刘保军-特殊医学用途配方食品工艺设备的选择

特殊医学用途配方食品工艺设备的选择黑龙江劳力乳品机械有限公司总经理刘保军2018年6月杭州目录PAGEDIRECTORY工艺流程的设计0102浓缩形式的选择对产品质量的影响干粉混合工艺设备的选择对产品质量的影响杀菌形式的选择对产品质量和运行成本的影响采用“五全精准配料法”，确保配方产品成分均匀、指标受控上排风新型喷雾干燥塔的应用对配方粉质量提高的重要作用03040506前言目前我国特殊医学用途配方食品产业还处于起步阶段，发展空间巨大，注册获批的企业才仅有几家，基本都是有婴幼儿配方粉生产基础的品牌企业，而在食品生产领域婴幼儿配方粉的注册管理、产品标准、抽检制度、风险监测和体系审查都是最严格的，这也对我国特殊医学用途配方食品产业的健康发展起到了一定的导向作用。特殊医学用途配方食品工厂的建设也可以充分借鉴婴幼儿配方粉的工艺、设备及质量控制方法，采用“湿法工艺”、“干、湿复合工艺”，如同不使用鲜奶，而使用大包原料奶粉复原加以配料生产婴幼儿配方粉类似，结合功能性研发的技术需要，选择较为合理的工艺和性能稳定的设备，从而生产出质量稳定的特殊医学用途配方食品。PREFACE一、工艺流程的设计为了生产品种多样化，更具灵活性，降低加工过程中对物料的热伤害，减少对热敏性营养成分的破坏，采用“湿法+干法”复合工艺为合理方向，既可以单独湿法生产，也可以湿法加干法连续生产，对于特殊热敏性物料和营养素采用干法二次添加，不受热侵害，使营养质量指标更加稳定。有些产品还可以根据销量计划先生产出基粉，然后间接的再干法添加混合热敏性物料和营养素。1、工艺流程的基本过程（湿法+干法复合工艺）①植物油暂存计量定量真空吸料拆包筛粉称量配料隧道杀菌原辅料②③营养素添加剂溶解④纯净水加热计量混合乳化均质冷却杀菌浓缩喷雾干燥流化除湿冷却筛粉粉料暂存金检包装装箱检测成品热敏性物料、营养素⑤⑥大包脱皮杀菌拆包筛粉真空吸料配料称量干粉混合金检包装装箱检测成品2、工艺流程图（仅供参考）一、工艺流程的设计二、采用“五全精准配料法”，确保配方产品成分均匀、指标受控何为“五全精准配料法”？即“全计量、全溶解、全混合、全乳化、全均质”。“五全”按顺序依次为：1、全计量所有的原料，如各种基粉、植物油、营养素、添加剂、纯净水等均要经过有一定计量精度的法定的计量器具来计量，如电子秤、质量流量计等。有些设计对配料的计量是达不到精准计量的，如对于采用在配料罐下面的脚上安装电子传感秤来计量的，电子传感秤本身没问题，而有问题的是配料罐上下连接着很多管道，即使使用软连接，也近似于五花大绑，罐体上下有物料进出管道、纯净水管道、CIP进出管道等，这样在称量时就如同你在称体重时有人在后面搭上了一只脚，误差会很大。要精准计量，对液体的要采用质量流量计定量计量，到量自动停止；对固体的采用电子秤称量，一个配料放一个托盘，并复检复核，标记拍照，防止投料时拿错。所有的物料和添加剂要彻底溶解成液体状态，特别是添加的有些营养素，比较难溶于水，要用高剪切罐低温溶解彻底，这样才能防止在混合中分层沉淀。维生素与微量元素因PH值不同，要分别单独溶解。2、全溶解3、全混合最好做到在线混合，比全部进罐后混合会更加均匀。我们清楚地知道所配各种物料的比重、PH值和吸水性不同，因此等比例的在线混合就尤为重要。溶解好的维生素与微量元素不能共用一条管道添加，要分别连接，控制定量在线添加，防止酸碱度不同而产生化学反应。二、采用“五全精准配料法”，确保配方产品成分均匀、指标受控4、全乳化与在线混合配合使用效果最佳。这里的“乳化”指的是“高效乳化”，不同于普通剪切罐、剪切器的乳化。高效乳化机具有30公斤以上的均质效果，可以将混合物料中的脂肪、蛋白等颗粒剪切分散、填充、吸附、包埋。尤其对添加的植物油，要防止在均质前的上浮，混合中的乳化效果就很重要。我们实验使用“高效混合乳化一体机”，将等比例的纯净水与植物油混合乳化后静止存放12小时以上未出现分层现象。