食品工厂设计.docx
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食品工厂设计
课程设计说明书
设计名称：
年产2万吨苹果汁饮料生产线设计
（澄清型）
学院：
专业：
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
完成日期：
一、设计意义
苹果汁是由新鲜苹果经挑选和洗净、榨汁等方法制得的汁液。
苹果汁实质上是整个苹果各部或局部细胞中液泡的汁液，其中含有丰富的多种维生素、矿物质、糖类、脂肪等，构成大脑所必须的营养成分。
此外，苹果汁还有降血脂、降血压、预防癌症、强化骨骼、维持人体酸碱平衡的功效，深得人们的喜爱，素有“液体水果”之称。
苹果因其原料的特点，比较适合加工成清澈透明的澄清汁。
我国是世界第一大苹果和苹果汁生产国，苹果汁出口占据世界贸易量一半以上。
近年来，我国苹果汁行业获得了跨越式的发展：
苹果汁产能迅速提高，出口量超过世界贸易量的一半，苹果汁生产设施水平世界第一。
并且随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，对苹果汁的需求不断扩大，目前世界苹果汁需求量年增10%以上。
抓住当前的有利时机，扩大苹果汁生产，对于行业发展，农民增收都有重要的意义。
故本设计综合饮料工艺学、食品工厂设计、食品机械设备、食品包装学等专业知识，设计出一条技术先进、投资合理、运行稳定有效的年产2万吨的苹果汁（澄清型）饮料生产线。
二、工艺流程
本设计在传统果汁加工工艺的基础上，将一些先进的加工技术应用于果汁加工中，使果汁加工工艺更科学、更先进、更合理，生产的果汁品质更好。
工艺流程如下所示：
三、工艺论述及工艺要点
3.1原料验收
苹果在贮藏中，由于水分蒸发而减少了重量，而且由于代谢作用，糖和酸消耗，硬度下降，鲜度下降，榨汁率下降，果汁质量也恶化。
因此，在生产前必须认真选择，以保证质量。
对于苹果的选择有如下要点：
①生产苹果汁用的苹果原料，主要是富有苹果风味，糖分较高，酸度适当，香味浓郁，果汁丰富，取汁容易，酶褐变不甚明显等。
苹果中以红玉和国光为榨汁的优良品种。
②原料苹果要健全完好，果实以成熟为宜；未成熟的果有生果味，果汁偏酸偏涩，且少甜味，浓度也较低；过熟果缺少风味，果汁品质低劣，压榨、澄清和过滤比较困难，出汁率低，不符果汁加工要求。
③作为制汁的苹果，最好是专用品种，稳定的原料来源，以保证果汁质量的稳定。
有些苹果品种单独制汁不一定能取得满意的结果，但与其他品种适当配合，便可制得优质的果汁。
3.2原料预处理
3.2.1初步清洗
苹果在采收后表面常附有灰尘，碎叶等杂物，必须进行初步清洗，初步清洗有两个过程，水流输送清洗和提升机喷淋清洗。
在清洗时把粘附在原料上的泥土、杂质、粉尘、沙粒等洗掉，去除残留的农药和部分微生物，清洗环节必须符合国家软饮料原辅材料的要求（GB10791-89）。
3.2.2拣选
原料中有时混入病虫害果和腐败果，也有贮藏中的腐败果。
腐败果会给产品带来腐败味，也是微生物污染的根源，病虫害果也是苦味和色泽恶化的原因。
因此，在拣选台人工对苹果进行拣选，把一些腐败的苹果或腐烂部分去除掉，以及拣出一些杂质，以免下一步进行破碎时这些杂物进入苹果汁。
3.2.3剥皮去心
对于带果肉果汁用的果肉酱，为防止果皮中的红色素的溶出和避免夹杂物的混入，一般采用苹果剥皮取心机进行剥皮去心。
3.2.4浸泡、清洗
拣选后，将果实放在1%氢氧化钠和0.1%—0.2%的洗涤剂混合液中，浸泡十分钟。
同时，洗涤液的温度控制在40℃以下，温度过高苹果容易软化，会导致榨汁时的障碍。
然后，在洗果机上通过毛刷及水流喷淋进行苹果的清洗，通过破碎前的提升机进行清洗。
3.3榨汁
3.3.1破碎
榨汁前先行破碎可以提高出汁率，但破碎粒度要适中，要利于压榨过程中果酱内部产生排汁通道。
