超高温(UHT)灭菌

1、. . . . 第十五章 超高温（UHT）灭菌杀菌是食品加工中极为重要的一道工序，在原始社会里，人类就不知不觉地对食品进行了杀菌处理。在科学技术飞速发展的今天，人们对食品杀菌意义的认识和应用也得到了不断地完善和提高。第一节 超高温灭菌的基本原理关于超高温（UHT）灭菌，尚没有十分明确的定义。习惯上，把加热温度为135150，加热时间为28s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT灭菌。UHT灭菌的理论基础涉与两个方面。一是微生物热致死的基本原理；二是如何最大限度保持食品的原有风味与品质。一、UHT灭菌的微生物致死理论依据按照微生物的一般热致死原理，当微生物在高于其耐受温度的热环境中时，

2、必然受到致命的伤害。加热促使微生物死亡的原因是由于高温导致蛋白质的不可逆变化，随后一些球蛋白变得不溶解，酶失去活力，从而造成新代能力的丧失，因此，细胞蛋白质凝固变性的难易程度直接关系到微生物的耐热性，而且这与杀菌条件的选择密切相关。大量实验证明，微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数。（）微生物的耐热性腐败菌是食品杀菌的对象，其耐热性与食品的杀菌条件有直接关系。影响微生物耐热性的因素有如下几方面：（1）菌种和菌株（2）热处理前菌龄、培育条件、贮存环境（3）热处理时介质或食品成分，如酸度或PH值（4）原始活菌数（5）热处理温度和时间，作为热杀菌，这是主导的操作因素。（二）微生物的致死速率与D

3、值在一定的环境条件和一定温度下，微生物随时间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期下降的。这一规律为通常大量的试验结果所证实。若以纵坐标表示单位物料随时间而残存的活细胞或芽孢数的对数值，横坐标表示热处理时间，则可获得如图15-1所示的微生物致死速率曲线。图15-1 微生物致死速率曲线如图所示，设A为加热开始时活菌数所代表的点，B为加热后菌数下降1个对数周期时的点，其相应的加热时间为3.5min，C为加热后菌数下降2个对数周期时的点，其相应的加热时间为7.0min。显然，细菌任意时刻的致死速率可以用它残存活菌数下降1个对数周期所需的时间来表示，这便是图中所示D值的概念。D值是这一直线斜率绝

4、对值的倒数，即斜率=D值反映了细菌死亡的快慢。D值愈大，细菌死亡速度愈慢，即细菌的耐热性愈强，反之则死亡速度愈快，耐热性愈弱。由于致死速率曲线是在一定的加热温度下做出的，所以D值是温度T的函数（常写成DT），上述比较只能以同一加热温度为前提，例如以D110来作比较。必须指出，D值不受原始菌数的影响，换言之，原始菌数不影响其个别细菌按指数死亡的规律。因此，如果将不同原始菌数的曲线画在同一的图15-1上，便得到一组平行的直线族。另外，D值要随其他各种影响微生物耐热性的因素而异，只能在这些因素固定不变的条件下才能稳定不变。（三）微生物的热力致死时间与Z值微生物的热力致死时间（Thermal Deat

5、h Time）就是在热力致死温度保持不变条件下，完全杀灭某菌种的细胞或芽孢所必需的最短热处理时间。微生物热力致死时间随致死温度而异，两者的关系曲线称为热力致死时间曲线，如图15-2，它表达了不同热力致死温度下细菌芽孢的相对耐热性。图15-2 热力致死时间曲线如同对致死速率曲线的处理一样，若以横坐标为热处理温度，纵坐标为热致死时间（TDT）的对数值，就可以在对数坐标图上得到一条形为直线的热力致死时间曲线。同样，如图 15-2 所示，此直线斜率绝对值的倒数Z值表明了热致死时间缩短一个对数周期所要求的热处理温度升高的度数。图15-2中，设A，A为热致死时间相差1个对数周期的两个点，其相应的热致死时间

6、的对数值分别为logTDTA=log102，logTDTA/=log101相应的热力致死温度分别为TA，TA，则斜率=某微生物菌种的杀菌特性曲线热力致死时间曲线可由点、斜率两个参数来确定。因此除了由斜率决定的Z值外，尚需寻求一个标准点。这个标准点通常选用121时的TDT值，并用符号“F”表之，单位为min，称为F值。有了Z、F两个参数，该菌种在任何杀菌温度T下的TDT值可表为 （15-1）必须强调指出，热力致死时间（TDT）这个概念的提出隐去了细菌死亡按指数规律的实质，也避开具体运用概率说明细菌死亡的方法，而是模糊地以实际试管试验法所确定的所谓“完全灭菌”为依据。因此采用TDT法不能清楚地说明

7、诸如杀菌终点、原始菌数不同时出现的耐热性差异与TDT试管试验法中常见越级现象等实际问题。根据式（15-1）可知，决定细菌耐热特性的是F和Z两个参数。对于不同菌种，一般两者都不一样；对于同一菌种，也只能在其一数值相等的条件下，由另一条来比较它们的耐热性。故F值只能用于Z值一样时细菌耐热性的比较。Z值一样时，F值大的细菌的耐热性比F值小的强。同样，F值一样时，Z值大的细菌的耐热性比Z值小的强。为了比较，也可人为的规定Z的标准值，一般取Z=10。 （四）UHT杀菌的品质保证大量实验表明，采用UHT瞬时杀菌技术也可最大程度地保持食品的风味与品质。这主要是因为微生物对高温的敏感程度远远大于食品成分的物理

