复原乳制品
牛奶是一种易变质食品，因此在许多自身不产奶或仅少量产奶的国家中较为稀缺。在这些国家，人们使用奶粉部分或全部替代原奶。
复原是一种替代性生产方法，在无法获得原奶的地区，采用复原法来生产与鲜奶制品高度相似的产品。复原乳及复原乳制品的生产在全球许多国家已广泛普及，并为此开发了各种工艺和设备。
复原乳的加工原理与最初应用于鲜奶加工原理大致相同，但随后发展出了复原淡炼乳和甜炼乳的生产。如今，再制与复原技术还应用于酸奶、搅打奶油、高蛋白饮料、黄油和奶酪。这些工艺经过多年发展，已从简单的批次操作演变为高产能的复杂系统。
基础的再制和复原加工的主要工序包括：
- 原料处理
- 称量与混合
- 均质与热处理
定义
以下定义旨在帮助阐明行业内使用的某些表述。
再制乳：通过将水添加到脱脂奶粉（SMP）、全脂奶粉（WMP）或两者的混合物中，经标准化脂肪含量后获得的液态奶。
复原乳：通过将水添加到SMP中并单独添加乳脂，使其达到所需脂肪含量的液态奶。
再制乳制品：通过向干燥或浓缩形态的乳制品中加入水，恢复其指定水/固形物比例所得到的产品。
填充乳及填充乳制品：用植物油替代乳脂肪的“半乳基”产品，包括液态奶、淡炼乳、炼乳或奶酪。这类产品也称为“仿乳制品”或“替代乳制品”。
强化乳：由鲜奶、再制乳或复原乳添加一种或多种成分（如维生素和矿物质）制成。最常见的添加剂是维生素A、D和矿物质钙。
无水黄油：一种从鲜奶、奶油或黄油中获得的纯乳脂肪产品，几乎去除所有水分和非脂乳固体。无水黄油通常含有99.8%的乳脂肪。
无水黄油脂：一种由未标明储存期的黄油制成的全脂产品。除此之外，其成分与无水黄油相同。
黄油脂：一种由未标明储存期的奶油或黄油制成的产品。
植物油：用于复原乳制品，经精炼、脱色和脱臭的油，优选椰子油、棕榈油和大豆油。
原料处理
奶粉
复原乳的非脂乳固体通常以脱脂奶粉的形式提供。其生产工艺是，先在离心分离机中将全脂奶中的脂肪脱去，再通过蒸发和干燥去除脱脂奶中的水分。脱脂奶粉可储存数月甚至数年而不会变质，并能轻易溶解于水，还原成脱脂奶。
脱脂奶粉最常用的分类方法，是依据其在蒸发与喷雾干燥前所经历的热处理程度。
在热处理过程中，乳清蛋白会因所受热负荷的不同而发生不同程度的变性。其变性程度可根据乳清蛋白氮指数（WPNI）进行划分，具体详见第19章。此分类方法仅适用于脱脂奶粉。
不同的复原乳产品通常需要不同热处理类型的脱脂奶粉（见表20.1）。
奶粉通常采用25公斤、内衬塑料的复合袋包装。
在小型工厂中，奶粉通常由工人直接从袋中手动倒入混料系统。在大型工厂中，则采用更先进的方式——将袋中奶粉通过气力输送系统送入奶仓。
还有一种高效的方法，是使用容量为200-1000公斤的散装箱将奶粉运送至复原乳工厂。容器尺寸取决于接收地工厂的物料处理能力。
奶粉的溶解
奶粉的溶解特性对复原乳产品的品质至关重要，并受以下因素影响：
- 润湿性
- 沉降性
- 分散性
- 溶解度
这些特性的分析方法详见：
- 美国乳制品协会《乳粉等级标准及分析方法》
- ISO/IDF标准方法
润湿性与沉降性
奶粉的润湿性是指液体在粉粒表面铺展或渗透的难易程度。若奶粉润湿性高，液体会快速铺展、覆盖粉粒并有效渗透，从而实现高效混合或分散。润湿性差则意味着液体易在粉粒表面形成液滴，导致混合不均或结块。
润湿程度很大程度上取决于粉粒的体积、形状，尤其是毛细作用。其他重要因素包括表面能及其化学性质。
温水通常能加速润湿过程，搅拌与振荡则可打散结块，使液体分布于粉粒表面，从而缩短润湿时间。细颗粒拥有更大表面积，润湿更快。
实践中测量奶粉润湿性的方法有多种，最常用的是沉降时间法，将特定量的奶粉轻柔地置于控温水（通常约25℃）表面，测量其完全沉降到水面以下所需时间。沉降时间越短，表明润湿性越好。该方法同时测量了润湿性与沉降性。润湿性是水分在粉粒表面铺展的第一步，而沉降性则是润湿颗粒完全没入水面所需的时间。沉降性是真密度与颗粒度的函数。
