乳品工艺学七

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
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
2分020集年6月的17奶日8时粉21返回干燥室。
2020年6月17日8时21
5
分
1．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。
2020年6月17日8时21
6
分
2．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。
• 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。
2020年6月17日8时21
19
分
一、喷雾干燥原理及条件
• 1．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。
2020年6月17日8时21
30
分
• 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
常 用乳 的制 第 加品 七 工生 章 处产 理
第四节 乳的真空浓缩
• （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：
31
二、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。
2020年6月17日8时21
32
分
1．雾化种类与特点
• 雾化通常采用压力式和离心式两种：
2020年6月17日8时21
33
分
（1）压力式喷雾
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140～
210℃，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。
2020年6月17日8时21
29
分
• （2）将浓缩物在空气中雾化成很小的液 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。
2020年6月17日8时21
7
分
浓缩乳
2020年6月17日8时21
图7-7 单效蒸发器
8
分
图7-8 单效蒸发器上部
2020年6月17日8时21
9
分
图7-9配有压缩机的三效蒸发器
2020年6月17日8时21 分
浓奶
奶
10
（二）浓缩引起的变化
• 1．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。
2020年6月17日8时21
21
分
• 在干燥液滴中，热扩散系数保持大约在 10-7m2·s-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。
2020年6月17日8时21
22
分
（1）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，
2020年6月17日8时21
26
分
（3）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。
产生。 2020年6月17日8时21
14
分
• （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
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50μm的小滴这种情况持续2ms，在这个
时间里，小滴经过10cm的距离，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，
• 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：浓乳在高
压泵的作用下通过一狭小的喷嘴后，瞬间得以
雾化成无数微细的小液滴见图7-10。喷咀的优
点在于它的结构简单，可以调节液体雾化锥形
喷咀的角度（因此，可用直径相对小的干燥室
），并且粉粒中液胞含量较少。缺点是生产能
2020年6月17日8时21
2
分
• 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3～4kg，而在单效真空蒸发器中消耗
蒸汽1.1kg，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
• 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
2020下年6月当17日Q8时2≈1 2.8时乳中乳糖到达饱和状态。 11
分
2．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ρ或折射指数n来检测， 这些参数可在浓缩过程中连续测定。
2020年6月17日8时21
27
分
2．干燥条件
• （1）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
2020年6月17日8时21
18
分
• 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。
2020年6月17日8时21
24
分
• 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。
2020年6月17日8时21
25
分
• 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，因此它们 的平均干燥温度比小液滴低。
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ห้องสมุดไป่ตู้段小滴通过扩散失去剩余的水。
2020年6月17日8时21
23
分
（2）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。
20可20年作6月17为日8时下21 一效使液体沸腾的热源。
3
分
• 3．通过浓缩结晶从乳清中生产乳糖（α乳糖水化合物）。
2020年6月17日8时21
4
分
• （二）真空浓缩原理和条件 在21～8kPa 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：
2020年6月17日8时21
13
分
• （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
2020年6月17日8时21
17
分
第五节 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。
2•020（年6月217）日8时高21 浓度炼乳易发生美拉德反应。 12
分
• （3）如果产品高度浓缩、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。
2020年6月17日8时21
20
分
• 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 m2·s-1到10-13m2·s-1）而降低。因此， 干燥速度显著下降。
产生。 2020年6月17日8时21
15
分
• （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。
2020年6月17日8时21
16
分
• 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（大约2h）来克服。
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。
2020年6月17日8时21
28
分
• 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
力相对小，并很难改变。因此在大型干燥室中
，必须同时安装几个喷咀。此外，喷咀耐用性
差，并易堵塞。 2020年6月17日8时21
分
34
图7-10 顺流压力喷雾干燥
2020年6月17日8时21
35
分
图7-11 离心喷物盘
2020年6月17日8时21
36
分
• 雾化状态的优劣取决于雾化器的结构、 喷雾压力(浓乳的流量)、浓乳的物理性 质(浓度、粘度、表面张力等)。一般情 况下,雾滴的平均直径与浓乳的表面张力、 粘度及喷嘴孔径成正比,与流量成反比。 可用下式表示: