第二章　乳粉理化特性与加工工艺

第一节　乳粉的物理性质

乳粉是一种在非结晶的乳糖的连续相中分散着蛋白质、脂肪、空气、水分等的粉末状产品。

一、乳粉的感官性质

乳粉因其独特的组成而具有特定的色泽、滋味和气味以及组织状态等感官性质。

1.乳粉的色泽

全脂乳粉和脱脂乳粉通常呈均匀一致的乳黄色。如果生产乳粉时使用经加碱中和或酸度高的原料乳时，生产出来的乳粉颜色呈深黄色或黄褐色；如生产喷雾干燥乳粉时湿度过高、时间过长以及喷雾后长时间在高温下存放也会使乳粉的颜色变褐。全脂乳粉的水分含量超过5％，保藏湿度在37℃以上时，乳粉就容易褐变。

贮存过程中，影响乳粉色泽变化的因素主要包括乳粉的含水量、保存时间的长短、保存温度、环境湿度以及乳粉中脂肪酸的含量及组成等。乳粉在贮存中颜色变深变暗，主要是由于以上因素影响所致的。

乳粉的色泽可以通过与一系列标准色斑对照来测定。还有一种更精确的方法是利用色度仪测定乳粉的颜色/白度，例如HunterLab颜色测定仪可测定三个颜色参数——L*、a*、b*值，其中L*表示明度，L*=0表示黑色，L*=100表示白色，a*、b*为色度坐标，组成的色度平面是一个圆，表示不同的色彩方向。a*表示红-绿方向，+a*方向越向圆周，颜色越接近纯红色，-a*方向越向外，颜色越接近纯绿色。b*表示黄-蓝方向，+b*方向是黄色增加，-b*方向蓝色增加。两个按L*、a*、b*标定的颜色，两者之间的总体色差可用ΔE表示。

ΔE=［（ΔL*）²+（Δa*）²+（Δb*）²］^1/2

式中，；；。

当ΔL^*>0时，说明测试样（T）比参考样（R）浅，明度高，反之则低；当Δa*>0时，说明测试样（T）比参考样（R）偏红，反之则偏绿；当Δb*>0时，说明测试样（T）比参考样（R）偏黄，反之则偏蓝；ΔE越大则表示所测样品与参照样的颜色差异越大。色差ΔE的单位为NBS（National Bureau of Standards Unit，美国国家标准局缩写，ΔE=1即称为1个NBS色差单位），1个NBS单位相当于视觉识别阈值的5倍，表示一般目光能辨别的很微小颜色间的差别。表2-1列出了色差NBS单位与视觉感受值的对应关系。

2.乳粉的滋味和气味

正常的乳粉通常有纯正的乳香味，而没有任何异味或污染味。乳粉自然柔和的风味使它们在各种产品中广泛应用。在加工处理的过程中，乳粉中的蛋白质和脂肪可以产生风味，尤其是受热会导致一系列不同的风味产生。高热条件下风味的形成对一些产品是有益的（比如糖果、面包等）。如果乳粉在生产或贮存过程中处理不当，容易产生异味，降低乳粉的品质。引起乳粉滋味、气味异常的主要因素有以下几种。

①乳粉中残留有来自牛乳的脂肪酶，水解乳粉中的脂肪而产生脂肪酸败味。防止办法是在生产时提高热处理的温度，目前乳粉多采用高温杀菌工艺，故此缺陷现已很少出现。

②乳粉中的不饱和脂肪酸因受氧、光线、重金属（尤其是铜）、酶等影响而氧化产生脂肪氧化味。因此，乳粉贮存时应选择放置在避光、阴凉、干燥处密封保存，并避免乳粉与金属器皿直接接触。

③乳粉因贮存环境湿度过高而受潮或开启包装后未密封，而产生陈腐气味。因此乳粉贮存时应防止受潮，开启包装后应尽可能挤出空气扎紧，以免水分进入。

④乳粉因水分含量偏高，细菌繁殖而引起乳粉变质。在正常含水量时，细菌在乳粉中不会繁殖，反而会随时间的延长而下降，但当乳粉含水量超过5％时，细菌将会生长并引起细菌性变质，因此，乳粉开启后不宜放置时间过长，以免受潮过量乃至变质。

3.乳粉的组织状态

正常乳粉的组织状态为干燥均匀的粉末，状态松散、流动性良好，无肉眼可见的杂质。乳粉组织状态变差的主要表现为结块。

乳粉具有很强的吸湿性，这主要与乳粉中含有的乳糖及其结构有关。乳糖是乳粉的主要成分之一，不同的产品含量亦不同，全脂乳粉中含有38％左右的乳糖，脱脂乳粉含有50％左右的乳糖，全脂甜乳粉含有30％左右的乳糖，婴幼儿配方乳粉中含有55％左右的乳糖。乳粉中的乳糖呈非结晶的玻璃态，非结晶状态的乳糖具有很强的吸湿性，吸湿后则生成含1分子结晶水的结晶乳糖，从而导致乳粉吸水结块。因此，如果乳粉贮存在潮湿的环境中或密封不严则容易吸湿而结块。

二、乳粉的颗粒结构

乳粉颗粒大小与形状，因制造方法、操作方法的不同而不同。不同干燥方法生产的乳粉颗粒从外观上即能看出不同。

一般用滚筒法生产的乳粉呈不规则的片状，不含有气泡，溶于水后不能完全溶解，溶液中仍然存在不溶性的乳粉颗粒。利用光学显微镜观察乳粉的颗粒，发现滚筒干燥法生产的乳粉颗粒为表面褶皱、粗糙边缘带有棱角的薄片，在颗粒内看不到空气孔及乳糖结晶；颗粒的大小依乳粉被粉碎的程度不同而不同，薄层的厚度受到生产时进料液膜厚度的影响。喷雾干燥法生产的乳粉颗粒，由光学显微镜观察发现，离心法制造的乳粉较压力式的更呈球状，颗粒中含有较多的空气，一般颗粒密度也比较小。

这是因为，喷雾法生产的乳粉由于在干燥塔内周围空气温度较高使得颗粒中空气和水蒸气体积膨胀，乳粉颗粒内部压力增大，最终使颗粒膨胀成表面光滑的圆球状（见图2-1），颗粒内部则形成很多孔洞（见图2-2）。当干燥塔内周围空气的温度足够高时，乳粉颗粒继续膨胀甚至破裂，或在颗粒表面形成厚度约1μm的硬壳，因而容易在旋风分离器或粉末输送系统中被破碎（见图2-3）。当进料时浓乳中的空气含量较低且干燥条件较温和时（二段干燥工艺），浓乳液滴在关键干燥阶段（含水量从30％降至10％）呈现出连续收缩，而不会产生圆球状的硬壳结构（见图2-4）。所以，乳粉颗粒的形状与进料时浓乳中的空气含量、喷雾干燥的工艺条件等因素有关。

1.乳粉中的气泡

滚筒干燥法生产的乳粉颗粒中不含有空气。喷雾干燥在雾化的过程中，一些空气会被包裹于奶滴中，因此，喷雾干燥的乳粉一般均含有气泡，气泡大小不一致。空气量少时存在于颗粒的脂肪与水分中，空气量较大时气孔存在于颗粒的中心部位。气孔特别大时，固体物形成薄壳；空气量特别少时，形成多数小孔。在非附聚的乳粉中，大的颗粒中的平均气泡体积大。

