主要乳制品加工工艺技术——精品课程讲义

主要乳制品加工工艺技术——精品课程讲义内容摘要：

等于该温度下的饱和蒸汽压。 由于产品中水分含量很高，因此这一饱和蒸汽压必须等于灭菌温度下的饱和蒸汽压， 135℃ 下需保持 的背压以避免料液沸腾， 150℃ 则需 的背压。 经验介绍，加工中背压设置至少要比饱和蒸汽压高。 所以，在超高温板式热交换器的灭菌段就需要保持 的背压。 图 210 所示为以板式热交换器为基础的典型流程图。 图 211 为以管式热交换器为基础的典型流程图。 间接加热类型的超高温灭 菌设备加工能力可高达 30000L/h，标准化后的牛乳由储存罐泵送至超高温灭菌系统的平衡槽 1，由此经供料泵 2 送至板式热交换器的热回收段。 在此段中，标准乳被已经 UHT 处理过的乳加热至 75℃ ，同时， UHT乳被冷却。 预热后的标准乳随即在 18～ 25MPa 的压力下均质（均质机 4）。 均质后的标准乳继续到板式热交换器的加热段被加热至 137℃ ，加热介质为一封闭的热水循环，通过蒸汽喷射头 5将蒸汽喷入循环水中控制温度。 加热后，标准乳流经保温管 6，保温管的容量保证保温时间为 4s。 最后，进入冷却段，首先与循环热水的换热，随后与进入系 统的冷标准乳换热，离开热回收段后，标准乳完全变成 UHT 乳，直接连续流到无菌包装机或流向一个无菌罐作中间储存。 以管式热交换器为基础的间接超高温灭菌设备其加工远离与板式热交换器超高温灭菌设备基本相同。 管式热交换器可以串联或并联连接，形成一完整的最佳系统，以完成加热和冷却的任务。 三、无菌灌装 UHT 灭菌乳多采用无菌包装。 经过超高温灭菌加工出的商业无菌产品，是以整体形式存在的。 必须分装于单个的包装中才能进行储存、运输和销售，使产品具有商业价值。 因此，无菌灌装系统是加工超高温灭菌乳不可缺少的。 所谓的无菌包装是将 杀菌后的牛乳，在无菌条件下装入事先杀过菌的容器内，该过程包括包装材料或包装容器的灭菌。 由于产品要求在非冷藏条件下具有长货架期，所以包装也必须提供完全防光和隔氧的保护。 这样长期保存鲜奶的包装需要有一个薄铝夹层，其夹在聚乙烯塑料层之间。 无菌包装的 UHT 灭菌乳在室温下可储藏 6个月以上。 1. 包装容器的灭菌方法 用于灭菌乳包装的材料较多，但加工中常用的有复合硬质塑料包装纸、复合挤出薄膜和聚乙烯（ PE）吹塑瓶。 容器灭菌的方法也有很多，包括物理法（紫外线辐射、饱和蒸汽）和化学试剂法（过氧化氢 H2O2）。 （ 1）紫外 线辐射灭菌 波长 2537nm 的紫外线，具有很强的杀菌力。 杀菌原理是细菌细胞中的 DNA 直接吸收紫外线而被杀死。 因此，紫外线杀菌灯在乳品工厂被广泛采用。 主要用于空气杀菌。 其缺点为只对照射的表面有杀菌效果。 紫外线对牛乳的透过力低，照射后与可见光线接触时部分菌体细胞有复活，所以，紫外线对牛乳的杀菌，一直没有成功。 紫外线也可对包装材料表面进行杀菌，但结果不令人满意，原因是如何保证辐射强度在整个中均匀一致，如何对不同形状的包装容器进行良好的灭菌，如何排除灭菌过程中灰尘及赃物对细菌的保护作用等。 若将紫外线与 H2O2结 合起来使用，灭菌效果会更好。 （ 2）饱和蒸汽灭菌 饱和蒸汽灭菌是一种比较可靠、安全的灭菌方法。 （ 3）双氧水（ H2O2）灭菌 由于双氧水的强氧化作用，使微生物（包括芽孢）破坏，而且处理后容易排除。 因此，这种方法被广泛采用。 与热灭菌过程一样，H2O2灭菌的主要影响因素也是时间和温度。 总体来说，目前双氧水灭菌系统主要有两种，一种是将 H2O2加热到一定温度，然后对包装盒或包装材料进行灭菌。 这种灭菌一般在 H2O2水槽中进行。 另一种是将 H2O2均匀地涂布或喷洒于包装材料表面，然后通过电加热器或辐射或热空气加热蒸发 H2O2，从而完成灭菌过程。 用于这种灭菌的 H2O2中一般要加入表面活性剂以降低聚乙烯的表面张力，使 H2O2均匀分布于包装材料表面。 真正的灭菌过程是在 H2O2加热和蒸发的过程中进行的。 由于水的沸点低于 H2O2的，因此灭菌是在高温、高浓度的 H2O2中和很短时间内完成的。 在实际生产中， H2O2的浓度一般为 30%～ 35%。 无菌灌装系统形式多样，但究其本质不外乎包装容器形状的不同、包装材料的不同和灌装前是否预成型。 无菌纸包装系统广泛应用于液态乳制品，纸包装系统主要分为两种类型，即包装过程中的成型 和预成型。 包装所用的材料通常是纸板内外都覆以聚乙烯，这样包装材料能有效地阻挡液体的渗透，并能良好地进行内、外表面的封合。 为了延长产品的保质期，包装材料中要增加一层氧气屏障，通常要复合一层很薄的铝箔，如聚乙烯 /纸 /聚乙烯/铝箔 /聚乙烯 /聚乙烯等复合包装材料。 纸卷成型包装系统是目前使用最广泛的包装系统。 包装材料由纸卷连续供给包装机，经过一系列成型过程进行灌装、封合和切割。 纸卷成型包装系统典型的包装机为 TBA/3 型（图 212）、 TBA/1 TBA/2 TBA/22 型（图 213）。 和储藏过程中的质量变化 合适的灭菌工艺主要需考虑从微生物和酶的角度来达到理想的商业无菌，同时要尽量减轻对产品及其质量特性的不良影响。 加工灭菌牛乳采用的高温处理，会使产品产生一系列的物理化学变化（见表 27）。 灭菌牛乳的稳定性主要受产品在储藏过程中发生的一些物理变化的影响，这些物理的变化主要包括：蛋白质的沉积、脂肪的分离、胶凝作用等。 这些变化可能会明显地影响产品的感官质量特性，但影响的程度可以通过调整加工工艺和储藏条件来控制。 脂肪分离可通过均质条件和热处理条件来控制；蛋白质的沉积可通过改善加工的单元操作来减少。 大量的研究结果表明，对超高温灭菌牛乳来说，产品中的物理变化，尤其是产品在储藏过程中的胶凝化是产品储藏稳定性的决定性因素。 表 27 灭菌牛乳在热处理及储藏过程中发生的理化变化 化学成分或特性 产生的变化 蛋白质 矿物质 乳糖 凝乳酶凝结时间 对酒精的敏感性 对钙的敏感性 脂类 发生变性（ 50%～ 85%）、在酪蛋白胶粒表面与 к 酪蛋白形成复合物、酪蛋白胶粒发生一定的分解，形成单个的酪蛋白；在储藏过程中发生水解、非蛋白态氨增加、聚合作用。 由于在加工过程中形成磷 酸盐沉积，钙和镁的含量会降低 美拉德反应、异构化形成乳果糖 在超高温灭菌和保持式灭菌过程中增加，而 UHT 乳在储藏过程中减少 超高温灭菌乳：在储藏过程中增加 保持式灭菌乳：在储藏过程中没有变化 超高温灭菌乳：在储藏过程中显著增加 保持式灭菌乳：一定程度的增加 在储藏过程中会发生氧化分解（被耐热性或重新激活的脂酶） （ 1）物理化学变化 牛乳在加热灭菌的过程中会发生一系列的变化，这些变化会直接影响产品的货架期和感官特性。 