【正文】 在乳粉噴霧干燥過程中有如下幾個問題會影響乳粉的質(zhì)量，這也同樣是我們在控制中需要關(guān)注的幾個問題： 加熱過程中熱、質(zhì)交換的平衡非常重要，熱空氣溫度過高 ，易使乳滴表面硬結(jié)，內(nèi)部水分擴散困難，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；乳滴過大或濃度過高都易發(fā)生在干燥過程中由于乳固體提高，水分擴散減慢而降低品質(zhì)。第一臺立式多噴頭壓力噴霧干燥設(shè)備誕生在 20 世紀 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。這兩種形式的噴霧干燥設(shè)備當時都是平底結(jié)構(gòu)，出粉是間歇式的，每工作一個班次人工出粉一次。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，動力消耗量大。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。盡管噴霧干燥的概念在 19 世紀后期就存在了，但大多數(shù)乳粉生產(chǎn)直到 20 世紀中葉仍采用滾筒干燥。在過去的 150 年左右的時間里，許多干燥食品的技術(shù)發(fā)展起來了，有一些就特別適合于乳粉生產(chǎn)。 噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展 通過干燥脫去微生物生長所必需的水分來保存不同食品的方法已經(jīng)使用了幾個世紀。如不及時對乳粉實施冷卻，容易引起蛋白質(zhì)變性；脂肪球因處于超熔點 狀態(tài)，容易破裂而使游離脂肪量增多，尤其在包裝過程中，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。 這是本文研究的重點問題，其工藝將在后文中具體介紹。濃縮終點，全脂乳粉為 ～ 13 波美度，相當于含固形物38％～ 42％。 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，通過濃縮可達到如下目的： 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，噴霧干燥時蒸發(fā) 1Kg 水需耗用 ～ 蒸汽，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 5 投資高； 便于包裝，直接干燥乳粉因顆粒小、密度低，包裝過程中容易發(fā)生粉塵飛揚和粘滯，包裝材料也需多耗 10％。實踐證明，無論從乳粉的衛(wèi)生及其他質(zhì)量指標來看，高溫短時加殺菌效果良好，因此，目前乳粉生產(chǎn)上多采用高溫短時間殺菌法。對原料乳的殺菌可以達到以下目的： 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到國家衛(wèi)生標準的要求，成為安全食品； 破壞牛乳中各種酶的活性，尤 其要破壞脂酶和過氧化物酶的活性，以延長乳粉的保存期； 提高牛乳的熱穩(wěn)定性； 提高濃縮過程中牛乳的進料溫度，使牛乳的進料溫度超過濃縮鍋內(nèi)相應(yīng)牛乳的沸點，殺菌乳進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，牛乳的進料溫度等于濃縮鍋內(nèi)牛乳的沸點，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，延長乳粉的保存期。乳粉在復(fù)水后應(yīng)還原到鮮乳狀態(tài)，因此，原料乳需標準化到鮮乳國標要求。 二． 奶粉生產(chǎn)工藝 流程圖及其簡介 [1] 3 標 準 化預(yù) 熱 殺 菌原 料 驗 收冷 卻貯 存真 空 濃 縮過 濾噴 霧 干 燥冷 卻過 篩包 裝檢 驗出 廠凈 化 4 用于生產(chǎn)乳粉 的牛乳必須在一級品以上，酸度超過 20176。一個成年人每日喝 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，相當于需要量的 80%；可滿足每日熱量需要量的 11%。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，對中老年尤為適宜。 7． 牛乳中維生素的營養(yǎng)價值：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。大自 然中的鈣是以化合態(tài)存在的，只有被動、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。兒童、青少年生長發(fā)育期需要充足的鈣，同 2 樣孕婦及成人、中老年人，也需要補充鈣質(zhì)，缺乏鈣會影響牙齒和骨骼的正常發(fā)育，導(dǎo)致佝僂病。鈣是人體中含量最多的一種無機鹽，是構(gòu)成骨骼和牙齒的主要成分。特別是含鈣多，而且鈣、磷比例合理，吸收率高。 6． 牛乳中礦物質(zhì)的營養(yǎng)：乳中有豐富的礦物質(zhì)。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。半乳糖可促進腦苷脂類和粘多糖類的生成，因而對幼兒智力發(fā)育非常重要。