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1、.食品工艺学 3（乳制品）第四章乳的浓缩技术和炼乳生产第一节 乳的浓缩技术1.牛乳浓缩的定义：利用外界的推动力将牛乳中的水分除去的过程。2.牛乳浓缩的目的（1）缩小乳的体积牛乳中含有 87.5%-89%的水分，在全脂乳粉生产中，牛乳经过浓缩可除去70%至 80%的水分，缩小了体积。（2）提高了产品的质量浓缩可使牛乳的干物质含量提高，使乳粉的颗粒直径增大，色泽改善，冲调性能也有所提高。（3）提高了产品得率乳粉颗粒较大，利于粉尘回收设备分离，提高了回收设备的分离效果，使产品的得率提高，损失减少。（4）提高了乳粉的密度减少了包装过程中粉尘飞扬现象，粘着现象，便于包装。3.乳的浓缩技术（1）蒸发（2）
2、超滤和反渗透（3）冷冻浓缩（1）蒸发的类型自然蒸发在低于沸点的状态下进行蒸发，蒸发速度慢。例如海水.晒盐沸腾蒸发1）常压蒸发大气压状态下进行，溶液的沸点就是某种物质本身的沸点。2）减压蒸发（真空）利用抽真空，一定负压状态下进行，溶液的沸点低，蒸发速度高。在现代蒸发器中，最高的沸点温度一般控制在70左右，相应的压力为 30.7KP(第效),第效 45.蒸发原理：牛乳的蒸发是指利用蒸发器，通过加热使牛乳达到沸点，将易挥发的水分不断的由液态转变为气态，并将汽化所产生的蒸汽不断排除，从而使牛乳中干物质含量不断提高达到预定的浓度。浓缩器的种类（升膜、降膜）自然循环蒸发器升膜蒸发器，主要由一组管子组成的管
3、束组成，牛乳在管子内部流动，加热介质则在管子外部流动。升膜蒸发器的工作原理：牛乳自蒸发器的底部进入，在管子底端开始沸腾，产生的二次蒸汽汽泡快速膨胀，产生巨大的推动力，从而带动牛乳在管内壁形成一层薄膜并快速上升，直到蒸发的顶端，然后进入气液分离器中，蒸汽被分离后作为下一效的加热液，最后一效出来的蒸汽直接进入冷凝器，完全冷凝后排掉。浓缩液经回流重新被送回到蒸发器底部继续进行浓缩，直至达到所需的浓度为止。常见的自然循环式蒸发器都是双效的，管长一般为4m,直径一般为 25mm。降膜蒸发器主体是垂直列管换热器，牛乳就是在其中通过被.加热。这些列管围绕在蒸汽加热套周围并维持在一定真空度下。长度通常有 41
4、0m,最长不超过 15m，管径在 2580mm 之间，管长和管径之比须大于 100 升膜蒸发器的工作原理：牛乳经过蒸发器顶端的分布器沿管壁成膜状均匀流下，在重力作用下快速通过列管，同时蒸汽由上向下快速流动。由于牛乳以较高的速率在管中流动，可以减少牛乳在管中的滞留时间，提高热交换器和蒸发器的热效率，因而可以降低对牛乳的热损害。牛乳在管中的下降速率：重力、管长、管径、温差以及真空度。在生产中多采用多效蒸发器，即将多个蒸发器联接起来，可大大提高蒸汽的冷却水的利用率。减少两者的消耗量，多效蒸发器共用一个冷凝器和真空泵。（2）超滤和反渗透超滤和反渗透是近年来发展很快的新技术。它是借助过滤材料（超滤膜和反
5、渗透膜），在驱动力的推动下实现无相变的分离。a.膜过滤和反渗透技术原理超滤膜截留的分子质量一般在500，反渗透膜截留的分子量一般小于 500。b.膜分离的装置包括两个部分膜分离单元即膜组件（有四种管式、平板式、卷式、中空纤维式）对流体提供压力和流速的装置泵。牛乳中各组分粒子的直径和分子质量.组分直径/分子质量/组分直径/分子质量/脂肪球10010410121014乳糖约 1 342 酪蛋白胶束10300 107109盐分子约 0.41 20200 乳清蛋白36 104105水分子约 0.3 18 c.膜技术在乳品工业上的应用干酪生产、发酵乳制品、液态乳、稀奶油、从乳清中回收凝乳酪。强化乳清粉的
