食品工艺学-液态乳加工第四章

第四章消毒乳第一节消毒乳的概念和种类一、消毒乳的概念

消毒乳又称杀菌鲜乳，系指以新鲜牛乳为原料，经净化、杀菌、均质等处理，以液体鲜乳状态用瓶装或其他形式的小包装，直接供应消费者饮用的商品乳。二、消毒乳的种类（一）按组成分类1．普通消毒乳2．强化消毒乳3．花色消毒乳4．再制消毒乳也称复原乳，可分下列两类：（1）复原乳（2）再制乳（二）按杀菌方法分类1．低温长时杀菌（LTLT）乳：牛乳经62~65℃、30min保温杀菌。乳中的病原菌，尤其是耐热性较强的结核菌都被杀死。2．高温短时杀菌（HTST）乳：指牛乳经72~75℃，保持15秒杀菌，或采用80~85℃，保持10~15秒加热杀菌。3．超高温杀菌（UHT）乳：牛乳加热至130~150℃，保持0.5~4.0秒杀菌的方法。第二节乳的杀菌和灭菌一、杀菌和灭菌的概念所谓杀菌，就是将乳中的致病菌和造成缺陷的有害菌全部杀死，但并非百分之百的杀灭非致病菌。即还会残留部分的乳酸菌、酵母菌和霉菌等。杀菌条件应控制到对乳的风味、色泽和营养损失的最低限度。所谓灭菌，就是要杀死乳中所有细菌，使其呈无菌状态。事实上，热致死率只能达到99.9999%，欲将残存的百万分之一，甚至千万分之的细菌杀灭，必须延长保持时间，这样会给鲜乳带来更多的缺陷。这个极微量的细菌在检测上近于零，即所谓的灭菌。。二、杀菌和灭菌的方法连续保持法通常采用片式、管式或转鼓式等杀菌器，先加热以一定温度后自动流出，流量可自动调节，本法适用于较多牛乳的处理。（一）低温长时杀菌法又称LTLT杀菌法。可分为单缸保持法和连续保持法两种。单缸保持法常在保温缸中进行杀菌，本法只能间歇进行，适于少量牛乳的处理。（二）高温短时杀菌法：本法亦称HTST杀菌法。杀菌条件为72~℃保持15s或80~85℃保持10~15s。一般采用板式杀菌装置连续进行。（三）超高温杀菌法：超高温杀菌法又称UHT灭菌。处理条件为130~150℃、0.5~4.0s，用这种方法处理时，乳中微生物全部被杀灭，是一种比较理想的灭菌。超高温杀菌法又按物料与加热介质接触与否分为：1．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。此法包括喷射式（蒸汽喷入制品中）和注入法（制品注入蒸汽中）两种方式。直接加热法的工艺流程：牛乳→加热（80℃）→蒸汽混合直接加热（140℃以上）→保温（1~4s）→减压冷却80℃→均质→冷却→灌装2．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，冷却可以通过冷却剂来实现。加热介质包括过热蒸汽、热水和加压热水。冷却剂常见的是冷水或冰水。间接加热法又可分为：①片式加热器灭菌；②环形管式加热器灭菌；③刮面式（ScrapedSurfaceHeater）加热器灭菌。超高温直接加热和间接加热的温度-时间曲线见下图：直接加热方式中乳在超高温区所处时间极短，乳清蛋白质变性程度小，成品质量好。三、加热杀菌对微生物的致死效果（一）热致死率的表示方法（二）乳中各种微生物的致死条件微生物的致死效果，受微生物的种类、菌体细胞与孢子的状态、加热温度和时间等影响。牛乳中各种微生物的热致死条件如表所示。注：1.热致死温度：也称热致死点。即10min内能杀灭一定菌液内细菌的最低温度。2.热致死时间：即杀灭菌液内细菌的一定比率（通常为99.99%）所需要的时间。（三）热处理后的生存菌数和杀菌率牛乳经各种杀菌方法处理后，生存菌数和致死率随处理方法不同而有差异，如表所示。不同杀菌方法牛乳中细菌的热致死率及生存菌数

用以上三种方法消毒的牛乳，在25℃的恒温箱内保藏48h后，其质量变化情况如表所示各种杀菌乳在25℃下保藏48h后的质量变化情况第三节原料乳的验收

在乳品工业上，将未经任何处理加工的生鲜乳称为原料乳。为了保证原料乳的质量，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。原料乳的验收主要有感观检测、理化指标测定、微生物检验三方面。一、原料乳的质量标准

