一项技术可行性研究，评估了基于酶的可持续原位清洗（CIP）方法在去除奶酪乳巴氏杀菌过程中在不锈钢表面形成的奶渍方面的有效性

《International Journal of Dairy Technology》：A technical feasibility study evaluating sustainable enzyme-based cleaning-in-place (CIP) for removal of milk deposits formed on stainless steel surfaces during cheesemilk pasteurisation

本研究探讨了蛋白酶替代传统NaOH清洁剂在乳制品CIP（清洁-在位）中的应用可行性。通过模拟奶酪生产中的巴氏杀菌条件，发现0.1%蛋白酶在50°C下可达到与1% NaOH（75°C）相当的清洁效果（残污率0.74% vs 0.1%），且蛋白酶具有93.66%的活性保留率。经冷冲洗后98%的酶被去除，硝酸酸洗可有效灭活残留酶。成本分析表明，尽管酶采购成本略高，但通过降低温度（节省28.57%能源）和减少用水（节省33.33%），整体CIP成本更具竞争力。研究结果为乳业可持续发展提供了技术依据，符合联合国SDGs和欧盟绿色协议目标。

　　在现代乳制品加工行业中，清洁与消毒是保障产品质量和生产效率的重要环节。其中，清洁-in-place（CIP）技术因其无需拆卸设备即可完成清洁作业而被广泛采用。然而，传统CIP方法通常依赖于高浓度的强碱性化学品，如氢氧化钠（NaOH），这些化学品不仅具有较高的环境影响，还伴随着显著的资源消耗。随着全球对可持续发展的关注日益增加，寻找一种更加环保且高效的清洁替代方案成为行业亟需解决的问题。酶类清洁剂因其生物可降解性、较低的能耗和水资源需求以及对有机污染物的高效降解能力，正逐渐被视为一种可持续的解决方案。

本研究聚焦于在奶酪生产过程中，采用商用蛋白酶作为CIP清洁剂，与传统强碱性清洁剂进行对比，评估其在去除高温加热后形成的乳蛋白沉积物方面的清洁效果、酶的稳定性及再利用潜力。研究结果表明，在50°C条件下，使用0.1%浓度的蛋白酶进行CIP操作，其残留沉积物比例为1.8%±0.6%，与1%浓度的氢氧化钠在75°C条件下的清洁效果（0.1%±0.17%）相比，具有统计学意义上的相似性。这表明蛋白酶在较低温度下也能实现高效的清洁效果，从而减少了对高能耗加热的需求，同时降低了水资源的消耗。

在酶的稳定性方面，研究发现，经过一次CIP循环后，蛋白酶的活性平均保留了93.66%，而在24小时的冷藏储存条件下，其活性仍能保持在85.1%。这说明在实际操作中，蛋白酶溶液在短时间内具有良好的稳定性，为在工业环境下的再利用提供了可能性。然而，随着CIP循环次数的增加，酶的活性逐渐下降，经过三次循环后，活性仅保留了约31.24%。这一现象可能与酶的自我水解、机械剪切力导致的构象变化以及与不锈钢表面的吸附有关。因此，虽然蛋白酶在短期内表现良好，但若需长期使用，可能需要采取一定的措施，如酶的固定化、添加稳定剂或定期补充，以维持其清洁效果和成本效益。

在酶的残留活性方面，研究显示，通过10分钟的冷水冲洗，可以去除超过98%的蛋白酶活性，而使用0.5%浓度的硝酸进行15分钟的冲洗，则可实现完全的酶失活。这表明，在CIP过程中加入适当的冲洗和失活步骤，可以有效避免酶残留对后续产品批次的潜在影响，确保食品卫生安全和产品质量。这些结果对于乳制品行业在实施酶基CIP方案时具有重要的指导意义，特别是在需要严格控制酶残留的情况下。

从经济角度来看，尽管蛋白酶的采购成本略高于传统的强碱性清洁剂，但其在较低温度下的操作显著降低了能耗和水资源消耗。研究表明，使用蛋白酶进行CIP操作可使整体能源成本减少约28.57%，同时水耗减少约33.33%。这种成本优势在当前能源价格持续上涨的背景下显得尤为突出。例如，根据爱尔兰中央统计办公室（CSO Ireland）的数据，自2021年以来，工业蒸汽生成所使用的天然气价格已上涨71.5%，而电力价格也上涨了70.5%。因此，采用蛋白酶的CIP方案不仅在环境方面更具可持续性，同时也能在经济层面带来可观的收益。

此外，酶基清洁剂在乳制品行业的应用还与全球可持续发展目标（UN SDGs）、欧洲绿色协议（European Green Deal）以及国家层面的环境、社会和治理（ESG）政策密切相关。通过减少化学清洁剂的使用，酶基CIP方案有助于降低温室气体排放、减少化学废物和水资源消耗，从而推动工业向更加绿色、低碳的方向转型。同时，酶基清洁方案的推广还可以提高乳制品加工过程中整体的卫生标准，为食品质量提供更可靠的保障。

尽管研究结果展示了酶基CIP方案在清洁效率、成本效益和环境友好性方面的优势，但其在工业规模上的应用仍需进一步验证。当前的实验主要基于实验室规模的测试床，而实际工业环境中复杂的流体动力学条件、设备设计差异以及操作参数的调整，都可能影响酶的性能和稳定性。因此，为了确保酶基CIP方案的可行性，还需要在更大规模的生产条件下进行测试和优化。同时，由于酶的活性受到pH值和温度的严格限制，未来的研究应关注如何在不同操作条件下保持其最佳性能，以及如何通过技术创新进一步提高其稳定性和再利用效率。

综上所述，酶基CIP方案在乳制品行业中展现出巨大的应用潜力。它不仅能够有效去除高温加热过程中形成的乳蛋白沉积物，还能够在降低能耗和水资源消耗的同时，实现较高的清洁效率。然而，要实现这一方案的全面推广，还需要在实际操作中解决酶的稳定性、再利用以及残留活性控制等问题。通过进一步的研究和技术创新，酶基CIP有望成为乳制品行业可持续发展的重要工具，为提升生产效率、降低环境负担和保障食品安全提供有力支持。