第三节　乳粉生产工艺

乳粉厂生产的品种多样，但乳粉的生产主要包括收乳、标化、调配、均质、杀菌、浓缩、干燥等过程，一般乳粉的生产工艺流程见图2-22。

乳粉厂的产品一般包括全脂乳粉、脱脂乳粉、炼乳、奶油、乳清粉、奶油粉、其他食品专用粉和其他调配乳粉如婴儿奶粉等。当前乳粉质量除了各项理化指标、微生物指标稳定外，要求乳粉中不含抗生素。产品质量稳定除了生产工艺保证之外，原料乳的验收也是乳粉生产的关键保障。

一、全脂乳粉

全脂乳粉是含有全部稀奶油的乳粉，它是用标准化后的全脂乳生产的，其脂肪含量为25％～28％，可通过将全脂乳与脱脂乳简单的混合来实现标准化。牛乳预处理时其蛋白质、脂肪、乳固体等指标应达到要求，而且大部分乳粉是在中等温度范围内生产的，标准化后的全脂乳浓缩到固形物含量为45％～50％后进行喷雾干燥。尽管乳粉颗粒表面少量的游离脂肪是不可避免的，但浓缩乳均质后可使乳粉中游离脂肪酸含量降到最低程度。全脂乳粉可分为速溶乳粉和非速溶乳粉，区别就在于所用的喷雾干燥形式是否喷涂了作为表面活性剂的卵磷脂。又因为乳粉表面的游离脂肪影响复水，附聚的全脂乳粉只有在40℃以上时才能速溶，而喷涂卵磷脂后的全脂乳粉在冷水中也能速溶。乳粉中卵磷脂含量为0.1％～0.3％，而卵磷脂的载体油含量为0.6％～1.5％。黄油是常用的油载体，但有时为了节省成本，也有用植物油的。速溶全脂乳粉通常应用于大众饮食业中，因运输和贮存方便，它可以替代大量液态乳，速溶乳粉在比较缺乏液态乳的热带国家非常畅销。

在生产牛乳巧克力等产品时，一般使用非速溶或标准化的全脂乳粉。在巧克力精炼配方的标准化中，标准化的全脂乳粉基本可以代替滚筒干燥的乳粉；但与滚筒干燥乳粉相比，喷雾干燥的全脂乳粉不能产生所需的黏度，需要另外加入可可脂。

全脂乳粉中的乳脂肪会导致氧化和酸败问题，所以喷雾干燥前的浓缩乳中常加入抗氧化剂，通常使用的抗氧化剂为维生素C和维生素E。

全脂乳粉的生产工艺一般是生乳经过标化、消毒后进入真空浓缩，达到总固体含量为42％～46％，由泵打入保温缸暂存，然后进行喷雾。雾滴在干燥室内与热空气进行热交换后被干燥成乳粉，其工艺流程见图2-23。

二、脱脂乳粉

全脂乳脱去稀奶油所剩的部分为脱脂乳，乳液除去稀奶油后，脂肪含量低于0.1％。因此，脱脂乳粉生产只要将脱脂乳蒸发浓缩再喷雾干燥就能得到。但是，通过不同热处理，乳蛋白就具有不同特性，适合不同用途，而且不同喷雾干燥系统和加工技术所生产的乳粉的物理特性也有所不同。广义上，脱脂乳粉按照加工方式可分为低热脱脂乳粉、中热脱脂乳粉、高热脱脂乳粉。相对于其他乳制品，脱脂乳粉产量大，而且有利于为其他食品提供各种功能特性，主要作为食品工业原料进行运用。

低热脱脂乳粉主要用于干酪的生产，用于生产干酪、酸奶用乳的标准化和制备干酪发酵剂。为使乳清蛋白变性程度尽量低，并保证不含乳清蛋白-酪蛋白复合物，生产低热脱脂乳粉时，脱脂乳的热处理温度应尽量低一点，但应保证微生物数量在卫生指标以下。需要强调的是，脱脂乳粉的选择对干酪和酸奶生产很重要，为避免发酵剂的抑制作用，不能使用含有抗生素的牛乳。

