Санитарная обработка оборудования и инвентаря в молочной промышленности

Комплексообразователи в моющих средствах выполняют роль многофункциональных добавок, предназначенных не только для связывания в растворимые соединения^ ионов тяжелых металлов, содержащихся в моющем растворе, но и для предотвращения повторного осаждения молочных загрязнений на очищаемую поверхность оборудования, а также для усиления моющего действия электролитов и ПАВ.

Для определения оптимального количественного введения того или иного комплексообразователя в рецептуры ТМС, нами были проведены исследования по степени связывания солей жесткости воды органическими соединениями по сравнению с триполифосфатом натрия, традиционно используемым в порошкообразных средствах. Большой интерес с позиций использования в жидких щелочных рецептурах представляли органические комплексоны из класса сополимеров малеинового ангидрида и акриловой кислоты [124]. В отечественной литературе и практике для этих целей подобных сообщений нами не встречалось.

О комплексообразующих свойствах компонентов судили по их способности образовывать комплексные соединения с солями жесткости воды по ГОСТ 2874-82 [14, 95].

2.3.3 Определение степени эмульгирования молочных и растительных жиров различными видами поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Эмульгирование молочно-жировых загрязнений с помощью ПАВ определяли по методике, утвержденной в 1975 г. Минмясомолпромом СССР [53], усовершенствованной и утвержденной ГУВНИМИ в 1999 г., которая позволяет получать результаты с меньшей погрешностью.

К 50 мл испытуемого раствора, находящегося в круглодонной колбе с притертой пробкой емкостью 75 мл и нагретого до 50 ± 2°С, прибавляли 3,0 г смеси молочного и растительного жиров в соотношении 1:1 (взвешенной на аналитических весах с точностью до 0,0001 г) и помещали в водяную баню. После нагревания колбу вынимали из воды, встряхивали в течение 30 сек и снова помещали на 10 мин в водяную баню. Затем охлаждали до температуры 5-8 °С и отфильтровывали незаэмульгированную жир. 20 мл фильтрата помещали в делительную воронку, добавляли 20 мл смеси этилового и пет-ролейного эфира (точка кипения 40 - 60 °С) в соотношении 1:1. Воронку закрывали и осторожно встряхивали в течение 1 мин. Затем отбирали пипеткой 10 мл эфирного слоя и помещали во взвешенную колбу вместимостью 20 мл. Эфиры удаляли выпариванием, а остаток высушивали в сушильном шкафу при 100 °С до постоянной массы (т2).

Эмульгирующую способность (Э), выраженную в процентах заэмуль-гированного жира, вычисляли по формуле:

Э=100- m2/m,, (2.2.)

где Э -- содержание заэмульгированного жира, %; mi - масса смеси жиров, взятая для анализа, г; т2- масса смеси жиров, перешедшая в эфирный слой и высушенная до постоянного веса, г; 100 -- коэффициент пересчета в %.

2.3.4 Определение пенообразующей способности ПАВ и композиций на их основе

В задачу наших исследований входили эксперименты, направленные на рациональный выбор ПАВ не только с высокими эмульгирующими свойствами но и с определенной пенообразующей способностью.

В более ранних работах пенообразование отождествлялось с моющим действием. Позднее было установлено, что пенообразующая способность не является специфической характеристикой моющего действия. Однако это одно из важнейших свойств ПАВ, связанное с понижением поверхностного натяжения, увеличением адсорбционной способности и удерживанием диспергированного загрязнения.

Пенообразующую способность определяли по стандартному методу "Росс-Майлса" [112]. Измеряли начальную высоту столба образовавшейся пены (Но), а затем высоту столба пены через 5 минут (Н5). Среднее значение определяли по трем опытам. Объем разрушенной пены (X) вычисляли в % от первоначальной по формуле:

X = (Но - Н5) * 100 / Но , (2.3.)

Устойчивость пены (У) выражается отношением высоты столба пены, не разрушенной через 5 мин., к первоначальной высоте столба пены:

У = Н5/Но (2.4.)

Расхождение между определениями не должно превышать 30 мм для первоначального объема пены.

2.3.5 Определение степени растворения молочных загрязнений в растворах различных химических веществ и их композиций

Отсутствие всеобъемлющей теории моющего действия объясняется сложностью системы, с которой приходится иметь дело в моющем процессе, включающем как физические, так и химические акты.

На первом этапе степень растворения молочных загрязнений в зависимости от применяемых химических веществ и их композиций определяли по методике, разработанной в ГНУ ВНИМИ (утверждена ГУ ВНИМИ) и на стендовой установке с использованием устройства тонкой ротационной очистки в лаборатории ПЭЗ НПО "ВИЛАР", принципиальная схема которой представлена на рис 2.2.



Рис. 2.2. Экспериментальная стендовая установка: 1 - емкость для воды; 2 - емкость для моющих растворов; 3 - насос; 4 - устройство тонкой ротационной очистки; 5 - манометр; 6 - вентиль; 7 - кран.

Стендовая установка представляет собой контур, состоящий из емкости с электроподогревом, позволяющей поддерживать постоянную температуру циркулирующего раствора в пределах 20 - 90 °С, насоса шестеренчатого типа производительностью 200 л/ч разработки НИИХИММАШ, микрофильтрационного аппарата с вращающимся крупнопористым нейлоновым (политетрафторэтиленовым) фильтром с размером пор 0,4 мкм фирмы "PALL". Давление в системе измеряли манометром и регулировали дросселированием с помощью вентиля на выходе.

Эксперимент проводили при постоянных параметрах: числе оборотов фильтра - 250 ±10 об/мин; давлении в системе - 0,8 атм., температуре воды и рабочих растворов - 50 ± 2 °С. В качестве источника модельного загрязнения использовали водный раствор сухого цельного молока с содержанием жира 25 %, белка 25,6 %, углеводов 36 % и сухих веществ - 15 %, который пропускали под давлением через фильтр в течение 2-х часов. При достижении концентрации сухих веществ в загрязнителе до 24 % производительность фильтра снижалась на 95 ± 2 %, что свидетельствовало об образовании молочного загрязнения на поверхности фильтра.

Для определения степени растворения молочных загрязнений использовали различные концентрации электролитов и их смесей, затем смеси их с ПАВ и комплексообразователями.

Степень растворения молочных загрязнений определяли следующим образом: устанавливали начальную производительность (GH) фильтра в установке на воде до подачи загрязнителя на фильтр, затем пропускали через фильтр различные по концентрации растворы химических компонентов в течение 1-ого часа. По мере растворения загрязнения производительность фильтра постепенно возрастала до постоянного уровня. По истечении установленного времени очистки (1 час) промывали фильтр водой и вновь определяли конечную производительность (GK) фильтра на воде при температуре 50 ± 2°С. Применяемый метод дает возможность установить степень растворения молочного загрязнения (СРМЗ) и, как результат, его моющую способность путем сопоставления начальной и конечной производительностей фильтра. Степень растворения молочных загрязнений (СРМЗ) вычисляли по формуле:

GK

СРМЗ = -100, (2.5.)

