酸奶生产工艺及其设备对产品质量的影响

谢继志
（扬州大学食品科学与工程学院江苏扬州225009）
摘要：本文主要从酸奶的生产工艺要求出发，并列举设备对产品质量可能造成的影响。

关键词：酸奶质量；生产工艺；设备
一、引言
近几年，在我国快速发展的乳品工业中，除巴氏杀菌乳、超高温灭菌乳外，酸奶是最具发展潜力的液态乳制品之一。

酸奶质量的好与差，通常以风味、组织状态、外观及微生物学特性（乳酸菌水平、酵母菌及霉菌等）加以评价。

品质优良的产品应具有独特的风味，甜酸适中的口感，细腻圆滑及粘稠度适中的组织状态。

影响酸奶产品质量的因素很多，除原料乳、辅料（如糖、稳定剂等）、热处理、均质、菌种、接种量、发酵温度、冷却及酸化后等需尽量符合工艺要求外，生产设备的好坏往往对产品质量也有至关重要的影响。

二、原料乳、菌种等及生产工艺对酸奶质量的影响
〈1〉原料乳的固形物含量：酸奶凝乳的形成是乳中酪蛋白与乳清蛋白“共沉作用”的结果。

乳中蛋白含量的不足易造成粘稠度的下降，酪蛋白的脱水收缩（砂粒状感）及乳清析出；而含量过高，凝乳过于结实，形成胶状的甚至难以搅拌的组织。

乳中的脂肪较少时，对凝乳的形成有利，但粘稠度降低；而脂肪多，乳脂香气好，但凝乳较软，稠度好。

乳中的乳糖少，易造成酸度及粘稠度的不足；而含量高可造成相反的结果，甚至造成乳糖结晶的危险。

质量好的调味与果料酸奶，其中蛋白质及非脂乳固体的含量应分别大于2.3%及6.5%的国家标准。

〈2〉热处理：原料乳的热处理通常采用90-95℃/3-5min ,也可以采用85℃/30min 的工艺。

这样，使乳中的乳清蛋白充分地热变性（>95%），有利于形成较坚实的凝乳。

而采用115-135℃/3s,由于受热时间短，使乳清蛋白变性度不足，凝乳性能较软，乳清易于析出。

〈3〉均质：是目前酸奶生产中广泛采用的手段，对产品的风味，组织状态绝对有好处。

可以采用一段式（15-18 MPa ）或两段式（15/5MPa）均质。

不均质或均质压力太低易造成产品脂肪上浮，且组织结构粗糙；而压力过高，增加动力消耗，对产品质量也并无多大改善。

〈4〉发酵剂菌种的选择：应根据产品要求性能（产酸性、后酸化能力、保质期、风味及组织状态等）而定。

使用继代式菌种仍是我国不少酸奶生产厂的选择。

主要优点是生产成本较低，发酵时间较短（2.5 - 3 h）。

直投式菌种的使用是国际上发展的趋势，已被越来越多的乳品厂所采用。

其特点是产品质量易于控制。

缺点是发酵时间较长（4.5 - 6 h），生产成本较高。

〈5〉发酵剂的接种量：无论是继代式或直投式菌种，在菌种活力良好的情况下，都应按规定量投入。

经常的变动会造成产品菌种比例的失调，发酵时间与酸度的不稳定性，并影响组织状态与风味。

当发酵剂菌种活力不好时，应及时更换。

〈6〉发酵培养温度：通常采用40 - 43℃恒温发酵。

特别是生产凝固型酸奶，发酵室内温差过大易造成产品的缺陷。

如温度高于45℃以上，特别是在50℃左
右时，结果反而使产品产酸度降低，凝乳脆弱，乳清析出严重。

35℃左右的低温发酵,产品发酵时间大为延长，但对酸奶的组织状态与风味有利。

〈7〉酸奶的冷却终止及后酸化：生产凝固型酸奶，当ph达到4.5 -4. 6或酸度80`T 左右时（根据产品的要求而定），应及时送入冷库冷却，冷库的温度控制在5℃左右。

如生产搅拌型酸奶，当酸度达到发酵终点时，应及时冷却至20 ℃左右。

灌装后送入5℃左右的冷库，这样对产品粘稠度的恢复有利。

若冷却温度太低再行灌装，容易造成产品粘稠的降低，甚至乳清的析出。

以上无论哪种产品，在上市销售前，必须在冷库中放置12h以上，这样经过后酸化过程，使酸奶的酸度,粘稠度得到一定程度的上升，同时更有利于风味成分如乙醛与丁二酮等的充分形成。

