乳品加工的工艺设施

《乳品加工的工艺设施》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乳品加工的工艺设施（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、乳品加工的工艺设施 热交换器 离心分离机和牛乳脂肪标准化 均质机 膜滤 (自己阅读) 蒸发器 脱气罐 泵 管道、阀门和安装管件 罐 工艺控制 服务系统热交换器 热处理的目的 时间/ 温度组合 乳品厂中的热传递过程 传热理论 热交换器的不同类型思考题巴氏杀菌定义巴氏杀菌效果检验方法热处理的目的是什么？巴氏杀菌的种类超高温处理技术怎样实现热传导热交换器的类型有哪几种到19世纪末，牛乳的热处理已经相当普遍。热处理被采用之前，牛乳是有 害微生物的危险来源之一。因为，它是微生物理想的培养基。牛乳不时地传播 像结核、斑疹、伤寒等疾病。“巴氏杀菌”一词是为纪念路易斯巴斯德，他在19世纪中期，对微生物的热 致

2、死效果进行了重要的研究，并将热处理作为一项防腐技术。牛乳的巴氏杀菌 是一种特定的热处理方式。它可以这样定义，“巴氏杀菌是能有效破坏结核杆 菌（TB），但对牛乳的物理和化学性质无明显影响的任何一种牛乳热处理方法 。”牛乳若是被过度加热，或是加热不够，而使得牛乳带有蒸煮味或发现仍含 有存活的T.B(结核杆菌)。另外，牛乳中的大多数致病菌都不能形成芽孢。热处理的目的在十九世纪三十年代中叶，Kay和Graham声明检出了磷酸酶。这种酶在原乳中永远存在，并且会在巴氏杀菌有效的温度/时间组合下被破坏。另外，这种 酶是否存在也非常容易确定。依据Scharer磷酸酶实验，牛乳中若不存在磷酸酶 ，表明牛乳已经经

3、过适当的热处理。只要通过相当缓和的热处理，这种热处理对乳的理化特性影响很小，就能 杀死出现于乳中的全部致病菌。其中最耐热的结核杆菌(T.B)，在乳被加热到 63，保持10 分钟时，就会被杀死。将牛乳加热到63，保持30 分钟就能保 证百分之百的安全。因此，T.B 就可以作为巴氏杀菌的指标：任何能破坏T.B 的热处理就可以杀灭乳中所有其他的致病菌。除了致病微生物，乳中还含有能够破坏不同乳制品的风味和缩短其保质期的其他物质和其他类微生物。因此，热处理的第二个目的就要最大程度地破坏 这些微生物和酶系统。这需要比杀灭致病菌更强烈的热处理。尽管采用了现代化的冷却技术，但随着送奶时间间隔的延长，微生物有更

4、 多的时间繁殖并发展其酶系统。与此同时，乳中的成份被降解，pH值下降等等，为了克服这些问题，当乳送达乳品厂后，必须尽可能快地对其进行热处理。时间/ 温度组合温度和保持时间的组合非常重要，因为它决定了热处理的强度。图1表示的是 大肠杆菌、斑疹伤寒菌和结核杆菌的致死曲线。根据这些曲线可知，如果把牛乳加 热到70，并在此温度下保持1秒钟，就可以杀死大肠杆菌，而在65下，需要 保持10 秒钟才能杀死大肠杆菌。即70/1s 和60/10s 这两种组合具有同样的 致死效果。结核菌比大肠杆菌对热具有更强的抵抗力，在70下保持20 秒或在60下 保持2分钟才能保证将它们全部破坏掉。或许牛乳中还有耐热的球菌，通

5、常情况下 ，它们是完全无害的。大肠杆菌、斑疹伤寒菌和结核杆菌的致死曲线图1热处理的限制因素从微生物的观点看，牛乳的热处理强度是越强越好。但是强烈的热处理对牛 乳的外观、味道和营养价值会产生不良的后果。牛乳中的蛋白质在高温下会变性 ，这意味着用于干酪生产的原乳，经过强烈的热处理，会受到严重的损害；剧烈 的加热使味道改变。首先出现了蒸煮味，继而是焦糊味。因此，时间和温度的组 合的选择必须考虑到微生物和产品质量两个方面，以实现最佳效果。表1预杀菌先将牛乳预热至低于巴氏杀菌的温度，以暂时阻止细菌的生长。这种加工方 法称为预杀菌。将牛乳加热至63-65，保持15 秒，这种温度和时间的组合不能 钝化磷酸酶