大多数脱脂乳粉属于中热脱脂乳粉，相对于低热脱脂乳粉，中热脱脂乳粉的预热温度较高，其乳清蛋白氮指数（WPNI）范围较宽。生产乳清蛋白变性程度不同的乳粉时，预热处理工序类型的选择也较多。蛋白变性程度、变性方式以及牛乳中乳清蛋白-乳清蛋白复合物和酪蛋白-酪蛋白复合物的比例，要取决于乳粉的最终应用。中热脱脂乳粉作为一种配料被广泛应用于巧克力糖果制造和一些含蔗糖糖果产品的生产中，同时，也应用于冰淇淋、甜食、汤和调味料以及各种冷饮或热饮中。它具有多功能的性质，可提供乳化、持水、增稠等作用以及各种颜色和风味。在某些产品中，它的增白作用很明显，而在对颜色有特定要求的产品中，它又可以通过美拉德褐变反应来增色。中热脱脂乳粉的制造通常用再湿附聚速溶乳粉的生产方法。中热脱脂乳粉除作为配料成分应用于配方食品的加工之外，还经常应用于再制炼乳的生产。

高热脱脂乳粉主要用于生产再制淡炼乳，尤其是高温下热稳定性好的脱脂乳粉。乳粉产品成分要求加入黄油后，复水制得液态乳，再经二次均质来保证乳浊液中脂肪的稳定性。加入卡拉胶可防止脂肪分离，加入卵磷脂作乳化剂可保持体系稳定。要提高牛乳蛋白的热稳定性就需要热稳定性好的稳定剂，如磷酸盐和柠檬酸盐。

喷雾干燥法生产脱脂乳粉的工艺流程见图2-24。

三、调制乳粉

除了以上工业用乳粉，乳粉厂通常还生产直接食用的调制乳粉。目前，调制乳粉除了传统的全脂甜奶粉，高钙奶粉、中老年奶粉、学生奶粉外，又出现了各种食品专用粉，以满足不同的食品需要，近来又开发出了不少保健乳粉，通过各种食品配料组分的添加，来达到各种保健功能。目前常见的功能性乳粉见表2-11。

一般调制乳粉生产工艺流程见图2-25。

如果从工厂收乳开始，直接生产调制乳粉，其生产工艺流程图如图2-26所示。

四、婴幼儿配方乳粉

婴幼儿配方乳粉最近几年发展迅速。据统计，我国2013年婴幼儿配方乳粉产量达到约70万吨，进口约12万吨。婴幼儿配方乳粉是以牛乳为主要原料，通过调节成分模拟母乳的婴幼儿食品，作为母乳的替代品可以满足3岁以下婴幼儿的生长发育和营养需求。根据适用于不同的月龄阶段，婴幼儿配方乳粉可分为婴儿配方乳粉（适合0～6个月龄食用）、较大婴儿配方乳粉（适合6～12个月龄食用）和幼儿配方乳粉（适合12～36个月龄食用）。

婴幼儿配方乳粉的生产工艺可分为湿法工艺和干法工艺两种。湿法工艺是先将所有成分溶解成液体后按比例混在一起，再进行杀菌、浓缩、喷雾干燥等工序。此工艺的关键是需要严格控制各工序的工艺参数，使产品的各项理化性质和微生物指标都达到要求，其优点是物料混合均匀，微生物指标容易控制，但生产周期长，能耗大，生产成本高。干法工艺是将固态的原料经过粉碎、过筛等处理后用物理方式进行混合，此工艺相对简单，关键在于生产前每种原料都需要经过严格的感官、理化和微生物指标的检验，其优点是生产周期短，能耗少，生产成本低，但对维生素、微量元素等添加量少的成分容易出现混合不均匀，对所有物料的微生物指标要求很高，且终产品的微生物指标也难控制。

