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無(wú)菌灌裝線，作為食品加工與包裝工業(yè)中的核心生產(chǎn)設(shè)施，承載著至關(guān)重要的樞紐功能。它不僅擔(dān)負(fù)著將食品原料安全高效地轉(zhuǎn)移至包裝容器的使命，而且對(duì)食品的最終品質(zhì)及衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生決定性影響。在保障食品安全的工藝流程中，無(wú)菌灌裝線常采用先進(jìn)的濕法或干法滅菌技術(shù)。特別值得一提的是，汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)，作為干法滅菌中的尖端手段，以其高效性和環(huán)保性，在現(xiàn)代食品灌裝工藝中占據(jù)了舉足輕重的地位。
一、汽化過(guò)氧化氫滅菌機(jī)理
汽化過(guò)氧化氫（VHPS）滅菌，主要是通過(guò)其強(qiáng)氧化性破壞微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，進(jìn)而穿透細(xì)胞導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和DNA損傷，使微生物失去活性。
二、汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)優(yōu)勢(shì)
汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)，作為一種前沿的微生物控制解決方案，巧妙地利用過(guò)氧化氫的強(qiáng)氧化屬性，通過(guò)其汽化后的廣泛散布，對(duì)滅菌區(qū)域內(nèi)的微生物進(jìn)行無(wú)差別的徹底氧化破壞，實(shí)現(xiàn)了高效、精準(zhǔn)的滅菌效果。該技術(shù)相較于傳統(tǒng)的熱處理或化學(xué)消殺手段，展現(xiàn)了其在滅菌速率、殘留物控制以及操作安全性方面的顯著優(yōu)勢(shì)。汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)以其快速的滅菌周期、無(wú)化學(xué)殘留的特點(diǎn)以及簡(jiǎn)便安全的操作方法，正逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的衛(wèi)生保障措施。
三、汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)難點(diǎn)
汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)在能效和環(huán)保方面展現(xiàn)出無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
“缺少過(guò)氧化氫氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控?！爆F(xiàn)有的工藝流程主要是通過(guò)過(guò)氧化氫溶液加藥量，理論上計(jì)算過(guò)氧化氫氣體濃度，缺乏對(duì)實(shí)際過(guò)程濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
“缺少相對(duì)飽和度的計(jì)算。”在無(wú)菌灌裝的滅菌工藝中，D值表現(xiàn)直接影響滅菌效果和每小時(shí)的出瓶效率。相對(duì)飽和度和過(guò)氧化氫氣體濃度又直接影響D值表現(xiàn)。
四、泰林生物解決方案
泰林生物針對(duì)汽化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)的難點(diǎn)，提出了與之對(duì)應(yīng)的解決方案：
1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)氧化氫氣體濃度、水氣體濃度
通過(guò)上述兩個(gè)氣體濃度，計(jì)算出相應(yīng)的過(guò)氧化氫相對(duì)飽和度。從過(guò)氧化氫汽化發(fā)生(VHPS)→輸送→滅菌→排殘，做到全程監(jiān)控，把握每一處風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而在工藝上達(dá)到對(duì)D值優(yōu)化的效果。
2.汽化過(guò)氧化氫（VHPS）良好滅菌效果控制策略
①傳感器全程監(jiān)控：通過(guò)高精度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)H2O2氣體濃度、H2O氣體濃度。實(shí)時(shí)計(jì)算相對(duì)飽和度，確保滅菌過(guò)程的保持最佳D值表現(xiàn)。
②實(shí)時(shí)反饋調(diào)整：傳感器響應(yīng)速度為毫秒級(jí)，根據(jù)其輸出信號(hào)，無(wú)菌灌裝生產(chǎn)線自動(dòng)調(diào)整過(guò)氧化氫加藥量、載氣流速，以達(dá)到最佳的滅菌效果。
3.汽化過(guò)氧化氫（VHPS）滅菌工藝開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證
①滅菌工藝開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證：確保滅菌過(guò)程中達(dá)到足夠的滅菌劑量，以消滅所有微生物，包括枯草桿菌黑色變種、耐熱的嗜熱芽孢桿菌等。
②生物指示劑：使用生物指示劑來(lái)驗(yàn)證滅菌效果，通過(guò)培養(yǎng)后的顏色變化判斷微生物是否被完全殺滅。
4.汽化過(guò)氧化氫（VHPS）排殘
①殘留檢測(cè)：滅菌后，使用傳感器快速檢測(cè)滅菌殘留，確保環(huán)境中的H2O2達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。
②數(shù)據(jù)記錄和追溯：記錄滅菌過(guò)程中的所有參數(shù)，包括時(shí)間、溫度、濃度等，以便于后續(xù)的追溯和分析。
五、解決方案的特點(diǎn)
1.過(guò)氧化氫氣體濃度分析儀
利用高精度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)H2O2氣體濃度、H2O氣體濃度和相對(duì)飽和度，實(shí)現(xiàn)滅菌過(guò)程的精確控制。
過(guò)氧化氫氣體濃度分析儀產(chǎn)品特點(diǎn)
①檢測(cè)精確性高：光譜法原理，H2O2，示值誤差<±5%
②數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高：實(shí)時(shí)濃度信號(hào)1s采集，且采集時(shí)間可自由設(shè)置
