班产10T奶油冰淇淋生产车间工艺设计.docx
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班产10T奶油冰淇淋生产车间工艺设计
班产10T奶油冰淇淋生产车间工艺设计
食品科学与工程王凯强
指导老师罗明
一、前言
（一）产品特点
本产品的配方以同类厂家的生产实践为依据，切合现今冰淇淋市场的发展趋势和消
费者的消费需求，在天然、保健、功能化的出发点之下设计的。
产品采用牛乳、稀奶油、
甜炼乳、蔗糖为原料，采用现代化的生产设备和连续化的生产线，保证了产品的质量稳定
和卫生安全性。
产品生产工艺经实践证实具备可行性，本产品经过混合料的配制、混合料
的杀菌、均质、冷却老化、凝冻、成型灌装、硬化的工艺流程，成品具有色泽漂亮、风味
独特、滋味醇厚、组织细腻、爽口细滑的特点。
（二）冰淇淋市场的现状
传统的冰淇淋总干物质含量一般大于34%，脂肪含量不低于9%，非脂乳固体不低于8%,蔗糖不低于14%。
目前市场上销售的冰淇淋，蔗糖含量为16%--27%，脂肪含量约10%--16%，改革开放以来，国内冰淇淋生产增长迅速。
据有关资料介绍，几年来一直以25%的速度递增，够上工业化规模生产冰淇淋企业有500家。
国内目前冰淇琳市场的总格局是三资企业独霸高档市场，国有企业居中档市场，乡镇企业占领低档市场。
广东、北京、上海是目前冰淇淋销售量最集中的地区，占全国销售量25%。
我国冰淇淋加工的现状和发展方向与国外相比，可归纳为以下几点。
1、我国冰淇淋的人均占有量较低。
世界上冰淇淋产量最大的是美国，每年产量逾800
万吨，人均占有量逾40公斤，日本位居第二，我国总产量占世界第三，这几年年产量逾100万吨，但人均占有量仅为0.9公斤。
2、我国冰淇淋以中低档为主。
3、我国冰淇淋生产设备的自动化程度较低。
4、我国的冰淇淋生产缺乏科学的配料标准。
尽管从表面上看，我国的冰淇淋花色品
种众多，每天都有新品种上市，但许多冰淇淋生产企业没有科学的配料计算，许多新品种
只是凭一些技术师傅的“感觉”，只是在香精、色素、形状及包装上做文章，这种做法尽
管也能占据一时的市场，但从长远发展来看，不利于冰淇淋产业的发展。
5、生产工艺上存在很多技术问题。
老化成熟时间不足，凝冻时间控制不严格，一些
冰淇淋产品膨化率过高;对于硬质冰淇淋，凝冻后硬化制冷速度慢、温度高，在运输、
贮存过程中没有严格的温度标准。
6、产品包装的自动化程度低。
7、我国的冰淇淋尚未达到研究水平。
我国冰淇淋的人均消费不足1公斤，因此，我国的冰淇淋的发展有着足够的空间，发
达国家目前的技术水平正是今后我国冰淇淋加工技术的发展方向。
在产品品种方面，有四
类品种是我国冰淇淋今后的发展方向。
（1）高蛋白、低脂肪、低糖冰淇淋;
（2）高钙质
冰淇淋;（3）含果料的类似Sorbet和Sherbet的产品;（4）发酵型冰淇淋。
在产品配料方面有脂肪替代物，脂替代物主要用于生产低脂、低热值冰淇淋。
超滤浓
缩奶，将牛乳进行超滤处理后，浓缩乳中脂肪和蛋白质含量增高，乳糖含量降低。
这种超滤浓缩奶可制备高蛋白、低乳糖纯奶油的高档冰淇淋。
天然果汁果酱、果块的应用，减少了合成色素和香精的用量。
稳定剂、乳化剂也相应进行增减。
（三）冰淇淋的营养价值
冰淇淋是一种冷冻乳制品，主要包括乳中的一些物质，如蛋白质、脂肪、乳糖等，还
有在加工过程中添加的糖类物质，乳化剂、稳定剂和风味物质。
冰淇淋的营养价值正是取
决于这些组成物质的食用价值。
它虽然含有乳中的物质，但含量上却有很大差别，其中脂
肪含量是乳中的3-4倍，蛋白质含量比乳中高12%-16%。
此外，还可以加入鸡蛋、水果等
来提高冰淇淋的营养价值。
