年产5000吨苹果醋工厂工艺设计.docx
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年产5000吨苹果醋工厂工艺设计
CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
毕业设计（论文）
题目：
年产5000吨苹果醋工厂工艺设计
学号：
201338090119
班级：
生物工程1301班
专业：
生物工程
2017年5月
年产5000吨苹果醋工厂工艺设计
摘要
果醋包含了水果和醋的优点，是集营养、保健、调味等为一体的新型饮品。
据研究：
果醋功效多样，风味独特，尤其是苹果醋，具有很高的价值。
据记载：
苹果性酸而味平，多汁解渴，有助于消化。
苹果被发现拥有极高的营养价值，可以作为食疗的一种方法；苹果中富含多种营养物质，不仅能够满足人体饮食的健康需求，还带有美容养颜，降低血压的功效；苹果还能促进儿童的成长，主要是丰富的纤维和微量元素起效，在四大水果（苹果、葡萄、柑桔和香蕉）中居于首位。
综合考虑，比较了四种制醋方式，采取果汁制醋法制醋会符合实际情况、可行性最高并且最大获益，优点如下：
机械化程度高、成品卫生条件好、占用空间较小、质量稳定容易控制、酿造周期短'产量相对较高、劳动强度低、原料利用率高。
关键词：
苹果醋；果汁制醋；发酵；保健
ADESIGNOFANANNUALPRODUCTIONOF5000
TONSOFAPPLECIDERVINEGAR
FACTORY
ABSTRACT
Fruitvinegarcontainstheadvantagesoffruitandvinegar.Itisanewtypeofbeveragewhichcombinesnutrition,healthcareandfIavoring.Accordingtoresearch:
fruitvinegarhasmanydifferentfunctionsanduniquefIavors,especiaIIyappIevinegar,whichisofhighvaIue.Accordingtorecords:
appIeswhichheIpeddigestionweresourandflat,juicythirstquenching.AppIewasfoundtohaveahighnutritionaIvaIue,canbeusedasatherapeuticmethod:
nutrientrichvarietyofapple,notonlytomeetthehealthneedsofthehumandiet,withbeauty,reducesbIoodpressure;AppIeswhichcanpromotethegrowthofthefeasibiIityandthehighestmaximumbenefit,hasthe
chiIdren,arerichoffiberandarefourfruits（apple,grape,pIace.
ConsideringthecomparisonvinegarwiIItakeIegaIsystem
traceeIementsintheonsetthatorangeandbanana）inthefirst
offourkindsofvinegar,juice
inlinewiththeactuaIsituation,
advantagesofhighmechanizationdegree,finishedgoodsanitaryconditions,smaIIspaceoccupation,stabIequaIity,easytocontroIthebrewingeyeIeisshort,reIativeIyhighyield,Iow
Keywords:
AppIevinegar；Fruitjuicevinegarmaking；
Fermentation；Healthcare
1绪论1
11研究背景・・
2国内外发展现状3
2生产工艺方案选择3
2.1苹果醋的发酵机理4
2・2制取方案比较4
2.2.1固
态发酵法4
2.2.2液
态发酵法4
2.2.3果
汁制醋52.2.4
酒制醋
2.3工艺流程
5
2.3.1原
料的预处理5
2.3.2灭
菌处理6
