1 婴幼儿配方奶粉生产工艺关键技术对溶解冲调性的影响

2007年第35卷第10期(总第203期) 0 引 言 我国婴幼儿奶粉年消费额近50亿元,成为仅次于 美国的世界第二大消费大国,并以每年15%的速度增 长,我国成为世界上最大的奶粉市场之一。我国食品 业“十一五”发展纲要指出:中国奶粉消费已进入消费 升级时代,今后将逐步减少普通奶粉生产,提高配方 奶粉比例[1]。每年出生近2000万的新生儿[2]消费群体孕 育着中国婴幼儿奶粉的巨大市场空间,但是我国儿童 食品科技含量不高,只能盘踞在中低端市场,虽数量 上已远超过进口的中高档产品,但销售额和利润却远 远要低,这已是一个不争的事实。而且国产配方奶粉 经常因速溶性不够好、颗粒小、均匀性差、溶解不充分 等溶解冲调性的问题,而倍受广大消费者的质疑,已 成为国产品牌奶粉品质提升的一大瓶颈。本文从研究 奶粉颗粒粒径与奶粉溶解及冲调性的关系出发,着重 探讨了婴幼儿奶粉关键生产技术的改善与颗粒状态 的关系,得到了最佳喷雾干燥工艺条件,提高了婴幼 儿配方奶粉的溶解、冲调性。 1 实 验 1.1 材料 鲜牛奶,脱盐乳清粉,WPC80蛋白粉,精炼植物 油,低聚异麦芽糖,核苷酸,DHA,ARA,α-乳清蛋白, β-胡萝卜素,复合维生素和矿物质,外购婴幼儿配方 奶粉样品等。 1.2 仪器设备 检测仪器:FT-120乳成分快速仪,秒表,分目 筛,电炉等。 设备:板式换热器,均质机,净乳机,配料缸,高速 剪切乳化缸,胶体磨,三效蒸发器,高压泵,喷雾干燥 收稿日期:2007-05-25 基金项目:杭州市科技攻关项目(20051332B21),杭州市重大科技招标 项目(20062911A05)。 作者简介:华家才(1980-),男,助理工程师,从事乳与乳制品生产及技 术的研究。 通讯作者:尤玉如 婴幼儿配方奶粉生产工艺关键技术对溶解冲调性的影响 华家才1,尤玉如2,钱锋1,李斌1,毛尔华1 (1.浙江贝因美科工贸股份有限公司,杭州 310007;2.浙江科技学院 生物与化学工程学院,杭州 310023) 摘 要:对婴幼儿配方奶粉粒径大小与奶粉溶解及冲调性的关系进行了研究。结果表明,粒径均一,且控制在0.25～0.45mm之间的奶粉 溶解及冲调性最好。为改善奶粉颗粒,对标准化工序采用高速剪切、胶体磨循环乳化工艺,以及喷雾干燥进风分布和风速调节等关键生 产技术进行了研究,并经正交试验得出喷雾干燥最佳工艺条件:浓奶浓度16°Bé,高压泵压力17MPa,进风温度185℃。 关键词:溶解冲调性;颗粒粒径;生产工艺 中图分类号:TS252.51 文献标识码:A 文章编号:1001-2230(2007)10-0022-04 Effectsofthekeyprocessingtechnologyofinfantformulaonthedissolvingability HUAJia-cai1,YOUYu-ru2,QIANFeng1,LIBin1,MAOEr-hua1 (1.ZhejiangBeingmateTechnology-Industry-TradeCo.Ltd.,Hangzhou310007,China;2.SchoolofBiologicaland ChemicalEngineering,ZhejiangUniversityofScienceandTechnology,Hangzhou310023,China) Abstract:Infantformulagranulesizeplaysanimportantroleindissolvingability;itwasresultedinthispaperthatthedissolvingabilityof powdermilkwasbestwhenthegranulesizewassetin0.25～0.45mm.Studiesonthekeyprocessingunitsandrelativetechnologyweredone, standardizationbyhigh-speedshearing,circulationemulsifyingwithcolloidmillandwind-speedmodificationinspray-dryingcaneffectively