AMF 生产线

概述

AMF 工艺的中心目标是分解水包油乳液和分离所有非牛奶脂肪成分。 有两种方法可行:通过直接通道对原奶进行脱脂,而后进行稀奶油加工/浓缩,或者使用黄油。 在采用灵活工艺和自动化工艺结构处理后,稀奶油、甜奶油和酸奶油可作为提取 AMF 的基本材料。

从稀奶油提取 AMF(无水黄油) 的工艺
从稀奶油提取 AMF(无水黄油) 的工艺

此工艺流程图展示了从稀奶油提取 AMF 的示例。

还可以加上 NaOH 处理步骤,这样可以减少游离脂肪酸的含量。 在装置的控制设备中可以输入与各种材料和数量对应的过程参数和变量;这些过程参数和变量会自动调整所有监管和功能程序,以满足特定产品的需求。

标准化过程

将脂肪含量约为 40% 的稀奶油输入装置中,先在板式热交换器中将其加热到 55 到 60 °C。 必须保持在此温度范围内才能确保在分离机转鼓中浓缩的稀奶油具有最低的粘度,并同时使浓缩稀奶油相与乳清相之间的密度差异达到最大。 然后,稀奶油浓缩机将稀奶油浓缩到高达 75% 的脂肪含量。 此浓缩物现在进入相转化过程。 分离出的清液在经过冷却和热回收后从分离机泵到酪奶罐中。 清液回收的目的是要进行热回收,这对整个系统的能耗也有积极的影响。

在制造黄油的过程中,初步目标是分解和分离脂肪球膜,以实现相转化。 脂肪球膜可以通过机械能的方式进行打碎。 通过在均质机中用机械的方式分裂完整的脂肪球膜,即可进行脂肪释放和相关的相转化。 要想有效地进行相转化,以下方面至关重要:浓缩进入均质机的稀奶油,均质机的设计,均质压力和相转化介质的特殊再循环过程。

在下游的油脂浓缩机中,从轻油相中将乳液和乳清分离为重相,并将其返回到稀奶油浓缩阶段。 另一方面,浓缩至 99% 的轻油相加热至约 90 °C,并加入水进行清洗。 在油脂抛光机中,清洗用水被分离,并在真空蒸发器减少剩余的水分。 在此处理阶段,回收的无水奶油包含至少 99.8% 的油脂,因此可以达到最高质量类别的要求。 在将 AMF 输送到存储罐中后,它会冷却到约 50 °C。

稀奶油浓缩

稀奶油浓缩机
稀奶油浓缩机

稀奶油浓缩在特殊的的牛奶分离机中完成,这种分离机可以使用于不同粘度的稀奶油 预加热的稀奶油从板式热交换器直接进入分离机进料口。 浓缩过程在分离机中进行,脂肪含量从 35% – 42% 提升到 72% – 75%。 此脂肪含量值必须达到最小值,下游工艺阶段才能达到最佳效果。 高粘度稀奶油通过最短路线直接输送到高脂储罐,该储罐是均质机和相转化阶段的上游缓冲储罐。 分离后的清液在经过热回收和最终冷却后输送到存储罐中。

相转化

相转化
相转化

在正常状态下,牛奶脂肪会形成稳定的乳液和水包油形式的水。 为使乳液达到稳定状态,脂肪包裹在磷脂质和蛋白质的吸附性表层中。 

分解此乳液和分离所有非牛奶脂肪成分是 AMF 生产过程的目标。 通过机械能或化学反应可以分解膜体。 机械能(如均质化)用于破开膜体。 原始膜体破裂后与牛奶乳清中的蛋白质结合形成新的膜体,新的膜体又形成了较小的脂肪球膜。

另外还要减少脂肪球,例如在加工饮用奶过程中,这样是为了防止出现所谓的“奶油化”情况。

这一过程无法完成完整的相转化。 另外,现有的稀奶油与部分乳清会形成相对稳定的乳液层;由于它是油相与乳清相之间的第三层,因此会妨碍分离过程。

如果要使完整的新脂肪球形成的可逆过程降到最低,必须采取一些特殊的措施。

以下措施可将乳液成分降到最低:有三种物质,即脂肪、磷脂质和蛋白质是乳液层稳定的三大要素。 如果去掉这三种物质中的一种,或改变其中一种物质的含量,使其不能成为膜体的基础材料,那么就能阻止形成完整的脂肪球,也就无法形成乳液了。