当采用离心喷雾时，一般每个液滴中产生10～100个空气泡；当采用压力喷雾时，气泡数量大大减少，一般为0～1个/液滴（见图2-5）。在干燥过程中水蒸气进入气泡使其膨胀。干燥温度升高，膨胀加大，使空气泡体积增大。在较高的温度下干燥，乳粉颗粒破裂，使空气泡与周围空气接触。不同雾化和干燥条件下，乳粉颗粒中的空气泡体积及乳粉中存留的空气量见图2-6。

空气泡的体积很大程度上取决于浓乳的固形物含量，这主要是因为固形物会影响浓乳的黏度。在较高的雾化温度下（主要与进风温度有关），浓乳的黏度低是造成空气泡体积多的部分原因。

气泡的形状因制造方法、原料乳种类和浓缩程度而异，尤其以浓缩程度影响最大。一般不经过浓缩而直接喷雾干燥的乳粉中气泡最多，随着浓缩程度的加大，成品中气泡含量相应减少。至于原料的种类也有影响，例如用脱脂乳制成的乳粉比全脂乳粉气泡多。这可能是由于脂肪起一种溶泡作用之故。

一般的乳粉含空气9％～18％（体积分数），颗粒之间含空气43％～45％（体积分数）。乳粉中含空气的体积分数为：对于全脂乳粉，压力式喷雾干燥乳粉为4％～5.5％，离心式喷雾干燥乳粉为13.5％～19.5％；对于脱脂乳粉，压力式喷雾干燥乳粉为13％，离心式喷雾干燥乳粉为35％。

在贮存期间，乳粉颗粒中所含有的氧气对脂肪的氧化有很大的影响。乳粉颗粒中气泡越多，乳粉颗粒中所含的氧气也就越多，乳粉越容易氧化变质，故气泡对乳粉的保藏性影响很大。喷雾干燥乳粉在真空状态下颗粒中的空气会慢慢由颗粒的孔隙间扩散开来，这种现象称为脱气现象。滚筒干燥乳粉不含有空气，所以无脱气现象。压力喷雾乳粉脱气较快，离心喷雾乳粉脱气慢。虽然在真空条件下乳粉颗粒会出现脱气现象，但是仍然会有若干空气残留在颗粒内。这是由于玻璃状乳糖对气体的透过性极低所致的。如果减少颗粒周围的空气（灌装并抽真空），氧气由颗粒内气体扩散，直至颗粒内外氧气浓度达到平衡。氧气浓度与时间在对数坐标纸上有逆相关的关系。

2.乳粉颗粒的粒径

乳粉的许多重要特性是由乳粉颗粒的平均粒径及粒度分布等参数所决定的。一般来说，乳粉颗粒可以看作是一种分散体系，其连续相是由无定形乳糖和其他低相对分子质量的物质所构成的，其分散相是由脂肪球、酪蛋白胶粒及乳清蛋白分子所构成的。乳粉颗粒的直径一般为20～60μm，分布较广。经过附聚的乳粉颗粒较大，可达1mm，呈不规则状，这样的乳粉颗粒中很少有直径低于10μm的单一小颗粒。

乳粉颗粒的粒径与浓乳液滴的直径有重要关系，浓乳液滴直径越大，乳粉颗粒直径通常也会越大。对于离心雾化，浓乳液滴的平均直径可表示为：

式中　Q——进料速度，m³/s；

η——浓乳黏度，Pa·s；

ρ——浓乳密度，kg/m³；

n——离心转速，r/s；

R——离心圆盘直径，m；

C——常数，与离心圆盘结构有关。

如果浓乳中固形物含量较高并在较低温度下雾化，则平均颗粒较大，固形物浓度和温度都会影响浓乳黏度。有时在较高温度下由于浓乳老化变稠，浓乳黏度η会迅速增大。当浓乳干物质至30％时，随固形物含量增高，乳粉颗粒变小，这是由于浓乳浓度低时进行雾化，乳粉颗粒中空气泡体积较多。当浓乳浓度超过30％时，随固形物含量增加，乳粉粒径也增大（见图2-7）。

对于压力雾化，浓乳黏度较大时，乳粉粒径分布较广。此时浓乳液滴的平均直径可表示为：

式中　Q——进料速度，m³/s；

η——浓乳黏度，Pa·s；

P——喷雾压力，Pa；

C——常数，与喷嘴结构有关。

（1）平均粒径

颗粒的大小是决定乳粉其他性质的最基本的性质之一。由于颗粒的形态不规则，各方向的长度不同，很难像球体、立方体等规则颗粒以特征长度表示其大小，如球的直径，立方体的边长等。对于一个不规则颗粒，不同的粒径测定方法具有不同的物理意义，测定值也一样。

粒径的表示方法有许多种，包括几何学粒径、筛分径、有效径、比表面积等价径等。对于一定量的样品，通常以平均粒径来表示其粒径的大小。平均粒径可由前面所述具有代表性的粒径的平均值求得。各种平均粒径及其计算公式见表2-2。

在乳粉行业中较常用的平均径为中位径，也叫中值径，在累积分布中累积值正好为50％所对应的粒子径，常用D₅₀表示。

（2）乳粉颗粒的粒度分布

粒度分布是指在不同粒径范围内所含有的粒子所占的比例，通常以粒子体积所占的比例或以粒子重量所占的比例表示。粒度分布的表示方式有列表法、作图法、函数法等。列表法是将粒度分析得到的数据和由此计算的数据列成表格，粒级对应相应的百分含量，通过列表能表示出各粒级的分布情况，可找出主导粒级、平均粒度和指定粒度的平均含量，但当数据量大时，列表麻烦及数据不连续，不能立刻从列表中读出列出的数据。作图法包括频率分布与累积分布，能更直观地反映出各级粒度的变化及主导级别等情况，在表征粒度分布范围内，任意尺寸颗粒的相对分布频率，可反映任意某一级粒级颗粒的相对含量。函数法运用数学模型——粒度分布方程（粒度特性方程）来描述粒度分布规律。粒度分布方程有利于进行统计分析、数学计算和运用计算机进行更复杂的运算。粒度分布方程不仅能表示粒度分布情况，而且通过解析法可求出颗粒的平均直径、比表面积和单位质量颗粒数等参数。目前粒度分布方程一般均为经验式，若函数类型选择拟合不当会引起较大的误差。

频率分布表示各个粒径相对应的颗粒占全部颗粒群中的含量百分量（微分型）；累积分布表示小于（或大于）某粒径的颗粒占全部颗粒群中的含量百分量（积分型）。百分含量基准可用数量基准、质量基准、面积基准、体积基准、长度基准等表示。测定基准不同，粒度分布曲线大不一样，表示粒度分布时必须注明测定基准。不同基准的粒度分布理论上可以互相换算。在粉体处理过程中，实际应用较多的是质量基准分布、体积基准分布和数量基准分布。频率分布与累积分布可用方块图或曲线表示，此种形式表示粒度分布比较直观，如图2-8所示。

用筛分法测定累积分布时，小于某筛孔直径的累积分布叫筛下分布，大于某筛孔直径的累积分布叫筛上分布。筛上累积分布函数F（x）和筛下累积分布函数R（x）与频率分布函数f（x）之间的关系式如下：