GH

где СРМЗ -- степень растворения молочных загрязнений в испытуемых растворах по отношению к модельному загрязнению, %;

GK - конечная производительность установки после очистки, мл/мин.

GH - начальная производительность чистой установки, мл/мин.

В качестве щелочных электролитов исследованиям подвергались едкие натрий и калий и метасиликат натрия в концентрациях от 0,05 до 0,3% и их смеси в различных соотношениях. В качестве смачивателей и растворителей жировой фракции молочного загрязнения исследованиям подвергали доступные нам поверхностно-активные вещества всех существующих классов, анионные, неионные, катионные и амфотерный. Из класса комплексообразо-вателей возможными компонентами для жидких моющих средств могли быть использованы натриевые и калиевые соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты (фосфонаты) или этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилоны), а также сополимеры органических кислот.

Установив оптимальное соотношение исследуемых компонентов, были созданы рецептуры моющих средств с заданными характеристиками.

2.3.6 Определение дезинфицирующей способности (бактерицидной активности) дезинфицирующих субстанций

Для оценки дезинфицирующей способности (бактерицидности) применяли суспензионный метод по "Методике испытания моющих и дезинфицирующих средств для санитарной обработки оборудования на предприятиях молочной промышленности", утвержденной Минмясомолпромом СССР, 1975 г. (53, 115).

В качестве тест-культур использовали устойчивые штаммы 6-ти видов условно-патогенных санитарно-показательных микроорганизмов. Микробные суспензии (смеси 5 штаммов каждой культуры) готовили в концентрации не менее 1 * 108 КОЕ в 1 см3.

Приготовленные пробирки с разными концентрациями испытуемых растворов опускали в водяную баню, после установления требуемой температуры (40°С) вносили по 0,1 мл приготовленной суспензии микробов, закрывали пробирки стерильными пробками и перемешивали содержимое. По истечении продолжительности воздействия 0,5 мл каждой смеси пересеивали в 10 мл раствора нейтрализатора для нейтрализации остаточного действия дезинфектанта, выдерживали в течение 5 минут и пересеивали 0,5 мл содержимого пробирки в 10 мл питательной среды. В качестве питательных сред при определении бактерицидности растворов для тест-штаммов Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus faecalis, Staphylococcus aureus использовали бульон ГРМ, мясо-пептонный бульон, а для Oospora lactis - жидкое сусло. Термостатирование проводили при температурах предварительного культивирования бактерий.

Результаты опытов оценивали через 48 часов. Окончательный результат устанавливали через 6 дней.

Если в первом, ориентировочном, опыте роста микробов не наблюдалось, то концентрацию препарата уменьшали, повторяя весь опыт сначала. Если же обнаруживали рост микробов в ориентировочном опыте, то, напротив, концентрацию средства увеличивали.

Бактерицидную концентрацию считали установленной при получении трех одинаковых результатов в повторных опытах.

При испытаниях дезинфекционных средств, рекомендуемых для применения в молочной отрасли важное значение имеет показатель белкового индекса. Белковый индекс показывает падение активности средства в присутствии высокомолекулярных белков по сравнению с активностью препарата в безбелковой среде. Отмечено, что бактерицидная активность многих дезинфицирующих средств снижается при контакте их с органическими соединениями, такими, как, например, молочный белок. Поэтому необходимо определять степень уменьшения бактерицидности дезинфицирующих средств при взаимодействии их растворов с молочными загрязнениями. В качестве последнего использовали цельное молоко. Методика определения белкового индекса такая же, как и при определении бактерицидности, с той лишь разницей, что к суспензии микробов добавляют 10 % стерильного цельного молока.

2.3.7 Лабораторные исследования эффективности моющего и дезифицирующего действия разработанных средств санитарной обработки

Методика заключается в следующем: модельное загрязнение, состоящее из 70 % молочного жира (сливочное масло 82,5 % жирности), 15 % растительных жиров кокосового масла, 10 % сухого обезжиренного молока и 5 % сажи. Сливочное и кокосовое масло, сухое обезжиренное молоко и сажу интенсивно перемешивали в ступке до получения однородной массы. Наносили 5 г загрязнения (в среднем 0,1 г на 1 см2 площади) на поверхности пластинок (размером 125 х 40 х 2 мм) из нержавеющей стали, равномерно распределяли и подсушивали при комнатной температуре (18-20 °С) в течение 24 часов. При сушке загрязнителя на пластинках масса его уменьшается в среднем на 30 %.

Подготовленные пластины вставляли в пазы прибора Уиттлстоуна, подключенного к емкости с рабочими растворами моющего средства различных концентраций. Прибор Уиттлстоуна является частью опытного стенда и позволяет в лабораторных условиях воссоздать процессы, максимально приближенные к происходящим при механизированной (циркуляционной) мойке и дезинфекции молочного оборудования. Включали насос для циркуляции испытуемого моющего раствора определенной температуры через прибор в течение установленного времени.

После рециркуляции растворов разработанных средств пропускали водопроводную воду в течение 3-5-7 минут (до получения нейтральной реакции с помощью универсальной индикаторной бумаги). После ополаскивания пластин от остаточных количеств средства установку отключали и вскрывали прибор Уиттлстоуна.

Степень удаления загрязнений определяли визуально. Санитарную обработку моющим раствором считали эффективной при отсутствии на поверхностях пластин следов белка и жира.

При испытаниях моюще-дезинфицирующего средства к 5 г модельного загрязнения добавляли 1 мл микробной суспензии (смесь 5 штаммов одной культуры). Для контаминирования тест-объектов готовили суспензии Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Oospora lactis и Salmonella typhimurium в концентра-циях не менее 1-10 КОЕ в 1 см .

После обработки рабочими растворами моющее-дезинфицирующего средства разбирали прибор и стерильным ватным тампоном (на стержне из нержавеющей стали, вмонтированном в пробирку) брали смывы с поверхностей пластинок и сразу над пламенем спиртовки опускали тампон в пробирку с нейтрализатором. Выбор нейтрализатора зависит от вида дезинфицирующей субстанции или класса действующего вещества. Тампон в пробирке тщательно встряхивали 30-40 секунд, отжимали о стенки пробирки и удаляли. Содержимое пробирок переливали в стерильные центрифужные пробирки и закрывали пробками. Пробирки со смывами центрифугировали при частоте вращения 5000 об/мин в течение 30 мин. Затем надосадочную жидкость сливали, добавляли к осадку 10 мл стерильной водопроводной воды, встряхивали, чтобы осадок растворился в воде, и вторично центрифугировали при частоте вращения 5000 об/мин в течение 30 мин, после чего опять сливали надосадочную жидкость, добавляли стерильной пипеткой 1 мл стерильной водопроводной воды и встряхивали. Стерильными пипетками засевали по 0,5 мл жидкости на питательные среды (МПА, ГРМ, жидкое сусло-агар и др.). Термостатирование проводили при температуре 37 °С, исключение составляла Oospora lactis - при 30 °С. Предварительную оценку результатов осуществляли через 48 часов, окончательную - через 6 дней.

Критерий эффективности средства при обеззараживании тест-объектов - не менее 99,99 %. Средство считается эффективным при условии совпадения результатов в трех опытах.

