CN101292682B - 一种液态奶的浓缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液态奶的浓缩方法，其采用降膜浓缩法，其中内腔压力不超过20000Pa。本发明浓缩方法使最终牛奶产品中具有较低的糠氨酸含量，相对于现有闪蒸浓缩方法，其不增加牛奶的热处理强度，提高了浓缩效率，降低浓缩成本；相对于反渗透技术，其成本低廉，热处理强度几乎相同。

Description

一种液态奶的浓缩方法
技术领域
本发明涉及液态奶的制备工艺领域，特别涉及一种液态奶的浓缩方法。
背景技术
国内原料牛奶的蛋白质、脂肪、钙等理化指标一般分别为3.1％、2.9％和100mg/100ml，而欧洲、澳洲和美洲等乳品发达地区原料奶这三个指标分别可以达到3.7％、3.5％和125mg/100ml，因此喝过进口牛奶的消费者普遍认为国内的牛奶口味偏淡，甚至认为牛奶中掺过水。
脂肪、蛋白质等乳固体的含量对牛奶风味具有关键影响，它们的指标越高，牛奶也就越香，口感越浓郁，也越容易吸引消费者。为了迎合消费者的这种需求，我们必须提高部分牛奶产品的理化指标，为消费者提供他们喜欢的产品。
添加奶粉是提高乳固体含量最简单的方法，该方法也可称为使用部分还原奶方法，这具有误导消费者的嫌疑。另外，为了鼓励使用生鲜牛奶生产加工牛奶产品，国家加强了对使用还原奶生产牛奶的监管，先后推出了鉴别巴氏消毒奶和超高温灭菌牛奶(即UHT牛奶)中是否使用还原奶的检验方法，即通过检测最终产品中糠氨酸(一种牛奶中Mallard反应副产物，农业部推荐作为检验牛奶加热程度和是否添加了奶粉的指标，其含量越高，牛奶所受加热强度越高，牛奶中营养成分损失越多。)来判断是否使用了还原奶。目前国家规定巴氏消毒牛奶中每100g蛋白质的糠氨酸含量不得高于14mg，UHT牛奶中不得超过190mg。
目前，提高牛奶中乳固体含量的另一种思路是浓缩牛奶，即去除牛奶中部分水份。目前国内应用于液态奶生产上最常见的浓缩方法是闪蒸浓缩，该方法不仅牛奶的受热温度高(一般在90℃以上)，而且受热时间长(有时要循环15分钟以上)，尤其是浓缩效率非常低(浓缩比不超过1.1，即除去10％的水份)。由于受热温度高、受热时间长，因此该工艺生产成本较高。
反渗透是最先进的浓缩方法，但浓缩成本非常高，而且由于反渗透需要维持足够的温度，能耗也不低。
因此，开发节能、低成本的液态奶的浓缩方法，是业内关注的课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题即是上述课题，提供一种节能、低成本的液态奶的浓缩方法。
为了在不添加奶粉、不增加牛奶糠氨酸含量的前提下提高液态奶，特别是液态牛奶的理化指标含量，生产出理化指标与国际发达地区相近的牛奶产品，并考虑到能工业化应用并适于乳品生产，本发明人在现有浓缩工艺中进行筛选。其中，使用降膜浓缩原理的降膜蒸发器非常广泛地应用于奶粉的浓缩，然而奶粉加工过程中对浓缩温度要求较松，最常见的浓缩温度为68-72℃，该浓缩温度应用于液态奶浓缩会导致最终产品中糠氨酸含量超过标准，与添加奶粉具有同样性质的问题。本发明人经过研究发现，通过控制降膜浓缩中的内腔压力，如调节蒸发器内腔绝对压力在一定范围，用于液态奶的浓缩，可以控制浓缩温度在60℃以下，使最终产品中的糠氨酸含量不超过标准，处于较低水平，且提高了浓缩效率、降低了浓缩成本。进一步分析后可以发现，本发明浓缩牛奶的原理是根据降膜浓缩的原理，即根据Antoine公式，水的沸点与压力存在以下关系：
