连续生产融化干酪的方法 【发明领域】
本发明涉及的是连续生产干酪制品的方法以及实施该方法所适用的设备。
背景技术
按照现有技术，为了生产融化涂抹干酪，首先，用所需的原料即干酪组分(天然干酪、融化涂抹干酪、或两者的混合物)和可能的一种或多种添加组分如黄油、其它乳制品、水、乳化剂、或熔化用的盐如磷酸盐或柠檬酸盐、防腐剂、精制食盐和色素制成产品物料流。为此目的，一般是先在一混合装置中将这些原料粉碎，然后加热至液体状态。此阶段的温度设置在物料混合物的熔点和100℃之间，通常是在约70-90℃。接着，可以将此液体物料流加热至超高温以杀灭细菌，也就是说，在加压下，短时加热到约100℃以上。然后例如通过快速冷却法使经过超高温处理的物料流冷却下来，即，随着压力的降低或释放，物料流同时冷却到100℃以下，如冷却到约85-90℃。
超高温加热处理和其后冷却的结果是产品的组织受到损失。这样，在融化涂抹干酪生产过程的开始阶段中至少有一步后续步骤是必须向奶油化贮槽内的液体物料流中添加未经超高温加热处理过的二次原料(也称为“原始材料”)，以便达到所要求的粘度。在加工开始阶段如果不加入二次原料就不可能在生产过程可接受地时间段内使已知类型奶油化贮槽内的粘度达到要求。达到所要求的粘度后，将物料流从奶油化贮槽中移出，再进一步如使之通过填充设备和冷冻隧道，继而进入堆垛机而加工成最终产品。
现有技术已知的生产融化涂抹干酪方法的缺点是为了使物料流的粘度达到所要求的值，进而使最终产品具有规定的稠度，至少在生产过程的开始阶段必须加入无菌原始材料。添加未完全灭菌的材料有可能会造成细菌污染产品的危险，导致产品保藏性能差。常规方法的另一缺点是，用于调制物料流粘度的奶油化贮槽容积要大，约500升，并且当中断产品排出过程时(例如在填充设备中是困难的)，很难防止奶油化贮槽中物料流的粘度上升到高出所要求的粘度值。这就有可能使产品的稠度不稳定，或者有可能使产量受到损失。另外，在奶油化贮槽中会形成沉积物，且在槽壁和搅拌装置上聚积成凸起物，因此，必须定期频繁地采取耗时且昂贵的清理措施。
在生产其它干酪产品的方法中，首先制成液体物料流，然后再通过将流体物料流的粘度调至所要求的值而加工成具有所要求稠度的最终产品，例如，在无需进行超高温加热处理的生产新鲜干酪或融化涂抹干酪的方法中，同时还存在着如何控制液体物料流流速的问题。
因此，例如，新鲜干酪加工过程中的工艺参数取决于所用原料乳的质量，而原料乳的质量例如会随季节不同而有很大的变化。如果液体物料流的粘度调制不当，最终产品的质量和稠度会出现明显的波动，并且会降低设备的填充效率和利用率。现有技术中已有试图通过在加工过程中多点插入干扰以及改变培养时间或调节pH来解决上述问题的尝试，但很显然，在加工过程中同时在多点实施不同的改性措施是很复杂且成本很高的，另外，就物料流粘度而言，这样做还常常会导致重现性不好。
即使在不需要进行超高温加热处理的融化涂抹干酪的生产过程中也存在着如何使物料流粘度稳定不变的问题。
发明的概述
因此，本发明面临的问题是如何避免上述现有技术中的至少一部分缺点。本发明解决该问题的措施是在密闭循环系统内对物料流施以剪切作用，由此实现对液体物料流粘度的调节。
本发明提供了一种连续加工干酪制品的方法，该方法包括：
用生产干酪制品所必需的原料加工成基本上均匀的液体物料流；
至少在加工开始阶段，以及在加工过程中使全部或一部分物料流通过密闭循环系统，对其施加剪切力，由此将液体物料流的粘度调节到所要求的值；
将物料流从循环系统中移出。
本发明还提供了一种调节液体物料流粘度用的设备，该设备包括：
用于将必要原料加工成基本上均匀的液体物料流的装置；和