2.4 Проведение испытаний в производственных условиях

По результатам проведенных лабораторных исследований, разработки научно-технической документации на производство и применение разработанных средств мойки и дезинфекции, получения согласования органов здравоохранения проводят испытания на 1-3-х предприятиях молочной промышленности.

Качество санитарной обработки считается удовлетворительным при отсутствии бактерий группы кишечных палочек, а общая бактериальная об-семененность (КМАФАнМ) не должна превышать нормы, установленные СаНПиН 2.3.4.551-96 [16]. Кроме этого на обработанных поверхностях оборудования не должны обнаруживаться следы жира, белка и минеральных отложений.

2.5 Обработка результатов исследований

Для обработки полученных экспериментальных данных были использованы математические методы планирования многофакторного эксперимента. Расчет коэффициентов математических моделей осуществляли методом наименьших квадратов [39, 52, 120].

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исходя из составов загрязнений на поверхностях технологического оборудования, под моющей способностью технических моющих средств (ТМС) следует понимать комплекс основных свойств препарата: гидролиз белка, эмульгирование жира и растворимость минеральных солей.

Кроме основных указанных свойств жидких ТМС они должны содержать ингредиенты, обеспечивающие стабильность рН рабочих растворов (буферы), товарный вид (прозрачность, отсутствие осадка). Немаловажным фактором для ТМС является их антикоррозионные свойства, что достигается введением в рецептуры особых компонентов.

3.1 Обоснование и выбор электролитов

Учитывая выводы раздела 1.5., что основными щелочными компонентами в жидких моющих средствах могут выступать гидроокись калия (КОН), гидроокись калия в смеси с гидроокисью натрия (NaOH), метасиликат натрия (Na2SiO3) или калия или смесь их, нами была определена их растворяющая (гидролизующая) способность по отношению к молочным белково-жировым загрязнениям в концентрациях от 0,025 до 0,7 % из расчета содержания электролитов в концентратах моющих средств в количестве от 2,5 до 70 % и применения их в виде 1 %-ных рабочих растворов.

Результаты лабораторных исследований с использованием устройства тонкой ротационной очистки представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Степень растворения молочных загрязнений (СРМЗ) в растворах щелочных электролитов

Ед. калий, %	СРМЗ, %	Ед. натрий, %	СРМЗ, %	Метасиликат натрия, %	СРМЗ, %
1	2	3	4	5	6
0,025	8±2	0,025	10±2	0,025	5±1
0,05	15±2	0,05	17±3	0,05	9±3
0,10	24 ±3	0,10	27±3	0,10	16±2
0,20	29 ±2	0,20	31 ±2	0,15	19±2
0,30	32 ±2	0,30	35 ±3	0,20	20 ±2
0,40	32 ±1	0,40	37 ±2	0,25	24±2
0,50	34 ±1	0,50	37±2	0,30	26±1
0,60	35 ±1	0,60	38±2	0,40	26 ±1
0,70	35±2	0,70	39 ±2	0,50	27 ±1

Показано, что СРМЗ в растворах щелочных электролитов, представленная в табл. З.1., составляет 27 ± 1 % для силикатов натрия, 35 ± 2 % для гидроокисей натрия и 39 ± 2 % для гидроокисей калия, то есть на степень растворения молочных загрязнений (СРМЗ) существенно влияет степень диссоциации электролитов в водных растворах (рН среды).

СРМЗ возрастает с повышением концентрации электролитов до 0,7 %. Дальнейшее увеличение содержания электролита в водном растворе незначительно влияет на СРМЗ, но увеличивается нецелесообразный расход ингредиента. Степень удаления молочных загрязнений гидроокисями натрия и калия на 10 - 12 % выше, чем при использовании метасиликата натрия, что объясняется более высокой степенью диссоциации их ионов.

При этом следует отметить, что степень удаления молочных загрязнений при 0,05 %-ном содержании гидроокиси в растворе - незначительное и составляет лишь 15 - 18 % от общего количества модельного загрязнения. При повышении концентрации гидроокисей в 2 - 4 раза степень удаления загрязнений возрастает до 25 - 30 %. Дальнейшее увеличение концентрации гидроокисей незначительно влияет на степень удаления загрязнений и составляет лишь от 3 до 7 %. Эта закономерность характерна для всех электролитов.

Обработка экспериментальных данных изменений степени растворения молочных загрязнений от концентраций щелочных электролитов позволила получить следующую модель, представленную на рис.3.1.

Рис. 3.1. Моделирование процесса растворения молочных загрязнений (СРМЗ) в растворах щелочных электролитов

Полученные экспериментальные данные могут быть описаны следующим уравнением:

Y = EXP(A0 + A,/X), (3.1.)

где: Y (СРМЗ) -- степень растворения молочного загрязнения, %; X - концентрация электролита в растворе, %; Ао, А, - коэффициенты.

При количестве точек М = 9, количестве серий - числе параллельных опытов Q = 3 и шаге прогнозирования = 0,025:

- для растворов едкого калия: Ао = 3,58225; А\ = -0,03886; коэф. корреляции г = 0,996 и данная модель адекватна;

для растворов едкого натрия: Ао = 3,67297; А, = -0,03592; коэф. корреляции г = 0,992 и данная модель адекватна;

для растворов метасиликата натрия: Ао = 3,29886; А\ = -0,04511; коэф. корреляции г = 0,982 и данная модель адекватна.

Результаты моделирования и расчеты коэффициентов приведены в приложении 1.

По данным Г. Штюпеля [127] неорганические электролиты понижают диспергирование ПАВ (способность их удерживать загрязнения в растворе), способствуя повторной адсорбции загрязнения на очищаемую поверхность. Метасиликат, напротив, улучшает эту способность ПАВ к диспергированию. Поэтому метасиликат натрия, введенный в рецептуру моющего средства подавляет действие других электролитов относительно диспергирования ПАВ.

Поэтому нами были проведены исследования степени растворимости молочных загрязнений смесями электролитов и установлены рациональные концентрации гидроокиси калия и метасиликата натрия, при которых достигается максимальная степень растворения молочно-белковых загрязнений (табл. 3.2.).

Таблица 3.2.

Степень растворения молочных загрязнений (СРМЗ) в смесях электролитов

Смесь электролитов, %	СРМЗ, %	Смесь электролитов, %	СРМЗ, %
Едкий калий	Метасиликат натрия		Едкий калий	Метасиликат натрия
1	2	3	4	5	6
0,025	0,025	15 ±3	0,10	0,025	21 ±3
0,025	0,05	17±3	0,10	0,05	24±2
0,025	0,10	20±2	0,10	0,10	27±3
0,025	0,15	22 ±2	0,10	0,15	29 ±2
0,025	0,20	22± 1	0,10	0,20	29 ±2
0,05	0,025	17±2	0,20	0,025	30±1
0,05	0,05	19±3	0,20	0,05	31±1
0,05	0,10	21 ±3	0,20	0,10	34±1
0,05	0,15	23 ±1	0,20	0,15	34 ±2
0,05	0,20	23 ±3	0,20	0,20	34 ±2

Смесь метасиликата натрия и гидроокиси калия обладала более высокими гидролизующими свойствами, чем чистые растворы метасиликата натрия, но ниже, чем растворы гидроокиси калия.

