乳品加工的工艺设施.pptx
《乳品加工的工艺设施.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《乳品加工的工艺设施.pptx(94页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、乳品加工的工艺设施乳品加工的工艺设施思考题巴氏杀菌定义巴氏杀菌效果检验方法热处理的目的是什么?巴氏杀菌的种类超高温处理技术怎样实现热传导热交换器的类型有哪几种第1页/共93页 到19世纪末,牛乳的热处理已经相当普遍。热处理被采用之前,牛乳是有害微生物的危险来源之一。因为,它是微生物理想的培养基。牛乳不时地传播像结核、斑疹、伤寒等疾病。“巴氏杀菌”一词是为纪念路易斯巴斯德,他在19世纪中期,对微生物的热致死效果进行了重要的研究,并将热处理作为一项防腐技术。牛乳的巴氏杀菌是一种特定的热处理方式。它可以这样定义,“巴氏杀菌是能有效破坏结核杆菌(TB),但对牛乳的物理和化学性质无明显影响的任何一种牛乳
2、热处理方法。”牛乳若是被过度加热,或是加热不够,而使得牛乳带有蒸煮味或发现仍含有存活的T.B(结核杆菌)。另外,牛乳中的大多数致病菌都不能形成芽孢。热处理的目的第2页/共93页 在十九世纪三十年代中叶,Kay和Graham声明检出了磷酸酶。这种酶在原乳中永远存在,并且会在巴氏杀菌有效的温度/时间组合下被破坏。另外,这种酶是否存在也非常容易确定。依据Scharer磷酸酶实验,牛乳中若不存在磷酸酶,表明牛乳已经经过适当的热处理。只要通过相当缓和的热处理,这种热处理对乳的理化特性影响很小,就能杀死出现于乳中的全部致病菌。其中最耐热的结核杆菌(T.B),在乳被加热到63,保持10 分钟时,就会被杀死。
3、将牛乳加热到63,保持30 分钟就能保证百分之百的安全。因此,T.B 就可以作为巴氏杀菌的指标:任何能破坏T.B 的热处理就可以杀灭乳中所有其他的致病菌。除了致病微生物,乳中还含有能够破坏不同乳制品的风味和缩短其保质期的其他物质和其他类微生物。因此,热处理的第二个目的就要最大程度地破坏这些微生物和酶系统。这需要比杀灭致病菌更强烈的热处理。尽管采用了现代化的冷却技术,但随着送奶时间间隔的延长,微生物有更多的时间繁殖并发展其酶系统。与此同时,乳中的成份被降解,pH值下降等等,为了克服这些问题,当乳送达乳品厂后,必须尽可能快地对其进行热处理。第3页/共93页时间/温度组合 温度和保持时间的组合非常重
4、要,因为它决定了热处理的强度。图1表示的是大肠杆菌、斑疹伤寒菌和结核杆菌的致死曲线。根据这些曲线可知,如果把牛乳加热到70,并在此温度下保持1秒钟,就可以杀死大肠杆菌,而在65下,需要保持10 秒钟才能杀死大肠杆菌。即70/1s 和60/10s 这两种组合具有同样的致死效果。结核菌比大肠杆菌对热具有更强的抵抗力,在70下保持20 秒或在60下保持2分钟才能保证将它们全部破坏掉。或许牛乳中还有耐热的球菌,通常情况下,它们是完全无害的。第4页/共93页大肠杆菌、斑疹伤寒菌和结核杆菌的致死曲线图1第5页/共93页热处理的限制因素 从微生物的观点看,牛乳的热处理强度是越强越好。但是强烈的热处理对牛乳的
5、外观、味道和营养价值会产生不良的后果。牛乳中的蛋白质在高温下会变性,这意味着用于干酪生产的原乳,经过强烈的热处理,会受到严重的损害;剧烈的加热使味道改变。首先出现了蒸煮味,继而是焦糊味。因此,时间和温度的组合的选择必须考虑到微生物和产品质量两个方面,以实现最佳效果。表1第6页/共93页预杀菌 先将牛乳预热至低于巴氏杀菌的温度,以暂时阻止细菌的生长。这种加工方法称为预杀菌。将牛乳加热至63-65,保持15 秒,这种温度和时间的组合不能钝化磷酸酶。在许多国家中,法律禁止两次巴氏杀菌,所以,预杀菌必须在还没有达到巴氏杀菌条件时就停止。为了防止热处理后需氧芽孢菌在牛乳中繁殖,牛乳必须迅速冷却到4或4以
