液態奶生產新設備和工藝

郭瑞雪，郭 儉

1 四川省攀枝花學院外國語學院，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

國內乳品行業有三大痛點，一是液態奶保質期短。二是液態奶產品缺少功能創新，無法滿足大健康產業的需求。三是乳制品加工領域長期依賴進口設備，缺少自主創新。針對以上問題，筆者申報了發明專利“一種能延長液態奶保質期的生產方法”，發明專利申請號202110748330.9；公布號CN113749150A。一種能使液體隔離空氣的無菌罐體，實用新型專利號ZL201920845235.9，發明專利公布號CN111661501A；超高含氫量的牛羊奶飲品及其生產方法，發明專利公布號CN113615733A，以為乳品行業的發展提供參考。

1 液態奶的殺菌工藝現狀

目前，國內液態奶的殺菌工藝是熱處理法，即將液態奶加熱到一定溫度，并在此溫度下保持一定時間再降溫冷卻。溫度和時間組合決定了熱處理的強度。從殺（滅）致病微生物的角度，液態奶的熱處理強度越高越好。但高強度的熱處理會對液態奶的外觀、味道、營養成分產生不良的影響。因此，溫度與時間組合的選擇需要考慮在保證液態奶質量的前提下進行。目前為乳制品工業中主要的熱處理工藝包括巴氏殺菌、超巴氏殺菌、超高溫瞬時滅菌等[1～3]。

1.1 巴氏殺菌

巴氏殺菌是由法國著名化學家路易斯·巴斯德在19世紀中期發明的一項熱處理防腐技術，通常可以分為低溫長時巴氏殺菌（63 ℃，30 min）、高溫短時巴氏殺菌（72～75，15～20 s）。該方法可以在盡可能不破壞液態乳中的營養成分和活性物質的情況下，殺死其中的致病微生物，如結核桿菌等[1]，但只能使芽孢處于休眠狀態[1～3]。

1.2 超巴氏殺菌

超巴氏殺菌是為了延長產品的保質期而設計的殺菌工藝（125～135 ℃，2～4 s）。經過超巴氏殺菌的產品在7 ℃以下貯存和分銷的條件下，可延長保質期至40 天甚至更長。但超巴氏殺菌產品并非無菌灌裝產品，也不是商業無菌產品，不能在常溫下貯存和分銷[1～3]。

1.3 超高溫瞬時滅菌

超高溫瞬時滅菌是指通過熱交換器將其中的液體加熱至135～150 ℃，并保持一定時間以使產品達到商業無菌水平。目前超高溫滅菌乳產品仍有一定的壞包率[1～3]。

2 熱處理工藝存在的問題

目前熱處理工藝可以最大程度地降低致病菌的存活率，但無法徹底殺滅其中的耐熱芽孢。殘留的耐熱芽孢經過高強度的殺菌，在產品中處于休眠體狀態，一般的微生物檢驗方法無法立刻檢測出，但如果將產品放置于芽孢最適生長溫度下7～10 天，芽孢即會復蘇、變成繁殖體，可在培養皿上觀察到菌落[1]。

而芽孢之所以能夠復蘇和液態奶中存在過多的溶解氧相關。很多人認為，在液態奶生產的工藝流程中已經多次使用了真空脫氣機，已經沒有氧氣，但其實在流量計前安裝的真空脫氣機，是為了防止計量誤差太大難于獲得準確的數據。在巴氏殺菌機和超高溫瞬時滅菌機中安裝真空脫氣機是為了減少牛奶在管道中的結垢而影響傳熱效果，避免牛奶氧化、質量下降，提高自動化、標準化和生產線的精確度。事實是，經過殺菌后的液態奶在后期是和空氣有接觸的，尤其是超高溫瞬時滅菌后的液態奶灌注到無菌罐中暫存這一環節，即使能做到無菌，但隔離不了空氣，液態奶對氣體具有超強的親合力，從牛身體內剛擠出時就含有5%～7%的氧氣，經過貯存、運輸、泵送等操作，含氣量就會增大到其體積的10%以上，且罐內液態奶的進出都是在高壓空氣下進行，這就造成了液態奶始終與空氣混合在一起，致使液態奶產品中含有氧氣。隨著時間和外界溫度變化休眠芽孢創造了復蘇的條件，使得液態奶質量不穩定、保質期難以延長[4，5]。

以上是液態奶“保質期”問題面臨的現狀，更是提高、推廣低溫奶的瓶頸，而不是業內普遍認為的“二次污染是造成的液態奶質量不穩定、保質期短的主要原因”，二次污染在生產管理上可通過加強監控、強化規章執度而得以解決。