我国规定生鲜牛乳收购的质量标准（GB6914-86）包括理化指标、感官指标及细菌指标。（一）理化指标我国部颁标准规定原料乳验收时的理化指标为：脂肪（%）≥3.10，蛋白质（%）≥2.95，密度（20℃/4℃）≥1.0280，酸度（以乳酸表示）（%）≤0.162，杂质度（×10-6（ppm））≤0.01，六六.六、滴滴涕（×10-6（ppm））≤0.1。（二）感官指标正常牛乳为乳白色或微带黄色，不得含有肉眼可见的异物，不得有红色、绿色或其他异色。不能有苦、咸、涩的滋味和饲料、青贮、霉味等其他异常气味。（三）细菌指标采用平皿细菌总数计算法，按下表中细菌总数分级指标进行评级；采用美蓝还原褪色法，按美蓝褪色时间分级指标进行评级。

原料乳的细菌指标此外，许多单位还规定下述情况之一者不得收购：①犊前15d内的末乳和产后7d内的初乳；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、煮沸味及其他异味者；⑥用抗菌素或其他对牛乳有影响的药物治疗期间，母牛所产的乳和停药后3d内的乳；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20°T，个别特殊者，可使用不高于22°T的鲜乳。二、原料乳的验收感观指标：包括嗅觉、味觉、外观，质量优良的原料乳具有新鲜牛乳的风味和特有的香气。酒精试验：一般以72%容量浓度的中性酒精与原料乳等量相混合摇匀，无凝块出现为标准。对酒精的作用表现出相对稳定，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，则加速其聚集。滴定酸度：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。正常新鲜牛乳的滴定酸度为16-18°T。

为了合理利用原料乳并保证乳制品质量，用于制造淡炼乳的原料乳，需用75%的酒精试验；用于制造甜炼乳的原料乳，用72%的酒精试验；用于制造乳粉的原料乳，用68%酒精试验（酸度不得超过20°T）。酸度不超过22°T的原料乳尚可用于制造奶油。酸度超过22°T的原料乳只能供制造工业用的干酪素、乳糖等。

第四节原料乳的预处理一、原料乳的净化：原料乳净化的目的是机械除去杂质并减少微生物的数量，可采用过滤和离心的办法进行乳的净化。（一）原料乳的过滤

在奶牛场挤乳时，乳容易被大量粪屑、饲料、垫草、牛毛和蚊蝇所污染，因此挤下的乳必须及时进行过滤。简单的过滤可采用在受乳槽上装金属网加多层纱布进行粗滤，进而使用管道过滤器。中型乳品厂采用双筒牛乳过滤器。

为加快过滤速度，含脂率>4%时，须把牛乳温度提高到40℃，但不能超过70℃；含脂率<4%时，采取4-15℃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，过滤器进口与出口之间压力差应保持在6.86×104Pa（0.7kg/cm2）以内。（二）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、白血球及红血球等，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。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。二、原料乳的冷却（一）冷却的作用

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，如不及时冷却，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繁殖。冷却对乳中微生物的抑制作用见下表：乳的冷却与乳中细菌数的关系（细菌数：个/ml）

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。6-12h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）使细菌的繁殖受到抑制。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。因此：1）挤奶时必须严格的卫生制度；2）刚挤出的原料乳应迅速冷却，以保持鲜乳能维持较长时间的新鲜度。乳的温度

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抗菌期（℃）

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乳温与抗菌作用的关系h

如果原料乳不在低温条件下保存，超过抗菌期后，微生物迅速繁殖。及时将乳冷却到10C以下，大部分微生物的发育减弱。若在2～3℃下贮存，乳中微生物繁殖几乎停止。一般不马上加工的原料乳应冷却到5℃以下。通常可以根据贮存时间的长短选择适宜的冷却温度。牛乳的贮存时间与冷却温度的关系（二）冷却的方法1、水池冷却将装乳桶放在水池中，用冷水或冰水进行冷却，可使乳温冷却到比冷却水温高约3-4℃左右。2、板式热交换器目前，大多数乳品厂都用板式热交换器对乳进行冷却。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污染的缺点。同时，因乳以薄膜形式进行热交换，因此热交换率高，用冷盐水作冷媒时，可使乳温迅速降到4℃左右。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

