牛奶加工工艺与设备

——本课程要点本课程要点ƒ牛乳基本知识ƒ牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌ƒ设备的清洗与杀菌牛奶加工工艺与设备内容概要¾牛乳的性质¾牛乳在热处理中的变化¾巴氏杀菌的目的及杀菌方法¾超高温灭菌的目的及其加工的类型¾牛乳在加工过程中的各种处理方法¾牛乳的成分¾巴氏杀菌及超高温灭菌技术原理¾设备清洗的目的及定义¾清洗的作用机理¾影响清洗的五个要素¾不同管路及设备条件下的清洗程序选择食品伙伴网牛乳的基本知识牛乳的成分¾牛乳的成分牛乳中含水分约88％左右，碳水化合物和矿物质呈溶液状态，脂肪呈乳浊液状态，蛋白质呈胶体悬浮液状态分散其中。一般将牛乳成分分为水分和乳固体两大部分，而乳固体又分为脂质和非脂乳固体；另一种方法是将牛乳分为有机物和无机物，有机物又分为含氮化合物和无氮化合物。食品伙伴网牛乳的基本知识牛乳的物理化学性质牛乳的物理化学性质1）牛乳的色泽：新鲜的牛乳一般呈乳白色或稍呈淡黄色，乳白色是乳的基本色调，这是酪蛋白胶粒及脂肪球对光不规则反射的结果。脂溶性的胡萝卜素和叶黄素使乳略带淡黄色，水溶性的核黄素使乳清呈萤光性黄绿色。2）牛乳的热学性质：牛乳的热学性质主要有冰点、沸点及比热容。a).冰点牛乳冰点的平均值为-0.53-0.55℃，平均为-0.542℃。作为溶质的乳糖与盐类是冰点下降的主要因素。b).沸点乳的沸点在101kPa(1个大气压)下约为100.55℃。c).比热容一般牛乳的比热容为3.89kJ/(kg.℃),乳制品的比热容在乳品生产上有很重要的意义。3).乳的电学性质乳的电学性质主要有电导与氧化还原电势。4）.乳的相对密度与密度相对密度：乳的相对密度以15℃为标准，正常乳的相对密度平均为d1515＝1.032。密度：乳的密度系指乳在20℃时的质量与同容积水在4℃时的质量之比。正常乳的密度平均为D204=1.030。食品伙伴网).乳的粘度与表面张力粘度随温度的升高而降低，在乳的成分中脂肪及蛋白质对其的影响最显著。表面张力与牛乳的起泡性、乳浊液状态、微生物的生长、热处理、均质作用、风味等有关。6）乳牛的酸度乳蛋白质的分子中含有较多的酸性氨基酸和自由的羧基，而且受磷酸盐等酸性物质的影响。所以乳是偏酸性的。酸度有两方面来源，刚挤出的新鲜乳的酸度可称为固有酸度或自然酸度。固有酸度来源于乳中固有的各种酸性物质。挤出后的乳，在微生物作用下进行乳酸发酵，导致乳的酸度逐渐升高，由于发酵产酸而升高的这部分酸度称为发酵酸度。固有酸度和发酵酸度之和称为总酸度。一般情况下，乳品工业中所测定的酸度就是总酸度。原料乳的酸度越高，对热的稳定性越差。食品伙伴网牛乳的基本知识牛乳在热处理中的变化牛乳在热处理中的变化牛乳在加热过程中有以下变化：1．形成薄膜牛乳在40℃以上加热时，液面会生成薄膜，这被称为拉姆斯(Ramsclen)现象。所以有这种现象，是由于水分从液面不断蒸发，在空气和乳液界面层的蛋白显著地受到浓缩的影响，从而导致胶体凝结形成薄膜。这种薄膜的乳固体中含有70％以上的脂肪和20％—25％的蛋白质，其中以乳白蛋白居多。为了防止形成薄膜，可在加热时进行搅拌或采取措施减少液面的蒸发水量。2．褐变反应牛乳经长时间高温加热则发生褐变反应。这类反应属于非酶褐变，主要是碳—氨反应，其次是乳糖的焦糖化反应。在实际应用中，褐变反应可利用减少加热处理过程的时间和温度、减少于燥制品的水分含量及控制制品的贮存温度及时间等方法来防止。3．形成乳石高温处理或煮沸时，在与牛乳接触的加热面上会形成乳石。乳石的形成不仅影响传热，降低热效率，影响杀菌效果，而且造成乳固体的损失。乳石的主要成分是蛋白质、脂肪与无机物。无机物中主要是钙和磷，其次是镁和硫4.乳蛋白的热变性5.乳糖的影响6.酶的钝化7.