乳粉加工工艺

第十章乳粉加工工艺第一节乳粉概述第二节全脂乳粉的加工技术第三节脱脂乳粉的加工技术第四节速溶乳粉的技工技术第五节调制乳粉的技工技术主要内容第一节乳粉概述乳粉的概念、种类和特点奶粉的生产方法乳粉生产加工技术乳粉颗粒的理化特性质量缺陷及其产生的原因乳粉是以鲜乳为原料，或以鲜乳为主要原料，添加一定数量的植物或动物蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等配料，除去乳中几乎全部的水分，干燥后而制成的粉末状乳制品。1.1乳粉的概念根据奶粉的不同用途分类，例如●乳的再制。●用于烘烤业，加入到生面团中增加面包的容积和提高持水能力，该种面包的新鲜度会保持更长时间。●混入起酥面团使之更酥脆。●在面包和起酥面团中代替鸡蛋。●巧克力工业中生产牛奶巧克力。●应用于食品工业及餐饮行业生产香肠和不同品种的预制肉品。●做为婴儿食品中母乳替代品。●生产冰淇淋。●动物饲料。（1）全脂乳粉（6）乳油粉（2）脱脂乳粉（7）酪乳粉（3）加糖乳粉（8）乳清粉（4）配制乳粉（9）麦精乳粉（5）速溶乳粉（10）冰淇淋粉1.2乳粉的种类1.全脂乳粉：以全脂鲜奶为原料加工而成，分加糖（全脂甜乳粉）、不加糖（全脂淡乳粉）。2.脱脂乳粉：以脱脂鲜乳为原料加工而成，一般都不加糖。3.配制乳粉：在乳中添加各种营养素而制成。最初主要是针对婴儿营养需要而研制，目前呈现系列化的发展趋势，如中老年乳粉、孕妇乳粉、降糖乳粉、营养强化乳粉等。1.2乳粉的种类4.速溶乳粉以全脂或脱脂牛乳为原料，经特殊加工工艺（附聚、喷涂卵磷脂等）加工而成。对温水和冷水具有良好的润湿性、分散性及溶解性。5.其他乳粉乳清粉（普通乳清粉、脱盐乳清粉、浓缩乳清粉）酪乳粉；冰淇淋粉；奶油粉；麦精乳粉（可溶性的麦芽糖、糊精等）。三、乳粉的化学组成品种水分脂肪蛋白质乳糖无机盐乳酸全脂乳粉2.0027.0026.5038.006.050.16脱脂乳粉3.230.8836.8947.847.801.55乳油粉0.6665.1513.4217.862.91甜性酪乳粉3.904.6835.8847.847.801.55酸性酪乳粉5.005.5538.8539.108.408.62干酪乳清粉6.100.9012.5072.258.97干酪素乳清粉6.350.6513.2568.9010.50脱盐乳清粉3.001.0015.0078.002.900.10婴儿乳粉2.6020.0019.0054.004.400.17麦精乳粉3.297.5513.1972.40*3.66不同类型乳粉的成分表1.贮藏期长。2.营养丰富。3.食用方便。4.便于运输。5.食品加工的原料（糖果、冷饮、糕点）。1.3乳粉的特点通过干燥脱去微生物生长所必需的水分来保存不同食品的方法已经使用了几个世纪。按照马可波罗在亚洲旅行的笔记记载，蒙古人通过在阳光下干燥牛乳以生产奶粉。1.4乳粉的生产方法（一）冷冻生产法（两种）1.离心冷冻法概念：是先将牛乳在冰点以下浇盘冻结，并经常搅拌，使其冻成雪花状的薄片或碎片，而后放入高速离心机中，将呈胶状的乳固体分离析出，再在真空下加微热，使之干燥成粉。1.4乳粉的生产方法（一）冷冻生产法2.低温冷冻升华法概念：是将牛乳在高度真空下（绝对压力67Pa），使乳中的水分冻结成极细冰结晶，而后在此压力下加微热，使乳中的冰屑升华，乳中固体物质便成为干燥粉末。1.4乳粉的生产方法13低温冷冻升华法的优点产品外观似多孔的海绵状，溶解性极好。加工温度低，牛乳中营养成分损失少，几乎能全部保留。同时可以避免加热对产品色泽和风味的影响。14♣设备造价高；♣耗能大，生产成本高；♣仅适用于特殊乳粉的加工，大规模生产不宜使用。低温冷冻升华法的缺点（二）加热生产法（三种）1.平锅法：是将鲜乳放于开口的平底锅中，加热浓缩成浆糊状，而后平铺于干燥架上，吹热风使其干燥，最后粉碎过筛制成乳粉。1.4乳粉的生产方法2.