不同喷雾方法生产出的乳粉具有不同的粒度分布。压力式喷雾干燥的乳粉较离心式的颗粒小，但是颗粒大小与浓缩乳的浓度有密切关系。也就是说乳粉颗粒受浓缩乳浓度的影响比受喷雾方式的影响还要大。乳粉颗粒的大小及粒度分布还与乳粉的组成有关。本实验是通过激光粒度测定仪对全脂乳粉和脱脂乳粉的粒度分布进行了测定，其中图2-9是粒度的体积频率分布图，图2-10是粒度的数量频率分布图，从图2-9体积频率分布图中可以看出两者粒径大小的明显差异［全脂乳粉的D_v（50）为199μm，脱脂乳粉的D_v（50）为124μm］，从图2-10数量频率分布图中可以看出两种乳粉中大粒径颗粒和小粒径颗粒的数量分布情况［全脂乳粉的D_n（50）为40μm，脱脂乳粉的D_n（50）为9μm］。总体来说，脱脂乳粉颗粒的粒径比全脂乳粉的粒径要小，且脱脂乳粉的粒径范围分布更广，比全脂乳粉含有更多的小粒径细粉。

（3）粒径的测量方法

颗粒粒径测定的方法有很多种，并且不断有新的颗粒粒径测量方法和测量仪器被研究成功。传统的乳粉颗粒测量方法有筛分法、显微镜法等，近年来发展的方法有激光衍射法以及在显微镜法基础上发展的计算机图像分析技术等。

①筛分法。筛分法是应用最早、最广泛的一种粒径测定方法，属于统计学方法。测量时将一系列的标准筛按孔径大小顺序自上向下排列，将一定量的乳粉样品置于最上层，在一定的振动频率下振动一定的时间，再称量各个筛号上的乳粉重量，得出各筛号上不同粒径的百分数，结果为不同粒径的重量分布。

当颗粒通过粗筛网且被截留在细筛网时，粗细筛孔直径的算术平均值或几何平均值称为筛分径，记作D_A。算数平均径是D_A=（a+b）/2，几何平均径是D_A=（ab）^1/2，其中，a为颗粒通过的粗筛网直径；b为颗粒被截留的细筛网直径。也可以表示粒径范围，即（-a+b），表示粒径小于a，大于b。如将某乳粉的粒度表示为（-400+300）μm时，表明乳粉颗粒小于400μm，大于300μm，算术平均径为350μm。

筛分法具有设备简单、操作容易、统计量大、代表性强等优点，适于测量粒度为30μm以上的颗粒，但筛分法测量速度较慢、受人为因素影响大、重复性较差。筛分法有一个较大的缺点，就是在筛分操作过程中，颗粒有可能破损或断裂，因此，筛分法测定非规则颗粒时的误差较大，且不适合测定长形针状或片状颗粒的粒度。保证乳粉能自由流动是获得最佳结果的一个前提条件，因而有时需要添加一种助流剂。

②显微镜法。显微镜法是将粒子放在显微镜下，根据投影像测得粒径的方法。光学显微镜可以测定0.8～150μm级粒径，大于150μm时可用简单放大镜观察，小于0.8μm时必须用电子显微镜观察，透射电子显微镜常用于直接观察大小为0.001～5μm的颗粒。测定时应注意避免粒子间的重叠，以免产生测定的误差，同时，测定的粒子的数目应该具有统计学意义，一般需测定200～500个粒子。图像分析法测得的结果为数量分布，分辨率高，并可直接观察粒子形状及粒子间是否有聚集体，但图像分析法只能测粒子的二维尺寸，测试速度慢，测量的样品数量有限，且受人为因素影响较大，所以其结果的代表性和重复性较差。

近年来随着微电子技术渗入到各个科学领域，采用综合性图像分析系统可以快速而准确地完成显微镜法中的测量和分析统计工作。综合性的图像分析系统，如扫描-图像分析系统、探针-图像分析系统，是在体视学的基础上，结合现代信息技术发展起来的，它可对颗粒粒度进行自动测量并自动分析统计。

③激光衍射粒度分析技术。激光衍射粒度分析技术是根据Fraunhofer衍射理论而开发的。1976年，Swithenbank等人首次提出了基于Fraunhofer衍射理论的激光颗粒测量方法，其原理是激光通过被测颗粒将出现Fraunhofer衍射，不同粒径的颗粒产生的衍射光随角度的分布不同，根据激光通过颗粒后的衍射能量分布及其相应的衍射角可以计算出颗粒样品的粒径分布。激光衍射颗粒粒度分析仪主要由激光器、扩束镜、聚焦透镜、光电探测器和计算机组成，图2-11为激光衍射粒度分析仪的原理图。激光衍射法的粒径动态范围为0.01～3500μm，在测量颗粒粒度方面具有测量速度快、测量范围广、测量精度高、重复性好、适用对象广、不受被测颗粒折射率的影响，以及适于在线测量等优点。但只有当被测颗粒粒径大于激光光波波长时才能处理成Fraunhofer衍射。虽然现在有Fraunhofer衍射粒度仪能测定亚微米级颗粒粒度，但是由于存在多重衍射等问题导致测量结果误差较大。

一般来说，颗粒粒径既取决于直接测量（或间接测量）的数值大小，也取决于测量方法。由于各种颗粒粒径测量方法的理论基础不同，同一样品用不同的测量方法得到的粒径的物理意义甚至粒径大小也不同，如筛分法得到的是筛分径，而显微镜法、激光衍射法得到的是统计径。此外，不同的颗粒粒径测量方法的适用范围也不同。因此，根据被测对象、测量准确度和测量精度等选择合适的测量方法是十分重要的。

三、乳粉的粉体特性

1.乳粉的密度

密度是乳粉的一个重要指标，对乳粉本身的性质以及乳粉的包装、运输成本都具有非常重要的意义。

乳粉的密度因乳粉颗粒结构及颗粒大小而异。乳粉的密度有三种不同的表示方法：表观密度、颗粒密度、真密度。表观密度是表示单位容积中乳粉的重量，包括颗粒与颗粒间空隙中的空气。表观密度有时又称为容重，以单位体积的乳粉质量为单位，例如以克/升（g/L）、克/毫升（g/mL）或克/100毫升（g/100mL）表示。表观密度也可以以乳粉单位质量所占的体积表示，例如毫升/克（mL/g）或毫升/100克（mL/100g）。测定表观密度的方法是测量100mL量筒所装乳粉的质量，另一种测定方法是以量筒量取100g乳粉的体积，两种测定结果可以互相转换。不同干燥方式生产的乳粉密度见表2-3。

（1）表观密度

表观密度可分为松装密度和振实密度。松装密度是指一定的容器处于静态时，乳粉填充容器时所表现的单位体积的质量。松装密度的测定方法为，在静态的、一定容积的容器中将乳粉充填满并将溢出部分切擦后所得的乳粉质量与容器容积之比。松装密度的测定结果受容器的形状、乳粉下落距离、填充方法、装入量等因素影响，因此需要采用符合标准的容器和测量方法。松装密度的计算公式可表示为：

