第五章 乳粉的生产 第一节 概 述

一、乳粉的概念、种类和生产指标 （一）乳粉的概念 乳粉又名奶粉，它是以新鲜牛乳为原料，或以新鲜牛乳为主要原料，添加一定数量的植物或动物蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等配料，经杀菌、浓缩、干燥等工艺过程而制得的粉末状产品。

（二）乳粉的种类 速溶乳粉 乳粉 乳清粉 脱脂乳粉 全脂乳粉 .配方乳粉 麦精乳粉 酪乳粉 干酪粉

3. 婴儿配方乳粉-l、II、III的生产指标 （三）乳粉的生产指标 1．全脂乳粉的生产指标 2．全脂加糖乳粉的生产指标 3. 婴儿配方乳粉-l、II、III的生产指标 感官指标 理化指标 微生物指标

二、乳粉的生产方法 (一)乳的预处理 采用离心除菌或微滤除去乳中的菌体细胞及其芽孢，以保证原料乳的质量。 全脂乳进行标准化，一般脂肪与总固形物之比控制在1：3.67，从而达到控制最终产品中脂肪含量的目的。

(二)预热及浓缩 1．浓缩的目的 （1）降低产品的加工热耗，节约能源。 （2）提高乳中干物质的含量，使喷雾后乳粉颗粒粗大，改善乳粉成品的分散性和冲调性。同时能提高乳粉成品的密度，减少粉尘飞扬，便于包装，提高乳粉的回收率，减少损失。 （3）改善乳粉的品质和贮藏性。

2. 浓缩的基本原理 在减压状态下，液体的沸点随环境压力的降低而下降，利用这一原理所进行的乳的蒸发操作称为真空浓缩。在对牛乳真空浓缩时，使其温度保持在40～70℃之间沸腾，此时可将加热过程中的损失降到最小程度。

3. 乳浓缩的方法 浓缩的方法 沸腾蒸发 常压蒸发 减压蒸发 自然蒸发

4. 真空浓缩的特点 （1）牛乳的沸点随压力的下降而降低，真空浓缩可降低牛乳的沸点，避免了牛乳高温处理，减少了蛋白质的变性和维生素的损失，有利于保全牛乳的营养成分，提高乳粉的色、香、味及溶解度。 （2）真空浓缩可极大地减少牛乳中空气及其他气体的含量，起到一定的脱臭作用，对改善乳粉的品质及提高乳粉的保存期有利。 （3）真空浓缩提高了加热蒸汽与牛乳间的温度差，使设备在单位面积单位时间内的热交换增强，加快了浓缩进程，提高了生产效率。 （4）真空浓缩为使用多效浓缩设备及配置热泵创造了条件，可部分地利用二次蒸汽，节省了热能及冷却水的耗量。 （5）真空浓缩操作是在低温下进行的，设备与室温间的温差小，设备的热量损失少。 （6）牛乳可自行吸入浓缩设备中，无需进料泵。 （7）真空浓缩必须设真空系统，增加了附属设备和动力消耗，工程投资增加。

（三）干燥技术 乳粉干燥方法 加热法 滚筒干燥法 喷雾干燥法 冷冻法 低温冷冻升华法

1. 喷雾干燥的原理 喷雾干燥法的原理是使浓缩乳在机械力（压力或高速离心力）的作用下，通过雾化器将乳分散成极细小的雾状微滴(直径为10～100µm)，在干燥室内与通入干燥室的干热空气直接接触，在瞬间（0.01～0.04s）使微滴中的水分蒸发，乳滴干燥成乳粉，经15～30s，即可沉降在干燥室底部。

2. 喷雾干燥法的分类 （1）压力喷雾干燥法 雾化的原理是当浓缩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。 （2）离心喷雾干燥法 雾化的原理是当浓缩乳在泵的作用下进入高速旋转的转盘中央时，由于受到很大的离心力作用而以高速被摔向四周，形成液膜、乳滴，并在热空气的摩擦、冲击作用下分散成微滴，从而达到雾化的目的。