实验使用剪切罐化料植物油明显上浮实验使用高效乳化机化料植物油无上浮5、全均质均质的目的：一是将脂肪球破碎变小，更有利于人体吸收；二是使各种成分颗粒分散、填充、吸附、包埋，使之更加均匀，指标更加均衡、稳定。二、采用“五全精准配料法”，确保配方产品成分均匀、指标受控需要注意的是：乳化和均质前必须要对配料乳进行加热，冷均质对乳中的脂肪球破碎是没有什么作用的。加热温度以50～60℃为宜，温度过低均质效果不好，温度过高易引起脂肪球的二次聚集（团簇），还会破坏蛋白和所添加的维生素等成分。模拟婴幼儿配方一段配料（浓度18%）液乳化、均质实验表样品编号工艺条件游离脂肪占总脂肪比%脂肪球大小A混合乳化（55℃）1.175～12.5um，大的多（图1）B乳化+10Mpa均质0.365～12.5um，大小都有（图2）C乳化+20Mpa均质0.630.25～12.5um，小的多（图3）实验表明，料液经过混合乳化后因混入气泡游离脂肪占总脂肪比最高；在10Mpa压力下均质后游离脂肪占总脂肪比最低，但还有较多比较大的脂肪球；在20Mpa压力下均质后小脂肪球达到了绝大多数，但游离脂肪占总脂肪比照10Mpa压力均质已上升了近乎一倍。而当生产特医食品时，因添加的植物油为液状而非球体存在，再之即使添加奶油，生产奶油的工艺也是均质过的，因此该段工艺采用预热后使用8～12Mpa的低压均质即可，使各种物料成分颗粒分散、填充、吸附、包埋，使之更加均匀，指标更加均衡、稳定。二、采用“五全精准配料法”，确保配方产品成分均匀、指标受控三、杀菌形式的选择对产品质量和运行成本的影响在加工手段上，任何的热处理对营养食品的物理化学成分及稳定性都会带来破坏性的改变，而且是不可逆的。以牛乳为例，人们多年来对牛乳的加热研究发现，3度的加热温差对乳中蛋白质几乎没有影响，5度影响很小，5度以上时对蛋白质的破坏就会加重，尤其是乳清蛋白，加热源与乳的加热温差越大破坏越严重，成正比。而不同的加热源对乳中蛋白质的影响也不同，如使用蒸汽、热水、电等。下面就行业上正在使用的几种杀菌器的基本原理和性能做一下简单介绍，供比较：1、濒临淘汰的“列管式蒸汽加热杀菌器”列管式杀菌器属于乳粉行业应用较早的巴氏杀菌器，杀菌温度一般为85～92℃、保温24秒。结构由纵列往复式物料管、固定管板、加热壳层所组成，其杀菌加热方式为蒸汽喷入加热壳层直接作用在杀菌管的表面，其换热比较剧烈，杀菌管内壁容易结焦，尤其接近蒸汽喷口部分更容易结焦，一般3～5小时就需要清洗一次，否则杀菌效果会急剧下降。对蛋白质和维生素破坏比较严重。目前行业上虽然还有少数企业使用，但新改造的项目都淘汰了这种杀菌器。2、性能长效稳定的“半水浴式杀菌器”该杀菌器较早见于丹麦的“尼鲁公司”，中国引进也比较多，如原“安达二百吨”、“光明松鹤”等。是一种性能稳定、结构简单、控制方便、投资低、能耗少的巴氏杀菌器，杀菌温度一般为85～95℃、保温10～30秒（可调节），适合于大多数地区和企业。半水浴式杀菌器，顾名思义，他不是蒸汽直接作用在杀菌管上的，是将蒸汽喷射在冷凝水里，是蒸汽和冷凝水混合后再给杀菌管加热。做过化验工作的都知道，用水浴锅给烧瓶里的奶样加热时受热均匀且不会糊，也不易变性，而用电炉加热就会烧焦，这是一个道理。半水浴式杀菌器等温等压，换热比较温和，流量大，物料在盘管内螺旋混合，受热更加均匀，不易结焦，连续工作时间长，可8～10小时一个大班次清洗一次。与多效蒸发器配合的多级预热，换热温差小，蛋白变性和维生素损失少。由于预热是使用的二次蒸汽余热来将物料从5℃逐级预热到70℃后再去杀菌，因此节能效果也非常显著。三、杀菌形式的选择对产品质量和运行成本的影响3、蒸汽直接喷射式杀菌器（又称浸入式杀菌器）的利弊蒸汽喷射式加热与杀菌在我国很多行业上也早有应用，如麦芽糊精的淀粉糊化喷射、豆浆的灭酶杀菌喷射等，只不过以前没有使用洁净蒸汽发生器（二次锅炉）。该杀菌器的原理是将蒸汽直接喷射到物料里混合加热。