CN101983177B - 使用电化学活化水的饮料制造、加工、包装和分装 - Google Patents

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Abstract

使用电化学活化水(ECAW)用于制造、加工、包装和分装饮料的系统，该系统包括：(a)当从一种饮料的制备转换到另一种饮料的制备时，使用ECAW中和不相容的残留物；(b)使用ECAW对在给水净化系统中使用的颗粒活性炭床进行恢复和消毒；(c)制备碳酸化的ECAW产品并将该碳酸化的ECAW用于系统清洗和消毒；(d)在饮料设施原位清洗系统中使用ECAW溶液以获得改善的微生物控制，同时大大降低水的用量并减少或取消使用化学清洁剂和消毒剂；(e)进一步降低加工系统中的生物膜生长，并且通过向水成分原料流中加入ECAW阳极液，不使用氯对成分水进行纯化；和/或(f)在包装之前使用一种或多种ECAW溶液洗涤饮料产品瓶子或其它包装。

Description

使用电化学活化水的饮料制造、加工、包装和分装
技术领域
本发明涉及电化学活化(ECA)水在制造、加工、包装(例如瓶装、罐装等)、和/或分装水、果汁、碳酸化的软饮料、运动饮品、发酵饮料、酿造饮料和其它饮料中的用途，还涉及通过使用其制备的产品。
背景技术
为了满足内部质量保证要求并满足批料排放规定(bach releasespecification)，在饮料生产和包装设施中必须保持高度的卫生条件(以及用于其的有效方案)是被大家普遍接受的。
随着使用相同的生产线在相同设施中开发、制造和包装日益增多的各种不同饮料类型，增加生产力并同时提供对不同产品种类的不断增大的数量的可靠供应的压力使得有效的清洗和消毒(disinfecting)策略成为必须，以防止微生物污染和防止在不同批次和产品类型之间的残余污染成分(例如，风味(flavor)、颜色、醇成分等)的夹带。
由于多数饮料制造和包装装置是固定安装的一部分(即，单个系统组件不能方便地移除和单独地处理)，其清洗和消毒需要在整个系统中引入和循环专用试剂，而不允许具体地单独干预，单独干预必须将装置拆卸并手动清洗和消毒。“原位清洗(CIP，cleaning-in-place)”是指在系统组件、装置和子系统的整个组合中施用循环清洗和消毒剂。另一方面，“非原位清洗(COP，cleaning-out-place)”是指在离开固定制造和包装系统的位置单独地且主要手动地清洗和消毒拆卸的装置和可移动的固定物的方法。
使用相同的灌装装置在相同的设施内制备和包装的不同产品常常可能包括含醇和不含醇的产品。所有的这种产品的包装条件由相同的严格的清洗和消毒规定(prescription)控制，所述规定要求排除可能发生在高风味和强烈气味产品和瓶装水之间的交叉污染。理想地去除这些强烈风味或含醇的残余物对灌装线路(filling line)的快速清洗和转换是主要的限制，且当在不相容的和非良性(non-benign)的产品之间切换时，在线路和灌装器头(filler)清洗过程中通常消耗大量的水。
除了到处存在的可能的微生物污染和相关的潜在的产品变质和损坏，必须符合内部批料排放规定的其它的产品质量标准包括颜色、味道、气味和整体性质例如发泡能力和饮料稠度。
目前为止用于解决这些所关注问题和局限性的传统手段包括：使用加热到相当地升高的温度的溶液或药物(remedy)；使用增加的液体压力和气体压力；使用高流体循环速度；并长时间暴露于高浓度的腐蚀性清洁剂和潜在有害的生物杀灭剂化合物中。
然而，尽管这些手段对于清洗和消毒(sanitation)很有效，但是它们在以下方面是很大缺陷：(a)由于在工业上目前不能将加工线从一种产品快速转换成另一种造成的生产力损失，和(b)在前期步骤中需要高的能耗、饮用水和劳动力。除了控制制造和包装过程中其它项目的高成本，对于生产效率度量和管理而言，水消耗也是重要的标准。
除了上述的清洗和消毒步骤之外，通常还使用其它的手段以确保在饮料加工工厂中使用的工艺用水(process water)和成分水(ingredient water)的质量。这些步骤包括各种过滤技术，包括使用变化孔隙率的合成膜和使用颗粒活性炭(GAC，Granular Activated Charcoal)床或柱以“刷洗”部分处理的水，从而选择性去除有害的杀虫剂和杀真菌剂、毒素、无机化合物和有机残留物或污染物。
但是，任何过滤技术，无论是基于膜和/或GAC类型，都连续地捕获被过滤的试剂或成分。这些过滤物逐渐积累直到威胁系统的选择性分离效率的状况。目前为止，这些阻塞的过滤系统的保持和恢复需要(a)昂贵和非常非环境友好地不断更换过滤芯组件或(b)物理(加热)和/或化学干预以恢复和修复系统以有效工作。
向废水网络系统中排放大量体积的受污染的排出溶液(例如包含饮料成分、消毒剂、清洗化学品等的排出液)对理想的饮料生产和包装能力而言也是重要的环境约束。限制在排出流体中的CIP化学品和/或饮料污染物的量的步骤包括安装回收和存储不同化学试剂用于再利用的系统，以及努力限制用于在清洗和消毒之后从输送系统中去除化学残留物的漂洗水。尽管更有效和明智的水和化学品的使用在排出液排放的量和质量上有一定改善，但是排出液排放的质量和量仍然是饮料制造和包装设施的关键生产约束。
除了需要提高在制造和包装饮料产品中获得的效率和质量一致性的程度，投入充分的努力以保证饮料分装系统(例如，水喷池和苏打喷池(sodafountain)和生啤酒分装器(dispenser))也同样被清洗出残留产品并消毒，对保持最终产品完整性(integrity)也是关键的。产品残留物作为进一步微生物生长的基质，因此，形成生物膜(biofilm)，并对分装产品质量、健康和安全具有负面影响
因此，在对最优化现有固定资产(即，加工线和包装线等)的生产力有巨大压力和对资源的不充分使用有日益增加的消费者和股东关注的生产环境下，为了实现可持续的质量保证和提高的生产力，存在对清洗和消毒的更全面和先进的可再生的方法的巨大需求。
电化学活化水(ECA)
已知电化学活化(ECA)水可以由稀释的离解盐溶液制备，通过将电流通过电解质溶液以制备可分离的阴极液和阳极液产物。阴极液，即存在于阴极室的溶液，是抗氧化剂，通常具有约8-约13的pH和约-200mV-约-1100mV的氧化还原电位(ORP)。阳极液，即存在于阳极室的溶液，是氧化剂，通常具有2-约8的pH和+300mV-约+1200mV的ORP和≤300ppm的游离可用氧化剂(FAO，Free Available Oxidant)浓度。
在电解质水溶液的电化学活化过程中，在溶液中可以存在各种氧化性和还原性种类，例如，HOCl(次氯酸)；ClO2(二氧化氯)；OCl-(次氯酸根)；Cl2(氯)；O2(氧)；H2O2(过氧化氢)；OH-(氢氧根)；和H2(氢)。在溶液中存在或不存在任何具体的反应性种类主要受所使用的衍生盐和最终溶液的pH影响。因此，例如，在pH为3或更低时，HOCl倾向于转化为Cl2，其增加毒性水平。在pH低于5时，低的氯化物浓度倾向于生成HOCl，但是高的氯化物浓度通常生成Cl2气体。在pH大于7.5时，次氯酸根离子(OCl-)通常是主要的种类。在pH大于9时，氧化剂(亚氯酸盐，次氯酸盐)倾向于转化为非氧化剂(氯化物，氯酸盐和高氯酸盐)，且由于转化为氯酸盐(ClO3 -)，通常损失活性氯(即，定义为Cl2，HOCl和ClO-)。在pH为4.5-7.5时，主要的种类通常是HOCl(次氯酸)，O3(臭氧)，O2 2-(过氧化离子)和O2-(超氧化离子)。
因此，阳极液通常主要包括例如ClO；ClO-；HOCl；OH-；HO2；H2O2；O3；S2O8 2-和Cl2O6 2-的种类；而阴极液通常主要包括例如NaOH；KOH；Ca(OH)2；Mg(OH)2；HO-；H3O2 -；HO2 -；H2O2 -；O2 -；OH-和O2 2的种类。这些种类的氧化力顺序是：HOCl(最强)＞Cl2＞ClO-(最弱)。为此，与阴极液或以推荐剂量使用的可商购的稳定氯制剂相比，阳极液具有更高的抗微生物效力和消毒剂效力。
发明内容