滚筒干燥法：又称薄膜干燥法，用经过浓缩或未浓缩的鲜乳，均匀地淌在用蒸汽加热的滚筒上成为薄膜状，滚筒转到一定位置，薄膜被干燥，而后转到刮刀处时被自动削落，再经过粉碎过筛即得乳粉。1.4乳粉的生产方法173.喷雾干燥法在喷雾干燥方法中，鲜乳首先在蒸发器中浓缩，然后在干燥塔内干燥。在干燥的第一阶段，干固物颗粒间自由状态的水分被蒸发去除。在最后阶段乳固体颗粒上孔隙中的和毛细管中的水分也被蒸发掉。1.4乳粉的生产方法第二节全脂乳粉加工技术19喷雾干燥的全脂奶粉通常用乳脂标准化后的牛乳生产。标准化后牛乳不再均质，但要求有良好的搅拌，搅拌时不可裹入空气。然而，在全脂速溶奶粉生产中，浓缩液需要均质。用于滚桶干燥生产奶粉的脂肪标准化乳一般需要均质。在蒸发之前及蒸发后、喷雾干燥前都需搅拌。全脂奶粉不同于脱脂奶粉，并没有进行分类。用于生产全脂奶粉的牛乳通常在80~85℃下巴氏杀菌，使绝大多数脂酶失活，使奶粉在贮存期间脂肪不被降解。21（一）原料乳的验收（CB19301-2010）（二）标准化(调整脂肪含量、蔗糖添加量)方法：（1）净乳之前加糖；（2）将杀菌过滤的糖浆加入浓缩乳中；（3）包装前加蔗糖细粉于乳粉中；（4）预处理前加一部糖，包装前再加一部分。加糖二、全脂乳粉的生产步骤22（三）均质（注意：全脂奶粉一般不需要均质；但添加稀奶油或者脱脂乳后需要）目的：破碎脂肪球，使其分散在乳中，形成均匀的乳浊液。经过均质的原料乳制成的乳粉，冲调后复原性更好。（四）杀菌（高温短时）目的：除菌、消除或抑制解脂酶和过氧化物酶的活性。杀菌方法：80℃，15s二、全脂乳粉的生产步骤23（五）真空浓缩要求：原料乳一般浓缩至原体积的1/4，乳干物质达到45%左右，浓缩后的乳温一般均为47-50℃。（六）干燥目的：使乳粉中的水分含量在2.5%-5%之间，抑制细菌繁殖；延长了货架寿命；降低重量和体积；减少产品的贮存和运输费用。——一般采用离心或压力喷雾干燥方法。二、全脂乳粉的生产步骤（一）滚桶或滚鼓干燥的机理滚筒干燥即是将乳分散在由蒸汽加热的转动的圆鼓上，当乳触及热鼓表面，乳中的水分蒸发出来并被空气带走，高温的热表面使蛋白变为一种不易溶解且使产品变色的一种状态。强烈的热处理使奶粉的持水性能上升，这一特性对于预制食品工业是很有用的。槽供料和喷雾供料的差别在于滚筒干燥上奶被供到热鼓表面的方式。25预处理后的乳被送至由铸铁鼓和四壁构成的槽中，乳在热鼓表面迅速被加热形成一薄层，这层乳中的水分被加热蒸发而干燥，干燥的料持续被每一鼓上的刮刀刮下来。干燥的乳落入螺杆传送器，在期间磨成碎片。这些碎片，被传送到一个磨碎机，同时硬颗粒和焦粒在滤网中被分离出去。根据生产能力，一个双滚筒干燥器约1~6m长，鼓直径为0.6~3m，这一尺寸取决于膜厚度、温度、转鼓速度和干粉的干固物要求。干燥层的厚度可通过调整鼓间距来改变。槽供料滚筒干燥26鼓上的喷嘴在热鼓表面将预处理奶喷成一个薄层，在此状况下，大约90%的传热表面得以利用，相比之下槽供料干燥器只有不到75%的利用率。膜厚度由喷雾嘴压力而定，干燥时间可通过调整温度和鼓的转速来控制。奶粉的一些特性可由视比板来控制，如果参数正确，奶膜从鼓上刮下来时应为基本干燥的。刮下来的干燥膜粉送入到和槽供料干燥器一样的处理设备中。喷雾供料滚筒干燥器的原理喷雾供料滚筒干燥（二）喷雾干燥的机理喷雾干燥分两段进行，第一阶段预处理奶被蒸发浓缩到干物质含量为45~55%。第二阶段浓缩物被泵送到干燥塔最后干燥，后者的过程分三个步骤：浓缩物分散为细小液滴将细小分散的浓缩液与热空气混合，在其中水分快速蒸发将干粉颗粒与干燥空气分离28一段喷雾干燥的操作原理原理：浓缩奶由一个高压泵（4）送至干燥室（1）继续进入喷雾器（5），形成极细小奶滴被喷入混合室与热空气进行混合。空气由风扇吸入并通过过滤器，然后在加热器（2）处加热到150~250℃，热空气经分散进入喷雾塔，在塔内，经喷雾的乳与热空气完全混合蒸发出奶中的水分。