ρ₀=（w₁-w₀）/V

式中　ρ₀——松装密度，g/mL；

w₀——容器的质量，g；

w₁——填充乳粉后的容器总质量，g；

V——容器的容积，mL。

振实密度是指乳粉填充容器后进行连续振实运动，破坏乳粉颗粒间的空隙，使振实后乳粉达到紧密填充的目的。检测结果可以以振动次数，如振动0次（松装密度）、10次、100次、1250次的结果表示。当乳粉体积不再随振动次数变化的振实密度称为最终振实密度。振动可以使用不同的设备进行，振动的方式和强度对检测结果有影响。振实密度的计算公式可表示为：

ρ_N=（w₁-w₀）/V_N

式中　ρ_N——振动N次后的振实密度，g/mL；

w₀——容器的质量，g；

w₁——填充乳粉后的容器总质量，g；

V_N——振动N次后的容积，mL。

乳粉的表观密度是乳粉几种特殊性质综合反映的结果，其中主要的决定因素包括颗粒密度、真密度、颗粒内部的空气、颗粒间隙之间的空气、流动性等。

乳粉的表观密度还与乳粉的流动性、喷流性等基本的物理性质以及干燥工艺有密切的关系。提高进风温度可降低表观密度和平均乳粉颗粒密度，这不仅是由于空气泡体积的增加，而且乳粉颗粒表面硬壳的形成阻止了其在干燥最后阶段的膨胀。将出风温度由20℃增加到95℃可提高干燥效率，但进一步增加出风温度（95～105℃）可引起过热、膨胀、破裂、空气泡体积增大和乳粉颗粒密度降低。滚筒式干燥乳粉，因其颗粒呈凹凸不平状、致密地填充于容器中，因此，其密度往往低于喷雾干燥乳粉，喷雾干燥乳粉的颗粒呈球形，其表观密度较大，为0.5～0.6g/mL。

随着贮存时间的延长，乳粉表观密度值会增高。这是由于乳粉颗粒间的摩擦使乳粉在包装袋或容器内的体积减小。这一点从产品外观来看是不利的。

从干燥角度看，具有相同粒径的乳粉颗粒是最理想的，但从表观密度来看，却不希望如此。因为相同粒径的乳粉颗粒间的空气间隙会非常大，导致乳粉的表观密度非常低。理想状态是粒径分布非常广，从而有足够多的小粒径的颗粒去填满中等的和大的粒径粉之间的空隙，最终使产品的表观密度增加，但过多的小粒径细粉不仅会导致粉尘过多，而且会影响乳粉的流动性和溶解性。与非附聚的乳粉相比，经过附聚和细粉去除处理的乳粉其表观密度值较低，这是由于经附聚的乳粉其粒径较大且小粒径细粉较少所致的。

（2）颗粒密度

颗粒密度是表示乳粉颗粒的密度，由乳粉的固体密度和颗粒内部的空气决定，只包括颗粒内的空气泡，而不包括颗粒间空隙中的空气。乳粉的固体密度，也即真密度，是表示不包括任何所含空气的乳粉本身的密度，即实质固体物的密度，由乳粉的组成结构决定。如果乳粉的组成不变，那么乳粉的真密度就不会变。如果已知乳粉的组成和各成分的密度（见表2-4），还可以根据以下公式计算乳粉的真密度。

式中　A，B，C——各组成成分的质量分数；

ρ_A，ρ_B，ρ_C——各组成成分的固体密度，g/mL；

ρ_固体——乳粉的真密度，g/mL；

其他——除A、B、C之外的其他组分的质量分数与固体密度之比值；

W——水分的质量分数。

乳粉的颗粒密度可以通过一台空气体积测量器测出，也可以通过石油醚法进行测定。石油醚法，是将已知质量的乳粉与已知体积的石油醚放在一个带刻度的量筒中混合，再通过以下公式计算。

ρ_颗粒=w/（V₂-V₁）

式中　ρ_颗粒——乳粉的颗粒密度，g/mL；

w——乳粉的质量，g；

V₁——石油醚的体积，mL；

V₂——乳粉+石油醚的体积，mL。

乳粉的颗粒密度以及颗粒中的空气含量与蒸发前的牛乳巴氏杀菌温度、浓乳中的空气含量、浓乳的起泡性、浓乳的固形物含量、喷雾干燥器的转盘和喷嘴型号以及干燥条件等因素有关。蒸发前的牛乳巴氏杀菌温度可以改变牛乳中乳清蛋白的变性程度，进而影响干燥过程中乳粉的变化。未变性乳清蛋白具有很高的持水性，高的杀菌温度会导致乳清蛋白变性，并形成紧密型结构且持水性降低，使经过干燥后乳粉颗粒中的空气含量降低，最终使乳粉的颗粒密度和表观密度增大。当浓乳中的空气含量较多时，喷雾干燥时会使乳粉颗粒中的空气含量增加，特别是在干燥的关键阶段，乳粉颗粒周围空气的温度高将会导致乳粉颗粒形成硬壳。浓乳的起泡性越好，将使越多被搅打进浓乳的空气继续留存并进入喷雾形成的奶滴及乳粉颗粒中，在干燥时颗粒将膨胀而中空，结果会使颗粒密度降低。进料时浓乳的固形物含量也起着重要的作用，高浓度会导致高的颗粒密度和低的空气含量。进料时，喷雾干燥器的转盘和喷嘴型号也会导致有空气被搅打进浓乳中，使乳粉颗粒中的空气含量增加。乳粉的干燥条件也是关键性因素，温和的干燥条件、较低的干燥温度会使空气含量减少。

（3）颗粒间及颗粒内部的空气体积

乳粉颗粒间的空气（即附聚粉/粉之间的空气）越少，乳粉的表观密度越大。乳粉颗粒间的空气由乳粉颗粒的粒径分布和附聚程度决定，可以由以下公式计算。

式中　V_{颗粒间空气}——乳粉颗粒之间的空气体积，mL/100g；

ρ——振动100次后的振实密度，g/mL；

ρ_颗粒——乳粉的颗粒密度，g/mL。

根据乳粉的颗粒密度与乳粉的真密度可以计算出乳粉颗粒内部的空气体积含量。通常乳粉颗粒中的空气体积含量一般为50～400cm³/kg。乳粉颗粒中的空气体积可以按照以下公式计算。

式中　V_{颗粒内空气}——乳粉颗粒内部的空气体积，mL/100g；

ρ_颗粒——乳粉的颗粒密度，g/mL；

ρ_固体——乳粉的固体密度，g/mL。

（4）空隙率

空隙率是指乳粉中的空隙占整个乳粉体积的百分比。空隙率因乳粉颗粒的粒径大小及附聚程度等因素的不同而变化。空隙率ε_N的计算公式为：

ε_N=［V_N-（w/ρ_固体）］/V_N

式中　V_N——振动N次后的容积，mL；

w——乳粉的质量，g；

ρ_固体——乳粉的真密度，g/mL。

2.乳粉颗粒的流动性

在乳粉的生产制造过程中经常会出现一些非常麻烦的问题，诸如：设备中发生粉尘的喷流、堵塞、乳粉附着在管道内、乳粉的结块、包装时粉尘飞扬等。这些问题都涉及乳粉的流动性及喷流性等物理性质。乳粉的流动性与许多因素有关，并且加上乳粉颗粒之间的内摩擦力和黏附力等的复杂关系，乳粉的流动性无法用单一的物性值来表达。因此，研究测定乳粉的流动性并进一步改善其流动性对乳粉的生产、装填、运输、贮存等都具有非常重要的意义。通常，脱脂乳粉的流动性要好于全脂乳粉，经过附聚的乳粉的流动性要好于相应的未经过附聚的乳粉。