③運(yùn)行穩(wěn)定性好：工業(yè)級(jí)光電組件，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,重復(fù)性好
④響應(yīng)時(shí)間短：TDLAS光譜分析技術(shù)，信號(hào)響應(yīng)時(shí)間為ms級(jí)
⑤現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單：多規(guī)格探頭一體式安裝,適配現(xiàn)場(chǎng)各種滅菌場(chǎng)合條件
⑥維護(hù)成本低：光譜檢測(cè)無(wú)需耗材,易維護(hù),壽命長(zhǎng)
⑦可擴(kuò)展性強(qiáng)：標(biāo)準(zhǔn)模擬/數(shù)字信號(hào)輸出,兼容各SCADA、DCS等監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)
⑧檢測(cè)范圍廣：多光程設(shè)計(jì),可同時(shí)監(jiān)測(cè) H2O2和H2O
2.全方位守護(hù)：從VHPS發(fā)生到輸送、滅菌、排殘的全過(guò)程監(jiān)控，確保每一滴純凈，全方位保障產(chǎn)品的安全和質(zhì)量。
3.技術(shù)創(chuàng)新：采用TDLAS光譜分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的吸收線進(jìn)行測(cè)量和分析，得到分子性質(zhì)或濃度的結(jié)果。
4.自動(dòng)化操作：自動(dòng)化滅菌過(guò)程減少了人為誤差，提高了生產(chǎn)效率和滅菌質(zhì)量。
5.數(shù)據(jù)記錄與追溯：滅菌過(guò)程中的所有參數(shù)，包括時(shí)間、溫度、濃度等，都會(huì)被記錄，便于后續(xù)的追溯和分析。
6.高效率：精確控制滅菌時(shí)間、溫度和濃度，縮短生產(chǎn)周期，提高整體效率。
7.技術(shù)積淀：持續(xù)多年的高比例研發(fā)投入和產(chǎn)品技術(shù)積淀，承擔(dān)了國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)。
8.環(huán)境適應(yīng)性：傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠在高壓、常壓、負(fù)壓環(huán)境以及高溫條件下穩(wěn)定工作。
9.行業(yè)認(rèn)可：泰林公司參與起草編制了汽化過(guò)氧化氫濃度檢測(cè)儀的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，顯示了其在該領(lǐng)域的權(quán)威性和專(zhuān)業(yè)性。
10.校準(zhǔn)與溯源：與專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)合作，進(jìn)行H2O2濃度檢測(cè)的溯源與校準(zhǔn)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
六、應(yīng)用案例
在某品牌的PET采用干法滅菌吹灌旋高速無(wú)菌灌裝線上，盡管生產(chǎn)工人遵循嚴(yán)格的衛(wèi)生操作規(guī)程，整個(gè)滅菌工藝也是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)證，但還是出現(xiàn)偶爾長(zhǎng)菌現(xiàn)象。分析原因是整個(gè)滅菌工藝過(guò)程中，對(duì)過(guò)氧化氫氣體濃度是沒(méi)有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的，關(guān)鍵滅菌工藝結(jié)點(diǎn)的過(guò)程參數(shù)（過(guò)氧化氫氣體濃度、相對(duì)飽和度）無(wú)實(shí)時(shí)反饋，對(duì)加藥量和載氣流速無(wú)實(shí)時(shí)控制。工藝滅菌階段狀態(tài)不穩(wěn)定，造成滅菌不徹底導(dǎo)致了微生物污染。
1.泰林生物解決方案
為了解決這個(gè)問(wèn)題，公司決定采用浙江泰林生物技術(shù)股份有限公司提供的汽化過(guò)氧化氫滅菌工藝解決方案。該方案的工作流程如下：
①汽化過(guò)氧化氫VHPS發(fā)生階段：從過(guò)氧化氫蒸汽發(fā)生器啟動(dòng)的那一刻起，系統(tǒng)即開(kāi)始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)氧化氫的汽化率，確保過(guò)氧化氫質(zhì)量以供后續(xù)使用。
②輸送階段：在過(guò)氧化氫輸送至滅菌箱體的過(guò)程中，系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)其濃度，保證滅菌劑的濃度符合工藝要求。
③滅菌工藝關(guān)鍵點(diǎn)：在臨近瓶胚和瓶蓋滅菌工位的過(guò)氧化氫氣體噴射口安裝過(guò)氧化氫氣體濃度傳感器和水氣體濃度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控滅菌工藝狀態(tài)并向發(fā)生器實(shí)時(shí)反饋信號(hào)，指導(dǎo)發(fā)生器調(diào)整加藥量和載氣流速。
2.結(jié)論及建議
①過(guò)氧化氫汽化（VHPS）階段：隨著加藥量的提升，汽化率降低。在VHPS滅菌過(guò)程中，需持續(xù)關(guān)注汽化率的變化，盡可能提高汽化率。
②在滅菌工藝關(guān)鍵點(diǎn)：我們對(duì)過(guò)氧化氫氣體濃度和水氣體濃度做了持續(xù)監(jiān)測(cè)。測(cè)試中還額外發(fā)現(xiàn)管路保溫伴熱問(wèn)題。由于伴熱不充分，導(dǎo)致管路內(nèi)部過(guò)氧化氫氣體冷凝，從而使滅菌腔體中過(guò)氧化氫氣體濃度不達(dá)標(biāo)；后續(xù)對(duì)管路保溫后，我們驗(yàn)證了各階段過(guò)氧化氫濃度、水氣體濃度以及相對(duì)飽和度，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。因此，在我們滅菌過(guò)程中，需關(guān)注對(duì)整個(gè)灌裝系統(tǒng)的保溫情況。
泰林生物的過(guò)氧化氫氣體濃度和水氣體濃度在線監(jiān)測(cè)方案確保了滅菌的均勻性和有效性。工藝改進(jìn)后，順利通過(guò)培養(yǎng)基模擬灌裝驗(yàn)證，平時(shí)通過(guò)生物指示劑和全自動(dòng)菌落計(jì)數(shù)工作站配合驗(yàn)證，該生產(chǎn)線的滅菌工藝有效、穩(wěn)定。
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