年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂.docx
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年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂
毕业设计
题目：
年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计
学生：
简利娜
学号：
201104020107
学院：
食品与生物工程
专业：
生物工程
指导教师：
吕嘉枥
2015年6月22日
毕业设计（论文）任务书
食品与生物工程学院生物工程专业生工111班级学生：
简利娜
题目：
年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计
毕业设计（论文）从2015年3月9日起到2015年6月28日
课题的意义及培养目标：
本设计以牛乳为主要原料，以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养强化剂，通过喷雾干燥加工而成的益生菌奶茶粉为产品对象，进行工厂设计。
本设计内容主要包括设计说明、工艺流程、平面布局、设备选型等方面。
通过该课题设计，有助于学生对食品加工、功能性食品、生物工程、工程设计等知识的运用和提高，培养学生专业知识的综合运用能力，独立工作能力及文献资料查阅能力等。
设计（论文）所需收集的原始数据与资料：
1.益生菌奶茶粉厂设计的现状及存在问题；
2.乳粉厂设计的现状及存在问题；
3.奶、益生菌和茯砖茶的特性及功能性；
4.工厂设计说明书、平面布局、工艺流程、设备选型等方面资料。
文献查阅，方案设计，能量衡算，物料衡算，流程示意图，单元设备的物料流向及变化示意图，设计工艺基础数据和有关物化常数，工艺指标及消耗定额，计算标准，计算机工程绘图等。
课题的主要任务（需附有技术指标分析）：
1.查阅国内外文献资料，分析、总结、整理，制订设计方案；
2.撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书；
3.益生菌奶茶粉厂的平面布局设计；
4.益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计及设备选型；
5.益生菌奶茶粉厂的剖视图绘制。
设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：
周次
设计（论文）任务及要求
1-2
收集资料
3-4
资料分析整理与研究
5-6
制定设计方案
7-8
撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书
9--10
益生菌奶茶粉厂的平面布局设计及绘图
11-12
益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计、设备选型及绘图
13-14
益生菌奶茶粉厂剖视图绘制
15
整理、分析，完善
16
完成毕业设计
17
准备答辩
学生签名：
指导教师：
教研室主任：
年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计
摘要
本设计是年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计，文中介绍了益生菌奶茶粉的特性及发展现状。
益生菌奶茶粉是乳经喷雾干燥制成全脂乳粉，进而添加茶粉而制成的速溶饮品，具有很好的保健功能。
本设计设置了产品方案并且进行物料衡算，同时进行工艺设计，根据工艺要求和计算结果进行设备选型，选型符合设备选型原则，对厂区平面布置也进行了设计，对各生产工序进行劳动力计算，进行劳动定员，对生产车间进行水、电、汽的估算。
最后绘制生产车间平面图、工艺流程图。
关键词：
益生菌奶茶粉，真空浓缩，喷雾干燥
AnAnnualOutputofTenThousandTonsofProbioticMilkPowderPlantDesign
Abstract
Thedesignistoproducetenthousandtonsofprobioticmilkpowderplantdesign,thepaperdescribesthecharacteristicsanddevelopmentstatusofprobioticmilkpowder.Probioticmilkpowderinmilkbyaddingtea,madeofspray-driedinstantdrinks,withgoodhealthcare.Thedesignoftheproductissetupandcarryoutamassbalanceprogram,andprocessdesign,equipmentselectioncarriedoutaccordingtoprocessrequirementsandcalculations,selectionofequipmentselectioninlinewiththeprinciplesofplantlayouthasbeendesignedforvariousproductionprocesseslaborcalculationoflaborquota,estimatewater,electricity,steamproductionworkshop.Finaldrawworkshopplan,processflowdiagrams.