乳粉的流动形式很多，如重力流动、振动流动、压缩流动、流态化流动等，相对应的流动性的评价方法也有所不同，当定量地测量乳粉的流动性时最好采用与处理过程相对应的方法，表2-5列出了流动形式与其相对应的流动性评价方法。

流动性的评价方法还可以分为动态法和静态法。动态法有小孔流出速度法、旋转圆筒法、记录式粉末流速计法、旋转式黏度计法等。静态法有休止角法、内摩擦角法、壁摩擦角法和滑角法等。

测定乳粉流动性的一种常用的简便方法是用一个漏斗测定流动性或测定从一个斜坡流下来的乳粉的数量。比如把6g乳粉放在一个倾斜的平面（50mm，倾斜45°角）顶部，然后将所有流到底部的乳粉收集、称重，计算出底部收集的乳粉占最初6g样品的百分比。另一种测定流动性的简便方法是使用专门设计的、带有两条缝隙的不锈钢转筒（见图2-12），里面装有称过重的乳粉样品，然后以固定的转速旋转（通常为30r/min），测定所有乳粉样品被完全甩出转筒所用的时间。

常用来表示乳粉的流动性、喷流性的物理性质的参数有以下四种：休止角、内部摩擦系数、Carr指数以及附着、凝集力。

（1）休止角

休止角，又称为自然坡度角，通常是指粉体堆积层的自由斜面与水平面所形成的最大角。休止角越小，说明摩擦力越小，流动性越好。一般认为休止角≤30°时流动性好，休止角≤40°时可以满足生产过程中的流动性需求，休止角>45°时流动性较差。黏附性粉体或粒子径在100～200μm以下的粉体，由于粒子间相互作用力较大而流动性差，相应地所测休止角较大。当给休止角堆积的粉体以一定的冲击时，堆积的粉体表层崩溃后形成的倾斜角为崩溃角。休止角与崩溃角之差称为差角。差角越大，一般粉体的流动性与喷流性越强。

休止角的测定方法大致可分为注入角法、排出角法和倾斜角法。注入角法：粉体物料由漏斗流出落于平面上形成圆锥体，锥底角即为休止角；排出角法：粉体物料自容器底部排豁口排出，待物料停止流动后物料倾斜面与底平面的夹角即为休止角；倾斜角法：将装有1/2～1/3粉体物料的长方形容器倾斜或将圆筒形容器波动，静止后物料表面所形成的角度为休止角。测量方法不同，所得数据有所不同，所以休止角测定的重现性较差。休止角测定方法示意图见图2-13。

（2）内部摩擦系数

内部摩擦系数为粉体层剪切应力随垂直应力的变化率，其测定原理如图2-14所示，对静止的粉体层施加垂直应力σ，在水平方向施加剪切应力τ，当τ值较小时，粉体层处于静止状态，τ值逐渐增大到某一值时，粉体层开始滑动，这种刚刚使粉体层开始滑动的状态叫限界应力状态。在限界应力状态下垂直应力σ与剪切应力τ之间的关系如图2-15所示。

粉体层的τ与σ之间的关系为经过原点的直线（见图2-15中a线）时，为自由流动粉体。此时τ=μσ，μ表示内部摩擦系数，ф为内部摩擦角。如果直线不经过原点（见图2-15中b线）时，该粉体为黏附性粉体。此时τ=μσ+C，C为黏附力。粉体层的τ与σ之间的关系为直线时，叫库伦（Coulomb）粉体，根据μ以及C的大小评价流动性，这些数值越小流动性越好。如果粉体层的黏附性较强时，τ与σ之间为非直线（见图2-15中c线）关系，此时粉体的剪切特性可用Warren-Spring式表征。

式中　σ_T——抗张强度；

n——剪切指数，n值接近于1时，曲线近于直线。

（3）Carr指数

卡尔指数，是卡尔为了表示粉体的综合物性特征，在通过研究影响粉体的流动性和喷流性的几个单项粉体物性值的基础上，将其每个特征值指数化并累加，以指数方式表示的表征粉体综合特性的方法。卡尔指数可以综合判断粉体的物理性质，已在各种粉体系统设计和新开发的粉体评价上得到了应用，对粉体的传输、贮存、生产以及对于新开发材料的研究具有重要的意义。

用于求流动性指数的测定项目有：休止角、压缩率、板勺角、凝集度或均匀度。

其中，压缩率可以从松装密度ρ₀和振实密度ρ_N求出，压缩率C_p=（ρ_N-ρ₀）/ρ_N×100。压缩率与流动性呈反比，当压缩率越大时，乳粉流动性越差。板勺角是将放置在乳粉中的板勺（22mm×100mm）向上提起，在板勺上堆积成山状的底角。板勺角是以板勺提起后的角度θ₁和板勺受到冲击除掉不稳定粉体后的角度θ₂的平均值来表示的，板勺角θ=（θ₁+θ₂）/2。板勺角通常大于休止角。

凝集度和均匀度都是表示粉体流动性的特性，凝集度适用于微粉或可测定凝集力的粉体，而均匀度则适用于颗粒或表面凝集力不能测定的粉末化颗粒。凝集度是指粉体微粒子表面显现出的相互凝集力，而不是指原子间的作用力。多数粒子凝集时，凝集力变大。干燥的颗粒表面凝集力较小。

凝集度的测定装置由40目、60目、100目的筛子以及底盘、盖和电磁振荡器组成。将筛子洗净烤干，用精度为0.0001g的天平称取2g乳粉样品放在40目筛子上，下面连接60目、100目筛子和底盘，加盖后放置在电磁振荡器上振荡2min，然后称量每层筛子上残留的乳粉样品。在40目筛子上每残留0.1g的样品给予5％，在60目筛子上每残留0.1g给予3％，在100目筛子上每残留0.1g给予1％。按公式计算凝集度C=C₁+C₂+C₃。

式中，C₁=（w₄₀/0.1）×5％，C₂=（w₆₀/0.1）×3％，C₃=（w₁₀₀/0.1）×1％。w₄₀、w₆₀、w₁₀₀分别为40目、60目、100目筛网上残留的乳粉量。C₁；C₂；C₃分别为40目、60目、100目筛子的测定值。如果2g粉全部残留在40目筛网上，凝集度则为100％；如果2g乳粉全部通过100目的筛子，凝集度则为零。

均匀度可以由粒度分布的累计数据10％径（X₁₀）和60％径（X₆₀）求得。均匀度V_f=X₆₀/X₁₀。

用于求喷流性指数的测定项目有：流动性指数、崩溃角、差角、分散度。其中，分散度是将一定量的乳粉样品从一定高度落下，由放置在底部的表面皿所接住的残留乳粉量占总的乳粉样品的百分比。分散度与乳粉的分散性、发尘性和飞溅性有关。当分散度大于50％时，说明具有很强的飞溅倾向。通常情况下，脱脂乳粉比全脂乳粉和婴儿乳粉飞溅性大，发生堵塞的概率小。

将各个测定项目的物性数据值，根据卡尔流动性指数表（见表2-6）和卡尔喷流性指数表（见表2-7），可查出表中相应项目的指数栏，比如休止角的测定值为50时，则相当于卡尔指数表的休止角栏中47°～54°，所以卡尔指数为12。最后根据流动性或喷流性有关项目的指数合计数，分别对乳粉的流动性或喷流性进行评价。例如，当流动性的各个测定项目的卡尔指数合计数值为80时，则其流动性评价为“好”。