本发明满足上述的需要并缓解上述问题。本发明的益处在于但不局限于：在加工过的、包装过的和/或分装过的产品、加工基础设施和包装容器中的微生物净化；减少或取消对有害的清洗和消毒化学品的需要；生物杀灭剂增强；清除杀虫剂污染；和中和气味和风味残留物。
一方面，提供了将饮料加工系统的至少部分从加工第一饮料转换到加工第二饮料的方法，其中，所述第一饮料包含与所述第二饮料不相容的材料，并且在加工所述第一饮料之后，一定量的所述材料保留在所述饮料加工系统中。所述材料可以是赋予风味的物质、赋予颜色的物质、醇、赋予气味的物质、或它们的组合。所述方法包括以下步骤：(a)将对氧化其中至少部分的所述材料有效的量的电化学活化水的阳极液溶液输送通过饮料加工系统的所述部分；然后(b)在饮料加工系统的所述部分中加工所述第二饮料。在步骤(a)中被所述电化学活化水的阳极液溶液氧化的所述材料的所述部分的量足以使得所述材料不会妨碍所述第二饮料满足对味道、气味、颜色、醇含量、或它们的组合的排放要求(release requirement)。在步骤(a)中所述电化学活化水的阳极液溶液可以以未稀释的形式使用；或在步骤(a)中可以所述电化学活化水的阳极液溶液的水稀释液的形式输送通过饮料加工系统的所述部分。
如在这里或权利要求中所使用的，术语“饮料加工系统”是指用于任何特定饮料的整个生产和包装系统。整个系统可以包括许多不同部分的组合，所述不同部分包括用于生产和包装产品的所有线路和子系统。这种线路和子系统的例子包括但不限于：成分输送系统、成分混合系统、用于灌装瓶子或其它包装的灌装线路和用于加热、冷却或碳酸化的中间加工系统、和/或用于进行其它生产步骤的子系统。
另一方面，提供了使用非毒性的ECAW(优选阴极液或阴极液的水稀释液)作为清洗剂用于从饮料生产和包装装置中去除残留饮料污染物的方法。该清洗剂可以包括在环境温度下的原位清洗(CIP)步骤中，且相对于传统的碱性苛性钠类的清洗制剂，ECAW基本无需漂洗，因此，排除了对腐蚀之后的强制的大量体积的水漂洗的需要。因此，在本发明的进一步的方面，本发明的方法提高了水的效率。同样在这点上，用于清洗的阴极液溶液与用于最后消毒的氧化性阳极液溶液的固有的相容性允许连续地和一前一后地使用该两种溶液(阴极液而后阳极液)而不需要中间的漂洗步骤。阳极液溶液的消毒性质不会被夹带的残留阴极液损害。
在另一方面，提供了使用电化学活化水(ECAW)(优选阳极液或阳极液的水稀释液)在各种饮料类型的生产和包装中作为非毒性的消毒药物的方法。ECAW优选包含HOCl，其比次氯酸盐对杀死有害病原体更有效。该药物还具有在环境温度下基本有效的优点，并排除了消毒剂洗涤溶液的高温操作以获得等效水平的微生物控制的需要。
另一方面，提供了用于原位清洗饮料加工系统的至少部分的改进的方法，其中所述方法使用总体积的水且所述方法包括以下步骤：(a)将一定量的水性漂洗剂输送通过饮料加工系统的所述部分，且然后(b)将一定量的消毒剂水溶液输送通过饮料加工系统的所述部分，所述水性漂洗剂的量和所述消毒剂水溶液的量一起对于获得其中的微生物控制水平是有效的。改进包括：减少了在所述方法中使用的所述总体积的水，和减少了在步骤(b)中使用的所述消毒剂水溶液的量，同时仍然获得至少相同的微生物控制水平。这是通过使用电化学活化水的阳极液溶液作为步骤(b)中的所述消毒剂水溶液实现的。
在本发明的原位清洗方法的另一方面，本发明的改进优选还包括进一步降低了该方法中使用的总体积的水，和减少了在步骤(a)中使用的所述水性漂洗剂的量，同时仍然获得至少相同的微生物控制水平。这是通过使用电化学活化水的阳极液的水稀释液作为步骤(a)中的所述水性漂洗剂实现的。
可以使用改进的原位清洗方法的饮料加工系统的例子包括但是不限于：用于加工碳酸化的软饮料、酿造饮料、水果饮料、发酵饮料、蔬菜饮料、运动饮品、咖啡饮料、茶饮料或它们的组合的系统。作为另一例子，改进的原位清洗方法也可以用在用于提供瓶装或包装水的饮料加工系统。
在另一方面，提供了用于原位清洗饮料加工系统的至少部分的改进的方法，其中所述方法使用总体积的水且所述方法包括以下步骤：(a)将一定量的清洗水溶液输送通过饮料加工系统的所述部分；然后(b)将一定量的中间水性漂洗剂输送通过饮料加工系统的所述部分，且然后(c)将一定量的消毒水溶液输送通过饮料加工系统的所述部分，其中所述清洗水溶液的量、所述中间水性漂洗剂的量和所述消毒水溶液的量一起对于获得在饮料加工系统的所述部分中的微生物控制水平是有效的。改进包括减少了在所述方法中使用的所述总体积的水，且减少了在步骤(a)中使用的所述清洗水溶液的量和在步骤(c)中使用的所述消毒水溶液的量，同时仍然获得至少相同的所述微生物控制水平。这是通过以下获得的：(i)使用电化学活化水的阴极液溶液作为步骤(a)中的所述清洗水溶液；(ii)使用电化学活化水的阳极液溶液作为步骤(c)中的所述消毒水溶液；和(iii)减少在步骤(b)中所述中间水性漂洗剂的量或取消在步骤(b)中的所述中间水性漂洗剂。
在另一方面，提供了对用于纯化水的颗粒活性炭(GAC)床进行恢复和消毒的方法。该方法包括以下非同时发生的步骤：(a)将GAC床与电化学活化水的阴极液溶液接触；且(b)将GAC床与电化学活化水的阳极液溶液接触。
在恢复和消毒GAC床的方法中，所述电化学活化水的阳极液溶液在与GAC床接触之前具有初始氧化还原电位，且在与GAC床接触之后具有消耗氧化还原电位(spent oxidation-reduction potential)。所述电化学活化水的阳极液溶液的初始氧化还原电位优选是正的mV氧化值。另外，该方法的步骤(b)优选包括以下步骤：(i)测定所述电化学活化水的阳极液溶液的所述初始氧化还原电位；(ii)将GAC床与所述电化学活化水的阳极液溶液接触；(iii)在步骤(ii)后测定所述电化学活化水的阳极液溶液的所述消耗氧化还原电位；且(iv)重复步骤(ii)和(iii)至少至在步骤(iii)中测定的所述电化学活化水的阳极液溶液的所述消耗氧化还原电位为正的mV氧化值，该正的mV氧化值小于步骤(ii)之前的所述初始氧化还原电位不超过544mV。更优选地，在步骤(iv)中，重复步骤(ii)和(iii)至少至所述电化学活化水的阳极液溶液的所述消耗氧化还原电位为小于所述初始氧化还原电位不超过143mV，最优选不超过104mV。
另外，恢复和消毒GAC床的方法的步骤(ii)优选进行至少两次，使得：(1)以基本常规的操作流动方向将所述电化学活化水的阳极液溶液至少一次输送至GAC床；和(2)以与所述基本常规的操作流动方向基本相反的反向流动方向将所述电化学活化水的阳极液溶液至少一次输送至GAC床。类似地，恢复和消毒GAC床的方法的步骤(a)优选也进行至少两次，使得：(1)以基本常规的操作流动方向将所述电化学活化水的阴极液溶液至少一次输送至GAC床；和(2)以与所述基本常规的操作流动方向基本相反的反向流动方向将所述电化学活化水的阴极液溶液至少一次输送至GAC床。
另一方面，提供了处理用在饮料生产或非饮料系统中的颗粒活性炭(GAC)柱的方法，所述颗粒活性炭柱用于过滤工艺用水和吸附有害杂质和化学污染物。在本发明的方法中，炭颗粒的恢复和再生优选通过策略性地一前一后引入ECA溶液作为传统的热或化学再生步骤的替代或至少作为其补充而获得。
在另一方面，提供了对颗粒活性炭(GAC)过滤系统消毒的方法，其中，将在炭颗粒的孔内的污染的吸附表面暴露在ECAW氧化剂溶液中(优选阳极液或阳极液的水稀释液)，所述ECAW氧化剂溶液同时促进了(a)去除微生物菌落和已形成的生物膜，和(b)消除在GAC系统内固着的和浮游的微生物种类。本发明的方法减少了或取消了对目前为止用于消毒这种系统的有害化学品、高温和高压蒸汽干预的需要。
在另一方面，提供了通过测定ECA处理溶液的流入和流出流体的物理-化学属性，在GAC系统中循环的同时预测ECA溶液的生物杀灭效果的方法。通过这个方法，ECA溶液的补充相对于残余表面电荷的比率会提供与测定氧化还原电位(ORP)的相应关联，并由此提供与需要应用于GAC系统以实现理想的生物膜去除和微生物清除以及GAC系统的吸附能力的再生的各个具体ECA溶液的体积的相应关联。