improvethedissolvingabilityofinfantformula.Fromtheorthogonalexperiment,thebestprocessingconditionswereobtained:theconcentra- tionofmilkwas16°Bé,thepressureofpumpwas17MPa,thetemperatureofwind-inwas185℃. Keywords:dissolvingability;granulesize;productionprocessing www.chinadairy.net rpgy@chinajournal.net.cn 中国乳品工业 22 Vol.35,No.102007(total203) 塔,流化床,罐装机等。 1.3 方 法 1.3.1 工艺流程[3-5] 生鲜牛乳!离心净乳!冷却暂贮!巴氏杀菌!标准化! ↑ 脱盐乳清粉、精练植物油、维生素、矿物质等 乳化!预热过滤!均质!杀菌浓缩!喷雾干燥!流化床冷却 !检验!罐装!入库 1.3.2 下沉速度和溶解时间测定 量取50～55℃的蒸馏水100mL放入200mL高型 烧杯中,称取13.6g婴幼儿配方奶粉,将奶粉迅速倒入 烧杯的同时启动秒表开始记时,记录奶粉下沉时间以 及下沉的距离,下沉距离与下沉时间的比值则为下沉 速度,而溶解时间则是奶粉全部溶解于水所需时间。 1.3.3 乳化工艺 在高速剪切乳化缸中,先将混合物料高速剪切 20min,然后再高速剪切与胶体磨循环乳化15min。 1.3.4 风速调节 调节热风分布器的导板及导板与锥体间的距离, 把分布器均分为8个点(初始点设在进风口),加上1个 中心点,测定上述9个点调节前后的风速。 1.3.5 喷雾干燥 喷雾时浓奶温度保持在50℃左右,喷雾室真空度 保持在200Pa左右,喷嘴孔径12.5～13.0mm,排风温度 80～85℃左右,而浓奶浓度、进风温度、高压泵压力通 过正交试验确定。 1.3.6 评定 样品品质评定采用评分法,分别以溶解冲调性、 感官、流动性3个角度来评价产品干燥工艺条件的合 理性。具体方法为溶解冲调性40分,感官30分,流动性 30分(满分100分),结果如表1所示。 2 结果与分析 2.1 颗粒大小与溶解性的关系 对配方奶粉用不同目数的筛网进行筛分,分别得 到0.15,0.20,0.25,0.30,0.35,0.40,0.45,0.50mm等8种 粒径范围不同的奶粉:并进行了下沉性和溶解时间的 试验。 2.1.1 下沉性 图1为奶粉粒径与下沉速度的关系。由图1可以看 出,奶粉粒径与下沉速度基本成正比关系,颗粒越大 下沉越快,且大致分3个阶段,粒径≥0.45mm的颗粒, 下沉速度较快;粒径在0.25～0.45mm之间的,下沉速度 居中;而粒径≤0.25mm的颗粒,速度就比较慢。图1 中 , 横 坐 标 从 左 至 右 8个 点 数 值 分 别 代 表 0.15,0.20,0.25,0.30,0.35,0.40,0.45,0.50mm的奶粉颗粒 (下同)。 图1 奶粉粒径与下沉速度的关系 2.1.2 溶解时间 图2为奶粉粒径与溶解时间的关系。图2表示,溶 解时间与下沉速度并非一致。粒径越大,溶解时间并 不是越短,粒径在0.25～0.45mm的奶粉颗粒溶解时间 较适宜,而粒径在0.45mm以上的次之,粒径在 0.25mm以下的最长(需要反复搅拌才会溶解)。这是 因为大颗粒虽说下沉性较好,但由于下沉太快,粉与 水尚未充分接触就到达底部,需要有较长时间的搅拌 才能使粉粒完全溶解;而细颗粒由于本身较轻,所以 下沉很慢,一旦大量细颗粒倾倒入水中浮 于表面,由于毛细管作用,水进入粉中膨 胀而造成一种粉团下沉,干粉被包裹而沉 于容器底部。这些都给消费者造成一种奶 粉溶解性差的印象。颗粒在0.25～0.45mm 的就比较好,沉降过程中绝大部分能与水 充分接触而溶解,少量剩余经轻微搅拌就 能溶解。 