（4）乳粉颗粒的附着及凝集力

乳粉是一种具有很强的附着、凝集性的食品。乳粉的附着及凝集力发生的原因如表2-8所示。拉力试验机是最适合测定乳粉的粒子间凝集力的仪器。它的主要部分由拉伸、温度控制、测定、记录四部分构成。将按任意空隙填充的乳粉每分钟拉伸1mm时的凝集强度用应变计记录下来。乳粉中的水分含量、脂肪含量、颗粒大小及产品温度都与附着及凝集力有关。

①脂肪含量的增加可以提高乳粉颗粒间的凝集力，尤其在脂肪含量超过50％时更为明显。

②脱脂乳粉的水分含量较低时（2.5％以下），即使产品温度达到70℃也无凝集力；当水分较多时（6.0％以上），在20℃时也会出现结块现象。全脂乳粉即使在水分含量低时，颗粒间仍有凝集力，随水分的增加凝集力也会逐步增加；但当水分含量达到4％时，凝集力会减少。出现这两个现象的原因可能是由于乳粉中的乳糖吸收水分后变成α-乳糖水合物而造成的。

③全脂乳粉比表面积的减少会增加颗粒间的凝集力。

④脂肪含量、水分、温度、颗粒直径四个要素与颗粒间凝集力的关系如以下的实验公式所示。

H=1.70×10^-5×d^-15×exp^{（0.33M+0.06F）}×t

式中　H——颗粒间附着力，g；

F——脂肪含量，％；

M——水分，％；

t——温度，℃；

d——颗粒直径，μm。

（5）乳粉流动性的影响因素及改善方法

乳粉颗粒间的黏着力、摩擦力、范德华力、静电力等作用会阻碍颗粒的自由流动，影响乳粉的流动性。乳粉的流动性受乳粉颗粒的形状、粒度分布、表面状态、密度、空隙率及乳粉中水分和脂肪含量等因素的影响。一般来讲，乳粉颗粒较大或由最少数量的较小的乳粉颗粒形成的附聚，其流动性好。通过改变这些物理性质可改善乳粉的流动性。

①乳粉颗粒形态及表面结构　当颗粒表面圆滑时，颗粒之间的接触点减少，摩擦力降低，乳粉的流动性更好。

②粒径　粒径对乳粉流动性有很大影响，当粒径减小时，表面能增大，乳粉的附着性和聚集性增大。当粒径小于100μm时，颗粒之间发生聚集的可能性增大，当颗粒间附着力大于颗粒的重力时将导致休止角大幅度增大，流动性差。所以适当增大粒径可改善流动性，如在流动性不好的乳粉中加入较粗的粉粒也可以克服颗粒间的附着力，改善流动性。

③含水量　水分的存在使乳粉表面张力及毛细管力增大，使颗粒间的相互作用增强而产生黏性，致使休止角增大，流动性减小。控制乳粉的含水量在某一范围内（通常为2％～3％）是保证乳粉流动性的重要方法之一。

④抗结剂　适量的抗结剂，如硅酸盐、磷酸盐等，可提高乳粉的流动性。通常，加入比乳粉颗粒还要细的物质会使乳粉流动性变差，抗结剂虽然是细粉末，但能降低乳粉粉粒表面的吸附力，从而改善其流动性。此外，抗结剂的加入量也很重要，当颗粒的表面刚好被抗结剂覆盖，则乳粉的润滑性加强，如果加入过量的抗结剂，则不但不能起润滑作用，反而会形成阻力，使流动性变差。

3.乳粉的压缩性

压缩性表示粉体在压力下减少体积的能力，是粉体的一个重要特性，压缩度的大小反映粉体的凝聚性、松软状态，有助于预测乳粉在生产、包装、贮存、运输等过程中的变化。作为一种非结晶、无定形的粉末，乳粉在受压力作用时将发生变形甚至结块。

测定乳粉振实密度时乳粉容积的变化与初始容积之比称为压缩率，又称为容积变化率，也可以由密度变化求得。通常压缩率在20％以下时流动性较好。压缩率增大时流动性下降，当C值达到40％～50％时，粉体很难从容器中自动流出。

C=（V₀-V_N）/V₀=（ρ_N-ρ₀）/ρ_N

式中　C——压缩率；

V₀——初期容积（振动0次时的容积），mL；

V_N——振动N次后的容积（N通常为100），mL；

ρ_N——振动N次后的振实密度，g/mL；

ρ₀——松装密度，g/mL。

包括乳粉在内的许多食品类粉体在被压缩时会表现出一种“滞滑性”（stick-slip或slip stick），在压力-时间的曲线图中呈现“锯齿形”。当此类粉末在正常的负荷下作剪切运动时，一旦达到峰值点，剪切力就开始作脉搏振动。当振幅低时，振动频率大于1Hz且在可听频率范围内（>20Hz）。脱脂乳粉和全脂乳粉在英斯特拉力试验机中单轴向压力作用下也呈现出这种“滞滑性”，而具有较大颗粒的速溶全脂乳粉则没有表现出“滞滑性”（见图2-16）。脂肪含量低的脱脂乳粉呈现出比全脂乳粉更明显的“滞滑性”，表明脂肪对压缩过程中的这种“滞滑性”有作用。

四、乳粉的物理功能性质

1.乳粉的水化特性

乳粉粉粒之间具有巨大的界面面积，乳粉是一种以蛋白质、糖类、脂肪、灰分等为主要成分的混合物，这些成分在它们的活性水化位能吸收水分子。吸收水分的量取决于粉体及粉粒的表面组成、粉粒的总表面积（粉粒大小）、内部空隙、分子结构等。当粉体含有大量的小分子糖类或蛋白质时，将具有较好的吸湿性，也更易溶解。乳粉的水化特性，或称为复原特性、冲调性，包含以下几种特性：可湿性、沉降性、分散性、溶解性、吸湿性和结块性。

（1）可湿性

可湿性是衡量乳粉被一定温度的水湿润的能力。可湿性取决于乳粉附聚物或单个颗粒的表面吸水能力，比如颗粒表面是否是抗水溶或是吸收水分过量而形成水分无法透过的膜。乳粉表面可以看成为一个复杂表面，其中间为由桥连接而成的毛细管网络。决定乳粉能否被湿润的因素是颗粒表面与水表面之间的活性。

当颗粒被湿润后，乳粉中的物质开始分散和溶解，在颗粒周围形成浓奶溶液。通常脱脂乳粉比较容易湿润，这是因为脱脂乳粉的结构主要由易溶于水的无定形乳糖和蛋白质组成。而全脂乳粉颗粒常被一层脂肪覆盖（表面游离脂肪占乳粉的比例为0.5％～3％），使乳粉颗粒难溶于水。此类因脂肪引起的乳粉颗粒不溶于水的问题，可通过在表面游离脂肪外增加一层表面活性剂（如磷脂）来解决。