否则，破碎过度，易造成压榨时外层果汁很快榨出，形成一层厚皮，使内层果汁流出困难，反而造成出汁率下降，榨汁时间延长，混浊物含量增大，使下一步澄清工作负荷增大。
破碎粒度一般控制到1.5-3cm［1］。
本设计选用锤式粉碎机进行破碎工序。
锤式粉碎机速度快，苹果受捶打击而粉碎，并从底部排出。
破碎粒子的大小，可由底部孔板的孔径大小来调节。
生产混浊苹果汁时，苹果中的多酚物质由于多酚酶的作用，易产生褐变。
为了防止褐变，破碎时添加抗坏血酸。
1t苹果原料，添加1kg的5—10%的抗坏血酸溶液，用定量泵注入到破碎机中去，为了使抗坏血酸溶液保持一定的浓度，必须通过计量输送机构来控制苹果原料的供应量［2］。
3.3.2榨汁
果蔬的取汁工序是果蔬汁加工中的一道非常重要的工序，取汁的方式是影响出汁率的一个重要因素，也影响果蔬汁产品的品质和生产效率。
根据原料和产品形式的不同，取汁方式差异很大，主要有压榨法、浸提法、离心法和打浆法等。
苹果取汁普遍采用压榨法提汁，在苹果汁生产中为了提高出汁率，有时也采用浸提法提取工艺。
本设计采用压榨法进行取汁处理。
在果汁压榨过程中，将果浆置于两个表面（平面和螺旋面）之间，对其施加压力使果汁释出，释出的果汁再通过果浆内部排汁通道和支撑面的网孔流向自由表面。
果汁生产要求榨汁出汁率尽可能高、榨出的汁液内的空气和果肉颗粒少褐变和营养素损伤少，生产率高。
综合考虑本设计选用连续作业的带式榨汁机。
3.3.3筛滤
榨出的果汁中，应立即通过筛滤分离出果肉浆。
因为，在果肉浆中，氧化酶和果胶酶的含量要比果汁中多。
果汁中果肉浆含量过多，在杀菌时，往往会产生焦糊。
采用压榨法取汁后设置独立的操作单元进行筛滤，所用设备为各种类型的筛滤机，本设计采用振动筛。
3.4灭酶
当新鲜苹果经过破碎或压榨成汁后，得到的产品很容易发生酶促褐变，从而导致产品的外观、风味和营养价值劣变,严重影响商品价值。
引起褐变的酶主要是多酚氧化酶（PPO），这种酶反应需要4个因素才能进行,即氧、多酚氧化酶、底物、铜离子。
因此，要进行酶的钝化。
热处理是现代浓缩果汁加工中抑制酶促褐变经济、有效的措施。
最常用的方法是高温瞬时灭酶。
一般在80℃经10～20分钟,100℃下需要2～8min能钝化PPO。
因此,在浓缩果汁加工中,灭酶的温度最好控制在90～95℃,时间15～30s,可有效防止果汁发生酶促褐变,提高果汁的色值和品质［3］。
3.5离心分离
澄清果汁在用酶解和超滤之前，应先分离去沉淀物，这样可以提高酶解的作用效果，澄清后的果汁容易过滤。
离心分离可能造成2—4%左右果汁的损失。
3.6酶解
混浊是澄清果汁的一种非需宜性的现象，严重影响果汁的感官品质，进一步影响其销售。
因此，控制混浊是生产澄清果汁必须解决的问题。
苹果汁的混浊物或沉淀主要是由包括淀粉、果胶、蛋白质、酚类、阿拉伯聚糖等造成的。
［4］
蛋白质、酚类物质一般依据过滤、热氧聚合、超滤等手段去除，但一些小分子的酚类、蛋白等易通过超滤膜，在果汁贮藏过程中酚类物质自身氧化或聚合，或与蛋白质相互作用，造成果汁主要后混浊。
在实际生产上，一般采用酶解技术，如加入果胶酶、淀粉酶、阿拉伯聚糖酶等水解这些大分子物质，控制混浊。
本设计酶解的工艺条件为:
果胶酶用量0.04g/L，酶解时间2.77h，酶解温度47.5℃［5］。
3.7超滤
传统的加工方法是,对破碎后的水果进行酶处理、脱胶，然后反复过滤。
这不仅需要消耗大量的硅藻土作为助滤剂，而且有时还要加澄清剂以进一步澄清，同时，这些方法效率低，不可靠。
超滤是一种膜分离方法，其基本机理是利用膜孔的选择性筛分作用，在压力的驱动下，溶液中的微粒、悬浮物、胶体和高聚物等大分子物质同溶剂和小分子溶质分开。
超滤技术应用于果蔬汁澄清，无需使用硅藻土和澄清剂，耗能也较少，可节约费用，而且分离过程中无相变，使清汁具有更好的稳定性和均匀性，能保持色香味［6］。
3.8调配
