CN101690515A - 液态奶低温超高压连续灭菌方法 - Google Patents

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张瑛
陈波
魏荣禄
王云祥
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Abstract

液态奶低温超高压连续灭菌方法，本发明涉及液态奶，尤其是涉及一种采用超高压水射流对液态奶进行灭菌的方法。其特征在于：液态奶经过压力为50MPa～400MPa、温度为4℃～60℃、喷嘴为同轴等量对撞式或碰撞式的超高压水射流处理，它克服了巴氏杀菌奶保质期短和瞬时超高温杀菌奶营养成分损失大的缺陷，既能保全营养、延长保质期，又能省时省力、减小能耗。该方法适用于牛奶、牦牛奶、水牛奶和山羊奶的灭菌，有望形成液态奶的新品种——超高压奶。

Description

液态奶低温超高压连续灭菌方法
技术领域：
本发明属于食品加工类的技术领域。具体涉及一种液态奶低温超高压连续灭菌方法。
技术背景：
目前，市场上液态奶的灭菌方法一般为热力杀菌，根据杀菌温度不同主要有巴氏杀菌和瞬时超高温杀菌两种。巴氏杀菌一般是在72℃～85℃条件下处理10秒～20秒，因其温度较低，营养成分损失相对较小，但杀菌不彻底，在冷链下保质期3天～5天，销售半径小，在美国、日本、加拿大等发达国家的市场份额均在99％以上，而中国不足30％；瞬时超高温杀菌是在135℃～150℃条件下处理2秒～6秒，因为是超高温处理，杀菌比较彻底，常温下保质期可达6个月，适合于远距离输送销售，但营养成分损失较多，在发达国家的市场份额不足1％，而中国的市场份额超过70％。现有两种灭菌方法存在功率消耗大、营养成分保全和保质期不能兼顾的问题。
我国涉及液态奶灭菌的专利有：公开号为CN101189984的发明专利《一种低温灭菌酸牛奶的加工工艺》，公开号为CN101151978的发明专利《一种可在常温条件长期保存的液态山羊奶及其制备方法》，授权公告号为CN1041048C的发明专利《液态奶制品连续灭菌的方法和设备》，授权公告号为CN100417329C的发明专利《液体鲜奶整体分离工艺》，授权公告号为CN100388891C的发明专利《一种长保质期鲜奶及其生产设备》，公开号为CN1985611的发明专利《鲜奶灭菌法》，公开号为CN2741372的发明专利《长保质期鲜奶的加工生产设备》等。
公开号为CN1653917的发明专利《牛奶低温超高压灭菌的方法》，将新鲜牛奶在400MPa～550MPa压力下处理4分钟～12分钟。被处理的新鲜牛奶是封装在无菌的塑料袋内，放到加压设备中处理，也可在超高压处理后再进行无菌包装。该发明专利还对牛奶超高压灭菌前后营养成分进行了比较，超高压处理显示：①苏氨酸、VA几乎没有损失，VC含量比巴氏杀菌奶高出25％以上，VB1、VB2损失也比巴氏杀菌奶小；②超高压灭菌效果优于巴氏杀菌方法，保质期延长，销售范围扩大。但该专利的缺陷也是显而易见的：①间断式处理，生产能力小，难以适应工业化生产需求；②大容量超高压容器技术要求难，造价较高；③处理时间较长，效率低。
超高压是一个相对的概念，一般认为压力在100MPa以上为超高压，目前超高压设备的最高压力可达15000MPa。超高压技术(UHP)已广泛用于化学工业、静液挤压、射流切割、射流粉碎、粉末冶金、食品保鲜等领域。
超高压水射流是指以水作为携带能量的媒介，用高速水射流对各种固体材料进行切割、分离、破碎等加工的一种方法。自1971年第一台水射流切割机问世以来，超高压水射流加工技术已逐步成熟，应用范围逐渐扩大，加工材料从纸张、布料等软材料到塑料、复合材料、有色金属、钛合金、不锈钢、玻璃、岩石等硬材料，加工方式从切割、清洗到成形加工、磨削复杂形面等。20世纪80年代中期，美国密苏里一罗拉大学岩石力学及爆破技术研究中心利用高压水射流进行了木材制浆，废纸制浆，城市固体垃圾处理以及煤与矿物的粉碎试验，从此开始了高压水射流粉碎技术的研究。在我国，超高压水射流的专利申请多集中于切割和清洗，如：公开号为CN1099683的发明专利《超高压水射流万能切割机》，公开号为CN2216887的实用新型专利《超高压水切割机》，公开号为CN2497890的实用新型专利《超高压水射流清洗机》，公开号为CN2560444的实用新型专利《超高压水射流清洗设备》，公开号为CN2548746的实用新型专利《数控超高压水切割机》，授权公告号为CN100409901C的发明专利《超高压水射流灭菌方法》，介绍了一种完全的连续状态的超高压水射流灭菌方法，其特点是：①低温灭菌，效果可靠，可保护有效成分；②效率高，耗能低，可连续化生产；③操作安全，设备定型，无污染，无毒素残留和未知物产生。
研究证明，超高压具有作用于蛋白质的氢键、二硫键和离子键等非共价键，破坏蛋白质的立体结构，而对共价键没有影响的独特性质。因此，超高压对液态奶的营养成分影响甚小；超高压能使蛋白质分子的肽键断裂，分子变小，使消化吸收更加容易；超高压将1升20℃的水加压到500MPa需要27.5焦耳的压缩能，而要将1升20℃的水加热到90℃则需294焦耳。因此，超高压灭菌能耗是加热灭菌的1/10。