6、下,且不能与未处理的牛乳混合。许多专家认为,预杀菌对某些芽孢菌有积极的作用。此种热处理能引起许多芽孢恢复到营养体状态,这意味着,牛乳在后续的巴氏杀菌过程中,这些芽孢将被破坏。预杀菌只是在特殊情况下采用,实际上,牛乳在到达乳品厂24小时之内应全部进行巴氏杀菌。第7页/共93页低温长时(LTLT)巴氏杀菌最初的热处理是间歇式生产,是将牛乳在一个敞口容器中升温到63,并保持30 分钟。这种方法被称为是保温法或是低温长时LTLT 巴氏杀菌法。现在,牛乳几乎都是连续地被加热,如预杀菌,高温短时巴氏杀菌或是超高温处理。高温短时巴氏杀菌HTST 意思是高温度短时间。实际的温时组合应根据原乳的质量,加工的产品
7、类型,以及要求保存的特性的不同而变化。图 2 某些酶失活的时间/温度曲线和某些微生物的致死曲线第8页/共93页 牛乳的高温短时加工是将牛乳加热到72-75,保持1520秒,之后再冷却。通过这种温时配合,磷酸酶被破坏。所以,磷酸酶试验可用来检查牛乳是否进行了适当的巴氏杀菌。实验结果一定是阴性:即不能检出有活性磷酸酶。如图 2。稀奶油和发酵乳制品磷酸酶试验不适用于脂肪含量高于8%的乳制品。因为巴氏杀菌后,在相当短的时间里,酶的活性又会有所恢复。由于脂肪是不良的热导体,热处理也应该更剧烈一些。所以用另一种酶,过氧化氢酶来检查稀奶油的巴氏杀菌效果(过氧化氢酶试验)。产品被加热至80以上,保持5秒,这种
8、更加强烈的热处理足以钝化过氧化氢酶。试验结果一定是阴性即在产品中不能检出活性的过氧化氢酶,如图 2。磷酸酶试验同样不能用于酸化制品的检测,所以加热温度的控制决定于过氧化氢酶。牛乳要制成发酵乳制品,通常要经过强烈的热处理,以使乳清蛋白凝结,从而提高它的水合性(防止乳清析出)。第9页/共93页超巴氏杀菌超巴氏杀菌 当产品货架期有特殊要求时,可以采用超巴氏杀菌。对于有些生产者多出两天就足够了,然而其他一些生产者的目标是其产品的货架期要比传统的巴氏杀菌产品的极限2-16 天还要多,即30-40 天。它的基本原理是减少生产和包装过程中的再次污染,以延长产品货架的寿命。这就要求有非常高水平的生产卫生条件和
9、严格的分送温度,温度不宜超高7温度越低,货架寿命越长。牛乳加热至125138,保持2-4 秒,并冷却至7以下,这些条件是延长货架寿命的基础。ESL即延长货架寿命是热处理产品的一个专用术语,它是用某种方法来提高产品的保存质量。ESL产品在分送和零售贮存时,一定仍要保持在冷却条件下。第10页/共93页超高温处理超高温处理 UHT意思是超高温灭菌。超高温技术通常是将牛乳加热至135140,这可以杀死会引起产品腐败的微生物。超高温处理是一个在密闭系统中连续的加工过程,这可以防止空气中微生物的污染。产品要连续快速地通过加热和冷却段。无菌罐装是加工过程中的重要部分,它可以防止产品的再次污染。通常有两种超高
10、温方法可供采用:在热交换器中间接加热和冷却,直接加热即蒸汽喷入牛乳或牛乳喷入蒸汽,在真空条件下蒸发冷却。灭菌最初的形式,现在仍然沿用的是对罐装后产品的灭菌,通常是加热到115120保持20-30 分钟。脂肪标准化后,均质且加热到80左右,牛乳被装入洁净的容器中,通常乳被装入玻璃或塑料瓶,浓缩乳装入铁听容器中。热的产品被送进杀菌釜间歇式生产或送进静压塔以实现连续式生产。灭灭 菌菌第11页/共93页加热和冷却中的热回收加热和冷却中的热回收 在许多情况下,一种产品必须首先经过一定程度的加热处理,然后再冷却。牛乳的巴氏杀菌就是一例。冷却的牛乳从4加热到巴氏杀菌温度72,在此温度下保持15 秒,然后再冷