Но использование их в смеси друг с другом дает возможность наряду с химическим расщеплением белка гидроокисью калия на растворимые в воде фрагменты, обеспечить метасиликатом натрия выраженный антикоррозионный эффект и предотвращение вторичной адсорбции загрязнения из раствора на очищаемую поверхность.

Таким образом, при проведении мойки оборудования целесообразно использовать в качестве электролитов смеси гидроокиси калия и метасиликата натрия при общей наиболее рациональной концентрации их в рецептуре от 5 до 20 % в соотношении 2:1, которое обусловлено их физико-химическими свойствами.

Моделирование процесса растворения молочных загрязнений в растворах смеси электролитов позволило получить зависимости представленные на рис. 3.2.

Полученные данные могут быть описаны следующим уравнением:

Y = A0 + Ai-LnX, (3.2.)

где: Y - степень растворения молочного загрязнения (СРМЗ), %; X - концентрация электролитов в растворе, %; Ао, Ai - коэффициенты.

Результаты моделирования и расчеты коэффициентов проведены аналогично материалам, представленным в приложении 1.



Рис. 3.2. Моделирование процесса растворения молочных загрязнений (СРМЗ) в растворах смеси щелочных электролитов

При количестве точек М = 5, количестве серий - числе параллельных опытов Q = 3 и шаге прогнозирования = 0,025:

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,025 - 0,2 %): Ао = 28,32374; Aj = 3,65132; коэф. корреляции г = 0,99 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,05 %) и метасиликата натрия (0,025 - 0,2 %): Ао = 28,247; Aj = 3,06033; коэф. корреляции г = 0,991 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,1 %) и метасиликата натрия (0,025 - 0,2 %): Ао = 36,16546; А1 = 4,06822; коэф. корреляции г = 0,992 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,2 %) и метасиликата натрия (0,025 - 0,2 %): Ао = 38,07194; Ai = 2,18987; коэф. корреляции г = 0,95 и данная модель адекватна;

5) для растворов смеси едкого калия (0,35 %) и метасиликата натрия (0,025 - 0,2 %): Ао = 49,247; А, = 3,06033; коэф. корреляции г = 0,991 и данная модель адекватна.

Низкая гидролизующая способность электролитов связана с их слабой эмульгирующей способностью по отношению к жировой фракции загрязнения. Поэтому для повышения степени растворения молочного загрязнения водный раствор электролита должен содержать поверхностно-активные вещества (ПАВ). В их присутствии моющий раствор (электролит - вода - ПАВ) приобретает совершенно иные физико-химические свойства. В первую очередь, это снижение поверхностного натяжения растворов электролитов, что обеспечивает полноту смачивания ими обрабатываемой поверхности. Во-вторых, наличие ПАВ в растворе электролита способствует эмульгированию жировой части молочного загрязнения. За счет этих факторов резко возрастает степень растворения молочного загрязнения и перевод его в моющий раствор в виде мелкодисперсной эмульсии.

3.2 Обоснование и выбор поверхностно-активных веществ (ПАВ)

3.2.1 Исследования пенообразующей способности ПАВ

Пенообразующая способность ПАВ особенно важна при создании композиций с заданными характеристиками. Для циркуляционных систем мойки моющие средства должны быть низкопенными, а для мойки наружных поверхностей оборудования как ручным, так и механизированным способом с помощью специальных пенообразователей моющие средства должны обладать высоким пенообразованием. Поэтому нами была исследована пенообразующая способность большинства ПАВ, имеющихся на российском рынке и обладающих высокой степенью биоразлагаемости.

Для беспрепятственной циркуляции моющий раствор в системе мойки должен обладать устойчивостью пены (У) не свыше 0,6.

Для пенной мойки наружных поверхностей оборудования начальная пенообразующая способность (Но) ПАВ должна быть не ниже 17 - 19 см, а устойчивость пены - не ниже 0,7. При этих условиях моющий раствор в виде пены может удерживаться на вертикальной поверхности очищаемого оборудования в течение 10-15 минут, необходимых для контакта с загрязнением с целью полного его растворения.

Результаты исследований пенообразующей способности растворов ПАВ представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Пенообразующая способность растворов ПАВ.

Торговое	Концентра-	Пенообразующая способность, см
название ПАВ	ция, %	Но	н5	У = Н5/Но
1	2	3	4	5
Неионогенные ПАВ
Неонол	0,05 0,1	12,5±0,5 15,4±0,7	7,3±0,3 10,2±0,4	0,59 0,66
Синтанол ДТ-7	0,05 од	17,4±0,5 22,1±0,4	8,7±0,3 11,8±0,5	0,50 0,53
Синтанол АЛМ	0,05 0,01	19,7±0,3 23,2±0,4	13,4±0,4 14,8±0,3	0,68 0,64
Оксифос Б	0,05 од	15,4±0,4 18,3±0,3	8,5±0,4 12,4±0,5	0,55 0,68
Синтамид-5	0,05 0,1	9,2±0,3 11,5±0,4	5,1±0,2 8,3±0,2	0,55 0,72
Анионные ПАВ
Лаурилсульфат натрия	0,05 од	16,4±0,4 17,5±0,3	10,2±0,3 14,3±0,4	0,62 0,82
Сульфонат-порошок	0,05 0,1	22,1±0,5 25,4±0,5	16,3±0,5 18,5±0,4	0,74 0,73
Сульфонат паста	0,05 0,1	26,3±0,6 27,5±0,5	15,1±0,6 18,4±0,5	0,57 0,67
Сульфонол (Марлон)	0,05 0,1	21,4±0,5 25,4±0,4	14,1±0,4 18,2±0,3	0,66 0,72
Катионный и амфотерный ПАВ
Катамин АБ	0,05 0,1	21,3±0,4 24,4±0,3	13,3±0,5 11,2±0,4	0,62 0,46
Окись алкилди-ме-тиламина	0,05 0,1	18,4±0,2 21,5±0,4	10,5±0,3 15,4±0,3	0,57 0,72

Для наглядности результаты по определению пенообразующей способности растворов ряда ПАВ представлены на рис. 3.3. в виде диаграмм.

Рис. 3.3. Пенообразующая способность ПАВ при концентрации 0,1 %: 1 - Неонол; 2 - Оксифос Б; 3 - Синтамид-5; 4 - Лаурилсульфат натрия; 5 - Сульфонат-порошок; 6 - Сульфонат-паста; 7 - Сульфонол (Марлон); 8 - Катамин АБ; 9 - Окись амина.

загрязнение оборудование молочный моющий

Судя по полученным данным для низкопенных моющих композиций могут быть использованы ПАВ из класса неионогенных и катионных, в частности: Оксифос Б, Неонол, Катамин АБ.

Для высокопенных моющих композиций выбор более широкий: все анионоактивные ПАВ, Неионное ПАВ - Синтамид-5, амфотерное ПАВ -Окись амина и неионогенные ПАВ - Синтамид-5.

