液態(tài)奶生產(chǎn)新設(shè)備和工藝

郭瑞雪，郭 儉

1 四川省攀枝花學(xué)院外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，四川攀枝花 617067

2 新郎中（山西）生物工程有限公司，山西臨汾 041600

0 引言

國(guó)內(nèi)乳品行業(yè)有三大痛點(diǎn)，一是液態(tài)奶保質(zhì)期短。二是液態(tài)奶產(chǎn)品缺少功能創(chuàng)新，無(wú)法滿足大健康產(chǎn)業(yè)的需求。三是乳制品加工領(lǐng)域長(zhǎng)期依賴進(jìn)口設(shè)備，缺少自主創(chuàng)新。針對(duì)以上問(wèn)題，筆者申報(bào)了發(fā)明專利“一種能延長(zhǎng)液態(tài)奶保質(zhì)期的生產(chǎn)方法”，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?02110748330.9；公布號(hào)CN113749150A。一種能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐體，實(shí)用新型專利號(hào)ZL201920845235.9，發(fā)明專利公布號(hào)CN111661501A；超高含氫量的牛羊奶飲品及其生產(chǎn)方法，發(fā)明專利公布號(hào)CN113615733A，以為乳品行業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 液態(tài)奶的殺菌工藝現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)液態(tài)奶的殺菌工藝是熱處理法，即將液態(tài)奶加熱到一定溫度，并在此溫度下保持一定時(shí)間再降溫冷卻。溫度和時(shí)間組合決定了熱處理的強(qiáng)度。從殺（滅）致病微生物的角度，液態(tài)奶的熱處理強(qiáng)度越高越好。但高強(qiáng)度的熱處理會(huì)對(duì)液態(tài)奶的外觀、味道、營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)生不良的影響。因此，溫度與時(shí)間組合的選擇需要考慮在保證液態(tài)奶質(zhì)量的前提下進(jìn)行。目前為乳制品工業(yè)中主要的熱處理工藝包括巴氏殺菌、超巴氏殺菌、超高溫瞬時(shí)滅菌等[1～3]。

1.1 巴氏殺菌

巴氏殺菌是由法國(guó)著名化學(xué)家路易斯·巴斯德在19世紀(jì)中期發(fā)明的一項(xiàng)熱處理防腐技術(shù)，通?？梢苑譃榈蜏亻L(zhǎng)時(shí)巴氏殺菌（63 ℃，30 min）、高溫短時(shí)巴氏殺菌（72～75，15～20 s）。該方法可以在盡可能不破壞液態(tài)乳中的營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì)的情況下，殺死其中的致病微生物，如結(jié)核桿菌等[1]，但只能使芽孢處于休眠狀態(tài)[1～3]。

1.2 超巴氏殺菌

超巴氏殺菌是為了延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期而設(shè)計(jì)的殺菌工藝（125～135 ℃，2～4 s）。經(jīng)過(guò)超巴氏殺菌的產(chǎn)品在7 ℃以下貯存和分銷的條件下，可延長(zhǎng)保質(zhì)期至40 天甚至更長(zhǎng)。但超巴氏殺菌產(chǎn)品并非無(wú)菌灌裝產(chǎn)品，也不是商業(yè)無(wú)菌產(chǎn)品，不能在常溫下貯存和分銷[1～3]。

1.3 超高溫瞬時(shí)滅菌

超高溫瞬時(shí)滅菌是指通過(guò)熱交換器將其中的液體加熱至135～150 ℃，并保持一定時(shí)間以使產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無(wú)菌水平。目前超高溫滅菌乳產(chǎn)品仍有一定的壞包率[1～3]。

2 熱處理工藝存在的問(wèn)題

目前熱處理工藝可以最大程度地降低致病菌的存活率，但無(wú)法徹底殺滅其中的耐熱芽孢。殘留的耐熱芽孢經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度的殺菌，在產(chǎn)品中處于休眠體狀態(tài)，一般的微生物檢驗(yàn)方法無(wú)法立刻檢測(cè)出，但如果將產(chǎn)品放置于芽孢最適生長(zhǎng)溫度下7～10 天，芽孢即會(huì)復(fù)蘇、變成繁殖體，可在培養(yǎng)皿上觀察到菌落[1]。