当在溶解大量的乳粉时，比较容易形成内部带有空气和干粉的奶块，这时乳粉被湿润的过程比较复杂。大量的乳粉内部存在大量的不同尺寸的毛细管网络，呈现复杂的几何构象而产生不同的毛细管虹吸现象，这时，由于水分已被虹吸现象吸到乳粉颗粒中，湿润现象同时在水表面及水面上的乳粉颗粒表面发生。但虹吸现象吸入的水分往往因量太少而不能完全替代粉间空气，常常在乳粉颗粒间就会形成大量的气泡，并在短时间内乳粉颗粒空隙间就会存在不同浓度包括高浓度的奶液，形成外面湿、内部干的乳粉团块。水分无法渗透进入这样的团块，即使用力搅拌，乳粉也很难完全溶解。因此，为了在溶解乳粉的过程中不形成团块，必须避免水分虹吸入乳粉中去。虹吸现象的发生与乳粉的结构即附聚粉的大小、非附聚粉颗粒的大小、粉中空气和粉表面结构都有关系。当乳粉的附聚度很高时，可避免或阻碍水虹吸现象的发生。

可湿性还与乳粉贮存温度有关。当贮存温度较高时，乳粉中的无定形乳糖发生结晶，甚至引起乳粉结块，这些都会降低乳粉的可湿性。

国际乳品联合会（IDF）推荐的可湿性测定方法：将10g脱脂乳粉或全脂乳粉倒入250mL、25℃水中，用秒表记录所有粉湿润的时间。脱脂乳粉在15s内全部湿润，可以称为速溶；对于全脂乳粉，当可湿性在30～60s时将在水中具有较好的分散性。

（2）沉降性

乳粉的沉降性是指乳粉颗粒克服水的表面张力以及通过表面而沉没入水中的能力，可表示为1min内通过1cm²表面时的乳粉的毫克数。沉降性是由乳粉颗粒的粒径和密度决定的，乳粉粒径和密度越大，沉降越快。

附聚的乳粉通常具有更好的沉降能力。喷雾干燥速溶乳粉由于附聚作用，提高了附聚颗粒的质量，使颗粒容易下沉。在复原的初期，由于乳粉颗粒中的乳糖和矿物质比其他成分溶解快，使颗粒密度下降，同时溶液的密度升高又阻止颗粒进一步下降。随后颗粒与介质间密度差减小，致使最初下沉的颗粒又开始上升。

（3）分散性

乳粉的分散性反映稀释的聚集乳粉颗粒均匀分散于水中的能力，即将乳粉在水中轻轻搅拌，观察乳粉的分散情况。分散性是速溶乳粉的一个重要特性。分散性好的乳粉通常具有好的可湿性，而且没有细粉，附聚效果好。

分散性的测定方法比较多，但再现性差，测定结果很难进行互相比较。国际乳品联合会（IDF）开发了一种检测方法：将待测样品（脱脂乳粉25g或全脂乳粉34g）倒入水中（250g，25℃），手动搅拌20s，使乳粉分散成能穿过150μm筛子的粉颗粒。通过检测滤液的总干物质可得到穿过筛子后被溶解或分散的乳粉量，以百分数形式表示乳粉的分散性。

另一种更简单的分散性测定方法是：将10g脱脂乳粉或13g全脂乳粉在室温下倒入100mL水中，再用勺搅拌直至乳粉完全分散，杯底无结块，使用秒表记录时间。此法检测速度快，操作上与消费者冲调乳粉相似，具有普遍性，数据的再现性也非常好，尤其是对于经过培训的质检人员而言。

分散性的测定比可湿性的测定更适合用于判断乳粉是否速溶。国际乳品联合会（IDF）认为，全脂乳粉分散性在85％以上或脱脂乳粉分散性在90％以上才是速溶的。

（4）溶解性

溶解性反映乳粉溶解并形成稳定悬浊液的能力，乳粉的溶解度是指乳粉与一定量的水混合后，能够复原成均一牛乳状态的性能，是指乳粉的最终溶解程度。牛乳是由溶液、悬浮液、乳浊液三种体系构成的一种均匀稳定的胶体性液体，而不是纯粹的溶液，所以乳粉的溶解包括可溶性成分的溶解和不溶性成分的分散。乳粉的溶解度高低可一定程度地反映出乳粉中蛋白质的变性程度，若乳粉的溶解度低，乳粉中蛋白质变性的量大，冲调时变性的蛋白质不能溶解。如果一种乳粉不能够充分溶解，那么它不能形成一个均匀的最终产品或中间产品，会导致固形物的损失和生产加工中的问题。不溶解的物质通常是变性的蛋白质或酪蛋白/乳清蛋白与乳糖的复合物。乳粉的溶解度可以用不溶度指数表示，不溶度指数越高，溶解度越差。

全脂乳粉经常比脱脂乳粉更容易表现出不溶解性。在贮存过程中受贮存条件的影响，乳粉的溶解度可能会下降。造成乳粉溶解性下降（不溶度指数升高）的原因有很多，主要包括原料乳的质量随季节性变化、乳粉的生产工艺及设备条件、贮存条件、保藏期的长短等，其中乳粉的生产工艺及设备条件对乳粉溶解度的影响较大，主要表现在以下几个方面：①生产工艺中的热处理强度过高，致使酪蛋白发生不可逆变性；②酪蛋白、乳清蛋白、乳糖之间发生复杂的化学反应，生成不溶物；③蒸发及干燥过程中浓奶温度和黏度过高也会使不溶度指数增加；④所用的干燥设备的类型会对溶解度产生影响（尤其是滚筒式干燥危害较大）；⑤干燥前的均质程度的影响；⑥喷雾干燥器的结构（雾化系统和单段及多段干燥）的不同也会使溶解度产生变化。

复原温度对乳粉的不溶解度也起着决定性作用，尤其是固形物含量较高时，如图2-17所示，其中显示了如果复原用水的温度降低时，以单倍（非脂乳固体含量为8.5％～9.0％）乳固形物复原RSCM（再制甜炼乳）的预混料的不溶度指数会显著地增高。

不溶度指数的测定方法：将10g脱脂乳粉、13g全脂乳粉或6g乳清粉（若样品为浓奶则应根据其固形物含量折算）与100mL、24℃水混合，高速搅拌90s，静置15min，将50mL奶液转移到带有50mL刻度的锥底离心管中，离心5min，将上层清液倒出，再向锥底离心管倒入清水（为了读数方便），然后放入离心机中再次离心5min，读出沉淀量（以mL表示），即为不溶度指数。通常，不溶度指数小于0.2时表示溶解性很好。

粉体的溶解过程还可以通过静态光散射法（SLS）和聚焦光束反射测量法（FBRM）进行分析。图2-18、图2-19即表现了粉体颗粒在溶解过程中不同时间的粒径分布情况。

（5）吸湿性

吸湿性表示乳粉吸收和保持水分的能力。将乳粉置于湿度较大的空气中时容易发生不同程度的吸湿现象，致使乳粉出现流动性下降、结块等现象，甚至影响乳粉中营养成分的稳定性。

乳粉的吸湿性与乳粉的组成以及环境空气湿度有关。乳粉中的蛋白质和乳糖是影响吸湿性的主要成分因素，蛋白质具有结合水的作用，而无定形态乳糖具有吸水的作用。无定形态乳糖吸收一分子水后变成α-乳糖一水合物结晶，因此，乳糖的结晶度决定乳糖的吸水能力。乳粉的吸湿性还与环境空气湿度有关。在空气相对湿度很低的环境中，空气中水蒸气分压低于乳粉粉体表面产生的水蒸气压，此时乳粉几乎不吸湿而发生干燥（风干）；当空气中水蒸气分压与乳粉粉体表面产生的水蒸气压相等时，乳粉的吸湿与干燥达到动态平衡，此时乳粉所含的水分称为平衡水分；当空气中水蒸气分压增大到一定程度且高于乳粉粉体表面产生的水蒸气压时，乳粉的吸收量急剧增加，此时的空气相对湿度一般称为临界相对湿度。通常临界相对湿度越低，越容易吸湿，反之则不易吸湿。所以乳粉贮存时应保证环境相对湿度低于临界相对湿度。