湿法工艺生产婴幼儿配方乳粉的工艺流程见图2-27。干法工艺生产婴幼儿配方乳粉的工艺流程见图2-28。

五、乳清粉

多数工厂采用甜乳清生产乳清粉。在生产之前，乳清要经过净化、分离和巴氏杀菌。为了防止浓缩时焦管产生的焦粒在雾化时堵塞喷嘴，必须除去凝乳，因此，净化是不可缺少的。同时，离心除去脂肪，以便于控制乳清粉的起黏。巴氏杀菌可减少乳清粉中不可避免的微生物数量，达到其卫生要求。

甜乳清一般浓缩到总固形物含量为40％～62％，然后喷雾干燥成乳清粉。乳清粉中的乳糖，多为无定形，吸附性很强，在干燥过程中会产生粘壁和堵塞旋风分离器等现象。一般乳糖结晶程度越低，喷雾干燥时黏度的临界温度就越低，理论上，乳清中的乳酸和盐含量会导致黏度上升，使干燥产生更严重的问题。但在实践中，乳清中的乳酸含量越高，其黏度临界温度反而越低。为避免干燥时出现问题，通常将乳糖预先结晶成水合α-乳糖，使其吸附性相对减弱，再生产各种用途的乳清粉。

乳糖在溶液中有变旋现象，且α-乳糖与β-乳糖二者保持着动态平衡；二者在过饱和溶液中都能结晶，在低于95℃温度下，α-乳糖占优势。在不吸湿性乳清粉的生产中，乳清浓缩物占到总固形物含量的58％～62％，浓缩乳在其蒸发浓缩工序后期迅速冷却至30℃，然后泵入配有冷却夹套的结晶槽中，以1～3℃/h的速率逐渐冷却到12～15℃。固形物含量高和温度低的过饱和的乳糖，迫使其结晶成α-乳糖一水合物。如果冷却速度太快，β-乳糖没有充分时间变旋，结晶量就会减少。在乳清中加入0.1％～0.2％的乳糖结晶可提高结晶量，使乳糖结晶的大小为10～15μm，最大不超过30μm，从而控制乳糖结晶的大小在适当的范围内。作为食品配料使用时，乳清粉的质量很重要，因为大于25μm的乳糖结晶体在味觉上有砂质感。在乳糖结晶未完全溶解或根本不溶解的情况下，重要的是要考虑产品的口感。当已结晶的乳糖表面形成新的结晶时，在整个结晶过程中，不停地搅拌乳清浓缩物就显得非常重要，搅拌可使浓缩物中过饱和的乳糖结晶分布均匀，防止在结晶槽底部形成沉淀；同时也保证了浓缩物黏度的均匀。预热处理、蛋白质变性程度、浓缩物浓度及乳糖结晶大小对乳清浓缩物的黏度都有影响。

生产干酪素时，在脱脂乳中加入无机酸（如盐酸或硫酸）以除去酪蛋白沉淀，加酸的乳清，在喷雾干燥前不中和，所以生产设备要用耐腐蚀的不锈钢材料制造，尤其是防止盐酸中氯离子的腐蚀。由乳酸发酵而制成的乳清粉，因乳酸有吸湿性而使乳清粉干燥时呈热塑性。酸乳通常用Mg（OH）₂和Ca（OH）₂进行中和，NaOH也可作为中和剂使用，但在干燥时，会使乳粉起粘和具有热塑性。

乳清粉的质量还会受到喷雾干燥形式的影响。一段干燥生产的非附聚乳清粉，用气流输送，细粉多且密度高。二段喷雾干燥用于振动流化床，生产的乳清粉由极小颗粒附聚，自由流动性好，而且表面积/容积比小，水分吸收少，从而阻止了结块，另外二段工艺比一段工艺提高了经济效益。一步带式干燥经常用于含乳酸较高的乳清浓缩乳的干燥，在该工艺中，热塑性的乳清粉很容易在干燥带上形成颗粒垫层。与一段和二段干燥工艺相比，这种干燥工艺所用的干燥空气的温度大约为150℃，降低了30～40℃，乳清粉从干燥塔出来的水分含量为12％～15％，即乳粉在完全干燥前，结晶仍在继续进行，最后的干燥和冷却是在振动流化床上完成的。相对的，用一步带式干燥生产工艺干燥乳清粉，乳粉质量更好。