经附聚处理的奶粉能改善毛细作用，从而提高润湿性。增大颗粒尺寸（至130-150μm）同样可改善润湿性与沉降性。大颗粒具有较小的比表面积、较弱的毛细作用力及较低的附聚倾向。良好的润湿性对应沉降时间为10-30秒。
分散性
当加入水中的奶粉能以单一颗粒形式分布且不产生结块时，即获得了良好的分散性。高分散性
意味着奶粉能够快速均匀地与水混合，形成质地柔滑、均一的产品。这一特性对于便捷消费产品（如速溶奶粉、婴幼儿配方奶粉）以及再制乳与复原乳饮料的生产至关重要。
奶粉颗粒结构以及蛋白质分子的构造对此具有极为重要的影响。蛋白质变性含量高的奶粉极难分散。蛋白质变性会形成聚集体并产生结块，导致其难以均匀分散。蛋白质结构的改变会影响其与水的相互作用（润湿性），而润湿是实现良好分散的第一步，因此这会进一步损害分散性。对于用于复原乳的奶粉，其分散性至少达到90%才被视为合格。这意味着当奶粉与水混合时，至少应有90%重量的奶粉被溶解或均匀分散，不形成结块或残留。分散性达到95%及以上的奶粉属于优质或高端产品。
溶解度
溶解度指数反映了奶粉的溶解性能，用于衡量不溶颗粒的量。溶解度的高低（如前文所述的分散性）取决于奶粉的生产工艺，尤其是所采用的热负荷强度。
奶粉溶解度的测量方法为：将定量的奶粉溶解于水中，通过过滤或离心分离未溶解颗粒，并计算未溶解奶粉的比例。经离心测量后，优质的溶解度指数应达到每50毫升复原乳中仅有不高于0.25毫升的未溶解沉淀物。
脂肪与油脂
用于复原乳的乳脂肪最常见来源是无水黄油（AMF），该产品无需冷藏储存。其标准包装为19.5公斤的罐/盒，或196公斤的桶。为保持无水黄油的品质，产品应在惰性气体（氮气）保护下进行包装以隔绝空气。在此条件下，即使在较高的环境温度下，无水黄油也可保存数月。
罐装无水黄油可通过浸入80℃的热水中2-3小时进行融化。然而，桶装无水黄油则需要更长的融化时间。常规方法是将桶在45–50℃的热房内存放24-28小时；或使用蒸汽加热柜/隧道，可在约2小时内将桶内物料融化。另一种选择是使用加热毯。一旦融化，无水黄油应转移至带夹套的保温罐中，该罐需具备保温设施。
无盐甜黄油也可用于生产复原乳制品，但必须冷藏储存。
当使用非液态植物油生产再制“填充”乳制品时，亦可采用与无水黄油类似的处理系统。
水
水同样是各类再制乳与复原乳制品中的重要原料，其必须符合优良饮用水的标准，不含有害微生物，且硬度宜低——以碳酸钙计(CaCO3)，最好<100mg/L，约等于5.5°dH。由于奶粉生产过程中仅去除了“蒸馏”水，因此用于再制或复原的水也必须纯净。过高的矿物质含量会破坏再制或复原乳制品的盐平衡与热稳定性，这不仅会在巴氏杀菌时引发问题，在高温及超高温灭菌时更是如此。
水中过量的铜或铁可能因脂肪氧化而导致异味。因此，推荐的最大含量限值如下：
- Cu（铜），mg/l 0.05
- Fe（铁），mg/l 0.1
- Ca（钙），mg/l 40.0 (相当于100mg CaCO3)
- Mg（镁），mg/l 25.0
- 水硬度，dH° 5.5
- 总固体，mg/l 500
- pH值范围 7.0–8.0
添加剂
干燥的添加剂（如稳定剂与乳化剂的混合物）的处理方式可与奶粉相同，即直接从袋中倒入混料罐或混料系统。由于稳定剂易导致结块，在将其加入液体之前，先与等量的奶粉进行干混会更有利溶解。
乳制品复原
混合温度与水合时间
奶粉的溶解度与温度相关。由于水分子的动能更高，温度升高会提升溶解度。正因如此，温水(40–60℃)比冷水更易使奶粉快速溶解。温水能更快地分解和分散颗粒，从而减少结块并促进溶解。在较高温度下，乳脂肪等其他成分会熔化，从而改善脂肪的分散性。采用温水进行混合的另一个优点是，能够减少空气的混入，从而降低再制产品中的空气含量。不建议在低温（<10℃）下进行混合，因为这可能导致溶解不完全并产生沉淀。总体而言，即使在混合后静置24小时，在10-20℃下混合所产生的未溶解颗粒数量，也远多于在温水条件下混合。然而，混合温度也并非越高越好。若混合温度超过65℃，会导致乳清蛋白变性，反而降低奶粉的溶解度，因此同样不予推荐。
