1、乳品工业的管理手册1牛乳的生产始于6000 年前或更早。现在的乳业用畜是野生动物经驯化而来。在几千年的历史长河中，未驯化的动物分布在不同纬度和经度的自然界中，数度经历了自然界严酷的环境。事实上，世界各处都有人们起始饲养动物，通常是选择多用途的草食性动物，从动物身上，人们获取乳、肉及服装等以满足自己的需要。选择草食动物是因为它们比食肉动物更安全并易于饲养。草食动物也不与人类直接争夺营养源，因为它们吃草，而人类自己不能。第一章第一章第一章牛乳的生产乳品加工手册/ 第1 章2驯养的草食动物除了马和驴之外都是反刍动物。反刍动物食量很大，进食速度也很快，之后再反刍已食入的食物。现在，这样的动物一直保留下
2、来用于乳的生产，而乳一直是人类食物的基础组成部分。世界上最广泛用于生产乳的动物是乳牛，它们分布在各大洲并几乎在所有的国家都能见到。然而，还有一些动物是不能被忘的，它们所产的乳是当地居民重要的动物蛋白及其它营养的重要来源。其中绵羊是重要的产乳动物，尤其对于地中海地区国家和亚洲的很多地区显得尤为重要。世界上绵羊总数超过十亿头，它们是乳及肉类生产的主要来源。有绵羊往往就有山羊。在一些乳、肉生产缺乏地区，山羊的作用是不容忽视的。绵羊和山羊是廉价、高质量蛋白质的重要来源，并主要生存在因气候、（地形）、经济、技术或社会的因素所限，不能开发更为精细的蛋白质生产系统的地区。表1-1所示为不同品种的动物所产乳的
3、组成成份，然而表上所绘数据为平均值，因为任何品种的乳的组份受许多因素诸如品种、饲养和气候等等的影响。 青年牛在两岁龄前配种(自然或人工受精) 孕期为九个月 产犊后乳牛有10 个月的产乳期 产犊后12 个月乳牛再次配种 经产犊5 次后，乳牛被淘汰表1-1不同品种的动物所产乳的组成成份动物蛋白质酪乳清脂肪 碳水灰分总量 蛋白 蛋白 化合物人1.2 0.5 0.7 3.8 7.0 0.2马2.2 1.3 0.9 1.7 6.2 0.5乳牛3.5 2.8 0.7 3.7 4.8 0.7水牛4.0 3.5 0.5 7.5 4.8 0.7山羊3.6 2.7 0.9 4.1 4.7 0.8绵羊5.8 4.9
4、 0.9 4.9 4.5 0.8牛乳乳是幼小哺乳动物出生后最初阶段的唯一食物。乳中的物质既提供能量，又提供了生长所需的基础营养。乳中还含有保护幼小动物免受感染的多种抗体。哺育一头小牛约需1000 升牛乳，这是以前母牛为哺育每头小牛的产乳量。自从人类使用乳牛为自己服务以来，情况发生了巨变。乳牛育种的结果，是每一次产犊后，乳牛产奶量平均可达6000 升或更高，是早期产奶量的6 倍，有些乳牛产奶量可高达14，000 升或更高。乳牛必须在产犊后才开始泌乳。青年牛在78 月龄达到性成熟，但通常要到1518 月龄才开始配种。母牛孕期为265300 天，随不同牛的品种各有差异，因此，一个青年牛在22.5 岁
5、时才能产第一胎。乳品加工手册/ 第1 章3乳腺乳池延伸到乳头部分称为乳头乳池，乳头的末端是一条11.5cm 长的乳道，在挤乳间歇期间，乳道由括约肌控制闭合，以防止乳汁外溢及外界细菌的侵入。 整个乳房交织着血管和淋巴管，分布在腺泡周围的毛细血管将来自心脏的血液中的营养物质提供给乳房的泌乳细胞, 用于乳的合成。输送完营养物质的血液经毛细血管流入静脉，并回流到心脏。每天流经乳房的血液有90000升，每800900 升血液生成1 升牛乳。当乳腺泡泌乳时，其内压上升。如果乳没有被挤出，内压达到一定程度时，泌乳就会停止。压力的增加迫使少量乳进入较大的乳导管，并进入乳腺乳池。然而大部分乳依然贮存在腺泡内和细