11、却到4。巴氏杀菌牛乳的热量被用于加热冷牛乳。进口的冷牛乳通过出口的热牛乳预热,热牛乳同时预冷。这可以节省热能和冷能。这一过程在片式热交换器中进行。被称之为交流换热或者更通俗地说是热回收。巴氏杀菌热量的94-95%都可以实现循环使用。加 热 牛乳通过低压蒸汽(现在很少采用)或热水等传热介质加热,加热介质传给牛乳一定的热量,这样随着加热介质温度下降,牛乳的温度随之上升。冷 却 牛乳运送到乳品厂后,通常是先直接将其冷却到5或者5以下,用以暂时性地防止微生物的生长。巴氏杀菌后的牛乳也要冷却到一个较低的温度,通常约为4。如果手头上有冷水,这些水可以用于巴氏杀菌之后的预冷却,以实现热回收。就所有情况而言,
12、热量总是由牛奶向冷却介质方向传递,当牛乳的温度降到要求的数值时,冷却介质的温度也相应地升高了。冷却介质可以是冷水、冰水、盐溶液或醇溶液,如酒精。乳品厂中的热传递过程乳品厂中的热传递过程第12页/共93页传热理论传热理论为了实现热传递,两种物质必须具有不同的温度。热量总是从高温物质向低温物质传递。温差越大,传热速度越快。在传热过程中,温差逐渐减小,传热速度减慢,当温度相等时,传热完全停止。传热有三种方式:传导、对流和辐射。传导即热能通过固体物质传递或通过静止液体层传递。(在传递方向上没有物理流动和混合)。对流是另一种传热方式,当热粒子与冷粒子混合时,前者把热量通过传导传递给后者。对流必定包含混合
13、。辐射是从热源向外散发热量。热能被转化为辐射能,它从一个物体发出,被经它辐射的物体吸收,几乎所有的物质都能发射辐射能。第13页/共93页传热原理乳品厂中所有的传热多以传导和对流的方式进行。经常使用两种方法:直接加热和间接加热。直接加热 直接加热意思是将加热介质与产品直接混合。这种技术常用于:水的加热。蒸汽直接喷入水中,通过传导和对流将热量传给水。加热产品,如在某些类型干酪的生产中加热凝块(是通过热水与凝块混合),还有用直接加热的方法对牛乳灭菌(蒸汽喷射或是牛乳浸入蒸汽中)。直接加热有利于迅速传热。直接加热包含了产品与加热介质混合,加热介质将在随后的工艺中作相应的处理。这种方法对加热介质要求十分
14、严格。某些国家法律禁止使用直接加热方法,因为直接加热将外界杂质带入了产品。间接加热 间接加热是乳品厂中最常使用的方法,这种方法是在产品和加热介质或冷却介质之间放置了一个间壁物,热量由介质传到间壁,再由间壁传到产品。我们假设加热介质是热水,在间壁的一侧流动,间壁的另一侧是冷牛乳。于是间壁的一侧被加热,而另一侧则被冷却。在板式热交换器中,板片就是这个间壁物。间壁两侧均有一边界层。由于摩擦力的作用,与间壁接触的边界层液体流速几乎降至零。紧靠边界层外的一层液体受边界层液体的影响而速度较小,然后依次增加,在流道中心流速最快。同样地,热水的温度在通道中间是最高的,越是接近间壁的水,被另一侧的冷牛乳冷却得越
15、快。热量以对流和传导的方式通过边界层传递。热量从边界层通过间壁传到另一侧的边界层,几乎完全靠热传导,但进一步将热量传递至流道中心则是通过传导和对流来完成的。第14页/共93页热交换器热交换器是通过间接加热的方法来传递热量的。以后将介绍几种不同类型的热交换器。借助于热交换器中被间壁隔开的两个通道,我们可以简单地说明热传递的过程。热水(红色)通过一个通道,牛乳(蓝色)流过另一个通道,二者通过间壁进行热传递。热水进口温度为ti2,出口被冷却到to2。牛乳进口温度为ti1,出口时被热水加热到to1。牛乳和热水通过热交换时的温度变化如图 3的曲线所示。图 3 在热交换器中热传递的温度分布第15页/共93
