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

26、烫伤。管子的长度和流速要经过计算，以便在保温管中的时间恰好等于要求的时间。保温设备是在一定流量，规定的保温时间基础上计算得来的，所以流量的准确控制非常重要。保温时间与保温管中的流量成反比例关系变化。安装在板式热交换器上的保温段在很早以前就被采用了。但目前采用的几乎全部是外设的保温设备。保温时间的计算 若已知流量和保持管的内管径，就可以计算出符合保持时间的合适的管长。由于保持管里流速分布不均匀，某些牛乳粒子的流速要比平均值大。为了确保流量最快的粒子也能充分地巴氏杀菌，必须采用一效率系数来校正。这个系数取决于保持管的设计，通常取0.80.9 之间。保持保持第23页/共93页热交换器的不同类型当今广

27、泛应用的有三种类型的热交换器：板式热交换器 管式热交换器 刮板式热交换器板式热交换器乳制品的热处理大多在板式热交换器中进行。板式热交换器常常缩写成PHE，由夹在框架中的一组不锈钢板组成。该框架可以包括几个独立的板组区段不同的处理阶段，如预热、杀菌，冷却等均可在此进行。根据产品要求的出口温度，热介质是热水，冷介质可以是冷水，冰水、或丙基乙二醇。板片设计成传热效果最好的瓦楞型，板组牢固地压紧在框中，瓦楞板上的支撑点保持各板分开，以便在板片之间形成细小的通道。液体通过板片一角的孔进出通道。改变孔的开闭，可使液体从一通道按规定的线路进入另一通道。板周边和孔周边的垫圈形成了通道的边界，以防向外渗漏与内部

28、液流混合。第24页/共93页管式热交换器在某些情况下，管式热交换器(THE)也用于乳制品的巴氏杀菌/超高温处理。管式热交换器，如图6.1.17 所示，不同于板式热交换器，它在产品通道上没有接触点，这样它就可以处理含有一定颗粒的产品。颗粒的最大直径取决于管子的直径，在UHT处理中，管式热交换器要比板式热交换器运行的时间长。从热传递的观点看，管式热交换器比板式热交换器的传热效率低。管式热交换器现有两种截然不同的类型：多个/单个流道，多个/单个管道。第25页/共93页刮板式热交换器刮板式热交换器，如图6.1.20 所示，用于加热和冷却粘稠的成块的产品或是用于产品的结晶。产品一侧的工作压力很高，通常达

29、1.40bar，所以凡是能泵送的产品均可用此设备处理。刮板式热交换器包括一个缸筒（1），产品以逆流的方式泵送至被传热介质包围的缸筒中。各种直径的转筒（2），从50.8mm 到127mm 不等，销钉/刮刀的配置可以任意调节，以适应不同的用途。较小直径的转筒可使大颗粒（可达25mm）的产品通过缸体，而较大直径的转筒则可缩短产品在缸体中的停留时间，并提高传热性能。产品通过下面的孔垂直进入缸体，并连续不断地向上流过这缸体。在生产开始时，所有的空气都被进来的产品赶出，以保证产品充分且均匀地分布在加热或冷却的表面。旋转的刮刀连续不断地把产品从缸壁上刮下来，如图6.1.21 以确保热量均匀地传给产品，另外，

30、避免了表面的沉积。产品从缸体的上端排出。产品的流量和转筒的转速可以调节,使其适应缸体内产品的特性。在生产结束时，由于是垂直设计，产品可以用水顶出，从而实现产品的回收。然后，彻底排水，进行CIP 清洁和产品更换。如上所述，转筒和刮刀是可替换的，由于有自动液压提升装置，使得转筒/刮刀的升高和降低操作成为可能。图6.1.22 所示。用刮板式热交换器处理的典型产品有果酱，糖果，调味品，巧克力和花生奶油。它还可以用于脂肪类和油类制品，也可用于人造奶油和起酥油的结晶等。刮板式热交换器可设计用于无菌加工。根据所要求的加工能力，可以将两个或多个立式刮板式热交换器串联或并联在一起，使其产生更大的传热面积。第26

