第三章 乳制品的常规加工处理

1. 第三章 乳制品的常规加工处理

2. 第一节 乳的分离

3. 一、乳分离目的、原理及方法 1、乳分离的目的 • 在乳制品生产中主要采用离心的方法对乳进行分离，其目的是： ①得到稀奶油（cream），制作奶油（butter）。 ②去除乳中杂质和体细胞。

4. 2、乳分离的原理 • 乳的分离主要利用乳脂肪、非脂乳固体、杂质密度的不同，用重力或离心力作用使其分离。 • 一般牛乳脂肪的密度为0.93，脱脂乳的相对密度为1.043，牛乳在静置时由于重力作用，脂肪球会上浮，上层主要是脂肪，中层为脱脂乳，下层为固体杂质。 • 乳经分离后，上层为稀奶油（cream），主要成分是脂肪，可直接食用，也可用于加工奶油、冰淇淋。下层为脱脂乳（skim），可用于生产脱脂乳粉、干酪素、酸乳等。

5. 3、乳的分离方法 （1）静置法 • 没有分离机之前，采用将牛乳倒入深罐中，静置于低温的地方24-36h，使乳分离成表面含脂率15-20%的稀奶油。但分离时间长，脂肪分离不彻底，损失较大。 （2）离心法 • 采用牛乳分离机，利用离心力使乳中的脂肪与蛋白质分离。

6. 4、影响牛乳分离的因素 • v=Rω2(ρp-ρf)d2/18ηp ① 分离机转数：转数越高，奋力效果越好，但由于制造工艺的原因，一般4000-6000rpm。 ② 牛乳温度：温度主要是对乳黏度的影响，降低黏度有利于分离，另外，温度提高使乳的相对密度降低，脂肪与脱脂乳比较密度降低较大，因此使密度差变大，利于分离。 ③ 乳中杂质的含量：杂质含量高时，分离机内壁容易污染堵塞，使分离机有效半径降低。 ④ 脂肪球直径：脂肪球越大，越容易分离。 ⑤ 乳的流量：乳的流量小，乳在分离机内停留时间长，分离效果好，但生产效率低。

7. 二、离心除菌 • 细菌特别是芽孢可以通过专门设计的离心机即除菌机，在高离心力和高温下分离除去。 • 在73℃左右时，处理两次会使菌数减少三个数量级，得到芽孢数量很少的乳，但有少部分乳固体进入杂质中，为了降低费用，对排除的杂质经常采用杀菌再加入到乳中。该除菌机已被用来减少干酪原料乳中丁酸梭状芽孢杆菌的芽孢数量，建议这种方法也用于清除UHT奶巴氏杀菌乳及饮料中的蜡样芽孢杆菌的芽孢。

8. 第二节 乳的标准化

9. 原料乳中脂肪与无脂干物质的含量随乳牛品种、地区、季节和饲养管理等因素不同而有较大的差别。原料乳中脂肪与无脂干物质的含量随乳牛品种、地区、季节和饲养管理等因素不同而有较大的差别。 • 因此，必须调整原料乳中脂肪和无脂干物质之间的比例关系，使其符合制品的要求。一般把该过程称为原料乳标准化。 • 如果原料乳中脂肪含量不足时，应添加稀奶油或分离一部分脱脂乳，当原料乳中脂肪含量过高时,则可添加脱脂乳或提取一部分稀奶油。

10. 一、标准化的原理 • 乳制品中脂肪与无脂干物质间的比值取决于标准化后乳中脂肪与无脂干物质之间的比值，而标准化后乳中的脂肪与无脂干物质之间的比值取决于原料乳中脂肪与无脂干物质之间的比例。 • 若原料乳中脂肪与无脂干物质之间的比值不符合要求，则对其进行调整，使其比值符合要求。

11. 二、标准化方法 • 若设： F—原料乳中的含脂率(%)； SNF—原料乳中无脂干物质含量(%)； F1—标准化后乳中的含脂率(%)； SNF1—标准化后乳中无脂干物质含量(%)； F2—乳制品中的含脂率(%)； SNF2—乳制品中无脂干物质含量(%)。 • 则：F1/SNF1=F2/SNF2=R

