【正文】 第一章 緒 論一．牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值1．乳是哺乳動(dòng)物出生后賴以生存的發(fā)育的唯一食物，它含有適合其幼子生長(zhǎng)發(fā)育所必需的所有營(yíng)養(yǎng)素。由于牛乳具有以下特點(diǎn)，所以被公認(rèn)為迄今為止的一種比較理想的完全食品。①乳經(jīng)過(guò)殺菌后，不需要進(jìn)行任何調(diào)理即可直接供人食用。②人們食用牛乳幾乎全部消化吸收，并無(wú)廢棄排泄物。③牛乳含有促進(jìn)人類生長(zhǎng)發(fā)育以及維持健康水平的幾乎一切必需的營(yíng)養(yǎng)成分。④牛乳所含有各種營(yíng)養(yǎng)成分比例大體適合人類生理需要。⑤其他食物由于添加了牛乳，可顯著提高這種食物的蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。⑥為了取得牛奶同等數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)成分，用其他谷物提供，在數(shù)量上要比牛乳消耗好幾倍。2．每100克牛乳所含營(yíng)養(yǎng)成分：、生理水88克。3．乳脂肪的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值：牛乳脂肪為短鏈和中鏈脂肪脂肪酸，熔點(diǎn)低，℃。牛乳脂肪球顆粒小，呈高度乳化狀態(tài)，所以乳脂肪極易消化吸收。乳脂肪還含有人類必需的脂肪酸和磷脂。因而乳脂肪是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的脂肪。4．乳蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值：牛乳蛋白質(zhì)含有人體生長(zhǎng)發(fā)育的一切必需的氨基酸和其他氨基酸。牛乳蛋白質(zhì)的消化率可達(dá)98%～100%，生物價(jià)84。而豆類蛋白質(zhì)消化率為80%。因而乳蛋白為完全蛋白質(zhì)。5．牛乳中碳水化合物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值：乳中的碳水化合物只有乳糖一種。乳糖在自然界中僅存在與哺乳動(dòng)物的乳汁中，其甜度為蔗糖的1/6。一分子乳糖消化時(shí)可得一分子葡萄糖和一分子半乳糖。半乳糖可促進(jìn)腦苷脂類和粘多糖類的生成，因而對(duì)幼兒智力發(fā)育非常重要。乳糖的一個(gè)重要特點(diǎn)是能促進(jìn)人類腸道健康。乳糖還和糖的代謝有關(guān)，在食物中添加乳及乳制品有利于鈣的吸收，取得預(yù)防小兒佝僂病、中老年人骨質(zhì)疏松癥的效果。因而牛乳中的碳水化合物不僅能提供熱量，且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值要優(yōu)于其他碳水化合物。6．牛乳中礦物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)：乳中有豐富的礦物質(zhì)。如鈣、磷、鐵、鋅、銅、鉬等。特別是含鈣多，而且鈣、磷比例合理，吸收率高。所以牛乳是人體鈣最佳來(lái)源。鈣是人體中含量最多的一種無(wú)機(jī)鹽，是構(gòu)成骨骼和牙齒的主要成分。人體中90％的鈣集中在牙齒和骨骼上。兒童、青少年生長(zhǎng)發(fā)育期需要充足的鈣，同樣孕婦及成人、中老年人，也需要補(bǔ)充鈣質(zhì)，缺乏鈣會(huì)影響牙齒和骨骼的正常發(fā)育，導(dǎo)致佝僂病。成年人每日需鈣800毫克，但我國(guó)居民的鈣攝入量不足400毫克，由于鈣攝入不足，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松，軟骨癥等，嚴(yán)重影響了我國(guó)人民的身體健康。大自然中的鈣是以化合態(tài)存在的，只有被動(dòng)、植物吸收后形成具有生物活性的鈣，才能更好地被人體所吸收利用。牛奶中含有豐富的活性鈣，是人類最好的鈣源之一，1升新鮮牛奶中含活性鈣約1250毫克，居眾多食物之首， 它不但鈣含量高，而且含維生素D3能促進(jìn)人體胃、腸壁對(duì)鈣的吸收，吸收率可高達(dá)98％，調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣的代謝，維持血清鈣濃度，增進(jìn)骨骼的鈣化。7．