基于高浓度氢氧化钠原位清洗剂配方的原料选择

2023年11月24日发(作者：奥迪rs6为什么比rs7快)

研究与应用

基于高浓度氢氧化钠原位清洗剂

配方的原料选择

（诺力昂化学品（博兴）有限公司，山东博兴，256500）

摘 要：

介绍了能够应用于高浓度的碱性原位清洗剂配方（cleaning-in-place，CIP）的几种原料。实验发现，

谷氨酸二乙酸四钠Dissolvine GL-47-S，己基糖苷AG6206能够与40%的NaOH溶液兼容，其中AG6206 在高碱体

系中具有较好的增溶性能且泡沫很低。非离子表面活性剂Berol840 在高碱体系中具有优异的润湿性，同时具

有优良的低泡和泡沫稳定性，高浓度碱性配方增溶相对简单，配方设计容易。使用这几种原料设计的CIP 清

洗剂配方对模拟乳垢进行对比清洗测试，发现添加这几种原料的CIP清洗剂能够显著提高NaOH 对乳垢的清

洗力。

关键词：

原位清洗CIP；泡沫；增溶效果；高浓度碱性配方

张志国 王强绪

中图分类号： 文献标识码： 文章编号：

TQ649 A1672-2701（2021）05-47-06

品、饮品和制药工业中起至关重要作用。一个完整清洗质量和效率要求极高。同时由于泡沫在清洗过

的原位清洗过程包含酸性CIP清洗、碱性CIP清洗和程中可能造成清洗死角、物料以及能源损耗和安全

时间，很多工厂为了提高生产效率，在一个生产周没有泡沫，因此，这对碱性CIP清洗剂配方设计提

期中往往采用一次完整CIP清洗加数次碱性CIP清洗出更高要求。同时，碱性CIP 清洗剂配方通常都含

蒸汽清洗消毒。整个CIP清洗流程往往需要较长的问题，CIP清洗对泡沫要求极高，理想状态下应该

[1]

原位清洗（Cleaning-in-place，CIP）在食的方式来减少常规CIP清洗的时间。因此对碱性CIP

[2]

