第七章乳制品生产常用的加工处理课件.ppt
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1、第七章第七章 乳制品生产乳制品生产常用的加工处理常用的加工处理11/16/20221第四节第四节 乳的真空浓缩乳的真空浓缩(一)真空浓缩的目的(一)真空浓缩的目的 乳、脱脂乳、乳清和其它乳产品可以蒸发除水浓缩,以减少体积并提高保存质量。乳中水蒸发过程,一些挥发性物质,尤其溶解的气体也同时除去。蒸发通常在减压下发生,主要让其在低温下沸腾以避免由加热造成的(成分)损失。其目的:11/16/20222 1生产浓缩产品,如炼乳、甜炼乳、浓缩酸奶。2干燥乳制品的一个生产步骤,真空蒸发除水要比干燥除水节约能源和节省冷却用水。如乳喷雾干燥每蒸发1kg水需消耗蒸汽34kg,而在单效真空蒸发器中消耗蒸汽1.1k
2、g,在双效真空蒸发器中消耗蒸汽0.4kg。直接单效蒸发由蒸发产生的水蒸汽可作为下一效使液体沸腾的热源。11/16/20223 3通过浓缩结晶从乳清中生产乳糖(-乳糖水化合物)。11/16/20224(二)真空浓缩原理和条件(二)真空浓缩原理和条件 在218kPa减压条件下,采用蒸汽直接或间接法对牛 乳进行加热,使其在低温条件下沸腾,乳中一部分水分汽化并不断地排除,见图7-7、图7-8。若做到这一点要具备如下条件:11/16/202251不断供给热量不断供给热量 在进入真空蒸发器前牛乳温度须保持在65左右,但要维持牛乳的沸腾使水分汽化,还必须不断的供给热量,这部分热量一般由锅炉产生的饱和蒸汽供给
3、。11/16/202262迅速排除二蒸汽迅速排除二蒸汽 牛乳水分汽化形成的二次蒸汽如果不及时排除,又会凝结成水分,蒸发就无法进行下去。一般是采用冷凝法使二次蒸汽冷却成水排掉。这种不再利用二次蒸汽叫单效蒸发。如将而次蒸汽引如另一小蒸发器作为热源利用称之为双效蒸发,依次类推,见图7-9。11/16/20227图7-7 单效蒸发器 浓缩乳11/16/20228图7-8 单效蒸发器上部 11/16/20229图7-9配有压缩机的三效蒸发器浓奶奶11/16/202210(二)浓缩引起的变化二)浓缩引起的变化 1溶解物的浓缩引起结晶溶解物的浓缩引起结晶 浓缩程度用浓缩比Q表示,即浓缩产物中的干物质含量对原
4、物质中干物质含量的比例。因此,浓缩后干物质质量是浓缩前干物质质量的1/Q。在浓缩过程中,一些物质可能成过饱和状态,并可能结晶产生沉淀。如乳中的磷酸钙盐在浓缩时出现饱和状态。室温下当Q2.8时乳中乳糖到达饱和状态。11/16/2022112浓缩乳产品的特性变化及控制浓缩乳产品的特性变化及控制 乳在浓缩过程中会发生特性变化,通过调节蒸汽或乳的流量可自动控制蒸发过程。(1)在高温高浓度炼乳的稠化。浓缩物粘度是蒸发过程中一个重要参数,粘度的增加超过干物质含量增加的比例。浓缩度通常用密度或折射指数n来检测,这些参数可在浓缩过程中连续测定。(2)高浓度炼乳易发生美拉德反应。11/16/202212(3)如
5、果产品高度浓缩、温度高、温差大、液体流动速度慢易发生结垢。预热可明显减小在高温段处的结垢,设备的结构大大影响了结垢速度和清洗的难易;清洗成本随设备加热面积增加而增加,因此也就是随着多效蒸发器效数的增加而增加。11/16/202213(4)乳在浓缩过程中一些细菌如嗜热菌(如嗜热脂肪芽胞杆菌)经巴氏杀菌后仍存活,可能在较高温度下生长,在这一现象在末效浓缩过程中表现尤为突出。因此,要求加工过程必须卫生,在连续工作20h内,对设备进行清洗消毒。(5)低温度时脱脂乳会产生泡沫,采用适宜的机械如降膜蒸发器来减少泡沬的产生。11/16/202214(4)乳在浓缩过程中一些细菌如嗜热菌(如嗜热脂肪芽胞杆菌)经
