年产4000吨苹果醋饮料生产流程工艺设计实现可行性方案.docx
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年产4000吨苹果醋饮料生产流程工艺设计实现可行性方案
年产4000吨苹果醋饮料生产流程工艺设计方案
1绪论
1.1概述
1.1.1苹果醋对人体的好处及用途
（1）苹果醋是一种酸性饮料，能够促进人体对少量元素的吸收。
苹果醋是一种饮料，且为碱性饮料，但是它的口感却呈酸性。
它有利于人体对米、面、鱼、等呈酸性食物的中合，且有利于对这些食物中所含营养素[1]及钙、钾、镁、铁等离子的吸收；还能够改善人的体质从而增加人的免疫力。
（2）苹果醋富含果胶，能够促进人的消化和排毒的作用。
苹果醋中的果胶有利用肠道里的有益细菌的生长，而有益细菌能够产生许多人体的必须营养物质；果胶可以促进脂肪、胆固醇及胆汁的排泄从而降低人体的患病率；果胶也能够吸附食物中的镍，钴等重金属离子从而达到有效的排毒的作用。
（3）苹果醋成分中含有维生素，对人体具有养颜美容[2]的功效。
苹果醋中的大量维生素抗氧化剂能够促进人体的新陈代谢，可以美白杀菌，淡化黑色素并且补出肌肤养分和水分，使皮肤更加光滑和美白。
（4）苹果醋富含有机酸，能够增加人的食欲消除疲劳[3]的作用。
苹果醋进入人体后，能够很快的被人体所吸收，因为它可以直接参与人的新陈代谢，从而在很短的时间内给人体提供能量，消除疲劳，使人能够迅速恢复体力。
同时苹果醋可以促进氨代谢，对心肌梗塞的人具有保护作用，而醋酸能够促进胃液的分泌，增加人的食欲。
（5）苹果醋中富含大量的维生素和氨基酸，能够增加人的抵抗力。
苹果醋中所含的丰富的维生素以及氨基酸，能够在人体的新陈代谢过程中与许多的钙质元素结合，并生成醋酸钙，从而增加了人体对钙的吸收，让人身体更加结实、强壮。
苹果醋中的维生素能够防止细胞癌变和减缓细胞衰老，增加人体的免疫力[4]。
（6）苹果醋老少皆宜，是未来市场发展的新星。
1.1.2国内外苹果醋行业的发展状况
早在90年代以前，我国就出现国许多苹果醋企业和相应的保健品企业，但当时人们对醋酸饮料了解甚少，而当时的价格有偏高，宣传力度等各方面的不足使其很快销声匿迹。
近年来，由于科技信息技术的不断发展，宣传力度的增加国内苹果醋市场已经又开始增加，现在正在不断地壮大。
如，1998年止，有关苹果醋的专利已经达416项[5]；2000年上班年，有关苹果醋的报告和工艺技术文献已经达到40篇。
在国外，特别是像美国、日本、英国等发达国家早已对苹果醋行业进行了研究和发展，据不完全统计在上个世纪90年代，美国的醋产量就高达5.6亿升其中苹果醋产量0.93亿升，占总醋产量16.7%[6]。
而日本似乎对苹果醋更加的重视，将其果醋列入国家生产标准之一。
由此可见，我国发展苹果醋行业的前景光明，无论在国外还是国内都具有很好的发展空间。
1.2苹果醋工艺流程设计的意义
我国目前采用的苹果醋发酵工艺流程是传统的单一菌种，分步发酵法。
其特点是结构简单，步骤简便；但发酵过程所需人力较大，成本较高，且苹果渣的利用率不高污染相对严重。
而本设计采用的是设计方案是双菌发酵，分布和同步共同[7]进行，不但大大提高苹果渣的利用率，更加增加了产品苹果醋的质量和口感
1.3本课题研究的内容
本设计主要的研究内容是：
关于年产4000t苹果醋的工艺流程设计。
其他设计包括：
厂址选择、生产工序设计、物料衡算、能量衡算、水电估算、以及结果的分析与讨论。
2工艺流程设计
2.1厂址选择
本设计苹果醋的加工厂选取位置是位于陕西省延安市的洛川县。
