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）超滤和反渗透（3）冷冻浓缩（1） 蒸发的类型Ⅰ自然蒸发 19在低于沸点的状态下进行蒸发，蒸发速度慢例如海水晒盐Ⅱ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Ⅰ效),第Ⅱ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4~10m,最长不超过15m，管径在25~80mm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1） 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500µ，反渗透膜截留的分子量一般小于500µb.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/µ分子质量/µ组分直径/µ分子质量/µ脂肪球100—1041012—1014乳糖约1342酪蛋白胶束10—300107—109盐分子约0.4—120—200乳清蛋白3—6104—105水分子约0.318c.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但操作成本非常大，大约是蒸发和膜浓缩的4—5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、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（1） 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。
2） 标准化的计算公式SNFSNF2= * 100%100-F100-FSNF1= * SNF2100SNF2—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)-Fm1= *m2 F1-(SNF1*R1)含脂率过高时可按下式计算脱脂乳添加量 F/R1-SNFm3= *m2 SNF2-F2/R1m1—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（%）（1） 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①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②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③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①低温长时间法（LTLT法）②高温短时间法（HTST法）③超高温瞬时法（UHT法）（3）预热工艺条件①甜炼乳：采用HTST法，温度为80—85℃，时间3—5min 采用UHT法，温度120℃左右，时间2—4s②淡炼乳：采用HTST法，温度为95—100℃，时间10—15 min 采用UHT法，温度120—140℃，时间2—5s2.3 加糖①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②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③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④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： ①破碎脂肪球，防止脂肪上浮②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③使炼乳易于消化吸收④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，第一次均质条件和上述相同，第二次均质压力较低3—3.5MPa，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14—16MP。