劉 羽，王朝元,3，施正香,3，李保明,3

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儲奶罐電解水清洗除菌效果與清洗模式優(yōu)選

劉 羽1,2，王朝元1,2,3※，施正香1,2,3，李保明1,2,3

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2. 農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3. 北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

熱堿或熱酸循環(huán)沖洗是奶牛場擠奶系統(tǒng)原位清洗（clean-in-place，CIP）的關(guān)鍵步驟，所采用的商業(yè)清洗劑多呈強(qiáng)堿性或強(qiáng)酸性，長期使用會腐蝕擠奶系統(tǒng)，且產(chǎn)生的廢水處理困難。該試驗(yàn)研究了堿性電解水（清洗時間為8 min、溫度為70.3 ℃、pH值為12）和微酸性電解水（清洗時間為9.9 min、溫度為37.8 ℃、有效氯濃度（available chlorine concentration，ACC）為60 mg/L）對100 L立式儲奶罐的實(shí)際清洗效果，測試了一堿一酸、兩堿一酸和三堿一酸的不同模式對清洗效果的影響，以驗(yàn)證作為節(jié)能環(huán)保型清洗消毒劑的電解水對奶罐的清洗效果，并探索適宜的清洗模式。與傳統(tǒng)的商業(yè)清洗劑的清洗效果對比表明，堿性電解水和微酸性電解水均可應(yīng)用于儲奶罐的清洗消毒，綜合考慮對細(xì)菌和三磷酸腺苷（adenosine-triphosphate，ATP）的清除效果以及經(jīng)濟(jì)成本等因素，推薦在儲奶罐中采用一堿一酸的電解水清洗模式。

消毒；清洗；堿性電解水；微酸性電解水；儲奶罐

0 引 言

牛奶因含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，被譽(yù)為“液體黃金”，但這些營養(yǎng)物質(zhì)也為微生物在擠奶系統(tǒng)中的生長提供了良好的環(huán)境。若儲奶設(shè)備不能進(jìn)行良好的清洗，微生物的滋生會在其表面形成生物膜，從而對下一批儲存的生乳造成嚴(yán)重的污染[1]。

擠奶系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的CIP過程通常包括4個步驟：1）38～55 ℃溫水沖洗；2）堿性清洗劑或酸性清洗劑清洗；3）38～55 ℃溫水沖洗；4）在下一次擠奶前用消毒劑或90～95 ℃熱水沖洗[2]。奶牛場用于擠奶系統(tǒng)清洗的洗滌劑原液為強(qiáng)堿或強(qiáng)酸性高度濃縮的液體，在擠奶系統(tǒng)中長期使用強(qiáng)堿或強(qiáng)酸會加快設(shè)備的腐蝕，減少機(jī)器的使用壽命，增加奶牛場的運(yùn)行成本[3]。洗滌廢水若沒有進(jìn)行合格的處理就排放，在農(nóng)田中長時間的積累和滲透，會對環(huán)境造成不可估量的危害[4-5]。生乳中的洗滌劑殘留，則會嚴(yán)重影響乳品質(zhì)量和奶牛場信譽(yù)，導(dǎo)致慘重的經(jīng)濟(jì)損失[6]。另外，強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性清洗劑對皮膚和黏膜有很強(qiáng)的腐蝕性，在稀釋過程中如操作不當(dāng)會威脅工作人員的健康[7]；在美國每年約有1×105名兒童因接觸到未被妥善存儲的化學(xué)試劑而受到傷害[8]。因此，在擠奶系統(tǒng)中使用污染小、危害低、成本低的洗滌劑非常必要。

電解水（electrolyzed water，EW）包括堿性電解水（alkaline electrolyzed water，AlEW）和酸性電解水（acidic electrolyzed water，AEW），已作為一種環(huán)境友好型清洗消毒劑廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)療行業(yè)[9-10]。堿性電解水的有效成分為NaOH，含有活性氫，可有效去除脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等污垢[11]。酸性電解水已被證實(shí)具有很強(qiáng)的殺菌能力，在畜牧生產(chǎn)中的實(shí)用性也得以充分驗(yàn)證[12-18]。其中，pH值為5.5～6.5的微酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）具有殺菌效果強(qiáng)、瞬時殺菌無抗藥性、腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)[19]。

