1.本发明涉及鲜奶杀菌技术领域,具体涉及一种鲜奶非热杀菌方法及系统。
背景技术:2.鲜奶含有人体生长发育及新陈代谢所必需的多种营养成分,如蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质、维生素、酶等。同时,鲜奶因含有丰富的营养成分,这为腐败和致病微生物的生长提供了有利的环境,导致牛奶保存期短。为了延长牛奶的保存期,传统方式为采用热处理杀菌,譬如巴氏杀菌、高温杀菌、超高温瞬时杀菌等。然而鲜奶经过热处理时,会发生不同程度的营养和感官变化,导致乳清蛋白变性、乳糖异构化等,降解产物(如乳果糖)和美拉德褐变产物(如糠氨酸和羟甲基糠醛(hmf)造成牛奶品质变差,特别是不受控制的美拉德反应可能通过破坏必需氨基酸和维生素以及限制其他氨基酸的生物利用度而降低牛奶的营养价值。
3.消费者要求新鲜、安全、感官特性好、保质期长的牛奶食品,然而,鲜奶微生物组成复杂,极易腐败增值,目前牛奶杀菌技术难以通过使用热处理同时满足所有这些要求。近年来,人们开始研究非热杀菌技术应用到牛奶杀菌,非热杀菌技术是指采用非加热的方法杀灭杀菌对象牛奶中的有害的和致病的微生物,使牛奶达到特定无菌程度的杀菌技术。现有技术中,大都采用杀菌剂、抑菌剂和防腐剂等化学杀菌技术,采用辐照、紫外、超声波等物理杀菌技术,或者开发新型超高静压、脉冲电场、振荡磁场等杀菌方法,并不断开发相应的设备。如申请号为201911149974.5公开的采用高压脉冲电场的牛奶灭菌装置,申请号为201911149974.5公开的一种牛奶辐照灭菌设备及方法,申请号为202010137625.8公开的一种鲜牛奶消毒灭菌的辐照处理用进出料设备等。尽管非热杀菌在牛奶加工中取得很大进展,然而大部分的杀菌方法仍然停留在实验室阶段,暂未形成一定规模的推广及应用;如采用单一辐照杀菌的方式,存在杀菌不彻底等问题,且为了达到灭菌效果,辐射功率需非常高,极容易产生白垩异味,严重影响感官品质,并且保质期较短。因此,本发明旨在开发一种更好的应用于鲜奶的非热杀菌方法及非热杀菌系统,以更好的满足实际需要。
技术实现要素:4.本发明所解决的技术问题之一在于提供一种鲜奶非热杀菌方法,以充分杀菌的同时降低因高剂量辐照产生的白垩异味,提高产品质量。
5.本发明所解决的技术问题之二在于提供一种鲜奶非热杀菌系统,以实现非热杀菌的批量生产应用,保证杀菌效果的同时保持鲜奶中色、香、味及营养成分,并保持功能成分的生理活性。
6.本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
7.一种鲜奶非热杀菌方法,包括如下步骤:
8.1)将现挤的鲜奶降温至不高于1℃并输送至低温储罐备用;
9.2)将低温储罐内的鲜奶输送至过滤装置中进行过滤处理;
10.3)将经过过滤处理的鲜奶输送至超高压均质装置中进行均质处理,均质压力为150~500mpa,均质处理时间为30~50s;
11.4)将经过均质处理的鲜奶输送至辐照杀菌装置中进行杀菌处理,辐照杀菌装置中高压雾化进料的压力为3~5mpa,γ-射线辐射强度为3~9kgy,辐照时间为20~40s;
12.5)将杀菌处理完成后的鲜奶进行无菌灌装即可。
13.进一步地,步骤1)中,将于不高于15℃的环境下现挤的鲜奶于1~3min内降温至不高于1℃,鲜奶输送至低温储罐后储存温度不高于2℃,储存时间不超过2h。
