炼乳加工装备
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《中国食品与包装工程装备手册》第203页（7814字）
1 概述
炼乳加工装备是以优质新鲜乳、优质蔗糖为原料加工成甜炼乳和淡炼乳的装备。炼乳营养性高，保藏性好，适合老弱病者及婴幼儿，也可作冰淇淋和糖果糕点配料。加工炼乳，需将原乳浓缩到原体积的40%～50%，杀菌和浓缩为其关键装备。国内已可批量生产双效、三效降膜式蒸发器，国外四效以上的蒸发器也已发展，以节省能耗。就设备成套性而言，如甜炼乳冷却结晶设备、淡炼乳振荡设备等应予配套。
2 炼乳加工工艺
2．1 原料乳
加工炼乳的原料乳必须是优质新鲜乳，尤其淡炼乳加工需经高温灭菌，要求热稳定性高，故需选择热凝固性的乳清蛋白质含量少、无机盐类保持平衡状态的牛乳。在原料乳验收时增加磷酸盐试验，无凝固物出现者选用。
2．2 原乳验收、过滤、净化、冷却、贮乳等工艺
参见本章第1节。
2．3 标准化
本操作使用标准化机或贮乳缸，目的在于调整原料乳中脂肪和非脂乳固体的比例，以满足炼乳质量要求。为提高淡炼乳加工热稳定性，在标准化同时每100kg原乳添加磷酸二钠或柠檬酸钠5～25g，或添加碳酸氢钠1～20g。稳定剂的准确添加量应按小样加热处理结果确定。通常按最低添加量加入，其余部分在装罐之前按小样试验结果加入。
图1－8－8 甜炼乳加工工艺流程图
图1－8－9 淡炼乳加工工艺流程图
2．4 预热杀菌
加热可杀死原乳中病原菌，破坏乳中微生物和酶。加工甜炼乳时，预热有利于糖分的分布，使乳中蛋白质适当变性，推迟成品变稠。采用75℃、10min或120℃瞬时处理。加工淡炼乳的预热温度要比加工甜炼乳预热温度高，因其除杀菌外，主要是有利于在灭菌工序中提高炼乳热稳定性，使炼乳组织状态良好。可选用95～100℃、10～15min或120～140℃、25s工艺条件。使用后者处理可显着提高淡炼乳热稳定性。预热杀菌使用间歇式加热装备或连续式的高温短时间杀菌设备和超高温瞬间灭菌设备。
2．5 浓缩
浓缩使乳中水分在其液面汽化，以达到炼乳高浓度的要求，浓缩是加工炼乳最重要的操作之一。乳的浓缩使用单效真空浓缩锅，真空度82．6kPa，乳温50～56℃，浓缩时间10～ 20min。根据检样测定浓缩终点，乳温48℃左右时，甜炼乳波美度为31．71～32．56°Bé，即相对密度1．28～1．29；淡炼乳波美度7．10～8．37°Bé，即相对密度为1．051～1．061时则可认为浓缩终了。浓缩使用双效降膜式蒸发器，杀菌温度87～93℃，时间24s左右。一效加热温度83～90℃，蒸发温度70～76℃。二效加热温度68～74℃，蒸发温度48～52℃。牛乳在蒸发器内总停留时间约3min，出料浓度控制在45%～50%。使用连续式蒸发器必须保持进料流量、浓度与温度、蒸汽压力与流量、冷却水温与流量和真空泵的正常状态等工艺条件的稳定。
2．6 蔗糖及糖浆杀菌
加工甜炼乳添加的蔗糖应达到我国国家标准优级或一级品标准。添加蔗糖可以抑制乳中细菌的繁殖，但添加量太多又会析出蔗糖结晶，使甜炼乳组织状态恶化。蔗糖添加量应根据甜炼乳含糖量要求及原料乳情况，由计算得出。
在夹层锅中将蔗糖溶化于水制成糖浆，其浓度65%左右，并同时将温度提高到87℃以上获得杀菌效果。糖浆使用前还需经过滤或离心净化。浓缩使用真空浓缩锅的，可在乳的浓缩末期将糖浆吸入锅中，再浓缩至终点。浓缩使用连续式真空浓缩装置，可使糖浆与乳混合之后一起进行浓缩。
2．7 冷却结晶