近年來，電解水被試驗(yàn)性應(yīng)用于擠奶系統(tǒng)的CIP過程，取得了良好效果[3,7,20-23]。Walker等[22]研究了pH值為11.3的堿性電解水和pH值為2.6、ACC為(50～80)×10-6的酸性電解水對擠奶管道模型的清洗效果，表明采用60 ℃的2種電解水清洗擠奶管道7.5 min，可完全清除管道內(nèi)表面的細(xì)菌和ATP，清洗效果與傳統(tǒng)的清洗工藝相比沒有顯著差異。Dev等[7]對電解水在擠奶設(shè)備模型中的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，建立并驗(yàn)證了應(yīng)用于擠奶系統(tǒng)的電解水清洗模型，再次證明了在CIP過程中使用電解水的可行性。Wang等[21]證明了電解水的清洗效果可達(dá)到或超過傳統(tǒng)的CIP效果，可作為擠奶系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保型清洗消毒劑。但是這些研究均采用強(qiáng)堿性和強(qiáng)酸性電解水，并將二者應(yīng)用于同一個清洗過程中。對于擠奶系統(tǒng)這樣的冷表面，為了減少生產(chǎn)污水的產(chǎn)生以及洗滌劑的使用，一般不推薦在同一清洗過程中使用2種洗滌劑。因此實(shí)際生產(chǎn)中，一般采用一堿一酸（即第1次清洗擠奶系統(tǒng)時，除熱水外，僅使用堿性清洗劑，下一次則僅使用酸性清洗劑；堿性與酸性清洗劑在不同清洗過程中交替使用，但不同時使用）或兩堿一酸（即前2次僅用堿性、第3次僅用酸性清洗劑）的清洗模式[2]。

近年來，為了減少清洗時間、降低廢水量，擠奶系統(tǒng)一步式清洗消毒劑（兼有清洗和消毒效果）應(yīng)運(yùn)而生，取得了良好的清洗效果，但存在腐蝕性強(qiáng)等問題難以解決。梁亮[24]研究表明pH值為11.5的堿性電解水對304不銹鋼的腐蝕性甚微，7 d累計(jì)失質(zhì)量不超過0.001 g，腐蝕速率為0.12×10-4mm/a，不銹鋼完全耐腐蝕。對于酸性電解水，Ayebah等[19]證明了酸性電解水pH值由2.42升至6.12，其腐蝕性降低50%以上，且pH值為5.5～6.5的微酸性電解水兼具殺菌效果強(qiáng)[12-18]、腐蝕性小[19]、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具備替代傳統(tǒng)酸性洗滌劑在擠奶系統(tǒng)中使用的良好潛力[25]。

本文在前期研究的基礎(chǔ)上，以儲奶罐為研究對象，試驗(yàn)研究了堿性電解水和微酸性電解水分別在一步式清洗過程中的應(yīng)用效果，對其應(yīng)用于儲奶罐的清洗模式進(jìn)行了篩選，為今后電解水在儲奶罐一步式清洗過程中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 細(xì)菌活化培養(yǎng)

大腸桿菌（，ATCC25922）及熒光假單胞菌（，ATCC49642）購置于中國獸醫(yī)微生物菌種保藏管理中心。

將大腸桿菌和熒光假單胞菌分別接種于100 mL的胰蛋白胨大豆肉湯中，在37 ℃的生化培養(yǎng)箱（SPX-150B-Z，寧波海曙賽福試驗(yàn)儀器廠）中恒溫培養(yǎng)48 h，再將培養(yǎng)好的細(xì)菌通過平板涂布法在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中計(jì)數(shù)，確保每種細(xì)菌的濃度為1×1010CFU/mL左右。

1.2 污染生乳

試驗(yàn)所用生乳由北京玉龍奶牛場提供。為了便于觀察試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)將上述培養(yǎng)的2種細(xì)菌接種到生乳中以提高其細(xì)菌含量。