密闭循环系统，全部或一部分液体物料流通过该系统，并由此而施以剪切力以使物料流的粘度达到所要求的值。
本发明还考虑提供一种测定液体物料流动态粘度的方法，在该方法中，在恒温及流速不变的条件下，或在标准化至恒温及恒定流速条件下，测定具有恒定流动阻力的测量路径中的至少一部分液体物料流的压力降，在该方法中，动态粘度是由所测得的压力降值确定的。
因此，本发明提供了一种连续加工干酪制品的方法，其中
a)用生产干酪制品所必需的原料加工成基本上均匀的液体物料流；
b)如果需要，将液体物料流进行加热处理；
c)如果需要，将物料流冷却到适于调节粘度的温度；
d)至少在加工开始阶段，以及在加工过程中使全部或一部分物料流通过密闭循环系统，对其施加剪切力，由此将液体物料流的粘度调节到所要求的值；
e)将物料流从循环系统中移出，并在进行所要求的进一步处理和/或中间贮藏后，作为成品取出。
本发明的方法可以用于生产新鲜干酪和融化涂抹干酪，尤其是超高温加热处理的融化涂抹干酪。
本发明的方法可以用于连续加工新鲜干酪制品。在此情况下，在步骤a)中，液体物料流是用加工新鲜干酪所需的原料即乳、稀奶油、脱脂乳或部分脱脂乳与可能添加的一种或多种加工干酪添加剂，通过已知的方法步骤，特别是包括微生物发酵处理和其后的分离步骤加工而成的。如果需要，可以采用本发明的步骤b)和c)对物料流进行加热和随后的冷却处理，即例如通过将物料流加热到约60-85℃而加热至所需要的程度，然后冷却到适用于调节具体产品粘度的温度。但是，加热和随后的冷却处理并不是加工新鲜干酪制品过程中所必需的步骤。
本发明的步骤a)、b)和c)可以按照现有技术已知的新鲜干酪生产技术进行。
本发明还涉及连续加工融化涂抹干酪的方法。在此方法中，本发明方法的步骤a)包括用生产融化涂抹干酪所必需的原料加工成基本上均匀的液体物料流。如上所述，所说的原料是生产具体融化涂抹干酪品种所用的干酪组分和选择性添加组分。原料被混合在一起，且加热成为液体状态。该步骤与前述已知方法没有区别。
本发明加工融化涂抹干酪的方法中步骤b)优选包括在加压下将液体物料流短时加热到约100℃以上，该处理即为物料流的超高温加热处理。在此步骤中，物料流的温度优选升至约120℃以上，更优选升至约130℃以上，最优选升至约140℃，而压力为足以保持物料流全部处于液体状态的压力。绝对压力优选为约3-4巴，特别优选约3.5巴。加热时间一方面要足以使物料流中存在的细菌尽可能地被完全杀死，另一方面，因为物料流中的组分缺乏热稳定性，加热时间不能太长以致对最终产品的性能产生有害影响。加热时间优选为约5-30秒，特别优选约8-20秒。但是应该注意，本发明的方法也适用于加工不经超高温加热处理的融化涂抹干酪。
如果在步骤b)中进行了超高温加热处理的话，本发明方法中的步骤c)包括将经过超高温加热处理的物料流冷却到约100℃以下的温度。在此情况下，在该冷却步骤中，物料流优选冷却到约80-90℃。优选采用快速冷却步骤进行冷却，在快速冷却步骤中经过超高温加热处理的物料流能够被快速冷却下来。在快速冷却过程中，压力最好在不到约1秒的短时间内由原来在超高温加热处理过程中的压力降低到低于大气压的水平。
本发明方法中的步骤b)和c)也可以按照现有技术中已知的加工融化涂抹干酪的技术进行。
本发明方法中的步骤d)对加工融化涂抹干酪和加工新鲜干酪两者来说是都必需的，该步骤包括至少在本发明方法的开始阶段和至少在循环系统内部施加剪切力的同时使全部或一部分冷却的物料流通过密闭循环系统而将冷却的液体物料流的粘度调节至所要求的值。令人意外的是，在加工融化涂抹干酪和加工新鲜干酪两者的方法中，导入或泵人物料流通过密闭循环系统确实能够保证足以快速地将液体物料流调节到所要求的粘度。