14.进一步地,步骤4)中,辐照杀菌装置中的γ-射线辐射发生器转动以对牛奶进行多方位的辐射杀菌。
15.一种鲜奶非热杀菌系统,包括依次连接的低温储罐、过滤装置、超高压均质装置、辐照杀菌装置以及灌装装置;
16.所述低温储罐由内往外依次包括储奶腔、制冷层以及保温层;
17.所述辐照杀菌装置包括辐照室、设置于辐照室内的γ射线组件以及用于进料的高压雾化组件;所述γ射线组件包括圆周分布于辐照室内的多个γ射线发生装置以及设置于辐照室内底部的转盘,γ射线发生装置与转盘连接并在转盘的带动下往复转动。
18.进一步地,所述辐照室底部还设置有固定的限位板,限位板上设置有限位槽,所述转盘底部设置有延伸至限位槽内的凸杆,转盘沿所述限位槽往复转动。
19.进一步地,所述高压雾化组件包括主雾化喷头以及辅雾化喷头,所述主雾化喷头设置于辐照室顶部中央,所述辅雾化喷头设置于辐照室的顶部及侧壁,主雾化喷头的喷洒范围大于辅雾化喷头的喷洒范围。
20.进一步地,所述过滤装置为袋式过滤装置。
21.进一步地,所述超高压均质装置包括超高压均质腔、增压控制阀以及压力表。
22.有益效果:本发明所述的鲜奶非热杀菌方法,通过前期研究分析鲜奶鲜奶微生物组成和特点,根据现有鲜奶在贮运和销售过程中腐败变质的规律,突破性的改决鲜奶杀菌效果差的难题,能充分破坏嗜冷菌、芽孢、乳酸菌等顽固微生物的细胞壁和细胞膜,结合γ-射线辐射杀菌对已受到严重损伤的微生物进一步破坏,极大提高杀菌能力,保证杀菌效果,且对鲜奶营养和感官品质不造成影响,能有效改善鲜奶的贮藏品质。数据表明,本发明杀菌的鲜奶在4℃条件下保质期高达22d,优于其它方法处理的鲜乳保质期,且能保持80%以上免疫球蛋白和乳铁蛋白的含量和活性。
23.较常规的巴氏杀菌或单一的高剂量灭菌而言,本发明所述的鲜奶非热杀菌方法,经过低温储藏、过滤及高压均质处理后,在低剂量的γ-射线辐照下,通过改变γ-射线辐射区域,使鲜奶纳米液滴照射无死角、杀菌充分,在此条件下,鲜奶中活性蛋白、不饱和脂肪酸等功能脂质营养组成因辐照氧化程度更低,从而显著降低因高剂量辐照产生的白垩异味(chalky off-flavors),大幅度提高产品品质。
24.本发明所述的鲜奶非热杀菌系统,适用于大批量的鲜奶杀菌,杀菌彻底,杀菌成本低,杀菌过程中食品温度变化幅度小,有利于保持鲜奶中功能成分的生理活性,利于保持鲜奶中色、香、味及营养成分,具有很好的生产推广和应用价值。
附图说明
25.图1为本发明中较佳实施例的结构示意图。
26.图2为本发明较佳实施例中限位板的结构示意图。
27.图3为本发明较佳实施例中γ射线发生装置的分布结构示意图。
28.其中:1、低温储罐;11、储奶腔;12、制冷层;13、保温层;2、高压泵;3、过滤装置;31、筒体;32、支撑滤篮;32、滤袋;4、超高压均质装置;41、超高压均质腔;42、压力表;43、增压控制阀;5、辐照杀菌装置;51、辐照室;52、γ射线发生装置;53、主雾化喷头;54、辅雾化喷头;55、转盘;56、限位板;561、限位槽;6、灌装装置。
具体实施方式
29.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
30.实施例1
31.如图1所示的一种非热杀菌系统,包括依次连接的低温储罐1、过滤装置3、超高压均质装置4、辐照杀菌装置5以及灌装装置6。