冰淇淋中的乳蛋白含有人体所需氨基酸，具有很高生物价值，是色氨酸的重要来源，
且富含赖氨酸。
研究表明，乳蛋白的消化率比其他蛋白质高出5%-6%。
乳脂肪主要是由脂
肪酸的甘油三脂组成，大约含有至少60种脂肪酸，乳脂肪的作用在于可以提供能量、必
需脂肪酸和脂溶性维生素。
乳糖约占冰淇淋中碳水化合物的20%，而且是只存在于乳中的
一种双糖。
在膳食中提供大量的乳糖，有利于人体肠道内嗜酸乳杆菌的生长，维持肠道正
常的pH值，抑制有害菌的生长，乳糖还有助于钙和磷的吸收。
和乳一样，冰淇淋是许多
维生素的丰富来源。
冰淇淋中主要含有脂溶性维生素A,D,E,K和水溶性维生素C,B1,
B2,B6,B12。
冰淇淋所含热量主要取决于:
1）碳水化合物的百分含量，包括乳糖、添加的甜味料以及
在水果和风味物质中出现的糖类物质;2）蛋白质的百分含量，包括乳蛋白和其他来源，如鸡
蛋、稳定剂中的蛋白质;3）脂肪的百分含量，包括乳脂肪、以及乳化剂、鸡蛋、可可中的脂
肪。
由此可见，冰淇淋是能量与营养的良好来源，能够提供大部分人体所需的营养。
二、 班产量确定
班产量确定为10T。
每盒80g，每箱30盒，净重2.4kg。
每班安排生产8小时。
产品成品率为99.7%固实际产量为10/99.7%=10.03（T）
三、工艺流程的设计
（一）生产工艺流程的确定
原料预处理—→混合料的制备50℃—→均质12.5—15MPa/65—70℃—→灭菌83—87
℃/15—30s—→冷却—→老化（成熟）0—4℃/4—6h—→凝冻-5—-9℃/25—30s→→
灌装—→硬化-35—-45℃—→检验—→冷库-25—-30℃
（二）工艺参数与操作要点
1.混合料的制备
（1）鲜乳经100目筛过滤，除去杂质后再泵入贮奶罐中。
（2）乳化稳定剂先配制成10%溶液再加入。
（3）投料的顺序从浓度低的原料到浓度高的原料，牛奶先投，其次稀奶油、甜炼乳，再为蔗糖、乳化稳定剂，最后香精香料。
（4）混合溶解温度50℃。
（5）混合料的酸度以0.18%—0.2%为宜。
混合料酸度的高低将直接影响冰淇淋的风味、组织状态和膨胀率。
若酸度过高，在杀菌和加工过程中易产生凝固现象。
在杀菌的前后必须测定酸度。
若过高，可用NaOH进行中和。
但不能中和过度，否则产品质量将劣化，使产品产生涩味。
2.混合料的均质
（1）均质的目的是使脂肪球的粒度减小到2µm以下，从而使脂肪处于一种永久的悬浮状态。
使冰淇淋的形体更加松软、光滑细腻，增加稳定性和持久性。
（2）均质的温度和均质压力
根据混合料的脂肪含量、总固型物含量、混合料酸度，确定最佳均质温度为65—70℃，均质压力12.5—15MPa。
均质温度过低或过高，都会使脂肪丛集；均质温度过低还会使混合料黏度过高。
均质压力过低，脂肪不能完全乳化，造成混合料凝冻不良，影响冰淇淋的形体；均质压力过高会使混合料黏度过高凝冻时空气难以混入。
3.混合料的杀菌
杀菌条件：
采用高温短时巴氏杀菌法（HTST），83—87℃/25—30S
4.混合料的冷却与老化
（1）均质后的混合料温度在70℃左右，在此温度下，混合料中的脂肪粒容易分离。
应通过冷热缸迅速冷却至0—4℃。
冷却一方面降低了料温，防止脂肪上浮。
另一方面混合料的温度过高会使酸味增加，影响风味。
冷却的温度也不宜于0℃，否则易使混合料产生冰晶，影响冰淇淋质量。
（2）将混合料贮存于冷热缸中，于0—4℃的温度，4—6h。
老化有以下几个方面的作用：
a加强脂肪凝结物与蛋白质和稳定剂的水合作用，进一步提高混合料的稳定程度，有利于凝冻。
b促进脂肪的乳化，防止脂肪上浮。
c防止酸度增加和游离水析出，可减少凝冻时形成较大的冰晶。
d短凝结时间，改善冰淇淋的组织。