牛乳中維生素的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值：牛乳中含有所有已知的各種維生素，尤其是維生素A和B2含量較高，而一般食物中維生素A和B2很少。所以，牛乳還是人類維生素A和B2的重要來(lái)源。牛乳中膽固醇含量少，而且還含有降低血膽固醇的3羥—3甲基戊二酸及乳清酸，對(duì)中老年尤為適宜。綜上所述，除膳食纖維外，牛乳中含有人體所需要的全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值之高是其他食物所不能比的。一個(gè)成年人每日喝500毫升牛乳，能獲得15～17克優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，可滿足每天所需要的必須氨基酸；能獲得600毫升的鈣，相當(dāng)于需要量的80%；可滿足每日熱量需要量的11%。牛奶是人類改善營(yíng)養(yǎng)、科學(xué)補(bǔ)鈣、增強(qiáng)體質(zhì)的最好食品。二．奶粉生產(chǎn)工藝流程圖及其簡(jiǎn)介[1]用于生產(chǎn)乳粉的牛乳必須在一級(jí)品以上，酸度超過(guò)20176。T會(huì)嚴(yán)重影響乳粉的溶解度，在保藏過(guò)程中容易發(fā)生酸敗。乳粉在復(fù)水后應(yīng)還原到鮮乳狀態(tài)，因此，原料乳需標(biāo)準(zhǔn)化到鮮乳國(guó)標(biāo)要求。由于乳粉在常溫的保藏期長(zhǎng)，脂肪酶、蛋白酶、過(guò)氧化物酶的殘留會(huì)對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤造成嚴(yán)重影響，必須加以鈍化；此外，產(chǎn)品中不得有致病菌檢出，大腸桿菌和雜菌數(shù)也有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)原料乳的殺菌可以達(dá)到以下目的：殺滅存在于牛乳中的全部病源微生物和絕大部分其他微生物，使產(chǎn)品中微生物殘存量達(dá)到國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，成為安全食品；破壞牛乳中各種酶的活性，尤其要破壞脂酶和過(guò)氧化物酶的活性，以延長(zhǎng)乳粉的保存期；提高牛乳的熱穩(wěn)定性；提高濃縮過(guò)程中牛乳的進(jìn)料溫度，使牛乳的進(jìn)料溫度超過(guò)濃縮鍋內(nèi)相應(yīng)牛乳的沸點(diǎn)，殺菌乳進(jìn)入濃縮鍋后即自行蒸發(fā)，從而提高了濃縮設(shè)備的生產(chǎn)能力，牛乳的進(jìn)料溫度等于濃縮鍋內(nèi)牛乳的沸點(diǎn)，也同樣可提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，并可減少濃縮設(shè)備加熱器表面的結(jié)垢現(xiàn)象；高溫殺菌可提高乳粉的香味，同時(shí)因分解含硫氨基酸而產(chǎn)生活性巰基，提高乳粉的抗氧性，延長(zhǎng)乳粉的保存期。因此，乳粉原料奶的殺菌條件比較激烈，一般有中溫長(zhǎng)時(shí)間殺菌法，72～75℃保持15分鐘；高溫短時(shí)間殺菌法，85～90℃，保溫3～5分鐘；超高溫瞬時(shí)殺菌法，120～140℃，保溫1～2秒鐘。實(shí)踐證明，無(wú)論從乳粉的衛(wèi)生及其他質(zhì)量指標(biāo)來(lái)看，高溫短時(shí)加殺菌效果良好，因此，目前乳粉生產(chǎn)上多采用高溫短時(shí)間殺菌法。超高溫瞬時(shí)殺菌不但是牛乳經(jīng)殺菌后處于無(wú)菌狀況，而且保持牛乳原有的營(yíng)養(yǎng)成分，但由于設(shè)備成本高，未能得到廣泛的應(yīng)用。牛乳的87％以上都是水，未經(jīng)濃縮直接干燥的乳粉有許多缺點(diǎn)，通過(guò)濃縮可達(dá)到如下目的：提高產(chǎn)品的色、香、味、形，濃縮后干燥的乳粉色澤奶黃到淡黃，而直接干燥的乳粉灰白暗淡；經(jīng)濃縮的乳粉乳香濃郁、滋味充足，未經(jīng)濃縮的乳粉乳香淡薄，缺乏乳粉滋味；經(jīng)過(guò)真空濃縮的乳粉顆粒直徑大，分散性、沖調(diào)性好，反之則性能相反；節(jié)約能源和設(shè)備，～，真空濃縮只需1～；未濃縮乳噴干需要的干燥室體積比正常的大三分之一，設(shè)備投資高；便于包裝，直接干燥乳粉因顆粒小、密度低，包裝過(guò)程中容易發(fā)生粉塵飛揚(yáng)和粘滯，包裝材料也需多耗10％。真空濃縮的工藝條件為：?jiǎn)涡饪s，～,乳溫51～56℃，～,末效溫度40～45℃；～。