在加热灭菌的过程中乳清蛋白的变性以及乳清蛋白与酪蛋白的结合，变性 的比例为 50%～ 85%。 在灭菌过程中，乳球蛋白和 к 酪蛋白在酪蛋白胶粒表面形成不可逆转的含二硫键的产物，这些产物会改变酪蛋白胶粒的凝集性能。 在灭菌过程中酪蛋白还会发生分解作用并使酪蛋白胶粒分散。 会影响产品的感官和物理化学特性。 （ 2）乳糖的变化 在灭菌过程中乳糖会发生褐变反应，同时也会发生异构化。 乳糖的异构化使灭菌乳聚集了乳果糖。 乳糖的异构化是可逆的，可能会发生一些其他方面的异构化，乳糖与蛋白质的残留氨基酸通过美拉德反应结合，同时还会发生异构化。 （ 3）沉积物的形成 在加工灭菌乳的过程中存在污染就会形成沉 积物。 间接加热法加工的灭菌乳沉积物较少。 对超高温灭菌乳而言，形成沉淀物也是很常见的现象，但并不一定表示产品质量有很大的问题。 如果在产品中形成了沉积物表明在加工过程中有污染。 如果产品中有少量的沉积物可能与加热的程度以及牛乳中钙离子的比例有关。 （ 4）灭菌牛乳产品的老化胶凝作用 灭菌乳在储藏过程中黏度会明显的变化，发生老化凝胶现象，最终使产品变成凝胶状。 这是灭菌乳一个重要的质量问题，同时也是灭菌乳保质期结束的信号。 一般来说，超高温灭菌乳在最初的储藏阶段产品会一定程度地变稀，随后会在很长一段时间内保持稳定，在此阶 段产品的黏度没有明显的变化。 然后，在储藏过程中会发生脱水作用，产品的黏度会急剧增加，形成不可逆的凝胶。 影响灭菌牛乳的老化凝胶因素很多，而且是这些因素综合影响的结果，这些因素主要是牛乳的化学成分、加工和储藏的条件等。 品种三 超高温灭菌含乳饮料 一、 超高温灭菌中性含乳饮料 1．风味乳饮料 乳饮料是指以新鲜牛乳为原料（含乳 30%以上），加入水与适量辅料如可可、咖啡、果汁和蔗糖等物质，经有效杀菌制成的具有相应风味的含乳饮料。 根据国家标准，乳饮料中的蛋白质及脂肪含量均应大于 1%。 市场上常见的风 味饮料有草毒乳、香蕉乳、巧克力乳、咖啡乳等产品，所采用的包装形式主要有无菌包装和塑料瓶包装。 与无菌包装产品相比，塑料瓶包装的产品均采用二次灭菌，因此产品的风味较无菌包装产品要差，营养成分损失也较多。 但塑料瓶包装产品也有其优点，即产品在运输时的抗机械损伤能力较强。 （ 1）超高温灭菌风味乳饮料的加工工艺流程 风味乳饮料一般以原料乳或乳粉为主要原料，然后加入水、糖、稳定剂、香精色素等。 经热处理而制得。 风味乳饮料原料乳的含量从 50%～ 95%不等，常见的风味有草莓味、香蕉味、橙味、哈密瓜味等，原因是这些香味能与乳香味 融为一体。 （ 2）加工过程的质量控制点 ① 验收。 一般原料乳酸度应小于 18186。 T，细菌总数最好应控制在 20万 cfu／ ml以内。 对超高温产品来说，还应控制乳的芽抱数及耐热芽抱数。 若采用乳粉还原来加工风味乳饮料，乳粉也必须符合标准后方可使用。 ② 还原。 