32.所述低温储罐1由内往外依次包括储奶腔11、制冷层12以及保温层13,其中储奶腔11为密闭腔体结构,其通过输料管进行进料,制冷层12用于保证储奶腔11内鲜奶温度保持1~3℃,且保证低温储罐1中鲜奶温度波动低于0.5℃,而保温层13用于防止外部环境对制冷效果的影响,最大程度减少低温储罐1中的温度波动。
33.所述过滤装置3为袋式过滤装置3,包括筒体31、支撑滤篮32以及设置于支撑滤篮32内的滤袋32,优选的,筒体31为不锈钢筒体31,滤袋32需定期更换。滤袋32的孔径优选为200~300μm。
34.所述超高压均质装置4包括超高压均质腔41、增压控制阀43以及压力表42,超高压均质装置4能提供150~500mpa压力,从而保证充分的破坏微生物的效果。
35.所述辐照杀菌装置5为γ射线辐照杀菌装置5,其采用的3~9kgy低剂量γ射线进行辐照杀菌。
36.所述灌装装置6为无菌灌装装置,经过辐照杀菌后的鲜奶进行无菌灌装即可。
37.在一些优选的实施例中,所述辐照杀菌装置5包括辐照室51、设置于辐照室51内的γ射线组件以及用于进料的高压雾化组件。
38.所述γ射线组件包括圆周分布于辐照室51内的多个γ射线发生装置52以及设置于辐照室51内底部的转盘55,γ射线发生装置52与转盘55连接并在转盘55的带动下往复转动。为了限制转盘55的转动幅度,所述辐照室51底部还设置有固定的限位板56,限位板56上设置有限位槽561,所述转盘55底部设置有延伸至限位槽561内的凸杆,转盘55沿所述限位槽561往复转动。在一些优选的实施例中,辐照室51为圆筒状结构,γ射线发生装置52的数量为4个,4个γ射线发生装置52以辐照室51的中心竖轴线为中心周向均匀分布,γ射线发生装置52贴合辐照室51的侧壁设置,而γ射线发生装置52的转动幅度为45
°
,鲜奶雾滴下落过程中,单个γ-射线辐射发射器位置优选的在2s的时间内顺时针或者逆时针旋转1次,从而保证不同位置的鲜奶滴充分受到γ-射线辐射处理,杀菌效果更好。
39.在一些优选的实施例中,所述高压雾化组件包括主雾化喷头53以及辅雾化喷头
54,所述主雾化喷头53设置于辐照室51顶部中央,主雾化喷头53用于形成雾滴而大范围的在辐照室51内向下喷洒,喷洒过程中每个单独的雾滴各个角度都能被γ射线辐照到,鲜奶雾滴与γ射线的接触面积更大,从而进行更充分杀菌,所述辅雾化喷头54设置于辐照室51的顶部及侧壁,主雾化喷头53的喷洒范围大于辅雾化喷头54的喷洒范围。从而辅雾化喷头54喷洒出来的鲜奶雾滴与主雾化喷头53喷洒出来的雾滴进行冲击和碰撞,使雾滴内部乱序,延长雾滴在辐照室51内的停留时间,进一步增强辐照效果。
40.作为本实施例的进一步改进,所述辐照杀菌装置5与灌装装置6间设置回流罐,回流罐通过无菌管道与辅雾化喷头54连接,且辅雾化喷头54的雾滴直径可小于主雾化喷头53的雾滴直径,从而回流后的鲜奶能更好的利用辐照室51内的辐照间隙,且进行二次辐照杀菌,起到更好地的辐照杀菌效果。
41.本实施例所述的非热杀菌系统,其需配套cip自清洗系统及sip自消毒系统,定期进行自清洗和消毒,从而更好的保证杀菌效果。
42.实施例2
43.本实施例所述的非热杀菌方法,包括如下步骤:
44.1)选定饲料无任何抗生素喂养的身体健康奶牛,在洁净、不高于15℃的低温环境中机械挤奶,将刚挤出的鲜奶,在1~3min内降温至1℃,并通过无菌管道输送到低温储罐1,备用;鲜奶在低温储罐1中储存温度不高于2℃,储存时间不超过2h,温度波动范围低于0.5℃。
