食品工艺学课程设计汇总.docx
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食品工艺学课程设计汇总
食品工艺学课程设计任务书
1.1设计题目
设计7T/班巴氏杀菌奶车间工艺流程设计
1.2操作条件
（1）生产规模:
7T/班巴氏杀菌奶。
（2）原料情况：
采用国家标准规定全脂乳，巴氏杀菌乳的脂肪含量为≥3.1%。
（3）产品质量指标：
质量应符合国家标准。
1.3设计任务
（1）工艺设计计算
包括物料衡算、热量衡算和设备选型。
（注明公式及数据来源）
（2）绘制工艺流程图
绘制生产工艺流程图一张（2号图纸）；CAD绘制。
（3）编写设计说明书
设计说明书的撰写应符合规范与要求。
1.4参考文献：
[1]赵晋府.食品工艺学[M].中国轻工业出版社,2006.5
[2]陈志.乳品加工技术[M].化学工业出版社,2006
[3]金世琳.乳与乳制品生产[M].北京出版社,1977
[4]金世琳.乳品工业手册[M].北京轻工业出版社,1987
[5]张凤宇.最新乳制品生产工艺与设备运行检修手册[M].中国轻工业出版社,2004
[6]张和平,张列兵.现代乳品工业手册[M].中国轻工业出版社,2005
[7]曾寿瀛.现代乳及乳制品[M].中国农业出版社,2003
[8]姜竹茂.酸奶科学与技术[M].中国农业出版社,2003
食品科学与工程
2015年5月
摘要
本设计根据日产7吨巴氏杀菌奶任务进行工艺设计。
巴氏杀菌奶是由巴氏杀菌法处理的优质鲜奶，可以很大程度的保留了牛乳的营养和生乳的风味，符合我们追求的营养和新鲜以及天然食品的概念。
以优质牛奶为原料，采用巴氏杀菌法生产，全程冷链配送的巴氏杀菌奶和低温保藏具有广泛的社会需求和市场前景。
本设计根据课程设计任务书要求，进行查阅资料，咨询相关人士。
对项目进行了产品方案及工艺论证、工艺操作要点、生乳验收和国家标准、物料衡算、热量衡算和设备选型等设计。
关键词：
巴氏杀菌、鲜乳、工艺、物料、热量、设备
绪论
1.1巴氏杀菌奶介绍
根据杀菌方式不同，液态乳制品可分为两大类，一类是巴氏杀菌奶，采用巴氏杀菌法杀菌，保质期短；另一类是常温奶，采用超高温杀菌，保质期比较长。
巴氏杀菌奶以生乳为原料，经过检验验收、预处理、标准化、均质、巴氏杀菌、冷却、灌装而成。
巴氏杀菌的温度控制在72～85℃/15～20s高温短时杀菌法，在杀灭牛奶中的有害菌群的同时完好地保存了营养物质和纯正口感。
巴氏杀菌奶保质期较短，在正常保存条件下，一般只有七天左右。
巴氏杀菌奶需要在4℃左右的环境中存放，因此对运输、销售、储存的各个环节要求比较高。
任何的一个环节的疏漏都会导致细菌的重生和牛奶的变质，特别南方夏季时，天气较热，需要特别的注意。
巴氏杀菌奶的包装有屋顶包，也叫新鲜屋，是一种纸塑复合包装，外型有点象小房子，里面装的巴氏消毒奶，主要在零售渠道售卖，需要冷藏在冷柜中，冷藏温度一般为4～6℃。
另外两种是巴氏塑料袋和玻璃瓶装，这是两种比较经济的巴氏杀菌奶包装，因为塑料袋的成本相对较低，而玻璃瓶可以循环使用。
跟屋顶包一样，这种包装的牛奶也一定要注意冷藏，而且保质期更短，一般为2-3天。
这两种包装主要走传统的牛奶渠道送奶上门，需要建议消费者尽快食用或加倍注意冷藏。
1.2巴氏杀菌奶的营养价值
牛乳是一种对人类的营养需求极有价值的物质，它能提供较大量的五大营养素。
巴氏杀菌乳中营养素的平均值分布见表1-1
表1-1巴氏杀菌乳提供的营养素（平均值）
营养素
乳中含量/L
营养素
乳中含量/L
蛋白质
34.0g
维生素D
0.30mg
脂肪
39.1g
