奶粉生产工艺流程

奶粉生产工艺流程（三）
原料
对用于生产奶粉的原料的质量具有极严格的要求，表17.1表明每g奶粉的细菌数不得超过50000，有些国家甚至30000，在没有再污染的前提下，这与产品复配后每升细菌总数约5000（或3000）相当，由于喷雾干燥过程中真空蒸发，控制浓缩物中的耐热细菌在真空蒸发过程不生长繁殖也同样非常重要。离心除菌机处理或微滤也就因此应用于奶粉生产以除去乳中的细菌芽孢，高终产品的微生物质量。
用于奶粉生产的牛乳在送到奶粉加工厂之前不允许进行任何强烈的、超常的热处理。这样的热处理会导致乳清蛋白凝聚，影响奶粉的溶解性、气味和滋味。使用过氧化物酶实验或乳清蛋白实验可以检测牛乳所受热处理是否过于强烈。以上两个实验都能表明牛乳是否受过高温下的巴氏杀菌。
乳的常见一般预处理
在脱脂奶粉的生产中，牛乳随着脂肪分离而变清。如果脂肪含量在一个直接标准化系统中进行标准化，情况也是一样，除非是滚桶干燥，否则用于全脂奶粉生产的标准化乳通常不需均质。
用于奶粉生产的脱脂乳热处理必须达到磷酸酶实验阴性。生产全脂奶粉的乳的热处理需要达到脂酶失活，也就是通常用高温巴氏消毒以达到过氧化物酶实验阴性。
滚桶或滚鼓干燥
滚桶干燥即是将乳分散在由蒸汽加热的转动的圆鼓上，当乳触及热鼓表面，乳中的水分蒸发出来并被空气带走，高温的热表面使蛋白变为一种不易溶解且使产品变色的一种状态。
强烈的热处理使奶粉的持水性能上升，这一特性对于预制食品工业是很有用的。
槽供料和喷雾供料的差别在于滚桶干燥上奶被供到热鼓表面的方式。
图17.1是一个槽供料的原理图，预处理后的乳被送至由铸铁鼓和四壁构成的槽中，乳在热鼓表面迅速被加热形成一薄层，这层乳中的水分被加热蒸发而干燥，干燥的料持续被每一鼓上的刮刀刮下来。
干燥的乳落入螺杆传送器，在期间磨成碎片。这些碎片，被传送到一个磨碎机，同时硬颗粒和焦粒在滤网中被分离出去。
根据生产能力，一个双滚桶干燥器约1~6m长，鼓直径为0.6~3m，这一尺寸取决于膜厚度、温度、转鼓速度和干粉的干固物要求。
干燥层的厚度可通过调整鼓间距来改变。
图17.2是一个喷雾供料滚桶干燥原理图，鼓上的喷嘴在热鼓表面将预处理奶喷成一个薄层，在此状况下，大约90%的传热表面得以利用，相比之下槽供料干燥器只有不到75%的利用率。
膜厚度由喷雾嘴压力而定，干燥时间可通过调整温度和鼓的转速来控制。奶粉的一些特性可由视比板来控制，如果参数正确，奶膜从鼓上刮下来时应为基本干燥的。
刮下来的

