Reducir el efecto Alcalino y mejorar el rendimiento en Formulaciones de Sistemas Limpieza in situ CIP.

Los sistemas de limpieza in situ (Clean-In-Place CIP por sus siglas en inglés) es un método usado en equipos, líneas y tanques de proceso, que se utilizan comúnmente en las industrias de alimentos, bebidas y de procesamientos farmacéuticos que requieren de la limpieza frecuente en sus sistemas y equipos. Los sistemas de limpieza CIP ayudan a mantener un ambiente higiénico en los procesos, para garantizar la pureza y calidad del producto sin necesidad de desmontar equipos o tuberías durante el proceso de limpieza. Los sistemas CIP funcionan por medio del bombeo de soluciones de limpieza y enjuague a través de la misma trayectoria que el producto tiene durante la manufactura de éste, con el objetivo de eliminar suciedad de las superficies internas.

El reto principal del Sistema CIP es encontrar el balance entre una limpieza eficiente (usando detergentes con muy baja o nula espuma) y la necesidad de proteger a los equipos y tuberías de su deterioro y posible corrosión. Hay un creciente interés en reducir la temperatura de estas limpiezas y minimizar el uso de químicos oxidantes y dañinos (como ácidos o alcalinos) que se utilizan habitualmente en las aplicaciones CIP. Por la reducción de cada 1°C en temperatura del sistema CIP, habrá una disminución de 1/60 de energía requerida para calentar el fluido.

El proceso habitual del sistema CIP es muy elaborado. Se requiere de un paso previo para eliminar la suciedad y calentar tuberías, seguido de una limpieza con detergente. El paso posterior es enjuague, ácido, agua, y finalmente uno con cloro o biocida. 

BASF ha trabajado para crear un limpiador para CIP que no utilice cloro o materiales alcalinos, pero que además tenga un mejor desempeño que los benchmark de la industria en eliminar la suciedad de alimentos, que produzca muy bajos niveles de espuma y trabaje en temperaturas bajas. La meta fue poder desarrollar una formulación sin cloro de alto rendimiento que no oxide los metales suaves como el cobre y el aluminio.

Formulación Alcalina para CIP

Iniciamos con dos formulaciones altamente alcalinas sin cloro. La formulación BASF reducida en materiales alcalinos al 12.25% (formulación 35074-139-1) tuvo un nivel de limpieza similar a la de 20% alcalino (formulación 35765-28-1). En la formulación 35074-139-1, utilizamos un tensoactivo (Plurafac^® CS-10) para ayudar a reducir el efecto alcalino, lo que nos dio una formulación todavía menos oxidante. El rendimiento de limpieza de estas dos formulaciones en incrustaciones de leche fue superior, a un detergente comercial (sin cloro) y diversas soluciones cáusticas. Todas las formulaciones se probaron con un índice de dilución 1:200, y condiciones de temperatura media de 45 °C, cuando habitualmente la leche se limpia a 60 °C.

El producto comercial limpió solamente el 60% la incrustación de leche a una temperatura de 45ºC. La formulación con efecto alcalino al 50% y 100% diluida a 1:200 limpió 65% y 70% respectivamente; ambas formulaciones de BASF eliminaron el 90% de la incrustación de leche.

Corrosión en Aluminio con la Formulación Alcalina de CIP

El limpiador ideal CIP no debe oxidar el metal de las tuberías y tanques, así como los empaques selladores de hule dentro del sistema. Se llevó a cabo una prueba para medir y extrapolar la corrosión en una aleación de Aluminio (Al-5052); se revisaron los milímetros (mm) de metal corroído durante un año. El benchmark comercial no mostró ninguna corrosión, pero su nivel de limpieza fue apenas del 60%. Una formulación con 50% de NaOH generó una corrosión de 0.2 mm al año, mientras que una formulación de puro hidróxido de sodio (100% NaOH) oxidó 1 mm de aluminio al año. La Formulación BASF 35074-139-1 obtuvo el segundo lugar de menor corrosión (por debajo del producto comercial) pero generó un nivel de limpieza de aproximadamente 90%, con menores efectos alcalinos.