果汁型饮料的原料用果汁，另外为改进风味，增加营养以及改善色泽等，常在果蔬汁中加入糖、酸、维生素C和其他添加剂进行调配和混合。
果蔬汁中的糖酸比是决定其口感和风味的主要因素，一般糖酸比值为13-15。
糖含量调整到8%-14%为宜，可溶性固形物达到15%～17%，总酸度要达到0.4%～0.8%。
调配前需制备好糖浆，其次调整糖酸比，将所用的果汁和其他添加剂放入调配罐搅拌混合，计算需用糖浆量，计量后将所用糖浆放入调配罐中，加水至每批配料的规定量，进一步搅拌混合。
3.9脱气
原料苹果本身含有氧气，在原料的输送、榨汁、筛滤、调配等工序中常会混入大量的空气。
苹果汁中的氧气不仅破环维生素C，还与苹果汁中的各种成分反应引起氧化褐变，为此，在杀菌前必须进行脱气。
本设计采用真空脱气，通过真空泵创造一定的真空条件使果蔬汁在脱气机中以雾状形式（扩大表面积）喷出，脱除氧气。
真空锅内温度一般控制在40-50℃，真空度约为91.3-94.8Kpa。
3.10杀菌
果汁的杀菌工艺不仅影响产品的保藏性，而且影响产品的质量。
杀菌的方法有热杀菌和冷杀菌两大类。
热杀菌因可靠简便，在现代果蔬汁加工中是应用最普遍的杀菌方法。
果蔬汁的PH值大于4.5还是小于4.5，是决定果蔬汁采用巴氏杀菌工艺或高温工艺的关键。
高酸的果蔬汁可采用高温短时巴氏杀菌工艺，杀菌条件为（93±2）℃保持10—30s；而高温杀菌多用于低酸性蔬菜汁的杀菌。
因为苹果汁的PH＜4.5，为酸性食品，杀菌可采用巴氏杀菌工艺，杀菌后趁热灌装。
［7］
3.11灌装
本设计采用热灌装机灌装果汁。
1）装灌过程中应防止空气混入果汁，并尽量减少包装容器的顶隙。
2）灌装速度要快，尽量缩短杀菌到冷却的时间，防止果汁品质下降。
3）采用无菌灌装，灌装前先将灌装口喷射高温蒸汽，杀死可能存在的微生物，再开始灌装。
设计中采用PET瓶作为盛装容器，由于PET瓶来源广泛，价格便宜，作为包装容器技术成熟，因此选用可降低成本。
灌装后立即封口,封口结束后把瓶子倒置5min,以保证旋盖的杀菌。
检查是否漏气之后进行逐步冷却。
3.12喷淋冷却、风干
本设计采用冷却隧道三级冷却，第一级冷却水温度50℃；第二级为常温自来水；第三级为4—10℃冰水。
使果汁在20min内降至30℃一下，以保证果汁的营养成分不受长时间的高温影响破坏。
3.13贴标、检验装箱
冷却风干后，用贴标机进行贴标。
并采用灯捡台进行成品检验，三面封闭，灯源在检验透明板下，保证适度的光照条件,检验各瓶情况，发现是否有异形瓶、瓶子渗漏、旋盖不严、瓶内有肉眼可见杂质、液位不足、内容物色泽变异等情况，一旦发现应及时剔除，保证苹果汁饮料的出厂质量。
四、配方及物料计算
4.1配方
用于加工的水必须符合饮料用水标准。
苹果汁饮料的原料用苹果原汁或浓缩汁，使用的食品添加剂有甜味剂、酸味剂、防腐剂以及着色剂和香料等。
查阅相关文献本设计的配方如下（以1000Kg苹果汁饮料来计）。
成分名称
添加量/Kg
含量%
成分名称
添加量/Kg
含量%
苹果汁
200
20
蔗糖
80
8
柠檬酸
1.2
0.12
甜蜜素
0.3
0.03
香精
1
0.1
维生素C
0.5
0.05
焦糖色素
0.8
0.08
苯甲酸钠
0.2
0.02
水
加至总量为1000Kg
4.2生产产量确定：
（1）生产工作日：
综合分析苹果汁饮料生产和销售情况以及节假日等因素，本设计确定工作日为300天/年；
（2）生产班次确定：
苹果汁饮料是比较明显的季节性产品，生产有淡旺季。
每天生产班次为1—3班，淡季一班，中季两班，旺季三班。
综合分析苹果汁饮料的生产和销售情况，设计中确定八小时为一班，淡季为60天，中季120天，旺季为120天。
则
（其中K为设备不均匀系数，一般K=0.7~0.8，这里取K=0.72.）
4.3各生产工序的损失
序号
指标名称
损失率/%
序号
指标名称
损失率/%
1
原料验收
2.0
6
酶解、超滤
2
2
洗果、拣果
1.0
7
调配
1
3
破碎、榨汁
18
