超高温(UHT)灭菌

第十五章 超高温（UHT）灭菌

杀菌是食品加工中极为重要的一道工序，在原始社会里，人类就不知不觉地对食品进行了杀菌处理。在科学技术飞速发展的今天，人们对食品杀菌意义的认识和应用也得到了不断地完善和提高。

第一节 超高温灭菌的基本原理

关于超高温（UHT）灭菌，尚没有十分明确的定义。习惯上，把加热温度为135~150℃，加热时间为2~8s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT灭菌。

UHT灭菌的理论基础涉及两个方面。一是微生物热致死的基本原理；二是如何最大限度保持食品的原有风味及品质。

一、UHT灭菌的微生物致死理论依据

按照微生物的一般热致死原理，当微生物在高于其耐受温度的热环境中时，必然受到致命的伤害。加热促使微生物死亡的原因是由于高温导致蛋白质的不可逆变化，随后一些球蛋白变得不溶解，酶失去活力，从而造成新陈代谢能力的丧失，因此，细胞内蛋白质凝固变性的难易程度直接关系到微生物的耐热性，而且这与杀菌条件的选择密切相关。大量实验证明，微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数。

（—）微生物的耐热性

腐败菌是食品杀菌的对象，其耐热性与食品的杀菌条件有直接关系。 影响微生物耐热性的因素有如下几方面： （1）菌种和菌株

（2）热处理前菌龄、培育条件、贮存环境 （3）热处理时介质或食品成分，如酸度或PH值 （4）原始活菌数

（5）热处理温度和时间，作为热杀菌，这是主导的操作因素。 （二）微生物的致死速率与D值

在一定的环境条件和一定温度下，微生物随时间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期下降的。这一规律为通常大量的试验结果所证实。若以纵坐标表示单位物料内随时间而残存的活细胞或芽孢数的对数值，横坐标表示热处理时间，则可获得如图15-1所示的微生物致死速率曲线。

图15-1 微生物致死速率曲线

如图所示，设A为加热开始时活菌数所代表的点，B为加热后菌数下降1个对数周期时的点，其相应的加热时间为3.5min，C为加热后菌数下降2个对数周期时的点，其相应的加热时间为7.0min。

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显然，细菌任意时刻的致死速率可以用它残存活菌数下降1个对数周期所需的时间来表示，这便是图中所示D值的概念。D值是这一直线斜率绝对值的倒数，即

∣斜率∣=

BC?C?C=

log103?log10D2?1D

D值反映了细菌死亡的快慢。D值愈大，细菌死亡速度愈慢，即细菌的耐热性愈强，反之则死亡速度愈快，耐热性愈弱。由于致死速率曲线是在一定的加热温度下做出的，所以D值是温度T的函数（常写成DT），上述比较只能以同一加热温度为前提，例如以D110℃来作比较。必须指出，D值不受原始菌数的影响，换言之，原始菌数不影响其个别细菌按指数死亡的规律。因此，如果将不同原始菌数的曲线画在同一的图15-1上，便得到一组平行的直线族。

另外，D值要随其他各种影响微生物耐热性的因素而异，只能在这些因素固定不变的条件下才能稳定不变。

（三）微生物的热力致死时间与Z值

微生物的热力致死时间（Thermal Death Time）就是在热力致死温度保持不变条件下，完全杀灭某菌种的细胞或芽孢所必需的最短热处理时间。

微生物热力致死时间随致死温度而异，两者的关系曲线称为热力致死时间曲线，如图15-2，它表达了不同热力致死温度下细菌芽孢的相对耐热性。

图15-2 热力致死时间曲线

如同对致死速率曲线的处理一样，若以横坐标为热处理温度，纵坐标为热致死时间（TDT）的对数值，就可以在对数坐标图上得到一条形为直线的热力致死时间曲线。同样，如图 15-2 所示，此直线斜率绝对值的倒数Z值表明了热致死时间缩短一个对数周期所要求的热处理温度升高的度数。图15-2中，设A，A′为热致死时间相差1个对数周期的两个点，其相应的热致死时间的对数值分别为logTDTA=log102，logTDTA/=log101相应的热力致死温度分别为TA，TA′，则

∣斜率∣=

logTDTA?logTDTZA??log102?log10Z1?1Z

某微生物菌种的杀菌特性曲线——热力致死时间曲线可由点、斜率两个参数来确定。因此除了由斜率决定的Z值外，尚需寻求一个标准点。这个标准点通常选用121℃时的TDT值，并用符号“F”表之，单位为min，称为F值。有了Z、F两个参数，该菌种在任何杀菌温度T下的TDT值可表为 logTDTF?1Z?121?T? （15-1）

必须强调指出，热力致死时间（TDT）这个概念的提出隐去了细菌死亡按指数规律的实质，也避

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开具体运用概率说明细菌死亡的方法，而是模糊地以实际试管试验法所确定的所谓“完全灭菌”为依据。因此采用TDT法不能清楚地说明诸如杀菌终点、原始菌数不同时出现的耐热性差异及TDT试管试验法中常见越级现象等实际问题。

根据式（15-1）可知，决定细菌耐热特性的是F和Z两个参数。对于不同菌种，一般两者都不相同；对于同一菌种，也只能在其一数值相等的条件下，由另一条来比较它们的耐热性。故F值只能用于Z值相同时细菌耐热性的比较。Z值相同时，F值大的细菌的耐热性比F值小的强。同样，F值相同时，Z值大的细菌的耐热性比Z值小的强。为了比较，也可人为的规定Z的标准值，一般取Z=10℃。

（四）UHT杀菌的品质保证

大量实验表明，采用UHT瞬时杀菌技术也可最大程度地保持食品的风味及品质。这主要是因为微生物对高温的敏感程度远远大于食品成分的物理化学变化对高温的敏感程度。

例如，在乳品工业生产灭菌乳的过程中，如果牛乳在高温下保持较长时间，则可能产生一些化学反应。例如蛋白质和乳糖发生美拉德反应，使乳的颜色变褐；蛋白质发生分解反应，产生不良气味；糖类焦糖化产生异味等。此外还可能发生某些蛋白质变性而产生沉淀。这些都是生产灭菌乳所不允许的，应力求避免。图15-3表示牛乳灭菌和发生褐变时的温-时曲线。

图15-3 牛乳灭菌及褐变的时间-温度曲线

1-变褐的最低时间-温度条件 2-灭菌的最低时间-温度曲线

图中实线为牛乳褐变的温-时下限，虚线为灭菌的温-时下限。从图中可以看出，若选择灭菌条件为110-120℃,15-20min，则两线之间间距甚近，说明生产工艺条件要有十分严格的措施来维持，这在实际上很难办到。而选择UHT灭菌条件137-145℃,2-5s时，两线之间间距较远，说明产生褐变及其他缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制。在这种杀菌条件下，产品的颜色、风味、质构及营养没有受到很大的损害。所以，该技术比常规杀菌方法能更好地保存食品的品质及风味。 二、超高温灭菌时间和温度意义

从杀死微生物的观点来看，热处理强度是越强越好，时间是越长越好。但是，强烈的热处理对食品的外观、风味和营养价值会产生不良后果。如牛乳中蛋白质在高温下变性；强烈的加热使牛乳风味改变，首先是出现“蒸煮味”，然后是焦味。因此，时间和温度组合的选择必须考虑到微生物和产品质量两方面，以达到最佳效果。食品加工中灭菌的目的并不是使每单个包装的产品都不含残留的微生物，因为采用加热方法来致死微生物，要达到绝对无菌的理想状态是不可能的。