维生素的损失食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌牛乳的收集与贮存牛乳的收集与贮存¾1）.牛乳的冷却与收集牛乳被挤出后，必须马上冷却到4℃以下，并在此温度下进行保存，直至运到乳品厂。保证牛乳质量的第一步必须在牧场进行，即挤奶条件必须合乎卫生要求，挤奶设备的设计必须避免空气进入，冷却设备要符合要求。¾2）.牛乳的质量检验乳品厂收购鲜乳时的常规检测包括以下几个方面：①感官评定：包括午乳的滋气味、清洁度、色泽等。②理化指标：包括含脂率、蛋白质含量、杂质度、冰点、酒精试验、酸度、温度、相对密度、pH值、抗菌素残留量等。③微生物指标：主要是指细菌总数。其他如体细胞数、芽胞数、耐热芽脑数及嗜冷菌数等。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌牛乳收购后的贮存牛乳收购后的贮存一般来说，牛乳在运输途中温度上升到4℃以上是不可避免的，但不容许高于10℃。因此，牛乳在进入大贮罐以前，通常用板式冷却器冷却到4℃以下。牛乳在贮罐中适当的搅拌既可使乳温均匀一致，又能避免脂肪上浮。但是过度搅拌会严重破坏牛乳质量，因为一方面它会打碎相当一部分脂肪球，使产生的游离脂肪凝结在一起，破坏其乳浊液体系；另一方面又会搅入更多空气，影响牛乳的后续处理。食品伙伴网％-7％的气体；经过贮存、运输和收购后，一般其气体含量在10％以上，而且绝大多数为非结合的分散气体。这些气体对牛乳加工的破坏作用主要有：①影响牛乳计量的准确度。②使巴氏杀菌机中结垢增加。③影响分离和分离效率。④影响牛乳标准化的准确度。③影响奶油的产量。⑧促使脂肪球聚合。⑦促使游离脂肪吸附于奶油包装的内层。⑧促使发酵乳中的乳清析出。对牛乳进行脱气操作，包括在收奶间流量计之前安装脱气设备，如公司现行的收奶设备。但是此方法对乳中细小的分散气泡是不起作用的。因此在进一步处理牛乳的过程中（如公司TBA/19超高温消毒机中），还应使用真空脱气罐，以除去细小的分散气泡和溶解氧食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌牛乳的真空脱气真空脱气罐的牛乳处理工艺流程：工作时，将牛乳预热至68℃（超高温灭菌设定为83℃）后，泵入真空脱气罐．则牛乳温度立刻绛到60℃（75℃），这时牛乳中空气和部分牛乳蒸发到罐顶部，遇到罐冷凝器后．蒸发的牛乳冷凝回到罐底部．而空气及一些非冷凝气体(异味)由真空泵抽吸除去。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌牛乳均质的概念牛乳的均质均质是指对脂肪球进行机械处理，使它们呈较小的脂肪球均匀一致地分散在乳中。自然状态的牛乳，其脂肪球直径大小不均匀，变动于1-10um之间，一般为2-5um。如经均质，脂肪球直径可控制在1um左右，这时乳脂肪的表面积增大，浮力下降。另一方面，经均质后的牛乳脂肪球直径减小，易于消化吸收。均质前均质后食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌牛乳均质的原理牛乳的均质原理均质作用是由三个因素协调作用而产生的：1牛乳以高速度通过均质头中的窄缝对脂肪球产生巨大的剪切力，此力使脂肪球变形、伸长和粉碎。2牛乳液体在间隙中加速的同时，静压能下降，可能降至脂肪的蒸汽压以下，这就产生了气穴现象，使脂肪球受到非常强的爆破力。3当脂肪球以高速冲击均质环时会产生进一步的剪切力。脂肪球在均质头中的状态食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌一级均质头结构图均质头及其液压系统结构示意图在物料的人口处，柱塞泵使物料的压力从0．3MPa提升至10—25MPa。液压泵的油压与阀芯的均质压力保持平衡。