CN102907492A - 一种利用碳酸水保藏生乳的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用碳酸水保藏生乳的方法，在系统内进行，其具体步骤如下：⑴水碳酸化：将经过净化处理的CO2气体与杀菌冷却后的水混合，得到的碳酸水饱和溶液；⑵生乳预处理：将生乳脱气、离心净乳、预巴杀处理；⑶原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑴中碳酸水喷淋入步骤⑵中生牛乳中，混合均匀后，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳。本发明保藏生乳的方法中使用碳酸水，由于碳酸水为液体，极易与生乳混合，并能很好地与之混匀，还可根据加工产品的不同灵活调节加入量，不会造成由于CO2气体的逸出而造成的浪费，而且方法简单，易于操作，节约了保存和加工成本，提高了企业的生产效率；另外，本发明对冷却加压和喷淋设备的要求也不高，适于企业大规模生产的推广。
Description
技术领域
本发明属于食品科学技术领域，涉及原料乳的保藏方法，尤其是一种利用碳酸水保藏生乳的方法及系统。
背景技术
生乳是指从符合国家有关要求的健康奶畜乳房中挤出的无任何成分改变的常乳，以其为加工原料可制得各种营养丰富的乳制品，如巴氏奶、UHT乳、发酵乳、干酪等。生乳的质量直接影响乳制品的品质，制作的乳制品营养丰富，是天然的培养基，极易腐败变质，变质的乳制品失去食用价值，甚至容易引起食物中毒。
乳及乳制品营养丰富，微生物污染等会严重降低原料乳的可加工性，破坏乳及乳制品的营养成分和品质。长期以来人们为了延长乳及乳制品的货架期，从原料乳质量、生产过程、产品质量、包装材料和贮藏条件等方面做了大量工作，利用了各种技术和手段提高产品在运输、贮藏和销售过程的流通时间。
热杀菌是我国目前常用的杀菌方式，但高温会破坏乳和乳制品的营养成分、风味且能耗较高。近年来，许多专家学者响应国家号召，都在积极研发能耗低、效率高的冷杀菌技术。
食品级CO2早已被应用到食品行业，其作为食品添加剂在国内外食品添加剂标准中都有明确标注，已经受到广泛承认，常加入碳酸饮料或啤酒，安全性毋庸置疑，也可用于食品加工、食品保鲜和贮存等，如做气调保鲜包装中的气体。其他还有用于农产品、中草药等内多种物质的CO2超临界萃取、大棚气体肥料等。在乳品工业中，CO2是仅有的几种天然抑菌剂之一，可以添加到乳制品中，也可以在没有任何有害作用的前提下逸出。通常认为CO2是安全的，目前还不需要把它列入成分表中。
我国的奶牛80%为一家一户分散饲养，规模小、设备简陋，缺乏冷却条件，加上榨奶、送奶及奶站贮奶等卫生条件差，导致牛乳的中菌数超标，很容易造成生鲜乳的酸败。新国标GB19301-2010对生乳菌落总数的要求降低了，表明随着生乳收购半径的扩大和运输、验收时间的延长，现有生乳的含菌量比以前提高。生乳中细菌增殖迅速，菌落増加会产生酶，使奶的口感变差，如出现苦味，乳业加工单位就需要加入其他添加剂掩盖苦味。热杀菌是我国目前常用的杀菌方式，但高温会破坏乳和乳制品的营养成分、风味，且能耗较高。生乳中总菌数（嗜冷菌和部分嗜温菌）一旦增加，在储藏、运输途中可能产生毒素，即使通过超高温杀菌（UHT）也很难完全杀死，结果不得不提高杀菌温度、延长杀菌时间，进一步破坏营养、 增加能耗。这使厂家更无法平衡杀菌与营养间的矛盾。
目前在国内发表的论文中，研究CO2冷杀菌技术最多的是东北农业大学的李晓东，已有关于向原料乳中直接通入二氧化碳对延长其保藏时间以及部分成分的影响，将二氧化碳加入乳制品中制备储存期延长的带包装乳制品的方法，将二氧化碳充入到巴氏奶中，延长巴氏奶的货架期，乳酸链球菌素（Nisin）和CO2对巴氏奶的协同保鲜效果，但这种方法对通入的CO2量不易控制且气体容易逸出，由于CO2和牛乳的接触时间短，气体浪费严重，而且整个加工过程需要在较高压力下维持，所以给工业化生产带来诸多不便。另外，也有将CO2添加到酸奶中延长保质期研究方面的文献报道。但是总的来说，目前国内有关乳制品的CO2冷杀菌技术还是研究得较少。