实际上，灭菌加工只要保证产品在消费者食用前不变质就行。一个基本的要求就是致病菌的存

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活和生长的可能性必须小到可以忽略的程度。肉毒梭状芽孢杆菌通常被认为是对公共健康危害最大的微生物，大多数保持灭菌就是基于它的致死率而设计的。

在灭菌乳制品中，肉毒梭状芽孢杆菌存活繁殖及生长而产生能危害公共健康的毒素量的概率是很低的，实际上这种情况从未发生过。热处理系统的设计可以完全排除由其他残留致病菌所能导致的对公共健康的危害性。

导致产品变质的微生物包括加工过程中残留的耐热微生物或灭菌后再污染的微生物，再污染的微生物包括热敏性和耐热性微生物（如芽孢）。污染的芽孢一般来说比加工过程中残留的耐热性差。

为了衡量超高温工艺效果，现引入杀菌效率（SE）一词。杀菌效率是以杀菌前后孢子数的对数比来表示的：

SE=LG[原始孢子数/最终孢子数]

把已知数量的枯草杆菌的孢子移植到原乳中，然后用超高温设备处理，实验结果如下： 杀菌温度不同、时间相同（4S）时，其杀菌效率接近，见表15-1

温度 140 135 130 125 原始孢子数/ml 450 000 450 000 450 000 450 000 最终孢子数/ ml 0.0004 0.0004 0.0007 0.45 杀死效率SE 79 7.9 8.8 6 表15-1杀菌温度不同、时间相同（4s）的杀菌效率

超高温灭菌处理牛乳必然使一部分微生物残存，也就是说绝对无菌是不能保证的。在这种情况下，人们认识到加工原料中含有能存活于灭菌过程后的微生物数目的重要性，并且微生物的残存与加工产品的量和包装容积有关。

假设我们要加工大量产品，如加工10000L的产品，其中含耐热芽孢100cfu/ ml，若灭菌效率SE为8，则整批产品中的残留芽孢数为：

10000 ×1000 ×100/108=10（个）

只要产品是从整体形式存在，那么这种计算是成立的。然而若将产品分装于1L容器中，并进行相同的热处理，那么每个容器中处理前含有1000×100=105个芽孢，灭菌后，每个容器中含 105/108=10-3（1/1000）个芽孢。那么每个容器中含有1/1000个芽孢的实际意义就是每1000个容器中必然含有1个芽孢。

一般灭菌乳成品的商业标准为：不得超过1/1000孢子数。这一点在产品以整体形式才采取相同的灭菌效率加工时同样可以加以证实。例如通过超高温加工，整批产品中将有10个芽孢残存。如将产品在理想的无菌灌装状态下分装与10000个1L容器中。这10个芽孢将被分散到10000个容器中

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去。理论上，一个以上的芽孢有可能进入同一个容器中，然而当残留芽孢数与容器数相比很小时，从统计学上讲，一个容器中含有1个以上芽孢的可能性可忽略不计。因此我们可以假设10个芽孢代表着10个含有单个芽孢的容器，或者说10000个容器中含有10个芽孢。我们假设残存的每个芽孢在条件适宜时足以使产品变质，因此每个容器内含1/1000个芽孢就等于1000个容器中含一个芽孢，因而就会导致1000个产品中有1个变质，或者说是有0.1/100的产品变质。

这一计算不论对于罐内保持灭菌还是超高温灭菌结合无菌灌装都是同样有效的。

第二节 超高温灭菌在乳制品中的应用

一．UHT乳的加工原理

超高温灭菌法（UHT）是英国于1956年首创，在1957~1965年间，通过大量的基础理论研究和细菌学研究后，才用于生产超高温灭菌乳，关于超高温灭菌乳在灭菌过程中对于微生物学和物理化学方面的变化及基本加工原理等，1965年英国的Burton提出了详细的研究报告，其基本点是细菌的热致死率随着温度的升高大大超过此间牛乳化学变化的速率，例如维生素的破坏，蛋白质变性及褐变速率等。研究认为在温度有效范围内，热处理温度每升高10℃，乳中所含幼稚菌孢子的破坏速率提高11~30倍，即：

Qt+10/Qt=10~30

而根据Vant .Hoff规则，温度每升高10℃，反应速率约增大2~4倍。即：

t=Kt+10/Kt=2~4

对牛乳加热过程中的化学变化，如褐变现象仅增大2.5~3.0倍，即r=2.5~3.0。意味着杀菌温度越高，其杀菌效果越大，而引起的化学变化却很小。从表15-2可见，100℃，600min灭菌效果，相当于150℃，0.36min的灭菌效果，但褐变程度前者为100000，而后者仅为97，显示出超高温灭菌的优越性。理论上讲，温度升高并无限度，但如果温度升高，其时间须相应缩短，实践表明牛乳的良好杀菌条件如图15-4所示。

表 15-2 杀菌温度、时间与褐变程度的关系

加热温度（℃） 100 110 120 130 140 150 加热时间 600min 60min 6min 36S 3.6S 0.36S 相对的褐变程度 100000 25000 6250 1560 390 97 杀菌效果 同等效果 同等效果 同等效果 同等效果 同等效果 同等效果 5

图 15-4 牛乳灭菌过程中时间与温度的关系

从图15-4中可以看出，150℃的灭菌温度实际上保持的时间不到1S。若按流速计算，其最小的保持时间仅0.6S。因此，温度超过150℃时，则在工艺上要求如此短暂时间内达到准确控制是困难的。因为牛乳的流速稍微波动就会产生相应影响，所以目前超高温灭菌工艺是以150℃为最高点，一般采用135~150℃的灭菌温度。 二. 超高温灭菌乳发展历程

超高温灭菌方式的出现，大大改善了灭菌乳的特性，不仅使产品从颜色和味道上得到了改善，而且还提高了产品的营养价值。然而超高温系统的发明远远早于人们对超高温加工技术优点的认识。早在19世纪末，就已发明了连续流动式的超高温（130~140℃）灭菌机。更实用性的超高温系统分别由Jonas Nielsen和Toat在1908年和1912年发明出来。据报道Nielsen，在1921年发明了无菌灌装系统，同一年，南非生产的无菌灌装牛乳在伦敦的乳品展示会上获得了成功。

UHT加工在乳品工业中的应用始于40年代末。当时，有两种超高温灭菌系统，一种是由荷兰Gebr.stork和Co’s Apparafenfabriek所制造的中心管式灭菌机，另一种是由瑞士的Alpure AG和Sulzer AG所制造的Uperisation蒸汽喷射式灭菌机。Stork的UHT灭菌机应用于瓶装保持灭菌乳的预杀菌上。

Uperisation蒸汽喷射式杀菌机是与无菌灌装系统结合使用的，它们于1953年将超高温无菌灌装牛乳投放于瑞士市场。然而这种系统所用包装罐的成本高，因此很不经济。Alpure继续与瑞典的利乐公司（Tetra Pak）合作，于1961年研制出无菌包装系统，使UHT系统与无菌包装系统有效地结合起来。现在UHT灭菌系统已得到了良好发展。