甜炼乳经浓缩后需迅速冷却，通过冷却使乳中的乳糖形成10～18μm的细微结晶，保证炼乳感官品质良好。不经冷却则乳糖会形成大的结晶，炼乳贮藏期间产生粘稠块状，组织状态恶化，并产生褐变。结晶时若添加晶种形成晶核，晶核形成快于晶体成长时就会长出细微结晶。添加晶种时，其乳糖粉粒应小于4μm，在130℃高温下杀菌1～2s后置于玻璃干燥器中冷却，添加时乳温为35℃左右。添加用量约为浓乳重量的0．025%，应边添加、边搅拌使其分散均匀。添加完后将乳继续冷却到17℃，后再搅拌1～2h，冷却结晶操作即可结束。本作业使用蛇管冷却器或真空冷却结晶机。当应用连续瞬间冷却结晶机时，炼乳经搅拌可迅速冷却到20℃以下，无需添加晶种。
2．8 装封罐
炼乳容器常用马口铁皮罐头，甜炼乳每罐装的标准重量397g，淡炼乳则有410g和170g两种罐装。淡炼乳灌装时不能充满，以免后续工序加温灭菌时产生胀罐现象。为减少泡沫，有时装罐前还短时间加温到10～15℃再行装罐。装封罐使用炼乳装罐机和真空自动封罐机，还需使用空罐洗罐机及其灭菌、干燥等辅助设备。
2．9 均质
淡炼乳经均质后不仅使脂肪球变小，防止脂肪分离，而且可以极大地增加脂肪球表面吸附的酪朊，改善酪朊的热稳定性能。可采用一段均质，均质压力14．7～20MPa。但经常使用二段均质，第一段均质压力14．7～16．7MPa；第二段均质压力4．9MPa。均质温度50～60℃。
2．10 冷却
加工淡炼乳时，均质后浓乳需立即快速冷却以抑制芽孢菌繁殖、酸度上升。若装罐当天灭菌，冷却温度可在10℃以下；若次日灭菌，冷却温度为4℃。淡炼乳冷却用片式或管式冷却器，冷却后暂存贮乳槽。
2．11 加水
淡炼乳浓度比较难于正确掌握，使用连续式浓缩装备加工淡炼乳，一般都使浓缩稍稍过度，而在均质冷却后添加蒸馏水最后调整浓度。加水量根据炼乳要求的总乳固体含量，以及测定的浓缩乳和标准化后原乳的总乳固体数据计算得出。加水在贮乳槽中进行。
2．12 小样试验
小样试验目的在于确定大批生产的杀菌温度、时间及稳定剂添加量。
2．13 添加稳定剂
根据小样试验的结果，将足够的稳定剂添加于浓缩乳中，参见本节2．3工艺说明。
2．14 灭菌
灭菌可破坏淡炼乳中所含的微生物和酶类，形成无菌状态，提高保藏性能，同时还能增加粘度，防止乳中脂肪分离。间歇式灭菌使用卧式杀菌锅、锅内温度应在15min内升高到116～117℃，保持15～20min后使罐内乳温在20min后降到20℃以下。连续式杀菌采用连续式灭菌机，灭菌条件124～138℃，1～3min。然后急速冷却，全过程共需6～7min。
2．15 振荡
淡炼乳灭菌后2～3天进行振荡，破碎乳中软凝块，使炼乳组织状态均匀。如果原料乳热稳定性能好，灭菌条件良好，也可以不经振荡。振荡用水平式振荡机，振荡冲程6．5cm，频率为300～400次／min，时间15～60s，最长不超过2min。
2．16 保存检查
保存温度25～30℃，保存时间3～4周。检查有无胀罐，开罐看有无缺陷。抽查数量，使用分批灭菌的每批抽查数量12～48罐，使用连续式灭菌则一天中抽查12～48罐。经保存检查合格的炼乳方可包装出厂。
2．17 储藏
甜炼乳加工好后应置于炼乳库中，库内温度保持15℃以下，相对湿度应低于85%，储藏期间每月翻罐1～2次，以防炼乳中糖沉淀。
甜炼乳主要质量指标为：水分含量应低于27．0%，脂肪不少于8．0%，总乳固体不低于22%，蔗糖含量42%～46%，酸度不高于48°T，炼乳中杂菌总数不大于10000个／g，大肠菌群低于40／100g，不允许致病菌存在。
淡炼乳主要质量指标为：乳固体重量不少于26．0%，脂肪含量不少于8．0%，酸度不高于48°T，淡炼乳中不应含有任何杂菌及病原菌。