6、。在许多国家中，法律禁止两次巴氏杀菌，所以，预杀菌必须在还没 有达到巴氏杀菌条件时就停止。为了防止热处理后需氧芽孢菌在牛乳中繁殖，牛乳必须迅速冷却到4或4 以下，且不能与未处理的牛乳混合。许多专家认为，预杀菌对某些芽孢菌有积极 的作用。此种热处理能引起许多芽孢恢复到营养体状态，这意味着，牛乳在后续 的巴氏杀菌过程中，这些芽孢将被破坏。预杀菌只是在特殊情况下采用，实际上，牛乳在到达乳品厂24小时之内应全 部进行巴氏杀菌。低温长时(LTLT)巴氏杀菌最初的热处理是间歇式生产，是将牛乳在一个敞口容器中升温到63，并保持30 分钟。这种方法被称为是保温法或是低温长时LTLT 巴氏杀菌法。现在，牛乳几

7、乎都是连续地被加热，如预杀菌，高温短时巴氏杀菌或是超高温处理。高温短时巴氏杀菌HTST 意思是高温度短时间。实际的温时组合应根据原乳的质量， 加工的产品类型，以及要求保存的特性的不同而变化。图 2 某些酶失活的时间/温度曲线和某些微生物的致死曲线牛乳的高温短时加工是将牛乳加热到72-75，保持1520秒，之后再冷却。通 过这种温时配合，磷酸酶被破坏。所以，磷酸酶试验可用来检查牛乳是否进行了适 当的巴氏杀菌。实验结果一定是阴性：即不能检出有活性磷酸酶。如图 2。稀奶油和发酵乳制品磷酸酶试验不适用于脂肪含量高于8%的乳制品。因为巴氏 杀菌后，在相当短的时间里，酶的活性又会有所恢复。由于脂肪是不良的

8、热导体， 热处理也应该更剧烈一些。所以用另一种酶，过氧化氢酶来检查稀奶油的巴氏杀菌 效果(过氧化氢酶试验)。产品被加热至80以上，保持5秒，这种更加强烈的热处 理足以钝化过氧化氢酶。试验结果一定是阴性即在产品中不能检出活性的过氧化 氢酶，如图 2。磷酸酶试验同样不能用于酸化制品的检测，所以加热温度的控制决定于过氧化 氢酶。牛乳要制成发酵乳制品，通常要经过强烈的热处理，以使乳清蛋白凝结，从 而提高它的水合性（防止乳清析出）。超巴氏杀菌当产品货架期有特殊要求时，可以采用超巴氏杀菌。对于有些生产者多出两 天就足够了，然而其他一些生产者的目标是其产品的货架期要比传统的巴氏杀菌 产品的极限2-16 天还

9、要多，即30-40 天。它的基本原理是减少生产和包装过程中 的再次污染，以延长产品货架的寿命。这就要求有非常高水平的生产卫生条件和 严格的分送温度，温度不宜超高7温度越低，货架寿命越长。牛乳加热至125138，保持2-4 秒，并冷却至7以下，这些条件是延长货 架寿命的基础。ESL即延长货架寿命是热处理产品的一个专用术语，它是用某种 方法来提高产品的保存质量。ESL产品在分送和零售贮存时，一定仍要保持在冷 却条件下。超高温处理UHT意思是超高温灭菌。超高温技术通常是将牛乳加热至135140，这可以 杀死会引起产品腐败的微生物。超高温处理是一个在密闭系统中连续的加工过程，这可以防止空气中微生物的污

10、 染。产品要连续快速地通过加热和冷却段。无菌罐装是加工过程中的重要部分，它 可以防止产品的再次污染。通常有两种超高温方法可供采用： 在热交换器中间接加热和冷却， 直接加热即蒸汽喷入牛乳或牛乳喷入蒸汽，在真空条件下蒸发冷却。灭菌最初的形式，现在仍然沿用的是对罐装后产品的灭菌，通常是加热到115 120保持20-30 分钟。脂肪标准化后，均质且加热到80左右，牛乳被装入洁净的容器中，通常乳被装 入玻璃或塑料瓶，浓缩乳装入铁听容器中。热的产品被送进杀菌釜间歇式生产或送进 静压塔以实现连续式生产。灭灭 菌菌加热和冷却中的热回收在许多情况下，一种产品必须首先经过一定程度的加热处理，然后再冷却。 牛乳的巴

11、氏杀菌就是一例。冷却的牛乳从4加热到巴氏杀菌温度72，在此温度 下保持15 秒，然后再冷却到4。巴氏杀菌牛乳的热量被用于加热冷牛乳。进口的冷牛乳通过出口的热牛乳预 热，热牛乳同时预冷。这可以节省热能和冷能。这一过程在片式热交换器中进行。 被称之为交流换热或者更通俗地说是热回收。巴氏杀菌热量的94-95% 都可以实 现循环使用。加 热牛乳通过低压蒸汽（现在很少采用）或热水等传热介质加热，加热介质传给 牛乳一定的热量，这样随着加热介质温度下降，牛乳的温度随之上升。 冷 却牛乳运送到乳品厂后，通常是先直接将其冷却到5或者5以下，用以暂时性地 防止微生物的生长。巴氏杀菌后的牛乳也要冷却到一个较低的温度