乳糖在自然界中僅存在與哺乳動物的乳汁中，其甜度為蔗糖的 1/6。因而乳蛋白為完全蛋白質(zhì)。牛乳蛋白質(zhì)的消化率可達 98%～ 100%，生物價 84。因而乳脂肪是一種營養(yǎng)價值較高的脂肪。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 。 2． 每 100 克牛乳所含營養(yǎng)成分：脂肪 克、蛋白質(zhì) 克、乳糖 克、礦物質(zhì) 克、生理水 88 克。 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)的營養(yǎng)價值。 ③ 牛乳含有促進人類生長發(fā)育以及維持健康水平的幾乎一切必需的營養(yǎng)成分。 ① 乳經(jīng) 過 殺菌后，不需要進行任何調(diào)理即可直接供人食用。 1 第一章 緒 論 引言 一． 牛奶的營養(yǎng)價值 1． 乳是哺乳動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發(fā)育所必需的所有營養(yǎng)素。由于牛乳具有以下特點，所以被公認為迄今為止的一種比較理想的完全食品。 ② 人們食用牛乳幾乎全部消化吸收，并無廢棄排泄物。 ④ 牛乳所含有各種營養(yǎng)成分比例大體適合人類生理需要。 ⑥ 為 了取得牛奶同等數(shù)量的營養(yǎng)成分，用其他谷物提供，在數(shù)量上要比牛乳消耗好幾倍。 3． 乳脂肪的營養(yǎng)價值：牛乳脂肪為短鏈和中鏈脂肪脂肪酸，熔點低，僅為℃ 。 乳脂肪還含有人類必需的脂肪酸和磷脂。 4． 乳蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值：牛乳蛋白質(zhì)含有人體生長發(fā)育的一切必需的氨基酸和其他氨基酸。而豆類蛋白質(zhì)消化率為 80%。 5． 牛乳中碳水化合物的營養(yǎng)價值：乳中的碳水化合物只有乳糖一種。一分子乳糖消化時可得一分子葡萄糖和一分子半乳糖。乳糖的一個重要特點是能促進人類腸道健康。因而牛乳中的碳水化合物不僅能提供熱量，且營養(yǎng)價值要優(yōu)于其他 碳水化合物。如鈣、磷、鐵、鋅、銅、鉬等。所以牛乳是人體鈣最佳來源。人體中 90％的鈣集中在牙齒和骨骼上。成年人每日需鈣 800 毫克，但我國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，嚴重影響了我國人民的身體健康。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能促進人體胃、腸壁對鈣的吸收，吸收率可高達 98％，調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣的代謝，維持血清鈣濃度，增進骨骼的鈣化。所以，牛乳還是人類維生素 A 和 B2 的重要來源。 綜上所述，除膳食纖維外，牛乳中含有人體所需要的全部營養(yǎng)物質(zhì)，其營養(yǎng)價值之高是其他食物所不能比的。牛奶是人類改善營養(yǎng)、科學(xué)補鈣、增強體質(zhì)的最好食品。 T 會嚴重影響乳粉的溶解度，在保藏過程中容易發(fā)生酸敗。 由于乳粉在常溫的保藏期長，脂肪酶、蛋白酶、過氧化物酶的殘留會對產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤造成嚴重影響，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)也有嚴格標準。 因此，乳粉原料奶的殺菌條件比較激烈，一般有中溫長時間殺菌法， 72～ 75℃保持 15 分鐘；高溫短時間 殺菌法， 85～ 90℃，保溫 3～ 5 分鐘；超高溫瞬時殺菌法， 120～ 140℃，保溫 1～ 2 秒鐘。超高溫瞬時殺菌不但是牛乳經(jīng)殺菌后處于無菌狀況，而且保持牛乳原有的營養(yǎng)成分，但由于設(shè)備成本高，未能得到廣泛的應(yīng)用。 真空濃縮的工藝條件為：單效濃縮，真空度為表壓 ～ ,乳溫51～ 56℃，多效濃縮的末效真空度 ～ ,末效溫度 40～ 45℃；加熱蒸汽壓力 ～ 。 真空度是濃縮過程的關(guān)鍵之一，真空度過低，乳溫必然上升，乳蛋白變性加?。徽婵斩冗^高，乳的沸點過低，飛騰面就低，將影響蒸發(fā)效率。 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。 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)小時之后篩粉，更先進的是通過干燥室內(nèi)附帶的冷卻裝置冷卻，或使乳粉在卸粉過程中通過自動篩網(wǎng)，并用符合食品衛(wèi)生要求的冷風(fēng)進行冷卻，使乳粉溫度降至 25～30℃，低于脂肪熔點。按照馬可波羅在亞洲旅行的筆記記載，蒙古人通過在陽光下干燥牛乳以生產(chǎn)奶粉。不容置疑，當今最重要的干燥方法是噴霧干燥，該原理可追溯到一個多世紀前的一項相關(guān)的專利，是通過霧化來改良干燥和濃縮的液態(tài)物料。美國在第一次世界大戰(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。 