31、页/共93页小结巴氏杀菌定义巴氏杀菌定义巴氏杀菌效果检验方法巴氏杀菌效果检验方法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热处理方法。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。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。热处理的目的热处理的目的杀死致病菌最大程度地破坏微生物和酶系统巴氏杀菌的种类巴氏杀菌的种类低温长时(LTLT)巴氏杀菌：63，30min高温短时(HTST)巴氏杀菌：72-75，15-20S超巴氏杀菌：125-138，保持2-4S第27页/共93页超高

32、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。超高温处理超高温处理小结（续）通常有两种超高温方法可供采用：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。传热有三种方式：传热有三种方式：传导、对流和辐射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。怎样实现热传导怎样实现热传导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。第28页/共93页热交换器的不同类型热交换器的不同类型小结（续）板式热交换器 管式热交换器 刮

33、板式热交换器 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 要求运行的时间设计热交换器要考虑的因素设计热交换器要考虑的因素第29页/共93页离心分离机和牛乳脂肪标准化离心分离机重力沉降 沉降在自然界中每时每刻都在发生。粘土颗粒在雨水坑中形成泥浆，但又迅速沉淀下去，泥水变清。由海浪或游泳者搅浑了的一片海水也是如此。泄漏到海里的石油，由于它比水轻而上浮，在海面上形成一层油膜。重力沉降也是乳品业中从牛乳中分离脂肪的一项原始技术。刚挤出的牛乳放置在一个容器中，过一段时间，脂肪球聚集起来并向上漂浮在牛乳上部，形成一层稀奶油，然后手工把这层奶油撇出。沉降条件 要处理的液体

34、必须是悬浮液，即两种或更多相的混合物。其中一种为连续相。在牛乳中，乳浆或脱脂乳是连续相，脂肪以直径小于15m的小球分散在脱脂乳中。牛乳也含有第三相，一些分散的固体颗粒，如乳房细胞，粉碎的稻草和毛发等。被分离的相之间必须互不相溶，在溶液中，溶质不能用沉降的方法分离。溶解的乳糖不能通过离心分离而分离出来,然而，乳糖可以结晶，乳糖结晶后即可通过沉降分离出来。要分离的相也必须具有不同的密度。在牛乳中的各相符合这一要求；固体杂质比脱脂乳密度大，而脂肪又比脱脂乳的密度小。第30页/共93页沉降如何进行密度每一种物质都有一个物理特性，称之为密度。密度是一种物质重量计量的单位，可用kg/m3 来表示。当物体放

35、入液体中时，该液体的密度和放入物体的密度决定了物体的沉浮。如果物体的密度大，它下沉，若小于液体的密度，则上浮。沉降和上浮速度粘性介质中，在重力作用下运动的固体颗粒或液滴最终会获得一稳定的速度，这个速度被为沉降速度。如果颗粒的密度比液体介质的密度低。颗粒将以上浮速度上浮，这些速度用Vg 表示（g=重力）。沉降上浮速度的大小由以下的物理量决定：颗粒直径d，m 颗粒密度，p kg/m3 连续相的密度pI，kg/m3 连续相的粘度，kg/m.s 重力加速度g=9.81m/s2第31页/共93页如果这些量是已知的，那么颗粒或液滴的沉降/上浮速度可用以下公式来计算上面的公式（方程1）告诉我们颗粒液滴的沉降

36、/上浮速度：随颗粒直径的平方而增加，这说明直径为2cm颗粒的沉降/上浮速度要比直径为1cm 的颗粒速度快4 倍。随两相的密度差的增加而增加。随液体介质粘度的减小而增加。脂肪球的上浮速度将新鲜的牛乳放在容器中，脂肪球开始向上聚集，直至牛乳表面。速度可以用上面的公式计算得出。脂肪球上升速度非常慢，当脂肪球聚集成较大颗粒时，上浮速度要快得多。第32页/共93页间歇式重力分离 图4 容器A，装有悬浮液，其中的分散介质的直径为d，均匀一致的固体颗粒，其密度大于液体，为了使所有粒子从表面沉到容器底部，悬浮液必需静置足够长的时间，沉降距离为h1m。如果沉降距离减小，那么完全分离所需的时间就能缩短。容器B 的