食品及餐饮工业的清洗与消毒专刊

《中国洗涤用品工业》

有较高浓度氢氧化钠（>30%），在此情况下，配态下泡沫高度维持相对稳定后，关闭喷淋，记录消

浓度氢氧化钠溶液的原料提出较高挑战。试片清洗：配置 40% NaOH 溶液作为空白样

方师往往面临配方稳定性挑战，因此对能够兼容高泡速度。

合剂、增溶剂和表面活性剂的角度，通过测试与47-S、0.8% Berol 840, 1% AG6206、水余量的模

本实验围绕碱性CIP清洗剂配方特点，从螯清洗剂，配置38% NaOH、2% dissolvine GL-

NaOH兼容性、增溶性能、表面活性剂泡沫性能、拟CIP清洗剂，使用浸泡法在60℃下浸泡 5 min ，

NaOH配方体系的原料。

润湿性能以及模拟清洗结果介绍了几种适合高浓度对比两个清洗剂对乳垢的清洗效果。

1 实验

1.1 实验材料

酸钾均为分析纯产品，购于国药试剂集团公司；酸二乙酸三钠（MGDA）、谷氨酸二乙酸四钠

氢氧化钠、氢氧化钾、五水偏硅酸钠、焦磷氮川三乙酸三钠（NTA）、绿色螯合剂甲基甘氨

乙二胺四乙酸四钠EDTA4Na（Dissolvine NA，（GLDA）在不同浓度NaOH溶液中的兼容性，如

87%）、谷氨酸二乙酸四钠GLDA（Dissolvine 图1所示。从图1可以看出，所测试的这几种螯合

GL-47-S，47%）、甲基甘氨酸二乙酸三钠MGDA剂钠盐的溶解度都随着NaOH浓度的增加而降低，

（ Dissolvine M-40，40%）、乙基己基醇聚氧但是EDTA4Na、NTA与MGDA在浓碱溶液中的兼

乙烯醚Berol 840、直链脂肪醇聚醚Berol 260、己容性都相对较低，当碱浓度达到25%时，这3种物

品；对甲苯磺酸钠SXS、异丙苯磺酸钠SCS、低泡50%时，这3种螯合剂在其中的溶解度接近为0，而

基糖苷AG6206均为诺力昂特殊化学品有限公司产质在其中的溶解度都低于5%，当NaOH 浓度达到

烯醚聚氧丙烯醚（LF1）均为市售产品。尤其当NaOH浓度达到40%时，GLDA仍然能够保

磷酸酯增溶剂、低泡两性增溶剂、低泡肪醇聚氧乙GLDA在高碱浓度下仍然能够保持较高的溶解度，

1.2 实验方法

液，加入0.1%的氯化钙，称取2 g乳液平铺到304标

乳品污垢制备：将伊利全脂奶粉配成10%的乳

准不锈钢试片上，80℃烘干后再铺上2 g 乳液，如

此反复4次后，80℃老化4 h。

液，放入循环泵喷淋体系中，使用循环水浴保持在测

动态泡沫：配置500 mL 0.5%的Berol 840溶

试温度下恒温30 min，设定喷淋压力为 0.5 MPa，

开启循环泵， 随时记录泡沫高度，尤其是泡沫达到

最高和泡沫高度保持相对稳定时的高度。当喷淋状

48

2 0 2 1年 第 5 期 （ 总 2 4 2 期 ）

2 结果与讨论

2.1 螯合剂的选择

首先对比了乙二胺四乙酸四钠（EDTA4Na）、

70

60

GLDA

50

NTA

40

EDTA

MGDA

30

20

10

0

0 20 40 60

图1 不同螯合剂在不同浓度的NaOH溶液中的溶解度

NaOH/%

螯

持30%以上的溶解度。

2.2 增溶剂

2.2.1 增溶剂在NaOH 溶液中的兼容性

NaOH下的兼容性，从图2中可以看出，传统的对

图2对比了市场常见的几种增溶剂在不同浓度

甲苯磺酸钠（SXS）和异丙苯磺酸钠（SCS）在

NaOH溶液中的溶解度相对较低，通常，当NaOH

性增溶剂与NaOH 的兼容性相对较高，可以与20%

浓度达到15%时兼容性急剧下降，而磷酸酯类和两

以上NaOH溶液兼容，但是仍然不能满足常规CIP

清洗配方的需求。而短碳链烷基糖苷可以与高达

方的高浓度碱溶液兼容性的要求。

50%以上的NaOH溶液兼容，完全可以满足CIP配

60

50

40

30

20

10

0

AG6206SXSSCS磷酸酯类两性低泡

注 增溶剂浓度5%。

增溶剂增溶剂增溶剂

图2 不同增溶剂与NaOH的兼容性能

2.2.2 增溶性能

钾和4%五水偏硅酸钠溶液中对5%的Berol260增溶3.6%的AG6206 就可以使5% Berol 260 体系的

图3是AG6206 和几种市售增溶剂在6%焦磷酸增溶效率较高，即使在30%的KOH体系中，使用

至浊点达到40℃时所使用的量对比图。从图3可以浊点达到40℃。而对于NaOH和偏硅酸钠体系，

看出，传统的对甲苯磺酸钠在该体系中的增溶效率增溶剂的添加量对碱性物质的浓度影响不是很敏

较低，需要15%才能使体系的浊点达到40℃，而其感，浓度在10%和30%时，AG6206的添加量在

溶效率较高，5%的使用量就可以达到目标浊点温钾体系，尤其当其浓度较高时，AG6206的添加量

他几种增溶剂的效率类似，其中磷酸酯增溶剂的增3.2%～3.7%之间，区别不是很明显。对于焦磷酸

到目标浊点温度。具有较好的增溶效果。

度，AG6206的增溶效果其次，6%的添加量就可达较高，超过5%。因此AG6206 在CIP 的碱性配方中

研究与应用

16

14

%

12

数

/

10

质

量

分

8

《中国洗涤用品工业》

2.2.3 泡沫

用的增溶剂不能导致泡沫升高，图5比了20°C情况

由于CIP清洗过程中要求极低的泡沫，因此使

度情况。

下几种不同增溶剂增溶Berol 840 后的罗氏泡沫高

60

50

0 min 1 min 5 min

L

m

/

40

高

度

30

泡

沫

20

10

0

AG6206两性低泡SXSSCS

注 Berol 840 浓度 0.5%。

增溶剂

图5 不同增溶剂增溶Berol 840 后泡沫高度对比图

溶后其泡沫较高，超过50 mL 且相对稳定。而从图6中可以看出，无论是在25% 还是40%

从图5中可以看出，使用异丙苯磺酸钠增

AG6206，两性低泡增溶剂和SXS 体系的泡沫较的NaOH 体系中，使用与Berol 840 同等比例的

低，相对消泡速度较快，因此这3种增溶剂比较适AG6206 就可以增溶，从而使配方稳定，但是对于

AG6206更合适此应用。要使用本身浓度4倍以上添加量的增溶剂才能完全

合CIP清洗对泡沫的要求，结合CIP高碱浓度要求，市售脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚LF1来说，需

2.3 表面活性剂

难以润湿和渗透污垢，所以通常在CIP清洗剂配方中对很少的增溶剂稳定到高碱配方中，从而降低配方

氢氧化钠溶液的表面张力相对较大，因此比较的LF1类表面活性剂来讲，Berol 840 可以使用相

加入少量非离子表面活性剂能够有效降低清洗液的设计难度和配方成本。

表面张力，增强其润湿性，从而达到快速清洗的目

的。同时使用非离子表面活性剂可以有效控制泡沫如前所述，非离子表面活性剂能够有效降低碱

高度。因此非离子表面活性剂尤其是低泡非离子表性溶液的表面张力，提高清洗液的润湿和渗透性，

面活性剂在CIP清洗过程中起到不可或缺的作用。但从而提高CIP清洗效率。本实验使用帆布沉降法测

是，由于高碱体系对氢键的破坏，绝大部分非离子试了0.5% Berol 840 在不同浓度的NaOH 溶液中

表面活性剂在此类配方中的溶解度较差，往往都需的润湿速度，如图7所示。

50

2 0 2 1年 第 5 期 （ 总 2 4 2 期 ）

要使用增溶剂形成稳定配方。对于配方师来讲，使

用增溶剂越少，增溶越容易，所以无论是从配方设

计和经济角度都是必要的。实验结果表明，窄分布

脂肪醇聚醚Berol 840 可以有效满足这种需求。

2.3.1 碱兼容性

别增溶4% 和1% 的对比表面活性剂（Berol 840 和

图6对比了在25%的NaOH 和40% NaOH 中分

LF1）所需要增溶剂AG6206的使用量。

16

14

12

Berol 840

10

LF1

8

6

4

2.5

s

/

2.0

时

间

1.5

润

湿

1.0

0.5

0

0 0.10 0.50 1.00

图7 0.5% Berol 840 在不同NaOH下的润湿速度

NaOH用量/%

的润湿性能。在水溶液中，润湿时间低于1 s，随

从图7中可以看出，Berol 840 具有非常优异

着NaOH 浓度增加，润湿时间逐渐提高，但即使在

1% 的NaOH溶液中，Berol 840 的润湿时间仍低于

CIP 清洗剂配方的润湿性，提高清洗效率。

2.5 s。因此，Berol840 可以有效提高高浓度碱性

2.3.3 泡沫性能

要求，泡沫高度不能高，最好无泡。本实验使用动

如前所述, CIP 清洗过程对泡沫的高低有严格

态泡沫法测试了20°C和50 ℃时连续喷淋状态下（喷

淋压力 0.5 MPa）500 mL 0.5% Berol 840 的泡沫

高度，如图8所示。

12

常温

50℃

L

10

m

度

/

8

6

泡

沫

高

4

2

0

0 2 4 6 8 10 12

图8 Berol 840 喷淋状态下泡沫高度

喷淋时间/min

《中国洗涤用品工业》

川三乙酸三钠和绿色螯合剂MGDA 相比，谷氨酸

二乙酸四钠（Dissolvine GL-47-S）与NaOH具有

较好的兼容性，在40%的NaOH 中，可以溶解高达

30%以上的Dissolvine GL-47-S；增溶剂方面，己

在30%以上的NaOH 溶液中可以高效增溶直链脂

基糖苷AG6206具有优异的碱兼容性和增溶效果，

肪醇聚醚Berol 260。同时该产品泡沫极低，容易

消泡，非常适合CIP 清洗剂的使用条件；表面活性

注 左侧模拟配方，右侧 40% NaOH。

剂方面，Berol 840 在高碱体系中具有优异的润湿

图9 乳垢模拟清洗结果

性，可以有效提高配方的清洗力，同时该产品具有

较好的低泡性，在碱性溶液中能够长时间保持较好

的泡沫稳定性，且增溶容易，配方设计简单，尤其

适合CIP清洗。

基于这几种原料设计了简单的CIP清洗剂配方

Dissolvine GL-47-S、AG6206 和Berol 840 的清

洗剂配方可以显著提高清洗剂的清洗率。

对比图9中的两组清洗效果可见，添加了

并模拟对乳垢的清洗性能。结果表明，加入这几种

原料可以显著提高NaOH 对乳垢的清洗力。

3 结论

于高浓度NaOH的CIP清洗剂原料包括螯合剂、增

溶剂和表面活性剂。

从CIP清洗剂配方组成角度，介绍了几种适用

[1] Tamime AY. Cleaning-in-place: Dairy, Food and beverage

[2] Mario Stanga. Sanitization: Cleaning and Disinfection in the Food

Industry[M]. Wiley-VCH, 2010.

Operations[M]. Blackwell Publishing Ltd, 2008.

参考文献

实验结果表明，与传统乙二胺四乙酸四钠、氮

Selection of Raw Materials Based on High-Concentration

Sodium Hydroxide in-situ Cleaning Agent Formulation

ZHANG Zhiguo, WANG Qiangxu

（Nouryon Chemical (Boxing) Co., Ltd., Boxing 256500, China）

Abstract:

The ingredients which are compatible with high concentration of NaOH for cleaning-in-place formula was introduced. It was

found that Dissolvine GL-47-S and AG6206 are compatible with up to 40% NaOH and AG 6206 shows good hydrotrope and low foam

performance. The non-ionic surfactant Berol 840 showed excellent wetting performance in the high concentrated NaOH formula also very

low foam profile. And compared to traditional low foam fatty alcohol alkoxylates, it is easy to be hydrotroped to form a stable formula. The

detergency of the milk soil using the formula composed by those raw material was also tested in comparison with NaOH benchmark, and it was

found that these raw materials can significantly improve the detergency of NaOH to milk soil.