当上述所有参数都应用于相转化时,转化程度可以达到 80% – 95%。

与标准均质化不同,这一过程的目标不是减少脂肪球的大小,而是破坏膜体或包裹层,这样就能重新获得脂肪。 因此,防止完整的新膜体形成脂肪球膜非常重要。

根据上述内容,初步结论是:在真正开始生产油脂前,应将乳清含量降至最低,以使可用的膜体基础材料的含量降至最低。

因此,为了释放足够的脂肪,在稀奶油浓缩机中形成的稀奶油的脂肪含量必须超过 75%。 释放脂肪以及由此带来的相转化通过在均质器中以机械方式破裂完整的脂肪球膜实现。

相转化 - 均质机

油浓缩

油脂浓缩机
油脂浓缩机

相转化后,在后续分离步骤中进一步浓缩脂肪,即会进行油浓缩。 与第一个浓缩步骤相比,不再使用传统的牛奶分离机执行此步骤,而是使用一个特殊的油脂分离机。 磁盘堆叠的配置与脱脂分离机有本质上的不同。 首先,由于流量发生改变,脂肪相已经占据最大的部分,其次,现在的重点是对油脂进行提纯。

看看油脂分离机料碗的横截面,便能一目了然。 上升的通道通向外缘,这样能使油经过的路线最长,从而提高纯度。 油必须尽量与蛋白质分离,以避免在后面的加工过程中再次乳化。 乳清的脂肪成分在此过程步骤中扮演次要的角色。

在此步骤中,产品的脂肪含量从 72% – 75% 浓缩到约 99%。 上面提到的乳液相和乳清分离为重相。 乳液专门由特别设计的转鼓进行分离。 

根据相转化形成的游离脂肪的比例,乳清的脂肪含量介于 15% – 25% 之间。 由于相转化的之前步骤,此分离机中的酪奶比传统黄油搅打过程形成的酪奶包含更高的磷脂质和卵磷脂含量。 

酪奶输入到稀奶油浓缩机上游的平衡罐中。 通过这种方式,脂肪会在稀奶油浓缩过程中再次与酪奶分离。 以这种方式脱脂的酪奶将以混合相的形式排出,也就意味着现在只有酪奶仍在生产过程中。 在进行下一个分离步骤前,浓缩油将加热到相应的过程温度,约 90 °C。

油的净化离心

未经过或经过抛光的油成分
未经过或经过抛光的油成分

加热的浓缩油在最终的分离阶段进行“抛光”。 此步骤可以保证得到国际食品法典委员会要求的纯度较高的 AMF。 上图的上半部分显示了未经抛光的油成分,下半部分显示了经过澄抛光的成分。

为进一步提高油的纯度,向浓缩油中加入一定量的热水。 加入的水可以稀释油的浓度,也能相应地稀释乳糖的含量,但是灰分仍然存在。

加入的水立即在所谓的“抛光”离机中分离开来。 以这种方式提纯和浓缩的油所含的脂肪含量约为 99%。 除了水,分离后的酪奶-水混合物还包含仍然分离的牛奶混合物和非常少量的脂肪。 为确保油中的水含量低于 0.1%,油将被输送到最后一个过程步骤进行加工,然后再冷却并包装。

油干燥/真空干燥器

90 °C 的热油在经过澄清离心后输送到真空干燥器中。 生产入口的设计可以确保表面尽量大,因此可以更好地蒸发掉油中的水分。 安装好的冷凝器和真空泵可将容器的压力降低至约 -0.9 巴,因此可用 100 °C 以下的温度蒸发水分。同一个泵将吸走生成的水蒸汽。 将它们从封闭系统中排出之前,将进行一次急速冷却。 通过蒸汽去掉的可能的残留脂肪成分在脱脂罐中分离,因此不会给废水系统增加负担。