3. 喷雾干燥的特点 （1）喷雾干燥的优点 干燥迅速快，物料受热时间短 整个干燥过程中乳粉颗粒表面的温度较低,减少损失 3. 喷雾干燥的特点 （1）喷雾干燥的优点 干燥迅速快，物料受热时间短 整个干燥过程中乳粉颗粒表面的温度较低,减少损失 工艺参数可以方便地调节,产品质量容易得到控制 在密闭的状态下进行的，产品不易受到外来的污染 操作简单，自动化程度高，操作人员少生产效率高。

（2）喷雾干燥的缺点 干燥设备的热效率较低 干燥设备体积较大，投资大 耗用空气量较多，风机的容量及电耗大，粉尘回收装置复杂 喷雾干燥室内壁一般均粘有乳粉，清除困难，清理时劳动强度较大

（三）乳粉的速溶化 1. 乳粉的速溶机理 脱脂速溶乳粉在加工过程中使单个的小颗粒乳粉之间产生附聚作用，形成大的、不规则的、呈粗糙颗粒状、密度较低的附聚体，粗糙的结构有利于水分进入颗粒内部，快速润湿整个颗粒。全脂乳粉中含有大量具有疏水性的脂肪，乳粉的可湿性较差，要在附聚的基础上，再在乳粉颗粒表面喷涂一层表面活性物质（如卵磷脂），增加乳粉颗粒的可湿性，从而达到速溶的目的。

2.速溶乳粉的特点 (1)速溶乳粉颗粒直径大，一般为100～800μm。 (2)速溶乳粉的溶解性、可湿性、分散性等特性良好。 (3)速溶乳粉中的乳糖是呈结晶状的无水乳糖，在包装和保存过程中不易吸潮结块。 (4)速溶乳粉的直径大而均匀，降低了制造、包装及使用过程中粉尘飞扬的程度。 (5)速溶乳粉的比容大，表观密度低，包装容器容积需要相应增大，一定程度上增加了包装费用。 (6)速溶乳粉水分含量高，不利于保藏；对脱脂速溶乳粉而言，易于褐变，并具有一种谷粮气味。

(三)影响乳粉速溶的因素 乳粉颗粒大小 乳粉中溶解后具有高黏度的物质 乳粉颗粒粘度 乳粉的润湿性

第二节 全脂乳粉的生产

一、乳粉的生产工艺流程 原料乳验收 乳的预处理与标准化 杀菌与均质 浓缩 喷雾干燥 出粉 、冷却 、筛粉 检验 包装 成品

二、乳粉的生产步骤 1．原料乳的收购与验收 加工乳粉所需的原料乳应符合我国规定生鲜牛乳收购的条件（GB6914—1986）以及无公害生鲜牛乳的生产技术规范（NY5045—2001）要求。 2. 原料乳的预处理与标准化 经过净乳、冷却和贮存等基本工序。 标准化用净乳机或稀奶油分离机对脂肪进行调整，使成品中脂肪含量在26％

3．预热、杀菌、加糖、均质 预热杀菌的目的： ①杀灭存在于牛乳中的全部病原微生物。 ②杀灭牛乳中绝大部分微生物，使产品中微生物残存量达到国家卫生标的要求，成为安全食品。 ③破坏牛乳中各种酶的活性，尤其要破坏脂酶和过氧化物酶的活性，以延长乳粉的保存期。 ④提高牛乳的热稳定性。 ⑤增加浓缩过程中牛乳的进料温度，提高了浓缩设备的生产能力，减少浓缩设备加热器表面的结垢现象。 ⑥提高乳粉的香味，分解含硫氨基酸，产生活性硫氨基，提高乳粉的抗氧性，延长乳粉的保存期。

原料乳的杀菌方法 列管式杀菌器通常采用杀菌条件为80～85℃/5～lO min， 板式杀菌设备选用80～85℃/15s， 超高温瞬间杀菌装置为130～135℃/2～4s， 国外生产上使用较多的是85～115℃/2～3min。

常用的加糖方法有以下四种 ①将糖投入原料乳中溶解加热，同牛乳一起杀菌。 ②将糖投入水中溶解，制成浓度约为65％的糖浆溶液进行杀菌，再与杀菌过的牛乳混合。 ③将糖粉碎杀菌后，再与喷雾干燥好的乳粉混匀。 ④预处理前加一部糖，包装前再加一部分。