乳粉吸湿性的测定方法：将恒定的空气（20℃，80％RH）通过一定数量的乳粉，当达到平衡后，测定乳粉在吸湿前后的重量可以计算吸收的水分量（增加重量）（检测装置示意图见图2-20）。对于非吸湿性乳粉，吸湿性应小于10％。

（6）结块性

结块性是乳粉的一个重要指标，可以反映乳粉在贮存期间形成硬块的可能性。乳粉中存在的非结晶乳糖或结晶性差的乳糖先吸收水分，而剩余的无定形乳糖的结晶将主要在已经形成的晶体表面上进行。当结晶终止后，乳粉的水分蒸气压比周围空气的蒸气压高，所以吸收水分开始向释放水分转换，在水分增加过程中形成的黏粉将会在结晶过程中形成硬块。

结块性的检测方法：将检测吸湿性后的乳粉样品置于102℃烘箱中烘干1h后放入干燥器中冷却，再将乳粉样品通过500μm振动筛过筛5min，称量留在筛子上的乳粉重量并计算结块率。对于不结块的乳粉，其结块率应小于10％。

2.乳粉的乳化特性

乳粉中的蛋白质具有亲水基和疏水基，它们可以吸附在油/水界面上，并在油滴或水滴周围形成面膜，部分蛋白质在界面展开，稳定球体并防止聚合和油脂析出，从而形成稳定的乳浊液。同时，乳粉中含有磷脂，是天然的乳化剂，在物料的乳化过程中，磷脂亲水基的一端被吸附在水相一端，亲油基的一端被吸附在油相一端，从而降低了两相间存在的斥力，形成相对稳定的、紧紧吸附在一起的均匀分散的乳浊液体系。乳浊液体系可以通过加热形成蛋白质凝胶而得到进一步增强。加热能使蛋白质降低脂肪的流动性，并且将聚合的可能性降至最低，因为凝胶能完全包埋脂肪乳化液。

关于乳状液测定的方法有许多，包括乳化容积指数、乳化能力、乳化活性指数和乳化稳定性的测定等。这些检测结果都可以表示其乳化稳定性，但这些检测方法会受试验操作和环境的影响。乳粉溶液的乳化能力（Emu1 sion Capacity，EC）的测定原理涉及将油泵入蛋白溶液中进行均质处理，同时检测溶液的电阻变化。当乳化的油量超出乳粉溶液的乳化容量时，溶液就从连续的水相（水包油）变成连续的油相（油包水），此时电阻会突然增加。乳化容积指数的测定方法是：制备一个典型乳化液并使其在4℃下老化过夜，然后用血细胞离心机测定其乳化稳定性。因为许多测定乳化特性的方法都没有可比性，所以人们试图使这些报道的方法标准化。

除了这些相当复杂的方法外，还有一些非常简单的方法可以表示乳化能力。例如其中一个方法只是简单地把乳粉（0.1g）加到油水混合液（1.0g油加到99.0g水中）中。乳粉加入之前，混合液表面的油滴为大油滴。将混合液高速搅拌并加入乳粉，当表面的油滴大小降到直径<0.5mm时，油被很好地乳化了。记录油滴达到直径小于0.5mm时所添加的乳粉的数量。需要的乳粉越多，乳化能力越低。

3.乳粉的起泡性/搅打性

泡沫的形成与乳化液的形成相似。不同的是，乳粉中的蛋白质在泡沫形成过程中的作用是稳定两个气泡之间的界面。空气的混入速度和泡沫的稳定性取决于许多参数，包括总固体、蛋白质和糖类的浓度、pH值、钙和其他离子的浓度以及搅打方式等。

乳粉的起泡性和搅打性在许多应用中都很重要（例如冰淇淋的加工）。测定起泡性和搅打性的方法有很多，其中许多是已经公开方法的改进版。Philips等人在1987年发表了一种测定方法，此方法首先是在两种乳粉之间进行初始的、直观的比较，随后利用与初始体积和稳定的泡沫体积相关的公式计算泡沫膨胀率（计算方法：未搅打溶液的重量减去等体积的泡沫的重量然后除以等体积的泡沫的重量，最后再乘以100）和泡沫稳定性（计算方法是100mL泡沫的重量与排出液体的重量之差再除以100mL泡沫的重量再乘以100）的值。

一种简单的评价起泡能力和泡沫稳定性的方法是制备一个10％（质量分数）的乳粉水溶液（20℃下）并用一个适宜的家用搅拌器搅打起泡，然后把泡沫倒入一个量筒中测量其体积，即为起泡能力。然后静置，15min后再测定一次泡沫的体积，记录泡沫的减少量作为泡沫破损或泡沫稳定性。

4.乳粉的热物性

刚刚喷雾干燥的乳粉的温度通常为70～80℃。为了防止乳粉中乳蛋白产生热变性、风味成分的下降、乳粉的结块等现象，工厂通常会采用降温措施将乳粉的温度降低到30℃以下，同时将乳粉的含水率控制在7％～8％，然后使用二段干燥或流化床进行再干燥，将终产品的水分含量控制在5％以下。由于乳粉是气孔率为10％～20％的多孔性粉末，是热的不良导体，迅速冷却或是加热都是不易做到的。

乳粉热物性可以由比热、热导率等数值来说明。

（1）比热

比热又称比热容量、比热容，是指使1kg物质温度升高或下降1℃所需要吸收或释放的能量，单位为kJ/（kg·K）或kJ/（kg·℃）。乳粉的比热与其主要成分的比热及其含量有关。乳粉中主要成分的比热分别是：乳脂肪为2.09kJ/（kg·℃），乳蛋白为2.09kJ/（kg·℃），乳糖为1.25kJ/（kg·℃），灰分为2.93kJ/（kg·℃），水为4.2kJ/（kg·℃）。通常情况下某物质的比热为其所含各成分之比的总和，但当在吸热或放热过程中存在物态变化时，则不能直接以所含各成分之比的总和计算。由于乳粉中含有脂肪，加热的热能一部分要消耗在脂肪熔化的潜热上，因此，脂肪含量越多，使温度上升1℃所需的热量就越大，比热容也相应增大。全脂乳粉通过计算得到的比热值为1.89kJ/（kg·K），而实际比热却为2.1kJ/（kg·K）。在温度改变时，比热也会有很小的变化，但一般情况下可以忽略。乳粉的比热常用于在乳粉加工过程中加热量和制冷量的计算。

（2）热导率

热导率，又称导热系数，反映物质的热传导能力，其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1℃）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。热导率一般与压力无关，但受温度的影响很大。乳粉的热导率还与水分含量、结构和孔隙度等因素有关。温度越高、含水量越多、容积密度越大（孔隙度越低），乳粉的热导率越高（见表2-9和表2-10）。