为保证产品的安全性，喷入的蒸汽必须是纯净水或纯化水蒸发的，这就需要增加配置一台洁净蒸汽发生器（也叫“二次锅炉”），使用一次饱和蒸汽将纯净水或纯化水蒸发生成的二次洁净蒸汽与物料一同喷射混合，从而达到瞬间加热升温的目的。喷射混合升温时间较短（0.09～0.5秒），升温后再保持一段时间用于杀菌，然后进入闪蒸罐气液分离。该杀菌器可以有两种温度使用条件：一种是超高温灭菌条件，灭菌温度125～148℃，保持3～5秒；另一种是巴氏杀菌条件，杀菌温度85～95℃，保持10～30秒（可调节）。我们非常不建议使用超高温灭菌生产乳粉和功能性食品。关于超高温灭菌与巴氏杀菌对乳成分的影响，2015年度《中国奶产品质量安全报告》中做了详细的对比，因生产婴幼儿配方乳粉又添加了更多的维生素、DHA、AA等热敏性营养素，所以杀菌方式更应该选择巴氏杀菌而不是超高温灭菌。2015年度《中国奶产品质量安全报告》中“不同热处理对乳制品品质破坏的程度”见下表：三、杀菌形式的选择对产品质量和运行成本的影响还特别需要关注的是蒸汽喷射式杀菌设备投资和耗能比较大，尤其是蒸汽消耗。因为需要二次制造洁净蒸汽，不但要投资“二次锅炉”（洁净蒸汽发生器），还要将喷入物料里的二次蒸汽的水量再次蒸发出来，才能达到浓缩要求的目的，加之制造洁净蒸汽的损耗，因此就加大了一次蒸汽的消耗量，而且是惊人的！项目巴氏杀菌奶UHT灭菌奶热处理温度、时间72℃，15s135~150℃，6~2s保质期冷链下10天常温下6个月活性蛋白质损变性率（%）乳清蛋白几乎无损91β-乳球蛋白0.4394.2营养损失率（%）维生素C10~2560维生素B15~1020叶酸1030蛋氨酸1034胱氨酸4.634三、杀菌形式的选择对产品质量和运行成本的影响下面以一台每小时蒸发量15吨的三效降膜蒸发器成套设备采用两种不同杀菌方式的耗能成本做一下对比：上表中可以看出，喷射杀菌所增加的蒸汽消耗一是生产1.8吨洁净蒸汽的消耗，按进口国际知名品牌提供的“二次锅炉”参数，生产1.8吨的洁净蒸汽最低也要消耗2.6吨的饱和蒸汽；二是喷入物料中的1.8吨洁净蒸汽冷凝的水需要消耗0.54吨蒸汽再蒸发出来。至于说“喷入物料的蒸汽与杀菌后闪蒸出来的蒸汽相等”是完全错误的，因为蒸汽喷入奶中大部分被冷凝成水，而少部分闪蒸出来的蒸汽又与预热段进来的冷奶相混合再次被吸收冷凝，所以喷入奶中的1.8吨蒸汽冷凝成水完全都在物料奶中（详见喷射式杀菌器流程图）。再则我们都知道闪蒸的最大能力也不过于去除5%的水分，如果通过闪蒸就能蒸发掉1.8吨的水，那么还要蒸发器干什么呢？按每吨蒸汽245元（天然气锅炉每70m3天然气产1吨蒸汽、不同地区天然气价格2.5～4.5元/m3，平均按3.5元/m3）、每天工作20小时、年生产300天计算，喷射式杀菌比半水浴式杀菌年多消耗15840吨蒸汽，折合人民币388.08万元，只蒸汽消耗一项每年就增加成本388.08万元，等于每年都烧掉一台15吨的国产蒸发器的价钱，这还未包括增加的1.8吨纯净水的消耗、电消耗、检修维护费用及二次锅炉的投资等，这与某些厂商宣称喷射式杀菌运行成本低的说法大相径庭！项目（15T/h浓缩器）半水浴式杀菌浓缩设备T/h喷射式杀菌浓缩设备T/h与喷射式比较杀菌器消耗0.51.8（洁净蒸汽）洁净蒸汽不计入消耗但1.8T进入奶中蒸发器消耗4.04.0+0.54多蒸发1.8T多消耗0.54T蒸汽发生器消耗无2.6（产生1.8T二次蒸汽需要消耗2.6T饱和蒸汽）多消耗2.6T蒸汽发生器投资无有（约85万元）多投资约85万消耗蒸汽合计4.57.14多消耗2.64T年消耗费（245元/T）661.50万元1049.58万元年多支出388.08万元三、杀菌形式的选择对产品质量和运行成本的影响4、如何正确选择和设计杀菌方式特殊医学食品与婴幼儿配方粉和调制配方乳粉很类似，就以乳粉为例，国际乳业联合会和欧盟对乳粉生产工艺杀菌的描述都是巴氏杀菌，而不是超高温灭菌，因为生产乳粉的工艺受热环节较多，过度的杀菌和多次的受热会导致乳中营养成分的大量损失，特别是乳中的活性物