所以,奶粉的粒径控制在0.25～0.45mm 之间为宜。图3为三种粒径范围不同的奶 粉。由图3可以看出(从左至右):奶粉筛分 成粒径≥0.45mm,粒径在0.25～0.45mm 之间,粒径≤0.25mm(因颗粒太小,有吸 湿结块现象)的3种不同粒径的形态。 项目 溶解 冲调性 感官 流动性 方法 见1.3.2 取适量样品于洁净平 铺的白纸上,观察其色 泽,并闻其滋气味 取适量样品于洁净平 铺的白纸上,观察其流 动性 指标 溶解下沉快,能形成均匀溶液 溶解下沉较快,溶液中有少许白色小点 溶解下沉较快,溶液中有少量白色小点以及杯 臂少量小白点和絮片 均匀淡黄色、有光泽,具有应有滋气味、无异味 色泽、滋气味有轻度变化 色泽、滋气味有较明显变化 粉末自由流动的能力,像沙子一样,在流动过程 中不发生结块、附聚现象,即表示其流动性好[6] 流动性好,但有少量硬粒 流动性较好,且有少量焦粉粒或小黑点 评分/分 38～40 33～37 26～32 29～30 23～28 16～22 29～30 23～28 16～22 表1 样品品质评定结果 ResearchPapers研究 23 2007年第35卷第10期(总第203期) 图2 奶粉粒径与溶解时间的关系 图3 三种粒径范围不同的奶粉 因此,控制奶粉颗粒粒径,是有效改善奶粉溶解 及冲调性的关键,而生产工艺关键技术的改进提升, 则能有效改进奶粉颗粒状态。 2.2 乳化工艺确定 婴幼儿配方奶粉标准化时,需投入脂肪、脱盐乳 清粉等大量配料,很难混匀,脂肪极易复聚,即使经过 搅拌(或高速剪切),进入均质过程,也只是局部乳化, 效果不好[7,8](目前国内生产厂家大多采用的工艺)。以 致后期干燥的奶粉,颗粒大小不均匀,速溶、冲调都不 好。研究中,对标准化工序进行了改进,在原高速剪切 的基础上,增加了胶体磨循环乳化工艺,使奶粉颗粒 大小的均匀性、速溶和冲调性得到了提高(图4)。 图4 乳化工艺改进前后奶粉颗粒在0.25～0.45mm间占有率对比 2.3 多喷头和细粉回喷装置 采用多喷头(如四喷头),可使每个喷头喷出的料 液绝大部分按照正常情况的下落,到塔中部四喷头雾 化相交区,小液滴互相碰撞,形成较大颗粒。由于存在 毛细管现象,有利于奶粉溶解,从而大大减少细粉的 量[9]。即使有细粉也将通过旋风分离器收集,重新送回 到塔顶,进入奶液雾化区,起晶核作用,吸附新喷出的 奶滴。既消除了细粉,又增大了奶粉颗粒的均匀性和 润湿性[9](见图5)。 图5 采用四喷头和细粉回喷装置前后奶粉颗粒 在0.25～0.45mm间占有率对比 2.4 风速调节 干燥用的热风,出风稳定、均匀、有力度,可防止 出现积粉、焦粉,达到最佳干燥状态,提高热风利用 率[9]。经测试,未经调节的风速分配和经过调节后的 最佳风速分配见表2。由表可知,调节前最大风速差达 0.97m/s,中心点速也只有7.77m/s;调节后,分配器风 速比较均衡,最大风速差仅为0.18m/s,中心点风速也 提高到8.55m/s,奶粉0.25～0.45mm间颗粒大小的比 例得到提升(见图6)。 图6 风速调节前后奶粉颗粒在0.25～0.45mm间占有率对比 取点 1 2 3 4 5 6 7 8 中心点 调节前 6.94 7.16 6.77 7.45 6.99 6.93 7.74 7.10 7.77 调节后 7.12 7.10 7.22 7.19 7.28 7.11 7.25 7.19 8.55 表2 调节前后风速分配对比 风速/(m·s-1) 研究报告ResearchPapers 24 Vol.35,No.102007(total203) 2.5 喷雾干燥参数确定 经试验研究发现,奶粉喷雾干燥的效果、颗粒的 大小和均匀度与浓奶的浓度、高压泵的压力、干燥热 风的温度等参数有着很大的关联。为此本次试验将以 这三参数为因素,设计了喷雾干燥条件优化正交试 验,其中因素水平选择见表3,评定结果见表4。并以得 到的最佳工艺条件进行了生产试验,筛分大小粒径在 0.25～0.45mm之间的奶粉,与市场购样国内外知名品 牌同类产品进行了比较,见表5。 