首先将软化的水加热到指 45～ 50℃ ，然后通过乳粉还原设备进行乳粉的还原，待乳粉完全溶解后，停止罐内的搅拌器，在此温度下水合 20～ 30min。 ③ 巴氏杀菌。 待原料乳检验完毕或乳粉还原后，先进行巴氏杀菌，同时将乳液冷却至 4℃。 ④ 配料。 根据配方，准确称取各种原辅料。 糖处理 ，一种方法是用奶溶糖进行净乳，另一种是先将糖溶解于热水中， 95℃ 下保持 15～ 20min，冷却再经过滤后泵入乳中。 蔗糖酯溶于水后加入。 若采用优质鲜乳为原料，可不加稳定剂。 但大多数情况下采用乳粉还原时，则必须使用稳定剂。 最后加入香精，充分搅拌均匀。 ⑤ 均质。 各种原料在调和罐内调和后，用过滤器除去杂物，进行高压均质，均质压力 10～ 15MPa。 ⑥ 超高温灭菌。 与 UHT 乳一样，通常采用 137℃ ， 4s。 在超高温灭菌设备内应包括脱气和均质处理装置。 通常均质首先进行脱气，脱气后温度一般为 70～ 75℃ ，然后再均质。 2．巧 克力风味乳饮料 （ 1）巧克力风味乳饮料的加工工艺 ① 配方 全脂乳 80 kg 脱脂奶粉 kg 蔗 糖 kg 可 可 kg 稳定剂 kg 色 素 kg 水 kg ② 巧克力奶的加工方法。 加工含可可粉 1%、蔗糖 5%、海藻酸钠 %的巧克力奶时，首先需要制备糖浆，其调制方法为： 份的海藻酸钠与 5 倍的蔗糖混合，然后将 1份可可粉与剩余的 4 份蔗糖混合，在此混合物中，边搅拌边徐徐加入 4 份脱脂乳，搅拌至组织均匀光滑为止。 然后加热到 66℃ ，并加入海藻酸钠与蔗糖的混合物。 将此糖浆进行 82～ 88℃ ， 15min 加热，并在 10℃ 以下冷却保存。 此液体巧克力代替可可粉时，先用脱脂乳徐徐稀释使成光滑的糊状物，然后将海藻酸钠和蔗糖加至糊状物中，进行杀菌、冷却。 取糖浆 10 份加均质后的全脂乳或脱脂乳 90 份，杀菌、冷却后进行灌装。 巧克力风味乳饮料具体工艺流程如 图 215 所示。 ③ 工艺过程的质量控制。 ：由于可可粉中含有大量的芽孢，同时含有许多颗粒，因此为保证灭菌效果和改进产品的口感，在加入到牛乳中时可可粉必须经过预处理。 在生产中，一般先将可可粉溶于热水中，然后将可可浆加热到 85～ 95℃ ，并在此温度下保持 20～ 30min，最后冷却，再加入到牛乳中。 ：一般将稳定剂与其 5～ 10 倍的糖混合，然后溶解于 80～ 90℃ 的软化水中。 d．配料：将所有的原辅料加入到配料罐中后，低速搅拌 15～ 25min，以保证所 有的物料混合均匀，尤其是稳定剂能均匀分散于乳中。 e．灭菌：巧克力乳饮料的灭菌条件为 139～ 142℃ ， 4s。 （ 2）影响巧克力风味乳饮料质量的因素 ① 乳粉质量。 ② 可可粉质量。 ③ 稳定剂的种类及质量。 悬浮可可粉颗粒最佳的稳定剂是卡拉胶，这是因为一方面它能与牛乳蛋白相结合成网状结构，另一方面它能形成水凝胶。 由于此性质，卡拉胶在巧克力风味乳饮料中可形成触变性的凝胶结构，从而达到悬浮可可粉的效果。 卡拉胶形成触变性凝胶结构的原理为： a 当各种原料如可可粉、糖、稳定剂和乳化剂混合在一起，受热和均质时，蛋白质将附着于可可 粉的颗粒上。 均质过程中脂肪球表面被蛋白质所包围，当温度超过 60℃ 时，稳定剂溶解且其中的卡拉胶会与可。