8、化学变化对高温的敏感程度。例如，在乳品工业生产灭菌乳的过程中，如果牛乳在高温下保持较长时间，则可能产生一些化学反应。例如蛋白质和乳糖发生美拉德反应，使乳的颜色变褐；蛋白质发生分解反应，产生不良气味；糖类焦糖化产生异味等。此外还可能发生某些蛋白质变性而产生沉淀。这些都是生产灭菌乳所不允许的，应力求避免。图15-3表示牛乳灭菌和发生褐变时的温-时曲线。图15-3 牛乳灭菌与褐变的时间-温度曲线1-变褐的最低时间-温度条件 2-灭菌的最低时间-温度曲线图中实线为牛乳褐变的温-时下限，虚线为灭菌的温-时下限。从图中可以看出，若选择灭菌条件为110-120,15-20min，则两线之间间距甚近，说明生产

9、工艺条件要有十分严格的措施来维持，这在实际上很难办到。而选择UHT灭菌条件137-145,2-5s时，两线之间间距较远，说明产生褐变与其他缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制。在这种杀菌条件下，产品的颜色、风味、质构与营养没有受到很大的损害。所以，该技术比常规杀菌方法能更好地保存食品的品质与风味。二、超高温灭菌时间和温度意义从杀死微生物的观点来看，热处理强度是越强越好，时间是越长越好。但是，强烈的热处理对食品的外观、风味和营养价值会产生不良后果。如牛乳中蛋白质在高温下变性；强烈的加热使牛乳风味改变，首先是出现“蒸煮味”，然后是焦味。因此，时间和温度组合的选择必须考虑到微生物和产品质量两方面，

10、以达到最佳效果。食品加工中灭菌的目的并不是使每单个包装的产品都不含残留的微生物，因为采用加热方法来致死微生物，要达到绝对无菌的理想状态是不可能的。实际上，灭菌加工只要保证产品在消费者食用前不变质就行。一个基本的要求就是致病菌的存活和生长的可能性必须小到可以忽略的程度。肉毒梭状芽孢杆菌通常被认为是对公共健康危害最大的微生物，大多数保持灭菌就是基于它的致死率而设计的。在灭菌乳制品中，肉毒梭状芽孢杆菌存活繁殖与生长而产生能危害公共健康的毒素量的概率是很低的，实际上这种情况从未发生过。热处理系统的设计可以完全排除由其他残留致病菌所能导致的对公共健康的危害性。导致产品变质的微生物包括加工过程中残留的耐热

11、微生物或灭菌后再污染的微生物，再污染的微生物包括热敏性和耐热性微生物（如芽孢）。污染的芽孢一般来说比加工过程中残留的耐热性差。为了衡量超高温工艺效果，现引入杀菌效率（SE）一词。杀菌效率是以杀菌前后孢子数的对数比来表示的：SE=LG原始孢子数/最终孢子数把已知数量的枯草杆菌的孢子移植到原乳中，然后用超高温设备处理，实验结果如下：杀菌温度不同、时间一样（4S）时，其杀菌效率接近，见表15-1表15-1杀菌温度不同、时间一样（4s）的杀菌效率温度原始孢子数/ml最终孢子数/ ml杀死效率SE140450 0000.000479135450 0000.00047.9130450 0000.00078

12、.8125450 0000.456超高温灭菌处理牛乳必然使一部分微生物残存，也就是说绝对无菌是不能保证的。在这种情况下，人们认识到加工原料中含有能存活于灭菌过程后的微生物数目的重要性，并且微生物的残存与加工产品的量和包装容积有关。假设我们要加工大量产品，如加工10000L的产品，其中含耐热芽孢100cfu/ ml，若灭菌效率SE为8，则整批产品中的残留芽孢数为：10000 ×1000 ×100/108=10（个）只要产品是从整体形式存在，那么这种计算是成立的。然而若将产品分装于1L容器中，并进行一样的热处理，那么每个容器中处理前含有1000×100=105个芽孢，

13、灭菌后，每个容器中含 105/108=10-3（1/1000）个芽孢。那么每个容器中含有1/1000个芽孢的实际意义就是每1000个容器中必然含有1个芽孢。一般灭菌乳成品的商业标准为：不得超过1/1000孢子数。这一点在产品以整体形式才采取一样的灭菌效率加工时同样可以加以证实。例如通过超高温加工，整批产品中将有10个芽孢残存。如将产品在理想的无菌灌装状态下分装与10000个1L容器中。这10个芽孢将被分散到10000个容器中去。理论上，一个以上的芽孢有可能进入同一个容器中，然而当残留芽孢数与容器数相比很小时，从统计学上讲，一个容器中含有1个以上芽孢的可能性可忽略不计。因此我们可以假设10个芽孢

14、代表着10个含有单个芽孢的容器，或者说10000个容器中含有10个芽孢。我们假设残存的每个芽孢在条件适宜时足以使产品变质，因此每个容器含1/1000个芽孢就等于1000个容器中含一个芽孢，因而就会导致1000个产品中有1个变质，或者说是有0.1/100的产品变质。这一计算不论对于罐保持灭菌还是超高温灭菌结合无菌灌装都是同样有效的。第二节 超高温灭菌在乳制品中的应用一UHT乳的加工原理页：5超高温灭菌法（UHT）是英国于1956年首创，在19571965年间，通过大量的基础理论研究和细菌学研究后，才用于生产超高温灭菌乳，关于超高温灭菌乳在灭菌过程中对于微生物学和物理化学方面的变化与基本加工原理等

