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滤芯完整性测试 确保微生物安全 |
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作者：3M公司 宋明宇 |
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在食品行业，高品质的生产商越来越多地使用除菌过滤方法，来生产可以长时间保存的软饮料和酒精饮料。因为除菌过滤是一种对饮料成分改变最微小的物理除菌方法。传统的加热除菌方法存在耗能高、会破坏营养成分等缺点，且有时候不能达到除菌效果，例如高粘度液体。而除菌过滤在微生物安全方面完全可以满足食品生产商的要求。
如何用好除菌滤芯，需要从多方面来考虑，其中之一就是如何验证除菌滤芯的除菌性能。除菌滤芯的孔径都很小，一般是0.45 祄或0.2 祄，无法通过目视来检查滤芯是否有缺陷。日常除菌滤芯的使用过程中，需要经常进行CIP/SIP流程，这些流程都有可能对滤芯造成破坏。因为在整个生产流程中，除菌过滤是最后的关键步骤之一，所以保证除菌滤芯在使用期间的完整性显得非常重要。完整性测试就是通过非破坏性方法测试滤芯的完整性。
图1. CUNOcheck 2完整性测试仪
严格意义上讲，在滤芯新安装、生产的过程中的临时开启和关闭、生产过程结束、CIP、热水消毒/SIP流程后，以及压力异常波动时，都需要对除菌滤芯进行完整性测试。
通过完整性测试，滤芯使用者可以知道：
◆新安装的滤芯孔径是否符合要求。
◆滤芯安装是否正确到位。
◆操作流程（CIP、热水消毒等）是否影响了除菌滤芯的完整性。
完整性测试是一种非破坏性的方法，通过测试的滤芯可以安全正常的使用，而其他破坏性测试方法，如颗粒挑战试验，会对滤芯造成不可逆的影响。对于液体过滤的除菌滤芯，通常有以下几种完整性测试方法：
◆起泡点法
◆扩散流法
◆保压法
这三种方法，通常既可以采用手动方法测试，也可以用完整性检测仪检测。用于液体过滤的滤芯，在检测前需要对滤芯进行充分地润湿，必须提醒的是润湿要使用纯水，不能使用生产的料液（除非经过验证）。
起泡点法
起泡点是克服滤膜中最大孔径中水的表面张力的最小气体压力值。起泡点法推荐用来测试单支10英寸及以下滤芯的完整性。对于多支10英寸以上长度的滤芯，我们推荐使用扩散流法或者保压法。通过图2可以发现，其实起泡点之前，是有气体通过滤膜的，因为空气在水中有一定的溶解度，且在压力差的作用下，会向压力低的方向渗透，只是气体通过量比较小。但是当滤芯数量比较多时，累加的气体通过量就会比较大，有可能大于真实的单支滤芯的起泡点位置。而扩散流法和保压法会随着滤芯数量的增加而成比例的增加。
测试之前先要用纯水润湿后，排尽滤芯上游的残存水，然后将滤芯上游压力加到滤芯厂商建议的数值，当压力接近起泡点临界值时（例如小于标准5 psi），加压过程必须缓慢，每增加1 psi后，稳定5秒钟，再增加压力。测试温度应该保持在25±2℃。当出现大量气体通过时，气体将滤膜最大孔中的水顶出，此拐点处的压力值就是起泡点数值。
扩散流
根据Fick定律，当润湿的滤膜上下游存在压差时，气体分子会扩散通过滤膜的孔。气体通过润湿滤膜的扩散速率与气体溶解度、水在孔中的表面张力、压差、膜厚度、膜孔径和滤膜面积相关。
扩散流测试压力一般为起泡点数值的80%左右。如果扩散速率很小，说明没有大量气体通过滤膜，也就是滤膜上没有过大的孔，且滤膜和滤芯上没有缺陷，滤芯可以达到规定的过滤性能。扩散流法可以用来测试多支滤芯的过滤系统。
同样，测试之前也需要先用纯水润湿后，排尽滤芯上游的残存水，然后将滤芯上游压力加到滤芯厂商建议的数值，一般在起泡点的80%左右，稳定一段时间后，测量一定时间内气体的扩散量。测试温度应该保持在25±2℃。
从图2中可以发现随着压差的上升，扩散流的数值会增加。在到达起泡点之前，扩散流速一直是比较小的数值，直至起泡点后。
保压法
保压法实际上是扩散流法的另外一种表述方式。与扩散流法显示气体的扩散速率不同的是，保压法是采用灵敏的压力传感器测量润湿的滤芯上游封闭体积内的压力衰减值。滤芯上游空体积=滤筒空体积+滤筒到上游阀门之间的管道体积－所有滤芯体积。所以滤芯上游空体积需要根据每个不同使用点单独测定。保压法通常测出的数值很低，一般小于1 psi/分钟，所以需要比较灵敏的压力传感器。
测试之前也是需要先用纯水润湿后，排尽滤芯上游的残存水，然后将滤芯上游压力加到滤芯厂商建议的数值，一般在起泡点的80%左右，关闭上游所有阀门，稳定一段时间后，测量一定时间内上游的压力衰减值。测试温度应该保持在25±2℃。
保压法测试根据以下公式计算：
其中: ΔP＝允许压降
T = 测试时间（通常为5 mins）
D＝滤芯厂商应许的最大扩散流数据（cc/min）
Pa＝大气压（14.7 psi）
Vhsg = 上游滤筒扣除滤芯体积后的空体积（cc）
图3. BevASSURE 除菌滤芯
总结
完整性测试方法是被广泛接受的测试方法，可以正确检测滤芯的完整性，从而保证过滤安全，对于除菌过滤显得尤为重要。对于使用者来说，保压法是比较容易接受和操作的方法，尤其是在使用多支滤芯的场合。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(8/6/2010) |
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