高效空氣過濾器在食品加工行業中的衛生安全保障作用 一、引言：食品工業對空氣質量的嚴格要求 隨著消費者健康意識的提升和食品安全法規的日益嚴格，食品加工企業在生產過程中對環境質量的控製愈發重視...
高效空氣過濾器在食品加工行業中的衛生安全保障作用
一、引言：食品工業對空氣質量的嚴格要求
隨著消費者健康意識的提升和食品安全法規的日益嚴格，食品加工企業在生產過程中對環境質量的控製愈發重視。空氣作為食品加工環境中易受汙染的媒介之一，其潔淨程度直接影響到產品的安全性和保質期。尤其是在高濕度、高溫等有利於微生物繁殖的環境下，空氣中懸浮顆粒物（PM）、細菌、黴菌、孢子及揮發性有機化合物（VOCs）等汙染物可能通過空氣傳播進入食品中，造成交叉汙染或產品變質。
在此背景下，高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）作為一種關鍵空氣淨化設備，廣泛應用於食品加工車間、包裝間、冷卻間、灌裝線等場所，成為保障食品安全的重要技術手段。本文將從高效空氣過濾器的技術原理、性能參數、在食品工業中的具體應用及其對食品安全的實際影響等方麵進行深入探討，並結合國內外相關研究文獻與標準規範，係統分析其在食品加工行業中的衛生安全保障作用。
二、高效空氣過濾器的技術原理與分類
（一）HEPA過濾器的基本工作原理
高效空氣過濾器主要通過物理攔截的方式去除空氣中的微粒汙染物。其過濾機製主要包括以下幾種：
- 慣性撞擊（Impaction）：大顆粒因氣流方向改變而撞擊濾材被截留；
- 攔截（Interception）：中等大小顆粒隨氣流靠近纖維表麵時被吸附；
- 擴散（Diffusion）：小顆粒因布朗運動與纖維接觸後被捕獲；
- 靜電吸附（Electrostatic Attraction）：部分HEPA濾材帶有靜電，增強對細小顆粒的捕捉能力。
根據美國能源部（DOE）的標準，HEPA過濾器必須能夠至少攔截99.97%的0.3微米直徑顆粒物。這一尺寸被稱為“易穿透粒徑”（Most Penetrating Particle Size, MPPS），是衡量過濾效率的關鍵指標。
（二）HEPA與ULPA的區別
| 類別 | HEPA | ULPA |
|---|---|---|
| 全稱 | High Efficiency Particulate Air | Ultra Low Penetration Air |
| 過濾效率（≥0.3μm） | ≥99.97% | ≥99.999% |
| 常用於 | 醫療、製藥、食品工業 | 半導體製造、精密電子、生物安全實驗室 |
| 壓力損失 | 較低 | 較高 |
| 成本 | 中等 | 高 |
資料來源：ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment, 2020
ULPA（超低穿透率空氣過濾器）相比HEPA具有更高的過濾效率，但因其較高的壓損和成本，在食品行業中使用較少，主要用於對空氣潔淨度要求極高的場合，如無菌灌裝生產線。
三、食品加工行業的空氣汙染源與風險評估
（一）食品加工環境中常見的空氣汙染物
- 懸浮顆粒物（PM）：包括灰塵、金屬碎屑、原料粉塵等；
- 微生物汙染：如細菌（沙門氏菌、李斯特菌）、黴菌、酵母菌、真菌孢子等；
- 揮發性有機物（VOCs）：來自清潔劑、潤滑油、建築材料等；
- 異味氣體：如氨、硫化氫等，影響食品風味；
- 溫濕度波動：促進微生物生長，降低產品質量穩定性。
（二）典型汙染事件案例分析
據《中國食品安全報》報道，2018年某乳製品企業因車間通風係統未配備高效過濾裝置，導致空氣中李斯特菌超標，引發多起食源性疾病投訴，終導致產品召回並受到監管部門處罰。
國際上，美國食品藥品監督管理局（FDA）在《Good Manufacturing Practice for Food》（21 CFR Part 110）中明確指出，食品加工場所應具備良好的通風與空氣淨化係統，以防止空氣傳播的汙染源影響產品質量。
四、高效空氣過濾器在食品加工中的應用場景與配置方案
（一）典型應用區域
| 應用區域 | 汙染風險等級 | 推薦過濾級別 | 空氣潔淨度要求 |
|---|---|---|---|
| 原料處理區 | 中等 | 初效+中效+HEPA | ISO Class 8 |
| 加工操作區 | 高 | 初效+中效+HEPA | ISO Class 7 |
| 包裝區 | 高 | 初效+中效+HEPA | ISO Class 6-7 |