而芽孢之所以能夠復(fù)蘇和液態(tài)奶中存在過(guò)多的溶解氧相關(guān)。很多人認(rèn)為，在液態(tài)奶生產(chǎn)的工藝流程中已經(jīng)多次使用了真空脫氣機(jī)，已經(jīng)沒(méi)有氧氣，但其實(shí)在流量計(jì)前安裝的真空脫氣機(jī)，是為了防止計(jì)量誤差太大難于獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在巴氏殺菌機(jī)和超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)中安裝真空脫氣機(jī)是為了減少牛奶在管道中的結(jié)垢而影響傳熱效果，避免牛奶氧化、質(zhì)量下降，提高自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)線的精確度。事實(shí)是，經(jīng)過(guò)殺菌后的液態(tài)奶在后期是和空氣有接觸的，尤其是超高溫瞬時(shí)滅菌后的液態(tài)奶灌注到無(wú)菌罐中暫存這一環(huán)節(jié)，即使能做到無(wú)菌，但隔離不了空氣，液態(tài)奶對(duì)氣體具有超強(qiáng)的親合力，從牛身體內(nèi)剛擠出時(shí)就含有5%～7%的氧氣，經(jīng)過(guò)貯存、運(yùn)輸、泵送等操作，含氣量就會(huì)增大到其體積的10%以上，且罐內(nèi)液態(tài)奶的進(jìn)出都是在高壓空氣下進(jìn)行，這就造成了液態(tài)奶始終與空氣混合在一起，致使液態(tài)奶產(chǎn)品中含有氧氣。隨著時(shí)間和外界溫度變化休眠芽孢創(chuàng)造了復(fù)蘇的條件，使得液態(tài)奶質(zhì)量不穩(wěn)定、保質(zhì)期難以延長(zhǎng)[4，5]。

以上是液態(tài)奶“保質(zhì)期”問(wèn)題面臨的現(xiàn)狀，更是提高、推廣低溫奶的瓶頸，而不是業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為的“二次污染是造成的液態(tài)奶質(zhì)量不穩(wěn)定、保質(zhì)期短的主要原因”，二次污染在生產(chǎn)管理上可通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)控、強(qiáng)化規(guī)章執(zhí)度而得以解決。

3 解決措施

3.1 使液體隔離空氣的無(wú)菌罐體

3.1.1 工作原理

“一種能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐體”其原理跟打針的注射器類似，使用時(shí)將針頭插入藥液中、抽動(dòng)注射器活塞吸入藥液，給病人注射時(shí)《排出空氣》按壓活塞將不含空氣的藥液注射到病人體內(nèi)。在乳制品工業(yè)中，即可以將液態(tài)奶由“能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐”下端的進(jìn)出料口打入，將與罐體下封頭同弧度的“活塞”頂起，活塞將上封頭與其之間的空氣通過(guò)上封頭上的排氣口擠出。滅菌脫氣后的液態(tài)奶由“能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐”下端的進(jìn)出料口泵出時(shí)，“活塞”與液態(tài)奶液面同步下降，“活塞”與上封頭行成的空間通過(guò)多級(jí)過(guò)濾后的空氣從上封頭上進(jìn)氣口吸入占據(jù)由活塞下降形成的空間。這些過(guò)程都是在常壓下進(jìn)行的。殺滅菌脫氣后的液態(tài)奶在“能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐”暫存、調(diào)控是由液態(tài)奶的進(jìn)出量和無(wú)菌罐中的活塞同步上下運(yùn)動(dòng)控制的。這樣能使殺（滅）菌脫氣后的液態(tài)奶既不會(huì)產(chǎn)生二次污染又能隔離空氣[6]。

3.1.2 真空脫氣機(jī)生產(chǎn)流程

在巴氏殺菌和UHT超高溫瞬時(shí)滅菌系統(tǒng)中將液態(tài)奶加熱到68～66 ℃后打入到真空脫氣機(jī)的配接板，然后通過(guò)壓差式液位控制的氣動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥或浮球液位控制閥，并以較寬的入口以正切線方向進(jìn)入到真空脫氣機(jī)的真空罐從而在罐壁形成薄膜。在罐內(nèi)由于真空壓力的作用，使薄膜內(nèi)的廢氣和部分蒸汽向上蒸發(fā)，并通過(guò)罐內(nèi)的高位冷凝器絕大部分的蒸汽冷凝液滴入到罐體底部奶液中，而不凝氣體和奶液中的溶解氧、異味被真空泵抽出罐外。在罐內(nèi)的奶液薄膜隨著重力和阻力的作用逐漸形成液滴、落入罐體下端的奶液中。奶液液位應(yīng)控制在出料口下方，浮球式液位控制液位在浮球水平中心，壓差式液位控制液位最高在罐底。浮球式和壓差式液位控制兩者取一，可在動(dòng)態(tài)工作中改變二位三通球閥流向來(lái)實(shí)現(xiàn)[7，8]。

3.2.3 技術(shù)參數(shù)