在另一方面，提供了过程中引入(in-process introduction)食品级、水类ECAW生物杀灭剂以用于饮料产品的制造和包装过程中的方法，该方法对于表面微生物的生物膜生长的最终控制(terminal control)特别有效，这使得减少了包装后的产品被与变质和病原微生物相关的相同生物膜的再污染。
在另一方面，提供了在具有水成分原料流(water ingredient feed stream)的饮料加工系统中至少减少生物膜生长的方法。该方法包括以每80体积份的水成分原料流中不超过20体积份的电化学活化水的阳极液溶液的量向水原料流中加入电化学活化水的阳极液溶液。
在另一方面，提供了制备饮料产品的改进的方法，其中所述方法包括将饮料产品置于产品包装中。改进包括，在将饮料产品置于包装中之前使用电化学活化水的阴极液溶液洗涤产品包装的步骤。根据该方法处理的产品包装可以是瓶子或其它类型的容器。改进还优选包括，在洗涤步骤之前喷雾、浸泡或其它将产品包装与电化学活化水的阳极液溶液接触的步骤。
在另一方面，提供了加强电化学活化水溶液的电化学性质(例如，pH，氧化还原电位、游离活性氧化剂含量和/或电导率)的方法，包括将CO2溶解到电化学活化水溶液中以制备碳酸化的产品溶液的步骤。所述电化学活化水溶液可以是阳极液溶液、阴极液溶液或它们的组合，并且可以是未稀释形式或水稀释液形式。
在另一方面，提供了碳酸化的组合物，所述组合物包含在其中溶解了有效量的CO2的电化学活化水溶液，以使所述电化学活化水溶液的氧化还原电位产生正的mV变化。所述电化学活化水溶液可以是阳极液溶液、阴极液溶液或它们的组合，并且可以是未稀释形式或水稀释液形式。
在另一方面，提供了清洗或消毒食品加工系统的至少部分的方法，该方法包括用碳酸化的溶液处理所述食品加工系统的所述部分的步骤，所述碳酸化的溶液包含在其中溶解了有效量的CO2的电化学活化水溶液，以使所述电化学活化水溶液的氧化还原电位产生正的mV变化。所述电化学活化水溶液可以是阳极液溶液、阴极液溶液或它们的组合，并且可以是未稀释形式或水稀释液形式。
在另一方面，提供了加强氧化剂ECA溶液的生物杀灭活性的方法，该方法包括将气态二氧化碳(CO2)引入到ECAW中或稀释的ECAW中以给ECA溶液碳酸化或加压。因此，还提供了将碳酸化的ECAW或碳酸化的ECAW的水稀释液引入到生产、加工和包装系统和基础设施和/或饮料生产和包装系统的其它地方中、或引入到非饮料系统中。使用氧化还原电位(ORP)作为可靠的生物杀灭活性的指示，根据本发明发现了，与未碳酸化的氧化剂ECA溶液相比，为了获得给定水平的抗菌效力，通过使用碳酸化的ECA溶液，需要减少量和/或比例的ECAW。
通过增加“CO2强化的氧化剂”暴露于灌装和混合装置的所有方面，在饮料混合和灌装装置的消毒过程中特别引入CO2额外保证了理想的消毒。由饮料灌装器装置内的供应泵驱动的传统压力梯度可能不能提供对于理想抗菌效果而言充足的消毒剂分配效率。
用CO2碳酸化的阳极液溶液的水稀释液的效力的令人吃惊和出人意料的增加使得减少了在任何特定应用中使用的阳极液的量而没有损害抗菌活性。这一发现的益处是当与其中味道、颜色和稠度是产品构成的关键因素的高风险性、超敏感的产品(例如瓶装水和防腐剂配方(preservative-formulations)例如冰咖啡)一起使用时进一步最小化了阳极液可能存在的任何潜在的负面影响。
用CO2气体碳酸化的水类饮料通常导致形成一定量的碳酸(H2CO3).相信本发明的碳酸化的阳极液的增强的消毒效力在一定程度上是由于在碳酸化的阳极液水溶液中形成了一定量的碳酸。
在另一方面，提供了在环境温度下用ECAW或ECAW水稀释液处理饮料生产和包装装置从而中和食用香料成分的残留气味或味道的方法，传统上这需要长时间地暴露于高温腐蚀性清洁剂溶液和长时间的水漂洗循环。
在另一方面，提供了ECAW溶液，和应用该ECAW溶液的方法，用于从饮料生产系统、容器和包装系统基础设施中改善地去除和清除含醇残留物。
在另一方面，提供了在生产、加工和包装所有类型的饮料中使用ECAW作为清洗剂、消毒剂和/或成分的方法。该方法消除了可能对饮料的完整性和消费者的健康有害的化学杀虫剂、杀真菌剂和除草剂残留物。这种残留物在来自例如高度农业活动区域的工艺用水供应中是一般污染物，并引起明显的健康和安全风险。
在另一方面，提供了一种方法，以及用于其的ECAW溶液，其中所述ECAW溶液提高了中间和预包装的产品的抗菌生物安全性，所述中间和预包装的产品可能经过意外的短暂的或长时间的过程中(in-process)存储，其中未受抑制的微生物生长可能不利地影响最终产品质量。
在另一方面，提供了一种方法，其中将ECAW用于安全和有效的清洗和净化包括但不限于水喷池和苏打喷池和生啤酒分装系统的饮料分装系统。
通过研究附图和通过阅读以下对优选实施方式的详细描述，本发明的其它的目的、特征和优点对本领域技术人员而言是明显的。
附图说明
图1是显示了从实施例1获得的对于包装的产品的微生物计数结果的图。
图2是显示了从实施例1获得的在灌装装置和容器中的微生物计数结果的图。
图3是显示了从实施例1获得的对于最终漂洗洗涤的微生物计数结果的图。
图4是描述本发明提供的改善的软饮料生产、加工和包装系统的具体实施方式2的流程图。
图5是描述本发明提供的改善的瓶装水生产系统的具体实施方式6的流程图。
图6是描述本发明提供的改善的果汁生产和包装系统的具体实施方式10的流程图。
图7是描述本发明提供的改善的葡萄酒(wine)生产和瓶装系统的具体实施方式14的流程图。
图8是描述本发明提供的改善的啤酒生产和包装系统的具体实施方式18的流程图。
图9示意性地描述了本发明提供的用于处理颗粒活性炭(GAC)过滤系统的方法。
具体实施方式
根据本发明，提供了过程中(in-process)、实时(real-time)的生物杀灭剂干预的方法，其中，使用ECAW(即，阳极液、阴极液或它们的组合)作为在各种饮料产品的生产、包装和/或分装中的消毒剂和/或清洁剂。本发明的方法能够生产始终满足严格的卫生规定的中间产品和包装的最终产品。
在一个方面，本发明的方法优选包括通过将电化学活化的含水阳极液或其水稀释液输送通过系统，对用于中间产品和包装的产品的饮料生产和/或包装系统(包括(a)基本整个生产线/系统，(b)其任何所需的部分，或(c)任何选定的子系统)进行消毒的步骤。所使用的阳极液优选具有约4.5-约7.5的pH(未稀释)，约+650mV-≥+900mV的ORP(未稀释)和≤300ppm的游离可用氧化剂(FAO)浓度(未稀释)。阳极液的pH(未稀释)更优选为约5.5-约7。
当被加入到或输送通过工艺的各个阶段(过滤、消毒和成分水)时，阳极液将具有或将赋予不同的物理化学属性，例如pH，电导率，ORP和游离可用氧化剂(FAO)浓度。反过来，基于微生物生物载荷(bioload)与所应用的阳极液稀释液之间的相反关系，这些参数与抗菌效力具有直接的因果关系。换句话说，越高的微生物计数(a)对于越短的暴露时间需要越高的阳极液浓度(也就是，更低的稀释)或(b)对于越低的阳极液浓度(也就是，越高的稀释)需要越长的暴露时间。这反应了这样的事实，即，在阳极液的水稀释液的测量和在稀释样品中测定的电导率和游离可用氧化剂浓度的可预测变化之间有直接的相关性。在稀释液系列中的pH和ORP变化不是遵循相同的直线降低趋势。ORP值倾向于保持基本升高直到高度稀释(1∶50-1∶100)，此点ORP急剧下降。另一方面，pH倾向于保持恒定且倾向于呈现稀释水的pH值。
这些参数可以实时测定，由此可靠地预测在任何给定点处阳极液溶液的抗菌能力。在ORP和可预测的抗菌活性之间有直接的相关性。高ORP(即，≥600mV)会在5min内产生有效的微生物清除。然而，当ORP降低时，该效力下降。在低ORP阳极液浓度和/或高微生物水平时，可以根据需要通过增加暴露时间来增加抗菌活性。
阳极液优选地可以通过电化学活化每升水中包含约1g-约9g的盐的稀的盐水溶液来制备。该盐溶液优选每升水中包含约2-约3g的盐。
所述盐可以是无机盐。所述盐优选是非碘化的氯化钠(NaCl)或氯化钾(KCl)。