15、，1965年英国的Burton提出了详细的研究报告，其基本点是细菌的热致死率随着温度的升高大大超过此间牛乳化学变化的速率，例如维生素的破坏，蛋白质变性与褐变速率等。研究认为在温度有效围，热处理温度每升高10，乳中所含幼稚菌孢子的破坏速率提高1130倍，即：Qt+10/Qt=1030而根据Vant .Hoff规则，温度每升高10，反应速率约增大24倍。即：t=Kt+10/Kt=24对牛乳加热过程中的化学变化，如褐变现象仅增大2.53.0倍，即r=2.53.0。意味着杀菌温度越高，其杀菌效果越大，而引起的化学变化却很小。从表15-2可见，100，600min灭菌效果，相当于150，0.36min的

16、灭菌效果，但褐变程度前者为100000，而后者仅为97，显示出超高温灭菌的优越性。理论上讲，温度升高并无限度，但如果温度升高，其时间须相应缩短，实践表明牛乳的良好杀菌条件如图15-4所示。表 15-2 杀菌温度、时间与褐变程度的关系加热温度（）加热时间相对的褐变程度杀菌效果100600min100000同等效果11060min25000同等效果1206min6250同等效果13036S1560同等效果1403.6S390同等效果1500.36S97同等效果图 15-4 牛乳灭菌过程中时间与温度的关系从图15-4中可以看出，150的灭菌温度实际上保持的时间不到1S。若按流速计算，其最小的保持时间

17、仅0.6S。因此，温度超过150时，则在工艺上要求如此短暂时间达到准确控制是困难的。因为牛乳的流速稍微波动就会产生相应影响，所以目前超高温灭菌工艺是以150为最高点，一般采用135150的灭菌温度。二. 超高温灭菌乳发展历程超高温灭菌方式的出现，大大改善了灭菌乳的特性，不仅使产品从颜色和味道上得到了改善，而且还提高了产品的营养价值。然而超高温系统的发明远远早于人们对超高温加工技术优点的认识。早在19世纪末，就已发明了连续流动式的超高温（130140）灭菌机。更实用性的超高温系统分别由Jonas Nielsen和Toat在1908年和1912年发明出来。据报道Nielsen，在1921年发明了无

18、菌灌装系统，同一年，南非生产的无菌灌装牛乳在伦敦的乳品展示会上获得了成功。UHT加工在乳品工业中的应用始于40年代末。当时，有两种超高温灭菌系统，一种是由荷兰Gebr.stork和Cos Apparafenfabriek所制造的中心管式灭菌机，另一种是由瑞士的Alpure AG和Sulzer AG所制造的Uperisation蒸汽喷射式灭菌机。Stork的UHT灭菌机应用于瓶装保持灭菌乳的预杀菌上。Uperisation蒸汽喷射式杀菌机是与无菌灌装系统结合使用的，它们于1953年将超高温无菌灌装牛乳投放于瑞士市场。然而这种系统所用包装罐的成本高，因此很不经济。Alpure继续与瑞典的利乐公司（

19、Tetra Pak）合作，于1961年研制出无菌包装系统，使UHT系统与无菌包装系统有效地结合起来。现在UHT灭菌系统已得到了良好发展。UHT乳通常采取的灭菌条件为137 ，4s。第十六章典型的UHT乳的加工工艺超高温灭菌在乳制品中的应用，大延长了牛乳的保质期，拓宽了牛乳的销售市场，缓解了我国牛乳的地域分布不均衡，而且在外观、营养价值等方面也得到了很大的改善和提高。第一节 超高温（UHT）灭菌UHT乳的工艺流程原料乳验收 预处理 贮 存 配 料 巴氏杀菌 分 销 保温实验 无菌灌装 超高温杀菌 半成品贮存图16-1 UHT乳的工艺流程图UHT乳的工艺流程如图16-1所示，原料乳首先经过验收、预

20、处理、配料（也称标准化）、巴氏杀菌等过程。UHT乳的加工工艺通常包含巴氏杀菌过程，尤其在现有条件下更为重要。巴氏杀菌可有效地提高生产的灵活性，与时杀灭嗜冷菌，避免其繁殖代产生的酶类影响产品的保质期，同时，在巴氏杀菌的温度下，能有效地激活耐热芽孢菌，为超高温灭菌提供条件。经过巴氏杀菌后的乳预热至83左右进入脱气罐，在一定真空度下脱气，以75左右的温度离开脱气罐后进入均质机。均质机通常采用二级均质。第一级均质压力为1520MPa，第二级均质压力为57MPa。均质后的牛乳进入加热段，在这里牛乳被加热至灭菌温度（通常为137），在保温管中保持4秒，然后进入热回收管。在这里牛乳被水初步冷却，然后进入奶奶

21、换热段，最终被冷却介质冷却至灌装温度。冷却后的牛乳直接进入灌装机或无菌罐贮存，若牛乳的灭菌温度低于设定值，则牛乳就返回平衡槽。灌装后的产品经7天的保温试验确保无质量问题后，进行市场分销。第二节 操 作 要 点一原料乳的验收制造优质的乳制品，必须选用优质的原料，乳是一种营养价值较高的食品，也非常适于各种微生物的生长繁殖。因此，为了获得优质的原料乳，保证乳制品的质量，加强牧场与运输过程的管理是非常重要的。具体方面如图16-2所示。整个过程要尽可能地减少牛奶与空气接触。由于原料乳的好与坏直接关系到成品的好与坏，所以人们又把牧场称为“牛奶加工的第一车间”。在乳品工业上，将未经任何处理加工的生鲜乳称为原