UHT乳通常采取的灭菌条件为137℃ ，4s。

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第十六章 典型的UHT乳的加工工艺

超高温灭菌在乳制品中的应用，大大地延长了牛乳的保质期，拓宽了牛乳的销售市场，缓解了我国牛乳的地域分布不均衡，而且在外观、营养价值等方面也得到了很大的改善和提高。

第一节 超高温（UHT）灭菌

UHT乳的工艺流程

原料乳验收 预处理 贮 存 配 料 巴氏杀菌 分 销 保温实验 无菌灌装 超高温杀菌 半成品贮存

图16-1 UHT乳的工艺流程图

UHT乳的工艺流程如图16-1所示，原料乳首先经过验收、预处理、配料（也称标准化）、巴氏杀菌等过程。UHT乳的加工工艺通常包含巴氏杀菌过程，尤其在现有条件下更为重要。巴氏杀菌可有效地提高生产的灵活性，及时杀灭嗜冷菌，避免其繁殖代谢产生的酶类影响产品的保质期，同时，在巴氏杀菌的温度下，能有效地激活耐热芽孢菌，为超高温灭菌提供条件。经过巴氏杀菌后的乳预热至83℃左右进入脱气罐，在一定真空度下脱气，以75℃左右的温度离开脱气罐后进入均质机。均质机通常采用二级均质。第一级均质压力为15~20MPa，第二级均质压力为5~7MPa。均质后的牛乳进入加热段，在这里牛乳被加热至灭菌温度（通常为137℃），在保温管中保持4秒，然后进入热回收管。在这里牛乳被水初步冷却，然后进入奶—奶换热段，最终被冷却介质冷却至灌装温度。冷却后的牛乳直接进入灌装机或无菌罐贮存，若牛乳的灭菌温度低于设定值，则牛乳就返回平衡槽。灌装后的产品经7天的保温试验确保无质量问题后，进行市场分销。

第二节 操 作 要 点

一．原料乳的验收

制造优质的乳制品，必须选用优质的原料，乳是一种营养价值较高的食品，也非常适于各种微生物的生长繁殖。因此，为了获得优质的原料乳，保证乳制品的质量，加强牧场及运输过程的管理是非常重要的。具体方面如图16-2所示。

整个过程要尽可能地减少牛奶与空气接触。由于原料乳的好与坏直接关系到成品的好与坏，所以人们又把牧场称为“牛奶加工的第一车间”。

在乳品工业上，将未经任何处理加工的生鲜乳称为原料乳。为保证原料乳的质量，必须准确地掌握原料乳的质量标准和验收方法，了解影响原料乳质量的因素。

原料乳的理化性质、乳中微生物的种类及含量对UHT乳的品质影响很大，因此控制原料乳的质

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量是至关重要的。表16-1中所列是对灭菌乳的原料乳一般要求。

图16-2 牛奶在进入加工车间前的管理

此外，许多乳品收购单位还规定下述情况之一者不得收购： (1) 产犊前15天内的末乳和产后7天内的初乳 (2)牛乳颜色有变化，呈红色、绿色或显著黄色者 (3)牛乳中有肉眼可见杂质者 (4)牛乳中有凝块或絮状沉淀者

(5)牛乳中有畜舍味、苦味、霉味、臭味、涩味、煮沸味及其它异味者

(6)用抗菌素或其他对牛乳有影响的药物治疗期间的母牛所产生的乳和停药后3天内的乳 (7)添加有防腐剂、抗菌素和其他任何有碍食品卫生的乳 (8)酸度超过20oT，个别特殊者，可使用不高于22oT的鲜乳。

表16-1 对灭菌乳的原料乳的一般要求

加工车间 运 输 贮 存

1牛奶在贮存前要冷却到适当温度（视具体情况而定） 2贮存至加工的这段时间要尽可能的短 3贮存设备要及时的、经常的清洗消毒

4贮存过程中要避免与有异味的物品接触，最好是封闭贮存 1运输奶罐要有良好的保温性能 2长距离运输要采用带有制冷设备的奶罐 3奶罐要及时地清洗消毒

挤 奶 奶牛的饲养管理

1优良的奶牛品种 2天然的牧场 3优质的饲料

4洁净的牛舍环境和奶牛卫生 1尽量避免人工挤奶 2采用现代化挤奶设备

3对挤奶设备要及时地、定期地清洗消毒 4对接奶设备要进行灭菌处理

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项目 理化特性 脂肪含量1% 蛋白质含量1% 相对密度（20度/4度） 酸度（以乳酸计）1% PH 杂质度/（mg/kg） 汞含量/（mg/kg） 农药含量/（mg/kg） 蛋白质稳定性

指标 ≥3.10 ≥2.95 ≥1.028 ≤0.144 6.6~6.8 ≤4 ≤0.01 ≤0.1 项目 滴定酸度 冰点/℃抗生素含量ug/ml 抗青霉素 抗其他 体细胞数/（个/ml）微生物特效 细菌总数/（cfu/ml） 芽孢总数/（cfu/ml） 耐热芽孢数/（cfu/ml） 嗜冷菌数/（cfu/ml） 指标 ≤16 -0.54~ -0.59 <0.004 ≤500000 ≤100000 ≤100 ≤10 ≤1000 通过体积分数为75%的酒精试验 我国轻工业部颁布标准对原料乳的质量有具体规定。原料乳送到加工厂时，须立即进行逐车逐批验收，以便按质核价和分别加工，这是保证产品质量的有效措施。

验收时，对原料乳进行嗅觉、味觉、外观、尘埃、温度、酒精、酸度、比重、脂肪率和细菌数等严格检验后进行分级。

原料乳的品质不良，对乳制品的风味、保藏性能等都有直接的影响。质量优良的原料乳具有新鲜乳的风味和特有的香气。通过酒精试验可以检查乳中蛋白质的稳定性。新鲜牛乳具有相当的稳定性，故能对酒精的作用表现出相对稳定。而不新鲜的牛乳其中蛋白质胶粒已经呈不稳定状态，当受到酒精的脱水作用时，则加速其聚沉。酒精试验与酒精浓度有关，一般以72%容量浓度的中性酒精与原料乳等量相混合摇匀，无凝块出现为标准。这时正常牛乳的滴定酸度不高于18oT，但是影响乳中蛋白质稳定性因素较多，如乳中钙盐增高时，在酒精试验中，会由于酪蛋白胶粒脱水失去溶剂化层，使钙盐容易和酪蛋白结合，形成酪蛋白酸钙沉淀。

通过酸度测定可鉴别原料乳的新鲜度，了解乳中微生物的污染状况。新鲜牛乳存放过久或贮存不当，乳中微生物繁殖使营养成分被分解，则乳中的酸度升高，酒精试验易出现凝块。

新鲜牛乳的滴定酸度为16—18oT。为了合理利用原料乳和保证乳制品质量，用于制造淡炼乳的原料乳，用75%酒精试验；用于制造甜炼乳的原料乳，用72%酒精试验；用于制造乳粉的原料乳，用68%酒精试验（酸度不得超过20oT）。酸度不超过22oT的原料乳尚可用于制造奶油，但其风味较差。酸度超过22oT的原料乳只能供制造工业用的干酪素、乳糖等。工厂里进行刃天青试验和美兰试验也是检查原料乳新鲜度的有效而可行的方法。

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随着乳品加工技术的发展，每天需要分析检验大量的样品，快速检验技术也有显著的进步。例如使用一种商品名称为BuTro—Print的盖勃法自动测定仪测定乳脂肪，每小时可测1000个样品，结果数据可自动印出。采用红外光谱牛乳分析仪（Intra Red Milk Analyser，简称IRMA），可以同时测定脂肪，蛋白质，乳糖和非脂乳固体，标准误差都在±0.039%内。英国使用的IRMA-Ⅱ型红外光谱牛乳分析仪，可自动进样，自动测定，自动记录，并可以同时测定脂肪，蛋白质，乳糖和非脂乳固体，亦可单独测定某一成分。例如测定脂肪只需20s，测定脂肪，蛋白质需27s，测定脂肪、蛋白质和乳糖需34s。