Corrosión en Hule con la Formulación Alcalina CIP

Se realizaron pruebas con la Formulación 35074-139-1 sobre caucho de etileno propileno dieno (Etileno Propileno Dieno tipo M ASTM) y Viton^® (una marca de hule sintético con base de fluorocarbono), con el nivel más bajo de efectos alcalinos y se obtuvo la menor corrosión en ambos tipos de material. La Formulación 35765-28-1 con mayor nivel de efectos alcalinos mostró más corrosión que el benchmark sobre el EPDM, pero no causó corrosión sobre el Viton^®.

Formulación CIP con pH Moderado

Hay una tendencia en la industria por mantener el rendimiento de limpieza, pero al mismo tiempo reducir los ingredientes peligrosos y oxidantes de las formulaciones. Con esta meta en mente, desarrollamos una formulación de pH moderado, o lo más cercano a pH neutro dentro de las formulaciones CIP. Utilizamos nuestra enzima estabilizada Lavergy™ Pro 104 LS (proteasa) para aumentar el rendimiento de limpieza en la Formulación 35765-33-1 y en la Formulación 35765-14-1 sin agregarle materiales oxidantes o alcalinos.

Para poder entender mejor el efecto de este enzima adicional, que es un ingrediente que sólo puede sobrevivir en un sistema de pH moderado, creamos una formulación sin adición de Lavergy™ Pro 104 LS. La Formulación 35765-12-2 es con bajo pH, a la que no se le agregó el enzima suplemento. También proporcionamos opciones para ultra concentrados (en la formulación 35765-33-1). Mientras que habitualmente los productos son probados con una dilución 1:200, esta formulación puede probarse a 1:1800.

Rendimiento de la Formulación CIP con pH Moderado

Probamos cada formulación con el mismo nivel de materia prima “as-is”. La Formulación 35765-33-1 ultra concentrada con pH moderado pudo limpiar cerca del 90% de la incrustación de leche a 45 ºC, mientras que la Formulación 35765-14-1, con sólo el 1% de Lavergy™ Pro 104 LS, tuvo un mejor rendimiento que el benchmark. Sin el uso de Lavergy™ (Formulación 35765-12-2), el rendimiento cayó al 60%.

Corrosión en Aluminio con Formulación CIP de pH Moderado

Ninguna de las formulaciones con pH moderado tuvo una corrosión significativa sobre el aluminio, incluyendo las dos formulaciones que contienen Lavergy™ Pro 104 LS. Las imágenes con láminas de aluminio muestran un comparativo de rendimiento Vs otros detergentes altamente alcalinos. Al mantener el pH moderado, se previene la corrosión. El beneficio subyacente es que la enzima Lavergy™ Pro 104 LS aumenta el rendimiento de limpieza mientras mantiene el pH moderado.

Corrosión en Aluminio con una Formulación CIP con pH Moderado

Ni el EPDM ni el Viton^® tuvieron corrosión al ser expuestos a formulaciones con pH moderado.

Estabilidad de Enzima en Formulaciones CIP con pH Moderado

La enzima en la Formulación 35765-33-1 y en la Formulación 35765-14-1 se mantuvo estable durante las pruebas de estabilidad a largo plazo que se llevaron a cabo en dichas formulaciones.

Conclusiones

Las plantas industriales de Procesamiento de Alimentos y Bebidas se encuentran en búsqueda de formulaciones para Sistemas de Limpieza in situ CIP, que sean altamente eficientes, pero que tengan menos efectos alcalinos y trabajen bien a temperaturas bajas. Al utilizar ingredientes únicos en formulaciones creativas, se pueden desarrollar soluciones que mejoren la limpieza, y reduzcan la corrosión, con el objetivo de generar en las plantas industriales ahorros de tiempo, energía y dinero, manteniendo un desempeño óptimo.