| 冷卻/冷藏區 | 中等 | 初效+HEPA | ISO Class 7-8 |
| 實驗室檢測區 | 極高 | 初效+中效+ULPA | ISO Class 5-6 |
資料來源：GB 50457-2019《醫藥工業潔淨廠房設計規範》、ISO 14644-1:2015
（二）典型配置流程圖示意
室外新風 → 初效過濾器（G4級） → 中效過濾器（F7/F8級） → 高效過濾器（HEPA H13/H14） → 送風至潔淨區初效過濾器負責攔截較大顆粒（>5μm），中效過濾器處理中等顆粒（1~5μm），HEPA則負責過濾小於1μm的微粒和微生物，形成三級防護體係。
五、高效空氣過濾器的主要技術參數與選型依據
（一）核心性能參數表
| 參數名稱 | 定義 | 標準參考值 |
|---|---|---|
| 過濾效率 | 對0.3μm顆粒的捕集率 | ≥99.97%（H13）、≥99.995%（H14） |
| 初始阻力 | 新濾材的氣流阻力 | ≤250 Pa（H13）、≤280 Pa（H14） |
| 終阻力 | 使用後期大允許阻力 | ≤450 Pa |
| 濾材材質 | 多為玻璃纖維或合成材料 | – |
| 框架材質 | 鋁合金、鍍鋅鋼板、塑料 | – |
| 壽命 | 正常運行下的更換周期 | 1~3年 |
| 檢測方法 | DOP測試、光度計法、粒子計數法 | EN 1822、IEST-RP-CC001 |
資料來源：EN 1822:2009《Particulate air filters for general ventilation》，IEST-RP-CC001.5《Testing HEPA and ULPA Filters》
（二）選型注意事項
- 匹配風機係統風量：確保過濾器額定風量與空調係統匹配；
- 考慮空間布局：安裝位置應便於維護且不影響氣流組織；
- 定期監測與更換：建立壓差報警係統，及時更換終阻力過高的濾芯；
- 防泄漏密封設計：采用矽膠密封圈或液槽密封方式，避免旁通泄漏；
- 耐腐蝕與防火性能：尤其適用於高溫殺菌車間或油脂類加工環境。
六、高效空氣過濾器對食品安全的具體貢獻
（一）減少微生物汙染，延長保質期
研究表明，在肉類加工廠中安裝HEPA過濾係統可使空氣中菌落數量下降80%以上，顯著降低成品腐敗率。例如，Zhang et al. (2021) 在《Food Control》期刊發表的研究顯示，在豬肉切割車間加裝HEPA後，空氣中總菌落數從平均250 CFU/m³降至45 CFU/m³，產品貨架期由7天延長至12天。
（二）提升感官品質，減少異味幹擾
在烘焙、乳製品等對氣味敏感的產品生產中，HEPA配合活性炭過濾可有效去除空氣中的異味分子，改善產品風味一致性。一項由日本東京大學主導的實驗表明，在奶酪熟成車間使用HEPA+活性炭組合係統，能有效抑製異味物質積累，提高產品市場接受度。
（三）滿足GMP與HACCP認證要求
高效空氣過濾係統是實施良好生產規範（GMP）和危害分析與關鍵控製點（HACCP）體係的基礎條件之一。歐盟《食品衛生條例》（EC No 852/2004）明確規定，即食食品生產區域需配備HEPA級別的空氣淨化係統。
七、國內外相關標準與政策支持
（一）中國現行標準與法規
| 標準編號 | 名稱 | 主要內容 |
|---|---|---|
| GB/T 13554-2020 | 《高效空氣過濾器》 | 規定了HEPA的分類、性能測試方法與技術要求 |
| GB 50457-2019 | 《醫藥工業潔淨廠房設計規範》 | 雖為醫藥標準，但部分內容適用於食品潔淨車間 |
| GB 14881-2013 | 《食品安全國家標準 食品生產通用衛生規範》 | 提出食品廠空氣潔淨度控製要求 |
| SB/T 10657-2012 | 《食品工業潔淨用房建築技術規範》 | 對食品潔淨車間的通風淨化提出指導建議 |
（二）國際標準與法規
| 組織 | 標準號 | 內容摘要 |
|---|---|---|
| WHO | WHO Technical Report Series No. 961 | 對食品加工場所空氣潔淨度提出推薦要求 |
| FDA | 21 CFR Part 110 | 強調空氣控製係統在食品GMP中的重要性 |
| ISO | ISO 14644-1 | 空氣潔淨度分級標準，廣泛用於潔淨室設計 |
| EU GMP | Annex 1 | 明確藥品與食品相關潔淨區域的空氣控製要求 |
八、實際應用案例分析
（一）案例一：某大型乳企無菌灌裝線改造項目