维生素B1
0.40mg
碳水化合物
49.4g
维生素B2
1.6mg
钙
1.2g
烟酸
9.3mg
铁
1.1mg
维生素C
10.4mg
维生素A（相当含量的视黄素）
417mg
按照人类所需的营养，乳中最有价值的成分是蛋白质，乳蛋白提供的氨基酸相当平衡，在评价食物蛋白质量时，酪蛋白通常被作为参照蛋白质来对照。
和常温相比，巴氏杀菌奶杀菌温度温和，不但能达到消毒的目的，而且对牛奶中营养物质的破坏更少及几乎不影响其风味，最大的保存了牛奶的营养物质和风味。
巴氏杀菌奶生产时，采用巴氏消毒法，将鲜奶经过一系列的前期处理，然后加热到72～85℃，在适宜的时间内对牛奶进行杀菌处理。
1.3巴氏杀菌奶的前景
在以前，由于国内食品销售渠道冷链建设落后以及家庭制冷设备普及度不高，导致巴氏杀菌奶保质期短，购买不方便，所以巴氏杀菌奶销量增长较小，销售范围也仅限于大中城市。
由于高温灭菌技术的应用，常温奶无需冷链、保质期长、配送距离长，满足了那时消费者对方便性的需求，更是满足了小城市和农村地区潜在消费需求。
现在，巴氏杀菌奶的优势与宣传以得大多消费者的心。
而且在国家全国学生营养日中就有个营养学专家呼吁的学生饮用奶。
然而就现在而说巴氏杀菌奶无疑是最合适的选择。
而且现在随着城市群的成立，交通更便利，市场更广阔，不在是本市的市场而是整个城市群的市场，可以潜力市场巨大，是发展强大，逐步取缔常温奶的时代。
以全球的范围来看，巴氏杀菌奶仍是主流，全球有90%的国家以巴氏杀菌奶为主，在奶业发达的国家巴氏杀菌奶更是占有绝对的优势，市场份额高达80%以上。
而我国现在只是大约占有30%，远远没有达到饱和，仍有巨大的发展空间。
而且做大做强更是顺应主流的发展。
2.工艺流程
2.1巴氏杀菌奶工艺流程
图2-1，巴氏杀菌奶工艺流程
2.2工艺操作要点
生乳验收：
生乳的质量直接决定了最终产品的质量。
巴氏杀菌奶采用低温杀菌，对生乳的要求更为严格。
在生乳验收中必须严格把关，生乳的标准必须符合GB19301-2010。
为了提高产品竞争力，我们可以适当的提高自己的标准，打好质量信誉。
净乳：
采用最常用的离心净乳法，预处理用碟式离心机。
净乳时的乳温控制在30～40℃，还要注意防止泡沫的产生。
净乳可以去除乳中的机械杂质并减少微生物数量。
离心净乳还能分离牛奶中的脂肪。
冷藏：
经过离心机处理后的牛奶采用直冷式储奶罐储藏。
储存罐温度控制在4℃。
直冷式储奶罐起到冷藏的作用。
主要用于当原料乳供应不稳定时，为了稳定生产而设计冷藏贮存，。
预热：
在本设计中，巴氏杀菌奶生产采用先预热再标准化的方式，预热用板式换热器加热。
在60～65℃牛奶中脂肪处于溶融状态，预热能增加稀奶油的溶解度，使脂肪球膜软化以利于提高均质效果。
预热温度为60℃。
标准化：
我国的生乳脂肪含量大多在2.9%～3.9%，甚至还有部分更低或更高，为平衡脂肪含量，在生产中采用了脂肪的标准化生产，就是将乳脂先分离出来后，在重新按一定的标准重新混合，使生产出的奶的脂肪含量能保持在一个平衡的水准。
脂肪含量可以通过添加稀奶油或脱脂乳调整。
为了保证连续生产，流水线持续活力，降低能耗，在标准化机种连续进行。
标准化后的牛奶暂存于储奶罐，为后面的均质、杀菌做准备。
如果非连续进行，标准化需在贮乳罐中进行，采用十字交叉法计算。
均质:
均质是提高产品质量的关键步骤之一。
均质机类型较多，本设计选用高压均质机，均质温度60℃，均质压力18Mpa。
均质是对脂肪球进行适当的机械处理，使它们呈更小的微粒均匀一致地分散在乳中。
可以使牛奶风味良好、口感细腻；减缓了脂肪上浮现象；凝块张力降低，改变了牛乳的可消化性。