ПАВ, предназначенные для производства моющих средств жидкого вида, должны хорошо смешиваться с водой, не расслаиваться и не образовывать в растворах щелочных электролитов осадки или суспензии. Если этого не достигается применением одного из типов ПАВ, то подбирают солюбилизаторы [2, 59, 65, 107, 108, 124, 125, 126, 127] . В качестве солюбилизаторов могут использоваться либо спирты, либо гликоли, либо ПАВ, способствующие самопроизвольному переходу молекул не растворимого (или малорастворимого) в воде вещества в водный раствор солюбилизатора с образованием устойчивой прозрачной композиции.

Данные экспериментов показали, что все исследуемые ПАВ, кроме Синтамида-5 и Неонола хорошо смешиваются с водой, образуя прозрачные растворы.

В щелочной среде, создаваемой раствором смеси гидроокиси калия и метасиликата натрия, устойчивость ПАВ снижается, что проиллюстрировано в таблице 3.4.

При смешивании анионных ПАВ (Сульфонола и Сульфонат-пасты) происходит коалесценция, т.е. разрушение эмульсии, выделение гомогенного слоя ПАВ и, в конечном счете - расслоение моющего раствора. Остальные анионные ПАВ (Лаурилсульфат натрия, Оксифос Б и Синтамид-5) образуют эмульсии (мутные растворы), которые расслаиваются через 3-8 часов.

Таблица 3.4. Совместимость ПАВ между собой и с растворами щелочных электролитов

Щелочная основа (ЩО): гидроокись калия + метасиликат натрия
ПАВ	ЩО	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1-Лаурилсульфат натрия	э	к	к	к	к	к	к	н	р
2-Сульфонол (Марлон)	к	к	и	к	к	к	к	к	н	г
З-Сульфонат-паста	к	к	к	¦	к	к	к	к	н	г
4-Сульфонат-порошок	р	к	к	к		к	к	к	н	р
5-Синтамид-5	э	к	к	к	к	¦	к	к	к	г
6-Неонол	р	к	к	к	к	к	¦	к	к	р
7-Оксифос Б	э	к	к	к	к	к	к	р	р	р
8-Катамин АБ	р	н	н	н	н	к	р		~v	р
9-Окись амина	р	р	г	г	р	г	р	р		т

Где "Э" - эмульсия; "К" - коалесценция; "Н" - нейтрализация; "Г" - гелеобразование; "Р" - растворение.

Для составления рецептуры низкощелочного средства нами было выбрано АПАВ - Сульфонат-порошок ввиду высоких его показателей по эмульгирующей [59, 65] и пенообразующей способностям и получения кондиционной смеси со щелочными электролитами по внешнему виду - прозрачности и, следовательно, срокам хранения. Но в результате предварительного эксперимента выяснилось, что устойчивость пены была недостаточна, что снижало время контакта её с загрязненной поверхностью и не обеспечивало полноты удаления загрязнения. В качестве стабилизатора пены использовали Окись амина, проявляющую, кроме этого, в щелочной среде свойства неионогенного ПАВ. Двухкомпонентной смеси ПАВ - Сульфоната-порошка и Окиси амина в определенных соотношениях было присвоено название "Дуксан-ФА".

Пена играет определенную роль в удерживании в ней диспергированного загрязнения, но так как пенообразующая способность ПАВ не является специфической характеристикой моющего действия [127], для основательного выбора ПАВ необходимо было установить степень растворения в них жировой фракции загрязнений, определить так называемую степень их эмульгирования (растворения).

3.2.2 Исследование эмульгирования (растворения) жировой фракции молочных загрязнений в растворах различных ПАВ

После отбора ПАВ по пенообразующей способности была исследована степень растворения и эмульгирования в их растворах (от 0,05 до 0,25 %) смесей молочного и растительного жиров в соотношении 1:1.

Определение эмульгирующей способности проводили по методике экстракции эфирами, изложенной в разделе 2.3.3.

Данные экспериментов, представленены графически (рис. 3.4.) в виде зависимостей эмульгирующей способности (Эс) от концентраций (по основному веществу) различных ПАВ в водных растворах.

Анализируя полученные данные, можно заключить, что смесь молочного и растительного жиров хорошо эмульгируется анионными ПАВ, и удовлетворительно неионными ПАВ -- Неонолом и Оксифосом. Катионные ПАВ, напротив, обладают не только низкой эмульгирующей способностью, но и плохо смываются с металлической поверхности [4].

Известным исследователем ПАВ Г. Штюпелем [127] сообщалось, что путем комбинирования ПАВ различных классов можно получить на их основе смеси с высокими моющими свойствами при низких содержаниях их основных веществ в композиции.

Составление композиций ПАВ до сих пор является обширной и важной областью, теоретические основы которой, как указывают специалисты по ПАВ, ещё мало изучены. Особенно хороший результат, как указывал Г. Штюпель, может быть получен при использовании смесей ПАВ, если одно из них обладает низкими свойствами по этому показателю.



- Лаурилсульфат натрия, 4 - Сульфонат-порошок,

- Сульфонол (Марлон), 5 - Синтамид-5,

- Сульфонат- паста, б - Неонол

- Оксифос Б,

- Катамин АБ,

- Окись амина.

Рис. 3.4. Зависимость эмульгирующей способности растворов ПАВ от их концентрации.

Катамин АБ является необходимым компонентом в рецептуре моющее-дезинфицирующего средства в качестве дезинфицирующей субстанции, поэтому нами были проведены исследования его бактерицидной активности.

Учитывая, что катионные ПАВ обладают не только низкой эмульгирующей способностью, но и плохо смываются с металлической поверхности, мы исследовали возможность повышения этих показателей за счет использования катионного ПАВ (Катамина АБ) в смеси его с одним из неионных ПАВ. Поскольку он проявил свойства солюбилизатора только с неионогенными ПАВ (Неонолом и Оксифосом Б) было исследовано эмульгирование смеси молочного и растительного жиров смесью Катамина АБ и Неонола. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5.

Степень растворения смеси молочного и растительного жиров в растворах смеси катионного и неионного ПАВ.

Смесь ПАВ	Степень растворения, %	Смесь ПАВ	Степень растворения, %
Катион-ный, %	Неионоген-ный, %		Катион-ный,%	Неионоген-ный, %
0,05	0,002	12±2 (Слабая)	0,05	0,010	50±3 (Очень хорошая)
0,05	0,004	17±3 (Слабая)	0,05	0,012	54±2 (Очень хорошая)
0,05	0,006	22 ±2 (Средняя)	0,05	0,014	56 ±3 (Очень хорошая)
0,05	0,008	37 ±2 (Хорошая)	0,05	0,016	57±3 (Очень хорошая)

По результатам исследований можно заключить, что эмульгирование смеси молочного и растительного жиров смесью катионного и неионного ПАВ в соотношении 5 : 1 возрастало в 3,5 раза и достигало 57 ± 3 % по сравнению с эмульгированием каждым ПАВ в отдельности, что указывало на си-нергетический эффект этих ПАВ.

