年产吨凝固型酸奶生产车间工艺设计.docx
《年产吨凝固型酸奶生产车间工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产吨凝固型酸奶生产车间工艺设计.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
年产吨凝固型酸奶生产车间工艺设计
年产2000吨凝固型酸奶生产车间工艺设计
食品科学与工程指导教师
设计摘要：
本设计方案是年产2000t凝固型酸奶生产车间生产工艺的设计。
重点设计了工艺流程及其厂房建设这两方面。
本设计采用了先进的生产工艺并结合经济合理的设计原则，以市场需求量为产量（平均班产量约为5t／班次）依据对凝固型酸奶的工艺流程、设备选型、车间工艺布置以及车间用水用电和管路布置进行了设计。
设计依据：
本设计方案是凝固型酸奶车间生产设计为参考依据，并结合《食品工厂设计》、《食品机械与设备》、《酸乳科学与技术》、《乳制品生产技术》以及查阅其他相关资料做出的设计方案。
前言
食品工厂的建造是食品行业的基本建设，是食品生产的基本条件，是食品卫生、安全、质量的物质保证。
食品工厂建设的先进性反映着一个国家的经济和科学技术发展的水平，也反映着人民生活水平的高低。
而食品工厂工艺设计在食品工厂设计中占有重要的地位，它是其他非工艺设计所需资料的依据。
食品工厂工艺设计以产品的生产车间设计为主，其余车间和辅助部门等围绕生产车间进行设计。
我国自改革开放以来经济取得的举世瞩目的成就，居民生活水平的大幅提升，消费者营养保健意识的增强，越来越多的国人认识到，发酵乳不仅含有牛奶的所有营养成分，还具有提高机体防病抗病能力、调节机体免疫系统的功能，吸引了越来越多的消费者。
根据GB19302—2010《发酵乳标准》，酸乳（yoghurt）以生牛（羊）乳或乳粉为原料，经杀菌、接种嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种）发酵制成的产品。
酸奶的营养价值包括两个方面，首先作为酸奶的原料乳本含有大量的极好生理价值的蛋白质，并有助于人体钙质（140～165mg/100g）的吸收，同时富含维生素（B族和少量脂溶性维生素）；而进行发酵的奶可以减轻“乳糖不耐受症”，调节人体肠道中的微生物菌群平衡，降低胆固醇，抗衰老
等作用。
继液态奶、奶粉之后，酸奶产品成为广受消费者喜爱的热门乳品分支，市场发展前景广阔。
目前国内乳品市场主要以纯奶和奶粉为主，酸奶仅占整个乳品市场份额的15％左右，其中乳酸菌奶饮品还不到5％，但是发展速度非常快。
随着中国宏观经济的持续增长以及农村城市化，2000-2015年中国乳品消费总量和人均消费水平将明显提高。
在实施国家学生饮用奶计划方案下，预计2015年乳品消费总量将为1999年的2.7倍，达到2501.4万吨,年均增长率为6.83%，人均消费量将是2000年的2.43倍，达到17.83千克，年增长率为6.1%，由此可以预测今后每年至少可以增加乳品的消费需求153.9万吨。
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均已达到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”。
故而，酸奶在我国有着巨大的发展潜力！
1.产品方案及班产量的确定
1.1年产量按下式估算；根据配套根据设备生产能力及市场情况，设计年产酸乳2000吨。
1.2生产班次
一般食品工厂每天生产班次1—2班。
淡季一班，中季二班制，旺季三班制。
这根据食品厂工艺和原料特性及设备能力来决定的。
若原料供应正常，或厂有冷库贮存及半成品加工设备，可以延长生产期，不必突击多开班次。
这样有利于劳动力平衡、设备充分利用、成品正常销售，便于生产管理。