由表4可以看出,影响产品最终评价的因素主次 顺序为C(浓奶浓度)、A(高压泵压力)、B(进风温度), 最佳工艺条件为A2B1C2,即:浓奶浓度16°Bé,高压泵 压力17MPa,进风温度185℃。在此条件下得出的产 品最好,此时,测得奶粉粒径在0.25～0.45mm之间的达 到86%(见表5)。 由表5可以看出,试产样品粒径在0.25～0.45mm之 间的占有率最高,溶解下沉时间最短,也就是说溶解、 冲调性最好。 3 结 论 (1)配方奶粉粒径控制在0.25～0.45mm之间为宜, 在沉降过程中绝大部分能与水充分接触而溶解,少量 剩余则经轻微的搅拌就能溶解。 (2)标准化工序,采用高速剪切,胶体磨循环乳化 工艺,得到的奶粉颗粒大小较为均匀,提高了溶解、冲 调性。 (3)采用多喷头和细粉回喷装置,大大的减少细 粉量,有利于奶粉溶解。 (4)调节喷雾干燥塔热风分配,提高了热风均匀 性和中心风速,防止出现积粉、焦粉,大大改善了产品 粒径均匀性和溶解、冲调性。 (5)浓奶浓度16°Bé,高压泵压力17MPa,进风温 度185℃,有效改善奶粉颗粒大小,粒径在0.25～ 0.45mm之间的奶粉比例达到86%。 参 考 文 献: [1]刘峻,余亚仕.伊利推动国内婴幼儿奶粉配方升级—中国奶粉消费 步入新时代[N].现代快报,2007-1-30(A8-9). 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[9]武建新.乳品技术装备[M].北京:中国轻工业出版社,2000. 因素 1 2 3 高压泵压力(A)/MPa 14 17 20 进风温度(B)/℃ 185 195 205 浓奶浓度(C)/°Be 14 16 18 表3 干燥条件正交试验因素水平表 试验 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 H1 H2 H3 R A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 255 266 255 85.0 88.7 85.0 3.7 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 260 260 256 86.7 86.7 85.3 1.4 C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 259 269 248 86.3 89.7 82.7 7.0 溶解及 冲调性(40分) 34 35 33 39 36 38 33 39 36 感官 (30分) 24 26 24 28 23 25 24 22 26 流动性 (30分) 26 26 27 29 25 23 23 28 24 总分/分 84 87 84 96 84 86 80 89 86 表4 干燥工艺条件L9(33)正交试验评分表 ResearchPapers研究报告 项目 粒径0.25～ 0.45mm占 有率/% 溶解下沉 时间/s 不同点 取样 (1) (2) (3) 平均 (1) (2) (3) 平均 试产 样品 86.0 85.8 86.2 86.0 19.24 19.18 19.54 19.32 外购 样品1 79.9 80.0 80.4 80.1 22.36 22.22 22.12 22.23 外购 样品2 78.8 78.6 80.2 79.2 23.20 23.46 23.58 23.41 外购 样品3 81.8 81.6 81.4 81.6 20.26 20.48 20.16 20.30 外购 样品4 80.6 81.0 80.8 80.8 22.32 22.46 22.24 22.34 外购 样品5 74.2 74.3 73.8 74.1 29.26 29.32 29.56 29.38 外购 样品6 74.4 73.9 74.3 74.2 30.08 30.42 30.26 30.25 表5 各大品牌颗粒大小及溶解下沉时间对比情况 注:外购样品1,3,4为外资品牌,外购样品2,5,6为国产品牌。 25