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總有機碳 TOC 分析儀在食品飲料生產中的應用

Sievers分析儀    2019-11-07    總有機碳分析儀/TOC    瀏覽 28 次

挑戰 

       食品和飲料(F&B,Food and Beverage)生產商 在生產過程中面臨著質量、效率、環保等多方面的 挑戰,其中包括: 

1.生產商必須提高生產效率 

2. 生產商必須滿足食品安全現代化法案(FSMA, Food Safety Modernization Act)的規定,以確保消費者的安全 

3. 生產商面臨減少水和資源使用量的壓力 

4. 生產效率和消費者安全方面的產品召回帶來影響 

       2015 年底發布了 FSMA 最終規則和規定,要求食品飲料公司在生產過程中采取預防性控制措施,而 非反應性措施,來改善產品安全和質量控制。對生產設備進行清潔和滅菌,能夠使食品飲料公司更加 主動地防范質量問題。例如,在不同產品共用的生 產設備上消除不同產品之間的交叉污染,對于產品安全和質量至關重要,特別是對含有過敏原的食品 的安全和質量至關重要。 

       在進行滅菌(或消毒)之前,必須先徹底清除生產設備上的污垢和產品殘留物,才能確保有效滅菌。 對不干凈的設備進行滅菌,不僅浪費時間和金錢, 還會損害該設備上生產的下一批產品的質量。

       美國加州的一家年產 350 多種產品的食品飲料公司, 打算采用新的工藝工具來改善產品質量和安全。該公司位于環保意識很強的加州,因此公司還打算提高生產效率、減少用水量。目前公司采用 ATP 拭 子測試來檢測微生物污染,但不斷遇到質量問題, 導致產品損失。公司意識到設備清潔驗證的重要性, 想要找到一種快速、簡便、可靠的方法來改善清潔 過程的質量控制。

解決方案 

       該公司用配置 Turbo 模式的 Sievers* M9 TOC 分 析 儀 成 功 地 進 行 了 總 有 機 碳 ( TOC , Total  Organic Carbon)分析,以監測原位清潔(CIP, Clean-in-place)周期后的淋洗樣品,從而確認 生產設備的清潔度。公司進一步改進清潔過程, 在對設備滅菌之前進行 TOC 分析,以免浪費時 間對不清潔的設備進行滅菌。雖然其他技術(如 ATP 拭子測試)也能檢測設備上的微生物污染, 卻對于殘留污垢來說缺乏測試的準確度和選擇性, 而且容易產生“假正”的誤報。在清潔驗證過程中 增加 TOC 分析,能夠使用戶更全面地了解設備 的清潔度,排除殘留污垢對設備的污染。 

       在過去 15 年甚至更長時間,制藥和生物技術行業普遍采用淋洗和擦拭清潔樣品的 TOC 分析法, 來確認是否從生產設備上徹底清除了活性藥物化合物、輔料、清洗劑等。食品和飲料本身是有機化合物,或含有有機成分(如香料、色料等), 因此食品飲料行業將淋洗樣品的 TOC 分析法作 為確定設備清潔度的高效工具。通過測量 TOC, 就能夠檢測到生產設備上的任何產品或清潔劑的殘留物。

結果 

       表 1 顯示了在 CIP 最后淋洗的最后一分鐘內測量到的加州生產廠的吸樣樣品的 TOC 值。所顯示的數據來自用自來水清洗后的同一設備上生產的兩種不同的產品。

表 1:淋洗樣品的 TOC 測量結果表明,在產品 B 的 CIP 周期后,設備不干凈。

表 1:淋洗樣品的 TOC 測量結果表明,在產品 B 的 CIP 周期后,設備不干凈.png

       對該設備進行的 ATP 拭子測試結果表明,在產品 A 和產品 B 的 CIP 周期之后,設備上已沒有微生 物污染。但 TOC 結果清楚顯示,在產品的 CIP 周 期之后,該設備上仍有有機污染物或產品殘留物。 操作人員目視檢查后確認,生產設備仍然不干凈, 需要進行進一步清潔才能確保產品質量和安全。 

       在采用 TOC 分析技術之前,該公司僅僅根據 ATP 拭子測試結果來決定是否進行滅菌。這就可能導致 在不干凈的設備上生產下一批產品,造成產品損失。 TOC 結果能夠清楚顯示設備上是否有有機殘留物, 因此食品飲料企業非常愿意用 TOC 分析法來確保 產品質量和安全。此外,監測生產設備上的 TOC 數據趨勢,能夠使企業主動及時地解決清潔和維護 問題,避免設備故障或產品不潔。