通过检索，对于CO2冷杀菌技术在乳品工业中应用的发明专利，在所搜索范围内只有一个，即1997年普拉塞尔技术有限公司的G.W.·汉兹勒和A.J.·帕拉迪斯在中国申请的名为《储存期延长的乳制品制备方法》的专利。通过技术对比，此专利所述是将CO2加入原料乳中，并在包装时加入CO2气体，延长所制乳制品的货架期。
通过检索并进行对比后，本发明专利申请与上述公开文献存在本质不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生乳保藏杀菌技术的不足之处，提供一种简单有效、成本低、易于使用，而且节约生乳的保存和加工成本的利用碳酸水保藏生乳的方法及设备系统。
本发明实现目的的技术方案是：
一种利用碳酸水保藏生乳的方法，在系统内进行，其具体步骤如下：
⑴水碳酸化：将经过净化处理的CO2气体与杀菌冷却后的水混合，得到的碳酸水饱和溶液中的CO2与水的重量比为42g/100g～56g/100g；
⑵生乳预处理：将生乳脱气、离心净乳，预巴杀处理后，至经检验残留气体在质量百分数0.1%以下；
⑶原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑴中碳酸水喷淋入步骤⑵中生牛乳中，碳酸水在生乳中的浓度为2.6～6.4g/L，混合均匀后，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳。
而且，所述步骤⑴中净化处理为：将CO2气体减压至0.3～0.5MPa，然后分别通过质量浓度为1%～3%的高锰酸钾洗涤剂和质量浓度为1%～3%的碳酸钠洗涤剂进行洗涤，然后通过活性炭罐进行吸附，以完成CO2气体的净化。
而且，所述步骤⑴中杀菌冷却为：将经过过滤、紫外线杀菌的水冷却至1～4℃，在-0.04～-0.06MPa真空度进行真空脱气处理，时间0.4～2秒。
而且，所述步骤⑴中CO2气体与杀菌水在0.3～0.5MPa、1～4℃下进行混合。
而且，所述步骤⑵中脱气条件为：真空度-0.04～-0.06MPa，脱气时间0.4～0.6秒。
而且，所述步骤⑵中离心净乳的净化量为1000～3000L/小时，转速为6000～7000转/分。
而且，所述步骤⑵中预巴杀处理的条件为：温度60-65℃、时间13-17秒。
而且，所述步骤⑶中混合条件为：CO2压力为0.03-0.06MPa、温度为2-6℃。
而且，所述步骤⑵中喷淋的条件为：喷雾压力为0.05～0.1MPa、时间为2～4秒。
一种利用碳酸水保藏生乳的系统，其特征在于：包括加热系统、混合系统及在线混合器、贮奶塔，加热系统包括脱气机、分离净乳器、板式热交换器，混合系统包括混合器、气水贮槽、喷淋装置，CO2气体自气瓶中与杀菌水在混合器中混合后进入气水贮槽，气水混合液经过喷淋装置喷淋在线混合器；将贮奶车生奶经过脱气机及分离净乳器进入板式热交换器加热后泵送到在线混合器，经过喷淋处理后的在线混合器内的奶制品泵送至贮奶塔，在贮奶塔上安装有安全阀及搅拌器。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明保藏生乳的方法利用饮料行业普遍使用的碳酸水结合低温对生乳进行保藏，属于冷杀菌技术，使得生乳运输和保藏过程中能有效地控制微生物增殖，不破坏生乳的成分、风味，成本低，能耗低，安全无害，简便高效，不仅不会破坏生乳品质，而且延长了生乳的保存时间。
2、本发明保藏生乳的方法中使用碳酸水，由于碳酸水为液体，极易与生乳混合，并能很好地与之混匀，还可根据加工产品的不同灵活调节加入量，不会造成由于CO2气体的逸出而造成的浪费，而且方法简单，易于操作，节约了保存和加工成本，提高了企业的生产效率；另外，本发明对冷却加压和喷淋设备的要求也不高，适于企业大规模生产的推广。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种利用碳酸水保藏生乳的方法，具体步骤如下：