Keywords:
probioticmilkpowder,Concentratedundervacuum,spraydrying
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1国内外奶茶行业发展现状及前景1
1.1.1乳粉的种类1
1.1.2乳粉工业的发展现状1
1.1.3乳粉工业存在的问题1
1.2奶茶粉的组成及特性2
1.2.1牛乳的营养成分及其功能性2
1.2.2益生菌的特性2
1.2.3茶的营养成分及其功能性3
1.3益生菌奶茶粉厂设计的目的与意义4
1.4益生菌奶茶粉厂的设计依据4
1.5本设计拟定的工作内容4
2生产工艺流程6
2.1益生菌奶茶粉生产工艺流程图6
2.2工艺解析6
2.2.1原料乳的验收6
2.2.2原料乳的预处理8
2.2.3预热杀菌9
2.2.4真空浓缩10
2.2.5喷雾干燥10
2.2.6出粉、冷却11
2.2.7称量与包装11
2.2.8CIP清洗11
3厂址选择与总平面设计12
3.1厂址选择12
3.1.1厂址选择的原则12
3.1.2厂址的选择依据12
3.2总平面设计13
3.2.1总平面设计原则13
3.2.2车间工艺布置13
3.2.3平面布置14
4物料衡算16
4.1班产量计算16
4.2原料乳成分及产品成分16
4.3标准化计算16
4.4原料乳单位处理量的物料衡算18
5能量衡算21
5.1热交换设备传热过程21
5.2热量衡算过程说明21
5.3巴氏杀菌21
5.4超高温瞬时灭菌热量衡算22
5.5原料乳冷却阶段热量衡算22
6主要设备选型及原则24
6.1设备选型原则24
6.2设备选型24
6.2.1奶罐车24
6.2.2储奶罐24
6.2.3磅奶槽、受奶槽24
6.2.4奶泵25
6.2.5离心分离机25
6.2.6均质机25
6.2.7板式换热器25
6.2.8真空脱气机25
6.2.9蒸发浓缩设备25
6.2.10喷雾干燥设备26
6.2.11无菌包装设备27
6.2.12CIP清洗设备27
7公共系统与辅助部门28
7.1给排水系统28
7.2供汽系统28
7.3供电系统28
7.4生产及辅助车间设施29
7.4.1收奶站29
7.4.2奶仓29
7.4.3品质监控室29
7.4.4仓库30
7.4.5机修车间30
8劳动组织31
8.1劳动定员的原则31
8.2生产车间人员配置31
8.3辅助车间及管理人员配置31
9污水处理33
9.1环境影响分析及治理措施33
9.1.1环境影响分析33
9.1.2治理措施33
9.2污水处理33
10经济效益分析34
10.1产品成本核算34
10.2建筑成本核算34
10.3人员费用34
10.4产品收入34
10.5投资回收期35
致谢36
参考文献37
1绪论
1.1国内外奶茶行业发展现状及前景
1.1.1乳粉的种类
根据乳粉的特征，分为以下几大类：
1）全脂乳粉仅以乳为原料，添加或不添加食品营养强化剂，经浓缩、干燥制成的蛋白质不低于非脂乳固体的34%，脂肪不低于26.0%的粉末状产品。
2）脱脂乳粉仅以乳为原料，添加或不添加食品营养强化剂，经脱脂、浓缩、干燥制成的，蛋白质不低于非脂乳固体的34%，脂肪不低于2.0%的粉末产品。
3）调制乳粉以乳为原料，添加或不添加食品强化剂和其他辅料，经浓缩、干燥制成的粉末状产品，或在乳粉中添加添加食品营养强化剂和其他配料而制成的粉末状产品。
4）全脂加糖乳粉添加白砂糖，蛋白质不低于15.8%，脂肪不低于20.0%，蔗糖不超过20.0%的调制乳粉。