经济效益提高。
1.3工作日及日产量
一般酸奶的销售旺季是5－10月，尤其以7、8、9三个月为高峰。
全年工作日：
t=t旺+t淡=130+154=284d。
每个工作日实际产量受各种因素影响不完全相同。
平均日产量量等于班产量
与生产班次及设备平均系数的乘积。
即：
q＝q班×n×k
式中q——平均日产量，t／d：
q班——班产量，t／d；
n——生产班次,旺季n=3,中季n=2,淡季n=1。
k——设备不均匀系数，k＝0.7～0.8；
1.4班产量q班
班产量计算公式如下：
年产量Q=2000t，
t旺=130d，t淡=154d
q班=Q/k（3t旺+t淡）
k——设备不均匀系数，k＝0.7～0.8,k取0.75
q班=2000t/0.75×（3×130+154）=4.909t/班
相关生产计划如表1
表1-1产品品种及产量设计
名称年产量（t）班产量（t）凝固型（全脂）酸奶20005
2.产品生产工艺流程的确定
2.1产品生产工艺流程的确定生产工艺流程为：
原料鲜乳→净化→标准化→配料（蔗糖及其它原料）→浓
缩→过滤→预热、均质、杀菌、冷却→接种（发酵剂）→（空瓶）灌装→培养发酵
→冷却→后熟→成品（图1）。
图1凝固性酸奶生产工艺流程图
2.2凝固型酸奶工艺操作要点
2.2.1原料乳的要求及检验
2.2.1.1原料乳理化指标检测制造优良品质的乳制品，必须选用质量优良的原料乳，原料乳送到加工厂
时，必须进行逐车或逐批验收，验收时对原料乳进行嗅觉、味觉、外观、尘埃、温度、酒精、酸度、比重、脂肪、蛋白质、全乳固体、细菌数等进行严格检验，必须符合下列要求：
（1）采用健康母牛挤出的新鲜天然乳汁；
（2）不得使用产前15日内的胎乳和产后7天内的初乳；（3）不得含有肉眼可见的机械杂质；
（4）具有新鲜牛乳的滋味和气味，不得有外来异味，如饲料味、苦味、臭味、霉味和涩味等；
（5）为均匀无沉淀的流体，呈浓厚粘性者不得使用；（6）色泽为白色或稍带黄色，不得有红色绿色后显著黄色；（7）酸度不超过200T；
（8）要求乳脂肪23.1％，蛋白质>2.95％，非脂乳固体三8.1％；（9）不得使用任何化学物质和防腐剂；（10）汞和有机氯的残留量应符合以下标准：
汞≤0.01mg/kg，六六六≤0.02mg／kg,DDT≤0.02mg/kg。
2.2.1.2原料乳的抗生素检测由于乳腺炎乳中自血球含量的增加，因此对乳酸菌有不同的噬菌作用，尤其
是在治疗乳腺炎时使用的抗生素在乳中有一定的残留量，实验证明在乳中含有较低浓度的抗生素时，对发酵也会有较大影响，同时，饮用含抗生素的牛乳及乳制品对人的健康产生危害，因此建立快速安全高效抗生素检测成为必要，表2是8种抗生素对发酵乳制品的影响。
表2-1抗菌素对乳酸发酵的抑制剂量（IU／m1）
四环素青霉素链霉素红霉素金霉素土霉素枯草杆菌抗菌素1．00．0I1．00．1O．10．40．04
为准确、快速检测抗菌素的含量，为酸乳生产提供合格原料，拟采用美国生产的SNAP抗菌素检测仪，在10min内可以检测原料乳中的抗菌素的含量，为生产优质的产品打下良好的基础。
2.2.1.3原料鲜乳
鲜乳人厂验收时，除按规定抽样进行密度测定和酒精试验外，还要求鲜奶总干物质含量不得低于11．5％，非脂干物质不应低于8．5％。
原料奶的酸度应在18。
T以下。
不得使用含有抗生素或残留有效氯等杀菌剂的鲜乳。
严禁用患乳腺炎的奶和注射过抗生素的奶，杂菌数每毫升不得高于500万个。
另外，按照我国酸奶国家标准（GB2746—1999）的要求。
要对原料鲜乳进行标准化处理，从而保证各批产品质量的稳定性。
国家标准GB2746-1999，全脂酸奶的标准，脂肪≥3.1%，蛋白质≥2.9%，非脂乳固体≥8.1，酸度≥70.00T。
表2-2鲜奶理化指标
2.3.2配料2.2.1加甜味剂
使用最广泛的甜味剂是砂糖。