降低用水量和節省成本 

       人口增長、氣候干旱、全球環境問題使得企業越來 越重視降低用水量。清潔工藝是食品飲料企業在減 少用水量時首要考慮的問題之一。企業進行 TOC 分析來驗證生產設備的清潔度,就可以在不犧牲質 量的情況下縮短 CIP 周期。例如,TOC 測量時的 數據分析可以幫助企業優化 CIP 周期,確認縮短的清潔周期是否足以清除設備上的所有污垢。縮短 CIP 周期,即使每次縮短幾秒鐘,都可以積少成多, 大大減少用水量、節約成本。 

       在食品飲料生產設備的清潔過程中,另一個問題就是如何確認設備在空閑一段時間后的清潔度。該加 州生產廠估計,如果減少對空閑超過規定時間的設 備進行清潔的次數,每月節省的水費、勞動力成本、 化學品支出總計可高達 1 萬美元。該家工廠很快就會采用淋洗樣品的 TOC 分析法來確定空閑后的 設備是否仍然干凈,以避免進行不必要的 CIP 周期。 

生產設備故障排除 

       該加州食品飲料生產廠使用配置吸樣模式的 Sievers M9 TOC 分析儀來監測整個設備的多個取樣點,他們發現有一段生產設備在 CIP 周期中未能被正確淋洗。生產廠從生產容器的上游和下游 的幾個端口取樣,用 TOC 測量結果來確定故障位置(見圖1)。生產廠找到問題所在之后,就能夠更改未來 CIP 周期中的水流,并進行工程方面的改變。

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圖1:生產容器上游和下游的吸樣樣品的 TOC 分析顯示了故障的位置。

投資回報 

       該加州食品飲料生產廠在 36 小時的生產時段中生產多達 50 批產品。如果在生產時段中發生問題、造成產品損失,就會浪費掉至少 20 萬美元。 在確定滅菌前的設備清潔度時, TOC 測量法比其他方法都更加準確,能夠將產品損失的風險最小化。因此工廠在生產過程中進行 TOC 分析的投資回報,遠遠大于購買分析儀的成本,一個生產時段后即可收回成本。 

       此外,一個生產時段之后,通常需要 3 到 7 天才能確認產品可以安全銷售。在此期間生產不能停 止,通常還會完成 2 到 3 個生產時段的生產。如果第一個生產時段中有未糾正的問題,在發現問 題之前就會累計造成 60 多萬美元的產品損失。 TOC 分析是一種簡便的方法,能夠以近乎實時的速度檢測出清潔周期中的任何問題,避免發生產品和資金的嚴重損失。 

       用 TOC 分析法來優化 CIP 周期、減少水量,還能 提高生產效率,每月節省數萬美元的勞動力成本、 水費、化學品支出等。 

Sievers M9 TOC 分析儀 

       在此應用中,所選用的 TOC 分析儀應具有較寬的動態范圍、能夠分析自來水基體(因為許多食品飲 料廠用自來水清潔設備)、能夠快速提供可用于決 策的可靠數據。該加州生產廠選用的 Sievers M9  TOC 分析儀,可以分析 0.03 ppb 至 50 ppm TOC 的樣品,采用 EPA(美國環保局)和標準方法 (Standard Methods)所批準的方法來分析城市自來水。該款分析儀每年只需校準一次,無需載氣。 此外,M9 還能運行在線樣品和吸樣樣品,這就使 其能夠用于很多取樣位置,以及整個設施的淋洗水流。 

       操作人員用配置 Turbo 模式的 M9 對 CIP 淋洗進行 在線分析,能夠實時監測設備的淋洗過程。此外, 還可以在整個淋洗周期的各個點、同一設備部分的各個取樣位置、以及多個設備部分上進行吸樣取樣。 將在線分析和吸樣(旁線 at-line)分析結合起來, 就能清楚地看到清潔過程的效率,看到 CIP 周期或設備本身問題的早期征兆。

結論 

       該加州食品飲料廠使用 Sievers M9 TOC 分析儀進行 TOC 分析,改善了清潔過程的效率和質量控制。 事實證明,TOC 分析法比其他方法更加準確,更 能幫助廠家確認設備的清潔度,從而幫助廠家做出正確決策、避免產品損失。在食品飲料生產中采用 TOC 分析法還有更多的優勢,這些優勢都可以通過優化 CIP 周期、排除生產過程故障來實現。


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