4．真空浓缩 一般浓缩到原料乳的1/4，即乳固体含量为40％～50％。通常，通过测量浓缩乳的相对密度或粘度确定浓缩终点。全脂浓缩乳温度为47～50℃时，其相对密度为1.089～1.100，莫球尼尔粘度在70以下。

影响浓缩效果的主要因素： 浓缩设备及条件的影响 乳的浓度与粘度的影响 加糖的影响

5．喷雾干燥 在喷雾干燥过程中，将浓缩后的乳用泵送到干燥室顶部的雾化器雾化为细小的液滴，然后与进入干燥室的热空气接触后蒸发掉浓缩乳中的水分。

6．出粉、冷却、筛粉 ①出粉 在喷雾干燥中，对已干燥好的乳粉要连续不断地从干燥室内卸出并迅速冷却，尽量缩短乳粉的受热时间。 ②筛粉与冷却 筛粉的目的是将较大的乳粉团块分散开，保证产品有较高的均匀度，除去混入乳粉中的杂质。 常采用在室内放置12～24h自然冷却法或人工冷却法。

7. 包装 包装间内温度一般控制在18～20℃左右，空气相对湿度应在60％以下。 ①充氮包装 ②塑料袋包装 ③大包装

8．贮存 乳粉可以在和周围环境温度相同的条件下进行贮存，但是为了保证产品的风味，建议控制贮存在20℃的干燥通风、无日光直射的环境里。

三、乳粉设备 （一）浓缩设备 1.单效浓缩设备 图5-1单效升膜式浓缩设备

图5-3单效降膜式浓缩设备

2. 双效降膜式真空浓缩设备 1—保温管2—杀菌器3—效加热器4—效分离室5—二效加热器6—二效分离器7—冷凝器8—中间冷凝器9—级蒸汽泵10—二级蒸汽泵11—启动蒸汽泵12—进料泵13—平衡泵14—冷却水泵15—出料泵16—冷凝水泵17—物料泵18—热压泵 图5-4双效降膜式真空浓缩设备的结构

3.多效真空浓缩蒸发设备 多效蒸发器的特点是上一效蒸发器的蒸汽作为下一效蒸发器的热源，可以充分利用蒸汽的热能，显著降低浓缩过程中的蒸汽耗用量。

4.TVR蒸发设备和MVR蒸发设备 图5-5 TVR蒸发器

A—牛乳进口B—预热用蒸汽C—冷凝水出口D—曰浓缩乳出口E—抽真空装置 1—MVR效2，3—监控蒸发器4—气液分离器5—机械压缩装置6—杀菌器7—冷凝器8—预热器

（二）干燥设备 喷雾干燥按照浓缩乳的方法可以分为压力法和离心法两种。这两种喷雾干燥设备按照物料雾化后的运动方向与干燥介质气流相对运动的方式又可分为顺流、逆流和混流等各种类型，如图5-7。

（a）垂直上升逆流型 （b）垂直上升混合型 （e）水平顺流型 （d）垂直下降混流型 （c）垂直下降顺流型 图5-7 各种喷雾器干燥室类型

（1）压力喷雾干燥设备 ①卧式顺流型喷雾干燥设备。 卧式顺流干燥设备的优缺点如下。 a.可以干燥高含糖量的乳制品。 b.产品质量较为均匀一致。 c.便于清理热风口的微量焦粉。

d.占地面积较大，外形不够美观。 e.出粉时劳动强度较大。 f.干物料的受热时间较长。乳粉在干燥室内停留时间较长，虽然所生产的乳粉绝大部分溶解度能达到特级品标准，但仍有一定的影响，尤其对乳粉的保藏性可能带来不利。 g.间歇出料阻碍了生产的连续化，影响了人工冷却、二次干燥技术的应用。 h.设备喷枪(尤其是下层喷枪)离干燥室底面的距离较近，不能使用浓度较高的浓缩乳及孔径较大的喷头，影响乳粉颗粒的大小及色泽等外观质量指标。