对于融化涂抹干酪的加工方法来说，步骤d)的优点特别在于无需外加原始材料这一事实。采用本发明的方法还可以避免在现有技术所用类型的奶油化贮槽中处理物料流，这样，产品排出系统中的任何中断现象都不会导致有所损失。对于新鲜干酪的加工方法来说，步骤d)的优点特别在于下述事实：不必采用现有技术方法中在若干点的插入干扰，仅此一步措施即足以使粘度达至恒定不变。此外，可以在调节粘度后立即对产品进行包装，这样做的优点是在粘度调节与产品包装之间的这段时间内不会发生意外的不可预料的粘度变化。
当实施本发明方法时，为了使循环系统内的物料流流速保持明显地高于引入或排出循环系统的物料流流速，现已证明，有益的是至少在本发明方法的开始阶段达到所要求的粘度。循环系统内的物料流流速(总的循环量)与引入或排出循环系统的物料流流速之比值优选大于约5∶1，特别优选大于约10∶1或更高的比值，例如，可以为约10∶1至高达约30∶1。循环系统内的液体物料流温度优选保持在约75-95℃的恒温上，特别优选保持在约80℃这一温度值上。
在本发明的加工经过超高温加热处理的融化涂抹干酪的优选方法中，至少在物料流由超高温加热处理步骤到排出终产品这段路径内无需向物料流中外加原始材料。这点例如可以通过使物料流与该方法和循环系统内部所处的环境隔绝而达到。通过避免添加未灭菌的原始材料，可以保证超高温加热处理的物料流的无菌性直到最终产品的排出，这使最终产品的保藏性能显著提高。
为了监测和/或调节物料流的粘度，最好是先测定已达到的粘度，然后根据测得的粘度值来调节剪切力的大小。在此情况中，最好是在循环系统内测定和调节粘度值。例如，可以通过调节一体积单位物料流在位于循环系统中的剪切区域内的停留时间来调节物料流的粘度。位于循环系统中的剪切区域优选包括能够对物料流产生剪切力的剪切装置。优选的剪切装置的实例包括胶体磨或类似的转子-定子系统、均质机或静态混合器。
循环系统内的剪切程度可以通过调节循环系统流速与物料流排出循环系统的速度之比值来调节。剪切程度也可以通过改变循环系统内剪切区域中单位时间所引入的剪切能量来调节。本领域技术人员很清楚，将上述措施中的几项或全部结合起来也可以调节物料流的粘度。在开始阶段后，为了稳定操作，如果物料流已经达到了所要求的粘度值，或者如果例如在中断排出过程中要求物料流的粘度调节速度较低时，如果需要，例如可以将剪切力减小到0。
本发明方法的步骤e)包括将物料流移出循环系统，在进行任何所需要的进一步处理和/或中间贮藏后，排出最终产品。该步骤与现有技术已知的方法相同，在此无需进一步描述说明。
在本发明的方法中，全部或一部分物料流被导入通过密闭的循环系统。因此，在本发明优选的方法中，可以将一部分物料流移出(例如，加工融化涂抹干酪过程中的快速冷却步骤后)，并于剪切条件下泵送通过密闭循环系统。在这种情况下，粘度的调节变化最初仅仅发生在一部分物料流中。然后，可以按照现有技术，在一奶油化贮槽中将这部分物料流与剩余的物料流合并在一起，在该槽中，全部物料流的粘度得到改变。该实施方式与现有技术相比的优点是无需外加原始材料。
当然，奶油化贮槽的存在也不是必需的。也就是说，在本发明的另一优选方法中，可以将全部物料流导入密闭循环系统中以调节到所要求的粘度值。然后可以将物料流移出循环系统，并作为最终产品排出。