ln P＝9.3876—3826.36/(T—45.47)
其中T：K
P：MPa
T＝t+273.15
因此降低压力可以大大降低水的沸点。降膜蒸发器就是利用水环泵抽真空，给蒸发器腔部制造出绝对压力约为几千到几万帕的真空，通过热水或蒸汽加热内腔的牛奶至沸点温度，从而快速蒸发水份。而上述内腔压力调节是关键，因其直接影响浓缩温度，而浓缩温度又与终产品中的糠氨酸含量密切相关。
因此，本发明采用下列技术方案来解决上述技术问题。一种液态奶的浓缩方法，其采用降膜浓缩法，其中内腔压力不超过20000Pa。
较佳地，所述的内腔压力处于10000～20000Pa范围。
在上述压力范围内，根据上述公式，浓缩温度可控制在≤60℃，特别是44～60℃范围。
所述的降膜浓缩法可以通过现有降膜蒸发器来实现，控制其蒸发器内腔绝对压力处于上述压力范围，相应地，可保证水的沸点降至≤60℃，即蒸发温度在上述范围。
所述的降膜蒸发器可以分为单效、双效、三效和四效等降膜蒸发器，即分别具有单个、两个、三个和四个蒸发器。其中，由于经过前一个蒸发器的加热，之后蒸发器针对的是温度已达到一定程度的热牛奶，故随着蒸发器的增多，能耗也有所降低。因此优选多效降膜蒸发器。当然，不同蒸发器中的内腔绝对压力可以相同，也可以按顺序逐步递减以缩短浓缩时间。优选地，第一个的降膜蒸发器(一效降膜蒸发器)内腔绝对压力通常为16-20Kpa，相应地温度为56-60℃；末端的蒸发器内腔绝对压力通常为10-12Kpa，相应地温度为44-50℃。
具体来说，本发明降膜浓缩的工艺为：原料奶经动力泵输送至降膜蒸发器，在蒸发器内腔牛奶被浓缩。通常，所需浓缩的倍数可通过在降膜蒸发器上设定好牛奶出料浓度即可实现。然后可以将浓缩牛奶冷却至10℃以下，最后与其他原料奶混合做出符合要求的各种理化指标的产品。
根据本发明，所说的液态奶主要指牛奶，当然，也包括来源于羊等其它动物的液态奶。
本发明浓缩方法，相对于闪蒸浓缩方法，它不增加牛奶的热处理强度，提高浓缩效率，降低浓缩成本；相对于反渗透技术，它成本低廉，热处理强度几乎相同。本发明浓缩方法浓缩温度低(在60℃以下)，对牛奶营养素的破坏少，浓缩牛奶通过兑水还原为常规指标的牛奶，对该常规指标的牛奶进行巴氏杀菌，其糠氨酸含量不超过12mg/100g蛋白质。而且，本发明浓缩方法浓缩效率非常高，可以去除牛奶中75％左右的水分，浓缩后牛奶的乳固体含量可以达到40％以上。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
下列实施例中的具体工艺均为将原料奶(光明乳业股份有限公司荷斯坦分公司)经动力泵输送至各型(单效、双效、三效或四效)降膜蒸发器(中国轻工业机械总公司乳品工程中心产品)，在蒸发器内腔牛奶被浓缩。各实施例中列出了各自的浓缩技术参数以及浓缩后牛奶的各种常规指标(乳固体、蛋白质、脂肪及钙)，其中，进料浓度是指原料奶中乳固体的含量(重量百分比)，出料浓度是指浓缩后牛奶中乳固体的含量(重量百分比)。
实施例1
浓缩技术参数
 
项目 参数
水分蒸发量，kg/h 30
物料处理量，kg/h 40
进料浓度，％ 10.5
出料浓度，％ 45
单效蒸发温度，℃ 58-60
蒸发器内腔绝对压力，Pa 20000
蒸汽耗量，kg/h 17
 