由于洛川县的地区属于黄土高原沟壑区，且气候为暖温带半湿润大陆性季风气候，这里的平均海拔是1070米；年平均气温9.2度，年平均降水量为600毫米[8]。
它是目前世界唯一保存最完好的古原地之一，在这里黄土高原土地面积广大，地塬面平较为平坦，质地优良，光照充足，而且昼夜温差很大。
自然条件较为优越，雨热同季，是发展农业的优良之地。
黄土高原的洛川县又素有“陕北粮仓”和“苹果之乡”的誉称，将厂建设于此可解决原料问题，又可知此地位贯通210国道以及是火车的必经之地。
所以其交通运输也是相当便利。
而且厂区周围地处位置较高。
有良好的环境卫生可以生产优质产品。
2.2气象条件
表2.2气象条件
气象条件
年平均
最热月平均
最冷月平均
极端（高）
极端（低）
气温/
15
21.6
-4.8
38
-23
气压/mbar
885.4
878.5
892.3
风向及风速/m/s2.4
降雨量/mm615.4
湿度（相对）60%
东南风
115.7
西北风
4.9
2.3工艺流程设计
2.3.1产品方案班产量的确定
（1）年产Q：
4000t,属于小型食品企业工厂；
（2）生产天数t:
预计全年生产天数300天，暂时不划分淡旺季；
（3）生产班次n:
四班三倒，每班8小时，成产约4.4吨（4000÷300÷3）；
（4）每小时生产能力：
4.4÷8≈0.56t。
2.4工艺流程生产的原则
（1）注意经济效益，尽量选择投资少、低成本、耗能低、产量高的生产工艺；
（2）因地制宜，集合实际，采用机械化，连续自动化生产线；
（3）严格按照国家规定的食品质量安全指标来拟定相应的工艺流程。
2.5生产工艺流程
成品
生产工艺流程图见图1
破碎、清洗
榨汁滤去果渣
果汁
加热澄清
过滤去渣
糖成分调整
精滤
分布发酵
同步发酵
调配
均质装瓶
杀菌冷却
包装
成品
图1生产工艺流程图
2.6生产苹果醋的工序
2.6.1原料的预处理[9]
（1）选果、洗果
首先挑选新鲜的苹果，要求苹果无腐烂，无树叶等杂志，利用流动水洗除去泥污后，将苹果切块并放入稀盐酸中浸泡约5min中，再用高锰酸钾清洗。
（2）破碎、榨汁
将已经切块的洗净的苹果，让如破碎机中彻底粉碎。
而后冲洗榨汁，此时应该小心操作防止与空气接触。
为了提高出汁率，可以适当的加入适量果胶，同时加入一定量的维生素c，来防止氧化酶被氧化。
注意：
由于果汁中的某些成分容易和铁器发生反应，故应该避免果汁与铁器等相关物品接触。
2.6.2灭菌处理
在每次投料前，要进行灭菌处理。
首先为了保持设备的清洁要用纯净水进行冲洗。
然后，采用高温高压蒸汽灭菌，灭菌不少于30min。
注意：
高温高压蒸汽灭菌时，应当保证设备处于半开状态，防止出现事故。
最后，灭菌结束后，除了开放的发门外，其他阀门一律关闭，以免造成污染。
2.6.3发酵准备
（1）接种
当原料以及设备等灭菌结束后，等料液的温度降至室温时进行接种。
接种结束后，控制好发酵罐内的温度保持相对的稳定，以保证发酵的正常进行。
同时，仔细观察做好相应的记录，提供一个好的技术参考。
（2）糖度调整
由于发酵的底物料为糖原料，因此糖度的高低对发酵的影响较大。
糖度过高，发酵液中底物浓度过大，可能导致酵母菌生长过快，发酵液特别粘稠，传质差，酵母菌易老化等问题；而糖度果低又会使酵母菌发育不良，难以达到预期的目的。
因此，一般控制浓缩果汁含糖量在10%左右[10]。
2.6.4活化[6]
（1）酵母菌的活化
开始将120℃的灭菌完毕后的无菌水50ml冷却到左右，再加入安琪果酒出产的专用酵母的活性酵母1g轻轻摇匀，并每隔10min摇一次，30min后停止备用。
（2）醋酸菌的活化
将保存很好的来自广州如丰果子调味品供词米醋生产车间分离的醋菌木醋杆菌，无菌操作至盛有醋酸菌活化的培养基中，下摇匀24小时后备用[11]。
