乳品加工的单元操作 ◼ 乳的净化和分离 ◼ 乳的标准化 ◼ 乳的均质 ◼ 乳的杀菌 乳的净化和分离 ◼ 离心的作用 • 净化：巴氏杀菌前去除液体杂质 • 奶油分离：从牛乳中分离奶油 • 标准化：将奶油含量调节到一定水平 • 乳清分离：从乳清中分离乳清奶油 • 离心除菌：从牛乳中分离细菌 • 夸克分离：从乳清中分离干酪凝乳 • 纯化黄油：从无水牛乳脂肪中分离乳清相 离 心 原 理 ◼ 斯托克公式 V=2r2 (d-d1)g/9N(静置） V:脂肪球上升速度 r:脂肪球半径 d1:脂肪球密度 d:脱脂乳的密度 g:重力加速度 N: 脱脂乳的粘度
乳品加工的单元操作 ◼ 乳的净化和分离 ◼ 乳的标准化 ◼ 乳的均质 ◼ 乳的杀菌 乳的净化和分离 ◼ 离心的作用 • 净化：巴氏杀菌前去除液体杂质 • 奶油分离：从牛乳中分离奶油 • 标准化：将奶油含量调节到一定水平 • 乳清分离：从乳清中分离乳清奶油 • 离心除菌：从牛乳中分离细菌 • 夸克分离：从乳清中分离干酪凝乳 • 纯化黄油：从无水牛乳脂肪中分离乳清相 离 心 原 理 ◼ 斯托克公式 V=2r2 (d-d1)g/9N(静置） V:脂肪球上升速度 r:脂肪球半径 d1:脂肪球密度 d:脱脂乳的密度 g:重力加速度 N: 脱脂乳的粘度
V=0.00244(d-d1)r2 U 2 R/N R:分离盘半径 U：离心机转速 影响离心效果之因素 ◼ 分离机转数 分离机转数越快分离效果越完善 ◼ 乳的温度 温度低，乳的密度较大，脂肪上浮受到一定阻力，分离不完全；加热后乳的密度大 大降低，温度过高会产生大量泡沫不易消除。分离最适温度，应控制在 32－35℃ ◼ 乳中杂质含量 乳中杂质较多，分离缽的内壁很容易被污物堵塞，作用半径渐渐缩小，分离能力 降低。 ◼ 乳的流量 单位时间内流入分离机内乳的数量越少，乳在分离机内停留的时间越长，分离效 果越好。 净 乳 ◼ 净乳和分离可在同一离心机内同时完成。上皮细胞、白血球、红血球、细菌沉降物和 稀泥等比牛乳密度大的粒子被甩向周边，从离心机中除去。 牛 乳 标 准 化 ◼ 牛乳标准化的目的 为了确定巴氏杀菌乳中的脂肪含量，以满足不同消费者的需求 低脂巴氏杀菌乳脂肪含量为 1.5％，常规巴氏杀菌乳为 3％.不同国家对巴氏杀菌乳 脂肪含量的规定不同，我国巴氏杀菌乳的脂肪含量不得低于 3％ 乳脂肪标准化的计算方法
V=0.00244(d-d1)r2 U 2 R/N R:分离盘半径 U：离心机转速 影响离心效果之因素 ◼ 分离机转数 分离机转数越快分离效果越完善 ◼ 乳的温度 温度低，乳的密度较大，脂肪上浮受到一定阻力，分离不完全；加热后乳的密度大 大降低，温度过高会产生大量泡沫不易消除。分离最适温度，应控制在 32－35℃ ◼ 乳中杂质含量 乳中杂质较多，分离缽的内壁很容易被污物堵塞，作用半径渐渐缩小，分离能力 降低。 ◼ 乳的流量 单位时间内流入分离机内乳的数量越少，乳在分离机内停留的时间越长，分离效 果越好。 净 乳 ◼ 净乳和分离可在同一离心机内同时完成。上皮细胞、白血球、红血球、细菌沉降物和 稀泥等比牛乳密度大的粒子被甩向周边，从离心机中除去。 牛 乳 标 准 化 ◼ 牛乳标准化的目的 为了确定巴氏杀菌乳中的脂肪含量，以满足不同消费者的需求 低脂巴氏杀菌乳脂肪含量为 1.5％，常规巴氏杀菌乳为 3％.不同国家对巴氏杀菌乳 脂肪含量的规定不同，我国巴氏杀菌乳的脂肪含量不得低于 3％ 乳脂肪标准化的计算方法