⑴前处理：将钢瓶中的CO2气体减压至0.3MPa，然后分别通过盛有质量浓度为1%～3%的高锰酸钾洗涤剂和1%～3%的碳酸钠洗涤剂的罐进行洗涤，然后通过活性炭罐进行吸附，以 完成CO2气体的净化；将过滤、紫外线杀菌的水冷却至1～4℃，在-0.04～-0.06MPa真空度进行真空脱气处理，时间0.4～2秒；
⑵水的碳酸化：将CO2气体与杀菌冷却后的水在0.3～0.5MPa、1～4℃下进行混合，本实施例气水比为47g：100g，即得碳酸水；
⑶生乳预处理：收集鲜生牛乳后，为了除去生乳中氧气和氮气，增加碳酸水混合度，将鲜生牛乳在-0.04～-0.06MPa真空度的条件下进行脱气，脱气时间为0.4～0.6秒，使用密闭式离心净乳机进行分离净化，净化量为1000～3000L/小时，分离钵转速为6000转/分，预巴杀（即巴氏杀菌）63℃、15秒处理，经检验残留气体在质量百分数0.1%以下，即为合格，方可使用；
⑷原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑵中碳酸水喷淋入步骤⑶中生牛乳中，碳酸水在生乳的浓度为2.6～6.4g/L，喷雾压力为0.05～0.1MPa，时间为0.4～0.6秒，迅速通过牛乳形成的湍流混合均匀，混合时保持CO2压力为0.03-0.06MPa，温度为2-6℃，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳；
⑸闪蒸处理：将步骤⑷中所得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳进行闪蒸处理，闪蒸的真空度为-0.06～-0.07MPa，蒸发温度为50～70℃，时间为0.5～1秒，然后经过20MPa均质，再通过137℃，保持3秒的UHT杀菌，即可得UHT乳。
实施例2：
一种利用碳酸水保藏生乳的方法，具体步骤如下：
⑴前处理：将钢瓶中的CO2气体减压至0.4MPa，然后分别通过盛有质量浓度为1%～3%的高锰酸钾洗涤剂和1%～3%的碳酸钠洗涤剂的罐进行洗涤，然后通过活性炭罐进行吸附，以完成CO2气体的净化；水经过过滤、紫外线杀菌，冷却至1～4℃，在-0.04～-0.06MPa真空度进行真空脱气处理，时间0.4～2秒；
⑵水碳酸化：将CO2气体与杀菌冷却后的水在0.3～0.5MPa，1～4℃下进行混合，本实施例气水比为49g：100g，即得碳酸水；
⑶生乳预处理：收集鲜生牛乳后，为了除去生乳中氧气和氮气，增加碳酸水混合度，将鲜生牛乳在-0.04～-0.06MPa真空度的条件下进行脱气，脱气时间为0.4～0.6秒，使用密闭式离心净乳机进行分离净化，净化量为1000L/小时，分离钵转速为6000～7000转/分，预巴杀63℃、15秒处理，经检验残留气体在质量百分数0.1%以下，即为合格，方可使用；
⑷原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑵中碳酸水喷淋入步骤⑶中生牛乳中，碳酸水在生乳的浓度为2.6～6.4g/L，喷雾压力为0.05～0.1MPa，时间为0.4～0.6秒，迅速通过牛乳形成的湍流 混合均匀，混合时保持CO2压力为0.03-0.06MPa，温度为2-6℃，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳；
⑸闪蒸处理：将步骤⑷中所得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳进行闪蒸处理，闪蒸的真空度为-0.06～-0.07MPa，蒸发温度为50～70℃，时间为0.5～1秒，经过20MPa的均质，75℃，20秒的杀菌处理，即可得巴氏杀菌乳。
实施例3：
一种利用碳酸水保藏生乳的方法，具体步骤如下：
⑴前处理：将钢瓶中的CO2气体减压至0.5MPa，然后分别通过盛有质量浓度为1%～3%的高锰酸钾洗涤剂和1%～3%的碳酸钠洗涤剂的罐进行洗涤，然后通过活性炭罐进行吸附，以完成CO2气体的净化；水经过过滤、紫外线杀菌，冷却至1～4℃，在-0.04～-0.06MPa真空度进行真空脱气处理，时间0.4～2秒；