2.3.3发
酵准备6
2.3.4活
化6
2.3.5发
2.3.6调
配7
2.3.7装
罐及灭菌7
3项目工艺计算8
3.1生产工艺流程示意图8
3.2物料衡算9
3.2.1衡
算原理9
3.2.2计
算准则10
3.2.3以
100kg浓缩苹果汁为基准，对苹果醋的生产进行物料衡算10
3.2.4生
产壮苹果醋所需要的原料10
3.3.5装
罐后所需冷却水的用量11
3.2.6生
产能力的计算12
3.3热量恒算12
3.3.1酒
精发酵前灭菌用的蒸汽总量13
3.3.2酒
精发酵前冷却水的用量14
3.3.3灭
菌过程中的热损失14
3.3.4装
罐前的灭菌用的蒸汽量14
3.3.5装
罐后所需冷却水的用量14
4设备的设计与选型14
4.1设备选择原则14
动资金21
5.3销售收入'税金、利润22
5.3.1产品成本
22
5.3.2销售收入
22
5.3.3销售禾U润
22
5.3.4税金22
5.3.5年利润
22
5.4财务评价结论22
参考文献23
致谢25
1绪论
1-1研究背景
随着经济水平的提高，人们对于自己的健康越来越重视。
日常生活中的饮品多种多样，曾经风靡全球的碳酸饮料由于长期服用容易诱导一些疾病慢慢淡出人们视野。
因而天然绿色'无污染、有机的食材越来越受到人们的欢迎，市场前景非常乐观。
其中果醋类饮料作为一种功能性饮品越来越受到广大人群的认知。
果醋是以水果，比如李子、荔枝'桑箕'獗猴桃、苹果'雪梨等，或果品加工下脚料为主要原料，利用现代生物技术酿制而成的一种营养丰富、风味独特的酸味饮品。
果醋包含了水果和醋的优点，是集营养、保健、调味等为一体的新型饮品。
据研究：
果醋功效多样、风味独特，尤其是苹果醋具有很高的价值。
据记载：
苹果性酸而味平，多汁解渴，有助于消化。
苹果被发现拥有极高的营养价值，可以作为食疗的一种方法；苹果中富含多种营养物质，不仅能够满足人体饮食的健康需求，还带有美容养颜，降低血压的功效；苹果还能促进儿童的成长，主要是丰富的纤维和微量元素起效，在四大水果（苹果、葡萄'柑桔和香蕉）中居于首位。
苹果醋功能众多，调味品'饮料只是常见类型，还能制成各种保健品和用于医疗行业等。
苹果醋拥有很多有价值的营养成分（比如说果胶，它可以促进人的机体内19种矿物元素的吸收）。
苹果醋的医疗保健作用也是不容忽视的：
主要体现在能延缓衰老；降低血压;改善高胆固醇血症；防止动脉硬化；解酒，防止宿醉;促进钙质吸收；防止细菌感染；预防关节损伤；减肥瘦身，美容养颜；维持体内PH平衡等等。
由此可见，苹果醋适合各个年龄段的人群服用，天然绿色健康，已经成为保健食品界的重要组成部分。
「2国内外发展现状
我国苹果种植业分布较广'品种多样，加上气候适宜，苹果产量巨大，因此每年会剩余大量的苹果，期间由于环境条件、保存方法等影响导致苹果损坏造成大量的浪费，直接影响果农的经济效益，打击种植积极性，所以对苹果深加工化已经成为一种趋势。
早在十多年前，国内曾经掀起过果醋行业的保健狂潮，但因为当时人们对果醋认知水平有限，加上生产技术不够成熟，导致许多生产企业失败，未能坚持下去。
目前苹果在我国种植面积广，每年都有极高的产量，加上国内劳动力较多，为我国苹果醋市场的成长和发展奠定了坚实的基础。
改革开放以来，国家各方面得到显著的提升，尤其是经济方面更是飞速发展，人们越加的富裕，对于自己的身体健康更加重视。
从以前的解决温饱到现在要吃得健康，对于绿色食品的需求也越来越多。
尤其是对于一些纯天然绿色无污染和有机食品更是推崇备至。
苹果醋作为新型饮品，逐渐的被人们接纳，其各种功能疗效也在实际生活中得到验证，目前国内每年的苹果醋消耗量都在直线上升，其中被人津津乐道的当属“第五道菜天地壹号”。
由此可见，国内的苹果醋的市场已经逐渐打开，需求量也在不断的扩增。
世界上苹果产量很多，用于深度加工的苹果就占了20%。
苹果醋由于其丰富的营养价值'良好的保健功效，加上生产成本廉价，制作工艺简单，已成为炙手可热的果醋饮品。
苹果醋在国际上也是小有名气，尤其在国外，欧洲、美国等一些发达国家，苹果醋在饮料市场已经占有一席之地。
国外的苹果醋生产也具有较大的规模，在日本，由于苹果醋具有不错的保健和美容养颜的功效，男女老少都喜欢饮用，几乎是大受欢迎。