加糖量在5．7％～7．4％是较适当的，尤其是加糖量7．4％口感更好。
近年来在运动员营养酸乳中，常常加入果糖。
一些天然甜味剂在乳制品中的应用逐渐推广，如葡糖浆、甜味菊苷、葡萄糖和阿斯
巴甜等。
白砂糖应符合国家标准GB317-2006中的规定，如表4。
2.2.2加脱脂乳
当不采用鲜乳作原料而采用脱脂乳制做脱脂酸奶时，脱脂乳可直接进入标准化乳罐中进行加糖处理。
表2-3白砂糖国家标准
项目指标
蔗糖分，不少于（%）
99.65
还原糖分，不多于（%）
0.15
灰分，不多于（%）
0.10
水分，不多于（%）
0.07
色值，不超过（St°）
2.00
其他不溶于水的杂质，每公斤产品不超过（mg）
60
2.3.3预热、均质、杀菌和冷却
预热原料基液由过滤器进入杀菌器后，先经55～65℃预热，在进入均质机。
均质凝固型酸奶的原料基液在均质机中于8.0～10.0MPa经过中压均质后，
可将脂肪球破碎得很细，能够阻止脂肪颗粒上浮。
然后再回到杀菌器中。
杀菌采用较高温度、长时间的热处理对酸奶的产酸及凝乳状态是有利的。
均质之后的原料基液在杀菌部和保持部加热到9O～95℃、3～5min或85℃、30min，然后冷却。
相对于商业杀菌而言，巴氏杀菌是一种较温和的热杀菌形式，巴氏杀菌的处理温度通常在100℃以下，典型的巴氏杀菌条件是62.8℃/30min，达到同样的巴氏杀菌效果可以有不同的温度、时间组合。
巴氏杀菌可使食品中的酶失活，并破坏食品中热敏性的微生物和致病菌。
巴氏杀菌的目的及其产品的贮藏期主要取决于杀菌条件、食品成分（如pH值）和包装情况。
巴氏杀菌可消灭所有的致病菌、酵母、霉菌和绝大部分其他细菌，但并不能达到灭菌的程度。
因此，经过巴氏杀菌的酸乳都需在低温下保存，货架期一般只有数周。
冷却杀菌后的原料基液冷却到40-43℃，最高不宜大于45℃。
否则对产酸及
凝乳状态有不利影响．甚至有严重的乳清析出。
2.3.4发酵剂及其鉴定
发酵菌种如果是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合培养物，可按2％～3
％的比例接种；如果是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌在两个发酵剂罐中分别培养，可将两种菌种按1：
1的比例混合，仍按2％～3％的比例接种。
发酵菌种经过逐级扩大培养，制成工作发酵剂后按产品要求的比例添加到乳罐中，搅拌均匀（罐内加定量的杀菌冷却乳）。
本设计采用哈尔滨美华生物技术股份有限公司生产直投式酸奶发酵剂（MH
－01），它是将酸奶专用菌种嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌进行选育，采用有效生长培养基和特殊干燥技术制成。
该产品不需活化可直接使用制作酸奶，具有菌体活力稳定、产酸产粘适宜、发酵香味浓厚、质优价廉等特点。
表2-4菌种选择
菌种生产单位
直投式混合酸乳发酵剂（MH－01）哈尔滨美华生物技术股份有限公司
2.3.6接种
冷却后的原料基液通过转换阀送入乳罐。
通过计量泵将工作发酵剂连续地添加到原料基液中。
接种过程中，乳罐内始终保持搅拌状态。
倘若制做风味型凝固酸奶，在原料基液进入乳罐的过程中，通过计量泵将果汁等风味物质连续地添加到乳罐中去。
接种量可以根据乳的质量、发酵剂的产酸能力、发酵时的培养时间和温度以及产品的冷却速度等工艺来确定。
乳品工厂通常采用的接种量在1％～4％的范围内。
接种之前，将发酵剂进行充分搅拌，使菌体从凝乳块中游离分散出来；同时采用无菌操作方式接种，防止微生物的污染。
接种后要充分搅拌10min，使菌体与杀菌冷却乳完全均匀混合。
还要保持乳温，以免延长发酵时间。
2.3.7灌装
接种后的牛乳要立即连续地灌装。
这道工艺也称作充填。