油从蒸发器装置的下半部分分离出来,并输送/泵送到冷却阶段。

减少 FFA

最终成品油中的 FFA(游离脂肪酸)会降低产品质量。 因此,IDF 标准对 FFA 成分设定了上限(图 1)。 如果要减少 FFA 成分,例如因为初始值太高,那么可以通过物理和化学方式实现。

游离脂肪酸是短链脂肪,例如丁酸、己酸和胭脂红酸。 如果上述物质浓度足够高,还会发生异味(腐臭)和/或香味问题。

加工过程中借助脂肪酶形成的流离脂肪酸会附着在脂肪球膜上,并慢慢分解游离脂肪。 必须注意,

酶在低温下的活性非常低。 酶在大约 37 °C 时的活性最高。超过 50 °C 后,它的活性达到最低,在温度较高 (> 60 °C) 时,它全无活性。 假设稀奶油和黄油等最初产品中的 FFA 含量较高,可能必须采取特殊措施去掉产品中的游离脂肪酸。

可以使用皂化过程降低 FFA 含量。 添加碱液(产品 pH 值 > 11)可能会导致游离脂肪酸“皂化”。

随后,可在澄清分离机中分离形成的絮凝物。 必须完全去掉生成的这种物质。

过氧化物数量

无水奶油的质量还取决于过氧化物的数量,即一公斤油脂中经过氧化的氧 O的毫当量。 一般来说,已经发生的脂肪氧化现象无法减轻;但是,可在一段时间内抑制它或让它保持恒定。 通过使用抗氧化物可以实现这一目的。

抗氧化物是一种可以防止油中的过氧化物数量上升的添加剂,在某种程度上可以减少已经存在的过氧化值。 例如,可以使用生育酚。

无水奶油中的最终生育酚浓度必须小于 200 ppm。 GEA 掌握了制备和添加这种性质的物质的技术方法。

二次脱脂

二次脱脂与标准过程

β 乳清二次脱脂

在离心分离产品期间,大多数游离的磷脂质都会进入乳清。 为此,必须计算磷脂质的含量,以便确定无水奶油过程的重相的产量。 通常使用经过巴氏杀菌的稀奶油。 相对于标准过程,主要区别在于这一过程会回收乳清相,因为相转化过程中会从脂肪球膜中释放磷脂质。

与标准过程不同的是,这一过程会在油脂浓缩机的乳清分离机中进行分离脱脂。 从油分隔机出来的乳清收集在一个缓冲罐中,并从缓冲罐进入 β 乳清脱脂器中。 这里分离的脂肪直接进入真正的 AMF 过程,进入高脂罐。 

这一过程方法集合了两大优势:首先,在二次脱脂后进行单独的冷却,因此还形成了磷脂质含量特别高的 β 乳清,是生产特殊产品的理想基础物质。 第二,单独的二次脱脂减轻了实际稀奶油浓缩机的压力,这样,可以使用较小型的机器提供相同的油处理量,或者在使用现有的装置下,可以通过改造二次脱脂来实现较高的油处理量。 

在此过程中,α 乳清不与 β 乳清混合,因此与标准过程相比,磷脂质含量非常之低。 通过这种方式,乳清的用途堪比脱脂牛奶;不过,必须注意,它的脂肪含量比脱脂牛奶高,因为浓缩稀奶油时会有一定比例的脂肪进入乳清相。

用黄油加工AMF的工艺

如果黄油作为原料,那么已经存在油包水的乳液。 在搅打过程中,将发生部分相转化。 初始产品对装置设计具有决定性的重要意义。 一般来说,加工稀奶油的装置也适用于分离溶化的黄油。

甜奶油

如果要处理的甜奶油的 pH 值约为 6.5 且不允许使用“化学药剂”(如柠檬酸)使蛋白质变性,则要考虑乳液层。

要想离心分离和破坏这一层,只能通过专门设计的分离机和相转化工艺进行。 分离机的操作方法对过程、所需的附加设备和装置的效率有决定性的影响。 要加工甜奶油,必须使用可将脂肪含量浓缩到 99.5% 的分离机。 必须借助乳清相排出乳液。

