Wat moet u weten over detergenten?

Alkalische, neutrale en zure detergensformuleringen

De reiniging van de apparatuur voor de productie van levensmiddelen kan slechts effectief zijn wanneer de vier componenten van de welbekende ‘Sinner Circle’ aanwezig zijn: thermische energie (temperatuur), chemische activiteit (detergenten), mechanische actie (manueel, gravitaire of turbulente stroming) en contacttijd (tijd om te reinigen). Reinigingsmiddelen wijzigen de fysisch-chemische eigenschappen van water, zodat de reinigingsvloeistof beter kan binnendringen in het vuil, om dit dan los te maken en mee te sleuren. Voor een efficiënte reiniging moet het juiste reinigingsmiddel gekozen worden. Een leidraad!

Het reinigingsproces ontleed

Reinigen verloopt in drie stadia: organisch en anorganisch vuil van het te reinigen oppervlak tillen door fysische en chemische processen, het vuil dispergeren in de reinigingsoplossing, en verhinderen dat vuil zich opnieuw op het oppervlak afzet. In een detergensformulering moeten alle componenten die noodzakelijk zijn om elk van deze deelprocessen mogelijk te maken, aanwezig zijn.

Functie van reinigingschemicaliën

Het eerste stadium vereist chemische bestanddelen die de oppervlaktespanning reduceren en zo een betere bevochtiging toelaten. Ze moeten er ook toe leiden dat de reinigingsvloeistof in het vuil en in de poriën van het te reinigen substraatoppervlak kan binnendringen. Het vuil kan beter worden opgelost als er chemische componenten aanwezig zijn die het organisch en anorganisch vuil respectievelijk dispergeren en sequestreren.

Het tweede stadium vereist chemische substanties met een excellent suspenderend en emulgerend vermogen. Die moeten dus in staat zijn om onoplosbare vuilbestanddelen in suspensie te houden en olie en vet te emulgeren of dispergeren.

In het derde stadium wordt opnieuw een beroep gedaan op het dispergerend en sequestrerend vermogen van diezelfde actieve bestanddelen, zoals vereist in stadium 1 en 2.

Er zijn multi-componentdetergensformuleringen verkrijgbaar, die hetzij van het alkalische, neutrale of zure type zijn.

Juiste detergens­formulering voor elk reinigingsproces

Een universeel reinigingsmiddel, geschikt voor de verwijdering van alle types vuil op om het even welk oppervlak, bestaat niet. Voor elk apparaat of vuiltype moet er een analyse worden gemaakt over welke formulering de vereiste zuiverheid kan bewerkstelligen zonder het materiaaloppervlak daarbij te beschadigen.

Advies van fabrikanten

Veelal zijn het detergensfabrikanten die een oplossing op maat van de klant aanbieden. Veilig voedsel produceren blijft evenwel de eindverantwoordelijkheid van de levensmiddelenproducent. Die is dus ook verantwoordelijk voor de zuiverheid van zijn productie-apparaat en de omgeving waarin dit opereert. Hij kan dan ook niet zomaar een bepaalde formulering accepteren, zonder zelf een grondige evaluatie te doen en de aanbevelingen van de detergentenleverancier te toetsen aan de praktijk.

Keuzecriteria

De keuze voor een bepaald detergent wordt in de eerste plaats bepaald door het type vuil dat men wil verwijderen en vooral de zuiverheid die men wenst te bekomen (fysisch, chemisch of microbiologisch zuiver). Daarbij komen ook andere afwegingen kijken, zoals de hardheid van het reinigingswater waarmee gereinigd wordt, de snelheid waarmee het reinigingsmiddel kan worden weggespoeld, de eis dat detergensresiduen niet mogen achterblijven op het oppervlak, de kostprijs, veiligheid in gebruik, gebruiks- en milieuvriendelijkheid, wettelijke vereisten enz.

Alkalische detergens­formuleringen

Alkalische detergensformuleringen worden gebruikt om organische resten te verwijderen. Het hoofdbestanddeel is NaOH of KOH, wat even krachtig is in het hydrolyseren (saponificatie) en peptiseren van respectievelijk vetten en eiwitten. Hoewel een KOH-gebaseerde reinigings­oplossing makkelijker weg te spoelen is, is het gebruik ervan eerder beperkt tot de farmaceutische industrie door de hogere kostprijs.

Surfactantia

Oppervlakteactieve stoffen (surfactantia) hebben verschillende functies: bevochtiging, vuilpenetratie, suspenderen, dispergeren en emulsifiëren. Doordat ze de oppervlaktespanning van water verlagen, is een betere bevochtiging van het te reinigen oppervlak mogelijk. Het vuil wordt hierdoor ook beter van dit oppervlak gespoeld. Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen worden het meest in detergensformuleringen gebruikt, soms in combinatie met amfotere surfactanten die een ‘microbiocidal’ effect bewerkstelligen. Anionische surfactanten geven een te sterke schuimvorming, waardoor het wegspoelen van de reinigings­oplossing bemoeilijkt wordt. Kationische oppervlakteactieve stoffen, tot slot, zijn het minst effectief, maar hebben wel de hoogste micro-biocidale werking.