本发明的方法可以包括就地生成阳极液溶液的步骤。现有技术已知各种类型的可以用于生产具有上述性质的阳极液的装置和方法。本领域技术人员应该理解，优选的方法包括以下步骤：在包括阳极室和阴极室的电化学反应器中电化学活化稀的电解质(盐)溶液，从所述阳极室和阴极室可以制备可分离的电化学活化的阳极液水溶液和阴极液水溶液(即，浓缩的溶液)；单独地收获阴极液溶液；在缺乏淡水时将至少一些阴极液溶液重新引入到阳极室中；和如果需要操控通过阳极室的阴极液的流速、湍流构成和方法、压力和温度，以制备具有以下特征的阳极液溶液：主要包含种类HOCl(次氯酸)、O3(臭氧)、O2 2-(过氧化离子)和O2-(超氧化离子)，并具有≤300ppm的游离可用氧化剂(FAO)浓度。
当被用于本发明的方法作为消毒洗涤剂用于饮料生产、加工和包装系统中时，阳极液优选用水稀释。稀释的阳极液溶液优选每50体积份的浓缩的阳极液包含至少50体积份的水。更优选地，当被用在用于生产和包装制造的饮料例如碳酸化的软饮料和酿造饮料的系统中时，稀释的阳极液具有至少60∶40的水对阳极液体积比，且在用于生产和包装水果类或发酵水果或蔬菜类的产品的系统中，水对阳极液的比例为至少50∶50。在各种情况下，水对浓缩的阳极液的体积份比例优选不大于98∶2，更优选不大于95∶5，更优选为约94∶6-约60∶40，最优选为约93∶7-约65∶35。
阳极液消毒洗涤剂可以按照标准操作条件的温度根据需要引入。阳极液消毒洗涤剂优选在约5℃-约45℃的温度下引入。
本发明的方法可以包括连续和/或间断的处理干预，通过在饮料系统中单个和/或多个消毒位点或部分引入阳极液溶液，从而在整个被处理的系统中将阳极液溶液的氧化还原电位(ORP)保持在需要的水平，这进一步确保了在消毒过程中在整个系统保持了阳极液消毒洗涤剂的最低生物杀灭和测定的氧化剂反应性之间的预测关系。
本发明的方法还可以包括选择性地将抗氧化剂、电化学活化的阴极液水溶液，作为无需漂洗的清洁剂或表面活性剂施用到饮料生产、加工和/或包装系统中。所需的暴露时间很好地在大体积加工和包装的时间限制内。阴极液(未稀释)优选具有约8-约13的pH和至少-700mV的负ORP。
本发明的方法可以进一步包括用具有约2-约5的pH(未稀释)和≥1000mV的ORP(未稀释)的阳极液洗涤饮料系统的任何需要部分的步骤。这种特殊的阳极液溶液可以被用在饮料系统中的任何合适的处理位点。特别有益的处理位点的例子包括但不限于：散装容器(bulk holding vessel)、发酵缸、清酒罐(bright beer tank)或合成糖浆罐、中转容器、和/或联合网络系统(其可以包括例如过滤、分离、稀释、巴氏灭菌和碳酸化系统)。
本发明的方法还可以包括选择性应用阳极液(优选具有约6.0-约6.5的pH(未稀释)、≥+950mV的ORP(未稀释)和≤300ppm的游离可用氧化剂浓度(未稀释))的步骤，从而连续地抑制残余微生物污染物，还对下游加工装置进行残余消毒以控制潜在的再污染生物膜的生长。阳极液优选以每80体积份的水中不超过20体积份的阳极液的浓度被引入到通常的工艺用水中。该步骤优选向通常的工艺用水流体中连续地加入低剂量的阳极液，以去除从水供给系统(市政供水、地下水等)中新引入的微生物，并控制处理后的水的电荷从而预防生物膜进一步或新的生长，这可能源自在CIP方法或其它中阳极液处理的不规则干预。连续的低剂量的阳极液应用使得不仅去除从系统中引入的新的微生物而且预防生物膜的新的生长，该生物膜随着时间过去可能建立微生物污染的新来源。在整个工艺流程中的应用位点优选相应于目标微生物和生物杀灭剂接触时间(在工艺中由最小停留时间所描述)，本身与阳极液稀释液的倍数和在处理后的工艺用水中所需的微生物净化最低水平相关联。通常大批量生产体积需要延长的加工时间并因此需要延长的存储和包装时间。
根据本发明，在典型的饮料生产加工和包装单元中的位点或系统(其中阴极液可以以浓缩或优选以水稀释液的形式作为清洗溶液被引入)的例子包括但不限于：(a)用于例如与絮凝和底板洗涤(floor washing)相混合的水处理区域；(b)用于例如膜清洗、下游和上游消毒和灭菌的超滤膜组件区域，和作为在原位清洗(CIP)系统中清洁剂和其它试剂的替代；(c)脏物去除(soil removal)；和(d)用于产品净化的去除链润滑生物膜(chainlube biofilm)。
当被用于清洗酿酒厂的发酵容器的内部时，阴极液清洗溶液优选包括(a)电化学活化水的阴极液溶液和(b)对降低和更优选防止在发酵容器中的泡沫形成有效的量的食品级的非离子表面活性剂。没有表面活性剂，在发酵容器中的油性有机残余物将会引起泡沫的形成，这会大大地抑制阴极液溶液的物理剪切作用，因此显著地减低其清洗效率。然而，本发明人发现，向清洗组合物中加入相对少量的非离子表面活性剂对降低或防止泡沫形成是有效的，因此大大提高了阴极液溶液的清洗效率。
在发酵容器清洗组合物中使用的电化学活化水的阴极液溶液可以是未稀释的形式或水稀释液形式，并优选包括当以未稀释形式时具有至少-110mV的负氧化还原电位和约8-约13的pH的阴极液产物。基于非电解稀释水和阴极液产物的总体积，该阴极液溶液优选是包含至少50体积％(更优选至少70体积％，最优选至少80体积％)的非电解水的阴极液产物的水稀释液。
适合用于发酵容器清洗组合物的非离子表面活性剂的例子包括但不限于：Biosil AF 720F，这是包含聚硅氧烷、处理过的二氧化硅(treated silica)和乳化剂的水乳液；和聚氧乙烯表面活性剂。非离子表面活性剂的优选使用量为每升阴极液清洗组合物中至少10mg(或10ppm)。随着阴极液溶液浓度的增加，通常优选更高的表面活性剂的量。
在通常饮料生产加工和包装工厂中阳极液以浓缩形式或优选以水稀释液形式可以被用作消毒洗涤剂或消毒剂的区域的例子包括但不限于：(a)水处理应用，包括例如代替氯消毒剂和去除生物膜；(b)超滤膜组件区域应用，包括例如膜清洗、下游和上游消毒和灭菌，和作为在本领域中目前使用的CIP化学试剂和洗涤剂的代替；(c)去除生物膜、生物膜控制和去除糖；(d)产品净化应用，包括例如去除链润滑生物膜，代替在本领域中目前使用的CIP化学试剂，和喷嘴清洗；和(e)瓶子洗涤应用，包括瓶子和盖子的清洗。
图4示意性地描述了已经改进以在各种位点和在各种子系统中利用ECAW的软饮料生产加工和包装系统2。软饮料线路2包括用于制备阳极液和阴极液产物的电化学活化系统/反应器单元4。在软饮料生产线2中引入和使用浓缩的或水稀释的阴极液洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括：瓶子洗涤；瓶子洗涤腐蚀性槽应用；和在原位清洗(CIP)系统中用于基本上全部的线路2或其任意部分。根据本发明引入和使用浓缩的或水稀释的阳极液消毒洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括：在原位清洗(CIP)系统中用于基本上全部的线路2或其任意部分；水处理；一般消毒；板条箱(crate)洗涤；瓶子浸泡和洗涤；盖子和瓶子准备；和作为饮料成分。
图5示意性地描述了改善的瓶装水加工和包装系统6，其中根据本发明使用阳极液和阴极液处理。改善的瓶装水线路6包括用于产生所使用的阳极液和阴极液材料的电化学活化系统/反应器8。在瓶装水线路6中使用浓缩的阴极液或水稀释的阴极液洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括：CIP系统；瓶子洗涤；和瓶子洗涤腐蚀性槽和浸泡操作。使用浓缩的阳极液或水稀释的阳极液消毒洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括：CIP系统；水处理；一般消毒；板条箱洗涤；瓶子洗涤；腐蚀性槽应用和完成的产品。
图6描述了改进的果汁生产、加工和瓶装系统10，其中根据本发明使用ECAW溶液。果汁线路10包括产生在本发明方法中使用的阳极液和阴极液材料的电化学活化系统/反应器12。在果汁线路10中使用浓缩的阴极液或水稀释的阴极液洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括CIP系统，瓶子洗涤和混合。根据本发明的方法使用浓缩的或水稀释的阳极液消毒溶液的系统、子系统和位点的例子包括CIP系统、一般消毒、板条箱洗涤、瓶子洗涤、水处理和作为产品成分。