⑵水碳酸化：将CO2气体与杀菌冷却后的水在0.3～0.5MPa，1～4℃下进行混合，得到气水体积比为2.5：1～3.5：1的饱和溶液，此时CO2的浓度为54g/100g的水，即得碳酸水；
⑶生乳预处理：收集鲜生牛乳后，为了除去生乳中氧气和氮气，增加碳酸水混合度，将鲜生牛乳在-0.04～-0.06MPa真空度的条件下进行脱气，脱气时间为0.4～0.6秒，使用密闭式离心净乳机进行分离净化，净化量为3000L/小时，分离钵转速为6000～7000转/分，预巴杀64℃、16秒处理，经检验残留气体在质量百分数0.1%以下，即为合格，方可使用；
⑷原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑵中碳酸水喷淋入步骤⑶中生牛乳中，碳酸水在生乳的浓度为2.6～6.4g/L，喷雾压力为0.05～0.1MPa，时间为2～4秒，迅速通过牛乳形成的湍流混合均匀，混合时保持CO2压力为0.03-0.06MPa，温度为2-6℃，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳。
实施例4：
一种利用碳酸水保藏生乳的方法，具体步骤如下：
⑴前处理：将钢瓶中的CO2气体减压至0.3～0.5MPa，然后分别通过盛有质量浓度为1%～3%的高锰酸钾洗涤剂和1%～3%的碳酸钠洗涤剂的罐进行洗涤，然后通过活性炭罐进行吸附，以完成CO2气体的净化；水经过过滤、紫外线杀菌，冷却至1～4℃，在-0.04～-0.06MPa真空度进行真空脱气处理，时间0.4～2秒；
⑵水碳酸化：将CO2气体与杀菌冷却后的水在0.3～0.5MPa，1～4℃下进行混合，得到气水体积比为2.5：1～3.5：1的饱和溶液，此时CO2的浓度为56g/100g的水，即得碳酸水；
⑶生乳预处理：收集鲜生牛乳后，为了除去生乳中氧气和氮气，增加碳酸水混合度，将 鲜生牛乳在-0.04～-0.06MPa真空度的条件下进行脱气，脱气时间为0.4～0.6秒，使用密闭式离心净乳机进行分离净化，净化量为1000～3000L/小时，分离钵转速为7000转/分，预巴杀处理（65℃×17秒），经检验残留气体在质量百分数0.1%以下，即为合格，方可使用；
⑷原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑵中碳酸水喷淋入步骤⑶中生牛乳中，碳酸水在生乳的浓度为2.6～6.4g/L，喷雾压力为0.05～0.08MPa，时间为0.1～0.3秒，迅速通过牛乳形成的湍流混合均匀，混合时保持CO2压力为0.03-0.06MPa，温度为2-6℃，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳；
⑸闪蒸处理：将步骤⑷中所得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳进行闪蒸处理，闪蒸的真空度为-0.05～-0.07MPa，蒸发温度为50～70℃，时间为0.2～0.5秒，然后经过95℃，保温300秒的杀菌，冷却至43℃时接种发酵剂菌种，经过4～6小时的发酵，即可得发酵乳。
表1原料乳在4℃贮奶槽中添加碳酸水组和对照组的试验结果
一种利用碳酸水保藏生乳的系统，包括加热系统、混合系统及在线混合器9、贮奶塔10，加热系统包括脱气机3、分离净乳器4、板式热交换器6，混合系统包括混合器5、气水贮槽7、喷淋装置8，CO2气体自气瓶2中与杀菌水在混合器中混合后进入气水贮槽，气水混合液经过喷淋装置喷淋在线混合器；将贮奶车1生奶经过脱气机及分离净乳器进入板式热交换器加热后泵送到在线混合器，经过喷淋处理后的在线混合器内的奶制品泵送至贮奶塔，在贮奶塔上安装有安全阀11及搅拌器12，经过贮奶塔处理形成奶制品成品。
本发明的工作原理是：