37、高度减小了，其面积扩大了，这样它仍具有同样的体积，沉降距离h2减少到h1的1/5，所以，完全分离所用的时间也减少到1/5，然而，沉降距离减少的越多，沉降时间越短，容器的面积越大。连续式重力分离 图5 表示的是利用简单的容器把直径不等的颗粒从液体中连续分离出来。含有泥浆颗粒的液体从容器一端加入，并以一定的速度流向另一端的溢流口。不同直径的颗粒在途中以不同的速度沉降。挡板增加沉降能力如果使沉降器的总面积增加，其沉降能力也会增加，但这会使沉降器庞大而笨重，代替的办法是，如图6 所示，在容器中插入水平挡板，以增加分离的有效面积。第33页/共93页返回第34页/共93页 这样就有了若干个“分离通道”，颗

38、粒在每一个通道中都以图5 容器中同样的速度分离。容器的总能力是每一通道的能力乘以通道数。总的用于分离的有效面积（即挡板面积的总和）是每一挡板的面积乘以分离通道数。在不降低分离效率的前提下，即不让任何限定的颗粒或者较大的颗粒随澄清液跑掉，要确定容器的最大能力。当悬浮液在带有水平挡板的容器中进行连续分离时，分离通道最终将被沉积的颗粒堵塞，于是分离停止。如果该容器装上如图7 所示的倾斜挡板，那么在重力的影响下，沉积在挡板上的颗粒将从挡板上滑下，并堆积在容器的底部。为什么已沉淀在挡板上的颗粒不会被挡板之间向上流动的液体冲走呢？图8 作了解答。该图是一个分离通道断面图。当液体从挡板之间通过时，紧邻挡板的

39、液体边界层受到摩擦阻力，速度降为零。静止的边界层对它的邻层又产生一种阻力，依次直至通道的中心。通道中心的速度最高,依次可以得到如图所示的速度分布曲线，通道之间的液流是层流，这样，在静止边界区的沉积颗粒仅受重力的作用。在计算流过带倾斜挡板的容器的最大流量时，使用投影面积作为有效沉降面。要充分利用分离容器的能力，需要安装可供颗粒沉淀的最大表面积，沉降距离不直接影响容器的能力，但必须保持一定的最小通道宽度，以避免沉积颗粒将通道堵塞。第35页/共93页第36页/共93页牛乳的连续离心分离净化如图9 所示，在离心净乳机中，牛乳在碟片组的外侧边缘进入分离通道并快速地流过通向转轴的通道，并由一上部出口排出，

40、流经碟片组的途中固体杂质被分离出来并沿着碟片的下侧被甩回到净化钵的周围，在此集中到沉渣空间，由于牛乳沿着碟片的半径宽度通过，所以流经所用的时间足够非常小的颗粒进行分离。离心净乳机和分离机最大的不同在于碟片组的设计。净乳机没有分配孔，净乳机有一个出口，而分离机有两个。第37页/共93页分离 在离心分离机，碟片组带有一垂直的分布孔，图12 示意了在离心分离机的碟片上，脂肪球是如何从牛乳中分离出来的。牛乳进入距碟片边缘一定距离的垂直排列的分配孔中，在离心力的作用下，牛乳中的颗粒和脂肪球根据它们相对于连续介质（即脱脂肪乳）的密度而开始在分离通道中径向朝里或朝外运动。而在净乳机中，牛乳中高密度的固体杂质

41、迅速沉降于分离机的四周。并汇集于沉渣空间。由于此时通道中的脱脂乳向碟片边缘流动，这有助于固体杂质的沉淀。稀奶油，即脂肪球，比脱脂乳的密度小，因此在通道内朝着转动轴的方向运动，稀奶油通过轴口连续排出。脱脂乳向外流动到碟片组的空间，进而通过最上部的碟片与分离钵锥罩之间的通道，脱脂乳由此排出。第38页/共93页脱脂效率从牛乳中能分离出多少脂肪量取决于分离机的设计情况及分离机中牛乳的流量和脂肪球的尺寸分布。极小的脂肪球，通常1um,在给定的速度下还没来得及上升就被脱脂乳带出了分离机，脱脂乳中残留的脂肪含量通常介于0.04 0.07%之间，据此，称该设备的脱脂能力为0.04 0.07。如果牛乳通过该设备