溶化的黄油(如使用 BXA 溶化的黄油)通常直接泵送到高脂罐中。 在 -20 °C 的温度下,可从制冷存储设备中取出黄油块,并在溶化系统中进行溶化。 黄油罐中的产品温度为 45 到 65 °C,具体视装置设计而定。在板式热交换器中,产品的温度可升高至 70 – 75 °C。 

必须通过均质器进行相转化,以使乳液相最小化。 油脂浓缩机可以分离 99% 的脂肪。 重相(也就是酪乳与残余乳液粒子的混合物)进入脱脂分离机。

油相(轻相)加热至约 90 °C,随后在另一个分离机中再次分离。 在油进入澄清分离机前,加入清洗用水,以提高油的质量。

后续的加工步骤请参考前文介绍的过程。 由于尚无稀奶油浓缩机,因此强烈建议在使用油脂浓缩机之后对乳清相进行二次脱脂。 如果待加工的酸奶油的 pH 值为 4.5 到 4.6 且蛋白质含量较高,则可使用卧螺离心机。 可以单独浓缩固体物。

在任何情况下,必须在下游安装分离机(澄清分离机),以将脂肪浓度提高到 99.5%。

含盐黄油

近年来,含盐黄油作为无水奶油的生产原材料的趋势稳定上升。 在离心分离过程中,盐分会随同酪乳一同被去掉。 举例来说,如果黄油中的初始盐含量为 2%,那么酪乳中的盐浓度会上升至约 10%。 进一步加工含盐酪乳的作用有限。

添加柠檬酸可以破坏含盐的甜奶油的乳液相。 同时,黄油中的蛋白质也会变性。 经过处理的原材料会与酸奶油有相同的特性。

添加酸后,溶化黄油的 pH 值为 4.5 – 4.6。 以这样的 pH 值,不仅游离蛋白质会变性;另外,由于整个脂肪球膜蛋白质发生变化,因此膜体会破裂,乳液也会被破坏。 除了清水和油相,还可以随后获得容易分离的沉淀物。 与真正的酸奶油相比,此沉淀物含量低了很多。 其中一个原因是,甜奶油中的无脂干物质(部分由蛋白质构成)比酸奶油中的少。

特殊工艺/特殊解决方案

除了前面介绍的工艺,在某些方面还要采用特殊解决方案来满足所有需求。

分批处理

如果需要加工少量的稀奶油,可以使用包含两个分离机的系统。 除了稀奶油分离机,只需要使用一个油脂分离机(而不是两个)。

为了能够使用此系统生产 AMF,必须通过该装置两次。 在第一步/批次中,浓缩稀奶油,进行相转化并浓缩油脂。

中间产品存储在一个大缓冲罐中。 此缓冲罐装满后,过程将中断,并为第二批次/步骤准备,而不是处理新的稀奶油。

在下一步中,之前浓缩的油脂将和之前的原材料产品经历相同的加工步骤。 第一步中的稀奶油加热器将用来把油脂加热至 90 °C。 

之前使用的油脂浓缩机在第二步用作澄清离心机,第一步形成的中间产品将提升到符合 AMF 质量要求。

后续步骤与初始工艺的步骤相同。

酥油生产

酥油加工生产线
酥油加工生产线

酥油,也称为液体黄油,是许多地方性菜肴中最重要的脂肪来源,包括印度、巴勒斯坦和非洲。

如果要生产酥油,与 AMF 不同,生产过程中应尽量长时间地保留蛋白质并进行加热处理,以便保留预期的风味。

传统方法是用火加热并煮沸放在煮锅中的黄油或稀奶油,直到所有水分全都蒸发,同时“烧热”蛋白质并使其变性。

分离沉淀物后,脂肪相即为酥油。

要使此过程更高效快捷,可以结合使用简单的分离机和旋流分离机。 溶化黄油并蒸发水分后,制备好的产品将在澄清器和旋流器中分离出固体物,并实现较高的纯度。

执行沉降等中间步骤,以便随后可以更高效地使用现有煮锅。