3.2.3 Исследование бактерицидной активности дезинфицирующей субстанции и композиции на ее основе

Дезинфицирующая субстанция под названием Катамин АБ относится к группе катионных поверхностно-активных веществ, содержит 50 ± 1 % действующего вещества (ДВ) -- алкилдиметилбензиламмонийхлорида. В России зарегистрирована в России с 1989 г. и разрешена для профилактической, текущей и заключительной дезинфекции в лечебно-профилактических учреждениях при кишечных и капельных инфекциях бактериальной этиологии. С 1998 г. эта субстанция разрешена для дезинфекции технологического оборудования на предприятиях молочной промышленности.

В соответствии с методами, описанным в п.п. 2.3.6., 2.3.7. были проведены исследования бактерицидной активности препарата Катамин АБ в концентрациях 0,05 до 0,5 % (по препарату) или от 0,01 до 0,1 % по ДВ-ЧАС при температуре 20 ± 2 °С. Основные результаты представлены в табл. 3.6.

Таблица 3.6.

Бактерицидная активность Катамина АБ по отношению к условно-патогенным микроорганизмам

	Массовая доля Катамин АБ в водном р-ре, %
	0,1	0,2	0,3
Экспозиция, мин. Тест-Микроорганизмы	10	20	10	20	10	20
Е. coli (26,4 * 108 КОЕ)	+ 99,96	+ 99,97	+ 99,99	+ 99,99	100,0	100,0
Ps. Aeruginosa (15,3- Ю8 КОЕ)	+ 99,95	± ; 99,97	+ 99,98	± 99,99	± 99,99	100,0
St. Faecalis (7,2 * 108 КОЕ)	+ 99,98	± 99,99	+ 99,99	100,0	100,0	100,0
Staph. aureus (2,4 * 108 КОЕ)	+ 99,98	± 99,99	100,0	100,0	100,0	100,0
Oospora lactis (5,6 * 108 КОЕ)	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
Salmonella typh. (5,8 * 108 КОЕ)	± 99,97	± 99,98	+ 99,99	100,0	100,0	100,0
Контроль	+	+	+	+	+	+

Примечание:

знак "+" - рост тест-культур, т.е. > (104 КОЕ) и эффективность обеззараживания <99,99 %;

знак "±" - бактериостатические свойства, т.е. < (104 КОЕ) и эффективность обеззараживания = 99,99 %;

знак "--" - отсутствие роста тест-культуры, эффективность обеззараживания = 100,00%.

Результаты проведенных исследований показали, что в концентрации 0,3 % по препарату (0,15 % по ДВ-ЧАС) при экспозиции 10 и 20 минут и температуре 20 ± 2 °С средство Катамин АБ обладает бактерицидными свойствами и обеззараживает поверхности контаминированные Е. coli, Ps. aeruginosa, St. faecalis, Staph. aureus, O. lactis и Salmonella typh. на 99,99 и 100%.

Известно, что бактерицидная активность катионных ПАВ возрастает в присутствии неионогенных ПАВ [2, 107, 127], поэтому целесообразно было бы использовать смесь Катамина АБ (ЧАС) и Неонола (НПАВ), результаты которой по эмульгирующей способности полностью удовлетворяли нашим требованиям. Однако при внесении этой смеси ПАВ в щелочной раствор наблюдалась эмульсия, которая впоследствии приводила к коалесценции (расслоению) концентрата.

Поиск солюбилизаторов среди гликолей, спиртов и других веществ прошел безуспешно. Положительные результаты были получены при использовании органической щелочи за счет её буферности. Использование трехкомпонентной смеси обеспечило полную прозрачность щелочного электролита и резкое снижение пенообразования его рабочих растворов. Трехкомпонентной композиции ПАВ было присвоено название "Дуксан-ЧАС".

Следующим этапом работы явилось определение бактерицидной активности добавки "Дуксан-ЧАС". Бактерицидные свойства четвертичных аммонийных соединений (ЧАС) заметно проявляются при более длительном времени воздействия растворов [2], поэтому дальнейшие эксперименты проводили при экспозиции 20 мин. Массовая доля (концентрация) "Дуксан-ЧАС" в растворах составляла 0,1; 0,2 и 0,3 % (по препарату) и соответственно ~ 0,025; 0,05; и 0,075 % (по ДВ-ЧАС). Дополнительно, при концентрации 0,25 % (по препарату) поставили эксперименты в отношении наиболее устойчивых тест-микроорганизмов. Температуру испытуемых растворов поддерживали в пределах 20 ± 2 °С. Результаты исследований представлены в табл. 3.7.

Таблица 3.7.

Бактерицидная активность "Дуксан-ЧАС" по отношению к условно-патогенным микроорганизмам

Тест-микроорганизмы	Масс, доля "Дуксан-ЧАС" в водном р-ре, %
	0,1	0,2	0,25	0,3
Е. со//(26,4 108 КОЕ)	+ 99,98	+ 99,99	100,0	100,0
Ps. Aeruginosa (,3-108 КОЕ)	± 99,97	± 99,99	100,0	100,0
St. Faecalis (7,2 * 108 КОЕ)	+ 99,99	100,0	Н/д	100,0
Staph. aureus (1,8 * 108 КОЕ)	± 99,99	100,0	Н/д	100,0
Oospora lactis (6,2 * 108 КОЕ)	100,0	100,0	н/д	100,0
Salmonella typh. (4,5 * 108 КОЕ)	± 99,99	100,0	100,0	100,0
Контроль	+	+	+	+

Примечание:

знак "+" - рост тест-культур, т.е. > (104 КОЕ) и эффективность обеззараживания <99,99 %;

знак "±" - бактериостатические свойства, т.е. < (104 КОЕ) и эффективность обеззараживания = 99,99 %; знак "--" - отсутствие роста тест-культуры, эффективность обеззараживания = 100,00%.

н/д - нет данных, т.е. эксперимент не ставился.

Результаты проведенных исследований показали, что растворы "Дуксан-ЧАС" обладают бактерицидными свойствами и обеззараживают поверхности, контаминированные Е. coli, Ps. aeruginosa, St. faecalis, Staph. aureus, O. lactis и Salmonella typh. на 100 % в концентрации 0,25 % по препарату (~ 0,06 % по ДВ-ЧАС) при экспозиции 20 минут и температуре 20 ± 2 °С.

Полученные данные позволяют сделать вывод о проявлении эффекта синергизма, проявляющегося в повышении дезинфицирующих свойств Ка-тамина АБ в 2,5 раза и, связанного с этим, установления бактерицидных концентраций "Дуксана-ЧАС" на уровне 0,25 %.

Таким образом, при составлении рецептуры высокощелочного моюще-дезинфицирующего средства рациональной поверхностно-активной основой следует признать добавку "Дуксан-ЧАС".

3.2.4 Сравнительные исследования степени растворения жировых компонентов в растворах ПАВ и их смесях (добавках)

Результаты сравнительных исследований степени растворения жировых компонентов в равных концентрациях наиболее эффективных ПАВ из каждого класса и поверхностно-активных добавок: "Дуксан-ФА" и "Дуксан-ЧАС" представлены в виде диаграмм на рис. 3.5.

Рис.3.5. Степень растворения смесей молочного и растительного жиров в соотношении 1:1 водными растворами ПАВ и их смесей в концентрациях 0,02 % при температуре 50 ± 2 °С.