6、小的乳导管内。由于这些毛细乳导管太细，所以乳无法自流通过。在挤奶时，腺泡周围的肌细胞能起到挤压作用，使乳进入较大的乳导管中。见图1.2。1432图.1.1 乳房的剖面图1 乳腺乳池2 乳头乳池3 乳头管4 乳腺泡在黑水的爱尔兰村一头名叫BigBertha 的乳牛死于1993 年12 月13 日，它可能是世界上寿命最长的乳牛，它活了49 岁。其主人Mr.Jerome Olearg声称若其不死，1994 年3 月15 日将是该母牛50 岁的生日。每天有90000 升血液流经乳房，每合成1升乳约需流经800900升血液。图.1.2 腺泡中乳的排出乳的分泌乳是从母牛乳房中分泌出来的。母牛的乳房是一个由
7、纵隔分成左右两部分的半球状器官；每半部分又由一条较浅的横隔一分为二，每四分之一的乳房有一个乳头和单独的乳腺，从理论上讲，每一头乳牛可以产生四种不同质量的牛乳。图1.1 所示为乳房的剖面图。乳房由含有泌乳细胞的乳腺组成。乳腺被包围在肌肉组织中，并与乳房结成一体，使乳房在受到踢动或撞击时得到保护、免受伤害。乳腺含有大量被称为腺泡的微小囊状组织（约二十亿个）。真正的泌乳细胞位于腺泡的内壁上，8120个腺泡结为一组，通过细微的乳导管送到较大的乳导管，然后输入位于乳头上方的乳腺乳池，乳腺乳池能贮存乳房中30%的乳。乳品加工手册/ 第1 章4手工挤奶世界上的很多农场至今仍如几千年前一样进行手工挤奶。通常每
8、天母牛都由同一挤奶员挤奶，母牛听到熟悉的准备挤奶的声音就会迅速受到刺激和排乳。当母牛有了排乳反射后，挤奶开始，最初从乳头中排出的一些奶应倒掉，因为这些乳中含有大量的细菌。挤奶员通过肉眼仔细观察这一部分乳是否有变化来判定母牛有否病变。挤奶时要同时挤对角线两侧的乳头，用一只手挤出一个乳头的乳汁，然后放松压力使乳汁流入乳池，此时另一只手可挤压另一个乳头。这样两个乳头可交替地挤奶。用此方法将乳挤干后，挤奶员可以再挤另外的两个乳头，直至全部乳房被挤完为止。奶被挤进奶桶中，通过滤网除去杂质，倒入容量为3050 升的奶桶存放。随后将奶桶冷却，并低温贮存以备运到乳品厂。冷却通常要采用冷水浸没或冷水喷淋的方式。
9、图.1.3 挤奶需58 分钟图.1.4 乳经过滤并冷却挤奶为了引起乳房排奶，乳牛首先要释放一种称为催产素（Oxytocin）的激素到血液中去。这种激素分泌并贮存于脑下部的脑下垂体腺里。当母牛在适当的刺激下预备挤奶时，一个刺激信号送到垂体腺，并使贮存于垂体中的催产素释放出来。现代化牛场的奶牛没有随身的犊牛，但习惯于挤奶时其它刺激如声音、气味和感觉等。在开始准备挤奶前1 分钟，催产素开始起作用，引起肌细胞压迫腺泡。在乳房中产生用手可以感觉得到的压力这被认为是排乳反射。在此压力作用下，乳被排送到乳池，再经挤奶机的吸乳杯或手工挤压排出乳汁。排乳反射随着催产素在血液中的不断稀释、减弱而逐渐消失，在58
10、分钟后彻底结束。因此挤奶要在这一时间段内完成，如果想延长挤奶“挤干”乳汁，就会造成对乳房不必要的扭拉，从而激怒母牛，导致挤奶困难。泌乳周期小牛在刚出生前，母牛的乳房就开始泌乳，因此小牛一降生，母牛就可以哺乳。整个哺乳期约300 天，这一时间周期称为泌乳期。母牛一般在产犊后12 月又进入发情期。在整个泌乳期，牛乳的生产量逐渐下降并在约300 天后，产量下降至高峰产奶量的1525%。在此阶段，挤奶停止，进入非泌乳期。母牛产后最初分泌的乳汁称为初乳，初乳与常规牛乳在组成成份和性质上均存在较大差异。详细内容见第二章。通常一头母牛可连续五年产乳，在第一个泌乳期产奶量多少要略低一些。乳品加工手册/ 第1