真空脫氣機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：（1）生產(chǎn)能力：2 000～20 000 kg/h；（2）高位冷凝器面積：3 ㎡；（3）進(jìn)料溫度66～68 ℃；（4）出料溫度：60～62 ℃；（5）真空壓力：-0.08～-0.078 MPa；（6）冷卻水：1 000～1 500 ㎏/h；（7）裝機(jī)容量：10.35～35 kw[7，8]。

3.2.4 生產(chǎn)工藝

經(jīng)過(guò)殺滅菌脫氣后的不含氣無(wú)菌液態(tài)奶，通過(guò)吸料泵抽入到巴氏殺菌和UHT超高溫瞬時(shí)滅菌系統(tǒng)中經(jīng)熱回收降溫至20℃左右再打入到能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐內(nèi)。經(jīng)“能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐”暫存、調(diào)控再無(wú)菌灌裝到無(wú)菌包裝中，脫除了蒸煮味、焦煳味，提高了液態(tài)奶品質(zhì)、脫除了溶解氧，延長(zhǎng)了液態(tài)奶的保質(zhì)期。

3.2.5 創(chuàng)新改造設(shè)備及工藝

采用的無(wú)菌灌裝機(jī)是根據(jù)啤酒灌裝機(jī)和含氣飲料灌裝機(jī)的部分機(jī)理改制而成的。在無(wú)菌灌裝間，灌裝頭注液前須用高溫飽和蒸汽將無(wú)菌容器（瓶或罐）中的空氣趕出、并做為屏障、注液、封蓋完成的、確保殺滅菌脫氣后的液態(tài)奶不與空氣接觸、不產(chǎn)生二次污染?；蚪?jīng)殺滅菌被抽成真空的鋁箔袋、鋁塑紙復(fù)合袋再無(wú)菌灌裝的液態(tài)奶。

3.2 利用氫分子醫(yī)學(xué)開發(fā)新產(chǎn)品

3.2.1 氫分子醫(yī)學(xué)

氫分子醫(yī)學(xué)2007年進(jìn)入我國(guó)，受到國(guó)家各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及院士、專家、研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注與參與。是因?yàn)闅浞肿佑辛筇匦裕海?）有選擇性的抗氧化；（2）抗炎癥；（3）抗細(xì)胞凋亡；（4）清除人體內(nèi)的羥自由基；（5）清除人體內(nèi)的亞硝酸陰離子；（6）提高免疫力、對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)殘留。這些特性造就了氫分子在人體內(nèi)產(chǎn)生的氫分子醫(yī)學(xué)效應(yīng)：防病、治病、控制特殊病[9，10]。

人體內(nèi)要獲得氫目前有3 種方法：（1）呼吸含氫氣體；（2）注射含氫鹽水；（3）喝含氫水。喝含氫水是易推廣、效果好、價(jià)格低的項(xiàng)目。但氫分子在水中的飽和溶解度只有1.6 mg/kg，且易逃逸、難保存。但以黏稠的、對(duì)氣體具有超強(qiáng)親合力的液態(tài)奶做為氫氣的載體，可生產(chǎn)出含氫量大于10.mg/kg的含氫乳制品等?！禛B 31633—2014 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 氫氣》已于2015年5月24日實(shí)施[4，5]。

3.2.2 含氫奶簡(jiǎn)要制作過(guò)程

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB25191—2010食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 調(diào)制乳》中“3.1調(diào)制乳、以不低于80%的牛（羊）乳或復(fù)原乳為主要原料，添加其他原料或食品添加劑或營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，采用適當(dāng)?shù)臍⒕驕缇裙に囍瞥傻囊后w產(chǎn)品。將“能隔離空氣的無(wú)菌罐”內(nèi)的殺滅菌脫氣后的液態(tài)奶通過(guò)氣液混合機(jī)或其他方法加注食品添加劑“氫氣”。然后再打入另一臺(tái)“能隔離空氣的無(wú)菌罐”暫存。通過(guò)這臺(tái)“能隔離空氣的無(wú)菌罐”暫存、調(diào)控再進(jìn)入到無(wú)菌包裝系統(tǒng)中。這樣加工出來(lái)的液態(tài)奶不但提高了液態(tài)奶的品質(zhì)、延長(zhǎng)了保質(zhì)期，還能使飲用者獲得奶品營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)也取得氫分子醫(yī)學(xué)效應(yīng)。

4 小結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、廣大消費(fèi)者對(duì)健康的認(rèn)知逐漸加強(qiáng)，隨著“新冠肺炎疫情”的發(fā)生，對(duì)乳制品功能的認(rèn)知得到提升，對(duì)液態(tài)奶的選購(gòu)、營(yíng)養(yǎng)功能、口感、保質(zhì)期有了更高的要求。“一種能使液體隔離空氣的無(wú)菌罐體”的發(fā)明和含氫奶的制作為產(chǎn)業(yè)增加了助力，拓寬了思路。