苹果醋不仅是作为优秀的保健饮品，它在家庭调味品方面同样是别具一格，果醋独特的酯质芳香代替了传统食醋的强烈刺鼻气味，使得海鲜餐饮业和西餐有更多的口味选择。
因而，西餐和海鲜食品餐饮市场的潜力不可忽视，苹果醋的地位节节攀升，未来可预见其将引领新一代饮品出现在国际市场。
据统计：
美国在90年代的时候，每年生产的醋总量就已经超过了5.0亿升，虽然蒸f留醋占据了大部分约为4.1亿升，但是苹果醋的潜力也是巨大的达到了0.93亿升，占据了总产量的16.7%；加拿大每年生产的醋总量达到了0.64亿升，令人感到惊讶的是其中苹果醋竟然接近0.1亿升，占比也高达13.6%o因次可以说说，果醋饮品逐渐渗入大部分国家的饮食文化。
2生产工艺方案选择
2.1苹果醋的发酵机理
苹果醋发酵的生化过程重点有两大步骤:
第一步是在一定条件下糖发酵
生成酒精；第二步是酒精在醋酸菌的条件下生成醋酸。
中间过程中会生成其
他有机物,
发生酯化反应使苹果醋具有香味。
酒精发酵：
是在厌氧条件下利
用酵母菌经RMP途径，将葡萄糖转化成为二氧化碳和乙醇。
葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸，在酵母中，丙酮酸转化为乙醛，最终生成酒精。
我们可以用以下反应方程式来表示这个过程：
C6H12O62ADP2Pi2CHaCH2OH2C022ATP
醋酸发酵是指在醋酸菌的作用下将乙醇氧化成醋酸的过程。
醋酸菌在醋酸发酵过程中是一个很重要的因素。
乙醇被氧化成乙酸有两个关键步骤：
第一步乙醇在乙醇脱氢酶的催化下氧化生成乙醛；第二步乙醛在乙醛脱氢酶的作用下氧化生成乙酸。
反应式如下：
CHsCH2OHNADCHsCHONADH
CHaCHONADH2OCHsCOOHNADH2（2_2）
反应生成的-»"2由细胞呼吸链传递给氧，结合成水，从而使还原为
C2HsOHO2
NAD,并且释放热量。
因此，我们可以用以下反应式来表示这个过程：
CHaCOOHH2O493.2KJ（2-3）
2・2制取方案比较
目前常见的果醋加工方法有以下几种。
鲜果制醋：
使用鲜果来发酵。
特
点：
生产地制造、成本相对较低、受气候影响较大、适合做调味果醋；果汁
制醋是利用果汁来发酵。
特点：
不受产地、季节影响、酸度适中，常用作调味果醋；鲜果浸泡制醋：
是将鲜果洗净，放入调配好的食醋溶液中，进行醋酸发酵。
特点：
制作工艺不复杂，香味独特，口感较好，适合做调味品和饮
料。
果酒制醋：
先将苹果酿制成苹果酒,
然后直接进行醋酸发酵。
查阅资
料后，我们将苹果醋的发酵方法锁定在以下几种=分别是固态发酵法法、液
态发酵、固态一液态混合发酵法。
2.2.1固态发酵法本方法主要利用苹果或其下脚料直接进行酒精发酵和醋
酸发酵工艺流程:
果品原料预处理T破碎T混合加热T调整糖浓度T酒精发酵T固态醋酸发酵T勾兑T灭菌T陈酿T成品。
固态发酵法制醋过程中混合物质多样，加入物料较多，微生物生长发育条件优越，代谢产物众多，发酵完成后氨基酸、糖分浓度高。
因此制品酸味适合、果香独特'口感唯美，属于传统制法。
但存在一些缺点如生产条件较差、质量不稳定，生产能力低下等。
2.2.2液态发酵法本方法是采用的是静置表面发酵法。
在醋酸发酵过程
中，严格控制发酵液温度在30°C左右，然后静置发酵，大概2天后，液面浮现薄膜，就可以证明有醋酸菌膜形成，表示醋酸发酵开始，一直发酵到酸度不再显著增加即可停止。
本方法生产周期时间较长，但是优点较多，质量控制稳定，原料利用率较高。
有望成为酿造工业发展的方向。
2.2.3果汁制醋本方法先将苹果榨汁，然后加热澄清，过滤，之后利用酵母发酵和醋酸菌发酵，由于其生产周期较短，基础物质较少，所以需要进一步的陈酿，保证色香味。
2.2.4果酒制醋此方法是先将苹果酿制成苹果酒，然后进行醋酸发酵。
总结工艺流程如下：
苹果酒T醋酸发酵T过滤T调配T灭菌T包装T成
品。
本方法由于使用的菌种较少，微生物含量不多，基础物质不丰富，再加上生产时间短，产品的风味'色泽及形态相比于固态发酵法要低一个档次。
因此，需要进一步陈酿提高苹果醋的风味。
综合考虑，比较了四种制醋方式，采取果汁制醋法制醋会符合实际情况、可行性最高并且最大获益，优点如下：
机械化程度高、成品卫生条件好、占用空间较小、质量稳定容易控制、酿造周期短'产量相对较高、劳动强度低、原料利用率高。
2.3工艺流程
苹果预处理T破碎榨汁T果汁T加热澄清T离心分离T调整糖浓度