酸奶容器大体有瓷罐、玻璃瓶、塑料杯、纸制盒4类。
灌装和加盖可采用全自动无菌灌装机来操作。
必须对灌装设备、灌装容器和充填室进行无菌控制。
当采用塑料瓶作为销售用小
容器时要进行容器盖的破漏情况。
小容器离开灌装机之后必须立即进入培养室进行培养。
2.3.9发酵
发酵是在特制的发酵室内进行的，是影响产品质量的重要工序。
2.3.9.1培养温度嗜热链球菌的最适生长温度稍低于保加利亚乳杆菌的最适生长温度，发酵的
培养温度一般采用41～42℃，有的采用40—43℃，这是两种菌最适生长温度的折衷值。
在某种特殊情况下，需要在低于41℃或低于38％的温度下降低温度培养。
其目的是防止酸奶产酸过度；降低乳酸发酵速度；在培养后期可促进风味物质的形成。
培养温度与设备性能、冷却速度、酸奶菌的产酸能力、产香能力、增殖速度、酸奶种类度等因素有关。
2.9.2培养时间
制作酸奶一般的培养时间是41～42℃，3h（短时间培养）。
在特殊情况下，3O～37℃，8～12h（长时间培养），目的是为了防止酸奶产酸过度，可是这种培养法常使酸奶风味失常。
培养时间与接种量、发酵剂活性、培养温度、乳品加工时间、冷却速度、容器类型、发酵季节和气候条件、酸奶堆的密度等多种因素有关，不能把培养时间定为机械不变的东西。
2.9.3球菌和杆菌的比例乳酸发酵过程中必须对球菌和杆菌的比例加以充分注意。
在酸奶发酵过程
中，两种菌的起始比例为1：
1或1．2：
1为好。
影响球菌和杆菌比例的因素包括两种菌的生长速度、杆菌的产酸能力、培养温度、培养时间、接种量、冷却速度、残留抗生素等。
在终止培养的酸奶培养物中，球菌与杆菌的比例应是1:
2～2:
1。
一般是1:
1。
可是在水果酸奶中，对风味要求不像天然酸奶那样重视，对球菌与杆菌的比例也不讲究。
2.9.4判定发酵终点
全部发酵时间一般是3h左右，长者是5～6h．而发酵终点的时间范围比较小。
如果发酵终点确定的过早，则酸奶组织软嫩，风味差；过迟则酸度高，乳清析出过多，风味也差。
因此。
发酵终点的判定是制做凝固型酸奶的关键性技术之一。
在生产过程中除由经验丰富的专人把关外．还可采用以下方法判定发酵终
点：
①抽样测定酸奶的酸度，一般酸度达到65～7O。
T即可终止培养：
②控制好酸奶进人发酵室的时间，在同等的生产条件下，以上几班发酵时间为准；③抽样及时观察。
打开瓶盖，缓慢倾斜瓶身，观察酸奶的流动性和组织状态，如流动性变差，且有微小颗粒出现，可终止发酵，如尚不够可延长培养时间；④详细记录每批的发酵时间、发酵温度，便于下批发酵判定终点时作为参考；⑤在生产过程中可每隔半小时抽查1次pH值、滴定酸度，并进行肌酸试验和乙醛试验。
2.3.10冷却
冷却的目的是迅速而有效地抑制乳酸菌的生长，防止产酸过度；使酸奶逐渐凝固成白玉般的组织状态；降低和稳定酸奶脂肪上浮和乳清析出的速度；延长酸奶的保存期限。
冷却的方法大体分为直接冷却法和预冷冷却法两类。
冷却工序的重点是轻拿轻放，防止震动。
即使完全成熟的凝固型酸奶在运输与销售过程中也要注意这一点。
2.3.11冷藏和后熟冷藏的作用还有促进香味物质产生、改善酸奶硬度的作用。
香味物质的高峰
期一般是在制作完成之后的12~24h，它是多种风味物质相互平衡的结果，这段时间称作后熟期。
天然酸奶的冰点是一0．1℃，风味酸奶的冰点更低一些。
因此，长时间贮藏可控制在-0.8—1.2℃。
凝固型酸奶成品的质量要从色、香、味、形四个方面进行质量评定。
3.物料计算
3.1原料的计算
表3-1每100kg酸奶中所需的原料
原料含量
鲜奶80kg
发酵剂2.4kg
白糖4kg
HDZ-2007凝固型酸奶稳定剂600g
补水至100kg
3.2辅料的计算
以班产4.909t为计算单位：
设定灌装过程的工艺损失为1.5‰，则灌装损失前的物料量应该为4.909/0.9985=4.916（t）；