3 关键装备
3．1 蒸发浓缩装备
炼乳加工中浓缩操作可用盘管式真空浓缩锅、单效升膜式蒸发器、单效降膜式蒸发器、双效降膜式蒸发器或三效降膜式蒸发器等蒸发浓缩装备完成。
3．1．1 盘管式真空浓缩锅 利用盘管式真空浓缩锅进行浓缩时，牛乳在锅壁与盘管环隙中上升，于盘管中心处下降，反复受热，循环蒸发浓缩。该设备耐用可靠，使用方便，适合中小型工厂使用，但它清洗较为困难，且为间歇操作，不利于连续生产(参见第1篇第6章第5节)。
3．1．2 单效升膜式蒸发器(图1－8－10) 单效升膜式蒸发器工作时，蒸汽由蒸汽进管6进入加热器4，换热后废气及冷凝水由冷凝水出管3排出。杀菌乳从加热器底部进入加热管5，在管外蒸汽加热下沸腾，形成薄膜状，并与二次蒸汽一起上升，沿切线方向高速进入分离器9，均匀地散布于分离器周壁和90°锥底上进一步汽化。经泡沫捕集器8再分离后排出二次蒸汽，浓缩乳则沿循环管10下降，一部分由出料泵11连续抽出，其余仍回流到加热器。调节进出料量可控制浓缩中乳的波度，使用中应避免中途停机，以免加热管内结垢甚至结焦。单效升膜式蒸发器为连续式浓缩装备，其结构简单，蒸汽耗量较盘管式真空浓缩锅低。
图1－8－10 单效升膜式浓缩设备示意图
1－剩奶出管 2－牛乳进料管 3－冷凝水出管 4－加热器 5－加热管 6－蒸汽进管 7－二次蒸汽排出管 8－泡沫捕集器 9－分离器 10－循环管 11－出料泵
3．1．3 单效降膜式蒸发器(图1－8－11) 单效降膜式蒸发器作业中，物料泵14将平衡槽2中的杀菌乳打入加热器8的顶部，均匀地溢入加热管9中受热蒸发。蒸发后浓缩乳沉淀于器身底部，一部分由出料泵1抽出，其余部分由物料泵14泵至加热器顶部。随二次蒸汽一起进入分离器12的牛乳，经分离后由物料泵打入加热器8顶部重行蒸发。从蒸汽管11来的新鲜蒸汽经热泵10，抽出部分二次蒸汽一起作为加热器热源，其余的二次蒸汽导入置于加热器器身周围的间壁式冷凝器7，冷凝后冷凝水由冷凝水泵6抽出。
图1－8－11 单效降膜式浓缩设备示意图
1－出料泵 2－平衡槽 3－杀菌乳进料管 4－浓缩乳出料管 5－真空泵 6－冷凝水泵 7－间壁式冷凝器 8－加热器 9－加热管 10－热泵 11－蒸汽管 12－分离器 13－物料泵 14－物料泵
单效降膜式蒸发器传热系数高，使用热压泵更使能耗降低，但需提供稳定压力的新鲜蒸汽，以保持生产连续正常进行。
3．1．4 双效降膜式蒸发器(图1－8－12) 工作过程：牛乳进料泵13将牛乳自平衡槽14打到安置在混合式冷凝器7的螺旋管中预热，经置于二效和一效加热器蒸汽夹层内的螺旋管中再次预热，然后进入列管式杀菌器2和杀菌乳保温管1进行杀菌保温。杀菌乳自顶部进入一效加热器3蒸发，达到预定浓度后由物料泵18送到二效加热器4顶部，再行受热蒸发。达到规定的浓度要求后，由浓缩乳出料泵16从二效分离器6的底部连续不断地抽出。若浓度不够，则送回二效加热器顶部，在加热器中继续蒸发。一效分离器19分离后的二次蒸汽，一部分经由新鲜蒸汽从热压泵20抽出，一起用于加热一效加热器；其余部分导入二效加热器作为热源。二效分离器6分离后的二次蒸汽由混合式冷凝器7冷凝。抽真空系统采用双级蒸汽喷射装置(图1－8－12)，蒸汽喷射式热压泵参见本节3．3，也可采用水力喷射器抽真空(参见本节3．2，图1－8－13)。
图1－8－12 双效降膜式浓缩设备示意图
1－杀菌乳保温管 2－列管式杀菌器 3－一效加热器 4－二效加热器 5－牛乳预热管 6－二效分离器 7－混合式冷凝器 8－中间冷凝器 9－启动蒸汽喷射泵 10－一级蒸汽喷射泵 11－二级蒸汽喷射泵 12－冷却水进水泵 13－牛乳进料泵 14－牛乳平衡槽 15－冷却(凝)水排出泵 16－浓缩乳出料泵 17－冷凝水排出泵 18－物料泵 19－－效分离器 20－热压泵