乳脂肪的标准化通过添加稀奶油或脱脂乳进行调整，如将全脂乳与脱脂乳混合,经稀 奶油与脱脂乳混合及将脱脂乳与无水奶油混合等。计算方法如下： ◼ Wa=稀奶油脂肪含量＝40％ ◼ Wb=脱脂乳脂肪含量＝0.05% ◼ Wc=最终产品脂肪含量＝3％ ◼ m＝最终产品的数量（kg) ◼ 稀奶油的需要量为： m(wc-wb) / (wc-wb)+(wa-wc) ◼ 脱脂乳的需要量为： m(wa-wc) / (wc-wb)+(wa-wc) ◼标准化原理 标准化方法 ◼ 预标准化：在巴氏杀菌前把全脂乳分离为稀奶油和脱脂乳。 ◼ 后标准化：后标准化是在巴氏杀菌之后进行，方法同上，容易产生二次污染。 ◼ 直接标准化：将牛乳加热至 55－65℃，然后按预先设置好的脂肪含量，分离出脱脂 乳和稀奶油，并且根据最终产品的脂肪含量，由设备自动控制回流到脱脂乳中的稀奶油 的流量，多余的稀奶油会流向稀奶油巴氏杀菌机直接标准化是与现代化的乳制品大生产 相结合的方法，其主要特点为：快速、稳定、精确、与离心分离机联合运作，单位时间 内处理量大。 ◼直接标准化原理
乳脂肪的标准化通过添加稀奶油或脱脂乳进行调整，如将全脂乳与脱脂乳混合,经稀 奶油与脱脂乳混合及将脱脂乳与无水奶油混合等。计算方法如下： ◼ Wa=稀奶油脂肪含量＝40％ ◼ Wb=脱脂乳脂肪含量＝0.05% ◼ Wc=最终产品脂肪含量＝3％ ◼ m＝最终产品的数量（kg) ◼ 稀奶油的需要量为： m(wc-wb) / (wc-wb)+(wa-wc) ◼ 脱脂乳的需要量为： m(wa-wc) / (wc-wb)+(wa-wc) ◼标准化原理 标准化方法 ◼ 预标准化：在巴氏杀菌前把全脂乳分离为稀奶油和脱脂乳。 ◼ 后标准化：后标准化是在巴氏杀菌之后进行，方法同上，容易产生二次污染。 ◼ 直接标准化：将牛乳加热至 55－65℃，然后按预先设置好的脂肪含量，分离出脱脂 乳和稀奶油，并且根据最终产品的脂肪含量，由设备自动控制回流到脱脂乳中的稀奶油 的流量，多余的稀奶油会流向稀奶油巴氏杀菌机直接标准化是与现代化的乳制品大生产 相结合的方法，其主要特点为：快速、稳定、精确、与离心分离机联合运作，单位时间 内处理量大。 ◼直接标准化原理
◼ 直接标准化流程 牛乳的均质 ◼ 均质是指对乳脂肪球进行机械处理，使它们呈较小的脂肪球均匀一致地分散在乳中。 自然状态的牛乳，其脂肪球直径大小不均匀，在 1－10um 之间，一般为 2－5um。经均质， 脂肪球直径可控制在 1um 左右，脂肪的表面积增大，浮力下降，能稳定存在于乳中 均质前后脂肪球的变化 均 质 原 理 ◼ 牛乳以高速度通过均质头中的窄缝对脂肪球产生巨大的剪切力，使脂肪球变形、伸长 和粉碎 ◼ 牛乳液体在间隙中加速的同时静压能降至脂肪的蒸汽压以下，产生气穴现象，使脂肪 球受到极大爆破力 ◼ 当脂肪球以高速冲击均质环时会产生进一步的剪切力 ◼均质机 ◼ 均质机内部构造 ◼二级均质 ◼二级均质前后脂肪球变化 乳 的 杀 菌 ◼巴氏杀菌 ◼UHT 巴氏杀菌目的 ◼ 杀死引起人类疾病的所有微生物