11、章5农场牛乳的冷却牛乳离开乳房时的温度约为37，健康母牛挤出的鲜奶事实上是无菌的，但是当乳一离开乳房就必须防止细菌污染。能使牛乳腐败的微生物到处都是乳房上、挤奶员手上、空气的灰尘颗粒和水滴中，褥草和谷壳上、牛毛上和土壤中。由此污染的牛乳必须经过过滤。机械挤奶在中型以上的农场通常使用类似图1.5 所示的挤奶机挤奶。挤奶机利用真空原理把乳从乳头中吸出。该设备由一个真空泵，一个作为乳采集器的真空容器、与真空容器由软管连接的吸乳杯和一个交替地对吸杯施以真空和常压的脉冲器组成。吸乳杯由一个被称为吸杯套筒的橡皮内管和一个不锈钢外管组成。在吸奶过程中，吸乳杯的吸杯套筒内维持0.5bar（50% 真空）的压力
12、。 脉冲室（在套管和外管之间）通过脉冲器的作用交替地接受真空和大气压，由此在吸奶阶段，乳从乳头中吸出，进入真空容器，然后压力转为常压，进入按摩阶段，原奶线被挤压停止吸奶，乳从腺胞流入乳池，随后进行另一吸奶阶段，反复如此，见图1.6 所示。在按摩阶段使乳头放松是必要的，这样可避免乳头充血和充液。充血和充液引起的疼痛，可导致奶牛停止排奶，挤奶和按摩间的脉冲变化每分钟约为40-60 次。与爪形集流器联接的4 个吸奶杯套在乳头上。在挤奶时，吸奶动作交替出现于左、右乳头，或者有时为前侧乳头和远侧乳头。乳从乳头吸到真空容器或到一个真空输送管道。在挤奶中如果一个吸奶杯脱落，系统会自动关闭阀门以防止污物被吸入
13、系统中。挤奶完毕后，将奶桶（真空容器）送到贮奶室，倒入贮奶罐内或特殊贮奶罐中冷却。为了减轻繁重的送奶劳动，可以安装一管道系统用真空直接把奶从吸奶杯送到贮奶室，如图1.8，在大、中型农场普遍采用这种系统。采用这一系统，牛奶挤出后沿着一个封闭的系统将乳直接从母牛身上收集到贮奶室的奶罐中。从细菌学角度出发，这是一大优点。然而，管道系统的设计要避免因空气泄漏而导致对牛奶有损害的搅动。机械挤奶系统也可以使用CIP 清洗系统。图.1.7 在将吸乳杯套上乳头前，对牛乳房进行清洗和按摩使牛准备排乳 图1.5. 机械挤奶设备图.1.6 一个吸奶杯的机械挤奶过程aa乳品加工手册/ 第1 章6要生产高质量的牛乳，应
14、特别注意卫生。然而，尽管采取各种预防措施仍不可能使牛乳中完全无菌。事实上乳是细菌繁殖的最好培养基它含有细菌所需的各种营养物。所以细菌一旦进入牛乳，它们就立刻开始繁殖。但另一方面，天然乳中含有一些天然抑菌物质，这些物质保护牛乳在离开乳房的一段时间内免受细菌干扰，同时使乳中已感染的微生物需要一段时间去适应新的环境，然后才开始生长。除非把牛乳迅速冷却，否则牛乳会很快由微生物导致腐败，这些微生物在37左右生长繁殖旺盛。因此，乳挤出后应迅速冷却至4左右。在此温度下微生物活力很低。但在贮存过程中如果温度回升，细菌又会开始繁殖，因此良好的冷却条件是很重要的。图1.9 显示了不同温度下细菌的繁殖速度在一定环境