22、料乳。为保证原料乳的质量，必须准确地掌握原料乳的质量标准和验收方法，了解影响原料乳质量的因素。原料乳的理化性质、乳中微生物的种类与含量对UHT乳的品质影响很大，因此控制原料乳的质量是至关重要的。表16-1中所列是对灭菌乳的原料乳一般要求。奶牛的饲养管理1优良的奶牛品种2天然的牧场3优质的饲料4洁净的牛舍环境和奶牛卫生挤 奶1尽量避免人工挤奶2采用现代化挤奶设备3对挤奶设备要与时地、定期地清洗消毒 4对接奶设备要进行灭菌处理贮 存1牛奶在贮存前要冷却到适当温度（视具体情况而定）2贮存至加工的这段时间要尽可能的短3贮存设备要与时的、经常的清洗消毒4贮存过程中要避免与有异味的物品接触，最好是封闭贮存

23、运 输1运输奶罐要有良好的保温性能2长距离运输要采用带有制冷设备的奶罐3奶罐要与时地清洗消毒加工车间图16-2 牛奶在进入加工车间前的管理此外，许多乳品收购单位还规定下述情况之一者不得收购： (1) 产犊前15天的末乳和产后7天的初乳(2)牛乳颜色有变化，呈红色、绿色或显著黄色者(3)牛乳中有肉眼可见杂质者(4)牛乳中有凝块或絮状沉淀者(5)牛乳中有畜舍味、苦味、霉味、臭味、涩味、煮沸味与其它异味者(6)用抗菌素或其他对牛乳有影响的药物治疗期间的母牛所产生的乳和停药后3天的乳(7)添加有防腐剂、抗菌素和其他任何有碍食品卫生的乳(8)酸度超过20ºT，个别特殊者，可使用不高于22

24、86;T的鲜乳。表16-1 对灭菌乳的原料乳的一般要求项目指标项目指标理化特性滴定酸度16脂肪含量1%3.10冰点/抗生素含量ug/ml-0.54 -0.59蛋白质含量1%2.95抗青霉素<0.004相对密度（20度/4度）1.028抗其他酸度（以乳酸计）1%0.144体细胞数/（个/ml）微生物特效500000PH6.66.8细菌总数/（cfu/ml）100000杂质度/（mg/kg）4芽孢总数/（cfu/ml）100汞含量/（mg/kg）0.01耐热芽孢数/（cfu/ml）10农药含量/（mg/kg）0.1嗜冷菌数/（cfu/ml）1000蛋白质稳定性通过体积分数为75%的酒精试验我

25、国轻工业部颁布标准对原料乳的质量有具体规定。原料乳送到加工厂时，须立即进行逐车逐批验收，以便按质核价和分别加工，这是保证产品质量的有效措施。验收时，对原料乳进行嗅觉、味觉、外观、尘埃、温度、酒精、酸度、比重、脂肪率和细菌数等严格检验后进行分级。原料乳的品质不良，对乳制品的风味、保藏性能等都有直接的影响。质量优良的原料乳具有新鲜乳的风味和特有的香气。通过酒精试验可以检查乳中蛋白质的稳定性。新鲜牛乳具有相当的稳定性，故能对酒精的作用表现出相对稳定。而不新鲜的牛乳其中蛋白质胶粒已经呈不稳定状态，当受到酒精的脱水作用时，则加速其聚沉。酒精试验与酒精浓度有关，一般以72%容量浓度的中性酒精与原料乳等量相

26、混合摇匀，无凝块出现为标准。这时正常牛乳的滴定酸度不高于18ºT，但是影响乳中蛋白质稳定性因素较多，如乳中钙盐增高时，在酒精试验中，会由于酪蛋白胶粒脱水失去溶剂化层，使钙盐容易和酪蛋白结合，形成酪蛋白酸钙沉淀。通过酸度测定可鉴别原料乳的新鲜度，了解乳中微生物的污染状况。新鲜牛乳存放过久或贮存不当，乳中微生物繁殖使营养成分被分解，则乳中的酸度升高，酒精试验易出现凝块。新鲜牛乳的滴定酸度为1618ºT。为了合理利用原料乳和保证乳制品质量，用于制造淡炼乳的原料乳，用75%酒精试验；用于制造甜炼乳的原料乳，用72%酒精试验；用于制造乳粉的原料乳，用68%酒精试验（酸度不得超过20&

27、#186;T）。酸度不超过22ºT的原料乳尚可用于制造奶油，但其风味较差。酸度超过22ºT的原料乳只能供制造工业用的干酪素、乳糖等。工厂里进行刃天青试验和美兰试验也是检查原料乳新鲜度的有效而可行的方法。 随着乳品加工技术的发展，每天需要分析检验大量的样品，快速检验技术也有显著的进步。例如使用一种商品名称为BuTroPrint的盖勃法自动测定仪测定乳脂肪，每小时可测1000个样品，结果数据可自动印出。采用红外光谱牛乳分析仪（Intra Red Milk Analyser，简称IRMA），可以同时测定脂肪，蛋白质，乳糖和非脂乳固体，标准误差都在±0.039%。英国使用