②立式顺流型喷雾干燥设备。 立式顺流喷雾干燥设备的优缺点如下。 a.生产能力大，外形美观，占地面积小。 b.蒸发强度大，经济效益高。 c.微粒沉降方向与气流运动方向一致，干燥时间可相应延长，有利于产品的干燥，设备热效率相应提高。 d.置于塔顶平面上的喷枪处于等高状态，各喷头所喷出的雾化微粒干燥时间均等，可以实现喷头孔径的同一化。 e.采用M型喷嘴结构，并在喷头镶入人造宝石，硬度高，耐磨性佳，运行可靠，雾化状况均匀一致，乳粉的溶解度高而恒定。 f.喷头孔径较大，所生产的乳粉颗粒直径较大，色泽呈嫩黄色，外观质量较好。

g.干燥室内截面气流速度较大，易造成乳粉粘壁情况，若粘壁时间过长，造成此部分乳粉的受热程度较剧，影响产品质量。 h.气流的截面风速较大，物料沉降速度较快，造成干燥时间较短。干燥设备本身应保证一定性质的浓缩乳有足够的干燥时间。 i.由于锥体夹角太大，若塔内无自动清粉装置，在空气湿度较大、气温较高的天气以及乳粉的水分含量略高的情况下，生产含糖乳粉等产品时设备的自动出料比较困难，乳粉易在锥体下料口上方堆积。不利于二次干燥技术、冷却床及速溶全脂乳粉等新技术和产品的应用和发展。 j.当前，在自动出料的情况下还不能做到产品质量完全均匀一致，尤其是水分含量及溶解度这两个质量指标。为此，必须设置一个或若干个具有搅拌装置的集粉箱，使乳粉得以充分混匀。

（2）离心式喷雾干燥设备 图5-12 工作中的离心雾化器

1－干燥室2－空气加热器3－牛乳浓缩缸4－高压泵5－雾化器 （4）分段干燥系统 1－干燥室2－空气加热器3－牛乳浓缩缸4－高压泵5－雾化器 6－主旋风分离器7－旋风分离器输送系统 5-13一段喷雾干燥法生产乳粉基本装置

1－空气加热器2－干燥室3－振动式流化床4－用于流化床的空气加热器5－用于流化床的冷却空气6－用于流化床的脱湿冷却空气7－振动筛 5-14带流化床的二段干燥

13一鼓风机14一细粉回收系统15一筛选装置；16一热量回收系统 1一高压泵2一喷头装置3一一段干燥室4一空气过滤器5一加热器/冷凝器6一空气分配器7一输送带系统8一二段干燥室9一三段干燥室10一冷却干燥室11一乳粉出口12一旋风分离器 13一鼓风机14一细粉回收系统15一筛选装置；16一热量回收系统 5-16 乳粉的三段喷雾干燥设备结构示意

第三节 婴幼儿乳粉的生产

一、婴幼儿配方乳粉中主要成分的调整原理及方法 (一)蛋白质的调整 母乳中蛋白质含量在1.0%～1.5%，其中酪蛋白为40%，乳清蛋白为60%；牛乳中的蛋白质含量为3.0%～3.7%，其中酪蛋白为80%，乳清蛋白为20%。牛乳中总蛋白含量高于母乳，尤其是酪蛋白的含量大大超过母乳，乳清蛋白含量却低于母乳。牛乳中酪蛋白含量高，在婴幼儿胃内形成较大的坚硬凝块，不易消化吸收，并容易损伤婴儿的胃。 为使牛乳中的酪蛋白含量与母乳基本一致，用乳清蛋白和植物蛋白取代部分酪蛋白，按照母乳中酪蛋白与乳清蛋白的比例为1:1.5来调整牛乳中蛋白质含量。此外，也可以通过蛋白分解酶对牛乳中酪蛋白进行分解，来调整酪蛋白与乳清蛋白的比例。

（二）脂肪的调整 牛乳与母乳的脂肪含量虽接近，但质量上有很大差别。牛乳脂肪中的饱和脂肪酸含量比较多，而不饱和脂肪酸含量少。母乳中不饱和脂肪酸含量比较多，特别是人体必须的亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸含量相当高。牛乳脂肪的吸收率比母乳脂肪低20％以上。 调整时可通过加植物脂肪解决。强化亚油酸，以提高乳脂肪的消化率，强化量应达到脂肪总量的13％。富含油酸、亚油酸的植物油有橄榄油、玉米油、大豆油、棉子油等,调整脂肪时须考虑这些脂肪的稳定性、风味等,以确定混合油脂的比例。