12. 在生产上通常用比较简便的皮尔逊法进行计算,其原理是设原料中的含脂率为p%，脱脂乳或稀奶油的含脂率为q%，按比例混合后乳(标准化乳)的含脂率为r％，原料乳的数量为X，脱脂乳或稀奶油量Y时，原料乳和稀奶油(或脱脂乳)的脂肪总量等于混合乳的脂肪总量，对脂肪进行物料衡算，则形成下列关系式：在生产上通常用比较简便的皮尔逊法进行计算,其原理是设原料中的含脂率为p%，脱脂乳或稀奶油的含脂率为q%，按比例混合后乳(标准化乳)的含脂率为r％，原料乳的数量为X，脱脂乳或稀奶油量Y时，原料乳和稀奶油(或脱脂乳)的脂肪总量等于混合乳的脂肪总量，对脂肪进行物料衡算，则形成下列关系式： pX+qY=r(X+Y) 则X(p-r)=Y(r-q)，或X/Y=（r-q）/（p-r） q<r，p>r时，添加脱脂乳 q>r，p<r时，添加稀奶油

13. 例题：1000kg含脂率3.5%的原料乳，需将其标准化，标准化后含脂3.2%，需添加含脂0.2%的脱脂乳还是含脂量35%的稀奶油，添加多少千克？例题：1000kg含脂率3.5%的原料乳，需将其标准化，标准化后含脂3.2%，需添加含脂0.2%的脱脂乳还是含脂量35%的稀奶油，添加多少千克？ 解：p=3.5，r=3.2，p>r，需添加脱脂乳 X=1000，q=0.2% X/Y=（r-q）/（p-r）代入数据： 1000/Y=（3.2-0.2）/（3.5-3.2） Y=100kg，需添加脱脂乳100kg

14. 第三节 乳的均质

15. 一、均质的目的 • 防止脂肪上浮或其它成分沉淀而造成的分层。为了做到这一点，脂肪球的大小应被大幅度地降低到1μm。均质能减少酪蛋白在酸性条件下的凝胶沉淀。 • 提高微粒聚集物的稳定性，通过均质脂肪球的直径减小使表面积增大增加了脂肪球的稳定性。此外，微粒聚沉尤其在稀奶油层中易发生，经均质过的制品中形成的微粒聚沉非常缓慢。 • 获得要求的流变性质：均质后酸化的乳（如酸奶）比未被均质的酸化乳的粘度要高。这是由于被酪蛋白覆盖的脂肪球参与酪蛋白胶束的凝聚。

16. 二、均质的原理 • 均质作用主要由均质机完成。 • 均质机是由一个高压泵和均质阀组成。操作原理是在一个适合的均质压力下，料液通过窄小的均质伐阀而获得很高的速度，这导致了剧烈的湍流，形成的小涡流中产生了较高的料液流速梯度引起压力波动，这会打散许多颗粒，尤其是液滴。

17. 均质后产品 均质前原料 均质后产品

18. 三、均质团现象 • 稀奶油的均质通常引起粘度增加，在显微镜下可以看到在均质的稀奶油中有大量的脂肪球聚集物，含有大约10５个脂肪球而非单一的脂肪球，即均质团。 • 因为均质团间隙含有液体使稀奶油中颗粒的有效体积增加，因此增加了它的粘度。

19. 均质团成因及影响因素 • 在均质过程中当部分裸露的脂肪球与其它已经覆有酪蛋白胶束的脂肪球相碰时，这种酪蛋白胶束也能够附着在裸露的脂肪球表面。因此两个脂肪球由酪蛋白胶束这个“桥”连接着，从而形成均质团，该团块会很快被随后的湍流旋涡打散。 • 然而，如果蛋白质太少以至于不能完全覆盖在新形成的脂肪表面，部分裸核脂肪球恰好在均质机的阀缝之外会形成均质团，在那动力太小以致不能再次打破。

20. 均质团成因及影响因素 • 高脂肪含量、低蛋白含量、高均质压力及表面蛋白相对过剩，均质温度低（酪蛋白胶束扩散慢），强烈预热（几乎没有乳清蛋白吸附）等促进了均质团的形成。 • 在实际操作中，当稀奶油含量小于9%时，均质团块不产生；在含有高于18%脂肪的稀奶油通常产生均质团；在脂肪含量9%～18%范围内的，产生的团块主要与均质压力和温度有关。

21. 四、影响均质效果的因素 1、压力——14-21Mpa • 压力越大，脂肪球直径越小，但压力过大，会降低酪蛋白的热稳定性，对高温灭菌不利。 2、温度——55-80℃ • 温度过低，均质效果不好，因脂肪球聚集形成奶油粒。 • 温度过高，影响酪蛋白的稳定性。 3、均质方式 • 二段均质：均质机分两段，第一段14-21MPa，第二段5MPa