6、巴氏杀菌后仍存活,可能在较高温度下生长,在这一现象在末效浓缩过程中表现尤为突出。因此,要求加工过程必须卫生,在连续工作20h内,对设备进行清洗消毒。(5)低温度时脱脂乳会产生泡沫,采用适宜的机械如降膜蒸发器来减少泡沬的产生。11/16/202215(8)乳在浓缩过程中随着水的蒸发,一些挥发性物质和溶解的气体也同时被除去。11/16/202216 应该看到,不同蒸发程度对乳中可溶成分浓缩有不同影响,如在浓炼乳中乳糖不结晶而在高浓缩脱脂乳中乳糖可能逐渐结晶;Q高的浓缩乳清,由于过饱和盐在加热表面沉积可能使蒸发器设备产生相当多的乳垢,这个缺陷可通过将一部分浓缩乳清在进一步浓缩前保留在设备外一段时间(
7、大约2h)来克服。11/16/202217第五节第五节 乳的干燥过程乳的干燥过程 干燥是通过水分蒸发直到使物质变成固体状的过程。干燥通常用来生产易于保存,加水后可还原其性质与原始状态相似的食品。普遍用于处理水份含量高的原料如牛乳、脱脂乳、乳清、奶油、冰淇淋混合料、蛋白质浓缩物、婴儿食品等。考虑到除水费用很高,尤其是能量的消耗大,因此原料在干燥前先应通过蒸发或反渗透使水分减少到相当低的程度。11/16/202218 它的主要技术问题是防止干燥过程中不良反应,如导致蛋白质不溶解。这些反应主要与温度有关,如含水分13%的浓缩脱脂乳中80/10s热处理大约一半的蛋白质不溶解,因此在适宜温度迅速使水分从
8、20%降到8%是必要的。然而水的有效扩散系数和干燥速度随水含量降低和温度降低而降低,如果要使液体干燥加快的话必须将其很好地雾化。液体干燥有许多方法如筒式干燥、发泡干燥、冷冻干燥,但最为常用的是喷雾干燥。11/16/202219一、喷雾干燥原理及条件一、喷雾干燥原理及条件 1原理原理 将浓缩的乳通过雾化器,使之被分散成雾状的乳滴,极大地增加了蒸发表面积。此时在干燥室中与热风接触,浓乳表面的水分在0.01-0.04s内瞬间蒸发完毕,雾滴被干燥成粉粒落入干燥室底部。水分以蒸汽的形式被热风带走,整个过程仅需15-30s。11/16/202220 其干燥液滴状态的变化为,通常在干燥室内雾化纯水会使水滴达
9、到湿球温度,并在这个温度下0.1s内蒸发。然而在含有干物质的液滴中情况大不相同。扩散系数实质上随干物质含量的增加(如从10-9 m2s-1到10-13m2s-1)而降低。因此,干燥速度显著下降。11/16/202221 在干燥液滴中,热扩散系数保持大约在10-7m2s-1。这说明在大多数液滴中大约不足10ms就可达到温度平衡。换句话说,在整个小滴中各部位温度基本上相同。11/16/202222(1 1)干燥阶段)干燥阶段 初期阶段,小滴相对干空气在温度和湿度方面差值大,增加了热的传递和物质(水)的运动,表面蒸发很快,对于一个直径50m的小滴这种情况持续2ms,在这个时间里,小滴经过10cm的距
10、离,失去很小百分比的水分。随后液滴表面形成表面张力梯度,阻碍了液体的中间循环,进入干燥第二阶段,因下落速率仍很快液滴内外浓度梯度足够大,内部水分扩散快,使水分蒸发仍很迅速,此时相对空气,小滴经过几分米距离,约经25ms时间蒸发除去最初水分的30%。而后小滴的相对运动速度减小很快,以至水的转移变得基本上等同于静止小滴中水的转移,进入干燥的第三阶段中,持续至少几秒钟,此阶段小滴通过扩散失去剩余的水。11/16/202223(2 2)温度变化)温度变化 假定在干空气和小滴互相保持平衡的时刻,小滴获得湿球温度,维持该温度直到存在的所有的水分被蒸发。这样,小滴的温度的升高仅仅是因为干物质浓度的提高导致沸