T酒精发酵T醋酸发酵T过滤T调配T灭菌T包装T成品。
2.3.1原料的预处理
（1）选果'洗果。
首先挑选色泽光鲜，放置时间不长的苹果，要求苹果不能有损坏部分和枝叶等杂质，将杂质用纯净水洗干净，将苹果切成小块并放入清水中，再用KMnO4溶液清洗。
（2）破碎'榨汁。
将切成块状的苹果放入粉碎机中，进一步的破碎。
而后收集苹果汁，期间尽量不要与空气接触，不让影响产品质量。
为了提高物料利用率，收集更多苹果汁，可以看情况添加适量果胶，同时应注意防止氧化酶被氧化，这种情况可适量添加维生素C。
注意：
由于苹果之中含有一些化学成分容易与一些铁金属制品发生反应，因此应该避免使用铁金属制品的容器盛装苹果汁。
2.3.2灭菌处理在往容器中投料时，必须进行灭菌处理。
第一步先用大量的纯净水进行冲洗，将表面附着的残渣冲洗干净；之后，使用高温高压蒸汽法灭菌，灭菌时间不低于半个小时。
有一点特别注意：
当进行高温高压蒸汽灭菌时，应将各种设备调整到半开状态，防止出现意外。
最后，灭菌结束后，将不需要打开的阀门一律调整成关闭状态，避免造成污染。
2.3.3发酵准备
（1）接种接种之前一定要进行严格的灭菌处理，防止引入杂菌。
当设备和料液温度降低到室温之后，再进行接种，之后控制好料液的温度'PH等，维持菌种的正常生长发育，
（2）糖度调整发酵能否成功以及生产优质的苹果醋很重要的一个因素
就是控制糖浓度。
糖度如果过高的话，发酵液中底物浓度过大，容易导致酵母菌繁殖发育过快，料液会特别粘稠，物质传输效果差，酵母菌容易加速死亡等情况；而若是糖度低容易导致酵母菌发育不良，发酵效果不理想。
因此，一我们要严格控制浓缩苹果汁的发酵糖度，一般是10%左右。
2.3.4活化
（1）酵母菌的活化准备50ml已经灭过菌的纯净水，冷却至室温，然后
看情况加入适量的优质酵母，摇瓶，间隔10分钟摇一次，尽量摇匀，
3-4次即
（2）醋酸菌的活化选择优质的醋酸菌，在无菌操作条件下，接种到适合醋酸菌活化的培养基，将温度控制在30°C以下，持续摇匀一天之后备用。
2.3.5发酵
查阅资料综合比较本设计采用分步发酵方法首先进行酒精发酵，当料液冷却至室温时，将活化后的优质酵母加入已经灭过菌的苹果汁发酵液中控制温度30°C下，调节好各条件，稳定培养，定期记录发酵液的糖度、酒精酸发酵，将活化后的优质醋酸菌接入酒精发酵结束后的发酵液，定期检测发酵液的酒精度、酸度、糖度直到糖度不再发生明显变化，证明醋酸发酵结
度、酸度，直到糖度不再发生明显变化,
说明酒精发酵结束;
其次进行醋
2.3.6调配在调配阶段，苹果醋的糖度，酒精含量以及芳香物质都会直接影响它的风味，口感。
一般来说，糖度在各种水果饮品中控制在10%-15%是比较理想的，而酸度的话如果能保持在0.2%-0.7%之间风味会比较好。
为了选择口感更好，风味更独特的配方，我们经过反复试验得知，将7g蔗糖，7g蜂蜜、苹果醋6ml,香精2mI就可以调配100ml风味较好的苹果醋，并且基本可以满足广大消费者的口味。
2.3.7装罐及灭菌
将苹果醋调配好之后，进行高温灭菌处理，之后将苹果醋饮料装入罐中，进行其他步骤的操作。
3项目工艺计算
3.1生产工艺流程示意图
图3.1生产工艺流程图
3.2物料衡算
3.2.1衡算原理
P二PD+P；L（3-1）
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
3.2.2计算准则
表3-1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
过滤损失
2
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
3.2.3以100kg浓缩苹果汁为基准，对苹果醋的生产进行物料衡算
（1）计算发酵液
浓缩苹果汁：
100kg
纯水的用量：
5100600kg
10%
酒精培养液的用量：
700X0.2%=1.4kg（按0.2%的比例加酵母菌
悬浮液）
酒精发酵液的总用量：
700+1.4=701.4kg；
醋酸发酵液的用量：
701.4Xl5%=105.2kg（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:
701.4+105.2=806.6kg；