-- "Дуксан-Фа" (смесь анионоактивного и неионогенного ПАВ);

- "Дуксан-ЧАС" (смесь катионного и неионогенного ПАВ, щелочного сополимера);

- Анионное ПАВ (додецилбензилсульфонат натрия);

-- Неионогенное ПАВ (оксиэтилированный моноалкилфенол);

-- Катионное ПАВ (алкилдиметилбензиламмоний хлорид).

Разработанные добавки по степени растворения в них смеси молочного и растительного жиров превосходили все исследованные ПАВ, при этом они обладали необходимой степенью растворения в концентрированных щелочных электролитах и сохраняли прозрачность раствора в течение требуемого гарантийного срока хранения -- не менее 1 года.

Таким образом, для создания рецептуры низкощелочного пенного моющего средства рациональной поверхностно-активной основой является добавка "Дуксан-Фа", а для высокощелочного низкопенного моюще-дезинфицирующего средства - добавка "Дуксан-ФА"

3.2.5 Исследования степени растворения молочных загрязнений в растворах щелочных электролитов с добавкой "Дуксан-ФА"

Исследования степени удаления молочных загрязнений проводили с растворами гидроокиси калия в концентрациях от 0,025 % до 0,1 % в смеси с поверхностно-активной добавкой "Дуксан-Фа" в концентрациях от 0,01 до 0,1 % по препарату. Результаты полученных экспериментальных данных представлены в таблице 3.8. и на рис.3.6.

Анализируя полученные данные можно заключить, что в присутствии смеси ПАВ ("Дуксан-Фа") водный раствор едкого калия приобретает совершенно иные физико-химические свойства, СРМЗ возрастает с 24 до 62 %.

Результаты экспериментов показали, что введение ПАВ до 0,05 % в растворы гидроокиси калия значительно повышает степень растворения молочных загрязнений (на 20-36 %).

Таблица 3.8.

Степень растворения молочных загрязнений (СРМЗ) в растворах едкого калия и смеси ПАВ ("Дуксан-Фа")

Едкий калий, %	"Дуксан-Фа"; %	СРМЗ, %
0,025	0,01	31 ±2
0,025	0,02	33 ±1
0,025	0,03	35 ±2
0,025	0,04	37±2
0,025	0,06	40 ±3
0,025	0,08	42±2
0,025	0,10	42 ±1
0,05	0,01	40±1
0,05	0,02	47 ±2
0,05	0,03	51 ±2
0,05	0,04	53 ±1
0,05	0,06	55 ±2
0,05	0,08	56±1
0,05	0,10	56 ±1
0,10	0,01	45 ±2
0,10	0,02	54 ±1
0,10	0,03	57±1
0,10	0,04	60±2
0,10	0,06	62 ±2
0,10	0,08	62±1
0,10	0,10	62±1

При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ до 0,08 - 0,10% в растворах гидроокиси калия, СРМЗ практически не увеличивалась, варьируя в пределах погрешности опыта. Обработка представленных результатов при концентрациях в растворах едкого калия КОН = 0,025; 0,05 и 0,1% позволила получить математическую модель в виде линейного полинома (рис.3.6):

Y=l/(Ao+A,/X) (3.3.)

где: Y (СРМЗ) - степень растворения молочных загрязнений, %;

X - концентрация поверхностно-активной добавки "Дуксан-ФА" в растворе, %;

Ао, Ai - коэффициенты.

Рис. 3.6. Зависимость степени растворения молочных загрязнений от концентраций едкого калия и "Дуксан-ФА"

Результаты моделирования и расчеты коэффициентов проведены аналогично материалам, представленным в приложении 1.

При количестве точек М = 7, количестве серий (числе параллельных опытов) Q = 3 и шаге прогнозирования = 0,005:

для растворов едкого калия (0,025 %): Ао = 0,02387; А, = 0,00010; коэф. корреляции г = 0,922 и данная модель адекватна;

для растворов едкого калия (0,05 %): Ао = 0,01692; А, = 0,00008; коэф. корреляции г = 0,999 и данная модель адекватна;

для растворов едкого калия (0,1 %): Ао = 0,01515; Ai = 0,00007; коэф. корреляции г = 0,997 и данная модель адекватна.

Аналогичная закономерность наблюдалась при эксперименте с растворами смеси едкого калия и метасиликата натрия в присутствии того же ПАВ - "Дуксан-ФА". Данные представлены в приложении 2 таблица 2.1.

Полученные результаты свидетельствуют о возрастании СРМЗ при введении поверхностно-активной добавки "Дуксан-ФА" в растворы смеси электролитов до 72 %.

Математическая обработка результатов эксперимента дала следующее уравнение для определения степени растворения молочных загрязнений в диапазоне изменения концентрации смеси электролитов и ПАВ "Дуксан-ФА":

Y = ЕХР (Ао + А! * Ln X) (3.4.)

где: Y (СРМЗ) - степень растворения молочного загрязнения, %;

X - концентрация поверхностно-активной добавки "Дуксан-ФА" в растворе, %;

Ао, Aj - коэффициенты.

Рис. 3.7. Зависимость степени растворения молочных загрязнений от концентраций смеси едкого калия с метасиликатом натрия и "Дуксан-ФА"

Результаты моделирования и расчеты коэффициентов проведены аналогично материалам, представленным в приложении 1.

При количестве точек М = 5, количестве серий - числе параллельных опытов Q = 3 и шаге прогнозирования = 0,005:

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,1 %): Ао = 4,15295; Aj = 0,07392; коэф. корреляции г = 0,987 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,15 %): Ао = 4,26493; А! = 0,06287; коэф. корреляции г = 0,987 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,05 %) и метасиликата натрия (0,1 %): Ао = 4,34338; А\ = 0,05520; коэф. корреляции г = 0,954 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,05 %) и метасиликата натрия (0,15 %): Ао = 4,31525; Ai = 0,04416; коэф. корреляции г = 0,959 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,1 %) и метасиликата натрия (0,025 %): Ао = 4,51952; Ai = 0,07204; коэф. корреляции г = 0,979 и данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,1 %) и метасиликата натрия (0,05 %): Ао = 4,55608; Ai = 0,07240; коэф. корреляции г = 0,95 и данная модель адекватна.

3.2.6 Исследования степени растворения молочных загрязнений в растворах щелочных электролитов с добавкой "Дуксан-ЧАС"

Влияние поверхностно-активной добавки "Дуксан-ЧАС" на степень растворения молочных загрязнений в смесях электролитов проводили при различных концентрациях едкого калия (0,05 - 0,12 %) и постоянном содержании метасиликата натрия в концентрации 0,1 %. Повышение концентрации метасиликата до 0,12 % в присутствии "Дуксан-ЧАС" приводило к образованию кристаллогидрата. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.9.

Таблица 3.9. Степень растворения молочных загрязнений (СРМЗ) в растворах щелочных электролитов и ПАВ ("Дуксан-ЧАС").