15、条件下，如农场水/电不足或乳量太小不值得投资时，乳应集中送到收奶中心。农场冷却设备用奶桶向乳品厂送奶的农场使用喷淋式或浸入式冷却器，在喷淋式冷却器中，不断循环的冷却水喷淋在奶桶外侧以保持牛乳冷却。浸入式冷却器由一个置于奶桶中下部的盘管组成。冷却水通过盘管循环，使乳降温到所需温度。（可见图1.9 和图1.20） 在使用机械挤奶的农场，乳收集在特制的罐中，见图1.11，这些大小不同的奶罐内部都设有冷却设备，保证乳在规定时间要求内冷却到冷却温度。这些奶罐通常也备有自动清洗设备以确保高标准的卫生状态。在特大型农场及收奶中心，大量的乳（超过5000L）必须从37快速冷却到4，在贮罐内的冷却的方式已不适用
16、。在此情况，这些罐主要用来保持要求的贮存温度；冷却主要由与输送管道相连接的热交换器完成。图1.12所示为这样一个系统。图.1.9 鲜奶中不同温度下细菌的繁殖率图.1.10牛乳离开牛体后应立即冷却至4或4以下百万细菌/ml小时图.1.8管道式挤奶系统的一般流程1 真空泵2 真空管线3 牛奶冷却罐4 牛奶管线图.1.11用于牛奶冷却和贮存的直冷罐乳品加工手册/ 第1 章7图.1.12 大型农场备有从37速冷到4的带有换热器的挤奶设备。图.1.13 4下鲜奶中细菌生长当手工挤奶时，所有的用具一定要用合适的洗涤剂和毛刷进行人工清洗。机械挤奶装置通常配有循环清洗系统(CIP)，系统带有操作说明以及关于合
17、适清洗剂和消毒剂的推荐。Mo/ml日乳品加工手册/ 第1 章往乳品厂送奶的频率在以前，农场早、晚两次将乳送到乳品厂。那时乳品厂和农场的距离不远。但随着乳品厂规模扩大和数量的减少，它们的收奶范围增大，并且从农场到乳品厂的平均距离增加，这意味着收奶间隔时间越长了。隔日收一次奶的情况很常见，每隔三或四天收一次奶的情况也存在。乳应在封闭系统中被良好处理以减少被污染的危险，乳挤出后就应立即冷却到4，并保持在此温度直到加工。所有与乳接触的设备需彻底清洗与消毒。两次收奶的间隔时间太长，乳会出现质量问题，一些微生物如嗜冷菌在下能够生长和繁殖。这些微生物主要存在于土壤和水中，因此保证清洗用水的高卫生质量是很重要
18、的。嗜冷菌可以在4贮存的乳中生长。经过4872 小时的驯化期，生长进入对数生长期，如图1.13，其结果导致脂防和蛋白质分解，使乳制品产生异味并危害产品质量。在定期收奶的情况下必须考虑这一现象，如果收奶间隔长是不可避免的，则建议应将乳冷却到23。清洗与消毒由设备导致乳细菌污染的程度很大；与乳相接触的任何设备表面都可能是潜在的污染源。因此对设备进行细致的清洗和消毒是非常重要的。“The critical age” 临界线8产量与泌乳期不同作者提供的产量和泌乳期数据表明，不同品种的绵羊以及同一品种的绵羊产量和泌乳期差别很大。每天每只绵羊的0.42.3kg 的产量数据和100260 天泌乳期的数据大致
19、被认做平均最高和最低值。羊群规模据估计，在其他条件等同时，每8-10 头绵羊产乳量与一头母牛相当。 因此，对于集约家庭农场，羊群规模在150200 头比较合适，羊群规模达到300-400 就是一个产乳单元。 一个大型合作社可拥有数千只绵羊，但乳用数量不应超过1200头，因为挤奶是一件体力劳动密集型工作。挤奶设备的效率和操作间的处理是非常重要的，同样重要的还有管理质量和地理条件。 羊群中的每只绵羊可使用五年，其孕期约5个月，大多数品种绵羊平均每年产羔1-1.5只在贫困地区平均不到1只。幼母绵羊长到1213月龄间可以配种。乳的分泌产乳绵羊的泌乳与其它家畜相同。绵羊乳的成份也与其它动物的乳汁成份相类