試驗(yàn)中分別取50 mL兩種菌液，置于4 ℃臺式冷凍離心機(jī)（3K15，Sigma，德國）中4 400×離心4 min，棄上清液，沉淀物用0.1%的蛋白胨水清洗2次，將清洗后的沉淀物重新接種于含50 L生乳的桶中，用滅菌的攪拌棒充分?jǐn)嚢?，使生乳中?xì)菌含量達(dá)到106～107CFU/mL。

1.3 污染儲奶罐

試驗(yàn)對象為100 L的立式商用儲奶罐，材質(zhì)為304不銹鋼。試驗(yàn)前，先用45 ℃左右的溫水對儲奶罐進(jìn)行沖洗，之后使用傳統(tǒng)的商用堿性和酸性清洗劑（該試驗(yàn)選用潔信清洗劑（Super，利拉伐（天津）有限公司））進(jìn)行連續(xù)清洗，最后用90 ℃的熱水進(jìn)行沖洗，排空罐內(nèi)液體后備用。

將污染的生乳通過水泵加入到儲奶罐中，制冷溫度設(shè)置為4 ℃，生乳在儲奶罐中儲存2 h后排出。儲奶罐中采樣點(diǎn)的分布如圖1所示。在每個采樣點(diǎn)處劃分成40 cm2的區(qū)域，平均分成4份，記為a、b、c、d，分別用于清洗前后的細(xì)菌數(shù)和ATP的測定。

注：①~⑦為采樣點(diǎn)位置。

1.4 電解水及傳統(tǒng)清洗劑的制備

使用氧化電位系統(tǒng)設(shè)備（Harmony，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和睿安德環(huán)保設(shè)備（北京）有限公司，北京）生產(chǎn)電解水。在軟化的自來水中加入NaCl，電解制得pH值為12的堿性和pH值為5.5～6.5、ACC為60 mg/L的微酸性電解水。試驗(yàn)前用pH計(jì)（PH-8414，杭州盈傲儀器有限公司）、氧化還原電位（oxidation-reduction potential，ORP）計(jì)（ORP-2626，杭州盈傲儀器有限公司）和有效氯測定儀（RC-3F，笠原理化工業(yè)株式會社，日本）對清洗溶液的物理性質(zhì)進(jìn)行測定（表1）。

表1 清洗溶液的物理性質(zhì)

商業(yè)清洗劑選用潔信堿性和潔信酸性清洗劑，按照說明制成濃度為0.5%的清洗溶液，作為對照。潔信堿性清洗劑的有效成分為NaOH和NaClO，酸性清洗劑的有效成分為H2SO4和H3PO4。其物理性質(zhì)如表1所示。

所配置的電解水和洗滌溶液用可自動控溫的加熱器（CH6E07，北京昆侖至誠傳感器技術(shù)有限公司）在加蓋密封的桶內(nèi)進(jìn)行加熱。

1.5 清洗試驗(yàn)

課題組之前對電解水清洗304不銹鋼的效果進(jìn)行了載體試驗(yàn)，試驗(yàn)以接種過大腸桿菌和熒光假單胞菌的生乳為污染源，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并通過Box-Benken響應(yīng)面法分別構(gòu)建堿性電解水和微酸性電解水清除細(xì)菌和ATP的數(shù)學(xué)模型[25]：

A=?62.22+2.2791+0.8682+4.5033-0.0017612?

0.028913?0.01223?0.113512?0.0048322?0.13313（1）

式中A為堿性電解水清洗后不銹鋼表面清除的細(xì)菌數(shù)，lgCFU/cm2；1為清洗時間，min；2為清洗溫度，℃；3為pH值。

A-ATP=?898+20.281+18.382+46.23?

0.27012?0.63023?0.066522（2）

式中A-ATP為堿性電解水清洗后不銹鋼表面ATP清除率，%。

S=?6.24+0.8021+0.15462+0.0404?0.000 3112?

0.00 5614?0.000 99824?0.023912?