28、的IRMA-型红外光谱牛乳分析仪，可自动进样，自动测定，自动记录，并可以同时测定脂肪，蛋白质，乳糖和非脂乳固体，亦可单独测定某一成分。例如测定脂肪只需20s，测定脂肪，蛋白质需27s，测定脂肪、蛋白质和乳糖需34s。 我国原料乳的生产现场检验以感官检验为主，辅助以部分理化检验，如比重测定、煮沸试验、酒精试验、掺假检验，一般不作微生物检验。若原料乳量大而对其质量有疑问者，可定量采样后在实验室中进一步检验其他理化与微生物指标。二原料乳的预处理（一）工艺过程·原料乳的过滤 · 乳的净化 ·冷却（二） 工艺描述1) 原料乳的过滤 在乳牛挤奶时，乳容易被大量粪屑、饲料、垫草

29、、牛毛和蚊蝇所污染，因此挤下的乳必须与时进行过滤。另外，凡是将乳从一个地方送到另一个地方，从一个工序送到另一个工序，或者由一个容器送到另一个容器时，都应进行过滤。过滤方法有常压（自然）过滤、吸滤（减压过滤）和加压过滤等。由于牛乳是一种胶体，因此多用滤孔比较粗的纱布、滤纸、金属稠或人造纤维等做过滤材料，并用吸滤或加压过滤等方法。牛奶在打入受奶槽前常用的过滤方法是纱布过滤。将消毒纱布折成34层，结扎在输奶管末端。即可达到过滤的目的。纱布必须保持清洁，否则反会造成微生物的再次污染。因此，要求纱布的一个过滤面不能超过50Kg乳。使用后的纱布，应立即用温水清洗，并用0.5%的碱水洗涤，然后再用清水洗，最

30、后煮沸1020min杀菌，并放在清洁干燥处备用。乳品厂简单的过滤是在受乳槽上装不锈钢制金属网加多层纱布进行粗滤，进一步的过滤可采用管道过滤器。管道过滤器可设在受乳槽与乳泵之间，与牛乳输送管道连在一起。中型乳品厂也可采用双筒牛乳过滤器。这种过滤器使用滤布，可达到进一步过滤的目的。一般双筒过滤器，每个筒可在连续过滤500010000升牛乳后清洗一次滤布，具体要视原料乳的杂质而定。一般连续生产都设有二个过滤器交替使用。使用过滤器时，为加快过滤速度，含脂率在4%以上时，须把牛乳温度提高到40左右，但不能超过70；含脂率在4%以下时，应采取415的低温过滤，但要降低流速，不易加压过大。在正常操作情况下，

31、过滤器进口与出口之间压力差应保持在6.86×104Pa(0.7Kg/cm2)以。如果压力差过大，易使杂质通过滤层。2) 乳的净化 原料乳经过数次过滤后，虽然除去了大部分杂质，但乳中污染的很多极微小的细菌细胞和机械杂质、白血球与红血球等，不能用一般的过滤方法除去，需用离心式净乳机进一步净化。离心净乳机构造基本上与奶油分离机相似，分离钵具有较大的聚尘空间，杯盘上没有孔，上部没有分配杯盘。乳在分离钵受强大离心力的作用，将大量的机械杂质留在分离钵壁上，而乳被净化。老式分离机操作时须定时停机、拆卸和排渣。新式分离机多能自动排渣。工作时，利用液压作用将分离钵底盘向上托起，使排渣孔关闭。当沉淀一定

32、量的淤渣后，解除液压，放下底盘，使排渣孔开放，利用离心力排除沉渣。每次开启排渣时间约15s，然后自动关闭。根据乳中杂质的多少，可调节排渣口开启的频率。一般约为每60min开启排渣一次。自动排渣的结构可参见图16-3。大型乳品厂也采用三用分离机（奶油分离、净乳、标准化）来净乳。三用机应设在粗滤之后，冷却之前。图16-3 净乳机自动排渣1.水压进口 2.水压出口 3.排渣口 4.牛乳进口 5.转轴3) 冷却 刚挤下的乳的温度约为36左右，是微生物繁殖最适宜的温度，如不与时冷却，混入乳中的微生物就迅速繁殖，使乳的酸度增高，凝固变质，风味变差。故新挤出的乳，经净化后须迅速冷却到4左右以抑制乳中微生物的

33、繁殖。如乳中的微生物开始繁殖并产生酶类，尽管以后的冷却将阻止其继续发展，但牛乳质量已经下降。冷却对乳中微生物的抑制作用见表表16-2 乳的冷却与乳中细菌数的关系（细菌数：个/ml）贮存时间刚挤出的乳3h6h12h24h冷却乳11500115008000780062000未冷却乳11500185001020001140001300000由上表看出，未冷却的乳其微生物增加迅速，而冷却乳则增加缓慢。612h微生物还有减少的趋势，这是因为乳中自身抗菌物质乳烃素（拉克特宁，Lactenin）使细菌的繁育受到抑制。这种物质抗菌特性持续时间的长短，与原料乳温度的高低和细菌污染程度有关。如表16-3所示表16

34、-3 乳温与抗菌素抗菌作用的关系乳温（） 37 30 25 10 5 0 -10 -25抗菌期（h） 2 3 6 24 36 40 240 720从表16-3中可看出，新挤出的乳迅速冷却到低温可以使抗菌特性保持较长时间。另外，原料乳污染越严重，抗菌作用时间越短。例如，乳温10时，挤乳时严格执行卫生制度的乳样，其抗菌期是未严格执行卫生制度乳样的2倍。因此，挤乳时严格遵守卫生制度，刚挤出的乳迅速冷却，是保证鲜乳较长时间保持新鲜度的必要条件。如果原料乳不在低温下贮存，超过抗菌期后，微生物迅速繁殖。如原料乳贮存12h，冬季在13下其细菌数增加2倍，春季13下增加6.3倍，而夏季末冷却乳菌数骤增了81倍