20、似。所不同的仅是乳组份的百分比，通常随家用动物品种不同、同一种动物的不同品种、或同一品种之间及个体之间、和泌乳期间的不同而变化。 绵羊在产下小羊后最初几天内所产的乳称初乳。初乳中干固物的含量可高达40%，含有最重要的蛋白质，-乳白蛋白和-乳球蛋白的量可达16%或更高。初乳期通常持续34 天，此期间初乳成份逐渐变化，越来越接近于正常乳。初乳不能做为加工原料，不应输送到乳品厂。从表1.1 可见，羊奶在重要组份上比牛乳要高，在干固物上比牛乳要高约30%.乳脂肪绵羊乳中脂肪球直径范围为0.5-25 m，但大部分落在38 m之间，是牛乳脂肪球的近两倍大。绵羊乳脂肪中所含辛酸和癸酸量较牛乳中略多一些，故而
21、绵羊乳制品带有特殊的滋味和气味。图.1.14 典型的绵羊乳头，最理想的应是乳头在乳房半部的最低点绵羊奶（ewe）在众多的绵羊品种中很难确定谁是乳用品种，除非是专门饲养用于产乳的品种。有些饲养品种主要是用于产肉和羊毛，但也有时用于产乳。确有一些饲养品种被认为是产乳绵羊，但受绵羊生存条件的限制，每一泌乳期它们的产奶量大多不超过100kg，而另一方面，有些肉用品种的产奶量可达150-200kg。然而，有些品种因高产奶量和良好的产奶能力被归为产奶品种。这些品种包括法国的Lacanue，德国的East Friesian，近东地区的Awassi 和在罗马尼亚、匈牙利和保加利亚的Tsigaya。有报道称Ea
22、st Friesian 和Awassi 品种产乳量可达500-650kg。乳品加工手册/ 第1 章9蛋白质绵羊乳是典型的“酪蛋白乳“，其酪蛋白含量平均为4.5%，而乳清蛋白仅占1%左右。这样从组份上说，绵羊乳中酪蛋白与乳清蛋白的比例与牛乳不同，对应为82:18 和80:20。绵羊乳的一些特性由于非脂干固物含量高，所以绵羊乳的比重为1.0321.040，基于较高含量的蛋白质，其酸度也较高并在9.612SH 间波动，（牛乳约6.57.2SH）通常pH 值在6.5 到6.8 之间（牛乳6.5 到6.7）。挤奶应注意到母牛和母绵羊在产奶量上的差别是巨大的，母牛的一个乳房可分为四个部分，每一部分有一个乳
23、头并通常是向下垂直的；母绵羊的乳房分为两半，每一半有一个乳头。通常乳牛挤奶很容易，无论是手工或机械挤奶，但给绵羊挤奶要别扭得多，因为许多品种和个体的绵羊的乳头是水平取向的。一个理想的绵羊乳房应该是乳头在乳房半部的最低点，图1.14 所示为不同绵羊乳房形状的一些例子。一些品种的绵羊的乳池存乳量很小（图1.15），因此挤奶的结果很大程度上取决于排乳反射作用的好坏上。与母牛相同，泌乳是由激素、催产素和刺激引起并导致肌细胞压迫腺泡的过程。这一过程使乳房产生压力，一种称为排乳反射的现象。绵羊的排乳反射仅为很短一段时间，最高两分钟（与乳牛的8分钟相比），这取决于品种和所处的泌乳阶段，因此绵羊的挤奶时间段相
24、应很短。手工挤奶在一些小型家庭农场，手工挤乳似乎是很常见的方法，挤奶效率很大程度上取决于排乳反射，下面挤奶效果的例子可以说明这一点。一个好挤奶员每小时可以给20-40 头排乳反射很慢的绵羊挤奶（Lacaune 品种），而同一个挤奶员每小时可以给40-100 头排乳反射快的绵羊(Manech 品种)挤奶。 图.1.16奶桶式挤奶系统 1 具有脉冲器的奶桶 2 真空管道线 3 用于冷却和贮存的奶罐 4 真空泵 5 吸乳杯清洗接口312431245乳品加工手册/ 第1 章 图.1.15绵羊乳房的半剖面图 1 蜂窝状组织 2 乳房管 3 乳池 4 真空泵 5 乳头管10机械挤奶在拥有150头母绵羊以上