0.001 11422+0.000 65942（3）

式中S為微酸性電解水清洗后不銹鋼表面清除的細(xì)菌數(shù)，lgCFU/cm2；4為ACC，mg/L。

S-ATP=?84.9+23.81+3.592?1.15312?0.051322（4）

式中S-ATP為微酸性電解水清洗后不銹鋼表面ATP清除率，%。

本試驗(yàn)以細(xì)菌和ATP的清除率均為100%為臨界條件，通過上述模型優(yōu)化出堿性和微酸性電解水的清洗參數(shù)，如表2所示。微酸性電解水加熱至37.8 ℃后的有效氯濃度為57 mg/L。

表2 清洗溶液清洗參數(shù)

電解水對儲奶罐的清洗模式設(shè)置為一堿一酸、兩堿一酸、三堿一酸。每組試驗(yàn)重復(fù)3次。每次清洗都包括溫水沖洗和電解水清洗2步。

試驗(yàn)使用的商用清洗劑根據(jù)廠家推薦，采用兩堿一酸的清洗模式，使用流程包括溫水沖洗、清洗劑清洗和溫水沖洗3步，清洗參數(shù)詳見表2。

1.6 污染后初始情況測定

試驗(yàn)前，先對污染后儲奶罐的初始情況進(jìn)行測定。各采樣點(diǎn)的a處用平板涂布法對細(xì)菌數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，c處用ATP熒光檢測法對其表面清潔程度進(jìn)行測定。

排出儲奶罐中生乳，晾10 min后，用蘸有0.1%蛋白胨水的滅菌棉簽在儲奶罐采樣點(diǎn)a處橫豎往返擦拭，擦拭范圍覆蓋整個采樣點(diǎn)。之后將棉簽頭折斷于裝有9 mL 0.1%蛋白胨水的離心管中用于細(xì)菌計(jì)數(shù)。用微型旋渦混合儀（WH-2，上海瀘西分析儀器有限公司）將離心管中的樣品充分混合。用0.1%蛋白胨水對樣品原液進(jìn)行10倍稀釋，取適合的稀釋濃度液體100L，接種于營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，每種濃度菌液接種2個培養(yǎng)基，在37 ℃的生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，進(jìn)行計(jì)數(shù)。

用ATP熒光檢測法對儲奶罐污染后的ATP含量進(jìn)行測定，以此來判斷儲奶罐表面的清潔程度，并用“相對亮度單位”（related light unit，RLU）來表示。ATP熒光檢測法不僅可以檢測出微生物中的ATP，還可檢測出其他有機(jī)物或食物中的ATP，可更全面地評估設(shè)備表面的潔凈程度[26]。衛(wèi)生部在2002年頒布的《食品加工企業(yè)的HACCP實(shí)施指南》中鼓勵食品加工企業(yè)使用該方法評估加工設(shè)備的衛(wèi)生清潔效果[27]。用ATP檢測拭子（常規(guī)，山東韻朗商貿(mào)有限公司）在儲奶罐采樣點(diǎn)c上橫豎往返擦拭。用ATP熒光檢測儀（CF-420，上海燦孚機(jī)電有限公司）對ATP含量進(jìn)行測定。

1.7 清洗試驗(yàn)

根據(jù)表2中各溶液的清洗參數(shù)對儲奶罐清洗完后，對各采樣點(diǎn)b處進(jìn)行細(xì)菌計(jì)數(shù)，對各采樣點(diǎn)d處進(jìn)行ATP含量檢測。每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.8 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS21.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），<0.05為顯著。

2 結(jié)果分析

2.1 儲奶罐各采樣點(diǎn)處細(xì)菌清除效果分析

圖2反映了儲奶罐經(jīng)商用清洗劑和電解水清洗后各采樣點(diǎn)上的細(xì)菌清除率。由圖2可知，電解水用不同清洗模式清洗后，各采樣點(diǎn)的細(xì)菌清除率均能達(dá)到100%，清洗效果等于或優(yōu)于商用清洗劑。說明用堿性電解水和微酸性電解水在儲奶罐細(xì)菌清除的效果上可以替代傳統(tǒng)的擠奶系統(tǒng)清洗劑。