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 20 年代才真正用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn)， 20 世紀 40 年代末才在我國開始使用。到 1958 年，輕工 6 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。 20 世紀 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。 20 世紀 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)用事推動我國乳粉工業(yè)技術(shù)進步的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為促進我國奶粉工業(yè)的迅速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。反之，干燥溫度太低，產(chǎn)品的含水量過高，會引起許多質(zhì)量問題。 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。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。 乳粉顆粒的大小隨干燥方法的不同而異。 水分含量對乳粉質(zhì)量的影響有以下幾個方面： 乳糖。水分約 ％時， 37℃保存 1 日， ℃保存 10 日， 20℃保存 100 日開始結(jié) 7 晶； 乳粉的色澤。水分含量在 3％以下，在充氮密封包裝后，在室溫下保藏二年，溶解度不會下降，水分超過 5％，溶解度易下降； 微生物。但水分含量過低（小于 ％）時，也容易發(fā)生氧化臭味。干燥過程可分為以下三個階段。 濃縮物料的微粒與干燥介質(zhì)接觸的瞬間，干燥過程便開始進行，微粒表面的水分即開始汽化。 恒速干燥階段。干燥速度取決于干燥介質(zhì)的溫度、濕度、氣流狀況。恒速干燥階段約 ～ 內(nèi)完成。 當微粒內(nèi)部水分擴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，降速干燥階段開始。此階段的干燥時間較恒速干燥階段長，為 10～ 30s 或更長。 這一系統(tǒng)建立在一級干燥原理上，即從將濃縮液中的水分脫除至要求的最終濕度的過程全部在噴霧干燥塔室內(nèi) (1)完成。 空氣由風(fēng)扇吸入并通過過濾器，然后在加熱器（ 2）處加熱到 150～ 250℃，熱空氣經(jīng)分散進入噴霧塔，在塔內(nèi)，經(jīng)噴霧的乳與熱空氣完全混合蒸發(fā)出奶中的水分。奶粉被冷風(fēng)冷卻下來并傳送到包裝段，冷風(fēng)由風(fēng)扇送至輸送管道，冷卻之后，混著冷風(fēng)的奶粉流動到排放單元（ 7），在包裝之前奶粉由空氣中分離出來。這些粉在一個或多個旋風(fēng)分離器（ 7）中分離。 ： 噴霧干燥物料的霧化方式有壓力噴霧干燥、離心噴霧干燥和氣流噴霧干燥。壓力噴霧設(shè)備的霧化器是 噴頭，它必須使?jié)饪s乳能夠均勻地分散成微小的液滴目前使用最為廣泛的是 M 型和 S 型兩種。S 型噴頭加工較為方便，價格也較便宜，但流通能力較小，用不銹鋼制造的噴頭內(nèi)孔易于磨損，使用壽命較短。其設(shè)備如下圖所示 濃乳在圓盤上的每 一質(zhì)點均受到歲圓盤旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切向力與離心力作用而產(chǎn)生的徑向力，其結(jié)果為以合速度在圓盤上運動，其運動軌跡可以設(shè)想為一螺旋形，液體沿此螺旋線自圓盤上被拋出后，分散成很微小的液滴，并受到使其沿圓盤的切線方向運動的離心力以及使其沉降的重力的合力作用。這樣，就在不同的距離形成一個以轉(zhuǎn)軸為中心對稱的圓柱體。 氣流噴霧干燥則借助于其他氣體的作用挾帶物料并經(jīng)過噴嘴形成微粒再行干燥。 ：噴霧干燥的過程迅速，干燥溫度較低，因此特別適用于熱敏性較強物料的干燥，產(chǎn)品能保持原有的營養(yǎng)成分和性能；噴霧干燥設(shè)備可以方便的調(diào)節(jié)及改變干燥條件，能適用于不同質(zhì)量要求產(chǎn)品的干燥；由于干燥介質(zhì)與濕物料在空中瞬間接觸時發(fā)生熱交換，因此，對換熱設(shè)備的壁面材料無需過高的要求；設(shè)備生產(chǎn)率很高，無需大量操作人員。 11 ：不同的產(chǎn)品對濃縮物料的濃度及濃縮物料的進料量、廢氣的相對濕度均有不同的要求。在通常情況下，離心噴霧法生產(chǎn)的乳粉顆?？傒^壓力噴霧法生產(chǎn)的大。使用離心噴霧干燥時，離心機圓盤的轉(zhuǎn)速根據(jù)不同的直徑有所不同，一般在 5000～ 15000rpm，乳品生產(chǎn)所采用的離心機圓盤的圓周速率一般在 100～ 160m/s。進風(fēng)機風(fēng)量 =干燥室內(nèi)水分蒸發(fā)量? 110％～ 120％ ，排風(fēng)機排出風(fēng)量 =干燥室內(nèi)水分蒸發(fā)量 ? 120％～ 140％ ，干燥室內(nèi)形成 2～ 的負壓。 系統(tǒng)控制方案的論證及自動控制變量的確定 正確分析噴霧干燥機理，對自動化控制 方案的最后確定至關(guān)重要