我国原料乳的生产现场检验以感官检验为主，辅助以部分理化检验，如比重测定、煮沸试验、酒精试验、掺假检验，一般不作微生物检验。若原料乳量大而对其质量有疑问者，可定量采样后在实验室中进一步检验其他理化及微生物指标。 二．原料乳的预处理

（一） 工艺过程

·原料乳的过滤 · 乳的净化 ·冷却 （二） 工艺描述

1) 原料乳的过滤 在乳牛挤奶时，乳容易被大量粪屑、饲料、垫草、牛毛和蚊蝇所污染，因此挤下的乳必须及时进行过滤。另外，凡是将乳从一个地方送到另一个地方，从一个工序送到另一个工序，或者由一个容器送到另一个容器时，都应进行过滤。过滤方法有常压（自然）过滤、吸滤（减压过滤）和加压过滤等。由于牛乳是一种胶体，因此多用滤孔比较粗的纱布、滤纸、金属稠或人造纤维等做过滤材料，并用吸滤或加压过滤等方法。

牛奶在打入受奶槽前常用的过滤方法是纱布过滤。将消毒纱布折成3~4层，结扎在输奶管末端。即可达到过滤的目的。纱布必须保持清洁，否则反会造成微生物的再次污染。因此，要求纱布的一个过滤面不能超过50Kg乳。使用后的纱布，应立即用温水清洗，并用0.5%的碱水洗涤，然后再用清水洗，最后煮沸10~20min杀菌，并放在清洁干燥处备用。

乳品厂简单的过滤是在受乳槽上装不锈钢制金属网加多层纱布进行粗滤，进一步的过滤可采用管道过滤器。管道过滤器可设在受乳槽与乳泵之间，与牛乳输送管道连在一起。中型乳品厂也可采用双筒牛乳过滤器。这种过滤器使用滤布，可达到进一步过滤的目的。一般双筒过滤器，每个筒可在连续过滤5000~10000升牛乳后清洗一次滤布，具体要视原料乳的杂质而定。一般连续生产都设有二个过滤器交替使用。

使用过滤器时，为加快过滤速度，含脂率在4%以上时，须把牛乳温度提高到40℃左右，但不能超过70℃；含脂率在4%以下时，应采取4—15℃的低温过滤，但要降低流速，不易加压过大。在正常操作情况下，过滤器进口与出口之间压力差应保持在6.86×104Pa(0.7Kg/cm2)以内。如果压力差过大，易使杂质通过滤层。

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2) 乳的净化 原料乳经过数次过滤后，虽然除去了大部分杂质，但乳中污染的很多极微小的细菌细胞和机械杂质、白血球及红血球等，不能用一般的过滤方法除去，需用离心式净乳机进一步净化。离心净乳机构造基本上与奶油分离机相似，分离钵具有较大的聚尘空间，杯盘上没有孔，上部没有分配杯盘。乳在分离钵内受强大离心力的作用，将大量的机械杂质留在分离钵内壁上，而乳被净化。

老式分离机操作时须定时停机、拆卸和排渣。新式分离机多能自动排渣。工作时，利用液压作用将分离钵底盘向上托起，使排渣孔关闭。当沉淀一定量的淤渣后，解除液压，放下底盘，使排渣孔开放，利用离心力排除沉渣。每次开启排渣时间约15s，然后自动关闭。根据乳中杂质的多少，可调节排渣口开启的频率。一般约为每60min开启排渣一次。自动排渣的结构可参见图16-3。大型乳品厂也采用三用分离机（奶油分离、净乳、标准化）来净乳。三用机应设在粗滤之后，冷却之前。

图16-3 净乳机自动排渣

1.水压进口 2.水压出口 3.排渣口 4.牛乳进口 5.转轴

3) 冷却 刚挤下的乳的温度约为36℃左右，是微生物繁殖最适宜的温度，如不及时冷却，混入乳中的微生物就迅速繁殖，使乳的酸度增高，凝固变质，风味变差。故新挤出的乳，经净化后须迅速冷却到4℃左右以抑制乳中微生物的繁殖。如乳中的微生物开始繁殖并产生酶类，尽管以后的冷却将阻止其继续发展，但牛乳质量已经下降。冷却对乳中微生物的抑制作用见表

表16-2 乳的冷却与乳中细菌数的关系（细菌数：个/ml）

贮存时间 冷却乳 未冷却乳

由上表看出，未冷却的乳其微生物增加迅速，而冷却乳则增加缓慢。6~12h微生物还有减少的趋势，这是因为乳中自身抗菌物质——乳烃素（拉克特宁，Lactenin）使细菌的繁育受到抑制。这种物质抗菌特性持续时间的长短，与原料乳温度的高低和细菌污染程度有关。如表16-3所示

表16-3 乳温与抗菌素抗菌作用的关系

乳温（℃） 37 30 25 10 5 0 -10 -25 抗菌期（h） 2 3 6 24 36 40 240 720 从表16-3中可看出，新挤出的乳迅速冷却到低温可以使抗菌特性保持较长时间。另外，原料乳污染越严重，抗菌作用时间越短。例如，乳温10℃时，挤乳时严格执行卫生制度的乳样，其抗菌期

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刚挤出的乳 11500 11500

3h 11500 18500

6h 8000 102000

12h 7800 114000

24h 62000 1300000

是未严格执行卫生制度乳样的2倍。因此，挤乳时严格遵守卫生制度，刚挤出的乳迅速冷却，是保证鲜乳较长时间保持新鲜度的必要条件。

如果原料乳不在低温下贮存，超过抗菌期后，微生物迅速繁殖。如原料乳贮存12h，冬季在13℃下其细菌数增加2倍，春季13℃下增加6.3倍，而夏季末冷却乳菌数骤增了81倍，以至使乳变质。及时将乳冷却到10℃以下，大部分的微生物发育减弱。若在2~3℃下贮存，乳中微生物发育几乎停止。一般不马上加工的原料乳冷却到5℃以下。通常可以根据贮存时间的长短选择适宜的温度（如表16-5所示）。

表16-4 牛乳的贮存时间与冷却温度的关系

乳的贮存时间(h) 6~12 12~18 18~24 24~36 应冷却的温度(℃) 10~8 8~6 6~5 5~4

目前，大多数乳品厂都用板式热交换器（图16-4）对乳进行冷却。板式热交换器克服了表面冷却器因乳液暴露于空气而容易受污染的特点。同时因乳以薄膜形式进行热交换，因此热交换率高，用冷盐水做冷媒时，可使乳温迅速降到4℃左右。

图16-4 板式热交换器

1.传热板 2.导杆 3.前支架（固定板） 4.后支架 5.压紧板 6.压紧螺杆 7.板框橡胶垫圈

8.接管 9上角孔 10.分界板 11.圆橡胶垫圈 12.下脚孔 13.14.15.连接管

三．原料乳的贮存

为了保证工厂连续生产的需要，必须有一定的原料乳贮存量。一般工厂总的贮乳量应不少于1d的处理量。贮存原料乳的设备，要有良好的绝热保温措施，要求贮乳经24h温度升高不超过2-3 ℃, 并配有适当的搅拌机构，定时搅拌乳液，防止乳脂肪上浮而造成分布不均匀。