2.6.5发酵[7]
（1）分步发酵
将灭菌好的苹果汁发酵液冷却后接入0.3%的酵母液，下培养，每天测定糖度，酒精度以及酸度，待糖度不在变化，酒精发酵阶段结束而后接入10%的木醋杆菌RF4菌种液，下进行醋酸发酵，并每天测定其糖度，酒精度以及酸度的变化。
（2）同步发酵
在苹果汁发酵液的同时接入0.3%的酵母液和10%的醋酸菌种液，下培养，每天测定酒精度和酸度的变化。
2.6.6调配
在调配阶段，我们知道影响苹果醋饮料风味的主要因素包括：
糖度、酸度以及饮料芳香成分的含量。
一般情况下，水果饮料的糖度为10%-15%之间、酸度在0.2%-0.7%之间。
为了满足广大消费者的需求，调配处符合消费者口味的配方尤其重要，因此要对饮料的糖度、酒精度及含糖量进行适当的调整。
根据实验的选定，调配100ml的苹果醋饮料需要7g蔗糖，7g蜂蜜、苹果醋6ml，香精需要2ml，即可。
2.6.7装罐及灭菌
将已经调配好的混合型苹果醋饮料在高温杀菌后，保温30s。
然后趁热进行装罐、排气、封口等操作。
2.7产品的质量标准
2.7.1感官指标
表2.7.1感官指标
质量指标
色泽
气味
味道
感官指标
浅黄色或米黄色
具有浓郁的苹果香味
酸味纯正、柔和甘甜
2.7.2理化指标
表2.7.2理化指标
质量指标
总酸（以醋酸计）
可溶性固体
还原性糖（葡萄糖计）
理化指标
≥3.5g/mL
≥10g/mL
≥10g/mL
2.7.3微生物指标
表2.7.3微生物指标[7]
质量指标
菌落总酸
大肠杆菌菌落
致病菌
微生物指标
≤100个/ml
未检测出
未检测出
2.7.4检测指标
表2.7.4检测指标
质量指标
感观理化指标检验
微生物指标检验
味道重金属指标
检测指标
按GB/T10792中的有关规定进行。
按GB4789.2、GB4789.3中的规定进行
按GB/T5009.11、GB/T5009.12、GB/T5009.13中的方法进行
2.8物料衡算
2.8.1衡算原理
；
P：
引入系统的物料重量；
Pd：
损失物料的质量
Pl：
最终得到产品的质量
2.8.2计算准则
表2.8.2苹果醋生产的指标
项目
名称
百分比%
备注
定额指标
苹果汁的总糖含量
70
发酵液总糖含量
10
酵母接种量
0.2
醋酸菌接种量
15
发酵罐有效容积
70
损失率
发酵损失
6
管路损失
1
灌装损失
3
检验及其他操作损失
3
空瓶损失
1
胶帽损失
0.5
瓶盖损失
1
标签损失
0.5
总损失率
发酵液总损失
15
以浓缩苹果汁为基准，对苹果醋的生产进行物料衡算
计算发酵液
浓缩苹果汁：
纯水的用量：
；
总发酵液：
酒精培养液的用量：
（按的比例加酵母菌悬浮液），则酒精发酵液的总用量：
醋酸发酵液的用量：
（当酒精发酵完毕后，按15%的比例加入酵母菌悬浮液）；
总发酵液：
发酵损失：
过滤及管道损失：
到达调配罐中的液体：
（2）计算调配液（通过实验得出进入发酵罐中的配方如下：
0.1kg的苹果醋的需要加入蜂蜜的量为0.007kg，蔗糖的量为0.007kg以及香精的量为0.002kg），则
（3）计算成品醋
装罐损失：
检验及其他操作损失：
最终成品醋：
2.10生产1t苹果醋所需要的原料（1t=1000kg）
苹果汁的用量：
纯水的用量：
酵母菌培养液的用量：
酒精发酵液用量：
醋酸菌培养液的用量：
醋酸发酵液的用量：
发酵损失的量：
管路及过滤损失：
达到调配罐中的液体的量：
调配液的用量：
2.11生产4000t苹果醋所需的原料
浓缩苹果汁用量：
纯水用量：
酵母菌培养液的用量：
酒精发酵液用量：