Builders, sequestranten, corrosie-inhibitors

Silicaten, polyfosfaten, boraten en citraten worden gerekend tot de categorie van de ‘builders’, omdat ze de effectiviteit van deze surfactantia verhogen en verwijderde residuen beter in suspensie kunnen houden. Stochiometrische sequestranten, zoals EDTA, NTA en gluconaten, zijn werkzaam als complexeerders in strikt stochiometrische verhoudingen, met als doel de hardheid van het reinigingswater te counteren en de verwijdering van anorganische bestanddelen te verbeteren. Threshold sequestranten, zoals fosfonaten, polyfosfonaten en polyacrylaten, zijn dan weer actief in substoichiometrische hoeveelheden, waardoor ze de vorming van kalkaanslag tijdens het spoelen van de gereinigde apparatuur met hard water verhinderen. EDTA en NTA hebben niet dit potentieel, omdat ze te sterk verdund zijn om nog Ca- en Mg-ionen te complexeren. Soms worden hypochloriet en waterstofperoxide toegevoegd, omdat ze in staat zijn om klevend en onoplosbaar vuil te verwijderen door hun oxiderende werking. Hypochloriet kan evenwel putcorrosie en verkleuring van plastics bewerkstelligen. Poly­silicaten, gemodificeerde suikers en fosfonaten kunnen dan weer de corroderende werking van bepaalde stoffen in de detergensformulering inhiberen.

Schuimvorming

Voorts worden hydrofobe niet-ionische surfactanten toegevoegd om schuimvorming tegen te gaan. Overdreven schuimvorming maakt een reinigingsprocedure minder effectief en het duurt veel langer om het schuim weg te spoelen.

Niettemin werken sommige reinigingsmiddelen juist op het principe dat aanklevend schuim de tijd heeft om het vuil te penetreren en los te maken, om het vervolgens gravitair af te voeren naar de fabrieksvloer en de riolering toe. Dit type schuim is dan wel makkelijk weg te spoelen.

Neutrale detergensformuleringen

Neutrale detergensformuleringen worden gebruikt indien het te reinigen materiaaloppervlak wordt aangetast door NaOH en KOH (bv. aluminium, gegalvaniseerde metaaloppervlakken of andere gevoelige materialen). Men probeert de pH tot 6-8 te beperken door de klassieke alkalische componenten (NaOH of KOH) te vervangen door neutrale substanties, zoals silicaten, fosfaten, fosfonaten en citraten. Die maken de reinigingsoplossing licht alkalisch en staan in voor de nodige bufferende werking. In vergelijking met NaOH en KOH, zijn ze beter als bevochtigers, succesvoller in het verplaatsen van vuil en hebben ze ook een betere dispergerende en emulgerende werking. Ze zijn niet-corrosief en geven niet die witte Na₂CO₃- en K₂CO₃-aanslag die vaak voorkomt bij gebruik van NaOH en KOH. Het nadeel is dat ze duurder zijn.

Surfactantia zijn hier ook aanwezig, met opnieuw de voorkeur voor niet-ionische surfactantia. Er kunnen ook enzymen zoals proteases en lipases in het reinigingsmiddel aanwezig zijn. Die zijn in staat om hardnekkig aanklevende proteïne- en vetlagen te verwijderen bij afwezigheid van oppervlakte-actieve stoffen. Doordat ze minder agressief zijn dan ‘gewone’ detergenten, worden enzymegebaseerde reinigingsformuleringen vaak gebruikt voor het reinigen van membraanfilterinstallaties. Ze worden ook gebruikt voor de reiniging van plaat- en buiswarmtewisselaars.

Zure detergensformuleringen

Minerale afzettingen op apparatuur zijn zo goed als niet te verwijderen met alkalische reinigingsmiddelen. We mogen zelfs stellen dat alkalische substanties in meer of mindere mate bijdragen tot de vorming van deze minerale afzettingen. Enkel een zure reinigings­cyclus kan deze anorganische zout- en kalk­afzettingen oplossen en verwijderen.

Met zure detergensformuleringen kan men oplossingen met een pH 2,5 of lager aanmaken. Gewoonlijk gaat het om ‘blends’ van anorganische en organische zuren, en zouten die acteren als zuren (bv. ammoniumverbindingen).

Anorganische zuren

Anorganische zuren, zoals salpeterzuur (HNO₃), zwavelzuur (H₂SO₄) en fosforzuur (H₃PO₄), geven sterk zure reinigingsoplossingen die als nadeel hebben dat ze corrosief zijn en sommige oplosbare zouten doen neerslaan. Bovendien is hun gebruik qua veiligheid niet zonder risico (irritatie van huid, ogen enz.) en ze kunnen ook de kledij van de reinigingsoperatoren aantasten.