6、生产。优越性：最大限度地保持乳中的营养成分和风味（3）冷冻浓缩冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。当溶质中所含溶质浓度低于低共溶浓度时，则冷却结果表现为溶剂成为晶体析出，随着溶剂是晶体析出的同时机，溶剂中溶质浓度就得到了提高。这就是冷冻浓缩的原理。冷冻浓缩技术非常适用于热敏性食品的浓缩生产，由于溶剂中水分的排除不是用加热蒸发的方法，而是靠溶液到冰晶间的传递，所以可避免风味物质因加热则造成的挥发损失。其品质优于蒸发法和膜过滤法。冷冻浓缩的装置包括结晶器、压榨机、过滤式离心机和洗涤塔等。冷冻浓缩法上能将牛乳浓缩到36%38%。虽然营养成分损失大致只有 100mg/L。但操作
7、成本非常大，大约是蒸发和膜浓缩的45 倍。.因此只能用于一些乳制品的高档产品开发或作为冷冻干燥过程中的半产品加工方法。第二节炼乳的生产1、炼乳的分类及生产工艺流程炼乳可分为两种不同类型1）淡炼乳 2）甜炼乳（1）甜炼乳的定义加入糖的浓缩乳。其中蔗糖含量在40%45%，水分含量不超过28%。（2）淡炼乳也称淡奶鲜牛乳经过预热浓缩后制成，脂肪含量在8%（3）甜炼乳、淡炼乳的生产工艺流程甜炼乳：原料乳的接收和验收称重净乳冷却储存标准化均质、消毒浓缩二次均质装罐封罐检验成品2、炼乳的生产工艺2.1 标准化和再标准化炼乳生产时，原料乳的标准化主要是脂肪的标准化。（1）标准化的一般步骤a.进行原料乳的温度
8、、脂肪含量、非脂肪固体含量的测定b.通过计算确定含脂率是不足还是过高，进而确定是添加脱脂乳还是加入稀奶油，并求出添加量c.通过实际操作加以实现.（2）标准化的计算计算基准:以非脂乳固体为计算基准要求：成品和原料秃的脂肪与非脂乳固体比值相同成品中脂肪与非脂乳固体含量比值以R1表示；当 R R1时说明原料乳脂肪含量不足，应添加稀奶油；当 R R1时说明原料乳脂肪含量过高，需添加脱脂乳。（3）标准化的计算公式SNF SNF2=*100%100-F 100-F SNF1=*SNF2100 SNF2脱脂乳的非脂乳固体含量（%）SNF 原料乳的非脂乳固体含量（%）SNF1稀奶油的非脂固体含量（%）F原料的
9、含脂率（%）F稀奶油的含脂率（%）含脂率不足时可按下式计算稀奶油添加量(SNF*R1)-F m1=*m2.F1-(SNF1*R1)含脂率过高时可按下式计算脱脂乳添加量F/R1-SNF m3=*m2SNF2-F2/R1 m1稀奶油添加量（kg）m2原料乳量（kg）m3脱脂乳添加量（kg）R1成品中脂肪等非脂乳固体含量比值F2脱脂乳含脂率（%）（4）再标准化由于炼乳的浓度较难控制，一般是先浓缩到较所要求的浓度稍高一些，浓缩后再家水调整到要求的浓度，所以在标准化步骤通常被称为加水。加水量可按下式计算：m4=m5/F-m5/F式中 m4 加水量（kg）m5 再标准化后脂肪量(kg)F成品的含脂F再标准