乳品厂都会设有贮乳罐，装乳能力通常为5吨、10吨或30吨，大型乳品厂的贮乳罐甚至大到100吨。鲜乳贮存中，贮乳罐的隔热尤为重要。在有保温层的贮乳罐中，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，24h内搅拌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2-3℃。（二）贮乳罐的使用一般贮乳罐的总容量应为日收纳总量的2/3～1。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。贮存时间要开动搅拌机。四、原料乳的运输目前我国乳源分散的地方，多采用乳桶运输；乳源集中的地方，采用乳槽车运输。国外先进地区则采用地下管道运输。无论采用哪种运输方式，都应注意以下几点：①防止乳在途中升温，特别是在夏季，乳温在运输途中往往很快升高。因此，最好在夜间或早晨运输。②运输时所采用的容器须保持清洁卫生，并加以严格杀菌。乳桶盖内应有橡皮衬垫，绝不能用碎布、油纸或碎纸等代替。③夏季必须装满盖严，以防震荡；冬季不得装得太满，避免因冻结而使容器破裂。④长距离运送乳时，最好采用乳槽车。利用乳槽车运乳的优点是单位体积表面小，乳的升温慢，特别是在乳槽车外加绝缘层后可以基本保持在运输中不升温。

五、原料乳的标准化

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稀奶油。（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：在生产上通常用比较简便的皮尔逊法进行计算，其原理是：设原料乳中的含脂率为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。（二）标准化的步骤原料乳和稀奶油（或脱脂乳）的脂肪总量等于混合乳的脂肪总量，因此形成下列关系式：FX+qY=F1（X+Y）则X（F-F1）=Y（F1-q）或脱脂乳或稀奶油的量：

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故：若F1＞F；则加稀奶油调整；若F1＜F，则加脱脂乳调整。为了使计算更精确，可先计算脱脂乳及稀奶油的无脂干物质（SNF），再按上述方法进行标准化。①脱脂乳中无脂干物质的计算：首先测定原料乳的含脂率及无脂干物质，然后按下式计算：②稀奶油中的无脂干物质的计算第五节消毒鲜乳的加工一、工艺流程标准化乳→预热均质→杀菌或灭菌→冷却→灌装→封口→装箱→冷藏二、操作及质量控制（一）标准化我国食品卫生标准规定，消毒乳的含脂率为3.0%。因此，不合乎标准的乳，都必须进行标准化。（二）预热均质均质乳具有下列优点：①风味良好，口感细腻；②在瓶内不产生脂肪上浮现象；③表面张力降低，改善牛乳的消化、吸收程度，适于喂养婴幼儿。通常荷斯坦牛乳中，75%的脂肪球直径为2.5~5.0μm，其余为0.1~2.2μm。均质后的脂肪球大部分在1.0μm以下。荷斯坦低温长时消毒牛乳生产时，一般于杀菌之前进行均质。均质效果与温度有关，所以须先预热。如果采用板式杀菌装置进行高温短时或超高温瞬时杀菌工艺，则均质机装在预热段后、杀菌段之前。牛乳进行均质时的温度宜控制在50~65℃，在此温度下乳脂肪处于溶融状态，脂肪球膜软化，有利于提高均质效果。一般均质压力为16.7~20.6Mpa。（三）杀菌或灭菌鲜乳处理过程中易被微生物污染（其中80%为乳酸菌）。因此，当利用牛乳生产消毒乳时，需加热进行杀菌或灭菌处理。消毒牛乳的杀菌或灭菌可根据设备条件选择低温长时杀菌法、高温短时杀菌法或超高温杀菌法。（四）冷却乳经杀菌后，虽然绝大部分细菌都已被杀灭，但在以后各项操作中还有被污染的可能。为了抑制牛乳中细菌的发育，增加保存性，需及时进行冷却。用片式杀菌器时，乳通过冷却区段后冷至4℃。如用保温缸或管式杀菌器，需用冷排或其他方法将乳冷却到2~4℃。冷却后的牛乳应直接分装，及时分送给消费者。如不能立即送时，也应贮存于5℃以下的冷却。（五）灌装、冷藏灌装的目的主要是便于分送和零售，防止外界杂质混入成品中，防止微生物再污染，保存风味和防止吸收外界气味而产生异味和维生素等成分的损失。