现有液态奶灭菌工艺的缺陷是：①热力灭菌能耗较多、生产成本较高；②巴氏杀菌营养成分损失相对较少但保质期太短；③瞬时超高温杀菌保质期长但营养成分损失太多。因此，长期以来人们一直在探索节省能源、保全营养、延长保质期的液态奶灭菌方法。
发明内容：
本发明针对现有热力杀菌能耗高、巴氏杀菌保质期短、瞬时超高温杀菌营养成分损失多的技术问题，特提出本方案——液态奶低温超高压连续灭菌方法。它是采用超高压水射流方法灭菌，具有节省能源、灭菌效果好、充分保全营养、有效延长保质期的特点。其具体步骤为：
a.首先，冷链液态奶原乳经增压器，其压力从常压增加到400MPa；
b.其次，液态奶进入蓄能器中，消除高压脉动；
c.然后，液态奶经喷嘴射出，超音速射流发生强烈碰撞而灭菌并均质，液态奶温度可达70℃；
d.最后，降低灭菌液态奶的温度，进行无菌包装。
在本方案中，液态奶包括牛奶、牦牛奶、水牛奶和山羊奶。液态奶的温度最好为4℃～60℃。超高压水射流系统的压力参数最好为50MPa～300MPa。超高压水射流系统的喷嘴最好为同轴等量对撞式或碰撞式喷嘴。灭菌液态奶进行无菌包装。
本发明的目的与已有技术相比可产生以下积极效果：
1.延长保质期：压力越高，灭菌效果越好，保质期越长，50MPa的灭菌效果就优于巴氏杀菌奶的标准，200MPa的保质期可达90天。
2.保全营养：超高压仅能破坏蛋白质的立体结构，使其肽键断裂，分子变小，灭菌过程不超过70℃。因此，更利于保全液态奶的营养成分，更容易消化吸收。
3.节能环保：超高压灭菌能耗是热力灭菌的1/10，除去现有技术热能循环利用，节能在1/5左右；生产过程无污染、无毒素残留、不添加任何化学物质。
4.高效连续：生产工艺简单，可连续化生产，适合于工业化大生产，与无菌包装生产线衔接容易。
附图说明
图1为本发明液态奶超高压水射流灭菌工艺流程图：
a.首先，冷链液态奶原乳经增压器，其压力从常压增加到400MPa；
b.其次，液态奶进入蓄能器中，消除高压脉动；
c.然后，液态奶经喷嘴射出，超音速射流发生强烈碰撞而灭菌并均质，液态奶温度可达70℃；
d.最后，降低灭菌液态奶的温度，进行无菌包装。
图2为本发明使用的超高压水射流喷嘴：同轴等量对撞式喷嘴(A)、碰撞式喷嘴(B)示意图。
图3为本发明液态奶经超高压水射流压力参数为50MPa～300MPa、喷嘴为同轴等量对撞式或碰撞式的灭菌效果曲线图。在图3中，横坐标为压力(MPa)，纵坐标为灭菌率(％)。
图4为本发明液态奶经超高压水射流(压力参数和喷射系统同图3)后温度变化曲线图。在图4中，横坐标为压力(MPa)，纵坐标为温度(℃)。
图5为本发明液态奶经压力参数为50MPa～200MPa、喷嘴为同轴等量对撞式超高压水射流系统，液态奶经JL-1177型激光粒度测试仪检测的乳脂肪球体积平均粒径和面积平均粒径分布曲线图。在图5中，横坐标为压力(MPa)，纵坐标分别为乳脂肪球体积平均粒径[D4，3]和面积平均粒径[D3，2]。
图6为本发明液态奶经超高压水射流系统(压力参数和喷射系统同图5)乳脂肪球表面积/体积分布曲线图。在图6中，横坐标为压力(MPa)，纵坐标为乳脂肪球表面积/体积(m2/cm3)。
具体实施方式：
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
冷链液态奶经压力参数为200MPa，喷嘴为同轴等量对撞式的超高压水射流系统，超音速射流发生强烈碰撞而使微生物杀灭、酶灭活及乳脂肪球粉碎。冷藏保质期可达90天；菌落总数由1.96×105个/ml降到3×102个/ml，灭菌率达99.85％(见图3)；灭菌温度为49℃(见图4)；经JL-1177型激光粒度测试仪检测，结果见图5、图6。
实施例2
与实施1类似，其区别在于压力为50MPa，喷嘴为碰撞式。冷藏保质期在10天以上；菌落总数由1.96×105个/ml降到1.77×104个/ml，灭菌率达90.97％(见图3)；灭菌温度为21℃(见图4)；经JL-1177型激光粒度测试仪检测，结果见图5、图6。

Claims (6)

1.一种液态奶低温超高压连续灭菌方法，包括按下列顺序的各个步骤，其顺序为：
a.首先，冷链液态奶原乳经增压器，其压力从常压增加到400MPa；
b.其次，液态奶进入蓄能器中，消除高压脉动；
c.然后，液态奶经喷嘴射出，超音速射流发生强烈碰撞而灭菌并均质，液态奶温度可达70℃；
d.最后，降低灭菌液态奶的温度，进行无菌包装。
2.如权利要求1所述的液态奶低温超高压连续灭菌方法，其特征在于液态奶包括牛奶、牦牛奶、水牛奶和山羊奶。
3.如权利要求1所述的液态奶低温超高压连续灭菌方法，其特征在于液态奶的温度为4℃～60℃。
4.如权利要求1所述的液态奶低温超高压连续灭菌方法，其特征在于超高压水射流系统的压力参数为50MPa～300MPa。
5.如权利要求1所述的液态奶低温超高压连续灭菌方法，其特征在于超高压水射流系统的喷嘴为同轴等量对撞喷嘴或喷嘴前置隔板的碰撞喷嘴。
6.如权利要求1所述的液态奶低温超高压连续灭菌方法，其特征在于灭菌的液态奶进行无菌包装。
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