巴氏杀菌：
巴氏杀菌是巴氏杀菌奶生产中的关键步骤之一，巴氏杀菌的效果不但关系到是否达到杀菌的目的，而且对牛奶的风味影响比较大，因此巴氏杀菌一定控制好杀菌时间和温度。
本设计采用板式换热器进行杀菌处理，杀菌温度75℃，时间15s。
巴氏杀菌可以杀死致病菌，保证食品卫生，保护消费者的健康；破坏影响产品的风味和贮存期的其他成分和微生物。
冷却：
杀菌后的牛奶应尽快降温4℃。
用板式换热器杀菌处理过程中，可以用冷却区对杀菌后的牛奶进行降温。
在杀菌机和灌装机之间设置一个暂储罐，可以起到缓冲作用。
暂储罐可以平衡灭菌机及包装机生产能力的差异，并保证在灭菌机或包装机中间停车时不致产生相互影响。
为了避免再次被细菌污染，储罐的进出管道、阀以及与乳直接接触的任何部位都要处于无菌状态。
灌装：
灌装的目的是为了便于分送、销售。
灌装采用无菌灌装机，可以使牛奶在包装完成之前都处于一个无菌状态。
本设计中产品类型包括玻璃瓶装巴氏杀菌奶和屋顶包装巴氏杀菌奶。
在灌装中，两种产品采用不同的灌装方式。
玻璃瓶装采用全自动灌装、封口一体机灌装，屋顶包装采用半自动屋顶盒灌装机灌装。
检验:
经过灌装后的产品应该进行外观检查，如有灌装异常不得装箱。
并且每个批次产品应该进行抽检，如有不合格整个批次产品不得出厂。
装箱:
为了方便运输，经过罐装的巴氏杀菌奶应该进行装箱。
玻璃瓶装巴氏杀菌奶的外包装采用循环利用的640×512×110mm的塑料周转箱，规格为80瓶/箱。
屋顶盒装巴氏杀菌奶的外包装采用BS-2.2单瓦楞纸箱，规格为50盒/箱。
巴氏塑料袋也是，规格为20袋每箱。
冷藏分销：
装箱后的成品应该及时的送入冷库作销售前的暂存或冷库车。
冷库温度控制在4～6℃。
冷藏销售，贮藏期为1周左右。
2.3设备操作原理
2.3.1全自动洗瓶机
主要用于回收来的玻璃瓶洗涤。
采用双端式，即从一个方向进瓶，另一个方向出瓶。
其优点是净瓶距离脏瓶远，不会被污染，适于连续作业，但占地面积大，须两人操作。
采用连续式，即进、出瓶由链带连续传动，其中无停止时间，安装可移动的进瓶落架，当进瓶时，落架向下作短时间移动，让瓶子有充裕的时间进入进瓶位置。
洗瓶机内部的喷嘴与瓶套同时移动，冲洗在移动中进行。
其缺点是商标易夹在瓶套与瓶间。
2.3.2清洗操作
颈洗刷的目的在于去掉脏瓶内残留物，使洗涤剂浸泡槽内残留物尽量少，同时对冷瓶颈热，防止冷瓶骤热破碎。
洗涤部分包含四部分：
碱洗、水洗、酸洗、水洗，也有只用碱洗的。
目的是乳化脂肪，温度可达70℃，喷射压力可达2．53×105帕。
热水、温水浸泡喷射的目的一是洗去洗涤液，二是给瓶降温，可降到35℃；冷水喷射，在降温的同时，还起到杀菌效果，因为，冷水预先进行了氯化处理。
水温10～15℃，洗后的瓶温20℃。
2.3.3均质机
转子和定子的精密配合，工作头爪式结构，双向吸料，剪切效率高。
间歇式高剪切分散乳化均质机是通过转子高速平稳的旋转，形成高频、强烈的圆周切线速度、角向速度等综合动能效能；在定子的作用下，定、转子合理狭窄的间隙中形成强烈、往复的液力剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应，物料在容器中循环往复以上工作过程，最终获得产品。
2..3.4巴氏杀菌机
在一定温度范围内，温度越低，细菌繁殖越慢；温度越高，繁殖越快。
但温度太高，细菌就会死亡。
不同的细菌有不同的最适生长温度和耐热、耐冷能力。
巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点，用适当的温度和保温时间处理，将其全部杀灭。