这一系统建立在一级干燥原理上，即从将浓缩液中的水分脱除至要求的最终湿度的过程全部在喷雾干燥塔室内(1)完成。相应风力传送系统收集奶粉和奶粉末，一起离开喷雾塔室进入到主旋风分离器(6)与废空气分离，通过最后一个分离器(7)冷却奶粉，并送入袋装漏斗。一段干燥生产线示意图1235467830最大程度的干燥发生于乳自喷雾器高速喷出后与空气摩擦减速的阶段。自由水自动蒸发，而毛细管孔隙间水必须首先扩散到颗粒表面之后才能蒸发，这一过程是奶粉在塔内缓慢沉降的过程中进行的，乳仅被加热到70~80℃，因为空气的热容量在蒸发水分的过程中不断被消耗掉。一段干燥原理31乳粉颗粒的变化水分脱除使液滴的重量、容积、尺寸大大降低。在理想条件下，重量将会下降50%，容积下降至原来的40%，颗粒大小降到从喷雾器中出来时颗粒尺寸的75%，见右图：32一段喷雾干燥的操作原理在干燥过程中奶粉在塔中沉降到塔底排出。奶粉被冷风冷却下来并传送到包装段，冷风由风扇送至输送管道，冷却之后，混着冷风的奶粉流动到排放单元（7），在包装之前奶粉由空气中分离出来。一些小的、轻的颗粒可能与空气混在一起离开干燥空间。这些粉在一个或多个旋风分离器（6.7）中分离。经分离后，这些粉再混回到包装奶粉中，干净干燥的空气由风扇自工厂抽出。牛乳的雾化乳滴分散的越微细，其比表面积越大，也就越能有效地干燥，1升牛奶具有约0.05m2表面积。如果这个量的牛奶在喷雾塔中被雾化，每一个小滴会具有0.05~0.15mm2的表面积。从一升奶得到奶滴总表面积将会约35m2，这样，雾化使比表面增加了约700倍。雾化设备的设计取决于颗粒大小和干燥生产要求的特性，这些特性可能是奶粉颗粒、结构、溶解性、密度和润湿性，一些干燥器用固定喷嘴，见右图。上图的安排应用于低喷雾塔并固定，所以相应较大的奶滴和干燥空气对流排放。下图示为固定喷嘴排出牛奶和空气流动的方向一致。在此情况下牛奶供入压力决定了颗粒大小，在供料压力高至30Mpa或是300bar时，奶粉将很细具有很高的密度，在低压力下（20~5Mpa或200~50bar）颗粒会较大，且不含有尘埃大小的颗粒。两段干燥的机理即使使用高出口温度来提供足够的驱动力，但是最后——小部分水分从奶粉中的去除仍是极困难的。由于提高出口干燥温度对奶粉具不利影响，所以奶产品基本上都使用较低的出口温度。如果最终产品奶粉的湿含量仍很高，在喷雾干燥中可结合使用再干燥段，形成两段加工。两段干燥方法生产奶粉包括了喷雾干燥第一段和流化床干燥第二段。奶粉离开干燥室的湿度比最终要求高2~3%，流化床干燥器的作用就是除去这部分超量湿度并最后将奶粉冷却下来。两段干燥工艺流程图三段干燥的机理三段干燥中第二段干燥在喷雾干燥室的底部进行，而第三段干燥位于干燥塔外进行最终干燥和冷却。主要有两种三段式干燥器：1具有固定流化床的干燥器。2具有固定传送带的干燥器。第二种类型的具有固定传送带干燥器包括一个主干燥器（3）和三个小干燥室（8.9.10）用于结晶(当需要时，如生产乳清奶粉)、最后干燥和冷却。产品经主干燥室顶部的喷嘴雾化，来料由高压泵泵送至喷雾嘴，雾化压力高达200bar，绝大部分干燥空气环绕喷雾器供入干燥室，温度高达280℃。液滴自喷嘴落向干燥室底部的过程被称为第一步干燥，奶粉在传送带上沉积或附聚成多孔层。具有过滤器（三段干燥）的喷雾干燥器有一小部分奶粉细末随干燥空气和冷却空气离开干燥设备，这些细粉在旋风分离器组（12）与空气分离，这些粉进入再循环，或进入主干燥室或进入产品类型需要或附聚需要的加工工艺点。离开干燥器后，奶粉附聚物经筛或磨——取于产品类型——分散达到要求的大小。42（七）出粉，冷却，包装1.出粉与冷却2.筛粉与晾粉（1）筛粉——机械震动筛40～60目（2）晾粉——使乳粉的温度降低，同时乳粉表观密度可提高15%，有利于包装。（1）气流出粉、冷却（2）流化床出粉、冷却（3）其它出输粉方式3.包装包装过程中影响产品质量的因素有（1）包装时乳粉的温度（2）包装室内湿度对乳粉的影响（3）空