12、，通常约为4。如果手头上有冷水，这些水可以用于巴氏杀菌之后的预冷却，以实现热回收。就 所有情况而言，热量总是由牛奶向冷却介质方向传递，当牛乳的温度降到要求的数值 时，冷却介质的温度也相应地升高了。冷却介质可以是冷水、冰水、盐溶液或醇溶液， 如酒精。乳品厂中的热传递过程乳品厂中的热传递过程传热理论为了实现热传递，两种物质必须具有不同的温度。热量总是从高温物质向低 温物质传递。温差越大，传热速度越快。在传热过程中，温差逐渐减小，传 热速度减慢，当温度相等时，传热完全停止。传热有三种方式：传导、对流和辐射。 传导即热能通过固体物质传递或通过静止液体层传递。（在传递方向上没有物理流动和混合）。 对流是

13、另一种传热方式，当热粒子与冷粒子混合时，前者把热量通过传导 传递给后者。对流必定包含混合。 辐射是从热源向外散发热量。热能被转化为辐射能，它从一个物体发出， 被经它辐射的物体吸收，几乎所有的物质都能发射辐射能。传热原理 乳品厂中所有的传热多以传导和对流的方式进行。 经常使用两种方法：直接加热和间接加热。直接加热直接加热意思是将加热介质与产品直接混合。 这种技术常用于： 水的加热。蒸汽直接喷入水中，通过传导和对流将热量传给水。 加热产品，如在某些类型干酪的生产中加热凝块（是通过热水与凝块混合），还有用直接加热的方法对牛乳 灭菌（蒸汽喷射或是牛乳浸入蒸汽中）。直接加热有利于迅速传热。直接加热包含了

14、产品与加热介质混合，加热介质将在随后的工艺中作相应的 处理。这种方法对加热介质要求十分严格。某些国家法律禁止使用直接加热方法，因为直接加热将外界杂质带 入了产品。间接加热间接加热是乳品厂中最常使用的方法，这种方法是在产品和加热介质或冷却介质之间放置了一个间壁物， 热量由介质传到间壁，再由间壁传到产品。我们假设加热介质是热水，在间壁的一侧流动，间壁的另一侧是冷 牛乳。于是间壁的一侧被加热，而另一侧则被冷却。在板式热交换器中，板片就是这个间壁物。间壁两侧均有一边界层。由于摩擦力的作用，与间壁接触的边界层液体流速几乎降至零。紧靠边界层外 的一层液体受边界层液体的影响而速度较小，然后依次增加，在流道中

15、心流速最快。同样地，热水的温度在通道中间是最高的，越是接近间壁的水，被另一侧的冷牛乳冷却得越快。热量以 对流和传导的方式通过边界层传递。热量从边界层通过间壁传到另一侧的边界层，几乎完全靠热传导，但进 一步将热量传递至流道中心则是通过传导和对流来完成的。热交换器 热交换器是通过间接加热的方法来传递热量的。 以后将介绍几种不同类型的热交换器。借助于热交换器中被间壁隔开的两个 通道，我们可以简单地说明热传递的过程。 热水（红色）通过一个通道，牛乳（蓝色）流过 另一个通道，二者通过间壁进行热传递。热水 进口温度为ti2，出口被冷却到to2。牛乳进口 温度为ti1，出口时被热水加热到to1 。牛乳 和热

16、水通过热交换时的温度变化如图 3的曲 线所示。图 3 在热交换器中热传递的温度分布热交换器的尺寸数据热交换器必需的尺寸和结构取决于很多因素 ，要计算是非常复杂的，当今通 常借助于计算机进行计算。有几种因素一定 要加以考虑： 产品流量 液体的物理性质 温度程序 允许的压力降 热交换器的设计 清洁度的要求 要求运行的时间用于计算热交换器尺寸（热交换器的面积）的一般公式是：产品流量 流量V，是由乳品厂的设计能力决定的。流量越大，要求的热交换器越大。 例：如果乳品厂中，产品流量由10000L/h 增加到20000L/h，那么热交换器也必然增加为原 尺寸的两倍，相应提供的介质流量亦需加倍，其它参数不变。 液体的物理特性 产品密度p 由产品决定。 比热cp也由产品决定，比热值告诉我们将某种物质温度升高1，需提供多少热量。 另一个重要的物理特性是粘度。 温度程序 热交换器的目的是加热或冷却一定数量的产品，比如牛