Содержание едкого калия, %	Содержание "Дуксан-ЧАС", %	Степень растворения, %	Содержание едкого калия, %	Содержание "Дуксан-ЧАС", %	Степень растворения^
0,05	0,01	55 ±3	0,10	0,01	70±2
0,05	0,02	58 ±1	0,10	0,02	71 ±1
0,05	0,03	61±2	0,10	0,03	74±2
0,05	0,04	62 ±2	0,10	0,04	74 ±1
0,05	0,05	63 ±1	0,10	0,05	74±2
0,07	0,01	59±1	0,12	0,01	78 ±1
0,07	0,02	62±2	0,12	0,02	78 ±2
0,07	0,03	65 ±3	0,12	0,03	80 ±1
0,07	0,04	67±3	0,12	0,04	80±3
0,07	0,05	68 ±2	0,12	0,05	80±2

Таким образом, степень растворения молочных загрязнений при повышении щелочности раствора в присутствии добавки "Дуксан-ЧАС" повысилась до 70 - 80 %.

3.3 Обоснование и выбор комплексообразователя

Для введения комплексообразователей в растворы жидких щелочных электролитов необходимо учитывать их совместимость со щелочными компонентами и ПАВ. Самой высокой комплексообразующей способностью обладает оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК), но значение рН 1,0 %-ных растворов этой кислоты составляет около 1,2 ед., поэтому в щелочные моющие средства её безопаснее вводить в виде натриевой соли [25, 60]. Но в растворах, содержащих щелочь свыше 25 %, она высаливается с образованием белого кристаллического осадка. Аналогичными свойствами обладают и другие исследованные комплексоны.

Поэтому, дальнейшие наши исследования были направлены на создание комплексообразующей композиции, устойчивой в высокощелочной среде.

В результате экспериментов по связыванию ионов кальция различными сочетаниями комплексообразователей была создана смесь на основе ком-плексона оксиэтилидендифосфоновой кислоты, антикоррозианта и смачивателя, обладающая совместимостью со щелочными электролитами, высокой комплексообразующей и одновременно антикоррозионной способностями -"Дуксан-М".

Рис. 3.8. Расход комплексообразователей на связывание дигидрата дихлорида кальция, г/г

По полученным данным, представленным в виде диаграммы (рис. 3.8.), можно сделать вывод, что расход комплексообразователей на связывание ионов кальция располагается в ряд: "Дуксан М" < Трилона А (рН 1,0 %-ного раствора = 11,0 ед. < Трилона Б (рН 1,0 %-ного раствора = 11,0 ед. < Трилона БД (рН 1,0 %-ного раствора = 4,5 ед.

3.4 Определение степени растворения молочных загрязнений при воздействии на них смесей электролитов и поверхностно-активной добавки "Дуксан-ФА" в присутствии комплексообразователя "Дуксан-М"

Дальнейшие исследования были направлены на определение степени растворения модельных молочных загрязнений в зависимости от щелочности композиции, содержания в ней высокопенной поверхностно-активной добавки "Дуксан-ФА" и комплексообразующей смеси "Дуксан-М".

Результаты исследований показали, что моющая способность растворов смесей электролитов и поверхностно-активной добавки в присутствии комплексообразователя "Дуксан-М" возрастает на 7 - 15 %.

Данные представлены в приложении 2 таблица 2.2.

Следует отметить, что при концентрациях "Дуксан-М" свыше 0,03 % СРМЗ возрастает незначительно. Поэтому в дальнейших экспериментах нецелесообразно было использовать более высокие концентрации "Дуксан-М".

Результат математической обработки полученных данных, представле-ных в виде рисунка 3.9., позволил получить модель в виде уравнения:

Y = A0 + ArLnX, (3.5.)

где: Y (СРМЗ) - степень растворения молочного загрязнения, %;

X - концентрация комплексообразователя ("Дуксан-М») в растворе, %; Ао, Ai - коэффициенты.

Результаты моделирования и расчеты коэффициентов проведены аналогично материалам, представленным в приложении 1.

При количестве точек М = 5, количестве серий (числе параллельных опытов) Q = 3.

*Ед. кал. = 0,025%; Мет. натр. = 0,1%; ПАВ = 0,005% 2

*Ед. кал. = 0,05%; Мет. натр. = 0,1%; ПАВ = 0,01% 4

»Ед. кал. и 0,1%; Мет. натр. = 0,025%; ПАВ ¦ 0,015% 6

*Ед. кал. = 0,025%; Мет. натр. = 0,15%; ПАВ = 0,025% 8

'Ед. кал. = 0,025%; Мет. натр. = 0,15%; ПАВ = 0,005% 'Ед. кал. = 0,05%; Мет. натр. = 0,15%; ПАВ = 0,01% 'Ед. кал. = 0,1%; Мет. натр. = 0,05%; ПАВ = 0,015 'Ед. кал. = 0,025%; Мет. натр. = 0,15%; ПАВ = 0,02%

Рис. 3.9. Зависимость СРМЗ от концентраций смеси щелочных электролитов, ПАВ ("Дуксан-ФА") и комплексообразователя "Дуксан-М"

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,1 %) и "Дуксана-ФА" (0,005 %): Ао = 77,00181; Aj = 6,14140; коэф. корреляции г = 0,982 - данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,15 %) и "Дуксана-ФА"(0,005 %): Ао =98,04956; А, = 9,17011; коэф. корреляции г = 0,988 - данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,05 %) и метасиликата натрия (0,1 %) и "Дуксана-ФА"(0,01 %): Ао = 85,92575; Ai = 7,32680; коэф. корреляции г = 0,988 - данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,05 %) и метасиликата натрия (0,15 %) и "Дуксана-ФА"(0,01 %): Ао = 94,56054; А, = 7,55565; коэф. корреляции г = 0,951 - данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,1 %) и метасиликата натрия (0,025 %) и "Дуксана-ФА"(0,015): Ао = 89,32264; А, = 7,49043; коэф. корреляции г = 0,982 - данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,1 %) и метасиликата натрия (0,05 %) и "Дуксана-ФА"(0,015): Ао = 87,32135; А, = 4,80343; коэф. корреляции г = 0,956 - данная модель адекватна;

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,15 %) и "Дуксана-ФА"(0,025): Ао = 82,6416; А! = 2,69807; коэф. корреляции г = 0,959 - данная модель адекватна.

для растворов смеси едкого калия (0,025 %) и метасиликата натрия (0,15 %) и "Дуксана-ФА"(0,02): Ао = 87,35938; А, = 4,21043; коэф. корреляции г = 0,95 - данная модель адекватна.

Общий вид поверхности отклика, описываемой системой уравнений (3.6.) и представленной на рис. 3.10., показывает, что СРМЗ на этом не ограничивается. Она может быть увеличена за счет повышения, в основном, количества электролитов и ПАВ. Но в данном случае наши исследования были ограничены требованиями фирмы-изготовителя автоматов асептического розлива (ТВА-8, ТВА-9):

рН 1,0 %-ного раствора не должен был превышать более 10,0 ед.,

пенообразующая способность должна быть в пределах Н0/Н5 =15-17 /10-12.

'41,5 -4000 * XI +2270 * Х2; при КОН = 0,063 %;

44,5 - 2000 * XI + 1170 * Х2; при КОН = 0,068 %;

Y = -( 47 - 2500 * XI + 1560 * Х2; при КОН = 0,073 %; (3.6.)