10、化前浓缩乳的含脂率（%）浓缩乳的含脂率可用勃氏法或盖氏法迅速加以测定所加的水应为蒸馏水或经煮沸冷却的水，不得有异味和杂质。2.2预热（1）预热目的.杀死致病菌、病毒及其它一些有害微生物以保证食品卫生；抑制酶的活力，防止成品产生脂肪水解、酶促褐变等不良现象。对牛乳在浓缩前先进行预热，可使浓缩过程稳定进行，蒸发速度提高，并且还能防止结焦对产品质量和蒸发效率的影响。使乳蛋白质适当变性，同时一些钙盐会沉淀下来，提高了酪蛋白的热稳定性，对淡炼乳可防止其在以后高温无菌时发生凝固，由此还可以获得适宜的粘度，避免成品出现变稠和脂肪上浮等现象。（2）预热方法低温长时间法（LTLT法）高温短时间法（HTST法）超
11、高温瞬时法（UHT法）（3）预热工艺条件甜炼乳：采用HTST法，温度为 8085，时间 35min 采用 UHT 法，温度 120左右，时间 24s 淡炼乳：采用HTST法，温度为 95100，时间 1015 min 采用 UHT 法，温度 120140，时间 25s 2.3 加糖加糖的目的赋予产品以甜味，抑制微生物生长繁殖。甜炼乳在浓缩后不再经过杀菌，也能长期保存。糖浆具有极高的渗透压，使微生物脱水死亡，难以繁殖。糖浆浓度越高，抑制效果越佳。.加糖量蔗糖比甜炼乳中蔗糖含量与其溶液的比率。蔗糖比应在 62.5%，过大会有蔗糖结晶析出的危险蔗糖比上限为 64.5%含蔗糖量蔗糖比=*100%1-总
12、乳固体应向原料乳中添加的蔗糖量可用显示计算：m1=w2/D*m3m1加糖量w2甜炼乳中的蔗糖含量（%）D 浓缩比m3原料乳量（Kg）另外加糖量还可用下式计算：m1=m3*w4*R 式中 w4原料乳中乳固体含量（%）R成品中蔗糖与总乳固体的比率例子糖浆制备糖不可直接加入，会加剧产品变稠，需要将糖配成糖浆加入。糖浆浓度太稀，会增加蒸发水量，延长浓缩时间，增加蒸汽消耗量。糖浆浓度太浓，会引起蔗糖溶解困难，在进入浓缩锅前，就有结.晶出现。适宜糖浆浓度65%-70%之间，（用折射仪或糖度计）制备糖浆的用水量可用下式计算1糖浆浓度用水量（kg）=*加糖量糖浆浓度制备糖浆的方法：在熬糖锅里进行，先要加入定量
13、的水并加热至沸，然后再投入蔗糖继续加热到 95，该过程需要不断搅拌，加热到95时还要保温5min 对糖浆进行杀菌，随后通入冷却水冷却到65待用。制备糖浆应注意的问题：a、不能使糖浆处于高温下的时间过长，一般不超过半小时。因为蔗糖在高温下会转化为葡萄糖和果糖，这类转化糖会加剧产品的变色和变稠。b、糖浆杀菌一定要彻底，因为蔗糖会提高细菌和酶对热的抵抗力，这汤中还能存在一些耐热菌。c、制备糖浆时所用的水应以中性水为宜，要求无色、无味、透明。加糖方法（三种）a、直接投入法即将蔗糖直接投入原料乳中，在预热是进行溶解，虽然该方法操作简便，但在预热时由于蔗糖存在影响了杀菌和无酶效果，同时使产品在贮藏时易于变
14、稠和褐变。.b、江浙糖配成糖浆杀菌后和原料乳混合，再一起浓缩。c、江浙糖配成糖浆杀菌后再浓缩末期加入到真空浓缩锅，再继续进行浓缩。2.4 浓缩炼乳作为一种浓缩乳，需要采用真空浓缩来实现。甜炼乳在浓缩时牛乳温度一般保持在49-59，但炼乳保持在57-60 2.5 均质炼乳在长时间放置后，会发生脂肪上浮现象，表现在其上部形成稀奶油层，严重时一经震荡还会形成奶油粒，需采用均质处理加以克服。均质的目的：破碎脂肪球，防止脂肪上浮。使吸附于脂肪球表面的酪蛋白增加，进而改进粘度，缓和变稠现象使炼乳易于消化吸收改善产品感官质量。甜炼乳均质压力一般在10-14MPa，温度为 50-60 如果采用二次均质，第一次