e随着料稳的降低，老化时间可缩短。
f混合料总固型物含量越高，黏度越高，老化时间就越短。
5.冰淇淋的凝冻
混合料在强力搅拌下进行冻结，空气呈极细微的气泡分散在混合料中。
冰淇淋中20%—30%的水分经冻结形成极细微的冰结晶。
凝冻条件：
采用连续式凝冻机，凝冻温度为-5—-9℃，凝冻时间为30S，控制膨胀率为95%。
膨胀率的计算：
体积法：
B=（V1-V2）/V1×100%
式中B——冰淇淋的膨胀率
V1——同质量混合料的体积
V2——冰淇淋的体积
凝冻的目的：
（1）使混合料更加均匀，均质后的混合料，又加入了香精、色素等。
在凝冻时借助搅拌器的不断搅拌，使混合料中各组分进一步混合均匀。
（2）使冰淇淋的组织更加细腻，凝冻是在-5—-9℃的低温下进行的，此时料液中的水分会结冰，但由于搅拌的作用，水分只能形成4—10µm的均匀小结晶，从而使冰淇淋的组织细腻、形体优良、口感润滑。
（3）使冰淇淋得到合适的膨胀率，在凝冻时，由于不断搅拌及空气的逐渐加入，使冰淇淋体积膨胀而获得优良的组织和形体，是产品更加适口、柔润和松软。
（4）使冰淇淋的稳定性得到提高，由于凝冻后，空气气泡均匀分布于冰淇淋组织中，能阻止热传导作用，可使产品抗融化作用增强。
（5）加速硬化成型进程，由于搅拌凝冻是在低温下操作，因而能使冰淇淋料液冻结成具有一定硬度的凝结体，即凝冻状态，经包装后可较快硬化成型。
（6）冰淇淋膨胀率并非是越大越好，膨胀率过高，组织松软，缺乏持久性；膨胀率过低则组织坚实，口感不良。
影响冰淇淋膨胀率的因素主要是这两方面：
（1）原料方面：
a乳脂肪含量越高，混合料黏度越大，越利于膨胀，尤以6%—12%时最佳。
b非脂乳固体含量高，能提高膨胀率，一般为10%左右。
c含糖量高，会降低冰点，从而降低膨胀率，以13%—15%为宜。
d稳定剂能提高膨胀率，以0.5%为宜。
e无机盐中Na盐能提高膨胀率，Ca盐则降低膨胀率。
（2）操作方面：
a均质适度，能提高混合料黏度，空气易进入，使膨胀率提高。
b在混合料不冻结情况下，老化温度越低，膨胀率越高。
c采用UTH灭菌比巴氏杀菌更能减少混合料的变性，从而提高膨胀率。
d适量的空气吸入量能得到较佳的膨胀率。
e若凝冻压力过高则空气难以混入，膨胀率下降。
6.灌装、包装
采用自动化的无菌包装机
7.硬化、贮藏
（1）冰淇淋的硬化采用速冻隧道，速冻隧道温度为-35—-45℃。
以产品中心温度稳定在-15℃作为完全硬化的标准。
经凝冻的冰淇淋须及时进行快速分装，包装后送速冻隧道进行硬化。
否则，表面部分的冰淇淋易受热融化，再经低温冷冻，会形成粗大的冰晶，从而降低品质。
同样，硬化速度也有影响，硬化迅速则冰淇淋融化少，组织中的冰晶细，成品就细腻润滑。
否则冰晶粗而大，成品组织粗糙，品质低劣。
（3）冰淇淋的贮藏
硬化后的冰淇淋，在销售前应贮存于低温冷库中。
冷库温度保持在-25—30℃，在这一温度下，冰淇淋中近90%的水被冻结成冰晶，并使产品具有良好的稳定性。
四、物料计算
（一）原料计算
1.配方设计：
乳脂肪8%—14%非脂乳固体8%—12%
糖类13%—16%乳化稳定剂0.3%—0.5%
总固形物32%—40%
2.中脂型奶油冰淇淋配方：
脂肪12%
非脂乳固体11%
糖类16%
乳化稳定剂0.5%
香草香精0.1%
表1原料成分表：
成分
原料
脂肪
（%）
非脂乳固体
（%）
蔗糖
（%）
乳化稳定剂
（%）
香草香精
（%）
稀奶油
40%
5.0%
——
——
——
舔炼乳
8%
20%
45%
——
——
牛奶
3.2%
8.3%
——
——
——
蔗糖
——
——
100%
——
——
乳化稳定剂
——
——
——
100%
——