发酵损失：
806.6X6%=48.4kg；
过滤及管道损失：
（806.6-48.4）X（1+2%）二22.7kg；
到达调配罐中的液体：
806.6-48.4-22.7二735.5kg
2）计算调配液（通过多次实验，我们得出以下配方较为适合：
1调配100ml
的苹果醋饮料加入7g蔗糖，7g蜂蜜、苹果醋6ml,香精2ml）,则
0.07+0.07+0.02）X735.5=117.7kg
3）计算成品醋
X3%=25・6kg；
装罐损失：
（735.5+117.7）
检验及其他操作损失:
（735.5+117•刀X3%二25.6kg；最终成品醋:
735.5+117.7-（25.6+25.6）二802kg
3.2.4生产1t苹果醋所需要的原料
苹果汁的用量：
X1000=124.7kg；
纯水的用量：
X1000=748.1kg；
酵母菌培养液的用量：
（124.7+748.1）X0.2%二1.7kg；酒精发酵液用量：
124.7+748.1+1.7=874.5kg；醋酸菌培养液的用量：
（124.7+748.1）
X15%=130.9kg；醋酸发酵液的用量:
124.7+748.1+1.7+130.9=1005.4kg；发
酵损失的量：
1005.4X6%二60.3kg；管路及过滤损失：
（1005.4-
60.3）X3%二28.4kg；达到调配罐中的液体的量：
1005.4-60.3-
28.4=916.7kg；调配液的用量：
（0.07+0.07+0.02）X916.7=146.7kg
3.2.5生产5000t苹果醋所需的原料浓缩苹果汁用量：
5000X0.1247=623.5t；纯水用量：
5000X0.7481-3740.5t；酵母菌培养液的用量：
5000X0.0017=8.5t；酒精发酵液用量：
5000X0.8745=4372.5t；醋酸菌培养液的用量：
5000X0.1309=654.5t；醋酸发酵液的用量:
5000X1.0054=50271；发酵损失:
5000X0.0603=301.5t；管路及过滤损失:
5000X0.0284=142t；达到调配罐中的液体：
5000X0.9167=4583.5t；调配液的用量：
5000X0.1467=733.5t
3.2.6生产能力的计算
工作日：
300d；生产周
期：
6d；
每天生产能力：
=16.7t；
一周生产能力：
X7=116.9t；
每天需要纯水的量：
16.7X748.1=12.5t；每天需要的浓缩苹果汁的量：
16.7
X124.7二2.0t；每天需要酵母菌培养液所需的量：
16.7X130.9二2.2t；每天
表3-2生产苹果醋消耗原材料
序号名称单位消耗定额
1
浓缩苹果汁
Kg
124.7
2
纯水
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
146.8
3.3热量恒算
3.3.1酒精发酵前灭菌用的蒸汽总量
初次灭菌的过程中（酒精发酵前）需要的物料为：
623.5+3740.5二4364t
Q—物料流量，Q=4336o4o8°1818.33kg/h
物料比热容的计算式：
C=Cu（1-Wo）（3-2）
式中，Cu---水的比热，4.18KJ/Kgc・
Wo---原料的浓度，％
t1~物料的初始温度，11=25°C
t2--物料的最终温度，12=65°C
I--加热蒸汽的熠,I二2738KJKg
£一-加热蒸汽冷凝水的热熠，£二TX4.186
用板式换热器将物料由25°C预热到65°C,则蒸汽量为由公式：
W二QC（t2-ti）/（l-£）,即代入相关数据得（3-3）
1818.333.583（6525）
273865418=105.666Kg/h因此可知，每天发酵前灭菌需要蒸汽：
105.666X8=845.32Kg/d,每年需要灭菌蒸汽为：
845.32X300=253597.4Kg/年.
3.3.2酒精发酵前冷却水的用量
由灭菌流程可知，需要将65°C发酵液降至25©使得冷却水从20°C升至50°CQ
物料流量，Q二3008”5/h
t1-物料的初始温度，ti=25°C
t2-物料的最终温度，12=65°C
C1~物料的比热容，
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