注：S：潔信清洗劑；E1：一堿一酸式電解水組合；E2：兩堿一酸式電解水組合；E3：三堿一酸式電解水組合，下同。

堿性電解水含有活性氫，具有還原性，可用作清洗劑，去除脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等污垢[10]。試驗(yàn)中堿性電解水和對比的商用堿性清洗劑的pH值約為12，且無顯著差異（>0.05），有效成分均為NaOH，所以對儲奶罐內(nèi)壁上殘留的蛋白質(zhì)和乳脂等成分的反應(yīng)能力相似，均可有效帶走生乳殘留。細(xì)菌一般適宜生存在pH值為4～9的環(huán)境條件下，好氧菌在ORP為200～800 mV的環(huán)境下可以生長[6]，試驗(yàn)中堿性電解水的ORP為?421 mV，該環(huán)境不利于細(xì)菌的生長，可為儲奶罐創(chuàng)造抑菌環(huán)境，防止細(xì)菌的滋生。酸性電解水的高ORP可通過改變細(xì)胞膜表面的電子得失來改變細(xì)菌的新陳代謝和ATP的生成，使細(xì)菌失活；且HClO具有很強(qiáng)的氧化性，可抑制菌體內(nèi)糖酵解來殺死細(xì)菌[28]。在儲奶罐的清洗過程中使用ACC為62 mg/L的微酸性電解水可有效殺滅細(xì)菌，并且在不同清洗模式下，儲奶罐各個采樣點(diǎn)的細(xì)菌清除率均能達(dá)到100%。

2.2 儲奶罐各采樣點(diǎn)處ATP清除效果分析

圖3為各采樣點(diǎn)上ATP的清除率?？傮w而言，采用一堿一酸和兩堿一酸的電解水清洗模式，對ATP的清除效果等于或優(yōu)于商用清洗劑，但第4和第7采樣點(diǎn)處三堿一酸的清除效果相對較差。

圖3 儲奶罐各采樣點(diǎn)ATP清除率

第7采樣點(diǎn)為儲奶罐的出料口，生鮮乳沉積物較多，經(jīng)三堿一酸的電解水清洗模式后，其表面ATP的清除率要顯著小于其他2種電解水清洗模式以及商業(yè)清洗劑的清洗效果（<0.05）。Patrícia等[29]研究表明，隨著生乳殘留的增加，ATP熒光檢測值也隨之增加，但微生物的量不一定增加。本試驗(yàn)關(guān)于微生物和ATP清除結(jié)果與之前的研究吻合，因此推理ATP清除效果較差主要是受出料口生乳殘留的影響。Páez等[30]也指出，出料口是儲奶罐清洗過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

第4采樣點(diǎn)位于遠(yuǎn)離攪拌棒的槳葉端部（圖1），槳葉與攪拌棒之間呈約30o角，在電機(jī)作用下加強(qiáng)罐內(nèi)清洗水流擾動。在三堿一酸電解水清洗模式下，第4采樣點(diǎn)的ATP清除率最低；但與該采樣點(diǎn)一堿一酸（=0.22）、兩堿一酸（=0.13）的清洗效果相比，不存在統(tǒng)計(jì)差異；與對稱的第5采樣點(diǎn)相比，ATP清除率亦無顯著性差異。由于ATP不僅受微生物含量的影響，還受到生乳中體細(xì)胞數(shù)及其他有機(jī)體中ATP的影響[26]。因此，第4采樣點(diǎn)的ATP清除率相對較低，除了清洗模式的影響外，可能還與采樣點(diǎn)的生乳殘留以及ATP檢測方法本身的穩(wěn)定性等因素有關(guān)[23,30]。

綜上，說明電解水采用一堿一酸或兩堿一酸的清洗模式可有效去除儲奶罐表面的ATP，具備替代傳統(tǒng)商業(yè)清洗劑的良好潛力。同時，由于制備堿性電解水時也會產(chǎn)生等量的酸性電解水，兩堿一酸的清洗模式會導(dǎo)致部分酸性電解水的浪費(fèi)，因此推薦在儲奶罐采用一堿一酸的電解水清洗模式。