以前我国乳品厂采用的灌装容器主要为玻璃瓶和塑料瓶。目前已逐步发展为塑料袋和涂塑复合纸袋包装。现将主要几种包装方式介绍如下：1.玻璃瓶可多次循环使用，破损率控制在0.3%左右。与牛乳接触不起化学反应，无毒，光洁度高，又易于清洗。缺点为重量大，运输成本高，易受日光照射产生不良气味，造成营养成分损失。2.塑料瓶多用聚乙烯塑料制成。其优点为：重量低，可降低运输成本；破损率低，循环使用可达400~500次，能耐碱液及次氯酸的洗涤和杀菌处理。特别是聚丙烯能耐150℃的高温，具有刚性，耐酸、碱盐的性能均佳。其缺点是旧瓶表面易磨损，污染程度大，不易清洗和消毒。在较高的室温下，数小时后即产生异味，影响质量和合格率。3.涂塑复合纸袋这种容器的优点为：纸袋不回收，降低运费和劳动强度，质轻、体积小，携带方便，不需要洗瓶设备，减少建筑和冷床面积；不透光线，不易造成营养成分损失和产生异味；容器材料隔热性能较好，面品温度变化比较缓慢，不回收容器，减少污染。缺点为：强度不高，容易引起漏乳，容器一次性消耗，成本较高。4.塑料袋是目前采用较多的一种包装方式，材料多为低密度聚乙烯塑实。优点是：价格便宜，形式多样，适于各种规格和尺寸，材料种类多，来源广泛；本身重量轻，体积小，便于流通和消费；一次性使用，卫生性能好，冷藏占地面积小，运输费用低。其缺点是：强度较低，容易引起漏乳。第六节灭菌乳及无菌包装一、灭菌乳及无菌包装的概念所谓灭菌乳是指牛乳在密闭系统连续流动中，受135~150℃的高温及不少于1s的灭菌处理，杀灭乳中所有的微生物，然后在无菌条件下包装制得的乳制品。因为灭菌乳不含微生物，无需冷藏，可以在常温下长期保存。

所谓无菌包装（AsepticPackge）是指将灭菌后的牛乳，在无菌条件下装入事先杀过菌的容器内的一种包装技术。其特点是牛乳可进行超高温短时杀菌，在无菌条件下包装，可在常温下贮存而不会变质，色、香、味和营养素的损失少，而且无论包装尺寸大小、产品质量都能保持一致。细菌的热致死率随着温度的升高大大超过此时牛乳的化学变化的速率。在温度有效范围内，热处理温度每升高10℃。牛乳中所含幼稚孢子的破坏速率提高11~30倍，即：=10~30。而根据Vant、Hoff规则，温度每升高10℃，反应速率约增大2~4倍。即：t==2~4，对牛乳加热过程中的化学变化，如褐变理象仅增2.5~3.0倍，即r=2.5~3.0。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所示。牛乳灭菌过程中时间与温度的关系

从图中可以看出，150℃的灭菌温度实际上保持的时间不到1s。若按流速计算，其最小的保持时间仅0.6s。因此温度超过150℃时，则在工艺上要求如此短暂时间内达到准确控制是困难的。因为牛乳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135~150℃的灭菌温度。三、生产工艺及质量控制（一）灭菌乳生产工艺原料乳→超高温灭菌→无菌平衡贮罐→无菌灌装（二）操作及质量控制1.原料乳用于生产灭菌乳的牛乳必须新鲜，有极低的酸度，正常的盐类平衡及正常的乳清蛋白质含量（不得含初乳）。牛乳必须至少在75%的酒精浓度中保持稳定。2.灭菌条件灭菌工艺要求杀灭乳中全部微生物，而且对产品的颜色、滋气味、组织状态及营养品质没有严重损害，可采用不同的加热温度与时间制度。其一为110~120℃、15~20min，一般为装瓶后在加压器加热灭菌；其二为140~150℃、2~5s，一般为先灭菌，然生在无菌条件下包装。

图中实线为牛乳褐变之下限，虚线为完全灭菌之下限。因此选择灭菌条件必须在该两线之间。可以看出，选择110~120℃、15~20min两线之间的距离甚短，而选择137~145℃、2~5s时，两线之间的距离较长，产生变色及其分缺陷的之间的距离较长，产生变色及其他缺陷的危险性较小，再加上控制及经济消耗等方面的因素，加工灭菌乳一般多采用137~145℃、2~5s的灭菌条件。3.超高温