图7示意性地描述了改进的葡萄酒生产和瓶装系统14，其中根据本发明使用ECAW用于多种用途。改进的葡萄酒生产和瓶装线路14包括用于产生用在该改进的方法中的阳极液和阴极液材料的电化学活化系统/反应器16。在该改进的葡萄酒生产和瓶装线路14中，使用浓缩的阴极液或水稀释的阴极液洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括CIP系统、瓶子洗涤、制造和瓶装。在葡萄酒生产和瓶装线路14中使用浓缩的阳极液或水稀释的阳极液消毒溶液的系统、子系统和位点的例子包括：CIP系统、水处理、一般消毒、板条箱洗涤和瓶子洗涤。
图8示意性地描述了改进的啤酒生产和瓶装系统18，其中根据本发明使用ECAW用于多种用途。该改进的啤酒生产和瓶装线路18包括用于产生在该改进的系统中使用的阳极液和阴极液材料的电化学活化系统/反应器20。在该改进的啤酒生产和瓶装线路18中采用的浓缩的阴极液或水稀释的阴极液洗涤溶液的系统、子系统和位点的例子包括CIP系统、瓶子洗涤、制造和瓶装。在该改进的啤酒加工和瓶装线路18中采用的浓缩的阳极液或水稀释的阳极液消毒溶液的系统、子系统和位点的例子包括：CIP系统、一般消毒、水处理、板条箱洗涤、瓶子洗涤和作为啤酒成分。
本发明的方法还包括使用电化学活化的水性阳极液作为消毒剂药物对抗在GAC过滤系统中的炭颗粒的常见的微生物和特殊的生物膜污染。利用在各种稀释液中阳极液溶液的氧化还原电位控制炭颗粒的表面电荷以及自由能(其支持了微生物和生物膜的存在)。本发明包括将颗粒炭材料与具有约4.5-约7.5的pH(未稀释)和约+650mV-≥+900mV的ORP(未稀释)的阳极液溶液接触，优选通过将阳极液引入到冲洗GAC系统使用的工艺用水中。
本发明还包括具有约4.5-约7.5的pH(未稀释)和约+650mV-≥+900mV的ORP(未稀释)的电化学活化的水性阳极液产物，其用作(优选以水稀释的形式)工艺用水的处理剂，所述工艺用水用于在生产、加工和包装各种饮料产品中使用的系统和装置的消毒。
本发明还包括将电化学活化的水性阳极液作为氧化剂用于去除污染的化学残留物，包括例如当将饮料系统从生产一种饮料产品转换为另一种时遇到的专用的产品风味和成分。该步骤包括将系统和装置组件与具有约4.5-约7.5的pH(未稀释)和约+650mV-≥+900mV的ORP(未稀释)和＜300ppm的游离可用氧化剂浓度(未稀释)的阳极液接触。该阳极液优选以水稀释的形式应用。
本发明还包括具有约4.5-约7.5的pH(未稀释)和约+650mV-≥+900mV的ORP(未稀释)和≤300ppm的游离可用氧化剂浓度(未稀释)的电化学活化水性阳极液，其用作氧化剂用于处理工艺用水从而去除杀虫剂和杀真菌剂残留物。
本发明还包括具有约4.5-约7.5的pH(未稀释)和约+650mV-≥+900mV的ORP(未稀释)和≤300ppm的游离可用氧化剂浓度(未稀释)的电化学活化水性阳极液，其用作处理剂在颗粒活性炭柱中用于净化炭颗粒的孔表面，以及用于中和杀虫剂残留物。
以下是使用电化学活化水(ECAW)溶液处理颗粒活性炭(GAC)柱的优选步骤的例子。该步骤参考使用GAC的标准过滤系统进行描述。该应用方案可以很容易地改动以提供在过滤容器的设计和/或过滤液的流动动力学上的不同。
本发明的方法理想地使用增能的ECAW溶液的独特性质破坏GAC颗粒的表面自由能和由此的内在的电荷环境，并进一步使用这种电荷控制使得静电连接的生物膜污染物和有机碎片从炭表面脱离，以及作为专用的生物杀灭干预从系统中清除不稳定的能量。
这是通过连续地施用ECAW阴极液和阳极液溶液可靠地和有效地获得的。通过引入“能量富集”的阴极液溶液活化并去除已形成的有机污染和生物膜生长是通过阴极液的潜在的清洁剂(latent detergent)和解聚集降低性质(de-agglomerative reducing properties)促进的。类似地，在GAC床内的游离漂浮和颗粒附着的微生物的中和是通过存在高氧化性的阳极液溶液实现的。
在评价这两种ECAW溶液的性能时，可以使用在输送通过GAC容器之前和之后测定溶液的物理化学性质来计算获得的干预程度。然而，优选的是GAC颗粒上的电荷以渐近的和累积的方式被改变，和由于与ECAW溶液接触，产生了沿柱的深度的改变电荷的梯度。因此，在应用位点处与“新鲜的”溶液接触的颗粒会表现出最大的电荷改变，随着ECAW溶液穿过GAC床效果逐渐地被稀释。这种电荷“牺牲(sacrifice)”是由于颗粒的表面自由能对所应用的过滤溶液的能量需要，并需要对在GAC柱的越来越深处的颗粒连续地流动或反复地施用ECAW溶液以逐渐地增加电荷改变程度。
因此，观察到的ECAW流入和流出溶液的测得的性质之间的差异越小，就会获得更大程度的效力。因此，在整个GAC床中，阴极液溶液应当有效地保持还原性，而阳极液溶液应当保持在高度的氧化性状态。
为了说明方便，现在使用图9所示的标准容器设计对本发明提供的步骤进行描述。
为了优化用于预测不同ECAW溶液的性能的物理化学测量的统一性，优选在引入任何ECAW溶液之前首先测定水流在GAC柱中的这些同样性质的基线值。对流入和流出的水流进行相同组的测定以确定GAC颗粒就影响过滤水质量而言的目前性能，以及以作为基线用于与使用ECAW溶液的干预效果的比较。
根据柱中颗粒的使用时间和对于消毒和电荷再生/恢复的目前实践，以及过滤容器的设计和流体动力学对数据进行解释。
这些测定优选包括以下：
氧化还原电位(ORP)-毫伏(mV)
电导率(EC)-毫四门子/厘米(mS/cm)
游离活性氧化剂(FAO)-百万分率/毫克/升(ppm/mg/lit)
通常，在本发明GAC处理中使用的溶液优选具有以下测定值和最小体积。
  溶液  ORP(mV)   pH   EC(mS/cm)  Volume(lit)
  阳极液  ≥+900   ±6.5-7.0   ±5.5-6.0  3000
  阴极液  ≤-900   ±11.0   ±5.5-6.0  3000
使用ECAW溶液如图9描述处理GAC柱的优选步骤如下：
1.从GAC容器中排尽所有可能的残留水。
2.优选就地产生有效量的阳极液和阴极液的新鲜溶液以允许进行连续的处理。
3.在容器的入口处理位点测定阴极液的ORP、pH和EC。
4.以顺行(normograde)流动方向用浓缩的阴极液溶液填充GAC容器，并使得阴极液溶液填充至炭床水平之上。
5.可以将阴极液从在容器顶部的开口给料或通过与上部的分配钟形口(bellmouth)相连的现有的进口管给料。这通常需要5-20min。
6.使得阴极液溶液自由地经过底部排放口或阀门排出。这通常需要5-10min。
7.在容器的出口位点测定流出的阴极液溶液的ORP、pH和EC。
8.在测定溶液的ORP、pH和EC之后，以逆行(retrograde)流动方向(即，从底部向上)重复阴极液溶液的给料。
9.使得阴极液溶液自由地排出并测定流出溶液的ORP、pH和EC。
10.按步骤8和9中详述重复给料和测定。
11.根据步骤5-7中详述的步骤重复阴极液的顺行给料。
12.尽管两次重复应用阴极液溶液对于移动生物膜聚集体通常来说是足够的，但是给料程序的重复次数可以增加，且这由生物膜生长、有机污染或微生物生物载荷的程度决定。
13.优选容器完全地排出所有可能的残留阴极液流出物。
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阳极液给料
14.在容器的入口处理位点测定阳极液的ORP、pH和EC。
15.以顺行流动方向用浓缩的阳极液溶液填充GAC容器，并使得阳极液溶液填充至炭床水平之上。
16.可以将阳极液从在容器顶部的开口给料或通过与上部的分配钟形口相连的现有的进口管给料。这通常需要5-20min。
17.使得阳极液溶液自由地经过底部排放口或阀门排出。这通常需要5-10min。
18.在容器的出口位点测定流出的阳极液溶液的ORP、pH和EC。
19.在测定溶液的ORP、pH和EC之后，以逆行流动方向(即，从底部向上)重复阳极液溶液的给料。