香草香精
——
——
——
——
100%
4.计算
设配置100Kg混合料所需各种原料分别如下
稀奶油牛乳甜炼乳蔗糖
abcd
a+b+c+d+0.5+0.1=100
0.4a+0.032b+0.08b=12
0.05a+0.083b+0.2c=11
0.45c+d=16
解方程组得：
a=20.15kg
b=46.35kg
c=30.73kg
d=2.17kg
表2班产10T原辅料成分表：
稀奶油
2015kg
牛乳
4635kg
甜炼乳
3073kg
蔗糖
217kg
乳化稳定剂
50kg
香草香精
10kg
总固形物含量
39.6%
（二）辅料计算
乳化稳定剂0.5%×100=0.5kg
香草香精0.1%×100=0.1kg
（三）包装材料的选择与计算
选择适合冰淇淋食品的包装材料：
蜡/纸、纸/蜡、蜡/纸/PE复合纸杯
每杯净容量80g。
班产纸杯需要量10×1000×100/80=12500（只）
每箱规格30只×80g，每箱净重2.4kg。
班产瓦楞纸箱需要量：
10×1000/2.4=4170（箱）
五、设备生产能力计算及设备选型
（一）设备生产能力的计算与确定
表3冷热缸技术参数：
公称容积（L）
300
500
600
800
1000
1200
2000
3000
4000
5000
工作压力
0.09Mpa
试验压力
0.15Mpa
搅拌器转速
36r/min
加热面积
（m2）
1.6
2.0
1.5
3.5
4.5
5.0
7.5
8.5
10.5
13.3
物料进出口
（DN）
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
选用2000L容积的冷热缸。
表4板式换热器技术参数：
技术参数
BR130
单板面积㎡
1.28
角孔直径mm
Ф285
最大流量m3/h
1400
平均板间距mm
3.8
当量直径mm
7.6
组装面积m2
60～400
板片尺寸mm
2195×815
板片厚度mm
0.6～0.8
连接方式
法兰（材质:
碳钢、不锈钢、PVC、PPR）
设计压力Mpa
1.6
传热系数w/m2.k
3000～6500
设计温度℃
-50～150
板片材质
不锈钢304、316L，钛、镍、哈氏合金
垫片材质
三元乙丙、丁晴橡胶、氟橡胶、硅橡胶
外形尺寸mm（最大尺寸）长×宽×高
4380×840×2220
表5均质机主要技术参数：
GJJ系列：
型号
流量（L/h）
最大压力（MPa）
额定压力（MPa）
电机功率（Kw）
外型尺寸mm
（长×宽×高）
GJJ—2/25
2000
25
20
15
1410×850×1190
表6连续式凝冻机主要技术参数：
规格
GX—1000升连续式凝冻机
20加仑冰淇淋凝冻机
结构特点
连续式自供502带压缩机
间歇式外接氨液
生产能力升或公斤/小时
≤1000升/小时
≤250升/公斤
进料温度℃
≤4
≤4
出料温度℃
-4
-4
膨胀率%
100
100
制冷剂
F502或22
氨
耗冷量
25000千卡
26000卡
电机功率Kw
28.25
7.5
外形尺寸mm
长×高×宽
325×245×160
180×80×200
总重量Kg
2000
1800
选用GX—1000型连续式凝冻机。
表7冷库技术参数：
项目
冷库级别
L级（保鲜库）
D级（冷冻库）
J级（低温库）
库温范围
+5—-5℃
-5—-18℃
-18—-23℃
公称比容积
160—250kg/m3
160—200kg/m3
25—35kg/m3
进货温度
≤32℃
≤32℃
≤32℃
冻结时间
1—6h
1—12h
5—24h
保温材料
导热系数
≤0.024kcal/m.h.℃