在本发明的优选方法中，液体物料流被导入通过可改变循环量的循环系统中。例如，通过打开或关闭一个或多个附加循环回路和/或将密闭罐或多个密闭罐与流量调节器连接起来可以改变循环量。借助于增加或减少循环量可以简便而快速地改变导入循环系统中的产品量。以此说来，本发明的方法能够适应于改变操作参数，例如，改变循环系统内部物料流粘度调节的速度或改变所要求的产品量。因此，例如，在本发明方法的开始阶段，也即在最好要求高速调节物料流粘度的开始阶段，可以采用较小的循环量，这就意味着一体积单位的物料流在位于循环系统内的剪切区域中的总停留时间被提高。在稳定操作过程中，当不再需要高速调节循环系统内部物料流粘度时，可以例如通过打开附加循环回路来再次提高循环量，以提供较高的物料流流速。应当注意的是，在本发明情况下，增加或降低循环量的措施也可以与调节粘度的其它措施如调节剪切强度和/或循环系统流速与物料流排出循环系统的流速之比值结合起来。
在特别优选的实施方式中，冷却的液体物料流是借助于至少一个贮藏容器而送入循环系统中的。该贮藏容器最好位于超高温加热处理区域与本发明密闭循环系统之间。
若有冷却步骤的话(如快速冷却步骤)，其所用的冷却罐即可用作贮藏容器。但所用的贮藏容器优选位于冷却罐与循环系统之间。与现有技术中已知的奶油化贮槽不同，在贮藏容器中基本上不调节物料流的粘度。这就意味着无需添加未经超高温加热处理的原始材料，这样，事实上由于物料流的粘度不会随时间发生明显变化而能够较长时间地保存在一个或多个贮藏容器中。
一个或多个贮藏容器的目的是为了调整送入本发明方法中的原始材料的量和所排出的成品量。例如，在本发明方法的开始阶段，可以通过适当改变在一个或多个贮藏容器中的填充体积量来调整相对于移出循环系统的物料流而言累积的冷却液体物料流的过剩量。另外，通过适当改变在一个或多个贮藏容器中的填充体积量还可以调整发生在稳定操作阶段中由于例如最终产品的排出速度降低而导致的相对于移出循环系统的物料流而言冷却液体物料流的可能过剩量。最后，至少在降低来自超高温加热处理后冷却步骤的物料流流速至物料流自一个或多个贮藏容器引入循环系统这段过程中，在很大程度上可以中止剪切作用。在出现物料流过剩的这段期间内，例如，可以保持循环系统内的循环，如果需要，可以按照粘度测定值来改变循环系统内的剪切力大小以维持所要求的粘度。
应当注意，在本发明情况下，在生产融化涂抹干酪产品和新鲜干酪产品中使用贮藏容器均是有益的。
本发明的另一目的是提供一种用于调节液体物料流粘度的设备。适用于本发明方法的该设备包括：
a)用于将必要原料加工成基本上均匀的物料流的装置；
b)如果需要，用于加热液体物料流的装置；
c)如果需要，用于将物料流冷却到适于调节粘度的温度的装置；
d)密闭循环系统，在加工过程中使全部或一部分冷却的液体物料流通过该密闭循环系统，对其施加剪切力，由此达到所要求的粘度值；
e)如果需要，用于产品排出的装置。
本发明的设备旨在以一定的剪切力作用处理液体物料流，以便将物料流的粘度调节到所要求的值，也就是说，将物料流的粘度提高或降低到所要求的程度。本发明的设备特别适用于加工干酪产品，如融化涂抹干酪或新鲜干酪，但也可以用于加工例如巧克力产品。
本发明的必要特征是密闭循环系统，在适于调节粘度的温度下，全部或一部分液体物料流导入通过该系统，并在该过程中受到一定的剪切作用以达到所要求的粘度。这样便可以简单方式产生得到具有要求粘度和温度的物料流，该物料流随后被优先直接送入产品排出装置。
密闭循环系统优选包括粘度测定装置和根据粘度测定值调节剪切力大小的调节装置。密闭循环系统包括向物料流施加剪切力的剪切区域也是优选的。适用的剪切装置的实例在前面已经提到。除此之外，循环系统还可以包括测定物料流的温度和流速的装置。
循环系统也可以设计成适应于物料流的体积变化，例如通过提供增加或减少循环量的装置改变物料流体积。例如，这些装置可以包括一个或若干个附加循环回路，这些循环回路按照需要可以是连接的，也可以是不连接的。