双效降膜式蒸发器具有节省蒸汽和冷却水等主要特点，常为乳制品厂家选用为浓缩装备，但其投资费用较高，设备清洗较难。
3．1．5 三效降膜式蒸发器 三效降膜式蒸发器是在二效降膜式蒸发器的基础上增量第三效蒸发器而成。由于二效蒸发器的部分二次蒸汽被热压泵抽出，利用其余热，因此该设备的技术性能，特别是能耗指标要比二效降膜式蒸发器优越，节约了蒸汽、电力和冷却水的消耗。
3．2 水力喷射器(图1－8－13)
图1－8－13 水力喷射器结构示意图
1－冷却水进口 2－水室 3－喷嘴 4－圆锥形导向挡板 5－吸汽室 6－二次蒸汽进口 7－混合室 8－喉管 9－扩散管 10－排水管
水力喷射器具有抽真空和冷凝二次蒸汽的作用，在浓缩装备中得到广泛应用，但它对冷却水清洁度要求较高，冷却水耗量较大。配套水泵的工作水压应达到0．3MPa。工作时，水泵将冷却水打入水室2，经喷嘴3喷出时水流速度可达15～30m／s，形成负压，二次蒸汽被不断吸入吸汽室5，与冷却水接触并冷凝。同时，也抽出不凝缩气体，一并经过喉管8、扩散管9和排水管10排出。
3．3 蒸汽喷射式热压泵
蒸汽喷射式热压泵可利用牛乳浓缩过程中产生的二次蒸汽作为热源，从而大量节省新鲜蒸汽和冷却水的消耗。该热压泵主要由蒸汽入口、吸入室、喷嘴、扩散管和喉管等部分组成。使用0．78MPa(8kgf／cm2)压力的新鲜蒸汽进入热压泵蒸汽入口，经由喷嘴喷出时，速度可达800～1500m／s，形成蒸汽喷射泵作用，将蒸发器二次蒸汽量约二分之一吸到吸入室内，并与新鲜蒸汽一同经扩散管、喉管到加热器中，作为加热牛乳的热源。使用中应保持新鲜蒸汽压力稳定，经常检修喷嘴和喉管。
3．4 冷却结晶机
甜炼乳加工中，冷却结晶机用于对经浓缩操作后浓缩乳的冷却结晶，使乳糖成为细微结晶，避免甜炼乳贮藏期间变稠与褐变，提高炼乳的品质。炼乳间歇式冷却结晶操作用蛇管冷却器或真空冷却结晶机，连续式作业则采用连续瞬间冷却结晶机(参见第1篇第7章第1节)。
3．4．1 真空冷却结晶机 结晶机为立式，设有冷却夹套、搅拌螺旋桨，用真空泵造成机体内的真空。在结晶机内炼乳添加晶种、搅拌，由于强烈的内部摩擦以及在蒸发室高度真空下内急蒸发，获得微细均一的乳糖结晶。该机作业为间歇式，若与双效降膜式蒸发器等连续式浓缩设备配套时需设置2台结晶机，轮流使用。
3．4．2 连续瞬时冷却结晶机 连续瞬时冷却结晶机为水平式双层圆筒，内层套筒中设有搅拌桨，其转速300～600r／min。工作时内外层圆筒夹套中通入冷媒，炼乳在内层圆筒里受到强烈搅拌、冷却，可迅速冷到20℃以下。使用该设备，不添加乳糖晶种也能获得微细的结晶，可以防止炼乳的褐变和受污染，炼乳不易变稠。其冷却结晶效果好，新建乳制品厂常选用这种机型。
3．5 连续式灭菌机
连续式灭菌机用于对封罐后的淡炼乳进行连续式灭菌。使用静水压连续杀菌设备，密封后炼乳罐头自动地由传送链条向进罐柱→水柱管(升温柱)→蒸汽室(杀菌柱)→水柱管(出罐柱，加压冷却)→喷淋冷却柱(常压冷却)→出罐。可自控调节杀菌温度和时间，自动操作卸罐(参见第1篇第12章第1节)。
炼乳灭菌若采用间歇式灭菌，则多采用卧式杀菌锅(参见第1篇第12章第1节)。
3．6 水平式振荡机
振荡机用以将罐头内装的淡炼乳中软凝块振碎，使炼乳成均匀状态。
3．7 牛乳过滤、净化、冷却、贮乳、标准化、预热杀菌所需装备
参见本章第1节。炼乳灌装装备参见第2篇第2章、第8章。