（三）碳水化合物的调整 在牛乳和母乳中碳水化合物主要为乳糖，牛乳中乳糖含量为4.5%，母乳中为7.0%，牛乳中乳糖含量比母乳少得多,牛乳中主要是α-型,人乳中主要是β-型。 调制乳粉中通过加可溶性多糖类,如葡萄糖、麦芽糖、糊精等或平衡乳糖,来调整乳糖和蛋白质之间的比例（母乳中乳糖/蛋白质约为5,牛乳约为1.5）,平衡α-和β-型的比例,使其接近于母乳(α:β=4:6)。较高含量的乳糖能促进钙、磷、锌和其他一些营养素的吸收。麦芽糊精可保持有利的渗透压,并可改善配方食品的性能。一般婴儿乳粉含有7%的碳水化合物,其中6%是乳糖,1%是麦芽糊精。

（四）灰分的调整 牛乳中盐的质量分数（0.7%），远高于母乳（0.2%），是母乳的3.5倍。婴儿肾脏尚未发育成熟，摄入过多的微量元素会加重婴儿肾脏的负担。调制乳粉中采用脱盐率要大于90%的脱盐乳清粉，其盐的质量分数在0.8%以下，但母乳中含铁比牛乳高,所以要根据婴儿需要补充一部分铁。添加微量元素时应慎重,微量元素之间的相互作用,以及微量元素与牛乳中的酶蛋白、豆类中植酸之间的相互作用对食品的营养性影响很大。

（五）维生素的调整 配方乳粉中也要充分强化维生素，满足婴幼儿生长发育所需要的日常维生素。配方乳粉中一般添加的维生素有A、B1、B2、B6、B12、C、D、K、E以及生物素、泛酸、烟酸、叶酸等。其中,水溶性维生素过量摄入时不会引起中毒,所以没有规定其上限。脂溶性维生素A、D长时间过量摄入会引起中毒,因此须按规定加入。在添加时一定注意维生素（也包括灰分）的可耐受最高摄入量，防止因添加过量而对婴儿产生毒副作用。

二、婴幼儿配方乳粉的生产工艺流程

第四节 乳粉的质量控制

(一)乳粉的理化特性 1. 乳粉的组织结构 滚筒法生产的乳粉呈不规则的片状，不含有气泡，不能完全溶解于水，由于呈不规则的结构，滚筒干燥乳粉颗粒的容积密度低，一般为0.3～0.5g/cm3。 喷雾干燥乳粉颗粒直径为10～250µm，颗粒包裹有空气，常具有单个或几个气泡，乳粉颗粒呈球状或几个连在一起的葡萄状，几乎能完全溶解于水。喷雾干燥乳粉颗粒表面一般比较光滑。

（1）乳粉中的气泡 滚筒干燥法生产的乳粉颗粒中不含有气孔。喷雾干燥的乳粉一般均含有气泡，气泡多导致乳粉容易氧化变质，对乳粉的保藏性影响很大。 （2）乳粉中的脂肪 乳粉颗粒中脂肪的状态由于干燥方式及操作方法的不同而异，脂肪的状态对乳粉的保藏性影响很大。在压力喷雾中高压泵起了均质作用，乳粉中脂肪球直径较小，一般为1～2µm。离心喷雾干燥制得的乳粉脂肪球直径一般为1～3µm。不论什么方式喷雾干燥获得的乳粉，其脂肪球均小于原乳。

（3）乳粉中蛋白质的状态 乳粉中蛋白质的理化状态和冲调复原性有关，特别是酪蛋白关系较大。 （4）乳粉中的乳糖 新生产的乳粉中，乳糖呈非结晶的玻璃状态，α－乳糖与β一乳糖的无水物保持平衡状态，这种平衡状态受干燥时的温度所左右。乳粉中呈玻璃状态的乳糖稀湿性很强，很容易吸潮，将其置于潮湿的空气中，则乳糖会吸收水分逐渐变为含有1分子水的结晶乳糖，由于乳糖的结晶，致使乳糖颗粒表面产生很多裂纹，造成脂肪渗出，引起氧化酸败变质。