某國內知名乳製品企業對其無菌灌裝車間進行升級改造，原車間空氣潔淨度為ISO Class 8，存在微生物汙染風險。通過引入HEPA H14過濾係統、增加正壓控製、優化氣流組織等措施，車間空氣潔淨度提升至ISO Class 6，灌裝產品無菌合格率由92%提升至99.5%，產品保質期從30天延長至90天。
（二）案例二：國外冷凍食品加工廠空氣質量改善項目
美國某冷凍食品加工廠在生產車間加裝HEPA過濾係統後，空氣中的總懸浮顆粒物（TSP）從每立方米1500個降至100個以下，同時空氣中的李斯特菌檢出率下降了90%以上。該成果發表於《Journal of Food Protection》（Smith et al., 2020），驗證了HEPA在低溫食品加工環境中的有效性。
九、常見問題與解決方案
（一）常見問題匯總
| 問題類型 | 表現 | 原因 | 解決方案 |
|---|---|---|---|
| 過濾效率下降 | 空氣中顆粒物濃度上升 | 濾材堵塞、破損 | 更換濾芯、定期檢查 |
| 壓差過高 | 風機負荷增大、能耗上升 | 濾材飽和 | 設置壓差報警係統 |
| 微生物滋生 | 空氣中菌落數反彈 | 濕度過高、濾材受潮 | 控製濕度、選用抗菌濾材 |
| 係統泄漏 | 空氣中汙染物濃度不降反升 | 密封不良 | 改進安裝工藝、加強密封性測試 |
（二）維護管理建議
- 定期巡檢：每周檢查壓差、濾網狀態；
- 季度清洗：清理初效、中效過濾器；
- 年度更換：根據使用情況更換HEPA濾芯；
- 記錄檔案：建立完整的運行日誌與更換記錄；
- 第三方檢測：每年委托專業機構進行空氣潔淨度檢測。
十、未來發展趨勢與技術創新
（一）智能化與遠程監控
隨著物聯網（IoT）技術的發展，智能高效過濾係統逐漸普及。新型HEPA過濾器配備傳感器模塊，可實時監測壓差、過濾效率、空氣潔淨度等參數，並通過雲端平台實現遠程監控與預警。
（二）綠色節能設計
新一代HEPA濾材采用低阻力結構設計，降低風機能耗，符合綠色工廠建設趨勢。部分廠家推出可回收濾材，減少廢棄物排放。
（三）多功能集成係統
將HEPA與UV殺菌、臭氧消毒、活性炭吸附等功能模塊集成一體，形成綜合空氣淨化係統，提升整體淨化效果。
參考文獻
- Zhang, Y., Liu, X., & Wang, J. (2021). Air purification in meat processing plants: Impact on microbial load and shelf life. Food Control, 121, 107587.
- Smith, R., Johnson, T., & Lee, K. (2020). Application of HEPA filtration in frozen food manufacturing. Journal of Food Protection, 83(5), 892–901.
- 國家標準化管理委員會. (2020). GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器. 北京: 中國標準出版社.
- 國家衛生健康委員會. (2013). GB 14881-2013 食品安全國家標準 食品生產通用衛生規範.
- European Commission. (2004). Regulation (EC) No 852/2004 on the hygiene of foodstuffs.
- U.S. Food and Drug Administration. (2020). 21 CFR Part 110 – Current Good Manufacturing Practice for Food.
- International Society for Pharmaceutical Engineering (ISPE). (2019). IEST-RP-CC001.5 Testing HEPA and ULPA Filters.
- ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment.
- 日本東京大學食品工程研究所. (2019). HEPA filtration impact on cheese aging environments. Journal of Dairy Science, 102(4), 3312–3320.
- 百度百科. (2023). 高效空氣過濾器. http://baike.baidu.com/item/高效空氣過濾器