15、均质条件和上述相同，第二次均质压力较低。33.5MPa，温度控制在 50左右。但炼乳大多采用二次均质，均质压力第一段为1416MPa，第二段为 3.5MPa 左右，温度为 50-60 为宜。.显微镜检测80%的脂肪球直径在 2 mm 下，认为均质2.6 冷却淡炼乳的冷却目的是及时且迅速地将物料的温度将下来，防止成品发生变稠和褐变，同时提高产品的稳定性。淡炼乳当日罐装需冷却到 10，次日装罐一般在4以下。冷媒：盐水、冷水甜炼乳的冷却目的要注意控制乳糖的结晶条件。冷却之所以要及时，迅速，是因为经浓缩和均质后的炼乳温度一般为 50左右，停留时间一长，会出现耐热性细菌繁殖，酸度上升等现象。冷却的目的：
16、抑制耐热性的细菌繁殖，酸度上升；防止成品变稠和褐变；提高产品的稳定性控制乳糖结晶，赋予产品良好的组织状态和稳定性。2.7 乳糖结晶：多而细的乳糖结晶，均匀分布于炼乳中而不至于沉淀，同时使甜炼乳组织柔软细腻，具有良好的感官品质。乳糖结晶原理：溶液饱和度和结晶的关系浓缩后的炼乳温度一般在50，此时的乳糖溶解度为30.4%，而一般炼乳水分中的乳糖浓度低于这个值，所以它能全部溶于炼乳所含的水份中。在冷却阶段，温度不断降低，如棠的溶解度也随着相应下降，到 30时为 19.9%，20时仅为 16.1%。在蔗糖存在的情况下，.溶解度会更低，乳糖发生结晶。这是一个从未饱和到再至过饱和的过程。同其它物质一样，乳
17、糖结晶过程也分为两步即晶核形成和晶体才成长，该过程与溶液过饱和系数有关，过饱和系数越高，则晶核的形成速度和晶体的成长速度愈快，这样所形成的晶体量少且大，这是甜炼乳生产所不允许的。甜炼乳中的乳糖有乳糖、乳糖两种不同异物体。乳糖的溶解度相对较高，在溶液中乳糖和乳糖可以相互转化，两者之间存在一个动态的平衡。平衡系数K=乳糖的溶解度/乳糖的溶解度乳糖结晶分为自然结晶和强制结晶。自然结晶：结晶过程自然进行，不加控制，不添加晶种的称为自然结晶，采用这种方法所得到的晶体大而少。强制晶体：需控制冷却速度和添加晶种，所得到的晶体小而多。甜炼乳生产中所采用的就是强制结晶。添加晶种：虽然冷却过程中可自然生成晶核，但
18、为了使晶核形成速度能远大于晶体生长速度，就需要人为的添加晶种。所添加的晶种起的是一个诱导的作用，使乳糖以晶核为中心，逐渐成为晶体，这样得到的晶体数量多，细小并且均匀分布于甜炼乳中。冷却结晶的步骤：取精制乳糖粉在120烘箱中 2-3h，然后在超细微乳糖粉碎机内进行粉碎，再置于烘箱中烘1h，随后反复 2-3 次并通过 120 目粉碎筛就可达到 5 m 以下的细度。.粉碎后的晶种可置于塑袋或装瓶封蜡贮藏，如需长时间，贮藏就要置于罐内并抽空充氮。晶种的添加晶种添加量一般为甜炼乳成品量的0.02%-0.03%，生产中一般控制在 0.025%。在冷却过程中，当温度到达强制结晶的最适温度时，将预先制备的乳糖
19、晶种用120 目筛均匀筛入，要求在10min 内筛完。整个过程都要在强烈搅拌中进行。如果采用真空冷却结晶法，则利用真空度（79.9985.33kpa）慢慢地将晶种以雾状均匀喷入炼乳中。乳糖晶体的判断用 450 倍显微镜，组织状态，口感。晶体在 15 m 以下，在炼乳中分布均匀的为特级品。晶体在 20 m 以下，5 m 以上为一级品，一级甜炼乳中分布均匀，产品口感呈砂状，并易产生沉淀。乳糖结晶的冷却装置分间歇式和连续式，其中间歇式又分为（一般冷却结晶和真空冷却结晶）连续式为连续式结晶器结晶过程均可分为三个阶段即冷却初期、强制结晶、冷却后期。2.8 控制试验及稳定剂的添加控制试验（小样试验）：淡炼