冷却水耗量，kg/h 17
电机总功率，kW 5
检验结果如下：
 
项目 原料奶 浓缩后牛奶
乳固体，％ 10.5 45
蛋白质，％ 2.85 11.24
脂肪，％ 3.0 12.0
钙，mg/100ml 95 395
实施例2
浓缩技术参数
 
项目 参数
水分蒸发量，kg/h 1250
物料处理量，kg/h 1680
进料浓度，％ 11.0
出料浓度，％ 44.0
一效蒸发温度，℃ 56-60
一效蒸发器内腔绝对压力，Pa 20000
二效蒸发温度，℃ 50-53
二效蒸发器内腔绝对压力，Pa 15000
三效蒸发温度，℃ 44-48
三效蒸发器内腔绝对压力，Pa 10000
蒸汽耗量，kg/h 500
冷却水耗量，kg/h 9
 
电机总功率，kW 15
检验结果如下：
 
项目 原料奶 浓缩后牛奶
乳固体，％ 11.0 44.0
蛋白质，％ 3.05 12.16
脂肪，％ 3.1 12.88
钙，mg/100ml 102 395
实施例3
浓缩技术参数
 
项目 参数
水分蒸发量，kg/h 700
物料处理量，kg/h 940
进料浓度，％ 11.5
出料浓度，％ 45.0
一效蒸发温度，℃ 56-60
一效蒸发器内腔绝对压力，Pa 19000
二效蒸发温度，℃ 45-50
二效蒸发器内腔绝对压力，Pa 12000
蒸汽耗量，kg/h 280
冷却水耗量，kg/h 5
电机总功率，kW 14.2
检验结果如下：
 
项目 原料奶 浓缩后牛奶
乳固体，％ 11.5 45
蛋白质，％ 2.95 9.87
 
脂肪，％ 3.2 12.0
钙，mg/100ml 105 421
实施例4
浓缩技术参数
 
项目 参数
水分蒸发量，kg/h 8000
物料处理量，kg/h 11000
进料浓度，％ 10.0
出料浓度，％ 48.0
一效蒸发温度，℃ 58-60
一效蒸发器内腔绝对压力，Pa 20000
二效蒸发温度，℃ 53-56
二效蒸发器内腔绝对压力，Pa 16000
三效蒸发温度，℃ 48-50
三效蒸发器内腔绝对压力，Pa 12000
 
四效蒸发温度，℃ 44-46
四效蒸发器内腔绝对压力，Pa 10000
蒸汽耗量，kg/h 1760
冷却水耗量，kg/h 32
电机总功率，kW 60
检验结果如下：
 
项目 原料奶 浓缩后牛奶
乳固体，％ 10.0 48.0
蛋白质，％ 2.85 11.65
 
脂肪，％ 3.0 12.8
钙，mg/100ml 95 395
实施例5
浓缩技术参数
 
项目 参数
水分蒸发量，kg/h 5000
物料处理量，kg/h 6720
进料浓度，％ 9.5
出料浓度，％ 45.0
一效蒸发温度，℃ 56-60
一效蒸发器内腔绝对压力，Pa 20000
二效蒸发温度，℃ 51-53
二效蒸发器内腔绝对压力，Pa 13000
三效蒸发温度，℃ 45-48
三效蒸发器内腔绝对压力，Pa 10000
蒸汽耗量，kg/h 1400
冷却水耗量，kg/h 32
电机总功率，kW 44.4
检验结果如下：
 
项目 原料奶 浓缩后牛奶
乳固体，％ 9.5 45.0
蛋白质，％ 2.50 11.47
脂肪，％ 2.7 12.3
钙，mg/100ml 85 356
实施例6
浓缩技术参数
 