22. 五、均质后乳的特点 • 颜色：由于脂肪球变小，数量增加，在光线照射下折射和反射机会大，使乳的颜色变白。 • 风味：脂肪球变小后，增加了比表面积，容易氧化产生异味。 • 黏度：均质后黏度变大，如混入空气会使乳泡沫增多。 • 缺点：均质后不能有效分离脂肪；均质后乳热稳定性降低；由于脂肪球结构改变，使其容易被脂肪酶氧化。

23. 第四节 乳的热处理

24. 一、热处理的目的 • 保证消费者的食用安全性 • 延长货架期：杀菌和灭酶 • 形成产品的特性：失活细菌抑制剂如免疫球蛋白和乳过氧化氢酶系统来提高发酵剂菌的生长；获得酸奶的理想粘度；促进乳在酸化过程中乳清蛋白和酪蛋白凝集；乳蒸发前加热可提高炼乳杀菌期间的凝固稳定性。

25. 二、加热引起的变化 • 自学内容，但需掌握。

26. 三、加热处理方法 1、预热杀菌 • 通常为60～69℃、15～20s。其目的在于杀死细菌，尤其是嗜冷菌。加热处理除了能杀死许多活菌外，在乳中几乎不引起不可逆变化。 2、低温长时巴氏杀菌（LTLT） • 牛乳经62～65℃、30min保温杀菌。在这种温度下，乳中的病原菌，尤其是耐热性较强的结核菌都被杀死。

27. 三、加热处理方法 3、高温短时杀菌（HTST） • 通常采用72～75℃、15s杀菌，或采用80～85℃、10～15s的加热杀菌。由于受热时间短，热变性现象很少，风味有浓厚感，无蒸煮味。 4、超高温灭菌(UHT) • 超高温灭菌法是将奶加热到135℃或135℃以上并持续至少1秒种。不但可杀死细菌营养体，还可杀死芽孢。 • 室温条件下，超高温灭菌乳的微生物特性是稳定的。但是，由酶引起的生物化学腐败反应是可以进行的，这也是室温下保存会缩短超高温灭菌乳货架寿命的原因。

28. 四、加热方式及设备 1、热交换方式：以蒸汽或水为加热介质，通过传导、对流等方式使乳温度升高。 • 直接加热法：直接加热法是乳先用蒸汽直接加热，然后进行急剧冷却。此法包括喷射法(蒸汽喷入制品中)和注入法(制品注入蒸汽中)两种方式。 • 间接加热法：间接加热法是指通过热交换器器壁之间的介质间接加热的方法，其冷却也可间接通过各种冷却剂来实现。

29. 四、加热方式及设备 2、热交换设备

30. 第五节乳的浓缩、干燥和分离

31. 一、浓缩 • 所谓浓缩就是用加热的方法使牛乳中的一部分水汽化，并不断排出，从而使牛乳中的干物质含量提高的加工处理过程。 • 乳制品的浓缩一般采用真空浓缩。主要让其在低温下沸腾以避免由加热造成的（成分）损失。

32. 1、浓缩的目的 • 生产浓缩产品，如炼乳、甜炼乳、浓缩酸奶。乳、脱脂乳、乳清和其它乳产品可以蒸发除水浓缩，以减少体积并提高保存质量。 • 干燥乳制品的一个生产步骤，真空蒸发除水要比干燥除水节约能源和节省冷却用水。 • 通过浓缩结晶从乳清中生产乳糖（α-乳糖水化合物）。

33. 2、真空浓缩原理和条件 • 在21～8kPa减压条件下，采用蒸汽直接或间接法对牛乳进行加热，使其在低温条件下沸腾，乳中一部分水分汽化并不断地排除。 • 特点：速度快、低温对乳的影响小、低温对设备污染小，结块少易清洗。

34. 配有压缩机的三效蒸发器

35. 二、干燥 • 干燥是通过水分蒸发直到使物质变成固体状的过程。 • 干燥通常用来生产易于保存，加水后可还原其性质与原始状态相似的食品——乳粉。 • 乳粉的特点：体积小，便于运输；水分含量低，保质期长；产品加水可还原。 • 液体干燥有许多方法如筒式干燥 、发泡干燥、冷冻干燥 ，但最为常用的是喷雾干燥。