16、页热交换器的尺寸数据热交换器必需的尺寸和结构取决于很多因素,要计算是非常复杂的,当今通常借助于计算机进行计算。有几种因素一定要加以考虑:产品流量 液体的物理性质 温度程序 允许的压力降 热交换器的设计 清洁度的要求 要求运行的时间用于计算热交换器尺寸(热交换器的面积)的一般公式是:第16页/共93页产品流量流量V,是由乳品厂的设计能力决定的。流量越大,要求的热交换器越大。例:如果乳品厂中,产品流量由10000L/h 增加到20000L/h,那么热交换器也必然增加为原尺寸的两倍,相应提供的介质流量亦需加倍,其它参数不变。液体的物理特性产品密度p 由产品决定。比热cp也由产品决定,比热值告诉我们将
17、某种物质温度升高1,需提供多少热量。另一个重要的物理特性是粘度。温度程序热交换器的目的是加热或冷却一定数量的产品,比如牛乳,从一定的入口温度达到一定的出口温度,这个过程在热交换器中通过介质,如水,进行加热即可实现。在加热过程中,牛乳被热水加热,相应地,热水温度随之下降。温度程序的几个方面一定要加以考虑:温度的变化,以及液体之间的温差,和液体的流向。逆 流假如两种液体以相反的方向流过热交换器,那么它们的温差得到了最好的利用。冷产品在进口处遇到冷的加热介质,当它通过热交换器时,进而遇到较热的介质。产品在流动过程中逐渐被加热。它的温度总是比同一点的加热介质的温度低几度。这种配置称为逆流。并 流相反的
18、配置,称为并流。两种液体从同一端进入热交换器并向同一方向流动。在并流中,产品最终温度不可能比产品和加热介质混合所获得的温度高。在逆流中,则没有这一限制。产品可以加热到比加热介质进口温度低23。第17页/共93页温度变化产品的进口温度和出口温度取决于前段加工情况和后续加工的要求。在上面的公式中,产品温度的变化用 t 表示,可以表示为:t1=to1-ti1 参看图 3所用介质的进口温度取决于加工条件,介质的出口温度可以用能量平衡公式计算得出。对于一个现代化的热交换器而言,它对周围空气的热损失非常小,可以忽略不计。这样,从热流体放出的热量正好等于冷流体吸收的热量,能量平衡。可以用下面公式表示:V1
19、P1 x Cp1 t1=V2 P2 x Cp2 t2例:用30000L/h,50的热水(V2)把20000L/h 的干酪乳(V1)从4加热到34,牛乳的密度为1020kg/m3,比热(cp)为3.95KJ/kg.k,水的密度(50)为990kg/m3,比热为4.18KJ/kg.k。热水的温度变化可以这样计算:20000 x 1020 x 3.95 x(34-4)=30000 x 990 x 4.18 x t2 t2=19.5 热水的温度将从50降到30.5第18页/共93页对数平均温差(LMTD)上面已经提及发生热传递的两种介质之间必定存在温差。温度差异是传热的推动力。温差越大,传热越多,所需
20、的热交换器越小;然而,对于敏感性产品,可利用的温差是有限的。温差随着液体流经热交换器而不断变化,所以,温差用一个平均值,LTMD进行计算。在上面的公式中其用 tm 表示。它可以通过下列公式进行计算在干酪乳加热的例子中,对数平均温差 tm 计算值为20.8。第19页/共93页总传热系数系数是衡量热交换器传热效率大小的。它是指定单位面积上,温差变化1,所传递热量的多少。用它可以计算建筑物的保温层厚度,在这种情况下,物体的K 值要求尽可能地小,然而在热交换中,K 值要求尽可能地大。这个系数取决于:液体允许的压力降 液体的粘度 间壁的形状和厚度 间壁的材料 污垢物质的存在。允许的压力降为了增加K 值,