（一）贮乳罐 贮乳罐设备采用不锈钢材料，同时配有不同容量的贮乳罐以保证贮乳时每一缸能尽量装满。牛乳贮罐装乳能力一般为5t，10t或30t,现代化大规模乳品厂的贮乳罐可达100t。 10 t以下的贮藏罐多装于室内，为立式或卧式，大罐多装于室外，带保温层和防雨层，均为立式。

鲜乳贮存中，贮乳罐的隔热尤为重要。我国标准规定将水置于具有50.8mm厚度保温层的贮乳罐中，在水温与罐外温差为16.6℃的情况下，18h后水温的上升必须控制在 16℃以下。此外，还规定如在4.5℃保存时，24 h内搅拌20min，脂肪率的变化在0.1%以下。

贮乳罐外边有绝缘层（保温层）或冷却夹层，以防止乳罐温度上升。贮罐要求保温性能良好，一般乳经过24h贮存后，乳温上升不得超过2~3℃。贮乳罐的结构如图16-5所示。罐中配有搅拌器、液位指示计、温度指示器、各种开口、不锈钢爬梯、视镜和灯孔、手孔或人孔。

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图16-5 贮乳罐

1.搅拌器 2.检查孔 3.温度计 4.低液位电极 5.气动式液位计 6.高液位电极

搅拌器使罐中乳脂肪分布均匀，否则长期静置时，脂肪球逐渐上浮，致使贮灌上部乳中脂肪含量较高，加工出的产品脂肪含量不均。此外，脂肪含量较高的乳，如果在泵送与加工过程中遭受较激烈的机械力，还易使部分脂肪球膜破裂而导致脂肪球集结行成奶油，在杀菌及罐装后漂浮于奶瓶的顶部，影响产品的质量。液位指示器主要指示乳的液位高低，防止乳装得太满而溢出，或乳被抽完后泵未停机，导致空气被泵抽入乳中。

（二）贮乳罐的使用 乳罐的总容量，应根据各厂每天牛乳总收纳量、收乳时间、运输时间及能力等因素决定。一般贮乳罐的总容量应为日收纳总量的2/3~1。而且每只贮乳罐的容量应与生产品种的班生产能力相适应。每班的处理量一般相当于两只贮乳罐的乳容量，否则将用多只贮乳罐，增加了调罐、清洗的工作量，会增加牛乳的损耗。

贮乳罐使用前应彻底清洗、杀菌，待冷却后贮入牛乳。每罐须放满，并加盖密封。如果装半罐，会加快乳温上升，不利于原料乳的贮存。贮存期间要开动搅拌机。 四 配料

配料工艺一般包括强化一定量的营养物质、调味型辅料和牛乳的标准化过程。 （一） 添加调味辅料及注意事项：

1．化稳定剂时，糖与稳定剂的比例大于4 ：1，利于稳定剂充分溶解，化开稳定剂（多为CMC），化完后要进行钢盆试验。

2． 如果需要加酸时，一定要把酸稀释50倍以上化开，加入时要缓慢加入（一般喷淋），料液温度尽可能的低（最好低于40℃）避免加酸絮凝，蛋白变性。

3．如果需要加香，加香一定要准确（因香精量少，故要小心控制）且边搅拌边加，加香后半小时进料，防止溶解不均匀，分散不开。在乳制品生产中，所使用的大多数为液态奶、脂溶性的，而且每种调味型产品都是使用多种香精调制而成，这样，既可以使口感悦人，又可以避免被其它厂家模仿。

4．调味奶一般不用脱气，以免使香精气味减弱。

5．加酸最好是柠檬酸和乳酸混合使用，柠檬酸酸味发尖，乳酸酸味有充口性，但多加有恶臭味；也可加苹果酸，有果味，但成本高，一般柠檬酸与乳酸比例为7 ：3。

6．营养强化剂：常使用的强化剂多为有机强化剂。 锌源：乳酸锌、葡萄糖酸锌、苹果酸锌、柠檬酸锌；

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钙源：乳酸钙、葡萄糖酸钙、苹果酸钙、柠檬酸钙、果酸钙、强力骨粉生物钙等等； 铁源：乳酸亚铁、EDTA铁钠、柠檬酸铁、焦磷酸铁钠、葡萄糖酸亚铁； 钾源：乳酸钾、苹果酸钾；

镁源：乳酸镁、葡萄糖酸镁、硫酸镁等等。 （二） 料乳的标准化

为了使产品符合要求，乳制品中脂肪与无脂干物质含量要求保持一定比例。但是原料乳中脂肪与无脂干物质的含量随乳牛品种、地区、季节和饲养管理等因素不同而有较大的差别。因此，必须调整原料乳中脂肪和无脂干物质之间的比例关系，使其符合制品的要求。一般把该过程称为标准化。如果原料乳中脂肪含量不足时，应添加稀奶油或分离一部分脱脂乳；当原料乳中脂肪含量过高时，则可添加脱脂乳或提取一部分稀奶油。标准化在贮乳缸的原料乳中进行或在标准化机中连续进行。

（三）标准化的原理 乳制品中脂肪与无脂干物质间的比值取决于标准化后乳中脂肪与无脂干物质之间的比值，而标准化后乳中的脂肪与无脂干物质之间的比值取决于原料乳中脂肪与无脂干物质之间的比例。若原料乳中脂肪与无脂干物质之间的比值不符合要求，则对其进行调整，使其比值符合要求。 若设：

F------原料乳中的含脂率(%); SNF-----原料乳中无脂干物质含量(%); F1-----标准化后乳中的含脂率(%);

SNF1-----标准化后乳中无脂干物质含量(%); F2-----乳制品中的含脂率(%);

SNF2-----乳制品中无脂干物质含量(%); 则：

F 调整 F1 F2 = SNF SNF1 SNF2 （四）标准化的步骤 在生产上通常用比较简便的皮尔逊法进行计算，其原理是设原料中的含脂率为F%，脱脂乳或稀奶油的含脂率为q%，按比例混合后乳（标准化乳）的含脂率为F1%，原料乳的数量为X， 脱脂乳或稀奶油量Y时，对脂肪进行物料衡算，则形成下列关系式：即：原料乳和稀奶油（或脱脂乳）的脂肪总量等于混合乳的脂肪总量。

FX+qY=F1(x+y)

则 X(F-F1)=Y(F1-q) 或 脱脂乳或稀奶油的量：

???F1?qF?F1

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Y=

F1SNF1F2SNF2F?F1F1?q?X

F2SNF2 ∵? ∴F1??SNF1

又因在标准化时添加的稀奶油（或脱脂乳）量很少，标准化后乳中干物质含量变化甚微，标准化后乳中的无脂干物质含量大约等于原料乳中无脂干物质含量，即：

∴ SNF1=SNF F1?F2SNF2?SNF

若F1＞F；则加稀奶油调整；若F1＜F，则加脱脂乳调整。

例：今有含脂率为3.5%，总干物质含量为12%的原料乳5000kg欲生产含脂率为28%的全脂奶粉，试计算进行标准化时，需加入多少公斤含脂率为35%的稀奶油或含脂率为0.1%的脱脂乳。

解:① ∵ F(%)=3 .5 ∴ SNF=12—3.5=8.5(%) 则SNF1=SNF=8.5(%) ② ∵ F2=28 ∴ SNF2=100—28=72(%) 根据

F1SNF1?F2SNF2得

F2SNF22872F1=SNF1×?8.5??3.3?%?

③ ∵ F1 ＜F 应加脱脂乳调整

根据皮尔逊法则： Y=

F?F1F1?qX?35-3.33.3-0.1?5000?312.5?kg?