35、，以至使乳变质。与时将乳冷却到10以下，大部分的微生物发育减弱。若在23下贮存，乳中微生物发育几乎停止。一般不马上加工的原料乳冷却到5以下。通常可以根据贮存时间的长短选择适宜的温度（如表16-5所示）。表16-4 牛乳的贮存时间与冷却温度的关系乳的贮存时间(h) 612 1218 1824 2436应冷却的温度() 108 86 65 54目前，大多数乳品厂都用板式热交换器（图16-4）对乳进行冷却。板式热交换器克服了表面冷却器因乳液暴露于空气而容易受污染的特点。同时因乳以薄膜形式进行热交换，因此热交换率高，用冷盐水做冷媒时，可使乳温迅速降到4左右。图16-4 板式热交换器1.传热板 2.导杆

36、 3.前支架（固定板） 4.后支架 5.压紧板 6.压紧螺杆 7.板框橡胶垫圈8.接管 9上角孔 10.分界板 11.圆橡胶垫圈 12.下脚孔 13.14.15.连接管三原料乳的贮存为了保证工厂连续生产的需要，必须有一定的原料乳贮存量。一般工厂总的贮乳量应不少于1d的处理量。贮存原料乳的设备，要有良好的绝热保温措施，要求贮乳经24h温度升高不超过2-3 , 并配有适当的搅拌机构，定时搅拌乳液，防止乳脂肪上浮而造成分布不均匀。（一）贮乳罐 贮乳罐设备采用不锈钢材料，同时配有不同容量的贮乳罐以保证贮乳时每一缸能尽量装满。牛乳贮罐装乳能力一般为5t，10t或30t,现代化大规模乳品厂的贮乳罐可达10

37、0t。 10 t以下的贮藏罐多装于室，为立式或卧式，大罐多装于室外，带保温层和防雨层，均为立式。鲜乳贮存中，贮乳罐的隔热尤为重要。我国标准规定将水置于具有50.8mm厚度保温层的贮乳罐中，在水温与罐外温差为16.6的情况下，18h后水温的上升必须控制在 16以下。此外，还规定如在4.5保存时，24 h搅拌20min，脂肪率的变化在0.1%以下。贮乳罐外边有绝缘层（保温层）或冷却夹层，以防止乳罐温度上升。贮罐要求保温性能良好，一般乳经过24h贮存后，乳温上升不得超过23。贮乳罐的结构如图16-5所示。罐中配有搅拌器、液位指示计、温度指示器、各种开口、不锈钢爬梯、视镜和灯孔、手孔或人孔。图16-5

38、 贮乳罐1.搅拌器 2.检查孔 3.温度计 4.低液位电极 5.气动式液位计 6.高液位电极搅拌器使罐中乳脂肪分布均匀，否则长期静置时，脂肪球逐渐上浮，致使贮灌上部乳中脂肪含量较高，加工出的产品脂肪含量不均。此外，脂肪含量较高的乳，如果在泵送与加工过程中遭受较激烈的机械力，还易使部分脂肪球膜破裂而导致脂肪球集结行成奶油，在杀菌与罐装后漂浮于奶瓶的顶部，影响产品的质量。液位指示器主要指示乳的液位高低，防止乳装得太满而溢出，或乳被抽完后泵未停机，导致空气被泵抽入乳中。（二）贮乳罐的使用 乳罐的总容量，应根据各厂每天牛乳总收纳量、收乳时间、运输时间与能力等因素决定。一般贮乳罐的总容量应为日收纳总量的

39、2/31。而且每只贮乳罐的容量应与生产品种的班生产能力相适应。每班的处理量一般相当于两只贮乳罐的乳容量，否则将用多只贮乳罐，增加了调罐、清洗的工作量，会增加牛乳的损耗。贮乳罐使用前应彻底清洗、杀菌，待冷却后贮入牛乳。每罐须放满，并加盖密封。如果装半罐，会加快乳温上升，不利于原料乳的贮存。贮存期间要开动搅拌机。四 配料 配料工艺一般包括强化一定量的营养物质、调味型辅料和牛乳的标准化过程。（一） 添加调味辅料与注意事项：1化稳定剂时，糖与稳定剂的比例大于4 ：1，利于稳定剂充分溶解，化开稳定剂（多为CMC），化完后要进行钢盆试验。2 如果需要加酸时，一定要把酸稀释50倍以上化开，加入时要缓慢加入（

40、一般喷淋），料液温度尽可能的低（最好低于40）避免加酸絮凝，蛋白变性。3如果需要加香，加香一定要准确（因香精量少，故要小心控制）且边搅拌边加，加香后半小时进料，防止溶解不均匀，分散不开。在乳制品生产中，所使用的大多数为液态奶、脂溶性的，而且每种调味型产品都是使用多种香精调制而成，这样，既可以使口感悦人，又可以避免被其它厂家模仿。4调味奶一般不用脱气，以免使香精气味减弱。5加酸最好是柠檬酸和乳酸混合使用，柠檬酸酸味发尖，乳酸酸味有充口性，但多加有恶臭味；也可加苹果酸，有果味，但成本高，一般柠檬酸与乳酸比例为7 ：3。6营养强化剂：常使用的强化剂多为有机强化剂。锌源：乳酸锌、葡萄糖酸锌、苹果酸锌、