21、并改善传热效果,可以通过减小产品流道的尺寸来实现。这样,热量从间壁传递到管道中心的距离缩短了。然而,与此同时,液流横断面积减小了。这将出现两种结果:a 通过通道的液流速度增加,随之b 产生更剧烈的紊流。产品和介质的压力降越大,传递的热量越多,热交换器越小。然而对机械搅拌敏感的产品(例如乳脂肪)可能会因这种剧烈的处理而破坏。热交换器进出口的压差也将增加,即在热交换前的压力必须提高以迫使产品能通过较窄的通道,这样,有必要安装升压泵。在有些国家,升压泵的安装在法律上有规定,基本上确保产品高压,这样可以防止未经巴氏杀菌的牛乳渗漏到巴氏杀菌产品一侧。第20页/共93页间壁的形状和厚度 间壁通常是波纹状,
22、以实现更剧烈的紊流。紊流有助于传热。厚度也十分重要。间壁越薄,传热效果越好。但是这个厚度要有足够的强度来承受液体的压力。现代化的设计和生产技术使得间壁比几年前的更薄。间壁的材料 食品加工中通常采用不锈钢材料,不锈钢有相当好的传热性能。污垢物质的出现 绝大多数乳制品对热很敏感,所以在处理过程中,要非常小心以防产品发生变化。如果用一平底锅加热牛乳,在平底锅内壁上,蛋白质将凝结并在其上结垢。如果热交换器表面太热,这种情况也同样会在热交换器中发生。所以加热介质和产品的温差要尽可能地小,通常比巴氏杀菌温度高 2-3。相对于产品来说,如果间壁表面太热,牛乳中的蛋白质将会有凝结并在间壁上结焦的危险。热量必须
23、通过这一垢层进行传递,这将导致总传热系数K 值下降。加热介质和产品的温差与以前相同时,也不能传递同样多的热量,产品的出口温度将会下降。这可以通过提高加热介质的温度来补偿,但这又提高了传热表面的温度,以致更多的蛋白质凝结在换热器表面上,垢层的厚度增加,K值进一步下降。K值也受热交换器中流速的影响,因为流速影响它的流动特性。流速增加,紊流加剧,K 值增加;流速减小,呈层流状态,K 值下降。所以通常要求在热交换器中避免流速的变化。但是,在生产实践中,热变换器能承受一些产品的这种流速变化。第21页/共93页清洁度要求 生产循环结束后,一定要清洗热交换器。清洗是靠清洗剂像牛乳一样在系统中循环来实现的。清
24、洗程序将单独在21 章中叙述。为了实现有效的清洗,设计热交换器时,不仅要考虑到温度程序的要求,而且还要考虑到清洗的要求。在热交换器中,如果某些通道很宽,即有几条并联的通道,那么在清洗过程中,紊流就不能充分有效地清除污垢沉积物。另一方面,如果通道很窄,即只有少数的几个通道,这样紊流程度加剧,压力降将会提高。如此高的压力降将会减小清洗液的流速,导致清洗效果降低,因此,一个热交换器在设计上一定要能有效地进行清洗。运行时间的要求 当乳制品被加热到65以上时,就会产生一些污垢。这意味着在设备达到极限的运行时间之前,巴氏杀菌器必须停下来清洗。运行时间的长度很难预测,但不能说不能预测。它需根据形成污垢的数量
25、来决定。污垢聚集的速度取决于很多因素,如:产品和加热介质的温差 牛乳质量 产品中空气的含量 加热段的压力条件 产品中应尽可能保持较低的空气含量,这点相当重要。产品中过量的空气将会导致污垢量的增加。在一般条件下,由于热交换器的热回收段的出口部位微生物的生长,运行时间也是有限制的。然而这种情况相当少见,通常在牛乳预处理时才会出现。以上所有这些原因说明一点:在安排巴氏杀菌器生产计划时,要安排出定期的清洗时间,这点非常重要。第22页/共93页 正确的热处理要求牛乳在巴氏杀菌温度下保持一定的时间,这可以通过外设保持管来实现。保持管通常由螺旋形或Z 字形的管子组成,管子用金属罩包裹,以防人们触到保持管而被
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 乳品 加工 工艺 设施
限制150内