害。結(jié)合EHEDG指南及近年工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備的排水設(shè)計(jì)推薦按照如下方式執(zhí)行。

（1）對(duì)于帶有排放口的儲(chǔ)罐必須實(shí)現(xiàn)完全自排。為了良好的排水性和清潔性，必須避免尖銳的角落。水平表面向出口的傾斜度必須超過(guò)3°[21]。

（2）任何封閉的生產(chǎn)線都應(yīng)完全排水，管道應(yīng)向排水點(diǎn)傾斜3°，如果不能以適當(dāng)排水的方式建造設(shè)備，則必須制定程序，以確保以另一種方式清除掉清潔和消毒液體的殘留物。如果需要排水，可以在排水口上方使用漏斗，在設(shè)備排水管和排水口之間留出空隙，以防止廢水倒流和交叉污染，如圖3所示。對(duì)于直徑較小的管道，長(zhǎng)度應(yīng)該小于直徑，否則清洗起來(lái)會(huì)非常困難。

4 設(shè)備焊接的設(shè)計(jì)要求

4.1 焊接質(zhì)量的重要性

焊接是乳品設(shè)備及管道連接的最常用方式，在液體乳制品衛(wèi)生設(shè)計(jì)中，大量安裝錯(cuò)誤通常與焊接程序有關(guān)。焊接缺陷（如裂紋、氣孔等）會(huì)增加產(chǎn)品的附著力，對(duì)系統(tǒng)的清潔性造成不利影響，微生物在此處定植、生存，在清洗過(guò)程中部分微生物及變質(zhì)乳品被帶入到系統(tǒng)中，其他部分微生物無(wú)法完全清除再次繁殖擴(kuò)增，極易形成循環(huán)批量式污染和風(fēng)險(xiǎn)，因此必須根據(jù)母材的厚度、材質(zhì)選擇適合的焊材、焊接溫度、焊接工藝。

4.2 焊接方式

焊接分為自動(dòng)焊接和手動(dòng)焊接，基于自動(dòng)焊接的低缺陷率及高穩(wěn)定性，應(yīng)優(yōu)先采用自動(dòng)焊接。乳品工廠焊接完成后對(duì)焊縫表面的處理是關(guān)鍵步驟，但并非所有焊縫表面都需處理，這取決于所使用的技術(shù)。通過(guò)軌道焊接和適當(dāng)使用保護(hù)氣體，通常不再需要表面處理（在管道中也經(jīng)常不可能進(jìn)行磨光）。通常對(duì)于容器內(nèi)部等表面積大、可接觸的部位采用研磨、拋光的方式處理，對(duì)其進(jìn)行脫脂清洗，以清理表面的油脂和油性殘留物，然后進(jìn)行酸洗鈍化處理，以增加焊接表面的衛(wèi)生潔凈程度并延長(zhǎng)設(shè)備表面使用周期。對(duì)于與乳品直接接觸管道，應(yīng)該盡可能減少焊縫的數(shù)量，管道通常長(zhǎng)度為6 m，連接設(shè)備時(shí)需要彎頭，對(duì)于長(zhǎng)直管道應(yīng)盡可能使用整管焊接，避免增加焊縫；焊接時(shí)必須使管道或管件表面對(duì)齊，避免出現(xiàn)錯(cuò)層或不同心，焊接應(yīng)連續(xù)平滑，杜絕重疊焊接[22]。

相比于非食品接觸的普通焊接而言，食品接觸的焊接有更嚴(yán)格的衛(wèi)生要求，具體要求如下。

（1）與產(chǎn)品直接接觸的部位禁止使用任何油脂，管卡安裝不得過(guò)緊，不得出現(xiàn)錯(cuò)位傾角現(xiàn)象。

（2）管路必須無(wú)仰角逆流、無(wú)凹陷?；习褪虾?、UHT后的無(wú)菌管道推薦采用自動(dòng)焊接。

（3）管道連接錯(cuò)位需小于壁厚的20%，焊縫間距＜0.25 mm，需滿焊，不得有焊疤、焊瘤、雙焊縫；若待焊接的兩個(gè)無(wú)菌管接頭管壁間未正確對(duì)齊，將造成焊接區(qū)內(nèi)表面出現(xiàn)梯級(jí)，而該梯級(jí)會(huì)可能會(huì)滯留產(chǎn)品或污垢等。

（4）EHEDG推薦管道焊接可接受的最大錯(cuò)邊為：對(duì)于外徑≤29 mm的管道，最大錯(cuò)邊量＜薄管厚度的15%；對(duì)于29 mm＜外徑≤85 mm的管道，最大錯(cuò)邊量＜薄管厚度的20%；外徑＞85 mm的管道，最大錯(cuò)邊量＜0.6 mm。內(nèi)直徑上的凸度不得超過(guò)較細(xì)管管壁厚度的10%。

正確的吹掃技術(shù)和適當(dāng)?shù)拇祾咴O(shè)備的使用是保證焊縫衛(wèi)生的必要因素。要實(shí)現(xiàn)清潔和無(wú)腐蝕的內(nèi)部焊接區(qū)域，需要確保在焊接過(guò)程中吹掃氣中氧氣含量足夠低，圖4顯示了純氬吹掃氣體中不同氧含量對(duì)變色程度的影響，EHEDG推薦焊縫1至5是可接受的[23]。在乳制品實(shí)踐中提出了比EHEDG指南更高的要求，實(shí)踐中通常規(guī)定無(wú)菌管道焊接合格標(biāo)準(zhǔn)為焊縫1，產(chǎn)品管道合格標(biāo)準(zhǔn)為焊縫2。此外，結(jié)合部分中國(guó)和歐洲乳品企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，焊接后應(yīng)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，所有管道焊縫應(yīng)進(jìn)行100%外觀檢查；無(wú)菌管道100%用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查；除無(wú)菌管道和排水管道外50%內(nèi)窺鏡檢查；排水管道10%內(nèi)窺鏡焊縫質(zhì)量檢查，不僅要進(jìn)行檢查，還要記錄工藝管道儀表流程圖（P&ID）上的位置和照片。

5 結(jié)語(yǔ)

本文綜述了中國(guó)和歐洲乳品設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及工廠實(shí)踐，這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐結(jié)合了國(guó)內(nèi)外多年的行業(yè)優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，且具有一定的前瞻性。但本文篇幅有限，未能全面列舉設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)的所有要求，僅結(jié)合中國(guó)和歐洲乳品設(shè)備的衛(wèi)生設(shè)計(jì)實(shí)踐，介紹了乳品設(shè)備衛(wèi)生設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。隨著消費(fèi)者對(duì)乳制品需求量的持續(xù)增加，乳品加工設(shè)備也迎來(lái)了新一輪的技術(shù)升級(jí)，如智能程序防錯(cuò)互鎖、智能在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等將大大提升設(shè)備的智能化水平。這些新的衛(wèi)生設(shè)計(jì)理念和技術(shù)從設(shè)計(jì)維度對(duì)保障乳品衛(wèi)生起到積極的幫助，滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范且具有智能化功能的乳品設(shè)備將逐步成為主流，為消費(fèi)者提供安全健康的乳品。