5）调味乳粉对风味和某些营养成分做了调整，乳固体不低于70%，蛋白质不低于16.5%（全脂）或不低于22.0%（脱脂），脂肪不低于18.0%的调制乳粉。
6）配方乳粉调整了乳粉的天然营养成分和含量比例，满足特定人群的营养需要，乳固体不低于65.0%的调制乳粉[1]。
1.1.2乳粉工业的发展现状
2000年奶油、脱脂粉、干酪素的耗奶量是9200万吨（脱脂粉450万吨），全脂乳粉耗奶2000万吨（产量300万吨），分别占总奶量的15%和2.4%[1]。
全脂乳粉主要用途是为鲜奶供应不足的地区和国家提供奶源，以中国、巴西、俄罗斯对全脂乳粉的需求量最大。
对全脂乳粉的需求量在过去五年中平均以3.2%的速度增长，并且预计在今后几年中以2%—3%增长。
有关资料数据显示，在国外，发酵型乳酸菌奶饮品已空前发达，日本、欧洲发酵乳酸菌奶饮料在乳制品市场比例已达到80％，北美约30％，乳酸菌产业在全球大大超过了其他乳制品的增长率。
我国消费每年递增25％，专家预测，未来3－5年将是中国乳酸菌行业快速发展的“黄金时期”[2]。
1.1.3乳粉工业存在的问题
目前，国内已有大小乳粉生产厂500余家，乳粉的种类以全脂乳粉、脱脂乳粉为主。
相对而言，其他配方粉的生产量和销售量相对较小。
随着人们生活水平不断提高，对营养和保健方面的要求也越来越高。
全球含乳酸菌、益生菌的乳制品产值已达近400亿美元，欧洲占有约50％的市场。
在中国市场上，除了专业生产此类产品的太子奶、益乐多等外，为了顺应消费趋势，并能从传统市场的大战中突围，乳品、饮料生产商纷纷将科技含量和附加值高的乳酸菌、益生菌产品纳入到自己的产品视线中。
达能BE80菌、蒙牛LABS菌、伊利LGG菌、光明活力e＋菌等产品相继上市。
中国的乳业大战，瞄准乳酸菌这一新的产业，开辟了具较高科技含量的第二战场[3]。
1.2奶茶粉的组成及特性
1.2.1牛乳的营养成分及其功能性
蛋白质的营养作用：
牛乳蛋白质大致可分为酪蛋白和乳清蛋白两部分，酪蛋白牛乳蛋白总量的86%，多以酪蛋白钙形式存在。
乳清蛋白包含乳白蛋白和乳球蛋白，前者占乳蛋白质总量的9%，后者占3%。
乳糖的营养作用:
乳糖是机体组织和细胞的能量来源，占乳热能的25％；乳糖是机体组织、器官、肌肉、神经的组成成分；乳糖、半乳糖参与脑组织和神经组织的构成：
有利于钙、磷、锌、镁等离子的吸收利用，减少维生素D的需要量；乳糖有益生源样作用，肠道分解缓慢，不形成高血糖；刺激肠道活性和益生菌生长。
乳脂肪的营养作用：
牛乳中脂肪含量3—5％，提供人体能量；胆固醇含量低，仅为13mg／100ml，而鸡蛋含量高达300mg／个；乳脂肪经过乳化工艺处理后可直接吸收；含人体必需脂肪酸（如亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸、DHA、EPA）；含卵磷脂、脑磷脂和神经鞘磷脂。
有利于中老年人及婴幼儿的健康[1]。
乳制品营养丰富，物美价廉，是国防，勘探，医护，劳保，旅游等方面必须的方便食品及保健食品，对促进儿童健康成长，营养的供给和维持老年人的身体健康有着突出的作用。
随着人们生活水平的提高，乳制品将日益显示出其重要的作用和意义。
1.2.2益生菌的特性
益生菌的营养和免疫特性的应用功能分析:
a）调整肠道菌群平衡
治理肠道菌群失调。
菌群失调表现为一度失调、二度失调、血行感染、易位病灶这4种越来越严重的情形，根本而有效的方法，应采取微生态制剂来调整菌群平衡。