20、乳在最后阶段要进行高温无菌处理，这对其热稳定性要求很高，为了能预见无菌对淡炼乳造成的影响，确定稳定剂的添加量。稳定剂的目的：.炼乳的热稳定性与诸多因素有关，其中之一就是乳中所含的盐类。正常情况下乳中的钙盐，镁盐过剩，对此我们可以添加磷酸盐。、柠檬酸盐作为稳定剂，这是因为它们与钙盐、镁盐之间存在一定的平衡关系，添加适量，可以有效地防止高温无菌时蛋白质发生变形凝固。稳定剂的添加量以无水物计不能超过成品量的0.05%添加稳定剂后，PH 应在 6.6-6.7 控制试验后检查组织状态应无凝块和蛋白质凝固颗粒。稳定剂的加入速度不能太快，应在搅拌的同时缓缓加入炼乳中，这样才能使稳定剂和浓缩乳充分混合，并发挥
21、其稳定作用。2.9 罐装用热水升温，使炼乳的温度接近大气温度（原来是冷却后为20）升温速度不能太快，热水和炼乳的温差不应超过20，以防蛋白质受热变性而引起变稠。原因：20的冷却结晶结束温度，在夏季如果马上灌装，由于内外温差较大，在罐外壁会出现“出汗”的现象，即罐周围空气中的水蒸汽因温度下降而达到饱和状态并凝结于罐外壁上。“出汗”现象会导致罐外壁生锈，影响随后的贴标操作，而且贴上的商标在贮藏期很容易脱落，另外罐装后随着温度上升还会引起假胖听等缺陷。冬季由于气温很低，炼乳的粘度高，流动性差，也不易直接罐装。冷却结晶后的甜炼乳一般会有大量气泡，解决办法是用脱气设备或真空封盖机封口。.甜炼乳罐装后不再
22、杀菌，所以对罐装机和容器的卫生状况要更加注意，二者均应经过严格的消毒，防止对炼乳造成二次污染。自动装机，真空封罐机。罐装是要尽量装满，可以排除顶隙的空气，防止霉菌生长。罐装，封罐两步骤之间衔接要快，封罐后要及时擦罐，防止罐头生锈。淡炼乳装罐时不能装满，因为无菌时罐内的炼乳会因周围温度升高而膨胀，容易造成胖听，所以罐装淡炼乳时在罐顶要留有一定空隙，一般在 5 左右。淡炼乳灌装后要及时灭菌，否则应置于冷库中冷藏保存。2.10 灭菌灭菌目的（单炼乳）杀灭微生物，钝化酶类，延长产品贮藏期；提高粘度，防止脂肪上浮；赋予淡炼乳特殊的香味。灭菌方法：分批式（间歇式）、连续式15min20min15min 分
23、批式的灭菌方式：116在 15min 内使无菌器内温度升至116左右，随后停止升温进入保温阶段，保温 20min，然后在冷却段于 15min 内将温度冷却到室温之下。.灭菌时罐头应处于运动状态，指装有罐头的杀菌随着转轴旋转，需注意的是转速对淡炼乳的粘度由一定影响，转速太快会使粘度下降，太慢则会使粘度升高。冷却段紧随着保温段进行，要求及时、迅速，先在3-4min内排出蒸汽和灭菌器内的热水，然后不断通入冷却水，直到温度达到室温为止。连续式灭菌法分三个阶段，预热段，灭菌段，冷却段。灭菌段温度应达到114119，并保温1-4min，最后再冷却段将温度迅速冷却到室温。冷却式无菌法的整个无菌时间很短，而败坏率大大高于分批式无菌法，操作可实现自动化，应该大力推广。思考题：1.乳的浓缩技术有哪几种？2.简述牛奶的蒸发原理。3.目前常见的浓缩设备的种类有哪两种？简述其工作原理。4.炼乳分几种？一般要求甜炼乳的蔗糖含量、水分含量，淡炼乳的脂肪含量为多少？5.淡炼乳与甜炼乳的区别？