六、脱盐乳清粉

生产干酪的乳清含有许多矿物质和盐类，这对有些产品是不宜使用的，如婴儿配方乳粉和某些动物饲料。因为CaCl₂能改善凝乳张力，NaCl能终止发酵剂的活性，而从干酪乳清中直接分离CaCl₂是不太可能的。所以有些厂家对干酪压榨时所流出的含盐乳清进行分离，来减少乳清中的含盐量；但也有一些工艺能减少干酪乳清中的含盐量，使喷雾干燥的应用范围更广泛。

通常的脱盐方法有以下几种。

①离子交换法。通过离子交换树脂进行。

②电渗析。电渗析槽由可替换的阴阳离子选择性渗透膜组成，当乳在其中流动时，阳离子向负极移动，阴离子向正极移动，离子通过选择性渗透膜同水中的氢离子和氢氧根离子交换，进入水溶液，乳清中的离子浓度就得以降低了。

③钠滤。钠滤也是一种膜分离技术。用于超滤（UF）的膜，孔径为0.01～0.1μm，通过分离小分子（如乳糖和矿物质等），使大分子物质（如牛乳蛋白）浓缩。钠滤膜孔主要是使一价离子如Na⁺、Cl^-等通过，可脱去部分矿物质和乙醇之类的小分子，操作时在一定压力下，乳清在膜的一侧循环，离子和小分子在此压力下透过膜进入膜的另一侧，随着渗透的进行，乳清中盐浓度逐渐降低。

七、代脂乳粉

代脂乳粉的类型各种各样，而且大多可用于人和动物食品中，用以代替全脂乳粉。全脂乳粉的脂肪含量一般为25％～28％，使用何种油脂取决于产品营养成分的需要。因为不同油脂提供的脂肪酸不同，并且饱和脂肪、单饱和脂肪和多不饱和脂肪的比率也不一样。在代脂乳粉生产中，通常使用硬棕榈油、椰子油、氢化菜籽油等，可降低成本。

代脂乳粉生产工艺为：在60℃左右，将液体油混入到浓缩的脱脂乳中，均质使之成稳定的乳浊液，然后干燥。尽管其中酪蛋白有利于乳浊液的稳定，但为了确保产品的复水性和使用时达到满意的效果，应在这类乳粉中加入1％～2％的乳化剂，通常使用单甘油酯和二甘油酯的脂肪酸。加入维生素A和维生素D可最大限度地提高其分散性和湿润性，利用喷涂卵磷脂的工艺提高其在冷水中的速溶性。对消费者来说，代脂乳粉也可用于餐饮服务，用作烹调配料，使用非常方便，如在糕点和调味料中。也可以蛋白质和糖类为基料，再强化维生素、矿物质和风味物质来生产特种动物饲料。

八、代脂乳清粉

代脂乳清粉通常应用于生产动物饲料中。其生产工艺为：油与预结晶的乳清浓缩物混合，然后均质、喷雾干燥。为了使脂肪球大小达到3～4μm，常使用两级均质，第一级与第二级均质压力分别为18MPa和3MPa。这些油脂可以是从植物种子中提取的植物油，也可以是动物油脂，具体选用哪种，要由产品对油脂的营养要求决定。另外成本也是一个需要考虑的重要因素，蛋白质含量相对较低的乳清应使用乳化剂，使其在干燥和复水时，体系能保持稳定。动物饲料中要避免游离脂肪的存在。使用各种乳化剂（通常是卵磷脂，含量为1％～4％）可使乳浊液达到稳定要求，其中卵磷脂还可通过反刍，因而有利于油脂的消化。