b）促进生长参与代谢
芽孢杆菌和乳酸杆菌在体内生长代谢过程中可产生多种营养物质，如活性酶、维生素、氨基酸、促生长因子等，并参与蛋白质、脂肪、维生素、微量元素在机体内的代谢。
c）形成生物膜屏障
乳酸杆菌对肠粘膜细胞有很强的粘附性，可形成一层生物保护屏障。
促进肠道原籍有益菌群的生长繁殖，对潜在性病原菌形成定植抵抗和竞争排斥。
芽孢杆菌迅速消耗肠内氧气，使形成的有益菌生物膜屏障更加牢固。
竞争性地排斥致病菌的着生位点，致使过路性致病菌无法定植。
d）产生抑菌活性物质
芽孢杆菌由中生芽孢形成脱落芽孢时产生大量溶菌酶，都可对大肠杆菌和沙门氏菌等致病菌直接杀伤，抗感染芽孢杆菌的溶菌酶活性明显高于普通芽孢杆菌。
嗜酸乳杆菌代谢产物中含有嗜酸乳杆菌素、亲嗜酸菌素、乳杀菌素等，对金黄色葡萄球菌、产气荚膜梭菌、大肠杆菌和沙门氏菌等均具有较强抑制作用。
e）促进免疫
明显刺激胸腺、脾脏和法氏囊等免疫器官的发育增强机体的免疫功能。
增强T淋巴细胞和B淋巴细胞对抗原刺激的反应性，即能明显增加机体的细胞免疫和体液免疫功能[4]。
1.2.3茶的营养成分及其功能性
目前已有确凿的研究资料证明对人体健康有益的茶叶成分主要有七类：
茶多酚类：
儿茶素及其他一些多酚物质；茶色素类茶黄素、茶红素、p一胡萝卜素等；茶皂素；茶多糖类；氨基酸类：
茶氨酸和Y一氨基丁酸；生物碱：
咖啡碱无机元素类：
硒和氟。
茶的营养物质有如下功能：
a）补充膳食营养
茶叶中含有较丰富的营养成分，最主要的是维生素和矿物质，另外还有蛋白质、氨基酸、糖类物质等。
是人体必需矿物质和各种维生素的重要来源。
b）助消化、解油腻、顺肠胃
茶中的咖啡碱、维生素、氨基酸、磷脂等有助于人体消化和调节脂肪代谢，咖啡碱的刺激作用更能提高胃液的分泌量，从而增进食欲和帮助消化。
c）降脂、减肥、软化人体血管、预防心血管疾病
茶具有良好的降解脂肪、抗血凝、促纤维蛋白原溶解的作用，还能使血管壁松弛，增加血管有效直径，从而抑制主动脉及冠状动脉内壁粥样硬化斑块的形成，从而达到降压，软化血管，防治心血管疾病的目的。
d）抗氧化、延缓衰老、延年益寿
茶中的儿茶素、茶黄素、茶氨酸和茶多糖，尤其是含量较多的复杂类黄酮等都具有清除自由基的功能，因而茶具有抗氧化、延缓细胞衰老的作用。
e）杀菌、消炎
研究表明，茶黄素不仅是一种有效的自由基清除剂和抗氧化剂，还对肉毒芽杆菌、肠类杆菌、金黄色葡萄球菌、加膜杆菌、蜡样芽孢杆菌有明显的抗菌作用。
此外，茶黄素对流感病毒的侵袭和轮状病毒和肠病毒的感染有一点抑制作用[5]。
基于以上的资料分析可知，益生菌速溶奶茶粉是人类的营养食物，从目前中国的消费能力及奶牛的养殖分布来看，居民喝奶应该选择保质期长、价格相对较低的乳制品，而添加有益生菌和茶的益生菌奶茶是首选。
1.3益生菌奶茶粉厂设计的目的与意义
牛乳是母牛乳腺分泌出来的一种白色带淡黄色、不透明、微有甜味的液体。
乳的主要成分有水分、蛋白质、脂肪、乳糖、维生素、无机盐、酶类、气体以及其他微量成分。
牛乳中各成分受乳牛品种、个体、饲养等因素的影响而有所变化，其中变化最大的是脂肪，其次是蛋白质，乳糖与无机盐比较稳定。
目前奶类市场发达，尤其以产品创新、工艺创新为代表的品类成为追逐对象。
各个乳制品企业推出的新品无一不注重科技含量，也更加侧重功能性。
由此诞生出具有保健功能的益生菌奶茶粉，它方便实惠，而且营养丰富，具备人体所需的多种营养物质。