41、柠檬酸锌；钙源：乳酸钙、葡萄糖酸钙、苹果酸钙、柠檬酸钙、果酸钙、强力骨粉生物钙等等；铁源：乳酸亚铁、EDTA铁钠、柠檬酸铁、焦磷酸铁钠、葡萄糖酸亚铁；钾源：乳酸钾、苹果酸钾；镁源：乳酸镁、葡萄糖酸镁、硫酸镁等等。（二） 料乳的标准化为了使产品符合要求，乳制品中脂肪与无脂干物质含量要求保持一定比例。但是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

42、稀奶油。标准化在贮乳缸的原料乳中进行或在标准化机中连续进行。（三）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。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：= F 调整 F1 F2 SNF SNF1 SNF2

43、（四）标准化的步骤 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F%，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F1%，原料乳的数量为X， 脱脂乳或稀奶油量Y时，对脂肪进行物料衡算，则形成下列关系式：即：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。FX+qY=F1(x+y)则 X(F-F1)=Y(F1-q) 或 脱脂乳或稀奶油的量： Y=又因在标准化时添加的稀奶油（或脱脂乳）量很少，标准化后乳中干物质含量变化甚微，标准化后乳中的无脂干物质含量大约等于原料乳中无脂干物质含量，即：SNF1=SNF若F1F；则加稀奶油调整；若F1F，则加

44、脱脂乳调整。 例：今有含脂率为3.5%，总干物质含量为12%的原料乳5000kg欲生产含脂率为28%的全脂奶粉，试计算进行标准化时，需加入多少公斤含脂率为35%的稀奶油或含脂率为0.1%的脱脂乳。解:F(%)=3 .5 SNF=123.5=8.5(%) 则SNF1=SNF=8.5(%)F2=28 SNF2=10028=72(%)根据得F1=SNF1× F1 F 应加脱脂乳调整根据皮尔逊法则： Y=即需要加脂肪含量为0.1%的脱脂乳312.5(kg)。为了使计算更精确，可先计算脱脂乳与稀奶油的无脂干物质(SNF)，再按上述方法进行标准化。脱脂乳中无脂干物质的计算 首

45、先测定原料乳的含脂率与无脂干物质，然后按下式计算：脱脂乳的无脂干物质(%)=例：从含脂率3.4%，无脂干物质7.9%的原料乳分离脱脂乳。求该脱脂乳中的无脂干物质含量。解：脱脂乳中无脂干物质(%)=稀奶油中的无脂干物质的计算稀奶油的无脂干物质（%）=即： 例：把含脂率为3.5%的原料乳分离，其脱脂乳中非脂乳固体含量为8.2%，含脂肪量为40%的稀奶油，稀奶油中非脂乳固体含量为多少？解：故稀奶油中的非脂乳固体含量为4.9%。五 巴氏杀菌随着UHT奶的出现，使得巴氏杀菌成为UHT奶前的一个必不可少的工序，因为国家标准中规定，用来做巴氏奶的牛奶细菌总数1000,000个/ml而用来做超高温奶的牛奶细菌

46、总数500,000个/ml。灭菌是要求牛乳在加热处理后呈现无菌状态。但在灭菌过程中由于生牛乳中含有数量众多的细菌，即在所投入的原料乳中存在的微生物（尤为芽孢菌）达到一定的数量（如105或更多）时。则在灭菌过程中将不能充分杀灭这类细菌，如枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、腊样芽孢杆菌等。由于挤奶的条件，牛奶挤出后不能与时进行加工处理，很难控制原奶中的细菌总数，这样在进行超高温杀菌前必须经过巴氏杀菌。（一） 巴氏杀菌的概念：低温保持式杀菌法亦称低温长时间杀菌法，即巴氏杀菌法。“巴氏杀菌”一词是为纪念路易斯.巴斯得，他在19世纪中期，对微生物的热致死效果进行了重要的研究，并将热处理作为一项防

47、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。”（二）巴氏杀菌的工艺流程稀奶油均质牛奶预热脱气奶油分离脱脂乳稀奶油贮罐杀菌保温预冷却冷却贮存图16-6 巴氏杀菌工艺图1.平衡槽 2.供料泵 3.脱气罐 4.流量控制器 5.均质机 6.稳压阀 7.密度传感器8.流量传感器 9.调节阀 10.检样阀 11.截止阀 12.均质机 13.保温管 14.转向阀15.板式换热器 16.增压泵 17.控制盘图16-6为一种巴氏杀菌生产工艺示意图。原料乳先通过平衡槽1，由供料泵2送至板式热交换器

48、15预热段预热后，通过脱气罐3脱除乳中的不凝性气体，然后经流量控制器4至分离机5进行奶油分离和标准化。其中稀奶油的脂肪含量可通过密度传感器7、流量传感器8、和调节阀9确定和保持稳定，而且为了在保证均质效果的条件下节省投资和能源，仅使稀奶油通过一个较小的均质机。均质的稀奶油与多余的脱脂乳混合，使物料中的脂肪含量稳定在3%，并由增压泵16送至板式换热器15的加热段和保温管13，使杀菌后的巴氏杀菌乳在杀菌机保持正压。这样就避免了由于杀菌机的渗漏，导致冷却介质或未杀菌的物料污染杀菌后的巴氏杀菌乳。当杀菌温度低于设定值时，温感器将指示转向阀14转向，使物料回到平衡槽。巴氏杀菌后，合格的杀菌乳继续通过杀菌