◼ 直接标准化流程 牛乳的均质 ◼ 均质是指对乳脂肪球进行机械处理，使它们呈较小的脂肪球均匀一致地分散在乳中。 自然状态的牛乳，其脂肪球直径大小不均匀，在 1－10um 之间，一般为 2－5um。经均质， 脂肪球直径可控制在 1um 左右，脂肪的表面积增大，浮力下降，能稳定存在于乳中 均质前后脂肪球的变化 均 质 原 理 ◼ 牛乳以高速度通过均质头中的窄缝对脂肪球产生巨大的剪切力，使脂肪球变形、伸长 和粉碎 ◼ 牛乳液体在间隙中加速的同时静压能降至脂肪的蒸汽压以下，产生气穴现象，使脂肪 球受到极大爆破力 ◼ 当脂肪球以高速冲击均质环时会产生进一步的剪切力 ◼均质机 ◼ 均质机内部构造 ◼二级均质 ◼二级均质前后脂肪球变化 乳 的 杀 菌 ◼巴氏杀菌 ◼UHT 巴氏杀菌目的 ◼ 杀死引起人类疾病的所有微生物
◼ 尽可能多的破坏这些微生物和酶系统，以保证产品质量 ◼ 使牛乳的质量和风味减少最低 巴氏杀菌方式 ◼水浴加热 ◼连续加热 水浴加热方式 连续加热方式 板式热交换器 巴氏杀菌种类 ◼ 初次杀菌(thermization) ◼ 低温长时间巴氏杀菌(LTLT) ◼ 高温短时间巴氏杀菌(HTST) ◼ 超巴氏杀菌(UP) ◼ 初次杀菌：许多乳品厂不可能在收乳后立刻进行巴氏杀菌和进行加工，因此有一部分 乳必须在贮奶罐中贮藏数小时，牛乳容易变质。初次杀菌也称预巴氏杀菌是把加工前的 牛乳加热到 63－65℃，持续 15s，初次杀菌不应导致磷酸酶试验呈阴性反应。 ◼ 初次杀菌的目的主要是嗜冷菌 ◼低温长时间巴氏杀菌(LTLT): • 是一种间歇式的巴氏杀菌方法，其温度和时间的组合以结核菌作“基准
◼ 尽可能多的破坏这些微生物和酶系统，以保证产品质量 ◼ 使牛乳的质量和风味减少最低 巴氏杀菌方式 ◼水浴加热 ◼连续加热 水浴加热方式 连续加热方式 板式热交换器 巴氏杀菌种类 ◼ 初次杀菌(thermization) ◼ 低温长时间巴氏杀菌(LTLT) ◼ 高温短时间巴氏杀菌(HTST) ◼ 超巴氏杀菌(UP) ◼ 初次杀菌：许多乳品厂不可能在收乳后立刻进行巴氏杀菌和进行加工，因此有一部分 乳必须在贮奶罐中贮藏数小时，牛乳容易变质。初次杀菌也称预巴氏杀菌是把加工前的 牛乳加热到 63－65℃，持续 15s，初次杀菌不应导致磷酸酶试验呈阴性反应。 ◼ 初次杀菌的目的主要是嗜冷菌 ◼低温长时间巴氏杀菌(LTLT): • 是一种间歇式的巴氏杀菌方法，其温度和时间的组合以结核菌作“基准
• 此菌的致死条件为 63℃，10 分钟。 • 牛乳在 63℃下保持 30min 达到巴氏杀菌的目的。 • 目前，这种方法在现代乳品厂中已很少用。 ◼ 高温短时间巴氏杀菌（HTST) 具体时间组合可根据所处理的产品的类型而变化。新鲜乳的 HTST72－75℃，保 持 15－20s 后再冷却。 H T S T HTST 基本设备 平衡罐 热回收装置 巴氏杀菌过程中热能和冷却所需要的能量的回收装置。 热回收效率：热回收装置中乳升高的温度与整个加热过程中乳升高温度之比。 例如：乳在平衡罐中的温度为 4 ℃ ，当通过热回收装置时温度升高到 65 ℃ ， 巴氏杀菌最终乳的温度为 72 ℃ ，则热回收效率为（65－4）÷(72-4)=89.7% 离心式泵 保持杀菌管 指示温度计 记录控制 流向控制装置