益生菌奶茶粉设计以牛乳为主要原料，以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养强化剂，在此次设计中，对本人各方面素质都有所提高，查找资料，整理数据，制定方案，实施计划等。
随着中国乳业的迅速发展，产品结构发生很大的变化，已成为技术装备先进、产品品种较为齐全、初具规模的现代化食品制造业，随着中国人民生活水平的逐渐提高，乳制品消费市场会不断扩大并趋于成熟，中国将成为世界上乳制品消费最大的潜在市场。
1.4益生菌奶茶粉厂的设计依据
本次设计根据陕西科技大学生命学院教研室下达的题目技术要求结合我们实习单位以及本地的实际情况进行设计。
本次设计过程中的主要参考资料：
《乳粉》、《食品工艺学》、《食品工厂设计与环境保护》、《乳制品加工技术》以及多种有关资料作为理论基础，并充分利用了学校图书馆的现有资料进行设计。
1.5本设计拟定的工作内容
奶茶厂的工艺流程设计；
奶茶的物料衡算；
设备选型；
热量衡算；
劳动组织设计；
辅助部门设计；
公用系统设计；
土建、防火、卫生设计；
经济技术分析。
2生产工艺流程
2.1益生菌奶茶粉生产工艺流程图
原料乳验收
↓
消泡脱气
↓
离心分离
↓
杀菌
↓
配料系统
↓
均质
↓
UHT工艺段
↓
浓缩
↓
益生菌茶粉制作→喷雾干燥
↓
干混
↓
筛粉
↓
包装[1]
2.2工艺解析
2.2.1原料乳的验收
（a）乳的指标
预生产高质量的乳制品，必须选用质量优良的原料乳。
乳品厂收购鲜乳时，对原料乳的质量应严格要求并作检验。
检验的内容包括：
感官指标：
包括牛乳的滋味、气味、清洁度、色泽、组织状态等；
理化指标：
包括酸度、相对密度、含脂率、冰点、抗菌素残留量等；
微生物指标：
主要是细菌总数，其他还包括嗜冷菌数、芽孢数、耐热芽孢数及体细胞数等。
原料乳成分的要求见表2-1
表2-1原料乳成分的要求
名称
指标
蛋白质
3.0%
脂肪
3.2%
干物质
11%
（1）感官检验品质优良的原料乳具有新鲜牛乳的风味和特有的香气，是乳白色或稍带黄色的均匀胶装流体。
（2）酒精试验酒精试验可以检查乳中蛋白质的稳定性。
新鲜牛乳具有相对稳定性，故能对酒精的作用表现出相对稳定。
而不新鲜的牛乳，其中蛋白质胶粒已呈不稳定状态，当受到酒精脱水作用时，则加速聚沉。
酒精试验与酒精浓度有关，一般以72%的中性酒精与原料乳等量混合摇匀，无凝块出现为标准，对应的滴定酸度不高于18T。
如在验收中出现细小凝块，可进一步测定酸度或进行煮沸试验。
（3）滴定酸度通过酸度滴定可鉴别原料乳的新鲜度，了解乳中微生物污染状况。
牛乳的酸度与蛋白质凝固特性见下表2-2
表2-2牛乳酸度与蛋白质凝固特性
牛乳酸度（°T）
蛋白质凝固特性
牛乳酸度（°T）
蛋白质凝固特性
18-20
不出现絮片
24-26
中型的絮片
20-22
很细的絮片
26-28
大的絮片
22-24
细的絮片
28-30
很大的絮片
（4）相对密度的测定用比重计测定。
（5）抗菌素残留检验[6]
（b）植脂末的各项指标
（1）感官指标
脂肪30%脂肪35%脂肪40%
外观奶色粉状、无肉眼可见杂质
流动性流动性好
气味富有奶香味，后香味纯
滋味具有良好的柔和润滑感
（2）理化指标
脂肪30%脂肪35%脂肪40%
溶解性60℃水溶解性强
水分≤6%
灰分≤3%
蛋白含量≥2%
PH 4.5~6.5
脂肪含量 30%±2%35%±2%40%±2%
碳水化合物 ≥60%
（3）卫生指标
脂肪30%脂肪35%脂肪40%
铅（以Pb计） ≤0.5mg/kg