Salpeterzuuroplossingen à rato van 1-2% zijn effectief in de verwijdering van kalkaanslag, melksteen, biersteen enz. Ze worden gebruikt om warmtewisselaars te reinigen en te demineraliseren. Nitreuze dampen kunnen het werk van de operatoren bemoeilijken en ook hun huid en ogen aantasten. Door het oxiderend vermogen van salpeterzuur, kan het niet worden gebruikt in combinatie met oppervlakteactieve stoffen. Bij gebruik van dit zuur worden ook nitraten richting waterzuivering gestuurd, en vervolgens geloosd in oppervlaktewaters. Daar kunnen ze bijdragen tot de eutrofiëring: overmatige algengroei door een teveel aan nutriënten, met zuurstoftekorten en vissterfte tot gevolg. Overheden stellen daarom een belasting in op het overmatig lozen van nitraten in oppervlaktewaters.

Zwavelzuur is corrosief ten aanzien van roestvrij staal, en moet daarom geformuleerd worden met een corrosie-inhibitor. H₂SO₄ in oplossing met een concentratie van 1% is het goedkoopste zure reinigingsmiddel, maar is uiteindelijk niet zo kosteneffectief door het eerder matig reinigend vermogen en het gelimiteerd gebruik tot 40 °C. Niettemin wordt het gebruikt in desinfectieoplossingen waar een lage pH noodzakelijk is om een optimale biocidale activiteit te bekomen. H₂SO₄ brengt ook andere problemen met zich mee. Sulfaat-zouten dragen bij tot een grotere zoutvracht in het effluent en in aerobe condities brengen ze fysische schade toe aan de betonwanden van waterzuiveringsstations. In anaerobe condities kan H₂S worden gevormd, zelfs bij lage concentraties sulfaten. Het gebruik van fosforzuur en organische zuren is daarom meer courant en aangewezen.

Fosforzuur is uitermate geschikt, omdat het minder corrosief is en ook als voedingszuur gebruikt wordt. Fosfaten dragen natuurlijk opnieuw bij tot een grotere zoutvracht in het afvalwater, en hebben als bijkomend nadeel dat ze ook bijdragen aan de eutrofiëring van oppervlaktewaters. Daarom heffen overheden ook belastingen op het overmatig lozen van fosfaten hierin. Omdat de meeste voedingsbedrijven niet over een afvalwaterbehandelingsinstallatie met fosfaatverwijderingsstap beschikken, zijn ze verplicht om organische zuren boven fosforzuur te verkiezen.

Organische zuren komen van nature voor, of worden als additief (met E-nummer) gebruikt in sommige levensmiddelen

Organische zuren

Typische organische zuren zijn mierenzuur, azijnzuur, citroenzuur, tartaarzuur, melkzuur en gluconzuur. Ze hebben verschillende voordelen. Vooreerst zijn het voedingszuren, omdat ze van nature voorkomen of als additief (met E-nummer) gebruikt worden in sommige levensmiddelen. Bovendien zijn ze minder agressief en gevaarlijk in gebruik dan anorganische zuren, en ze zijn minder corrosief. Ondanks het feit dat ze goed afbreekbaar zijn, kunnen ze de afbraak van grote hoeveelheden moeilijk afbreekbaar organisch materiaal in afvalwater bemoeilijken. Dit komt doordat ze op zichzelf ook bijdragen tot een hogere ‘COD/BOD-load’ in de waterzuivering. Dergelijke problemen doen zich vooral voor in afvalwaterzuiveringsinstallaties met een te lage behandelingscapaciteit, d.w.z. met ontoereikende zuurstofaanvoer als limiterende factor.

Perazijnzuur is zowel als detergent als desinfectant actief in zure omstandigheden, en leidt niet tot schuimvorming. Het heeft wel een vervelende geur, kan aanleiding geven tot corrosie en kan ook rubberen dichtingen aantasten. Te hoge waarden aan perazijnzuur in de afvalwaterzuivering zijn ook nefast voor de biomassa, waardoor behandeling van het effluent moeilijker wordt.

Sulfaminezuur, een wateroplosbare vaste stof, wordt veelal gebruikt om roest of kalkaanslag te verwijderen. Het is minder volatiel en toxisch dan anorganische zuren; en hoewel minder corrosief, zijn nog altijd corrosie-inhibitors vereist.

Sulfonzuren zijn sterkere zuren dan organische zuren en worden daarom vaak als alternatief gebruikt. Ze lossen zeer goed op in water, zijn niet oxidatief en beschikken over het nodige detergensvermogen.

Naast zuren, kunnen opnieuw niet-ionische en anionische surfactantia aanwezig zijn, teneinde resterend organisch vuil, vetresten en minerale afzettingen te verwijderen. Hydrofobe niet-ionische surfactantia worden opnieuw als antischuimmiddelen toegevoegd, evenals fosfonzuren die de corrosie van roestvrij staal kunnen onderdrukken.