8
脱气
0.1
4
筛滤
2
9
灌装
0.2
5
离心分离
2
10
管道损失
0.1
4.4物料衡算（以班产量计）
A0.1%的管道损失前的饮料量为：
42087.54/（1-0.1%）=42129.67kg
B0.2%的灌装损失前的饮料量为：
42129.67/（1-0.2%）=42214.10kgC0.1%的脱气损失前的饮料量为：
42214.10/（1-0.1%）=42256.36kg
D调配前各原辅料的加入量分别为如下：
加入苹果汁：
42256.36×20%=8451.27kg
加入蔗糖：
42256.36×8%=3380.51kg
加入柠檬酸：
42256.36×0.12%=50.71kg
加入甜蜜素：
42256.36×0.03%=12.68kg
加入苹果香精：
42256.36×0.1%=42.26kg
加入维生素C：
42256.36×0.05%=21.13kg
加入焦糖色素：
42256.36×0.08%=33.81kg
加入苯甲酸钠：
42256.36×0.02%=8.45kg
加入水量：
42256.36-（8451.27+3380.51+50.71+12.68+42.26+21.13+33.81+8.45）=30255.54kg
原辅料用量汇总表
成分名称
添加量/Kg
成分名称
添加量/Kg
苹果汁
8451.27
蔗糖
3380.51
柠檬酸
50.71
甜蜜素
12.68
苹果香精
42.26
维生素C
21.13
焦糖色素
33.81
苯甲酸钠
8.45
水
30255.54
E、原料的实际使用量计算：
1%调配损失前的果汁量为：
8451.27/（1-1.0%）=8536.64kg
2%酶解、超滤损失前的果汁量为：
8536.64/（1-2.0%）=8710.85kg
2%离心分离损失前苹果汁量为：
8710.85/（1-2.0%）=8888.63kg
2%筛滤损失前的苹果汁量为：
8888.63/（1-2.0%）=9070.03kg
18%破碎、榨汁损失前苹果量为：
9070.03/（1-18%）=11061.00kg
1%洗果、拣果损失前苹果量为：
11061.00/（1-1.0%）=11172.74kg
2%原料验收损失前苹果量为：
11172.74/（1-2.0%）=11400.75kg
F、灌装用瓶及装箱用箱量的确定：
本设计生产线的灌装用瓶选用热灌专用PET瓶，每瓶约装500ml（约500g）饮料。
由灌装前饮料量为42214.10kg，所以需要的PET瓶数为：
42214.10×1000/500=84428瓶（取整）
瓦楞纸箱消耗量为：
84428／16＝5277个（取整）
项目
原料
每小时消耗量/kg
每班（8h）消耗量/kg
每天（24h）消耗量/kg
每年消耗量/kg
苹果/kg
1425.094
11400.75
34202.25
10260675
苹果汁/kg
1056.409
8451.27
25353.81
7606143
蔗糖/kg
422.5638
3380.51
10141.53
3042459
柠檬酸/kg
6.33875
50.71
152.13
45639
苹果香精/kg
5.2825
42.26
126.78
38034
焦糖色素/kg
4.22625
33.81
101.43
30429
甜蜜素/kg
1.585
12.68
38.04
11412
苯甲酸钠/kg
1.05625
8.45
25.35
7605
维生素C/kg
2.64125
21.13
63.39
19017
纯净水/kg
3781.943
30255.54
90766.62
27229986
空PET瓶/个
10553.5
84428
253284
75985200
瓦楞纸箱/个
659.625
5277
15831
4749300
原料用量汇总表
五、设备选型表
序号
名称
型号
台数
外形尺寸mm
生产能力