2.3 清洗劑經(jīng)濟(jì)成本分析

在不計(jì)人工成本的條件下，清洗儲奶罐的經(jīng)濟(jì)成本主要包括，制備電解水的電費(fèi)（初始溫度設(shè)為20 ℃）、加熱清洗溶液（電解水或商用清洗劑）的電費(fèi)、NaCl和潔信清洗劑的采購費(fèi)以及自來水費(fèi)。以清洗容量為100 L的儲奶罐為例，按照每天向外運(yùn)輸一次生乳計(jì)算，使用電解水和商用清洗劑的月經(jīng)濟(jì)成本（以30 d計(jì)），即電解水一堿一酸的清洗模式使用15次循環(huán)，兩堿一酸的清洗模式使用10次循環(huán)，潔信清洗劑的清洗模式使用10次循環(huán)，詳見表3。

國家發(fā)展改革委員會規(guī)定，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電低于1千伏時用電價格為0.399元/(kW·h)；北京市由自備井供水的非居民用水價格為9.00元/m3；一瓶500 g NaCl分析純的價格為8.50元；20 L桶裝潔信堿性清洗劑和酸性清洗劑的價格均為200.00元。

表3 電解水和商用清洗劑清洗奶罐的月經(jīng)濟(jì)成本

由表3可知，對100 L儲奶罐采用電解水一堿一酸的清洗模式月成本最低，采用潔信清洗劑的成本最高。Sakurai等[31]研究表明，生產(chǎn)每升電解水的成本約0.31元，而有相同消毒功能的戊二醛每升為71.24元；Wang等[21]研究表明，在擠奶管道中使用堿性電解水（72 ℃、pH值為11.5）和酸性電解水（40 ℃、pH值為2.5）的成本較商用堿性清洗劑（pH值為11.5的氫氧化鈉和次氯酸鈉混合液，65 ℃，Liquid Pfite, GEA WestfaliaSurge Inc, Naperville, IL）和酸性清洗劑（pH值為2.5的磷酸和硫酸混合液體，18 ℃，Dairy Star CIP Acid, GEA WestfaliaSurge Inc, Naperville, IL）低25%；均說明使用電解水在經(jīng)濟(jì)成本上具有明顯的優(yōu)勢。

電解水的清洗過程包括溫水沖洗和電解水清洗2步，潔信清洗劑清洗過程包括溫水沖洗、清洗劑清洗和溫水清洗3步。制備堿性電解水的過程中會產(chǎn)生等量的酸性電解水。因此，一堿一酸的電解水清洗模式時僅用100 L的水即可制出2種電解水各50 L；而兩堿一酸的電解水清洗模式，則需用200 L的水制備出各100 L的堿性和酸性電解水才能滿足用水要求。根據(jù)清洗模式的實(shí)際要求，計(jì)算出清洗100 L的儲奶罐每月的用水量，如表4所示。一堿一酸電解水清洗模式的用水量是兩堿一酸的86%，是潔信清洗劑的67%。

表4 電解水和商用清洗劑清洗奶罐的月用水量

3 結(jié) 論

本研究表明，在適宜的清洗參數(shù)條件下，堿性電解水和微酸性電解水對儲奶罐的清洗效果等于或優(yōu)于傳統(tǒng)的商業(yè)清洗劑，可作為環(huán)境友好型替代產(chǎn)品用于儲奶罐的清洗。電解水一堿一酸的清洗模式具備良好的清洗效果，與商業(yè)清洗劑相比，可以節(jié)約74%的生產(chǎn)成本和33%的生產(chǎn)用水。根據(jù)電解水對細(xì)菌和ATP的清除效果以及生產(chǎn)成本，推薦在儲奶罐中使用一堿一酸的電解水清洗模式。

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Disinfection effect and cleaning mode determination for milk tank using electrolyzed water

Liu Yu1,2, Wang Chaoyuan1,2,3※, Shi Zhengxiang1,2,3, Li Baoming1,2,3

(1.100083,; 2.100083,;3.100083)