20.使得阳极液溶液自由地排出并测定流出溶液的ORP、pH和EC。
21.按步骤19和20中的详述重复给料和测定。
22.根据步骤16-18中详述的步骤重复阳极液的顺行给料。
23.将所有的残留阳极液流出物从系统中排出，并引入软化的处理后的水以从GAC过滤系统中冲洗残留的ECAW溶液。当在流入水和流出水流体的物理化学性质相同时，完成该步骤。
除了恢复活性炭颗粒的电荷和对活性炭颗粒消毒之外，还使用本发明方法使用的ECAW溶液进一步中和在GAC系统中的杀虫剂的残留物和积累。
以下参照实施例和实验结果进一步描述和说明本发明，但是不构成对本发明的限制。
实施例1
这是一个涉及使用ECAW溶液代替在传统的原位清洗(CIP)方案中使用的现有化学试剂的对比实验。如下所示，本发明的方法在碳酸化的饮料工厂中提供了提高的微生物控制、减少的水用量、和缩短的清洗和消毒循环。
在碳酸化的饮料工厂中对系统和装置的传统清洗和消毒通常包括两个方案-三步法(仅消毒)或五步法(清洗、漂洗和消毒)。
抗氧化性阴极液和氧化性阳极液被加入到对用在各种饮料类型的生产和包装系统和设备清洗和消毒的工艺用水中，完全代替现有的传统化学产品。测得的所用稀释的水处理溶液的性质如下：
  溶液*   EC**   pH   ORP   FAO
  5％阳极液   0.67   6.6   740   ＜25
  30％阴极液   2.72   10.8   220   0
  30％阳极液   2.0   6.8   890   80
*表示为体积％的溶液浓度。
**电导率(mS/cm-毫四门子/厘米)
在一个代表性的碳酸化的饮料制造和包装工厂中进行了对比实验。在对比实验中使用的传统清洗化学品包括在环境温度下使用的2-3％的氯碱苛性钠(NaOH)溶液。传统的消毒溶液包括次氯酸钠或次氯酸钙溶液或等效的氧化剂，在环境温度下以50ppm的游离可用氯(FAC)含量的速度加料到系统中。
用于传统步骤的方案如下：
表1：使用传统化学品的CIP方案
Figure BPA00001233831000211
为了比较，根据本发明的方法使用ECAW溶液进行以下方案：
表2：使用ECA溶液的CIP方案
Figure BPA00001233831000221
图1、2和3反映了氧化性阳极液溶液的抗菌效力。
使用标准膜过滤方法测试所有的微生物学样品。按照公认的标准方案收集试样。
结论：
除了完全取消传统的清洁和消毒化学品，将ECA溶液整合到3步和5步CIP步骤中导致显著地减少了水用量和明显地节省了完成CIP方法所需的时间。
实施例2
ECA溶液的碳酸化
对预定的稀释的ECA溶液进行碳酸化以确立由加入和存在气态二氧化碳(CO2)导致的物理化学特性的变化。
使用未处理过的可饮用的(potable)工艺用水制备新鲜产生的ECA阳极液和阴极液的标准稀释液。在碳酸化之前和之后记录每个溶液的物理化学属性，以详述由引入CO2引起的变化。
如本领域技术人员所理解，在该实施例中测试的各个溶液通过在环境温度下将2.5体积(5g/500ml)的CO2应用到500ml的样品中30秒而碳酸化。
表3：碳酸化之前和之后的ECA溶液的物理化学参数
Figure BPA00001233831000231
图标：ORP-氧化还原电位(mV-毫伏)
EC-电导率(mS/cm-毫西门子/厘米)
FAO-游离可用氧化剂(ppm-百万分率)
就阴极液溶液而言，氧化还原电位有相当大的变化，从大体上的还原能力转变为弱的氧化剂。
已经反复证明在不同的稀释率下ORP是阳极液溶液潜在的抗菌效力的可靠度量，以及预先已知系统中微生物生物载荷的程度(cfu/ml)，基于这种关系可以精确地滴定清除微生物污染所需的阳极液溶液。向稀释的阳极液溶液中加入CO2导致氧化还原电位出人意料的和明显的向上偏移，并具有增加的氧化活性，并同时伴随pH的相应降低，这也加强了ECA消毒剂溶液的生物杀灭活性。
结论
ECA溶液的碳酸化导致影响清洗和微生物杀灭能力的物理化学参数明显地改变。碳酸化的阳极液的升高的氧化还原电位提供了与非碳酸化阳极液相比增加的微生物杀灭能力。
实施例3：
残留物中和
按如下评价由氧化性ECA阳极液溶液对杀虫剂和杀真菌剂残留物的分解。
使用10倍的稀释系列稀释氧化性阳极液溶液。作为该测试的对照，使用两种未处理过的对照溶液评估非ECA类水解或化学分解的电位(potential)，一种是用作在阳极液稀释系列中的稀释液的自来水，另一种是用作电活化之前的电解进料溶液的未活化的盐水溶液。
进行本实验是为了对比在自来水和各种稀释的阳极液溶液被用相同的AI’s以固定的引入速度“掺入(spiked)”之后，各种杀虫剂和杀真菌剂活性成分(AI’s)的恢复程度的差异。在各种情况下，将1ppm的活性成分的混合物加入到100ml等分的实验或对照溶液样品中。将实验样品在室温下用机械搅拌器搅拌5min，然后用有机溶剂萃取，并用气相或液相色谱分析。
表4：对照和阳极液实验溶液的物理化学参数
  溶液类型  ORP(mV)   pH   EC(mS/cm)   FAO(ppm)
  自来水对照  280   8.2   0.21   -
  2.5g/升盐溶液，未活化  290   7.7   5.22   -
  1％阳极液溶液  436   7.5   0.35   ≤5
  10％阳极液溶液  803   7.2   1.34   20-25
  100％阳极液溶液  940   6.5   5.45   ≤200
图标：ORP-氧化还原电位(mV-毫伏)
EC-电导率(mS/cm-毫西门子/厘米)
FAO-游离可用氧化剂浓度(ppm-百万分率)
Figure BPA00001233831000261
结论
通过暴露于阳极液溶液，有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂和苯并咪唑、苯胺嘧啶、strobilurin、嘧啶、和苯并咪唑类杀真菌剂都可以被氧化。
实施例4
用ECA溶液对活性炭颗粒的微生物净化和表面自由能控制
将ECA溶液应用到具有2000mm深和1700mm直径的有效过滤床尺寸的标准颗粒活性炭(GAC)柱容器中。将体积密度(bulk density)为500kg/m3的商购(F200级)活性炭颗粒覆盖在逐渐变化尺寸和密度的卵石床上。炭颗粒床逐渐被成熟的微生物膜污染，并且使用传统步骤对颗粒的优化操作恢复需要长时间的蒸汽巴氏杀菌或完全更换颗粒。
根据炭颗粒的特有吸附特征基于表面自由能，初始使用抗氧化性阴极液控制过滤水在生物膜:炭颗粒界面的表面张力，促进吸附的无机生物膜基质的解离。将流入溶液的物理化学属性的改变与流出流体的物理化学属性的改变对比，这些差异描述了获得的表面自由能控制程度并作为预测在炭颗粒表面的吸附能力的变化程度。
在连续注入阴极液，浸泡并排出之后，将阳极液溶液引入并比较流入流体和流出流体的物理化学特性，以具体说明何时在床内获得最优的氧化还原电位从而获得所需的抗菌效果。
通过将ECA溶液从过滤器容器的顶部以及底部引入，获得ECA溶液与炭颗粒表面的最优混合，该方案通过破坏过滤液通过颗粒床内现有的流动构造的沟槽而增加了颗粒表面暴露。
表6：应用到GAC容器的ECA溶液的物理化学属性随时间的变化
Figure BPA00001233831000281
图标：ORP-氧化还原电位(mV-毫伏)
EC-电导率(mS/cm-毫西门子/厘米)
结论
证明了升高的氧化还原电位(ORP)的电化学活化的阴极液和阳极液溶液，当对颗粒活性炭(GAC)过滤柱一前一后和连续干预时，能够选择性控制在饮料加工和包装工厂以及其它应用中用于过滤和吸附的炭颗粒表面和孔中的表面自由能。该能力能够帮助颗粒的吸附特性的再生以及相当大地降低颗粒表面以及孔内的微生物负载。
实施例5
ECA溶液的风味中和能力
根据本发明进一步发现阳极液溶液可以出人意料地提供另外的益处，因为除了其宽的抗菌效力，阳极液能够同时从制造的包装装置中氧化残余的风味剂分子和合成的成分残留物。
实验涉及对ECA溶液在碳酸化饮料工厂中从包装装置中清除顽固的和浓的风味痕迹的能力的感官和色度学评价。