36. 干燥方法比较 • 冷冻干燥：真空条件下，将水直接升华而去除，对蛋白质影响小，产品质量好，但设备成本高。 • 喷雾干燥：将浓缩的乳通过雾化器，使之被分散成雾状的乳滴，极大地增加了蒸发表面积。此时在干燥室中与热风接触，浓乳表面的水分在0.01-0.04s内瞬间蒸发完毕，雾滴被干燥成粉粒落入干燥室底部。乳品工业常用。

37. 干燥对产品可能产生的影响 • 香味保持：除水分之外，雾滴也失去其它的挥发性成分，包括香气成分。香气保持随小滴大小和干燥温度增加而增加。 • 高干燥温度可导致不理想的变化：包括乳清蛋白的变性、粉末不溶解等。 • 干燥液滴的大小和粉粒的大小对于制造方式和得到粉末性质很重要：微粒越大，不完全干燥的液滴接触机器壁的危险也越大，微粒越小，从干空气中分离它们就越困难。

38. 三、膜处理在乳制品加工中的应用 • 采用一些膜分离乳中的某些物质。 • 常用微滤、超滤、反渗透等。 • 膜具有浓缩和分离双重作用。 • 应用：浓缩分离乳清蛋白、乳的浓缩、除盐等。

39. 第六节 加工设备的清洗和消毒

40. 一、清洗消毒的目的 • 巴氏杀菌设备运行一定时间（一般为6h，视其设备和原料奶质量而定）后，必须进行清洗消毒，旨在冲洗物料管内、单元设备内残留的乳成分，清除设备、管道内污垢，以防止细菌孳生并有利于热交换；同时杀灭设备、管道内微生物。 • 巴氏杀菌设备运行数几小时之后，冷却段内的乳会滋生细菌。在巴氏杀菌中存活下来的细菌附着在乳垢里形成的一薄层叫做微生物薄层。设备持续使用10h后，巴氏杀菌乳中的微生物数量会显著增加。

41. 二、清洗剂的选择 • 牛乳加热到60℃以上时，由于磷酸钙和磷酸镁与蛋白质、脂肪等物质共同沉积，形成乳石，乳石不但可滋生微生物，同时还可阻塞管道，使生产能力下降。 • 因此，要求清洗剂可分解或溶解乳石这类物质。 • 多使用氢氧化钠、磷酸盐、硅酸盐等碱性洗剂和磷酸、硝酸、盐酸、硫酸等酸性洗剂。近年来又在这些洗剂中添加表面活性剂或金属螯合物，使其更容易除去污物和改善洗涤性能以及防止乳垢沉着。

42. 三、清洗消毒方法 • 设备在生产结束后或生产间歇（一般连续生产6h），一定要认真清洗和消毒。清洗和消毒必须分开进行，不可同时进行，因为未经清洗的导管和设备，消毒效果不好。 • 方法：CIP清洗（原位清洗或就地清洗），把水和清洗剂直接打入管道，在生产线上进行清洗，无须拆开设备。

43. 不同产品的管路，清洗方法不同 • 冷管路及设备：水洗3min→75℃碱液10min →90℃热水冲洗3min • 热管路及设备：热水冲洗3min →75-80℃碱液15-20min →65-75℃酸液（硝酸）15-20民→热水冲洗5min；开工前进行消毒：热水5min→90℃热水8min→冷却至工作温度 • 巴氏杀菌系统：水洗3-5min→75-80℃碱液15-20min→热水冲洗3-5min→65-70℃酸液15-20min→热水冲洗5min • UHT管路：热水15min→137℃碱液10-15min→温水洗至中性→80℃酸液10-15min→热水洗至中性→85℃碱液10-15min→热水洗至中性

44. 四、清洗效果检验 • CIP清洗结束后，对管路及设备的气味、视觉外观、微生物污染情况进行评定。 • 视觉上：设备表明光亮、无积水、无乳垢及其它物污。 • 无异味：主要是含氯消毒剂 • 微生物：用棉球擦拭取样、冲水取样，测定其中细菌总数和大肠菌群，要求细菌总数小于100cfu/100cm2，大肠菌群小于1cfu/100cm2。

45. 本章学习重点 • 乳分离的目的和原理 • 什么叫乳的标准化？其原理和方法。 • 均质的目的和原理。 • 影响均质效果的因素，均质后乳的特点。 • 乳加热处理的目的和主要方法。 • 牛乳加热后的变化。 • 乳浓缩的目的和方法。 • 乳干燥的目的和方法。 • 乳加工设备清洗消毒的目的和方法。