• 此菌的致死条件为 63℃，10 分钟。 • 牛乳在 63℃下保持 30min 达到巴氏杀菌的目的。 • 目前，这种方法在现代乳品厂中已很少用。 ◼ 高温短时间巴氏杀菌（HTST) 具体时间组合可根据所处理的产品的类型而变化。新鲜乳的 HTST72－75℃，保 持 15－20s 后再冷却。 H T S T HTST 基本设备 平衡罐 热回收装置 巴氏杀菌过程中热能和冷却所需要的能量的回收装置。 热回收效率：热回收装置中乳升高的温度与整个加热过程中乳升高温度之比。 例如：乳在平衡罐中的温度为 4 ℃ ，当通过热回收装置时温度升高到 65 ℃ ， 巴氏杀菌最终乳的温度为 72 ℃ ，则热回收效率为（65－4）÷(72-4)=89.7% 离心式泵 保持杀菌管 指示温度计 记录控制 流向控制装置
◼ 超巴氏杀菌： 125－138℃，2－4s,可延长小于 7℃时产品的保质期到 40 天，或更长。 几种典型乳制品的巴氏杀菌参数 ✓ 鲜乳 63℃30 min.,72℃16 sec., ✓ 冷冻甜乳混合物（冰淇淋，冰乳） 69 ℃ 30 min;80 ℃ 25 sec; ✓ 以乳为基料的产品（含乳脂肪 10％和高于此值，巧克力奶或奶油） 66 ℃ /30 min, 75 ℃ /16 sec UHT（超高温灭菌） ◼UHT 定义及 UHT 参数之选择 ◼UHT 优点 ◼UHT 加工类型 ◼ 直接加热系统与间接加热系统之比较 UHT 产品定 义 ◼ UHT 产品是指物料在连续流动的状态下通过热交换器加热至 135-150 ℃ ，并在这一 温度下保持一定的时间以达到商业无菌水平，然后在无菌状态下灌装于无菌包装容器中 的产品。 ◼ 欧共体 UHT 产品的定义：物料在连续流动的状态下，经 135℃以上不少于 1s 的超高 温瞬时灭菌，然后在无菌状态下包装于微量透气容器中，以最大限度地减少产品在物理、 化学及感官上的变化，这样生产出来的产品为 UHT 产品。 UHT 的优点 ◼ 产品质量高
◼ 超巴氏杀菌： 125－138℃，2－4s,可延长小于 7℃时产品的保质期到 40 天，或更长。 几种典型乳制品的巴氏杀菌参数 ✓ 鲜乳 63℃30 min.,72℃16 sec., ✓ 冷冻甜乳混合物（冰淇淋，冰乳） 69 ℃ 30 min;80 ℃ 25 sec; ✓ 以乳为基料的产品（含乳脂肪 10％和高于此值，巧克力奶或奶油） 66 ℃ /30 min, 75 ℃ /16 sec UHT（超高温灭菌） ◼UHT 定义及 UHT 参数之选择 ◼UHT 优点 ◼UHT 加工类型 ◼ 直接加热系统与间接加热系统之比较 UHT 产品定 义 ◼ UHT 产品是指物料在连续流动的状态下通过热交换器加热至 135-150 ℃ ，并在这一 温度下保持一定的时间以达到商业无菌水平，然后在无菌状态下灌装于无菌包装容器中 的产品。 ◼ 欧共体 UHT 产品的定义：物料在连续流动的状态下，经 135℃以上不少于 1s 的超高 温瞬时灭菌，然后在无菌状态下包装于微量透气容器中，以最大限度地减少产品在物理、 化学及感官上的变化，这样生产出来的产品为 UHT 产品。 UHT 的优点 ◼ 产品质量高