粉浆中未溶解颗粒的数量也取决于粉末浓度。在高浓度粉浆中（高粉水比），未溶解颗粒或颗粒聚集和结块的可能性会增加。浓度越高，越需要精细控制，通常需更高温度和更长搅拌时间来最大限度减少未溶解颗粒。在48℃条件下，脱脂奶粉与水混合而不引起颗粒快速聚集的最高安全浓度为35%至40%（优选≤36%）。浓度过高可能导致蛋白质聚集和粘度上升，致使粉浆形成凝胶态。若配方中包含脂肪，则总浓度可提高至44%，其中脂肪浓度12.5%。
图20.1 不同粉末浓度的粉浆在储存期间的粘度变化
如前所述，低热奶粉比高热奶粉更易溶解。在所有奶粉都加入水中后，蛋白质和矿物质需要时间达到平衡状态。在40-50℃下，此水合过程约需20分钟。若水合时间不足，可能导致最终产品出现“粉质感”或沉淀。
同时，为避免细菌繁殖的风险，复原乳在此混合温度下的停留时间不应超过三小时。
脂肪添加与乳化
在复原乳制品中融入脂肪一直是一项相对复杂的工序。脂肪必须被充分分散和乳化，这对加工设备与工艺参数提出了特定要求。
在传统连续生产中，融化的脂肪经计量后注入管道，随后流经静态或机械式混料机进行充分混合，最后进入均质机。
而在采用高剪切混料设备的现代系统中，脂肪可直接计量加入混料单元，并通过高剪切设备实现充分乳化。脂肪必须在高于其熔点的温度下添加。为此，无水黄油与液相温度均需维持在40℃以上；通常脂肪温度为55-60℃，液相基料温度为45-50℃。
利用高剪切混料机对脂肪进行分散，足以形成稳定的乳状液；因而在此时间受限的预处理阶段，可省去均质步骤。复原产品将在后续巴氏杀菌和/或超高温灭菌过程中完成最终均质。
在小规模批次生产中，脂肪有时会在混合罐中与奶液混合。为确保产品在泵送至后续工序时成分均一，必须对奶液进行充分搅拌（通常使用高速搅拌器）。即便系统中集成了均质机，进料中的脂肪也必须分布均匀。恰当的脂肪分布对均质效率至关重要，因为它直接影响复原产品在货架期内的稳定性。
有时会添加乳化剂以促进和改善乳脂的乳化。乳化剂可加入水相或脂肪相中。
复原产品种类和成分多样，涵盖白奶、风味奶、高蛋白饮料、奶油等多种产品。
脂肪含量高达40%的奶油可通过脱脂奶粉或酪乳粉与无水黄油进行复配生产。通过添加乳化剂和稳定剂，可有效提升其稳定性。
混合温度与微生物考量
在温热环境下进行复原加工的缺点在于，当牛奶长时间处于较高温度时，存在微生物繁殖的风险。从抑制微生物生长的角度来看，保持尽可能低的温度是最佳选择。然而，升高温度对诸多其他方面十分有利，因此不得不选择一个在微生物层面“相对不利”的混合温度。核心问题在于如何确定最适宜的混合温度，既能把微生物繁殖风险降到最低、确保致病菌无法增殖，又能获得稳定、高品质的乳液。
简言之，在此温度区间能够繁殖并引发食品安全风险的微生物主要是：金黄色葡萄球菌、嗜热脂肪芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。其中，金黄色葡萄球菌能产生毒素，是唯一的致病菌。该毒素具有热稳定性，不能被热处理所去除，这意味着毒素一旦产生，将始终存在于最终包装产品中。金黄色葡萄球菌在48℃以上无法生长。因此，为消除其繁殖风险，复原加工应在48℃以上进行。
嗜热脂肪芽孢杆菌（GST）是一种耐热性极强的产孢菌，但并非致病菌。然而，它可能会在加工过程中存活下来。其最适生长温度为55℃，但在50℃时生长已趋缓慢。
地衣芽孢杆菌也具有耐热性，但耐热能力不及嗜热脂肪芽孢杆菌。
基于上述微生物特性，为降低后续拟进行超高温处理的复原产品在加工过程中的微生物腐败风险，复原混合液应在48-55℃范围内暂存，且时间不超过3小时。当然，具体储存时长最终取决于所用原料的微生物质量。
复原乳生产线设计
混料
原则上，复原产品的混料方式主要有三种：
A. 传统批次工艺
B. 单流连续工艺
C. 多流连续工艺