项目 参数
水分蒸发量，kg/h 2000
物料处理量，kg/h 2688
进料浓度，％ 10.0
出料浓度，％ 40.0
 
一效蒸发温度，℃ 54-58
一效蒸发器内腔绝对压力，Pa 17000
二效蒸发温度，℃ 45-49
二效蒸发器内腔绝对压力，Pa 11000
蒸汽耗量，kg/h 800
冷却水耗量，kg/h 14
电机总功率，kW 18
检验结果如下：
 
项目 原料奶 浓缩后牛奶
乳固体，％ 10.0 40
蛋白质，％ 2.75 11.12
脂肪，％ 2.9 11.2
钙，mg/100ml 90 355
下面通过应用实施例，以目前常规的反渗透膜和闪蒸浓缩为对照，对本发明降膜浓缩法在降低成本和糠氨酸含量方面进行研究。其中，
闪蒸浓缩：是指通过闪蒸设备[瑞典利乐(Tetra-Pak)公司]将牛奶加热至85-95℃，常压下蒸发水分，一般最多只能除去10％的水分，浓缩倍数不超过1.1倍，循环时间约为30分钟。
反渗透浓缩：利用有机膜(美国GEA公司)除去牛奶中水分，牛奶进入反渗透膜的温度不得低于65℃，需要使用增压泵，加工温度一般为30℃左右，浓缩倍数可以调节，一般设定为2倍。
应用实施例1降低生产成本
1、本发明(以实施例1为例)在固定成本(设备)方面的优势
 
项目 价格 浓缩倍数
本发明 40万元 11％→45％(4倍)
反渗透膜 200万元 11％→22％(2倍)
闪蒸浓缩 80万元 11％→12％(1.1倍)
上述浓缩倍数：就是指浓缩后与浓缩前牛奶的乳固体含量之比值。
2、以实施例2为例，本发明在使用成本方面的优势
以去除每吨水为例计算所需要使用成本，使用成本包括所需要的水、电和蒸汽的成本；计算价格：蒸汽为66.4元/吨，电为1元/度，水为2.38元/吨，去离子水为2.88元/吨。
 
项目 水(t)1 电(度) 蒸汽(kg) 耗材2 成本
闪蒸 0.80 6 1250 - 90.90元
本发明 1.16 8 400 - 37.32元
反渗透膜 0.683 48.24 50 17.32元 70.84元
注：1、包括冷却水和CIP(在线清洗)用水；
2、闪蒸、降膜蒸发器耗材非常低，可以忽略不计，反渗透膜的耗材也只是指膜的消耗；
3、使用去离子水。
应用实施例2本发明在糠氨酸方面的优势(以实施例2为例)
不同浓缩方法(包括使用还原奶)制得浓缩牛奶，然后再用原料奶进行稀释制成脂肪(F)、蛋白质(P)含量相一致的产品，用85℃、15秒巴氏杀菌，测定其糠氨酸含量(mg/100g蛋白质)，结果如下表所示。
 
项目 糠氨酸含量 备注
纯鲜牛奶 7.5 F:3.10％，P:2.90％
反渗透(浓缩2倍后稀释) 19.4 稀释成：F:3.20％，P:3.30％
本发明(浓缩4倍后稀释) 16.4 稀释成：F:3.20％，P:3.30％
完全使用还原奶 34.3 还原为标准奶：F:3.20％，P:3.30％
闪蒸浓缩 21.5 稀释成：F:3.20％，P:3.30％

Claims (4)

1.一种液态奶的浓缩方法，其采用降膜浓缩法，其中内腔压力不超过10000～20000Pa，蒸发温度不超过60℃。
2.如权利要求1所述的浓缩方法，其特征在于所述的降膜浓缩法通过降膜蒸发器来实现，控制其蒸发器内腔绝对压力处于所述压力范围，蒸发温度不超过60℃。
3.如权利要求2所述的浓缩方法，其特征在于所述的降膜蒸发器为单效、双效、三效或四效降膜蒸发器。
4.如权利要求3所述的浓缩方法，其特征在于所述双效、三效或四效降膜蒸发器的蒸发器内腔绝对压力相同或递减。
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