◼ 延长货架期 ◼ 廉价包装 UHT 加工类型 ◼ 间接加热系统：产品与加热介质有导热面所隔开，导热面由不锈钢制成，产品与加热 介质是分开的。 ◼ 直接加热系统：在直接加热系统中，产品与一定压力的蒸汽直接混合，这样蒸汽快速 冷凝，其释放的潜热对产品进行加热。 间接式加热器 ◼管式热交换器 管式 UHT 加热系统流程 直接加热系统 ◼ 蒸汽喷射式系统 ◼ 产品注入式系统 直接蒸汽喷射式和注入式加热系统 直接加热和间接加热系统比较 ◼ 直接加热系统中加热及冷却的速度较快，也就是 UHT 瞬时加热更容易通过直接加热系 统来实现 ◼ 直接加热系统主要的优势在于它能加工黏度高的产品，尤其是对那些不能通过板式交 换器进行良好加工的产品来讲，不容易形成结垢
◼ 延长货架期 ◼ 廉价包装 UHT 加工类型 ◼ 间接加热系统：产品与加热介质有导热面所隔开，导热面由不锈钢制成，产品与加热 介质是分开的。 ◼ 直接加热系统：在直接加热系统中，产品与一定压力的蒸汽直接混合，这样蒸汽快速 冷凝，其释放的潜热对产品进行加热。 间接式加热器 ◼管式热交换器 管式 UHT 加热系统流程 直接加热系统 ◼ 蒸汽喷射式系统 ◼ 产品注入式系统 直接蒸汽喷射式和注入式加热系统 直接加热和间接加热系统比较 ◼ 直接加热系统中加热及冷却的速度较快，也就是 UHT 瞬时加热更容易通过直接加热系 统来实现 ◼ 直接加热系统主要的优势在于它能加工黏度高的产品，尤其是对那些不能通过板式交 换器进行良好加工的产品来讲，不容易形成结垢
◼ 直接加热系统工艺上的缺点就是需要在灭菌后均质。 ◼ 与板式和管式加热器不同，直接加热系统的结构较为复杂。直接加热系统中的装置大 多是非标准和特制的，需要额外的设备如膨胀器和冷凝器等。 ◼ 直接加热系统的运转成本较高，这是由于其能量回收的可能形受到限制而使加热成本 增加。 ◼ 直接加热系统操作产本是间接加热系统的 2 倍。 ◼ 热回收率高的间接加热系统，在生产中的水耗量使可以忽略不计；即使使热回收率低 的间接加热系统空气冷却水消耗量也相对适中，而直接加热系统需要大量的冷却水，大 约每 L 产品耗水 1.5L
◼ 直接加热系统工艺上的缺点就是需要在灭菌后均质。 ◼ 与板式和管式加热器不同，直接加热系统的结构较为复杂。直接加热系统中的装置大 多是非标准和特制的，需要额外的设备如膨胀器和冷凝器等。 ◼ 直接加热系统的运转成本较高，这是由于其能量回收的可能形受到限制而使加热成本 增加。 ◼ 直接加热系统操作产本是间接加热系统的 2 倍。 ◼ 热回收率高的间接加热系统，在生产中的水耗量使可以忽略不计；即使使热回收率低 的间接加热系统空气冷却水消耗量也相对适中，而直接加热系统需要大量的冷却水，大 约每 L 产品耗水 1.5L