T/h
功率
KW
重量
Kg
厂家
1
GXJ滚杠选果机
GXJ-3
1
3000×700×900
1-3
0.37
1000
江苏科威机械有限公司
2
WTJ型链板式提升机
WTJ型
2
宽300-1200
最大12t/h
0.55
江苏科威机械有限公司
3
MQT苹果清洗机
MQT4000
1
2900x840x900mm
2
4
460
山东诸城市大洋食品机械厂
4
锤式破碎机
CPS-5
1
1200x1200x1800
5
11
上海嘉迪机械有限公司
5
苹果去皮机
1
按需
按需
按需
宁波亿鸿食品机械有限公司
6
带式榨汁机
DYJ-3
1
4000×1800×2505
3
3
3500
上海嘉迪机械有限公司
7
振动筛分过滤机（旋振筛）
XZS600
1
有效筛面直
φ540mm
0.55
新乡市宏达振动设备有限责任公司
8
板式灭菌机
UHT型
2
1800×1600×2000
2
4.1
910
上海嘉迪机械有限公司
9
三足离心机
SSW型
1
2000×1540×980
2
7.5
650
威龙机械设备制造有限公司
10
酶解罐
1
容积2000L
2.2
温州东顶机械制造有限公司
11
中空纤维超滤机
TC-40
1
2910×1230×1875
40
6.7
c:
\aboutus\张家港市鑫茂饮料机械有限公司
12
不锈钢储罐
2
Φ1800×2500
容积5000L
1
杭州科豪机械
有限公司
13
调配罐
HT-TPG
1
按需
36-120n/m
（搅拌速度）
0.55-4
400
武汉昊特流体设备有限公司
14
TQ真空脱气器
TQ-5
1
2500×1500×2200
5
4
300
江苏科威机械有限公司
15
理瓶机
1
2300*1500*1400
10000瓶/h
1.2
650
陶氏机械
16
果汁热灌装设备
RXGF32-32-8
1
2780×2080×2700
12000-15000瓶/h
3.5
4200
江苏美星饮料机械有限公司
17
立式贴标装箱机
YT-900
1
1600×1100×1300
12000-15000瓶瓶/h
0.18
200
上海余特包装机械制造有限公司
18
喷淋冷却杀风干机
LF-200
1
7000×1500×1870
12000-15000瓶瓶/h
9.55
2700
温州来福机械制造有限公司
19
螺杆泵
7
郑州玉祥包装机械有限公司
六、方案特点说明
本次设计的是年产2万吨苹果汁饮料（澄清型）生产线，设计特点鲜明，主要有以下几点：
1）采用了酶解+膜分离技术，较好的去除引起苹果汁沉淀和混浊的物质和对营养成分的保留，超滤明显地改善了苹果汁的感官品质，提高了苹果汁的澄清度，从而使苹果汁的货架期延长，稳定性提高。
2）设计配方中加入了的添加剂，如柠檬酸、苯甲酸钠等，严格按照GB2760-2011《食品添加剂使用卫生标准》中的规定添加剂使用量，在保证口感最佳的同时其用量均控制在尽量低且合理的范围内。
3）生产过程中坚持无菌操作，各个密闭步骤的器械连接均保持密封状态，保证不受外界污染物侵染。
生产用水、原料浆液均通过密封的管道输送，不与外界接触。
七、参考文献
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中国轻工业出版社，2009
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中国轻工业出版社，2007
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中国轻工业出版社，2000
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化学工业出版社，2006
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