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌二级均质头的结构均质头及其液压系统结构示意图在物料的人口处，柱塞泵使物料的压力从0．3MPa提升至10—25MPa。液压泵的油压与阀芯的均质压力保持平衡。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌二级均质的影响二级均质指让物料连续通过两个均质头，将粘在一起的小脂肪球打开。二级均质与二次均质完全不同。二级均质对一级均质后的乳提供了有效的反压力，而加强的空穴作用对脂肪球只有轻微的破坏作用。二级均质的目的是使一级均质后重新结合在一起的小脂肪球分开，从而提高均质效果。通常一级均质可用于低脂产品和高粘度产品的生产，二级均质可用于高脂产品、高干物质产品和低粘度产品的生产。二级均质后脂肪球的分布一级均质后二级均质后食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌二级均质压力变化过程均质过程中的牛乳内部压力变化过程：以产品均质压力要求200bar为例：阀组腔内压力：200bar一二级之间的压力：50bar出口压力：3bar3bar200bar50bar3bar均质前一级均质二级均质均质后食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌温度对均质效果的影响温度对均质效果的影响较高的温度下均质效果较好，但温度过高会引起乳脂肪、乳蛋白质等变性。另一方面，温度与脂肪球的结晶有关，固态的脂肪球不能能在均质机内被打碎。一般均质温度采取55—80℃，均质压力采取10-25Mpa为宜。若温度降低后再均质，不仅降低了均质效果，而且有时会使脂肪球形成奶油粒。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌巴氏杀菌的目的巴氏杀菌乳(pasteurisedmilk)又称市乳(marketmilk)，它是以新鲜牛乳为原料，经过离心净乳、标准化、均质、杀菌和冷却，以液体状态灌装，直接供给消费者饮用的商品乳。巴氏杀菌的目的首先是杀死引起人类疾病的所有微生物。经巴氏杀菌的产品必须完全没有致病微生物。如果在巴氏杀菌后的牛乳中仍有病原菌存在，那么其原因是热处理没有达到要求，或者是该产品又被污染了。除了致病微生物以外，牛乳中还含有能影响产品味道和保存期的其他成分和微生物，因此，巴氏杀菌的第二个目的是尽可能多地破坏这些微生物和酶类系统，以保证产品质量。这就需要比杀死致病微生物更强的热处理。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌超高温灭菌的概念目的：杀死所有能导致产品变质的微生物，使产品能在室温下贮存一段时间。定义：超高温灭菌（UltraHighTemperature即UHT）产品是指物料在连续流动的状态下通过热交换器加热至135-150℃，在这一温度下保持一定的时间以达到商业无菌水平，然后在无菌状态下灌装于无菌包装容器中的产品。UHT产品应能在非冷藏条件下分销。与低温杀菌方法的区别：初步杀菌：即将牛乳进行一定的低温加热处理，杀死低温菌营养体，这样做延长了牛乳在冷藏条件下的保存时间。巴氏杀菌：目的是杀死所有的致病菌营养体。食品伙伴网牛乳的巴氏杀菌及超高温灭菌热交换方式¾热交换方式在乳品厂中，所有的热交换多以传导和对流的方式进行，两种方式的传热原理不同。一种情况是，热介质与要加热的产品混合，这称为直接加热；另一种情况是，在产品和加热或冷却介质之间存在一金属隔板，这样，热量由介质传递到隔板，并通过隔板传递给产品，这称为间接加热。直接加热用于：a.加热水可将蒸汽直接喷射入水中，通过传导和对流把热量传递给水。b.加热产品如在某种类型的于酪生产中加热凝块(通过热水和