代脂乳清粉不能单独作为动物饲料使用。Roy曾介绍，当犊牛乳替代物中非脂乳清固形物含量≥20％时，会导致小牛腹泻，所以代脂乳清粉必须要经过调配才能生产出饲料成品，其蛋白质和糖类的来源可根据营养要求与配方来决定。将各种配料放在条形混合器这类混合机里干混合调配，这样不仅损耗少，而且对粉的机械破坏也小。针对最终产品所需的脂肪含量，代脂乳清粉中的脂肪含量可高达40％以上，但在这种情况下会在喷雾干燥过程中产生一些问题。一步喷雾干燥机具有处理脂肪含量40％的乳粉的能力，但对于脂肪含量高达50％的乳粉，多级干燥机更合适。若产品中脂肪含量更高时，只有一步带式干燥机具有生产可接受产品的能力。

九、干酪素和酪蛋白酸盐

干酪素是从牛乳中提取的，在许多特定的产品中，它是必不可少的重要原料。干酪素有酸析干酪素和酶凝干酪素，后者因其不溶性而不能用作食品的原料。酸析干酪素也称为等电点干酪素，通过加入盐酸、硫酸和乳酸等无机酸和有机酸，使脱脂乳的酸度达pH值4.6而制得。虽然通过同型发酵可使乳糖发酵产生乳酸，但通常采用脱脂乳直接酸化。生产酸析干酪素有许多种方法，每种方法都有不同的控制要素，但工艺中共同都要注意以下几点。

①当脱脂乳在5℃下进入干酪素生产线时，应将酸直接喷射到脱脂乳中。

②蒸气直接喷入脱脂乳中，使其温度上升到40～42℃，并沉淀酪蛋白。

③牛乳通过蛇形脱水收缩管时，产生湍流流动，并产生干酪素和酸乳清。

④将物料通过倾斜的筛网，使干酪素与乳清分离。

⑤干酪素是通过逆流形式的洗涤来去除乳清残留物的，使流动的水通过一系列洗涤槽（4～5个）达到搅拌效果，每一个洗涤槽上装有倾斜的过滤筛网来排除乳清（在每个洗涤槽停留时间为15～20min，以保证从干酪素中有效地分离掉乳糖、乳清蛋白和无机盐）。

⑥最后用70～75℃的水洗涤10～15min，同时，可对干酪素进行巴氏杀菌。

⑦用倾析式离心机将干酪素脱水。

酸析干酪素可用磨碎干燥或流化床干燥法来干燥脱水，以利于长期贮存和便于运输。虽然酸析干酪素很少应用于食品中，但酸析干酪素中的盐类是可溶的，而且具有功能特性，因此，也广泛应用于配方食品中。分别将酸析干酪素溶于NaOH和KOH中，可制成酪蛋白酸钠和酪蛋白酸钾，接着喷雾干燥（这里很少用滚筒干燥）。生产酪蛋白酸盐制品时，可使用脱水的酸析干酪素或干燥的产品，这样可减少额外的成本。随着乳固形物含量的上升，酪蛋白酸盐溶液的黏度亦升高，在高温下保持一定时间。在生产酪蛋白酸盐的过程中，调节pH值至6.6～7.0，其黏度最低。将酪蛋白酸盐溶液干燥成粉，这样应用起来比较方便。但其表观密度和容积密度较低，粉体颗粒细小。容积密度较低，部分原因是由于为避免黏度过高而使干燥前的酪蛋白酸盐溶液固形物含量较低。在间隙生产工艺中，溶液固形物含量一般为18％～20％，而连续生产工艺中，因其停留时间短，固形物含量可增加至24％～25％。生产酪蛋白酸盐所用的喷雾干燥塔的产量是生产乳粉的干燥塔（乳液浓度为45％～50％）的1/4左右。为了尽量增大其表观密度，常应用二段喷雾干燥工艺。由于牛乳蛋白具有很好的亲水性，所以干燥塔进风温度很高，大约在200～230℃，出粉的水分含量为10％～12％，并在振动流化床上进一步干燥到4％～5％。因酪蛋白酸盐溶液中不含具有黏附特性的糖类，所以不能用附聚干燥工艺来干燥。与酪蛋白酸钾和酪蛋白酸钠相似，酪蛋白酸钙是用Ca（OH）₂来生产的，不过，其溶解性比前两者差，而且其表现出的功能特性也较差。