Whole milk contains plenty of nutrient elements, and it is regarded as “l(fā)iquid gold”. However, the adhesiveness of the elements makes them easily attach on the inner surface of milking system, which provides a good environment for microorganism growth. A mass of microorganisms can form a biofilm in the milking system, which is reported as a main contaminant of the system. Thereby, washing the milking system before and after milking the cows is a very important way to keep the milking system in a good hygiene condition, and beneficial to milk quality. In practical production of dairy farms, the traditional clean-in-place (CIP) process includes 4 steps: 1) Warm water rinsing; 2) Alkaline or acidic detergent cleaning circularly; 3) Warm water rinsing; and 4) Sanitizer or 90-95 ℃ hot water cleaning before next milking. In Step 2, chemical detergent with strong corrosivity is commonly used. Its residue may result in milk quality issue, and long term of usage is harmful to both the milking equipment and workers. Furthermore, the treatment of waste water containing detergent generated in the process is still a challenge, and its discharge may also present environmental risks. Thus, it is highly needed to find an alternative solution, which is more environmentally friendly and less harmful, to replace the traditional detergent. Electrolyzed water (EW), as an emerging, green and environment friendly detergent, has been widely applied in food industry and medical industry. Alkaline electrolyzed water (AlEW) and acidic electrolyzed water (AEW), with similar properties to the traditional alkaline and acidic detergent used in milking system, are promising options. Slightly acidic electrolyzed water (SAEW) with pH value ranging from 5.5 to 6.5, was considered in this study because of its low corrosivity and high bactericidal activity compared with AEW. Aiming at finding an optimal mode of using AlEW and SAEW in cleaning milk tank, and reducing cleaning costs, this study tested the effect of using AlEW with the parameters of 8 min treatment time, 70.3 ℃ cleaning temperature and pH value of 12, as well as SAEW under the condition of 9.9 min treatment time, 37.8 ℃ cleaning temperature, and available chlorine concentration of 60 mg/Lto clean a 100 L milk tank. The modes were set as “AlEW for one time + SAEW for one time” (cleaning the tank with AlEW in the first time and then with SAEW in the second time), “AlEW for 2 times + SAEW for one time” (cleaning with AlEW for 2 times and then with SAEW in a third time) and “AlEW for 3 times + SAEW for one time” (cleaning with AlEW for 3 times and then with SAEW in a fourth time). Cleaning effect of electrolyzed water was compared with that of commercial detergent (Super, DeLaval Co. Ltd., Tianjin, China), following the manufacture’s recommendation of using “alkaline detergent for 2 times + acidic detergent for one time” mode. Results showed that both AlEW and SAEW were highly efficient in removingmicroorganism and ATP (adenosine triphosphate) in the milk tank, and the removing rates were comparable or better than that of commercially used detergent (Super), indicating their potential in cleaning and disinfecting of milking system. Based on cleaning effect and costs, the mode of “AlEW for one time + SAEW for one time” was recommended. Field experiment of using AlEW and SAEW in commercial dairy farm is suggested, and its application is expected in the future.

disinfection; cleaning; alkaline electrolyzed water; slightly acidic electrolyzed water; milk tank

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.037

S815.4

A

1002-6819(2017)-20-0300-07

2017-05-26

2017-09-06

國家863課題（2013AA10230602）、國家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-36）

劉 羽，女，漢族，河北永年人，博士生，研究方向?yàn)樵O(shè)施畜禽養(yǎng)殖環(huán)境與控制。Email：xiaohaizhibei@cau.edu.cn

※通信作者：王朝元，男，漢族，安徽壽縣人，副教授，研究方向?yàn)樵O(shè)施畜禽養(yǎng)殖過程控制與環(huán)境。Email：gotowchy@cau.edu.cn

中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會高級會員：王朝元（E041200616S）

劉 羽，王朝元，施正香，李保明. 儲奶罐電解水清洗除菌效果與清洗模式優(yōu)選[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(20)：300－306. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.037 http://www.tcsae.org

Liu Yu, Wang Chaoyuan, Shi Zhengxiang, Li Baoming. Disinfection effect and cleaning mode determination for milk tank using electrolyzed water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(20): 300－306. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.037 http://www.tcsae.org