但经巴氏消毒后，仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢。
2.3.5板式换热器
根据热力学定律：
“热量总是由高温物体自发地传向低温物体，两种流体存在温度差，就必然有热量进行传递”。
热传递板表采用波纹结构优化设计，即使流体流速在雷诺准数值一下，流体在板片之间的运动呈三维运动，促使流体形成剧烈紊动，减少边界层热阻强化传热效率。
3.乳的国家标准
3.1生乳
从符合国家有关要求的健康奶畜乳房中挤出的无任何成分改变的常乳，产犊后七天的初乳、应用抗生素期间和休药期间的乳汁、变质乳不应用坐生乳。
3.2技术要求
感官要求：
应符合表1的规定。
表3-1感觉要求
项目
要求
检验方法
色泽
呈乳白色或微黄色
取适量试样置于50mL烧杯中，在自然光下观察色泽和组织状态。
闻其气味，用温开水漱口，品尝滋味
滋味、气味
具有乳固有的香味，无异味
组织状态
呈均匀一致液体，无凝块、无沉淀、无正常视力可见异物
理化指标：
应符合表2的规定。
表3-2理化指标
项目
指标
检验方法
冰点/（℃）
-0.500～0.560
GB5413.38
相对密度/（20℃/4℃）≥
1.027
GB5413.33
蛋白质/（g/100g）≥
2.8
GB5009.5
脂肪/（g/100g）≥
3.1
GB5413.3
杂质度/（mg/kg）≤
4.0
GB5413.30
非脂乳固体/（g/100g）≥
8.1
GB5412.39
酸度
12～18
GB5413.34
污染物限量：
GB2762的规定。
真菌毒素限量：
应符合GB2761的规定
微生物限量：
应符合表3的规定。
表3-3微生物限量
项目
限量[CFU/g（mL）
检验方法
菌落总数≤
2×106
GB4789.2
农药残留限量和兽药残留限量
农药残留量应符合GB2763及国家有关规定和公告。
兽药残留量应符合国家有关规定和公告。
4物料衡算
4.1基础数据
日产七吨的巴氏杀菌奶
由于产量较小，我们采用每日生产一班，一班7个小时生产，剩下一个小时用于开机前和关机后的设备清洗和检查。
每天工作八个小时，夜班生产，下午两点到晚上十点，采用连续生产，中间替班休息和吃饭。
这样便于配送和早上时刚好把新鲜巴氏杀菌奶送到客户手中和零售商。
这样每个小时生产能力为7/7=1T/h。
4.2物料衡算
巴氏杀菌奶因脂肪含量不同，可分为全脂乳、半脂乳、脱脂乳和稀奶油。
常常在标准化过程中添加稀奶油，达到相应的脂肪标准，不在添加任何添加剂。
稀奶油的添加量可根据脱脂乳的含脂率按比例加入。
在净乳处理阶段，碟式离心机分离机能分离牛乳中的脂肪，使脱脂奶中脂肪含量保持恒定水平，离心机分离出的稀奶油可用于标准化阶段。
因此在原料衡算中可以忽略标准化对原料的影响。
4.3原料衡算
根据经验数据，在巴氏杀菌奶生产中，生乳的成品的比率为1000：
955。
在加工生产中，乳液有一定的损失，损耗量按1%计算。
则每天生产巴氏杀菌奶所需生乳的量：
既日生产7吨巴氏杀菌奶所需生乳为7.4039吨约为7.5吨。
4.4原乳脂肪标准化计算
生乳经过碟式分离机处理后脂肪含量保持恒定水平，在标准化过程中只需加入相应量的稀奶油。
可用反比例方法来确定标准化过程中稀奶油量添加量，如表4-1，
表4-1标准化反比例计算
名称
原料乳
稀奶油
标准化
脂肪含量/%
0.3
40
3.1
与标准化差/%
3.1-0.3=2.8
40-3.1=36.9
比例
36.9
2.8
36.9+2.8=39.7
由上可得，假设原料乳1000kg，则稀奶油量为:
所以，在标准化阶段，每吨原料乳标准化需要添加含脂40%的稀奶油75.9kg。
4.5包装材料计算
采用屋顶包、玻璃瓶和巴氏塑料袋，都是容量200ml，既包装量为3.5万。
由于屋顶包比较贵，玻璃瓶主要是固定用户，塑料袋经济实惠。
所以三者比为1：
2：
2。
既屋顶包七千个，玻璃瓶1.4万个，巴氏塑料袋1.4万。
损耗率按0.1%计算。
进货量以月或季度为周转，玻璃瓶可以重复使用不在考虑范围内。
日生产包装材料的消耗量如表4-2，
表4-2日生产包装材料的消耗量
屋顶包/盒
玻璃瓶/只
塑料袋/袋
玻璃瓶封口膜/张
7007
140014
140014
140014
5.热量计算
生产中涉及热量的变化如表5-1
表5-1热量的变化
流程
温度
取值计算
备注
原料乳
0～4
4
经过降温过的原乳
冷藏贮存
0～4
4
净化
30～40
35
预热
50～65
60
由于预热和标准化都是在配料罐中完成
标准化
50～65
均质
50～65
60
巴氏杀菌
72～75
75
冷却
4
4
由表可知，主要分为四阶段热交换，第一阶段就是由均质到巴氏杀菌的加热，用85℃热水加热原料从60℃到75℃。
第二阶段就是用杀菌后成品加热净化到标准化的原料，也就是用杀菌后成品75℃加热原料35℃到60℃。
第三阶段就是用还未完全冷却的成品继续加热原料，使原料从4℃加热到35℃。
第四阶段就是用冷水或冷盐水把成品冷却到4℃进行冷藏分销，用2℃的冷水。
查表可知，
原料乳也就是鲜乳的比定压热容取值
水的比定压热容取值
原料乳流量由基础计算得出为
设水的流量为
每个环节的热量损失都为5%
由于热交换中没有相变化，所以用热量衡算关系计算：
由以上数据，联系公式计算得
在第一阶段，水为热流体，原料为冷流体，由原料冷流体来计算热量：
所以
所以总的一天一班，消耗热量为：
水流出的温度为：
在第二阶段，成品为热流体，原料为冷流体，由原料冷流体来计算热量：
所以
则成品经过这个阶段，降温到：
在第三阶段，同上，
所以
则成品经过这个阶段，降温到：
由
，得
即
在第四阶段，热流体是成品，冷流体是冷水，由成品热流体来计算热量：
所以
冷水经过这个阶段，升温为：
由
，得
即
由板式换热器进行热交换，采用逆流传热方式，各阶段冷热流体进出口温度如表5-2。
表5-2各阶段冷热流体进出口温度
第一阶段
第二阶段
第三阶段
第四阶段
热流体
进口温度
85
75
46
13.4
出口温度
75.8
46
13.4
4
冷流体
进口温度
60
35
4
2
出口温度
75
65
35
7.5
有上表数据，输入计算机，根据经验式，可得出板式换热器的面积及型号各项指标。
6.设备选型
6.1设备选型原则
设备选型原则有以下几点:
（1）满足工艺设计要求，保证产品质量和产量；
（2）所选设备要做到安全、可靠，并且每个设备之间能协调；
（3）综合考虑经济效益和设备先进性，在经济效益为先的情况下考虑设备先进性；
（4）所选设备应符合食品卫生要求，与食品接触的材料必须达到食品级，不致对食品造成污染，易清洗；
（5）考虑设备在以后的可改造性等。
设备选型如表6-1
表6-1设备选型
序号
设备名称
规格、型号、参数、说明
数量
设备用途
1
受奶槽
容量：
350L
尺寸:
1000×700×500mm
1
用于加工时原料的缓冲
2
净乳机
碟片式离心分离机
型号：
NRSDH100
脱脂乳含脂率≤0.04
排渣方式：
自动
1
用于脱脂和净乳
3
制冷储奶罐
型号：
直接向厂家定制
容量：
7000L
尺寸：
2000×21000mm
功率2.2kW
1
用于收集的生乳的冷藏贮存，带有搅拌器