图20.2展示了生产复原超高温灭菌产品的生产线示例。
图20.2 用于生产超高温复原乳的生产线
传统批次（工艺A）、批次或单流线（工艺B）以及多流线（工艺C）
传统批次工艺——工艺A
在传统批次加工中，单批次产量受限于单台混料罐的容积。混料过程中，所有配料按目标组成一次性加入罐内，随后产品即可进入热处理工序。在传统生产线加工超高温灭菌产品时，混合料需先经巴氏杀菌，再进行超高温处理。其加工流程见图20.2——工艺A。
批次用水经计量后送入其中一个混料罐。输送过程中，水通过热交换器被加热至48-53℃。在此温度下，奶粉溶解度更佳。
所有奶粉添加完毕后，建议将产品在罐内静置至少20分钟，此间不搅拌或仅施以极轻柔的搅拌，以完成脱气和水合。
在室温下呈固态的乳脂肪，需先加热熔化，方可添加入已溶解的奶粉溶液，并在高剪切混料机等提供的足够能量下乳化为细小脂肪滴。如使用乳化剂，需在此脂肪添加步骤中加入，并与乳蛋白共同行程脂肪球膜。乳化剂若为独立组分，可加入脂肪相；若为与稳定剂的混合物，则通常在48-53℃下，于添加脂肪前加入复原水相中。不建议将熔化的乳脂加入冷液体中，也不建议将固态脂肪直接加入混料机。若在低温下进行混合，可能导致乳化不充分及脂肪快速上浮分离。
为控制微生物风险，产品在复原温度下的停留时间不应超过三小时。如需存放更长时间，则必须冷却至5℃左右。
至此，混合料已完成调配，可进入下一工序——巴氏杀菌。若需常温分销，巴氏杀菌后还需进行超高温处理。
多流连续工艺——工艺B
在此工艺中，混料过程仅使用总用水量的一部分，从而使所有固形物达到浓缩状态（无脂固形物最高浓度为36%，若含12.5%脂肪则可达44%）。最终产品经由后续管线上剩余的工艺用水进行在线稀释，以达到标准成分，此设计减少了所需储罐的数量。由于省去了巴氏杀菌环节，超高温灭菌奶生产线也得以简化。
多流连续工艺——工艺C
这是目前最先进的工艺方案，所有组分以浓缩液或独立流的形式在线汇合，通过实时配比与在线标准化系统，在通往超高温处理的途中完成最终产品的成分调配。脱脂奶粉浆的制备方式与工艺B相同，有时也可预先加入乳化剂和稳定剂。脂肪需熔融并加热至60-70℃，水相流也加热至相近温度。所有料流通过标准化单元进行混合，经在线高剪切混料机充分乳化，随即进入热处理。
连续式系统（B与C）属于现代大型技术，适用于各生产线产品品类少、但单批次产量大、运行时间长的工况。若擅自改动流程，可能导致运行时间缩短，影响最终产品稳定性。
热处理
工厂的设计不仅受其产能影响，更取决于复原乳所采用的热处理方法。主要使用以下两种方法：
- 在至少72℃下进行15秒的巴氏杀菌，随后立即冷却至4℃以下。
- 通常采用间接加热系统进行超高温处理，在138-140℃下保持4秒。均质的位置主要取决于产品的脂肪与蛋白质含量。多数情况下均质位置位于上游；而对于脂肪含量高于10%的产品，则置于下游。
储存
复原乳通常从生产线直接流向灌装机。需要设置储罐以缓冲生产或灌装环节的短暂停机。对于超高温灭菌产品，储罐必须为无菌型，以避免二次污染。某些情况下，产品可不经无菌储罐直接进行灌装。由于多数无菌灌装机需要维持超压环境，此配置下，超高温处理单元的产能必须高于灌装机，且无法及时包装的产品需回流并重新处理。这可能对产品品质造成不利影响。
包装
乳制品应在生产后尽快完成包装。超高温灭菌奶必须在封闭的无菌系统中输送至无菌灌装机。巴氏杀菌奶则可使用纸基包装、塑料瓶或玻璃瓶进行灌装。
若使用瓶装，其材质应具备阻光特性，以防乳制品的风味因光照而劣变。
所有无菌包装必须始终保持气密性，以保护产品免受氧化。对于纸基包装，还需具备足够的强度以承受板条箱或周转箱内的堆叠压力。
分销
由于超高温及高温灭菌奶可在常温下储存，其整体分销链路相较于需全程冷藏的巴氏杀菌奶更为简化。例如，超高温灭菌奶可通过普通货车进行长距离运输，并在无冷藏设施的商店中销售。反之，巴氏杀菌奶则要求贯穿全程的冷链系统，包括在保温分销车辆、商店冷藏柜以及家用冰箱中冷藏储存。