世界各地广泛使用干酪素和酪蛋白酸盐，尤其在美国，通常是使用酪蛋白酸钠。Dalgleish和Law讨论了酪蛋白酸钠的成分和特性，酪蛋白酸盐最有价值的是其水合能力、乳化性和泡沫稳定性。在肉糜产品中，脂肪的乳化作用很重要，如在香肠、馅饼等食品中，使用酪蛋白酸钠乳化脂肪，可增加牛肉蛋白的亲水性。在汉堡包和香肠等粗肉糜产品中，预乳化时，用酪蛋白酸钠可改善产品的质构和多汁性。酪蛋白酸盐也经常应用于咖啡伴侣、甜点、糕点表面起泡装饰及冰淇淋的混合稳定剂中。酪蛋白酸盐和乳清蛋白浓缩物混合使用，也可用于各种糕点、牛乳饮料以及加工肉类和融化干酪产品中。干酪素和酪蛋白酸盐主要应用于糖果、点心制造工业中，如蛋糖霜、糖稀、牛轧糖、水果嚼物、软糖等产品，在糖果工业中，常用水解干酪素代替鸡蛋蛋白。为了更好地控制产品特性，主要使用碱水解，不过现在更多的是使用酶水解。

十、乳清蛋白浓缩物

乳清蛋白浓缩物是利用膜分离技术的超滤和稀释超滤工艺生产的。使用膜技术无须加热就可以将乳清（和脱脂乳）中的各组分分离出来。并可根据需要选用乙酸纤维素、酰胺或共聚物材料制成的螺旋卷式、管式或盘式等不同材料、结构的超滤膜。近年来，无机氧化铝膜和陶瓷膜也应用于超滤分离工艺上。这些膜作为分子过滤筛，乳清和水分别在其两侧循环，在一定压力下，小分子透过膜进入水中，大分子如牛乳蛋白、脂肪球等保留在乳清中，这样，水和无机物、乳糖等与乳清分离，从而使乳清浓缩。超滤可使蛋白质浓度高达75％，但随着其浓度的升高，分离效果也会减弱，浓缩时因浓差极化现象的发生使乳清蛋白之类的物质凝胶化，阻止了糖分子透过膜。为了减轻浓差极化，超滤膜过滤时，乳清液的流动设计成湍流程度较高的流动速度。浓缩的最终浓度虽然受到限制，但利用稀释超滤可提高最终浓度。在浓缩过程中，浓缩物要不断地用水稀释，以保证其他物质（除水外）的分离及其透过速率和较高的蛋白质含量。稀释超滤后的干基蛋白质含量可达90％。

对于蛋白质含量较低的乳清蛋白浓缩物，可采用二段工艺来干燥，又因其中含乳糖，也可使用附聚工艺。即使蛋白质含量高的产品也可用这两种工艺干燥，不过，随着乳糖含量的相对降低，附聚效果也降低，但在多段干燥工艺中，仍可保持一定程度的附聚。乳清蛋白浓缩物容积密度低，而且颗粒很细，在空气中易吸水，因此，要求包装得很严密；又因其吸水快，乳粉难溶解，而且易形成覆盖有水膜的团块，这种团块很黏且很难破碎，使用卵磷脂可改善其分散性，从而克服这些缺点。

乳清蛋白浓缩物可应用于多种食品中，含蛋白质35％的乳清蛋白浓缩物常代替脱脂乳粉直接用于冰淇淋、甜点、汤料、调味料、快餐、早餐谷物食品、加工肉制品、新鲜干酪等食品生产中；含蛋白质较高的乳清蛋白浓缩物因其中蛋白质的水合能力、起泡性和胶凝性，经常应用于糖果、焙烤制品、肉类、甜食和饮料等产品中。

十一、其他产品

目前，调配乳粉中还有很多食品专用粉产品出现，以更细的市场细分满足不同行业、不同产品的需要，如咖啡专用粉、冰淇淋专用粉、饼干专用粉等。乳粉厂不同产品的原料和制造方法的总结见表2-12。