使用环境
≤35℃
制冷工质
R12或R22或R502
电源
380V/50Hz
配用机组
进口全封机组或合资半封机组
选用J级（低温库）。
（二）设备选型
表8设备清单一览表：
设备名称
型号
生产能力
数量（台）
厂家
牛乳贮藏罐
1500L
4
亿天机械有限公司
稀奶油贮藏罐
1500L
2
亿天机械有限公司
甜炼乳贮藏罐
1500L
4
亿天机械有限公司
化糖锅
DH —G600
600L
1
江阴顶红机械有限公司
糖水过滤器
WSDL—40
40m3/h
1
上海万森水处理有限公司
配料罐
5000L
2
温州利宏轻工机械有限公司
混合机
YLH —20
2000L/h
1
廊坊通用机械制造有限公司
均质机
GJJ—2/25
2000L/h
1
温州长宏轻工机械有限公司
板式杀菌器
BR130
1400m3/h
1
天津恒通换热设备有限公司
冷热缸
RP1
2000L/h
2
温州一洲机械公司
连续式凝冻机
GX—1000
1000L/h
2
上海高轩机械有限公司
罐装、包装机
GZ—100
6000杯/h
2
上海大申机械设备有限公司
速冻隧道
XLSD—W
1
北京旭龙美优乐制冷公司
冷库
J级
1
泰兴市蓝天环保设备厂
传送带
2
泰州市倪塔带业有限公司
六、劳动力计算与确定
1.劳动力的计算主要根据生产单位重量的产品所需的劳动工日来计算。
对于生产车间：
每班所需工人数（人/班）=劳动生产率（人工/t产品）*班产量
食品厂劳动生产率的高低，主要取决于原料新鲜度、成熟度、工人操作的熟练程度以及设备的机械化程度。
在编排产品方案时，尽可能地用班产量来调节劳动力，使每班所需工人数基本相同。
在高峰期允许使用临时工，为保证高峰期的正常生产，生产骨干应为基本工。
在平时生产时，基本工应该是平衡的。
食品厂生产车间男工和女工的比例，一般为男：
女=3：
7
2.化糖锅操作工1人配料操作工3人
混合机操作工1人板式换热器1人
均质机操作工1人巴氏杀菌器2人
老化缸操作工2人凝冻机2人
包装机操作工3人冷库2人
品管员2人运输工人2人
清洁工人2人
表9车间劳动力一览表：
生产操作工
包装工
清洁工
品管员
运输工人
合计
15人
3人
2人
2人
2人
24人
七、生产车间工艺布置
（一）生产车间长、宽、高的确定
根据食品厂的车间建筑要求，也为管道的架设预留够空间，生产车间的高度定为6m。
车间的长、宽由设备尺寸决定，根据设备尺寸估算车间长度确定为36m,车间宽度确定为18m。
生产车间：
长×宽×高=36×18×6车间面积：
36×18=648（㎡）
（二）根据工艺要求对生产车间建筑、采光、通风、防虫等的工艺设计要求
1.生产车间地面使用不渗水、不吸水、无毒、防滑的材料铺砌，可选用混凝土或水磨石。
有腐蚀性介质排出的地方局部用环氧树脂作防腐处理。
2.车间地面平整、无裂缝，略高于道路路面。
车间地坪设计2.0%的坡度，靠墙、设备的四周设明沟。
3.屋顶采用尖顶屋面，用表面光洁、不吸水、耐腐蚀、耐温的材料作天花板。
4.墙壁采用浅色、不吸水、不渗水、耐清洗和无毒的材料覆盖，用白色瓷砖作墙裙覆盖墙面2m高度。
5.设置车间门和加工车间门各一道，采用两面开式防护门,门的尺寸2.5m×2m（长×宽），车间门装风帘，防止昆虫随作业人员进入车间，加工车间采用半透明塑料门，便于开启和推车通过。
6.窗台高于地面1m以上，窗台内侧和外侧一律下斜45°角，防止工人在窗台上堆放杂物，也为了便于清洗。
车间窗户采用两面墙式窗户，窗户安装高度1.5m，窗户尺寸2.5m×3m（长×宽），左右两面墙各6个。
同时设置纱窗防止蚊虫进入车间。
7.车间采用强制通风，每小时换气3次，吸排30m3/h。