〈8〉酸奶中的加糖量：为了做到产品的甜酸适度，在酸奶中往往加入一定比例的蔗糖（6-8%）或相当甜度的其他甜味剂（如阿斯巴甜）。

而搅拌型酸奶中若加入果料（如果酱或果粒）总加糖量应控制在10%以上，使产品的风味与口感才会好。

〈9〉稳定剂的加入：在酸奶生产中，特别是搅拌型酸奶的生产，为了改善产品的组织状态，增加粘稠度，减少乳清析出，以及改善光泽与润滑感，往往在原料乳的预处理时，加入适量的稳定剂如：果胶、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、明胶、变性淀粉、干酪素及其复合物等。

但用量不当反会造成产品的缺陷。

用量过少造成粘稠度低，乳清易析出；用量过多易造成产品的异味，沙粒状口感。

实际上，以上对酸奶产品质量的影响因素，可能是受某一因素或几种因素的影响，而使最终产品质量不尽人意。

这当中可能是设备的设计不合理或使用不当所至。

这就往往不能满足生产工艺的要求，给产品质量带来缺陷。

三、酸奶生产设备可能对产品质量造成的影响
1、种子罐
如上所述，无论是采用继代式或直投式菌种，经传代一次生产工作发酵剂，种子罐是不可缺少的。

培养基可以用鲜奶或复原乳，经热处理并冷却至42 ℃左右，泵送入罐中。

也可设计在罐中进行配料、加热、冷却、接种、发酵、再冷却等。

搅拌器在接种时要求菌种能快速地分散及发酵剂制成后的快速冷却是非常重要的。

如种子罐容积较大，在夹套中通以冰水及常规的搅拌方法，对于工作发酵剂的较快速地冷却往往是很困难的。

结果易造成发酵剂酸度与活力不一致，以及同一罐中的菌种比例失调。

因此，生产工作发酵剂及时的冷却是很有必要的。

2、发酵室的合理设计
发酵室是生产凝固型酸奶的重要设备。

室内各处空间温度的一致及热风强制有序的流动是保证包装容器内乳正常均衡发酵的条件。

可以说目前国内不少乳品厂发酵室的设计与安装是存在不少问题的。

如发酵室仅有一道门进出；如室内的加热靠墙体侧壁安装的蒸汽散热器；或在地面铺设蒸汽加热管道，表面再盖以多孔的铁板；或在室内顶部装有散热装置；如室内装有温度传感器的探头，在门的外面可见到温度显示表头。

室内温度的控制根据表头温度显示采用人工或自动方法启闭蒸汽阀门；如室内顶部装有几只桨式的叶片风扇，用以搅动室内的空气；或由于周转箱在室内排列过于拥挤亦箱体本身的通气性不够等，以上总总由于不
能很好地组织气流，室内的温度相差可能很大（有的室内上下温度相差5 ℃以上），结果乳在发酵过程中受热不均，造成同一批产品的质量差异。