（5）乳粉中的维生素 喷雾干燥对乳粉维生素含量影响很小，影响最明显的有维生素B12（损失20％～30％）、维生素C（约20％）和维生素B1（约10％），其余的维生素几乎没有损失。

2. 乳粉粒径分布 乳粉粒径影响着产品感官、复原性和流动性。影响粒径大小的因素有浓缩乳的浓度和雾化方式。采用较高的压力和较低的浓度，可以减少粒径尺寸。当乳粉粒径在150～200µm时，复原过程中分散的速度最快。

3. 乳粉的密度 乳粉的密度因乳粉的颗粒结构及颗粒的大小而异，乳粉的密度有三种不同的表示方法，即： （1）表观密度(或称松密度) 表示单位容积中乳粉的质量 (g/m1)，包括乳粉颗粒空隙中的空气在内。 （2）颗粒密度 表示乳粉颗粒的密度．包括颗粒与颗粒间空隙中的空气。 （3）真密度 表示乳粉除空气外本身真正的密度，即实质固体物的密度。

4. 气体 影响乳粉中气体量的因素有： ①进料时混入的气体，在蒸发、浓缩时会析出一部分，但在干燥塔干燥时会从渗漏的管路中吸取空气。 ②喷雾干燥类型的影响。 ③雾化前及雾化过程中的搅拌，混入产品中的空气量与喷雾搅拌的强度有一定关系。 ④物料的特性，如物料形成稳定气泡的能力。

5. 流动性 所谓流动性，即乳粉的自由流动性质。 一般表示乳粉的流动性的物理量有以下4种：①休止角；②内部摩擦系数；③流动系数；④附着、凝集力。用乳粉测定仪可以准确测出这些物理量。

6. 复原性 复原性描述了乳粉与水再结合的总现象，包括乳粉的溶解性、分散性、沉降性、可湿性，是表征乳粉品质的一个重要特性。 （1）溶解性（溶解度） 乳粉的溶解度指乳粉与水按一定的比例混合，使其复原为均一的鲜乳状态的性能。

（2）分散性 分散性反映了吸湿的聚集乳粉颗粒均匀分散于水中的能力。聚粉中大颗粒乳粉比例高则分散性好，附聚乳粉中细粉比例升高，则分散性下降。 （3）可湿性 可湿性表示乳粉表面吸收水分而变湿的能力，以给定数量乳粉渗透入静止水面所需时间的长短来表示乳粉可湿性的优劣，渗入时间低于30s则表示湿润性良好。

（4）沉降性 沉降性是指乳粉颗粒克服水的表面张力，通过其表面而沉入水中的能力。 7. 吸湿性 乳粉的吸湿性是指乳粉吸收和保持水分的倾向。 8. 热稳定性 影响再制乳热稳定性的关键工艺是在预热阶段对乳的热处理程度。此外，乳的成分（乳蛋白质、盐类等）、pH等，对乳的热稳定性都具有重要影响。

9.乳化性 脱脂乳粉作为乳蛋白成分的主要来源，在各种食品中扮演着多种功能作用。乳蛋白的乳化性对某些食品，如汤汁、蛋黄酱、咖啡伴侣、肉馅、含乳成分产品和还原乳制品很重要。

（二）乳粉常见的质量缺陷及生产原因 乳粉水分含量过高 乳粉的溶解度偏底 乳粉结块 乳粉颗粒的形状和大小异常 乳粉的脂肪氧化味 乳粉的色泽较差 细菌总数过高 杂质度过高

（三）影响乳粉质量的因素 1.影响乳粉性质的因素 原料乳的质量（包括酸度和微生物的数量）会对乳粉产生影响，牛乳中的微生物含量过高会导致乳粉中细菌数超标，通常这并不是最严重的问题，最严重是导致产品的酸度迅速提高,并且通过酸度的间接作用影响乳粉的溶解度。

2,加工条件对乳粉性质的影响 (1) 预热时热负荷是影响乳粉质量和结构的主要因素 (2)进风温度 (3)排风温度 (4)离心转盘的转速 (5)浓缩的影响 (6)喷雾角

（四）贮藏过程中可能出现的不良现象 缺陷 氧化味（哈喇味） 棕色化及陈腐味 吸潮 细菌而引起的变质 脂肪分解味（酸败味）