濃縮終點(diǎn)，～13波美度，相當(dāng)于含固形物38％～42％。真空度是濃縮過(guò)程的關(guān)鍵之一，真空度過(guò)低，乳溫必然上升，乳蛋白變性加?。徽婵斩冗^(guò)高，乳的沸點(diǎn)過(guò)低，飛騰面就低，將影響蒸發(fā)效率。 這是本文研究的重點(diǎn)問(wèn)題，其工藝將在后文中具體介紹。 干燥后乳粉的溫度通常都在60～72℃，溫度的高低是根據(jù)顆粒大小與在干燥室中滯留位置及工藝條件而定。如不及時(shí)對(duì)乳粉實(shí)施冷卻，容易引起蛋白質(zhì)變性；脂肪球因處于超熔點(diǎn)狀態(tài)，容易破裂而使游離脂肪量增多，尤其在包裝過(guò)程中，經(jīng)撞擊與摩擦，使乳粉中的脂肪滲出到表面，再保藏階段容易發(fā)生氧化。傳統(tǒng)的冷卻方法是將乳粉放入專用的不銹鋼箱內(nèi)，在室溫下自然冷卻數(shù)小時(shí)之后篩粉，更先進(jìn)的是通過(guò)干燥室內(nèi)附帶的冷卻裝置冷卻，或使乳粉在卸粉過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)篩網(wǎng)，并用符合食品衛(wèi)生要求的冷風(fēng)進(jìn)行冷卻，使乳粉溫度降至25～30℃，低于脂肪熔點(diǎn)。通過(guò)干燥脫去微生物生長(zhǎng)所必需的水分來(lái)保存不同食品的方法已經(jīng)使用了幾個(gè)世紀(jì)。按照馬可波羅在亞洲旅行的筆記記載，蒙古人通過(guò)在陽(yáng)光下干燥牛乳以生產(chǎn)奶粉。在過(guò)去的150年左右的時(shí)間里，許多干燥食品的技術(shù)發(fā)展起來(lái)了，有一些就特別適合于乳粉生產(chǎn)。不容置疑，當(dāng)今最重要的干燥方法是噴霧干燥，該原理可追溯到一個(gè)多世紀(jì)前的一項(xiàng)相關(guān)的專利，是通過(guò)霧化來(lái)改良干燥和濃縮的液態(tài)物料。盡管?chē)婌F干燥的概念在19世紀(jì)后期就存在了，但大多數(shù)乳粉生產(chǎn)直到20世紀(jì)中葉仍采用滾筒干燥。美國(guó)在第一次世界大戰(zhàn)前后，MerrilSoul和GreyJensen將噴霧干燥的加工方法用于商業(yè)化生產(chǎn)，直到50年以后，噴霧干燥才代替了滾筒干燥，成為最經(jīng)典的乳粉生產(chǎn)方法。滾筒干燥仍然用于某些特殊的乳制品生產(chǎn)中，并且十分廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)的其它領(lǐng)域。噴霧干燥設(shè)備在1901年首次用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn)，在20世紀(jì)20年代才真正用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn)，20世紀(jì)40年代末才在我國(guó)開(kāi)始使用。最早的結(jié)構(gòu)是屬于壓力箱式（臥式），物料的霧化為雙流體式，動(dòng)力消耗量大。到1958年，輕工部在黑龍江省推廣畜力小型壓力式噴霧干燥法生產(chǎn)奶粉，1955年哈爾濱松花江牛奶廠首次用離心噴霧的方法生產(chǎn)奶粉。這兩種形式的噴霧干燥設(shè)備當(dāng)時(shí)都是平底結(jié)構(gòu)，出粉是間歇式的，每工作一個(gè)班次人工出粉一次。20世紀(jì)60年代中期，箱式壓力干燥設(shè)備出現(xiàn)了錐底帶螺旋出粉器（攪龍）的結(jié)構(gòu)形式。第一臺(tái)立式多噴頭壓力噴霧干燥設(shè)備誕生在20世紀(jì)70年代初，它的出現(xiàn)使噴霧干燥設(shè)備的有效容積縮小近一半，而且不用攪龍，連續(xù)出粉。20世紀(jì)80年代又生產(chǎn)了單噴頭的立式壓力噴霧干燥設(shè)備，它在奶粉工業(yè)中的應(yīng)用事推動(dòng)我國(guó)乳粉工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為促進(jìn)我國(guó)奶粉工業(yè)的迅速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在乳粉噴霧干燥過(guò)程中有如下幾個(gè)問(wèn)題會(huì)影響乳粉的質(zhì)量，這也同樣是我們?cè)诳刂浦行枰P(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題：加熱過(guò)程中熱、質(zhì)交換的平衡非常重要，熱空氣溫度過(guò)高，易使乳滴表面硬結(jié)，內(nèi)部水分?jǐn)U散困難，導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)變性及熱敏性成分的損失，顆粒疏松，沉降性差，影響產(chǎn)品的復(fù)原性能；乳滴過(guò)大或濃度過(guò)高都易發(fā)生在干燥過(guò)程中由于乳固體提高，水分?jǐn)U散減慢而降低品質(zhì)。