现介绍一种合理的发酵室设计方案，如图1所示。

该方案使室内气流组织有利于发酵乳的均匀受热，并使温差控制在±1℃左右，而且产品做到先进先出，后进后出，有利于整体质量的一直性。

3、发酵罐的结构
搅拌型酸奶凝乳的形成是在发酵罐中进行的。

而凝乳的破碎过程根据产品的不同需要，有的可在大罐中通过搅拌，有的则通过泵送、冷却、灌装进行。

根据酸奶生产规模的不同，发酵罐通常有1000L、2000 L、3000 L、 5000 L不等。

生产质量优良的酸奶，首先必须在罐中经过充分的发酵产酸，并形成组织稠厚的凝乳是非常重要的。

但是由于罐体设计中的不合理性往往会给产品质量带来不利的影响。

发酵罐有以下几种类型：
〈1〉多用罐：这种罐可用于乳的配料、加热、冷却、接种、发酵、再冷却等。

夹套中可通入蒸汽冷水或冰水。

搅拌器有“中”字式、桨叶式等。

罐底稍有倾斜或呈锥体式。

这种罐实际是传统的“冷热缸”结构，优点是一罐多用。

但它的最大问题是生产周期长，凝乳的冷却困难。

因此。

要生产品质优良的产品很难满足要求。

仅适于小规模生产。

〈2〉发酵与冷却罐；这种罐可用于乳的发酵及凝乳的冷却，罐体夹套可通以温水保温或冰水对凝乳的冷却作用。

为加大冷却的换热面积，除夹套的冰水外，在罐内装有冷却盘管。

搅拌器常采用“中”字刮板式或垂直刮板双速式。

〈3〉专一的发酵罐：这种罐一般国内多设计为2000-5000L不等。

罐体隔热保温，搅拌装置有“中”字式，单速或双速桨叶式，侧面桨叶或蜗轮式等。

后者由于转速较高，可用于发酵剂或其它配料投入时的快速分散及凝乳形成后的迅速破碎（根据需要而定）。

当然，大容积的发酵罐已有隔热材料保温，再加装夹套用热水保
温已无必要。

同样通入冰水即使在大桨叶搅拌的情况下，也仅对罐体紧贴内壁的凝乳有些降温作用，而对远离内壁或近罐体中心部的酸奶的冷却作用就很小。

故凝乳在大罐内的总体温度下降是非常缓慢的，结果使发酵乳继续产酸，造成对产品质量的差别。

因此对于大容积的发酵罐，在酸奶到达要求的发酵终止酸度时，应仅快地从大罐中排出并冷却是非常必要的。

在罐底的锥体角度也应根据产品凝乳的粘稠度要求设计，而不是通常的15度左右。

否则稠厚的凝乳有不少滞留在底部很难排出，造成浪费。

经处理的原料乳如何进入发酵罐也应很好考虑。

若采用上进料方式，但处理不当易造成罐内的表面形成大量泡沫，可能造成产品的砂粒状口感及乳清析出等缺陷。

4、酸奶凝乳的冷却与输送
在发酵罐中，待凝乳充分形成并达到要求的酸度时，应及时地排出与冷却，这需要通过泵和冷却器来完成。

根据物料特性的不同，选用合适的泵是非常必要的。

特别是在酸奶凝乳形成后，任何有害的机械处理都会严重伤害产品的粘稠度。

故为了减少对凝乳的剪切作用，选用容积泵，尤其是螺杆泵，用来泵送酸奶是很好的。

它可以将酸奶沿着一条连续的螺旋通道运行而不改变容积的变化。

这样对凝乳的处理是教为缓和的。

与在发酵罐夹套中通以冰水的冷却相反，使用板式或管式冷却器可以使酸奶凝乳得以迅速地冷却。

若使用板片式，则板片之间应有更大的间隙，以及合适组合的流道（如多板片并行），以减少物料的流速，这比靠增加板片数以提高凝乳的冷却效果的设计方案更为合理。

如使用管式冷却器，其结构类似列管式加热器。

酸奶经冷却器冷却的温度一般控制在20 ℃左右。

一是停止酸奶的继续发酵产酸，二是灌装后冷藏对粘度的恢复性能好。

若直接冷却至5 ℃左右，而不及时地灌装（如放置一夜），第二天再行灌装时，由于机械的剪切作用，反而造成对粘度恢复性能的伤害，并促进了乳清的析出。

冷却器中常用冰水作为冷媒，流量应为酸奶流量的4-5倍左右来考虑。

经泵送冷却的酸奶应以下进料方式为宜，输送管道不宜太长，管径不宜太细，内表面应光洁，管路中应尽可能减少节口与配件。

5、灌装机的选择与管路连接
目前市场上可以购买到不少类型的灌装机，但往往是以通用型为主，标明可以灌装如：酸奶、牛奶、饮料等产品，实际上酸奶的灌装有其特殊的要求。

因为酸奶的组织状态较为稠厚，如果用浮球式阀门控制料斗中的液位，显然会对凝乳产生强烈的剪切，而对产品的粘稠度损害是非常大的。

即使经过冷库的冷却，其粘度也恢复不了多少。

因此物料进到灌装机的料斗中应由上下限位触点来控制电磁阀门的开启与闭合。

灌装时利用容积泵或活塞泵控制装量的多少，而灌装头部的放置金属网片对凝乳组织的稠厚度也是不利的。

另外，物料从缓冲罐到灌装机，或从冷却器到灌装机，在设计中利用厂房楼层的高低压差进行灌装，这种方法也是很好的。

总之尽量减小对酸奶凝乳的剪切作用而增加物料的粘稠度是非常必要的。

6、酸奶与果料的合理混合
搅拌型酸奶因其产品风味的多样化得以发展迅速，而果料型酸奶因其有果肉的真实感和特有风味而更加诱人。

但是，在生产中将酸奶与果料（如果酱或果粒）进行良好的混合，保证果料仍在较粘稠酸奶中的均匀悬浮，并非易事。

因两者的糖度与比重不同，如果不适当地搅拌使酸奶的粘稠度大大降低，结果果肉很容易沉淀在包装容器的底部。

因此减少两者在混合过程中的机械剪切和挤压作用是关键。

目前，这种混合设备在国外售价很贵。

因此，设备的国产化以降低生产成本很有必要。

最近温州鸿昌机械制造有限公司与高校合作联合开发了HCM-01型酸奶果料混合机。

样机经试验混合效果很好。

该机的研制成功是替代国外同类产品，解决国内生产难题的关键设备。

其方法与设备已申请了专利。

该机的基本工作原理见图2：两台泵分别抽吸酸奶与果料，酸奶泵为定量泵，果料泵可按混合料总量的6-15%的比例调节，以满足不同生产厂家的要求。

在泵送酸奶经冷却器的同时，与定量输出的果料经预混合器、在线混合器，形成酸奶与果料的良好混合状态。

本设备备有CIP清洗系统的接口，使清洗十分方便。