42、的流速减小，那么牛乳通过分离通道的流速也会减小，这就给脂肪球更多上升时间，并从稀奶油出口排出。换句话说，分离机的脱脂效率随着流量的减少而稍有增加，反之亦然。稀奶油的脂肪含量 进入分离机的全脂牛乳以两种液流排出，脱脂乳和稀奶油。其中，稀奶油的流出量约占总量的10%，稀奶油排出量所占的比例决定了稀奶的脂肪含量。如果全脂乳含有4%的脂肪，流量为20000L/h，通过分离的脂肪总量将为：4 20000/100=800L/h 如果要求稀奶油的含脂率为40%，则稀奶油必须用一定量的脱脂乳来稀释。脂肪含量为40%的稀奶油的排出量将为：800 100/40=2000L/h其中800L/h 是纯脂肪量，剩下的1

43、200L/h 是“脱脂乳”。在稀奶油和脱脂乳的出口处安装节流阀，可以调节两种液流相应的体积，以便获得符合脂肪含量要求的稀奶油。第39页/共93页固体杂质的排出分离钵的沉降空间里收集的固体杂质有稻草、毛发、乳房细胞，白血球（白细胞），红血球，细菌等。牛乳中的沉渣总量是变化的，但一般的约为1Kg/10000L。沉渣容积的变化取决于分离机的尺寸，典型的有10 20L。在使用残渣存留型的牛乳分离机时，必须经常把钵体拆开，定期进行人工清洗沉渣空间。这需要大量的体力劳动。现代化的自净或残渣排除型的分离机配备了自动排渣设备。将沉积物按预定的时间间隔自动排除。分离机不再需要人工清洗，钵体排出系统将在本章最后“

44、排出系统”中介绍。在牛乳分离的过程中，固体杂质的排出通常30 60 分钟进行一次。第40页/共93页离心分离机的基础设计现代的分离机有两种类型，半开式和密闭式。半开式的设计如图13出口带有压力盘的离心分离机已熟知的半开式类型。（与老式的带溢流出口的分离机相对照）。在半开式的分离机中，牛乳通过一位于顶部的轴向进口管进入分离钵。牛乳在进入胁式分配（1）后，被加速到分离钵的旋转速度，然后上行进入碟片组（2）间的分离通道。离心力将牛乳向外甩形成环状的圆柱形内表面。由于此过程和常压空气接触，因此，表面上牛乳的压力与大气压力相似，但压力随着距旋转轴的距离的增加而逐渐增加。到钵的边缘时达到最高值。较重的固体

45、颗粒被分离出来，并沉积在沉降空间内，稀奶油向转轴方向移动，并通过稀奶油的压力盘（3）排出通道。脱脂乳从碟片组的外边缘离开，穿过顶钵片与分离钵顶罩之间的通道，进入脱脂乳压力盘（4）排出。第41页/共93页压力盘在半开式的分离机中，稀奶油和脱脂乳的出口处都有一个特殊的出口装置压力盘，如图14所示。由于这种出口设计，半开式分离机通常被称为压力盘式分离机。静置的压力盘的边缘浸入到液体的转动柱内，从中连续地排出一定量的液体。旋转液体的动能在压力盘中转换成静压能，静压能的数值总是与在下游中的压力降相等。在下游中的压力的增加意味着钵体上的液体柱面向里移动，这样在出口的节流作用自动减少，为了阻止产品中混入空气