砷（以As计） ≤0.5mg/kg
大肠菌群 ≤30个/100g
细菌总数 ≤1500个/g
致病菌（沙门氏菌） 不得检出[6]
2.2.2原料乳的预处理
（1）净乳原料乳验收后必须净化。
其目的是去除乳中的机械杂质并减少微生物数量。
净乳的方法有过滤法和离心净乳法两种。
其中，离心净乳是乳与乳制品加工中最适宜采用也是最常用的方法。
使用离心净乳机可以显著提高净化效果，有利于提高制品质量。
离心净乳机还能除去乳中的腺体细胞和某些微生物。
离心净乳一般设在粗滤之后，冷却之前。
净乳时的乳温在30~40℃为宜，在净乳过程中要防止泡沫的产生[1]。
（2）冷却净化后的原料乳应立即冷却到4~10℃，以抑制细菌的繁殖，保证加工之前原料乳的质量。
牛乳挤出后微生物的变化过程可分为四个阶段，即抗菌期、混合生物期、乳酸菌繁殖期、酵母和霉菌期。
抗菌期的长短与储存温度的关系见表2-4。
因此，新鲜牛乳迅速冷却至低温，其抗菌特性可保持相当长的时间。
当然抗菌期长短与细菌污染程度有直接关系。
乳品厂通常可以根据储存时间的长短选择适宜的冷却温度，两者的关系见表2-3。
表2-3乳的储存温度与抗菌期的关系
牛乳的储存温度（℃）
-10
0
5
10
25
30
37
抗菌期（h）
240
48
36
24
6
3
2
表2-4乳的储存时间与冷却温度的关系
乳的储存时间（h）
6-12
12-18
18-24
24-36
应冷却的温度（℃）
10-8
8-6
6-5
5-4
原料乳的冷却，过去通常使用表面冷却器（冷排），现在普遍采用板式热交换器，克服了表面冷却器乳容易受到污染的弊病，而且热交换效率高，占地面积小，操作维修和清洗装拆方便[1]。
（3）储乳为保证连续生产的需要，乳品厂必须有一定的原料储存量。
储存量按工厂的具体条件来确定，一般为生产能力的50%~100%。
储乳罐为不锈钢卧式、立式圆桶状，其容积有：
小型2000L、中型5000、大型15000L或45000、超大型100000~200000L。
为防止乳在罐中升温，应有绝缘层或冷却夹套，并配有搅拌器、视孔、入孔及温度计、液位计等。
搅拌的目的是使牛乳能自下而上循环流动，防止脂肪上浮，达到搅拌均匀的要求。
储乳罐的个数应由每天处理的乳量和罐的大小来决定，罐要装满，半罐易升温，影响乳的质量。
绝缘性能以储乳10h以上，升温2~3℃为标准[1]。
（4）标准化为了保证达到法定要求的脂肪含量，需要进行标准化。
我国的国家标准规定全脂、部分脱脂和脱脂巴氏杀菌乳的脂肪含量分别为≥3.1%、1.0%~2.0%、≤0.5%[7]。
原料乳中脂肪含量不足时，应添加稀奶油或除去一部分脱脂乳；当原料中脂肪含量过高时，则可添加脱脂乳或提取部分稀奶油。
标准化工作是在储乳罐的原料乳中进行或在标准化机中连续进行的。
乳品厂生产中一般采用方块图解法进行标准化计算[7]。
2.2.3预热杀菌
（1）预热均质均质是指对脂肪球进行适当的机械处理，使它们呈更细小的微粒均匀一致的分散在乳中。
牛乳在放置一段时间后，有时上部分会出现一层淡黄色的脂肪层，称为：
“脂肪上浮”。
脂肪上浮影响乳的感官质量，脂肪球的上浮速率与其半径成正比。
自然状态的牛乳，其脂肪球大小不均匀，变动于1~5µm，平均3µm，一般为2~5µm。
如经均质，脂肪球直径可控制在1~2µm左右，这是乳脂肪表面积增大，浮力下降，乳可长时间保持不分层。
另一方面，经均质
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