设定均质过程的工艺损失为0.3‰，则均质损失前的物料量为4.916/0.9997=4.918（t）；
其中，白砂糖占4%，即4.909×0.04=0.196（t）；发酵剂占2.4%，即4.909
×0.024=0.118（t）；稳定剂占0.6%，即4.909×0.6%=0.030；水占13%，即4.909
×0.13=0.640（t）。
设定白砂糖、稳定剂和水在冷却、杀菌过程的工艺损失为0.2
‰,则冷却、杀菌损失前的各物料量分别为3.92×10-5t、0.02×10-5t和1.28×10-5t。
则混合配料前的物料量为：
4.909-3.92×10-5-0.02×10-5-1.28×10-5=4.906t
（1）设定接种、发酵、破乳、冷却过程的工艺损失为1.0‰，则接种、发酵、破乳、冷却损失前的物料量为4.906t/0.999=4.912（t）；
（2）设定冷却（42℃±1）过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为4.906t/0.9998=4.907（t）；
（3）设定杀菌过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为4.906t/0.9998=4.907（t）；
（4）设定均质过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为4.906t/0.9998=4.907（t）；
（5）设定预热过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为4.906t/0.9998=4.907（t）；
其中，白砂糖占3%，即4.907×0.03=0.147（t），则牛乳为4.907-0.147=4.76（t）。
则生产一班成品需总料量为：
牛乳3.938t，白砂糖0.196t，发酵剂0.118t，水0.64t，稳定剂0.03t3.3包装材料的计算
包装是酸奶加工的一个重要的过程，食品包装的主要目的是保证产品安全运
输和销售到消费者手中，并尽可能地减少期间可能的受损。
一般来说，食品的包装材料必须考虑以下几个方面的要素：
①材料的毒性，
②污染程度；③抗湿性或对水蒸气的渗透性；④对N2、CO2：
和O2的渗透性；⑤对环境中存在的挥发性风味物质或其他化学成分的渗透性；⑥对光线或者紫外线的透过性；⑦对污垢或微生物的渗透件；⑧包装材料中的成分分子转移到产品中的可能性。
目前市场上酸奶的常见包装形式主要是玻璃和陶瓷罐包装、塑料材料包装、爱克林包装、复合材料包装和金属包装。
本设计采用市场上较受欢迎的包装形式塑料杯，用于酸奶的塑料杯有单个塑料杯或多个塑料杯联体包装等形式。
联杯形式主要有4、6、8联杯包装形式。
本设计采用四连杯包装设备。
Q班=4.909t,1杯=200ml,
包装材料（杯）=4.909×103kg/（1.32kg/L×200ml）=18594杯/班18594÷8h=2324杯/h
4生产能力的计算及设备选型
4.1生产能力的计算
表4-1生产计划
名称规格年产量包装方式
凝固型酸奶200ml/瓶2000t塑料瓶包装
4.2设备选型
4.2.1奶泵
发酵前选用BAW250型离心泵，每天的鲜奶收购量约为10吨左右，流量5t／h，在整个生产流程中，有下列几处需用奶泵：
a．每天的鲜奶收购量约为10吨左右，设计约2小时收完，泵入奶槽的离心泵，流量5t／h；
b．冷却后泵入贮奶罐中，流量5t/h；c．标准化乳泵入板式换热器，流量5t/h；
d．将接种好的半成品打入塑瓶灌装机，产量为2t／h，选用BAWl00型离心泵，流量2t／h。
所以，共需4台。
表4-2奶泵选择生产公司：
浙江省凯美泵业有限公司
型号流量扬程电机功率进出口径外形尺寸中心高度
（吨/小时）（米）kw（长×宽×高）