49、机热交换段与流入的未经处理的乳进行热交换，而本身被降温，然后继续到冷却段，用冷水和冰水冷却打入半成品罐。巴氏杀菌的生产工艺因各国法规不同而有所差别，而且不同的乳品加工企业也有不同的规定。例如，脂肪的标准化可采取前标准化、后标准化或者直接标准化，均质可采用全部均质或部分均质。为了提高产品中干物质含量，脱除牛乳中不良气味，在巴氏杀菌工艺过程中，通常在杀菌保温后增加闪蒸工序。这样也可以省去均质前的脱气工艺。（三） 闪蒸闪蒸是近几年液体奶巴氏杀菌中较重要的一个工艺。随着人们对牛乳认识的不断提高，要求也越来越高。闪蒸就是满足了在不改变牛乳各种成分性质的前提下提高牛乳中干物质含量，增加牛奶的香气，并能脱除

50、乳中的不良气味的要求，使人们对液体奶更容易接受。 由于季节变化引起的原料乳干物质数值波动可以通过闪蒸工艺的使用来调整到一个固定值。虽然添加奶粉，干物质含量也会提高，但在从鲜奶到奶粉的过程中，乳蛋白质会发生不同程度的变性，乳脂肪在储存过程中也发生氧化。最终会导致产品有不愉快的异味。闪蒸工艺如图16-7所示，从杀菌器引出的高温牛奶，进入闪蒸器，由于牛奶温度高于闪蒸器的蒸发温度（可由真空泵、供料量等调整真空度大小，从而控制闪蒸温度），一部分显热迅速转变为蒸发过程中所需的潜热，结果牛奶在闪蒸器瞬间蒸发，牛奶温度随之降低由出料泵打回杀菌器，而闪蒸出的水蒸汽进入冷凝器，被冷却水吸收，由冷却水泵打入板式换热

51、器进行冷却，冷却后的水进入水罐进行再循环。图 16-7 闪蒸器增加闪蒸工艺的必要性：由于季节的差异，纯奶干物质含量的变化幅度较大，尤其是夏季，蛋白质、脂肪含量均低，口感稀薄。鉴于此，通过增加闪蒸工艺，调整不同真空度下的闪蒸，可以使由于季节变化引起的原料乳干物质数值的波动达到一个固定的值。保证全年产品品质的一致性。闪蒸与添加全脂奶粉产品风味比较：在从鲜奶到奶粉的过程中，乳蛋白会发生不同程度的变性，乳脂肪在储存过程中也发生氧化，添加到纯奶中，虽然干物质能有所提高，但是最终会有不愉快的异味。纯牛奶闪蒸后，不但可以提高干物质含量，而且水分是在低温下瞬间蒸发，不破坏牛奶中任何成分，同时整套设备操作性大，

52、通过调整温度能使牛奶的干物质质量分数在0.2%0.5%任意提高。闪蒸工艺增加后，产品纯度与口感、香味都大有改观，较以前更纯、更香。增加全脂奶粉后牛奶的干物质虽然提高，但是香味不是很纯正。所以，增加闪蒸工艺，以改善产品品质，满足消费者的需要，比较理想。 六 半成品贮存 为了防止杀菌后乳的二次污染，对半成品或成品的贮存都采用无菌罐设备，如图16-8所示。在UHT线上，无菌罐可有不同的用途，但这要取决于设备的设计以与生产和包装线的不同单元的生产能力。图16-8带有附属设备的无菌罐如果超高温杀菌机或包装机中有一台停机，无菌罐用于照应停机期间的剩余产品。两种不同工艺的产品同时杀菌或包装，首先将一个产品贮

53、满无菌罐，足以保证整批生产，随后设备转换生产另一种产品并直接灭菌或灌装。这样，在生产线上有一个或多个无菌罐为生产计划安排提供了灵活的空间。七 超高温灭菌（一） 工艺流程市场上有两种主要类型的UHT系统1以板式换热器和蒸汽注射为基础的UHT设备 图16-9 带有板式热交换器的直接蒸汽喷射加热的UHT生产线在图16-9的流程图上，如牛乳平衡槽（1a）提供的大约4的产品通过供料泵（2）流至板式热交换器（3）的预热段，在预热至80时，产品经加压泵（4）加压至约4巴，并继续流动至环行喷嘴蒸汽注射器（5），蒸汽注入产品中，迅速将产品温度提升至140（4巴的压力预防产品沸腾）。产品在UHT温度下于保持管中（

54、6）保温几秒钟，随后闪蒸冷却。闪蒸冷却在装有冷凝器的蒸发室（7）中进行，由真空泵（8）保持蒸发室部分真空状态，控制真空度，保证闪蒸出的蒸汽量等于蒸汽最早注入产品的量。一台离心泵将UHT处理后的产品送入二段无菌均质机（10）中。由板式热交换器（3）将均质后的产品冷却至约20，并直接连续送至无菌灌装机灌装或一个无菌罐进行中间贮存以待灌装。冷凝所需冷水循环由水平衡槽（1b）提供，并在离开蒸发室（7）后作经蒸汽加热器加热后预热介质。在预热中水温降至约11，这样，此水可用作冷却剂，冷却从均质机流回的产品。在生产中一旦出现温度降低，产品经过一个附加冷却段后流至夹套缸，系统自动被水充满，随设备被水漂洗后，在再次开始生产之前系统进行完全清洗（CIP）灭菌。带有板式热交换器的间接蒸汽喷射加热的UHT生产线与直接式的相似，此处就不做具体介绍。2.以管式热交换器为基础的UHT设备当要处理的产品为含有或不含有颗粒或纤维的低中粘度产品时，要变换以上的设计，即将板式热交换器换为管式热交换器。管式热交换器由一些管集束成模件，串联或并联连