醋酸菌培养液的用量：
醋酸发酵液的用量：
发酵损失：
管路及过滤损失：
达到调配罐中的液体
调配液的用量：
2.12生产能力的计算
工作日：
300d；
生产周期：
6d；
每天生产能力：
一周生产能力：
每天需要纯水的量：
每天需要的浓缩苹果汁的量：
每天需要酵母菌培养液所需的量：
每天需要醋酸菌培养液所需的量：
2.13生产1t苹果醋所消耗的原料定额
表2.13生产消耗1吨苹果醋所用原料的定额
序号
名称
单位
消耗定额
1
浓缩苹果汁
kg
124.7
2
纯净水
kg
748.1
3
酵母培养液
kg
1.7
4
醋酸菌培养液
kg
130.9
5
调配液
kg
146.7
3热量衡算
3.1酒精发酵前灭菌用的蒸汽量
酒精发酵前灭菌的过程需要物料为：
Q—物料流量，Q
物料比热容的计算式:
式中，—水的比热，
—原料的浓度，%
—物料的初始温度，
—物料的最终温度，
—加热蒸汽的焓，
—加热蒸汽冷凝水的热焓，
用板式换热器将物料由预热到则蒸汽量为
由公式：
，即
代入相关数据得
因此可知，每天发酵前灭菌需要蒸汽：
，每年需要灭菌蒸汽为：
3.2酒精发酵前冷却水的用量
由灭菌流程可知，需要将温度为的热料降至室温料，使得冷却水从升至。
Q—物料流量，
—物料的初始温度，
—物料的最终温度，
—物料的比热容，
—冷却水的比热容，
—冷却水进口温度，
—冷却水出口温度，
由公式：
，代入相关数据，得
由此可知，每天酒精发酵需要冷却水为：
每年酒精发酵需要冷却水为：
。
3.3灭菌过程中的热损失
假设发酵罐的外壁温度为，此时辐射与对流的联合的给热系数α：
设，发酵罐的表面积为125，则耗用的蒸汽量为：
由公式，代入相关数据得
3.4装罐前的灭菌用的蒸汽量
酒精发酵前的灭菌过程年产料为：
Q—物料流量，
物料比热容的计算式:
式中，—水的比热，
—原料的浓度，
—物料的初始温度，
—物料的最终温度，
I—加热蒸汽的焓，
—加热蒸汽冷凝水的热焓，
用板式换热器将物料由预热到则蒸汽量为
由公式：
，即
代入相关数据得
因此可知，每天发酵前灭菌需要蒸汽：
，每年需要灭菌蒸汽为：
3.5装罐后所需冷却水的用量
有灭菌流程可知，的热料最终要变成，在此过程中冷却水由原来的升高的。
Q—物料流量，
—物料的初始温度，
—物料的最终温度，
—物料的比热容，
—冷却水的比热容，
—冷却水进口温度，
—冷却水出口温度，
由此可以计算出水的用量：
因此可知，每天发酵前需要用水：
，每年发酵前需要用水：
。
4发酵车间调配罐尺寸的设计计算
本设计采用的是具有耐腐蚀，易清洗等特点的发酵设备，且该设备对发酵出的苹果醋无不良影响。
为了防止发酵液的流出，因此设定其装满系数为：
80%
4.1酒精发酵罐的计算
4.1.1发酵罐容积及数量的确定
容积：
（5、10、20、50、75、100、120、150、200、250、500、550、600、780）容积越大，经济越好但风险也大。
日产13t，则进行酒精发酵的液料量为：
，混合液体密度按照水的密度计算装罐系数为80%，则每天需要发酵罐的总容量为
故此本设计所选用的容积为10的六叶搅拌型发酵罐，按要求假设每天需要发酵罐数为：
4.2泵的选型
泵的扬程H
式中，—压头与地面的距离差，m；
—液体的静压头，m；由于液面之间为大气压，故；
—液体的动压头，m；
—压头损失，m
由于发酵罐的界面比管路截面大的多，可以忽略不计，即
故
又因为一般情况下，泵的实际扬程有适当的余量是正常情况下的
倍。
则实际扬程为：
所以选择型号为IS100-80-1854的物料泵，其流量为60m3/h，轴功率5.86kw.h,效率电机功率为：
11kw.