生乳从贮奶车中输出后，经过脱气机脱除乳中气体，经过检验阀检验残留气体合格后进 入分离净化器，离心净乳后进入板式热交换器进行63℃×15s预巴杀并冷却（冷却至2-4℃），在线输送进入在线混合器下部；CO2气体从气瓶中减压输出后冷却，经过碳酸水混合器，达到饱和状态后进入气水贮槽，当牛乳在线输入水乳混合器时将碳酸水从气水贮槽导出，从在线混合器顶部喷淋装置喷淋入乳中，离心乳泵（图中未示出）将乳延切线方向打入在线混合器中形成湍流，与喷淋入的碳酸水迅速混合均匀，根据要加工的不同制品调节喷淋压力和时间，达到预期后输送入贮奶塔进行冷藏。贮乳塔保持在2-6℃内，其上安装压力安全阀门及搅拌器。
在进行生产加工之前，根据加工情况的不同，可选择将经过碳酸水处理的生鲜牛乳进行闪蒸除去多余的CO2气体和水。
Claims (10)
1.一种利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：在系统内进行，其具体步骤如下：
⑴水碳酸化：将经过净化处理的CO2气体与杀菌冷却后的水混合，得到的碳酸水饱和溶液中的CO2与水的重量比为42g/100g～56g/100g；
⑵生乳预处理：将生乳脱气、离心净乳，预巴杀处理后，至经检验残留气体在质量百分数0.1%以下；
⑶原料乳喷淋碳酸水：将步骤⑴中碳酸水喷淋入步骤⑵中生牛乳中，碳酸水在生乳中的浓度为2.6～6.4g/L，混合均匀后，即得利用碳酸水保藏方法所制备的生乳。
2.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑴中净化处理为：将CO2气体减压至0.3～0.5MPa，然后分别通过质量浓度为1%～3%的高锰酸钾洗涤剂和质量浓度为1%～3%的碳酸钠洗涤剂进行洗涤，然后通过活性炭罐进行吸附，以完成CO2气体的净化。
3.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑴中杀菌冷却为：将经过过滤、紫外线杀菌的水冷却至1～4℃，在-0.04～-0.06MPa真空度进行真空脱气处理，时间0.4～2秒。
4.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑴中CO2气体与杀菌水在0.3～0.5MPa、1～4℃下进行混合。
5.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑵中脱气条件为：真空度-0.04～-0.06MPa，脱气时间0.4～0.6秒。
6.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑵中离心净乳的净化量为1000～3000L/小时，转速为6000～7000转/分。
7.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑵中预巴杀处理的条件为：温度60-65℃、时间13-17秒。
8.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑶中混合条件为：CO2压力为0.03-0.06MPa、温度为2-6℃。
9.根据权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的方法，其特征在于：所述步骤⑵中喷淋的条件为：喷雾压力为0.05～0.1MPa、时间为2～4秒。
10.一种如权利要求1所述的利用碳酸水保藏生乳的系统，其特征在于：包括加热系统、混合系统及在线混合器、贮奶塔，加热系统包括脱气机、分离净乳器、板式热交换器，混合系统包括混合器、气水贮槽、喷淋装置，CO2气体自气瓶中与杀菌水在混合器中混合后进入气水贮槽，气水混合液经过喷淋装置喷淋在线混合器；将贮奶车生奶经过脱气机及分离净乳器进入板式热交换器加热，预巴杀处理后冷却，然后泵送到在线混合器，经过喷淋处理后的在线混合器内的奶制品泵送至贮奶塔，在贮奶塔上安装有安全阀及搅拌器。
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