3 解決措施

3.1 使液體隔離空氣的無菌罐體

3.1.1 工作原理

“一種能使液體隔離空氣的無菌罐體”其原理跟打針的注射器類似，使用時將針頭插入藥液中、抽動注射器活塞吸入藥液，給病人注射時《排出空氣》按壓活塞將不含空氣的藥液注射到病人體內。在乳制品工業中，即可以將液態奶由“能使液體隔離空氣的無菌罐”下端的進出料口打入，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上封頭上的排氣口擠出。滅菌脫氣后的液態奶由“能使液體隔離空氣的無菌罐”下端的進出料口泵出時，“活塞”與液態奶液面同步下降，“活塞”與上封頭行成的空間通過多級過濾后的空氣從上封頭上進氣口吸入占據由活塞下降形成的空間。這些過程都是在常壓下進行的。殺滅菌脫氣后的液態奶在“能使液體隔離空氣的無菌罐”暫存、調控是由液態奶的進出量和無菌罐中的活塞同步上下運動控制的。這樣能使殺（滅）菌脫氣后的液態奶既不會產生二次污染又能隔離空氣[6]。

3.1.2 真空脫氣機生產流程

在巴氏殺菌和UHT超高溫瞬時滅菌系統中將液態奶加熱到68～66 ℃后打入到真空脫氣機的配接板，然后通過壓差式液位控制的氣動流量調節閥或浮球液位控制閥，并以較寬的入口以正切線方向進入到真空脫氣機的真空罐從而在罐壁形成薄膜。在罐內由于真空壓力的作用，使薄膜內的廢氣和部分蒸汽向上蒸發，并通過罐內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，可在動態工作中改變二位三通球閥流向來實現[7，8]。

3.2.3 技術參數

真空脫氣機主要技術參數：（1）生產能力：2 000～20 000 kg/h；（2）高位冷凝器面積：3 ㎡；（3）進料溫度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）裝機容量：10.35～35 kw[7，8]。

3.2.4 生產工藝

經過殺滅菌脫氣后的不含氣無菌液態奶，通過吸料泵抽入到巴氏殺菌和UHT超高溫瞬時滅菌系統中經熱回收降溫至20℃左右再打入到能使液體隔離空氣的無菌罐內。經“能使液體隔離空氣的無菌罐”暫存、調控再無菌灌裝到無菌包裝中，脫除了蒸煮味、焦煳味，提高了液態奶品質、脫除了溶解氧，延長了液態奶的保質期。

3.2.5 創新改造設備及工藝

采用的無菌灌裝機是根據啤酒灌裝機和含氣飲料灌裝機的部分機理改制而成的。在無菌灌裝間，灌裝頭注液前須用高溫飽和蒸汽將無菌容器（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奶不與空氣接觸、不產生二次污染。或經殺滅菌被抽成真空的鋁箔袋、鋁塑紙復合袋再無菌灌裝的液態奶。

3.2 利用氫分子醫學開發新產品

3.2.1 氫分子醫學

氫分子醫學2007年進入我國，受到國家各級領導及院士、專家、研究機構的關注與參與。是因為氫分子有六大特性：（1）有選擇性的抗氧化；（2）抗炎癥；（3）抗細胞凋亡；（4）清除人體內的羥自由基；（5）清除人體內的亞硝酸陰離子；（6）提高免疫力、對人體無毒、無害、無殘留。這些特性造就了氫分子在人體內產生的氫分子醫學效應：防病、治病、控制特殊病[9，10]。

人體內要獲得氫目前有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、價格低的項目。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、對氣體具有超強親合力的液態奶做為氫氣的載體，可生產出含氫量大于10.mg/kg的含氫乳制品等。《GB 31633—2014 食品安全國家標準 食品添加劑 氫氣》已于2015年5月24日實施[4，5]。

3.2.2 含氫奶簡要制作過程

根據國家標準《GB25191—2010食品安全國家標準 調制乳》中“3.1調制乳、以不低于80%的牛（羊）乳或復原乳為主要原料，添加其他原料或食品添加劑或營養強化劑，采用適當的殺菌或滅菌等工藝制成的液體產品。將“能隔離空氣的無菌罐”內的殺滅菌脫氣后的液態奶通過氣液混合機或其他方法加注食品添加劑“氫氣”。然后再打入另一臺“能隔離空氣的無菌罐”暫存。通過這臺“能隔離空氣的無菌罐”暫存、調控再進入到無菌包裝系統中。這樣加工出來的液態奶不但提高了液態奶的品質、延長了保質期，還能使飲用者獲得奶品營養的同時也取得氫分子醫學效應。

4 小結

隨著我國經濟的不斷發展、廣大消費者對健康的認知逐漸加強，隨著“新冠肺炎疫情”的發生，對乳制品功能的認知得到提升，對液態奶的選購、營養功能、口感、保質期有了更高的要求。“一種能使液體隔離空氣的無菌罐體”的發明和含氫奶的制作為產業增加了助力，拓寬了思路。