4
配料罐
容量：
70L
尺寸：
400mm
1
用于标准化，具有保温功能
5
杀菌机
巴氏鲜奶杀菌机
容量：
200L
加热功率:
15kW
离心泵功率：
0.55kW
1
用于工艺中的巴氏杀菌，具有智能控制。
6
高压均质机
型号：
GJB1000-60
生产能力：
1000（kg/h）
尺寸：
1300×1200×1450mm
功率：
22kW
1
用于鲜奶的均质，减少脂肪对鲜奶的影响
7
传送带
型号：
定制
食品级别
网状，有护边
用于灌装后玻璃瓶、屋顶盒和塑料袋的传送
8
暂存罐
容量：
500L
3
用于巴氏杀菌奶暂时储存，起缓冲作用
9
半自动屋顶盒灌装机
型号:
BW-1000-2
生产能力：
2000包/小时
功率：
22kW
尺寸：
3300×1100×2200mm
自动化：
半自动智能
1
用于屋顶形纸盒灌装，美观价高。
10
玻璃瓶、灌装、封口一体机
型号：
BBR-18-18-6
生产能力6000瓶/小时
功率：
4kW
尺寸：
2450×1900×2300mm
自动化程度：
全自动
1
用于玻璃瓶的灌装
11
CIP机组
型号：
RQJD10-2000
功率：
4kW
容量：
2000L
尺寸：
6000×2000×3200mm
自动程度：
全自动
1
用于与食品接触的设备的清洗，主要是内部的清洗。
12
制冷机组
水冷式冷水机
型号：
GXW-U015D
标准制冷量：
46.3kW
尺寸：
1400×800×1200mm
1
提供冷却水，用于冷却成品。
13
水处理机组
型号：
定制
容量：
2000L
1
提供生产所需的热，加热原料到杀菌温度和CIP所需的热水
14
洗瓶烘干机
型号：
YFH-10
生产能力：
2500瓶/小时
自动化程度：
全自动
用水量：
0.5吨/小时
1
用于回收玻璃瓶的清洗和烘干，便于安全的重复利用
15
理瓶机
型号：
LHLP-600
功率：
0.2kW
速度：
10转/分钟
1
用于烘干后玻璃瓶的理顺，便于灌装
16
板式换热器
型号：
定制
传热方式：
间壁式换热器
根据热量衡算数据利用计算机算出
4
满足生产换热需求
17
泵
型号：
定制
具有食品卫生等级
食品专用泵
若干
提供生产需求的动能
报告总结
首先能完成，感谢老师选的题目。
本以为是个简单的题目，应该容易就能完成，然而事实是好难啊！
发现了很多知识断层，还有很多自己的自以为是，也发现了许多，收货非凡。
例如发现了所学食品工艺学里边给的巴氏杀菌温度就不合理。
应该是对的，但温度比较高，容易给成品杂有糊味，影响品质和质量。
也知道了当没有杀菌机也可用保温罐来杀菌，只要温度持续达到杀菌温度即可。
也了解了巴氏杀菌奶曾经占领过市场的七成，但现在却只占有市场的三成，为什么，值得我们去思考，也利于以后的见解。
参考文献
[1]赵晋府.食品工艺学[M].中国轻工业出版社,2006.5
[2]陈志.乳品加工技术[M].化学工业出版社,2006
[3]金世琳.乳与乳制品生产[M].北京出版社,1977
[4]金世琳.乳品工业手册[M].北京轻工业出版社,1987
[5]张凤宇.最新乳制品生产工艺与设备运行检修手册[M].中国轻工业出版社,2004
[6]张和平,张列兵.现代乳品工业手册[M].中国轻工业出版社,2005
[7]曾寿瀛.现代乳及乳制品[M].中国农业出版社,2003
[8]谢继志.液态乳制品科学与技术.中国轻工业出版社.1999
[9]杨同舟.食品工程原理.中国农业出版社.2005
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