从一种特别顽固的和浓的风味类型(菠萝类)转变为标准的可乐风味或苏打水类产品的改变，证明了在暴露与ECA溶液之后完全去除了风味剂物质的残留夹带。
另外，使用一系列商购的合成风味分子(Cranbrook风味)进行体外实验，所述合成风味分子包括苹果(MJ3116)，樱桃(MJ2381)，树莓(MJ3102)，黑醋栗(MJ1115)，菠萝(MJ2082)，泡泡糖(MG1250)和草莓(MJ2507)，所有都证明了在掺入风味分子的ECA溶液中的有效中和。
结论：ECA阳极液具有中和顽固和浓的风味分子的能力。
实施例6
将ECAW阳极液产物连续地给料到用于啤酒生产的井水中。在该实验过程中，在实验中使用的浓缩阳极液保持约6.5±0.5的pH、900±50的ORP(毫伏)和5.5±0.5的电导率(毫西门子/cm)。得到的处理过的井水具有0.5体积％的阳极液浓度、6.5±0.5的pH、500±50的ORP和0.2±0.05的电导率。
在获得稳定状态的条件之后，使得处理过的井水不含微生物。使用处理过的井水作为啤酒生产的实际成分。没有检测到由使用该处理过的水对啤酒产品的味道、品质、颜色或其它特性引起的不良作用。
*    *    *    *
因此，本发明非常适于实现上述目的并获得上述目标和优点以及其内在优点。尽管本文作为公开描述了目前的优选实施方式，但是本领域技术人员清楚其可以进行多种改变和修饰。这些改变和修饰也包含在如权利要求所限定的本发明的的范围内。

Claims (41)

1.原位清洗饮料加工系统的至少部分的方法，其中，所述方法使用总体积的水且所述方法包括以下步骤：（a）将一定量的水性漂洗剂输送通过所述饮料加工系统的所述部分，且然后（b）将一定量的消毒剂水溶液输送通过所述饮料加工系统的所述部分，所述水性漂洗剂的量和所述消毒剂水溶液的量一起对于获得其中的微生物控制水平是有效的，改进包括：
通过使用电化学活化水的阳极液溶液作为步骤（b）中的所述消毒剂水溶液，减少了在所述方法中使用的所述总体积的水，并减少了在步骤（b）中使用的所述消毒剂水溶液的量，同时没有降低所述微生物控制水平；和
通过使用电化学活化水的阳极液的稀释液作为步骤（a）中的所述水性漂洗剂，进一步降低了该方法中使用的总体积的水，并减少了在步骤（a）中使用的所述水性漂洗剂的量，同时没有降低微生物控制水平。
2.如权利要求1所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（b）中所使用的所述电化学活化水的阳极液溶液包含阳极液，当以未稀释的形式时，所述阳极液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位。
3.如权利要求2所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（b）中所使用的所述电化学活化水的阳极液溶液是未稀释形式的阳极液。
4.如权利要求2所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（b）中所使用的所述电化学活化水的阳极液溶液是所述阳极液的水稀释液。
5.如权利要求4所述的方法，其中，改进还包括，所述阳极液的水稀释液包含相对于每50体积份的所述阳极液的至少50体积份的非电化学活化水。
6.如权利要求1所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（a）中使用的所述电化学活化水的阳极液的稀释液包含相对于每40体积份的阳极液的至少60体积份的非电化学活化水，当以未稀释的形式时，所述阳极液具有+300mV-+1200mV的氧化还原电位和2-8的pH。
7.如权利要求6所述的方法，其中，改进还包括，当以未稀释的形式时，所述阳极液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位。
8.如权利要求6所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（a）中使用的所述电化学活化水的阳极液的水稀释液包含相对于每5体积份的所述阳极液的95体积份的所述非电化学活化水。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述饮料加工系统的所述部分包括：饮料成分混合线路；用于灌装瓶子或灌装其它产品包装的灌装线路；或它们的组合。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述饮料加工系统是用于加工碳酸化的软饮料、酿造饮料、水果饮料、发酵饮料、蔬菜饮料、运动饮品、咖啡饮品或它们的组合的系统。
11.原位清洗饮料加工系统的至少部分的方法，其中，所述方法使用总体积的水且所述方法包括以下步骤：（a）将一定量的清洗水溶液输送通过所述饮料加工系统的所述部分；然后（b）将一定量的中间水性漂洗剂输送通过所述饮料加工系统的所述部分，且然后（c）将一定量的消毒剂水溶液输送通过所述饮料加工系统的所述部分，所述清洗水溶液的量、所述中间水性漂洗剂的量和所述消毒剂水溶液的量一起对于获得在所述饮料加工系统的所述部分中的微生物控制水平是有效的，
改进包括：通过
（i）使用电化学活化水的阴极液溶液作为步骤（a）中的所述清洗水溶液；
（ii）使用电化学活化水的阳极液溶液作为步骤（c）中的所述消毒剂水溶液；和
（iii）减少在步骤（b）中所述中间水性漂洗剂的量或取消在步骤（b）的所述中间水性漂洗剂；
减少了在所述方法中使用的所述总体积的水，且减少了在步骤（a）中使用的所述清洗水溶液的量和在步骤（c）中使用的所述消毒剂水溶液的量，同时没有降低所述微生物控制水平；
其中，在步骤（a）之前，所述方法还包括将一定量的初始水性漂洗剂输送通过所述饮料加工系统的所述部分的步骤，且改进也包括，通过使用电化学活化水的阳极液的水稀释液作为所述初始水性漂洗剂，进一步减少了在所述方法中使用的所述总体积的水，且减少了所述初始水性漂洗剂的量，同时没有降低所述微生物控制水平。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述饮料加工系统的所述部分包括：饮料成分混合线路；用于灌装瓶子或灌装其它产品包装的灌装线路；或它们的组合。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述饮料加工系统是用于加工碳酸化的软饮料、酿造饮料、水果饮料、发酵饮料、蔬菜饮料、运动饮品、咖啡饮品或它们的组合的系统。
14.如权利要求11所述的方法，其中，改进还包括，取消步骤（b）的所述中间水性漂洗剂。
15.如权利要求11所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（a）中使用的所述电化学活化水的阴极液溶液是包含阴极液和非电化学活化水的阴极液水稀释液。
16.如权利要求15所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（c）中使用的所述电化学活化水的阳极液溶液是包含以下阳极液的阳极液水稀释液：当以未稀释的形式时，所述阳极液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位；
所述阳极液水稀释液包含相对于每50体积份的所述阳极液的至少50体积份的非电化学活化水。
17.原位清洗饮料加工系统的至少部分的方法，其中，所述方法使用总体积的水且所述方法包括以下步骤：（a）将一定量的清洗水溶液输送通过所述饮料加工系统的所述部分；然后（b）将一定量的中间水性漂洗剂输送通过所述饮料加工系统的所述部分，且然后（c）将一定量的消毒剂水溶液输送通过所述饮料加工系统的所述部分，所述清洗水溶液的量、所述中间水性漂洗剂的量和所述消毒剂水溶液的量一起对于获得在所述饮料加工系统的所述部分中的微生物控制水平是有效的，
改进包括：通过
（i）使用电化学活化水的阴极液溶液作为步骤（a）中的所述清洗水溶液；
（ii）使用电化学活化水的阳极液溶液作为步骤（c）中的所述消毒剂水溶液；和