4.3管径的计算
由泵的选型可知，流体在管内的流量、流速与管径之间的关系可求出相应管道的内径：
[12]
式中：
—管道内径，m；
—流体流量，
—流体流速，;
—流体的质量流量，
4.3.1物料管路的计算
有前面物料衡算可知，1t苹果醋所消耗的进料为：
一天可以生产13t苹果醋，所以一天所需要原料：
那么每小时需要原料为：
查表可知淀粉发酵液的与水的密度相近，则:
（取）
故，物料输送的管径为的不锈钢管。
4.3.2自来水管的流速
自来水管的流速：
，则
故，自来水管的管径为的不锈钢管。
5水、电的估算
5.1水的估算
5.1.1生产车间的用水
生产车间用水主要有以下几个方面：
（1）调配稀释：
年产4000t苹果醋所需的纯水用量为：
（2）其他清洗用水：
在工艺流程中需要加水工序，大约估计需要用水量为1000t左右。
（3）设备清洗用水：
每次清洗用水大约为2.3t,因此每年需要设备清洗用水量为：
（4）地面、地坪的清洗：
每次清洗每平米地坪大约需要用水0.01t，车间总面积1000,所以没年地面、地坪清洗用水为：
5.1.2锅炉房用水
锅炉房用水主要为水蒸气，能够循环使用，故可以忽略。
5.1.3生活用水
生活用水一般跟人们的生活习惯，地理条件，个人因素有关。
故，根据普遍居民用水情况，大约每班用水量为3t，则年生活用水量为：
5.1.4总用水量
Q=2992.4+1000+2070+3000+2700=11762.4t
5.2电的估算
5.2.1全厂用电估算
全厂用电分为车间内和车间外，车间内采用节能灯，车间外一般采用100-200w的日光灯。
厂区的照明相关参数如下表：
名称
规格（w/kw.h）
面积
用电量
水处理车间
发酵车间
装罐车间
化验室
仓库
动力车间和电室
机修车间
空气净化机房
锅炉房
更衣室
办公
6
6
6
0.5
0.05
2
0.5
0.25
0.1
0.5
0.125
240
900
1500
120
460
120
120
60
100
100
3000
1440
5400
9000
60
23
240
60
15
10
50
375
5.2.2全厂总用电的计算
总用电量=生产车间用电+照明用电
W=144+5400+9000+60+23+24+15+10+375+50=15317kw
6附录及结果]
附录1生产能力的计算结果总汇
项目
结果
单位
每天生产（d）
13
t
每周生产（D）
78
t
每天需要纯水的量
9.8
t
每天需要苹果醋的量
1.6
t
每天需要浓缩酵母菌培养液的量
每天需要醋酸菌培养液的量
1.7
1.9
t
t
附录2传热量计算的汇总
项目
结果
单位
水的比热容（C1）
物料的比热容（C2）
4.18
3.583
物料流量（Q）
1091
加热蒸汽的焓（I）
2738
冷却水的进口温度（T1）
20
冷却水的出口温度（T2）
50
酒精发酵前灭菌用量（W1）
63.4
酒精发酵前冷却水用量（M1）
1246.9
热损失（W0）
191.3
装罐前灭菌用的蒸汽量（W2）
269.6
装罐后冷却水的用量（M2）
4763
发酵罐尺寸及水电用量结果汇附录总
附录3发酵罐尺寸及水电估算汇总
项目
结果
单位
发酵罐容量（）
10
混合密度按水密度计算
1000
装罐系数
80
%
泵的扬程（实际）
16.28
水的总体估算量
11762.4
t
电的总体估算量
15317
kw
7结语
本次设计主要进行的是对年产4000t苹果醋的工艺流程设计，在了解了苹果醋饮料行业的巨大发展潜力之后，新型的设计方案能够使得到苹果醋无论从质量还是产量均大大提高。
按照计划任务书的要求，本设计对其生产车间，发酵车间，水电等进行了估算，利用物料衡算和能量衡算得出确切方案，本设计具有很好的实践性和可行性。
在本次设计中，由于理论知识和设计经验的不足，使得在设计过程中存在许多方面的不足，也可能存在计算与实践不符的偏差，故本设计任然需要进一步改进，需要老师的多多指点，并加以改进。
参考文献
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致谢
时光飞逝，岁月如梭，四年的大学学习生活就要结束，在此刻我想对我的母校、我的父母、我的老师和同学们表达我由衷的谢意。
感谢我的马琳老师的悉心指导，在我撰写论文的过程中，马老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、总体设计构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，导师都给出了富有建设性的启发和建议。
尤其是在最终定稿的时候，导师多次给予指导使得本论文更加的流畅，内容更加完善。
正是在马琳老师悉心细致的教诲和无私的帮助下，本文的研究工作得以顺利完成。
在此，谨向尊敬的导师表示衷心的感谢，祝福您身体健康、工作顺利！
感谢感谢我的家人，这么多年来，正是你们的支持和鼓励，才使我顺利地完成学业；正是你们的关心和默默的奉献，给我创造了优越的条件，使我在学习的道路上乐观向上、勇往直前。
最后我还要十分感谢四年来与我朝夕相处的同学、朋友们，感谢你们四年来的关心和鼓励，因为你们使我的大学生活充满了感动。
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