11、点明显增加(这与干燥液滴中aW下降是一样的)。被干燥后的小滴最终获得所耗空气的出口温度,高浓度液体的小滴在一段时间内均匀地维持湿球温度。如果小滴有空腔存在,干燥变快。11/16/202224 小滴的干燥速率被定义为-dlnw/dt,w代表小滴中水的含量。因此,它是指单位时间除去水分的量,表示为离开的那部分水。这个速率在水分含量达到15%以前可粗略的看成不变,此后,速率明显下降。11/16/202225 所需的干燥时间很大程度上取决于小滴的大小。若在一批物料中液滴大小分布范围大,这种分布不能采用并流干燥。因为小的液滴干燥快,结果使热空气冷却下来,而较大的液滴在其后与较凉的空气接触使得干燥时间延长
12、,因此它们的平均干燥温度比小液滴低。11/16/202226(3 3)干燥过程浓度梯度)干燥过程浓度梯度 在水含量减少到15%之后,干燥温度越高,小滴的相对干燥的外层很快变得很坚固,因此,阻止液滴进一步脱水浓缩。由于缩水的液滴内部压力低于大气压,在喷雾期间小滴中形成气泡,这些气泡在体积上扩大,产生一个很大的气腔。干燥温度越高,膨胀越强烈,微粒可能产生皱纹或凹痕。11/16/2022272干燥条件干燥条件(1)气体加热气体加热 浓奶雾滴的干燥是通过与干热空气的水分交换实现的,空气预先需通过许多环绕的蒸汽管(蒸汽压9atm)使空气温度达到175,或通过被喷气加热的管壁达到大约260。目前,后一种是
13、普遍使用的方法。较经济的加热方式是直接使干燥空气中的气体燃烧,但这个过程释放出的含氮氧化物将污染奶粉。离开干燥塔的空气温度低于100,有时回收用它在热交换器中加热新鲜空气。11/16/202228 在干燥过程中,入口的干燥空气温度越高,效率越高。但是,对于入口温度有一个上限,因为加热对产品有破坏。此外,奶粉末如果在干燥内放置时间长很可能起火,因为140时可能已达到奶粉的燃点;在220,5min就会发生自燃。通常进入干燥室的空气温度为140210,由于吸收液滴水分使其温度下降,可控制出口温度为80。为了便于实施,控制干燥过程往往通过调整浓缩液的供给方式,以达到一个满意的出口温度。11/16/20
14、2229(2)将浓缩物在空气中雾化成很小的液)将浓缩物在空气中雾化成很小的液滴使其快速干燥滴使其快速干燥 通常液体首先需被加热到合适的温度,然后通过雾化器雾化。11/16/202230 热空气与雾化液体混合,随之发生干燥。空气与液体同时进入干燥室并剧烈地混和,以致于空气很快冷却下来。结果大部分干燥过程的雾滴温度不超过排出空气的温度。干燥室的形状十分重要:干燥室越大在给定范围内造价越高;干燥室越小,没完全干燥的液滴接触室壁并使干燥室结垢的可能越大。此外,应避免部分干燥液滴过于剧烈加热。奶粉与干燥空气的分离。通常使用旋风机,一方面,用这种方式加快收集奶粉使它易于包装;另一方面,在排风口处的奶粉应尽
15、可能少,以避免产量的损失和空气污染。通常采用复杂的旋风系统。如从旋风分离器分离出的空气再经第二个旋风分离器或用过滤器使其分离净。二次分离收集的奶粉返回干燥室。11/16/202231二、二、雾化雾化 雾化的目的是使液体形成细小的液滴,使其能快速干燥,但干燥后粉又不致于由排气口排出,此外过于细小的粉不易溶解,脱脂乳粉易发生褐变等不好的性质。11/16/2022321雾化种类与特点雾化种类与特点 雾化通常采用压力式和离心式两种:11/16/202233(1 1)压力式喷雾)压力式喷雾 压力式喷雾干燥中,浓乳的雾化是通过一台高压泵的压力(达20MPa)和一个安装在干燥塔内部的喷嘴来完成的。雾化原理是
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