（iii）减少在步骤（b）中所述中间水性漂洗剂的量或取消在步骤（b）的所述中间水性漂洗剂；
减少了在所述方法中使用的所述总体积的水，且减少了在步骤（a）中使用的所述清洗水溶液的量和在步骤（c）中使用的所述消毒剂水溶液的量，同时没有降低所述微生物控制水平；
其中，改进还包括，在步骤（a）中使用的所述电化学活化水的阴极液溶液是包含阴极液和非电化学活化水的阴极液水稀释液。
18.如权利要求17所述的方法，其中，改进还包括，在步骤（c）中使用的所述电化学活化水的阳极液溶液是包含以下阳极液的阳极液水稀释液：当以未稀释的形式时，所述阳极液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位；
所述阳极液水稀释液包含相对于每50体积份的所述阳极液的至少50体积份的非电化学活化水。
19.将饮料加工系统的至少部分从加工第一饮料转换到加工第二饮料的方法，其中，所述第一饮料包含与所述第二饮料不相容的材料，所述材料是赋予风味的物质、赋予颜色的物质、醇、赋予气味的物质、或它们的组合，并且在加工所述第一饮料之后，一定量的所述材料保留在所述饮料加工系统的所述部分中，所述方法包括以下步骤：
a.将对氧化至少部分的所述材料有效的量的包括阳极液的电化学活化水溶液的水稀释液输送通过所述饮料加工系统的所述部分；然后
b.在所述饮料加工系统的所述部分中加工所述第二饮料；
其中，所述第二饮料具有对味道、气味、颜色、醇含量、或它们的组合的排放要求，且在步骤（a）中被所述电化学活化水溶液氧化的所述材料的所述部分的量足以使得所述材料不会妨碍所述第二饮料满足所述排放要求；
制备所述电化学活化水溶液使得当以未加入任何非电化学活化水的未稀释形式时，所述电化学活化水溶液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位，且包含次氯酸、臭氧、过氧化离子和超氧化离子作为其主要电解产物。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述电化学活化水溶液的水稀释液中非电化学活化水与所述电化学活化水溶液的体积比为至少60:40。
21.如权利要求19所述的方法，其中，当以未加入任何非电化学活化水的未稀释的形式时，所述电化学活化水溶液具有小于300ppm的游离可用氧化剂含量。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述饮料加工系统的所述部分包括用于灌装瓶子或其它产品包装的灌装线路。
23.如权利要求19所述的方法，其中，当以未加入任何非电化学活化水的未稀释的形式时，所述电化学活化水溶液的氧化还原电位为+650-≥900mV。
24.如权利要求19所述的方法，其中，以未加入任何非电化学活化水的未稀释的形式，所述电化学活化水溶液由所述阳极液组成，其中所述阳极液从电化学反应器的阳极室获得。
25.如权利要求19所述的方法，其中，所述电化学活化水溶液使用电化学反应器制得，所述电化学反应器包括分开的阳极室和阴极室，从所述阳极室和阴极室能够制备可分离的阳极液溶液和阴极液溶液。
26.如权利要求25所述的方法，其中，通过将至少一些阴极液溶液从所述电化学反应器的阴极室重新引入到所述阳极室中，而不向其中加入淡水，所述电化学活化水溶液在电化学反应器的阳极室制得。
27.将饮料加工系统的至少部分从加工第一饮料转换到加工第二饮料的方法，其中，所述第一饮料包含与所述第二饮料不相容的材料，所述材料是赋予风味的物质、赋予颜色的物质、醇、赋予气味的物质、或它们的组合，并且在加工所述第一饮料之后，一定量的所述材料保留在所述饮料加工系统的所述部分中，所述方法包括以下步骤：
a.将对氧化至少部分的所述材料有效的量的包括阳极液的电化学活化水溶液的水稀释液输送通过所述饮料加工系统的所述部分；然后
b.在所述饮料加工系统的所述部分中加工所述第二饮料；
其中，所述第二饮料具有对味道、气味、颜色、醇含量、或它们的组合的排放要求，且在步骤（a）中被所述电化学活化水溶液氧化的所述材料的所述部分的量足以使得所述材料不会妨碍所述第二饮料满足所述排放要求；
制备所述电化学活化水溶液使得当以未加入任何非电化学活化水的未稀释形式时，所述电化学活化水溶液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述电化学活化水溶液的水稀释液中非电化学活化水与所述电化学活化水溶液的体积比为至少60:40。
29.如权利要求27所述的方法，其中，所述饮料加工系统的所述部分包括用于灌装瓶子或其它产品包装的灌装线路。
30.如权利要求27所述的方法，其中，所述电化学活化水溶液的水稀释液具有不超过+890mV的氧化还原电位。
31.如权利要求27所述的方法，其中，以未加入任何非电化学活化水的未稀释形式，所述电化学活化水溶液由所述阳极液组成，其中所述阳极液从电化学反应器的阳极室获得。
32.如权利要求27所述的方法，其中，所述电化学活化水溶液使用电化学反应器制得，所述电化学反应器包括分开的阳极室和阴极室，从所述阳极室和阴极室能够制备可分离的阳极液溶液和阴极液溶液。
33.如权利要求32所述的方法，其中，通过将至少一些阴极液溶液从所述电化学反应器的阴极室重新引入到所述阳极室中，而不向其中加入淡水，所述电化学活化水溶液在电化学反应器的阳极室制得。
34.加强电化学活化水溶液的电化学性质的方法，其中所述电化学活化水溶液包括阳极液，当以未稀释的形式时，所述阳极液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位，所述方法包括将CO2溶解到所述电化学活化水阳极液溶液中以制备碳酸化的产品溶液的步骤。
35.如权利要求34所述的方法，其中，在溶解步骤之前，所述电化学活化水溶液具有未碳酸化的氧化还原电位，且在溶解步骤中，在所述电化学活化水溶液中溶解的CO2的量足以使得所述碳酸化的产品溶液的氧化还原电位比所述未碳酸化的氧化还原电位大至少+107mV。
36.碳酸化的组合物，所述组合物包含在其中溶解了有效量的CO2的电化学活化水溶液，以使所述电化学活化水溶液的氧化还原电位产生正的mV变化；其中，所述电化学活化水溶液包括阳极液溶液；其中，当以没有CO2溶解其中的未稀释的形式时，所述阳极液溶液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位。
37.清洗或消毒食品加工系统的至少部分的方法，包括用碳酸化的溶液处理所述食品加工系统的所述部分的步骤，所述碳酸化的溶液包含在其中溶解了有效量的CO2的电化学活化阳极液水溶液，以使所述电化学活化水溶液的氧化还原电位产生正的mV变化；其中，所述电化学活化水溶液包括阳极液溶液；其中，当以没有CO2溶解其中的未稀释的形式时，所述阳极液溶液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述食品加工系统是饮料加工系统。
39.如权利要求37所述的方法，其中，所述食品加工系统的所述部分是用于灌装产品瓶子或用于灌装其它产品包装的灌装线路。
40.在具有水成分原料流的饮料加工系统中至少降低生物膜生长的方法，所述方法包括向所述水成分原料流中加入电化学活化水的阳极液溶液的步骤，加入量为每80体积份的所述水成分原料流不超过20体积份的所述电化学活化水的阳极液溶液；其中，所述电化学活化水的阳极液溶液具有4.5-7.5的pH和至少+650mV的氧化还原电位。
41.清洗发酵容器内部的方法，包括将所述发酵容器的内部与清洗组合物接触的步骤，所述清洗组合物包含（a）电化学活化水的阴极液溶液和（b）有效地至少降低所述清洗组合物在所述发酵容器的内部的发泡的量的非离子表面活性剂；其中，改进包括：步骤（a）中使用的所述电化学活化水的阴极液溶液是阴极液水稀释液，所述阴极液水稀释液包含阴极液和非电化学活化水，且其中，当以未稀释形式时，所述阴极液具有至少-110mV的负氧化还原电位和8-13的pH。
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