25、的农场通常装备机械挤奶系统以取代繁重的手工挤奶工作。然而并非所有的挤奶机械对母绵羊都适用。母绵羊挤奶机的工作原理与前述乳牛挤奶机类似。最常见的几种挤奶机的类型是奶桶式，管道式和可运动式，见图1.16、1.17和1.18。在奶桶式挤奶机上装有真空系统并且奶桶可移动。每一个奶桶可装1520升乳，并可由人工送至贮罐。在奶桶盖上装有脉冲器或脉冲转播器，盖子上的止回阀保证了奶桶中的空气可以被吸出。每一个操作人员可以持有一至三个这样的挤奶捅挤奶，一个使用两个挤奶桶的操作人员，通常每小时可以挤70头母绵羊，这种类型的挤奶机适用于不超过140 头的小羊群的挤奶。使用管道式挤奶装置，输奶管线可以安装在挤奶间中或
26、高或低的位置上。挤奶能力取决于挤奶间的设计。移动式挤奶设备适用于小型羊群在户外挤奶，以及必须在不同地方给母绵羊挤奶的情况，这一装置的挤奶能力与奶桶式装置类似。上述设备由一个完善的真空系统，动力系统（电源或燃料发动机），吸奶杯及可容纳2050L的储乳容器和脉冲系统组成，全部系统装置在一个两轮车上。挤奶时，两轮车放在4 到8 只母羊后面，车的两个支架朝外，吸奶杯从母羊的背后套在羊乳房上。乳的冷却挤奶后有效冷却是防止细菌生长的最好方式。有很多种的冷却系统可供使用，选择哪一种取决于乳产量，当然该设备也能用于牛乳和山羊奶的冷却。图.1.18 移动式挤奶设备图.1.17 管道式挤奶系统1 输奶管线2 真空
27、管线3 终止部分4 用于贮存或冷却的奶罐5 真空泵6 吸乳杯清洗接口312456乳品加工手册/ 第1 章11一种“罐内式”冷却器如图1.19 所示适用于产量较小者。使用直接入罐挤奶设备的生产者非常喜欢这种带有冷却水设备的冷却器。一种“浸入式”冷却器是设计用来给奶桶及奶罐中的乳进行直接冷却。压缩机挂在墙上。如图1.20。蒸发器装在浸入部件的最低端。浸入式冷却器也可用于间接冷却，例如用于冷却隔热槽中的水，然后将运输用奶桶浸入冷却水中将奶冷却。可供使用的可浸入式冷却的保温罐有固定式和移动式两种类型，见图1.21。当路面条件不允许用罐车运输时，可使用移动式罐将乳送到一个合适收奶的收奶点。移动式罐易于运
28、输并因此适用于野外挤奶。直冷罐（图1.11）也可用于乳的冷却贮存。图.1.19“罐内式”冷却器可以安置在各式奶桶顶部图.1.20 浸入式冷却器直接安装在奶桶上清洗与消毒乳的细菌污染主要源于不清洁的设备，任何与乳接触的不清洁表面都是引起污染的潜在根源。用刷子手工清洗是常见的清洗方式。机械挤奶设备通常使用“循环清洗”，清洗液通过加真空和/或泵在系统内循环。挤奶设备的生产商会对清洗和消毒使用的适宜的清洗剂和消毒剂以及适当的温度条件提出要求。山羊奶山羊可能是最早被驯养的反刍动物。山羊最早源于亚洲，现已遍布全球。山羊是非常能吃苦的动物，它们能在其它动物难于生活地方生存。不同于绵羊，山羊不是群居动物。山羊的品种极多， 很难确定哪一种是乳用品种。然而瑞士品种（Saana,Toggenberg,Chamois）已被成功地筛选出来并繁殖用于产乳。这些羊被输送到世界各地以提高当地品种的山羊的产奶量。乳品加工手册/ 第1 章图.1.21农场保温罐可以在野外收奶并且容易运送到制冷区域12在此要提到非乳用品种Cashmere和Agora羊，它们所产的羊毛是非常著名的。产量与泌乳期