45.2)鲜奶通过高压泵2输送至过滤装置3内进行过滤处理,要求高压泵2压力工作压力50kpa,过滤装置3中过滤袋32需及时清洗或更换;
46.3)将经过过滤处理的鲜奶输送至超高压均质装置4中进行均质处理,要求进入高压均质装置内的鲜奶进料温度低于30℃,均质压力为300mpa,均质处理时间为40s;
47.4)将经过均质处理的鲜奶输送至辐照杀菌装置5中进行杀菌处理,辐照杀菌装置5中高压雾化进料的压力为4mpa;且辐照杀菌装置5的辐照室51呈圆筒状结构,内部周向均匀分布四个γ射线发生装置52,鲜奶喷雾下落过程中,辐射杀菌室高度足够其完成辐照灭菌,单个γ-射线辐射发射器位置2s顺时针或者逆时针旋转1次,保证不同位置的鲜奶滴充分受到γ-射线辐射处理,且γ-射线辐射强度要求为8kgy,辐照时间为30s。
48.5)鲜奶经辐照杀菌后,进入灌装装置6内进行灌装,灌装装置6为无菌灌装装置,灌装温度控制18℃,待灌装结束,将产品密封并置于3℃条件下贮藏即可。
49.为了比较本发明相较于现有的设备和工艺方法优势,将本发明获得的灭菌鲜奶在4℃条件下贮藏22天,分析检测灭菌鲜奶在贮藏前后微生物指标(细菌总数、嗜冷菌、芽孢、乳酸菌、大肠杆菌等)、理化指标(酸度、乳铁蛋白含量、β-lactoglobulin等)和感官指标的变化,并分别与采用传统巴士灭菌、仅采用300mpa高压杀菌、仅采用8kgy辐射灭菌、仅采用传统16kgy辐射灭菌的方法进行对比。
50.其中细菌总数测定:按照gb4789.2-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》。大肠菌群测定:gb4789.3-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》。嗜冷菌和芽孢测定:按照《ny/t1331-2007乳与乳制品中嗜冷菌、需氧芽孢及嗜热需氧芽孢数的测定》。乳酸菌测定:按照gost 33951-2016《牛奶和奶制品乳酸菌的测定方法》。牛奶酸度测定:按照gb 541334-2010《食品安全国家标准乳和乳制品酸度的测定》。牛
奶乳铁蛋白含量和β-lactoglobulin测定:采用高效液相色谱法测定。牛奶感官指标评价:按照gb19301-2010《生鲜牛乳收购标准》进行评价。
51.结果如表1和表2所示。
52.表1新鲜牛奶经不同灭菌处理对其贮藏过程微生物(log cfu/ml)影响
53.[0054][0055]
表2新鲜牛奶经不同灭菌处理对其贮藏过程理化及感官影响
[0056]
[0057][0058]
由表1和表2可知,本发明与现有技术相比,能充分灭菌,且对鲜奶营养和感官品质不造成影响,特别是能提高鲜奶的贮藏品质。与传统单独γ-射线辐射杀菌方法相比,本发明在低剂量和适度低温条件下,通过转动改变γ-射线辐射区域,使鲜奶纳米液滴照射无死角、杀菌充分,在此条件下,鲜奶中活性蛋白、不饱和脂肪酸等功能脂质营养组成因辐照氧化程度更低,从而显著降低因高剂量辐照产生的白垩异味(chalky off-flavors),大幅度提高产品品质,特别是产品保质期大幅度提高。本发明杀菌的鲜奶在4℃条件下保质期达到22d,能保持80%以上免疫球蛋白和乳铁蛋白含量和活性,具有很好的应用价值。
[0059]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。