进风口与排风口均设防护罩，防止老鼠和昆虫进入车间。
8.取车间采光系数1/4（窗户的面积/地面面积）。
人工照明：
生产车间300lx,操作台、检验台540lx,且位于工作台、食品及原料上方的照明设备加防护罩。
9.在车间入口设置边房式男女更衣室各一个，内设储物柜，鞋架，隔离式更衣间等。
10.消毒池的设置：
在加工车间入口设置工作靴、鞋消毒池，消毒池内侧与墙体呈45°角，池底设置排水口，池深20cm，宽度1.5m。
11.在加工车间入口设置感应式洗手器4个，配置冷热水混合器、3%的来苏儿水、消毒肥皂、手指刷、热风干手器等。
12.防鼠、防蚊蝇、防虫
（1）防鼠控制鼠类栖息地，在下水道、水沟设置铁丝网。
地面浇注混凝土，屋顶、天花板采用硬质材料防止老鼠营巢。
断绝鼠饵，及时清理原料和废弃物。
同时采用诱捕工具捕杀老鼠。
（2）防蚊蝇在车间、仓库装纱门、纱窗，人员频繁出入的道口、门应该装风幕或设置水帘。
采用诱蝇灯诱杀成蝇。
（3）防虫生产车间采用对人畜无害的除虫药菊酯类药物
（三）生产车间水、电、气用量的计算
1.耗水量计算
（1）根据食品工业手册，生产每T冰淇淋的耗水量为4—5t/t产品
5×10=50（t）。
（2）车间地坪清洗用水为40㎡/t水。
648/40×1=16.2（t）
（3）板式换热器的冷却用水，根据食品工业手册数据，取10t/h。
工作时间8h。
10×8=80（t）
（4）冷热缸用水量，根据食品工程全书数据９t/h。
老化时间４h
９×４＝36（t）
（5）班产需水量：
50+16.2+80+36=182.2（t）
2.耗汽量计算
根据食品工业手册数据，生产每t产品的耗汽量为1.1—1.3t/t产品。
10×1.3=13（t）
班产需汽量：
13t
3.耗电量计算
（1）原料输送带
功率0.55Kw工作时间8h
0.55×8=4.4（Kw.h/班）
（2）均质机
功率15Kw工作时间5h
10×1000/2000=5（h）
15×5=75（Kw.h/班）
（3）化糖锅
功率0.4Kw工作时间1h
0.4×1=0.4（Kw.h/班）
（4）包装机
功率3.5Kw工作时间8h
3.5×8=28（Kw.h/班）
（5）配料罐
功率3Kw工作时间8h数量2台
3×8×2=48（Kw.h/班）
（6）混合机
功率4Kw工作时间5h
4×5=20（Kw.h/班）
（7）冷库30KW
W总=4.4+75+0.4+28+48+20+30=205.8（Kw.h/班）
表10班产车间水、电、汽消耗一览表：
水（t）
电（Kw.h/班）
蒸汽（t）
182.2
205.8
13
（四）管路的计算与设计
1.水管管材的选择、管径计算与管道布置
管材选择：
镀锌焊接钢管
管径计算：
Di=18.8[Qm/（V×ρ）]1/2
式中Di——管子内径，mm
Qm——质量流速，kg/s
V——平均流速，m/s
ρ——流体密度，kg/m3
Qm=182.2/8=22.775（t/h）
查食品工业手册数据取，V=3.0m/s
室温t=20℃时，ρ水=998.2kg/m3
Di=18.8[22.775×1000/（3×998.2）]1/2=51.88
因此选择管径DN65。
2.物料管材的选择、管径计算与管道布置
管材选择：
无缝不锈钢管
Qm=10000/8=1250kg/h
根据食品工业手册取，V=0.3m/s
ρ物料=1100kg/m3
Di=18.8[1250/（0.3×1100）]1/2=36.59
因此选择管径φ45×2.5
3.蒸汽管材的选择、管径计算与管道布
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