即需要加脂肪含量为0.1%的脱脂乳312.5(kg)。

为了使计算更精确，可先计算脱脂乳及稀奶油的无脂干物质(SNF)，再按上述方法进行标准化。 ①脱脂乳中无脂干物质的计算 首先测定原料乳的含脂率及无脂干物质，然后按下式计算： 脱脂乳的无脂干物质(%)=

牛乳的无脂干物质（100牛乳的含脂率（%）SWF（%）?100??100%）100-F（%）

例：从含脂率3.4%，无脂干物质7.9%的原料乳分离脱脂乳。求该脱脂乳中的无脂干物质含量。 解：脱脂乳中无脂干物质(%)=

7.9100?3.4?100?8.18%

②稀奶油中的无脂干物质的计算 稀奶油的无脂干物质（%）=

100?稀奶油的含脂率（100%）?脱脂乳的无脂干物质（%）

即：

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SNF稀?100?F稀100?SNF脱

例：把含脂率为3.5%的原料乳分离，其脱脂乳中非脂乳固体含量为8.2%，含脂肪量为40%的稀奶油，稀奶油中非脂乳固体含量为多少？ 解：F稀?40

SNF脱?8.2100?40100

SNF稀??8.2?4.9%故稀奶油中的非脂乳固体含量为4.9%。 五 巴氏杀菌

随着UHT奶的出现，使得巴氏杀菌成为UHT奶前的一个必不可少的工序，因为国家标准中规定，用来做巴氏奶的牛奶细菌总数≤1000,000个/ml而用来做超高温奶的牛奶细菌总数≤500,000个/ml。灭菌是要求牛乳在加热处理后呈现无菌状态。但在灭菌过程中由于生牛乳中含有数量众多的细菌，即在所投入的原料乳中存在的微生物（尤为芽孢菌）达到一定的数量（如105或更多）时。则在灭菌过程中将不能充分杀灭这类细菌，如枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、腊样芽孢杆菌等。由于挤奶的条件，牛奶挤出后不能及时进行加工处理，很难控制原奶中的细菌总数，这样在进行超高温杀菌前必须经过巴氏杀菌。

（一） 巴氏杀菌的概念：

低温保持式杀菌法亦称低温长时间杀菌法，即巴氏杀菌法。“巴氏杀菌”一词是为纪念路易斯.巴斯得，他在19世纪中期，对微生物的热致死效果进行了重要的研究，并将热处理作为一项防腐技术。牛乳的巴氏杀菌是一种特定的热处理方式。它可以这样定义，“巴氏杀菌是能有效破坏结核杆菌(TB)，但对牛乳的物理和化学性质无明显影响的任何一种牛乳热处理方法。”

（二）巴氏杀菌的工艺流程

脱脂乳

牛奶

预热

脱气 奶油分离 稀奶油 杀菌

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均质 保温 预冷却 冷却 贮存

稀奶油贮罐

图16-6 巴氏杀菌工艺图

1.平衡槽 2.供料泵 3.脱气罐 4.流量控制器 5.均质机 6.稳压阀 7.密度传感器 8.流量传感器 9.调节阀 10.检样阀 11.截止阀 12.均质机 13.保温管 14.转向阀

15.板式换热器 16.增压泵 17.控制盘

图16-6为一种巴氏杀菌生产工艺示意图。原料乳先通过平衡槽1，由供料泵2送至板式热交换器15预热段预热后，通过脱气罐3脱除乳中的不凝性气体，然后经流量控制器4至分离机5进行奶油分离和标准化。其中稀奶油的脂肪含量可通过密度传感器7、流量传感器8、和调节阀9确定和保持稳定，而且为了在保证均质效果的条件下节省投资和能源，仅使稀奶油通过一个较小的均质机。均质的稀奶油与多余的脱脂乳混合，使物料中的脂肪含量稳定在3%，并由增压泵16送至板式换热器15的加热段和保温管13，使杀菌后的巴氏杀菌乳在杀菌机内保持正压。这样就避免了由于杀菌机的渗漏，导致冷却介质或未杀菌的物料污染杀菌后的巴氏杀菌乳。当杀菌温度低于设定值时，温感器将指示转向阀14转向，使物料回到平衡槽。巴氏杀菌后，合格的杀菌乳继续通过杀菌机热交换段与流入的未经处理的乳进行热交换，而本身被降温，然后继续到冷却段，用冷水和冰水冷却打入半成品罐。

巴氏杀菌的生产工艺因各国法规不同而有所差别，而且不同的乳品加工企业也有不同的规定。例如，脂肪的标准化可采取前标准化、后标准化或者直接标准化，均质可采用全部均质或部分均质。为了提高产品中干物质含量，脱除牛乳中不良气味，在巴氏杀菌工艺过程中，通常在杀菌保温后增加闪蒸工序。这样也可以省去均质前的脱气工艺。

（三） 闪蒸

闪蒸是近几年液体奶巴氏杀菌中较重要的一个工艺。随着人们对牛乳认识的不断提高，要求也越来越高。闪蒸就是满足了在不改变牛乳各种成分性质的前提下提高牛乳中干物质含量，增加牛奶的香气，并能脱除乳中的不良气味的要求，使人们对液体奶更容易接受。

由于季节变化引起的原料乳干物质数值波动可以通过闪蒸工艺的使用来调整到一个固定值。虽然添加奶粉，干物质含量也会提高，但在从鲜奶到奶粉的过程中，乳蛋白质会发生不同程度的变性，乳脂肪在储存过程中也发生氧化。最终会导致产品有不愉快的异味。

闪蒸工艺如图16-7所示，从杀菌器引出的高温牛奶，进入闪蒸器，由于牛奶温度高于闪蒸器的蒸发温度（可由真空泵、供料量等调整真空度大小，从而控制闪蒸温度），一部分显热迅速转变为蒸发过程中所需的潜热，结果牛奶在闪蒸器内瞬间蒸发，牛奶温度随之降低由出料泵打回杀菌器，而闪蒸出的水蒸汽进入冷凝器，被冷却水吸收，由冷却水泵打入板式换热器进行冷却，冷却后的水进入水罐进行再循环。

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图 16-7 闪蒸器

１．增加闪蒸工艺的必要性：

由于季节的差异，纯奶干物质含量的变化幅度较大，尤其是夏季，蛋白质、脂肪含量均低，口感稀薄。鉴于此，通过增加闪蒸工艺，调整不同真空度下的闪蒸，可以使由于季节变化引起的原料乳干物质数值的波动达到一个固定的值。保证全年产品品质的一致性。

２．闪蒸与添加全脂奶粉产品风味比较：

在从鲜奶到奶粉的过程中，乳蛋白会发生不同程度的变性，乳脂肪在储存过程中也发生氧化，添加到纯奶中，虽然干物质能有所提高，但是最终会有不愉快的异味。纯牛奶闪蒸后，不但可以提高干物质含量，而且水分是在低温下瞬间蒸发，不破坏牛奶中任何成分，同时整套设备操作性大，通过调整温度能使牛奶的干物质质量分数在0.2%~0.5%内任意提高。

闪蒸工艺增加后，产品纯度及口感、香味都大有改观，较以前更纯、更香。增加全脂奶粉后牛奶的干物质虽然提高，但是香味不是很纯正。所以，增加闪蒸工艺，以改善产品品质，满足消费者的需要，比较理想。 六 半成品贮存

为了防止杀菌后乳的二次污染，对半成品或成品的贮存都采用无菌罐设备，如图16-8所示。在UHT线上，无菌罐可有不同的用途，但这要取决于设备的设计以及生产和包装线的不同单元的生产能力。