46、，最重要的是压力盘上总要覆盖充足的液体。第42页/共93页密闭式的设计在密闭式的分离机中，牛乳通过钵孔进入钵体。并很快加速到钵体的转速，然后继续通过分配器进入碟片组。密闭式分离机的钵体在操作过程中被牛乳完全充满。中心处没有空气，所以密闭式分离机可以被认为是密闭管路系统的一部分。外部泵产生的压力足以克服产品从分离机进口到稀奶油和脱脂乳出口排出泵间的流动阻力。但要计算泵叶轮的直径，以满足出口压力要求。第43页/共93页第44页/共93页稀奶油中脂肪含量的控制压力盘式分离机从压力盘式分离机中排出的稀奶油的量可以用稀奶油出口处的节流阀调节。如果该阀门逐渐地打开，从稀奶油出口排出的稀奶油量渐渐地增加，而

47、其脂肪含量逐渐地减少。所以稀奶油的排出量与稀奶油的脂肪含量是一致的。如果含脂乳的脂肪含量为4%，欲得到脂肪含量为40%的稀奶油，则稀奶油出口的排出量应调节到2000L/h(依据以前的计算)。脱脂乳的出口压力，如图17 处应根据分离机的类型和牛乳的流量用调节阀调节到一定的数值，稀奶油出口的节流阀（2）也应调整到与所需脂肪含量一定的流量位置。稀奶油排出量的任何变化都会导致脱脂乳以等量但反向的变化。脱脂乳的出口处安装了自动恒压装置，以保持出口的背压恒定，与稀奶油流量变化无关。第45页/共93页稀奶油流量计 在压力盘式分离机中，排出稀奶油的体积由一个带有流量计（3）的稀奶油阀控制。阀孔的大小由一个螺钉

48、调节，节流的液流通过一个带刻度的玻璃管该管内有一个短管状的浮子，当稀奶油流过时，它即浮起，达到一定的刻度位置，此位置根据稀奶油的流量和粘度不同而变化。通过分析进来的全脂乳的脂肪含量，并计算出所要求脂肪含量的稀奶油的体积，就可相应地调整节流螺钉，以达到一粗略的流量设定位置。再根据所测稀奶油的脂肪含量，进行细调。于是操作人员就可以知道当稀奶油脂肪含量正确时的浮子的读数。稀奶油的脂肪含量受进来的全脂乳的脂肪含量及生产线中流量变化的影响。有许多类型的仪器，如自动化检测系统，与调节系统相结合，用于测定稀奶油的脂肪含量，以使含脂率保持为一恒定值。第46页/共93页密闭式分离机密闭式分离机上的恒压装置如图1

49、7 所示，图中所示的阀是隔膜阀通过隔膜上的压缩空气来调节所要求的产品压力。在分离过程中，隔膜上承受恒压空气的压力，隔膜下面承受产品（脱脂乳）的压力。如果脱脂乳的压力降低，那么预定的空气压力将推动隔膜下移，与隔膜固定在一起的阀杆也跟着向下移动，通道变窄。这种节流使脱脂乳出口压力增到设定的值。当脱脂乳压力继续增加，阀杆反向运动，预定的压力又得以恢复。第47页/共93页密闭式分离机和带压力盘式分离机在出口特性上的区别 在压力盘式分离机中，压力盘外径必须浸入到旋转的液体柱中。浸入的距离由稀奶油的脂肪含量来确定分离机中的自由稀奶油液面，最内部，脂肪含量最高，随着半径加大，脂肪含量依次递减。通过迫使自由稀

50、奶油液面向内移动，增加了从自由稀奶油内部液面到压力盘最外边缘的距离，稀奶油的脂肪含量增加了。例如，如果排出的稀奶油的含率为40%，则在内部自由稀奶油液面的含脂率也一定相当的高。与离开分离机的稀奶油相比，该稀奶油被过度浓缩，达到一较高的含脂率。致使磨擦增加，又可能会导致最内部与空气柱接触的脂肪球破裂。这一结果将破坏脂肪球并导致粘性问题，使脂肪的氧化和水解的敏感性大大上升。密闭式分离机中的稀奶油从分离机的中心部位排出，这个部位脂肪含量最高，所以没必要再浓缩。当排出高含脂率的稀奶油时，出口的情况判别就显得格外重要了。在稀奶油浓缩到脂肪含量为72%时，脂肪球之间实际已互相接触在一起了。从压力盘式分离机