在本发明的优选实施方式中，所说的设备还包括一个或多个贮藏容器，冷却的液体物料流通过该容器送入循环系统，因此，特别优选将所说的贮藏容器设计成能够适应于物料流的体积变化。这样，如果需要，例如在本发明方法的开始阶段或产品排出系统中断的情况下，就能够保证对原始材料的进料和最终产品的排出进行调整。
另外，本发明的设备最好是与环境隔绝的系统，至少在冷却装置(如在融化涂抹干酪生产中用于快速冷却经超高温加热处理的物料流并同时释放其压力的装置)和密闭循环系统附近，以及如果需要，在产品排出装置区域与环境隔绝，若贮藏容器存在的话，在这些区域也应与环境隔绝。
附图简要说明
图1给出了采用现有技术方法加工融化涂抹干酪的代表性装置。
图2给出了用于本发明方法的密闭循环系统的实例。
附图详细说明
参见图1，用于加工融化涂抹干酪的原料干酪10(如天然干酪)在切碎机或粉碎机12中粉碎，送入混合机14，如果需要，向该混合机中加入其它组分，如黄油16、乳粉18、水20、盐22，例如乳化用盐或熔化用盐(磷酸盐或柠檬酸盐)，和/或精制食盐，以及防腐剂和色素24。所得混合物通过泵25a送入加热单元26，例如一种利用蒸汽操作的喷射器，混合物在第一加热阶段中优选被加热到70-90℃，并被液化。然后该液体物料流进入非必需的贮备容器28中，并通过泵25b使压力升高，如达到3.5巴，再进入另一加热单元30中。超高温加热到100℃以上，并保持一定的时间，精确的加热时间是靠保持回路30a来保证的。
然后，在一闪蒸箱32中将温度快速降低到100℃以下，并同时伴有压力释放，优选由3巴降到负压水平。物料流借助于泵25c送入奶油化贮槽34中，该槽配备有搅拌器34a。然后，用二次原料35调节物料流的粘度，该二次原料35是未经超高温加热处理的，但在加热装置36中被加热到了约75-90℃，并经管路36b送入奶油化贮槽中，这样可以得到二次原料与经超高温加热处理物料流的确切比值。
在奶油化贮槽中将粘度调节到所要求的值后，物料流由此通过泵25d送入最终产品排出系统，该系统包括例如填充系统38、冷冻隧道40和堆垛装置42。
图2给出了用于本发明优选方法的采用密闭循环系统的装置。由闪蒸箱(参见图1中标号32)出来的物料流经管路110导入贮藏罐114，该贮藏罐是为调整物料流可能发生的量变化而设的。物料流由该贮藏罐经阀116进入用粗线画出的循环系统118。例如，在稍高于80℃的温度下，液体干酪以200升/小时的量经贮备容器114进入循环系统118。在正常操作条件下，在给定时间内，大约有同样量的产品汇集在奶油化循环系统118的出口120。在奶油化循环系统内的流速大约为3500升/小时，该值几乎比进料或排出流速高出18倍。
循环系统118还可以包括热交换器122，该热交换器能够使循环系统内的温度保持在优选约80℃的要求范围内。循环系统还可以包括剪切装置124以及测温设备126a、126b，流速测定设备128、128a，和测定压力损失的设备130。所说的测量设备也可以设在循环系统之外。
在本发明方法的开始阶段，由一体式在线测量设备130测出的压力损失(即物料流粘度的度量)约为100-200毫巴，在奶油化过程中上升到等于或大于500毫巴。在此在线测量过程中，利用调节阀136使通过测量路径130a的流速保持不变(约200升/小时)。当循环系统内物料流的粘度达到要求值后，出口控制阀120自动开启。一旦循环系统118内粘度调节达不到该系统所要求的粘度值时，控制阀又再次关闭。
可以通过剪切力的大小来调节维持循环系统内所要求的粘度值。为此目的，可以加设调节装置，具体地说，该装置可以包括泵134和/或剪切装置124。例如通过提高循环系统118内的流速、加大剪切装置124中的剪切力，或将这两种措施结合起来可以提高剪切力。当然，该调节装置也可以用来减小剪切力，例如通过降低流速和/或减小剪切装置内的剪切力来达到此目的。通常，物料流的循环流速与排出流速之比值为10∶1或大于此比值。根据具体产品经过几天操作后，将装置腾空，清洗。