图16-8带有附属设备的无菌罐

?如果超高温杀菌机或包装机中有一台停机，无菌罐用于照应停机期间的剩余产品。

?两种不同工艺的产品同时杀菌或包装，首先将一个产品贮满无菌罐，足以保证整批生产，随后设备转换生产另一种产品并直接灭菌或灌装。

这样，在生产线上有一个或多个无菌罐为生产计划安排提供了灵活的空间。 七． 超高温灭菌

（一） 工艺流程

市场上有两种主要类型的UHT系统

1．以板式换热器和蒸汽注射为基础的UHT设备

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图16-9 带有板式热交换器的直接蒸汽喷射加热的UHT生产线

在图16-9的流程图上，如牛乳平衡槽（1a）提供的大约4℃的产品通过供料泵（2）流至板式热交换器（3）的预热段，在预热至80℃时，产品经加压泵（4）加压至约4巴，并继续流动至环行喷嘴蒸汽注射器（5），蒸汽注入产品中，迅速将产品温度提升至140℃（4巴的压力预防产品沸腾）。产品在UHT温度下于保持管中（6）保温几秒钟，随后闪蒸冷却。

闪蒸冷却在装有冷凝器的蒸发室（7）中进行，由真空泵（8）保持蒸发室部分真空状态，控制真空度，保证闪蒸出的蒸汽量等于蒸汽最早注入产品的量。一台离心泵将UHT处理后的产品送入二段无菌均质机（10）中。

由板式热交换器（3）将均质后的产品冷却至约20℃，并直接连续送至无菌灌装机灌装或一个无菌罐进行中间贮存以待灌装。

冷凝所需冷水循环由水平衡槽（1b）提供，并在离开蒸发室（7）后作经蒸汽加热器加热后预热介质。在预热中水温降至约11℃，这样，此水可用作冷却剂，冷却从均质机流回的产品。 在生产中一旦出现温度降低，产品经过一个附加冷却段后流至夹套缸，系统自动被水充满，随设备被水漂洗后，在再次开始生产之前系统进行完全清洗（CIP）灭菌。

带有板式热交换器的间接蒸汽喷射加热的UHT生产线与直接式的相似，此处就不做具体介绍。 2.以管式热交换器为基础的UHT设备

当要处理的产品为含有或不含有颗粒或纤维的低中粘度产品时，要变换以上的设计，即将板式热交换器换为管式热交换器。管式热交换器由一些管集束成模件，串联或并联连接，形成一完整的最佳系统，以完成加热或冷却的任务。这一系统也可完成分散加热任务。图16-10为以管式热交换器为基础的间接UHT系统实物图（以管式热交换器为基础的直接UHT系统与间接式的相似，此处也不做具体介绍）；图16-11为超高温灭菌原理图

图16-10 以管式热交换器为基础的间接UHT系统实物图

图16-11 超高温灭菌原理图

1产品供应罐（此图未画出），2.产品阀 V13，3.产品平衡罐，包括一个液位控制器（A在产品泵入口以上保持恒定液位、B在泵之后保持阻尼波动流动 、C在输入的 产品中消除气泡），4.产品

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泵 M2、，5.旁路正反馈阀V20（在设备灭菌期间，为使消毒水不致冷却下来，此阀处于工作状态），、6.正反馈区域（产品被正反馈预热，输出的产品被连续冷却下来），7.压力泵M3、液流调节器FC54（产品和控制压力共同流入同步室），8.旁路阀 V51（在低温最终清洗时增加产品流动，用V51工作的方式使液流调节阀FC54旁路），9.加热器（产品被加热到杀菌温度），10.同步管（产品被冷却下来前通过的一个管道，该管的长度要足以保持4秒的灭菌温度再冷却），11.冷却器—THE（在同步管之后产品被冷却下来），12.压力控制阀 V78（在生产期间，在同步管内的计数器压力最小4巴）， 13.附加冷却器（降低回流产品的温度，设备灭菌期间，产品流内的水被冷却，以防产品平衡罐内的产品沸腾），14.压力控制阀 V74（设备杀菌期间计数器压力为4巴，生产期间计数器压力为1巴）， 15.返回阀 V75（生产期间使回流产品溢出和填充或排空期间排出），16.摆动弯头—排出/抑制（在填充/排空末端顺序手动），17.清洗剂泵 M12（碱液）/M13（酸液）（在清洗期间使清洗剂注入设备）， 18.水阀V14（设备冲洗期间工作），19.填充阀 V15.2（填充产品供应线期间工作，为手动蝶阀）， 20.清洗阀 V15.1（产品供应线最终清洗期间工作，为手动蝶阀），21.热水流平衡罐（热水流循环通过平衡罐，当液面太低时，冷水加在其顶部），22.热水流循环泵M9 ，23.阀V61（设备杀菌期间改变热水流动方向），24.蒸汽喷射器（蒸汽被喷射到热水流中，直接加热产品流中的产品），25..热水流冷却器V64（水在返回到热水流平衡罐之前被冷却，平衡罐温度保持在85℃），26.旁路阀V65（在低温最终清洗期间增加热水流动，通常热水流动被一个限定盘置定，由激活V65的方式使其旁路）， 27.V66（如果液位低于LSL66，填满热水平衡罐中的水位），28.控制板（指示工艺状态，监督工艺执行情况，控制自动化）。

半成品乳先通过平衡槽3，然后经泵M2送至正反馈区域6被正反馈预热，输出的产品被连续冷却下来，预热后乳通过V20进入加热器9加热到杀菌温度后马上进入同步管10保持4s，然后进入同步管后的冷却器III第一次冷却，同时，给杀菌用的水加热。经初步冷却的灭菌乳再通过正反馈区域I，被半成品乳第二次冷却后，经过冷却器冷却至灌装温度。灌装溢出的剩余乳经冷却器IV冷却至4~8℃后通过V75返回到平衡槽，重新进入下一个循环。

说明： 在不同的利乐热无菌设备上相应的泵或阀使用同样的位置号，即意味着M2总是在平衡罐后的产品泵。

（二） 工艺描述

本章给出本设备较容易的、便于理解的描述。用流程图的功能方式描述，给出可接受的、清楚的图形，可能不包括所有的详细资料，该设备设计用于直接填充的包装机械。

实际生产的工艺循环可划分为下面几个阶段：

?设备杀菌 ? 产品 ? 无菌中间清洗 ? 停止 ?最终清洗 每一阶段又划分为几个步骤,如图16-12所示.。

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阶 段

工 艺 循 环 设 备 杀 菌 产 品 无菌中间清洗 停 止 清 洗 步 骤

图16-12 工艺描述图

A． 设备杀菌

图16-13 设备加热/杀菌状态

如图16-13 所示，设备加热/杀菌的用途是在生产之前创建产品流的无菌部分。无菌部分由同步管及其后部设备直到包装机的管道组成。杀菌由循环热水在压力下通过产品流30分钟来完成。所要求的压力由控制阀V74保持，无菌流部分的温度在杀菌期间保持在预置的杀菌温度，杀菌之后，设备分布冷却到根据流程图给出的生产温度，同步管内的温度保持在杀菌温度。

设备杀菌包括以下步骤:

?加热 ? 杀菌 ? 冷却2 ? 冷却3 ? 稳定 ?消毒水 a． 加热

如图16-13所示：

产品平衡罐和产品线由阀V14注水，产品平衡罐的液位由一个浮筒控制。 阀V75工作，水循环通过设备产品流直接由热水流加热。

阀V20工作，旁路正反馈，阀V61工作以防同步室后的在冷却器内的产品流冷却下来。 阀V64工作，控制返回到水平衡罐内的热水温度。

当预置温度达到发射器TT42和TT71的温度时，杀菌定时器启动。 b.杀菌

在杀菌期间，在无菌部件内的温度保持在杀菌温度。杀菌时间由定时器控制，通常预置为30分钟。如果温度落到同步管后面的TT42或包装机返回管的TT71预定的值，定时器自动重置并重新启动。此时又重新达到置定值。

c.冷却

生产前，同步管后部和来自包装及通向包装的产品管道必须冷却到生产温度。至此，仅仅是同

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步管后部(TT42)的温度被监测，冷却期间由定时器控制，冷却分为冷却2和冷却3两步。

冷却2

图16-14 设备冷却2状态

如图16-14所示：

a)阀V75停止工作，由产品一边的温水直接进入排水管 b)由阀V14重新注入冷水

c)阀V64变换冷却温度到一个较低的值

d)阀V61停止工作，让水循环通过同步管后的冷却器，以便冷却同步管产品流中的水，同步管中仍保持杀菌温度。

冷却3

图16-15 设备冷却3状态

如图16-15所示：

阀V20停止工作,在正反馈部分的热水被净化。用于附加冷却的冷却水进入。 d.稳定

温度稳定步骤 阀V64改变冷却温度到正常值 e.消毒水

图16-16 设备消毒水状态

如图16-16所示：

a)阀V78工作，保持同步管内的所需要的压力。最底为4巴。阀V74释放压力。 b)消毒水循环通过产品流。

设备此时准备接收产品，设备可以保持在本步骤，消毒水可用于任何需要的时间长度，以等待灌装机准备取样。

B．生产

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?填充产品供应管

?排空水平衡罐，等待低液位

?由平衡罐填充产品到设备中，产品排出水到排水管 ?产品填充到次品 ?生产

?排空产品到次品，水推动产品到次品罐 ?排空到排出管 a． 填充产品供应管

产品供应罐和平衡罐之间的管道由操作器（工作的产品供应泵和处理阀V15.2）充满产品。设备如图16-16状态

b．排空平衡罐

当产品开始送进到设备时，阀V14关闭在产品流中的水。泵M2排空平衡罐。阀V75排放产品流中的水到排出管。阀V74改变计数器压力到一个恒定的压力。大约1巴，这是灌装机所要求的压力。设备如图16-17状态

c． 产品填充

图16-17 设备填充产品状态

如图16-17所示：

当平衡罐内液位到达低液位时，阀V13对产品打开，产品用推送水到排出管的方式取代水，产品填充到次品罐。当水/产品的混合物由V75到达排出管，操作者打开摆动弯头到次品罐。

d．准备生产

图16-18 设备准备生产状态

如图16-18所示：

当产品线只包含产品时，定时器工作，阀V75重新驱动流体到平衡罐以使再循环，此时设备准备生产，给灌装机发出信号。

e.生产

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图16-19 设备生产状态

如图16-19所示：

当生产时产品直接到灌装机，少量剩余的产品流体由阀V75送回到平衡罐。为了保持灌装机的要求的恒定的送进压力，对于阀V74，回流是必需的。如果灌装机发生停止，就有可能使消毒水回流。回流阶段，消毒水取代产品。如果供应给设备的产品失败，设备自动回流为消毒水。为保证将来阶段的生产，要求完全清洗(CIP)，无菌中间清洗(AIC)可以直接安排到生产阶段，参见分离描述。

f.排空产品到次品罐

图16-20 设备排空产品到次品罐状态

如图16-20所示：

当开始排空时（由操作者或由故障引起），产品供给到设备被停止。产品泵M2依旧运转，而且平衡罐液位下降。当平衡罐达到低液注位时，水阀V14打开，产品从设备中流出。

g.排空到排出管

图16-21 设备排空产品到排出管状态

如图16-21所示：

当产品/水混合物从V 75到达次品罐，操作者转动摆动弯头到排出管 C.无菌中间清洗（AIC）

AIC的用途是在作最终清洗(CIP)之前确保下一阶段生产而进行的。在生产中无菌中间清洗是非常有益的。当设备长时间运转，无论何时需要除掉生产系统中的沉积，而又不破坏无菌条件时都可以进行一次30分钟的AIC。设备在AIC之后不必重新灭菌，这一方法节省了停机时间并使生产时间延长。

在AIC期间，同步管内的温度保持在杀菌温度，这意味着设备的无菌部分仍保持杀菌状态。在消毒水或生产期间，AIC由一个来自操作者的命令开始。如果从生产阶段安排，产品被消毒水置换，消毒水在进入清洗阶段被热水冲洗而流动。

AIC包括下列步骤：

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?苛性碱剂量 ?苛性碱循环 ?BTD排空 ?冲洗 ?酸剂量 ?BTD排空 ?冲洗 当清洗程序完成，设备进入消毒水。

D．最终清洗(CIP)。

在生产之后通常应立刻执行最终清洗，另外由于故障实施停止后也应尽可能立刻最终清洗。完全的CIP顺序没有AFM清洗时大约用120分钟。每次AFM清洗在这个时间上加上25分钟。如果CIP从生产阶段安排，在CIP开始前，产品首先被消毒水置换。

CIP程序包括下列步骤： *工艺设备的苛性碱清洗

?冲洗 ?苛性碱剂量 ?苛性碱循环 ，高温产品流动 ?BTD排空 *工艺设备的酸洗（可选）

?冲洗 ?酸剂量 ?酸循环，低温—高流动 ? BTD排空 *工艺设备的苛性碱和酸清洗（如果选择的话，还有AFM） ?冲洗 ?可行碱剂量 ?苛性碱循环 ，低温—高流动 ?BTD排空 ?冲洗 ?酸剂量 ?酸循环，低温—高流动 ? BTD排空 ?冲洗

随着蒸汽和阀V75关闭（在排空管位置），冷水冲洗10分钟，当清洗程序完成，设备进入初始位置。

八． 保温试验

在UHT奶生产过程中，要选取一定数量具有代表性的样品送到保温室进行保温试验。理论上，选取样品的量越多，测验的结果就越接近真实值，但多选的同时也增大了化验量，全选也是不可能的。在所选取的样品送到保温室前一定要标明随机样或目的样。

UHT奶样品一般分为目的样和随机样：

1． 目的样：在最易发生坏包的时段内有意选取的样品。

选取原则： 开机样 20包；换包材样 6包；换PP条样 10包； 暂停样 10包；暂开样20包；停机样10包。目的样不作为放行的标准。如果目的样的前几包出现问题而后几包正常，则一般可以不进行抽检；如果前几包正常，而后几包出现问题，则一般在该时段内抽取150包进行复检。

2． 随机样：在正常生产中所选取的样品。

选取原则：利乐砖 2包/4分钟；利乐枕 2包/6分钟。每批次（8~8.5小时）选够240包。随机样坏包抽取数量如图16-22所示：

30min

100 200 300 200 100

×

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图16-22 随机样坏包示意图

在坏包的时段内抽取300包，而在相邻的时段内分别抽取200包、100包进行复检，如果复检仍有问题，则此批产品将不能投放市场，必须及时销毁；如果没有问题或几乎没有问题，则可以投放市场进行分销。

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图16-22 随机样坏包示意图

在坏包的时段内抽取300包，而在相邻的时段内分别抽取200包、100包进行复检，如果复检仍有问题，则此批产品将不能投放市场，必须及时销毁；如果没有问题或几乎没有问题，则可以投放市场进行分销。

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