反之，干燥溫度太低，產(chǎn)品的含水量過(guò)高，會(huì)引起許多質(zhì)量問(wèn)題。干燥時(shí)物料的受熱的均一性極為重要，要求霧化液滴與熱介質(zhì)接觸良好，物料受熱程度一致，否則造成產(chǎn)品水分含量不一致，還會(huì)導(dǎo)致熱敏性組分變性或損失。壓力噴霧干燥中，高壓泵壓力的大小是影響乳粉顆粒直徑大小因素之一。高壓泵的使用壓力高，霧化狀況好，但霧化的液滴小，產(chǎn)品顆粒小，色澤差；使用壓力低，則乳粉顆粒直徑就大，但可能造成霧化液滴太大而不易干燥。噴頭孔徑大，干燥所得的產(chǎn)品顆粒大，但孔徑太大易造成潮粉。離心噴霧時(shí)，噴頭的孔徑大小及內(nèi)孔表面的光潔度狀況，也影響乳粉顆粒直徑的大小及分布狀況，噴頭孔徑大，內(nèi)孔光潔度高，則得到顆粒直徑大、顆粒大小較為均勻一致的乳粉。乳粉顆粒的大小隨干燥方法的不同而異。一般來(lái)說(shuō)，壓力噴霧干燥法生產(chǎn)的乳粉顆粒直徑約為10～100微米，平均為45微米；而離心噴霧干燥法生產(chǎn)的乳粉顆粒直徑則為30～200微米，平均為100微米。水分含量對(duì)乳粉質(zhì)量的影響有以下幾個(gè)方面：乳糖。含水分3％～5％的噴霧干燥脫脂乳粉，在37℃保存600日也不結(jié)晶化。％時(shí)，37℃保存1日，℃保存10日，20℃保存100日開(kāi)始結(jié)晶；乳粉的色澤。乳粉在保藏過(guò)程中顏色會(huì)逐漸變深，這與水分含量關(guān)系很大，水分在4％以下不易褐變，水分超過(guò)5％，即使抽真空充氮包裝也易褐變；溶解度。水分含量在3％以下，在充氮密封包裝后，在室溫下保藏二年，溶解度不會(huì)下降，水分超過(guò)5％，溶解度易下降；微生物。含水量在5％以下的乳粉經(jīng)密封包裝后一般不會(huì)有細(xì)菌繁殖，在2％～3％，細(xì)菌反而減少，超過(guò)5％細(xì)菌就容易繁殖并容易產(chǎn)生陳腐味。但水分含量過(guò)低（％）時(shí)，也容易發(fā)生氧化臭味。第二章 乳粉干燥工藝介紹及控制方案論證1．噴霧干燥的過(guò)程 ：噴霧干燥包括濃縮物料微粒加熱、表面水分汽化、微粒內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散以及對(duì)干物料的加熱。干燥過(guò)程可分為以下三個(gè)階段。預(yù)熱階段。 濃縮物料的微粒與干燥介質(zhì)接觸的瞬間，干燥過(guò)程便開(kāi)始進(jìn)行，微粒表面的水分即開(kāi)始汽化。微粒表面的溫度如低于干燥介質(zhì)的濕球溫度，則干燥介質(zhì)供給的熱量使微粒表面迅速達(dá)到濕球溫度；如微粒表面的溫度高于干燥介質(zhì)的濕球溫度，則其表面溫度因水分蒸發(fā)而迅速下降，直至達(dá)到汽化所需熱量平衡，此時(shí)預(yù)熱階段結(jié)束，干燥速度迅速增大，進(jìn)入恒速干燥階段。恒速干燥階段。 在恒速干燥階段，微粒內(nèi)部的水分不斷向表面擴(kuò)散，表面水分不斷汽化，水蒸氣分壓等于水的飽和蒸汽壓，微粒表面溫度等于干燥介質(zhì)的濕球溫度（一般為50～60℃）。干燥速度取決于干燥介質(zhì)的溫度、濕度、氣流狀況。干燥介質(zhì)溫度與微粒表面濕球溫度間溫差越大、濕度越低，微粒在干燥介質(zhì)中的分散性越好，干燥速度越大。～。降速干燥階段。 當(dāng)微粒內(nèi)部水分?jǐn)U散速度降至低于顆粒表面的蒸發(fā)速度，恒速干燥階段即告結(jié)束，降速干燥階段開(kāi)始。在降速干燥階段，物料顆粒溫度將逐步超出干燥介質(zhì)的濕球溫度，并逐步接近干燥介質(zhì)溫度，干物料的水分含量也接近或等于該干燥介質(zhì)狀態(tài)的平衡水分。此階段的干燥時(shí)間較恒速干燥階段長(zhǎng)，為10～30s或更長(zhǎng)。2．噴霧干燥的設(shè)備：最簡(jiǎn)單的噴霧干燥的設(shè)備是一個(gè)具風(fēng)力傳送系統(tǒng)的噴霧干燥器，1 干燥室2 空氣加熱