BAW-3-15
3
15
0.75
38/32
480×200×345
200
BAW-5-24
5
24
1.5
51/38
496×250×370
215
4.2.1贮存罐的选择原料鲜奶在加工前，一般要放置几小时，使牛奶能够自然脱气。
收购的原料
鲜奶要进行低温保存（4℃）。
收购原料牛奶以每天一次计算：
2000×1000/284=7042.3L/d
即贮藏罐的容积相当于一天的处理量。
关于贮存罐的个数，我们决定用两个，比较方便检修，又不至于太贵，操作也不麻烦。
经过比较，我们决定选用9GL-3型直冷式分体奶罐。
其主要技术指标为：
表4－3储存罐
容积制冷量制冷介质保温性能配用功率电源生产厂家
3800L14000WR224H≤1.0℃8.5KW380V/50HZ上海饮技机械有限公司
4.2.2均质机
根据均质的要求，原料鲜奶要从入口处的300kPa升高到10～25MPa，合适的是额定压力为28～35MPa，最高压力为35～40MPa.的均质机。
本厂设计为年产2000t酸奶产品，按照每年生产284天计算，则生产所需的规模为：
4.909t÷8h=613.62L/h
表4—4均质机
型号流量最大压力额定压力电机功率外形尺寸（mm）生产厂家
L/hMpaMpaKW（长*宽*高）
JJ-1/3010004025151315*1100*1290廊坊通用机械制造有限公司
GJJ-0.8/408004035111100*770*1100上海诺尼轻工机械有限公司
4.2.3板式热交换器
根据流量Q=613.62L/h,换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量
十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。
按传热原理可分为直接接触式换热器，蓄能式换热器，板、管式换热器。
其中板、管式换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备。
相对管式换热器来说，板式换热器具有传热效率高、结构紧凑、重量轻等优点，又由于流体在换热器中无论进行并流、逆流、错流都可以，板片还可以根据传热面积的大小而增减，因此适应性较强，但它们在结构与制造上尚存在问题。
板式换热器的主要缺点是：
密闭周边长，目前大型板式换热器垫圈总长超过2800m,使用中常常需要拆卸和清洗，故漏泄的可能性很大，不易处理悬浮状的物料，对有垫圈的板式换热器使用温度受到垫圈材料的限制，温度不能很高，它的处理量也相对较小。
随着科学技术的飞速发展，板片式换热器正不断完善，应用也日趋广泛。
板式换热器用于处理从水到高黏度的液体，用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。
它在食品工业中应用得最早、最广泛，如牛奶、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油、动物油等的加热杀菌和冷却。
板式换热器今后的发展趋势是：
提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料和新的制造工艺，而研制新的垫片材料以提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。
表4－5
板式热交换器
型号
接口口径
最大组装面积
最大处理量
生产单位
BR07DN32mm7m215m3/h江苏双烽板式换热器有限公司
4.2.4包装机
根据凝固型酸奶生产计划（表4-1），采用200ml的塑料瓶包装，可以计算出酸奶的的产量为3068瓶/h。
塑瓶灌装机选用杭州中亚机械有限公司，生产能力4000瓶／h，数量l台
表4—6包装机
型
号
升级会员 