另外，可以通过加大或减小循环量，也可以与前述措施一起来调节循环系统内液体物料流的粘度。
最后，本发明还提供了一种测定液体物料流、优选粘度可变化的液体物料流，如液体干酪物料流动态粘度的方法，该方法为：在恒温和流速不变的条件下，或在标准化至恒温和流速不变的条件下，测定具有恒定流动阻力的测量路径内的至少一部分液体物料流的压力降，由该压力降值确定动态粘度。
在线粘度测定方式的实例示于图2中。在该实施方式中，测定是在这样一部分液体物料流上进行的，即这部分物料流是在循环系统118中流动的，并且是由主流分支出来的，导入通过测量管路130a，该测量管路是长度恒定不变的、优选具有圆形内壁的且测量路径内管内径不变的硬壁管，条件是液体物料流的温度和流速即每单位时间液体物料流的体积恒定不变从而液体物料流沿管径的流速分布保持不变。利用设置在测量路径两端的两个压力传感器130b和130c测定测量路径130a中的压力降。如果需要，压力传感器与测量路径的直径可以是不同的，但优选是相同的。在这种情况下，在具有匀速场的测量路径内优选存在层间流动，在规定流动条件下，对于结构性粘滞液体物料流观察得到的压力降直接与物料流的平均动态粘度成比例。
在图2所示的粘度测定实施方式中，根据在126a测得的出口温度的变化，调节热交换器122的流入进口温度，以此来保证循环系统118内的恒温状态。根据128a所测得的流速变化，通过打开和关闭调节阀136使流速达到恒定。如果测出的流速小于所要求的预定值，关闭调节阀136，直到达到所要求的值。当高于要求值时，进行相反的同一操作。
原则上可以采用常规已知的适用于相应的测量路径和相应的液体物料流的方法来测量和调节测量路径内的温度和流速。
因此，也可以借助于适当的输送装置在一段时间内通过从物料主流中移出恒定体积的物料流，对这部分液体物料流进行测定，以便调节流速。适用的输送装置的实例包括叶片泵和齿轮泵等。当测量全部液体物料流的粘度时，可以通过例如设置在测量路径上游的调速泵使流速达到恒定不变，这样，当偏离所要求的值时，可以提高或降低泵的速度。
另一方面，如果事先已经对相应的液体物料流和相应的测量路径的测量参数进行了标准化处理，则也可以在非恒定流速和非恒温条件下进行本发明的粘度测定。例如，如果作出了某液体物料流和测量路径的动态粘度与温度关系曲线的校准曲线或如果可以确定相应系统中动态粘度与温度相关性之间的确切物理联系的话，则可以进行标准化，如果作出了某液体物料流和测量路径的剪切梯度变化率与动态粘度的校准曲线或者如果可用某些其它方式确定相应系统中剪切梯度变化率与动态粘度之间的物理联系的话，则可以得出每单位时间的体积流量。这样，在给定(非恒定)流速或温度条件下测得的压力降相当于在参照温度和参照剪切梯度变化率下精确确定的动态粘度，因此，在非参照条件下测得的压力降与在参照条件下测得的液体物料流的动态粘度有着直接的对应关系。
图2所示在线粘度测量装置130采用的是上述方法，即在体积流量和温度保持恒定不变的条件下，以精确给定的管路路径上测得的压力降为基础的方法。所用测量管130a的长度为1000毫米，直径为15毫米，体积流量为200升/小时。流速的测定和调节是靠测定和调节装置128a和136进行的。
按照如2所示的本发明的实施方式测定融化涂抹干酪生产过程中的粘度时的温度范围优选在75-90℃之间，特别优选78℃±2℃，但该温度范围可根据使用的具体产品而变化。压力降的测定值优选在约150-1000毫巴范围内，特别优选约200-300毫巴。