干燥膜粉送入到和槽供料干燥器一样的处理设备中。
喷雾干燥
喷雾干燥分两段进行，第一阶段预处理奶被蒸发浓缩到干物质含量为45~55%。第二阶段浓缩物被泵送到干燥塔最后干燥，后者的过程分三个步骤：
浓缩物分散为细小液滴
将细小分散的浓缩液与热空气混合，在其中水分快速蒸发
将干粉颗粒与干燥空气分离
蒸发是生产高质奶粉不可或缺的过程，没有预浓缩，奶粉颗粒将会非常小并含有大量空气，润湿性能下降，货架期缩短，加工过程也不经济。
浓缩常用降膜蒸发器，经二级或更多级蒸发，以获得45~55%干物质含量，设备与生产炼乳的设备相同，
干燥基本装置
一段干燥
最简单的生产奶粉的设备是一个具风力传送系统的喷雾干燥器，见图17.3。这一系统建立在一级干燥原理上，即从将浓缩液中的水分脱除至要求的最终湿度的过程全部在喷雾干燥塔室内(1)完成。相应风力传送系统收集奶粉和奶粉末，一起离开喷雾塔室进入到主旋风分离器(6)与废空气分离，通过最后一个分离器(7)冷却奶粉，并送入袋装漏斗。
两段干燥
在两段干燥中第一段使用上述设备生产同样奶粉，不同的是风力运送系统被流化床所取代，其工作原理在“喷雾干燥操作原理”一节中讨论。
三段干燥
三段干燥是两段干燥概念的延伸发展以期节约更多工厂操作费用。
喷雾干燥操作原理
一段干燥
图17.3为一段干燥生产线图，浓缩奶由一个高压泵（4）送至干燥室（1）继续进入喷雾器（5），形成极细小奶滴被喷入混合室与热空气进行混合。空气由风扇吸入并通过过滤器，然后在加热器（2）处加热到150~250℃，热空气经分散进入喷雾塔，在塔内，经喷雾的乳与热空气完全混合蒸发出奶中的水分。最大程度的干燥发生于乳自喷雾器高速喷出后与空气摩擦减速的阶段。自由水自动蒸发，而毛细管孔隙间水必须首先扩散到颗粒表面之后才能蒸发，这一过程是奶粉在塔内缓慢沉降的过程中进行的，乳仅被加热到70~80℃，因为空气的热容量在蒸发水分的过程中不断被消耗掉。水分脱除使液滴的重量、容积、尺寸大大降低。在理想条件下，重量将会下降50%，容积下降至原来的40%，颗粒大小降到从喷雾器中出来时颗粒尺寸的75%，见图17.4。在干燥过程中奶粉在塔中沉降到塔底排出。奶粉被冷风冷却下来并传送到包装段，冷风由风扇送至输送管道，冷却之后，混着冷风的奶粉流动到排放单元（7），在包装之前奶粉由空气中分离出来。一些小的、轻的颗粒可能与空气混在一起离开干燥空间。这些粉在一个或多个旋风分离器（6.7）中分离。经分离后，这些粉再混回到包装奶粉中

，干净干燥的空气由风扇自工厂抽出。
奶的雾化
奶滴分散的越微细，其比表面积越大，也就越能有效地干燥，1升牛奶具有约0.05m2表面积，如果这个量的牛奶在喷雾塔中被雾化，每一个小滴会具有0.05~0.15mm2的表面积。从一升奶得到奶滴总表面积将会约35m，这样，雾化使比表面增加了约700倍。
雾化设备的设计取决于颗粒大小和干燥生产要求的特性，这些特性可能是奶粉颗粒、结构、溶解性、密度和润湿性，一些干燥器用固定喷嘴，见图17.5。图17.5A的安排应用于低喷雾塔并固定，所以相应较大的奶滴和干燥空气对流排放。图17.5B示为固定喷嘴排出牛奶和空气流动的方向一致。在此情况下牛奶供入压力决定了颗粒大小，在供料压力高至30Mpa或是300bar时，奶粉将很细具有很高的密度，在低压力下（20~5Mpa或200~50bar）颗粒会较大，且不含有尘埃大小的颗粒。
图17.6示为另一种常用的雾化器类型，包括一个转盘，转盘上有通道，牛乳在其中获得高速度，在此情况下，产品的特性由转盘转动的速度来控制，其速度可在5000和25000γ/min之间变动。
两段干燥
即使使用高出口温度来提供足够的驱动力，但是最后——小部分水份从奶粉中的去除仍是极困难的。由于提高出口干燥温度对奶粉具不利影响，所以奶产品基本上都使用较低的出口温度。如果最终产品奶粉的湿含量仍很高，在喷雾干燥中可结合使用再干燥段，形成两段加工如图17.7所示。
两段干燥方法生产奶粉包括了喷雾干燥第一段和流化床干燥第二段。
奶粉离开干燥室的湿度比最终要求高2~3%，流化床干燥器的作用就是除去这部分超量湿度并最后将奶粉冷却下来。
牛奶的两段干燥方法最初的开发是为了在直接干燥加工中获得附聚的奶粉，但在七十年代初，该法被改良用于非附聚奶粉的生产，这样产品质量提高的优势就与两段加工的更佳经济性结合在一起。
单段和两段设备生产的奶粉中都会有大量的单一颗粒，这些颗粒呈尘状并极难于再复配成奶。两者之间当然也有一些轻微差别。两段干燥奶粉由于原始颗粒比较大表面比较粗糙并且有一些附聚粉存在，使产品最终不是非常尘化并能很容易地复配，然而这两种奶粉间最大的区别是他们的特性，这些特性受到奶在干燥过程暴露于热处理的影响。
另一有关特性的问题为溶解度指标和孔隙空气的含量，都较低，而容积密度却较高。液滴在刚刚离开雾化器时，温度比较低，仅仅略高于干燥空气的湿球温度，颗粒温度随水分逐渐脱除而逐渐上升，最终达到温度低于出口空气温度——比出口温度低多少，这决定于颗粒水分含量。
一段干燥和两段干燥在表17.3

进行了比较。