年产吨凝固型酸奶生产车间工艺设计.docx

1、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

2、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 GB193022010发酵乳

3、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（140165mg/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

4、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

5、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 35 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 12 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

6、般酸奶的销售旺季是 510 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：qq 班 nk式中 q平均日产量，td： q 班班产量，td；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，k0.70.8；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 =154dq班=Q/k(3t 旺+t 淡）k设备不均匀系数，k0.70.8,k取 0.75q班=2000t/0.75(3

7、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 2000 52.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

8、、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

9、应符合以下标准：汞0.01mg/kg，六六六0.02mg kg,DDT0.02mg/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(IUm1)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 10 00I 10 01 O1 04 004

10、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 115，非脂干物质不应低于 85。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(GB27461999)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

11、定性。国家标准 GB 2746-1999，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70.0 0T。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 5774是较适当的，尤 其是加糖量 74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 GB 317-2006 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

12、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）602.3.3 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 5565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 8.010.0 MPa 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 9O95、35 min 或 85、30

13、min，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

14、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 23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 23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（MH01），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

15、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（MH01） 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

16、微生物的污染。接种后要充分搅拌 10 min，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

17、用 4142，有的采用 4043，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 4142， 3 h(短时间培养)。在特殊情况下， 3O37，812 h(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

18、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 12：1 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 3 h 左右，长者是 56 h而发酵终点的时间范围比 较小。如果发酵终

19、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：抽样测定酸奶的酸度，一般酸度达到 657O。T 即可终止培养： 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；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；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；在生产过 程中可每隔半小时抽查 1 次 pH 值、滴定酸度

20、，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 1224 h，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 01，风味酸奶的冰点更低一些。因 此，长时间贮藏可

21、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 4kgHDZ-2007 凝固型酸奶稳定剂 600g补水至 100kg3.2 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/

22、0.9997=4.918(t)；其中，白砂糖占 4%，即 4.9090.04=0.196(t)；发酵剂占 2.4%，即 4.9090.024=0.118(t)；稳定剂占 0.6%，即 4.9090.6% = 0.030；水占 13%，即 4.9090.13=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 3.9210-5t、0.0210-5t 和 1.28 10-5t。则混合配料前的物料量为：4.909-3.9210-5-0.0210-5-1.2810-5=4.906t（1） 设定接种、发酵、破乳、冷却过程的工艺损失为 1.0，

23、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（421）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

24、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 0.03t 3.3 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：材料的毒性，污染程度；抗湿性或对水蒸气的渗透性；对 N2、CO2：和 O2 的渗透性； 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；对光线或者紫外线 的透过性

25、；对污垢或微生物的渗透件；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）=4.909103kg/(1.32kg/L200ml)=18594 杯/班 185948h=2324 杯/h4 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

26、 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 5th，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 5th；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 2th，选用 BAWl00 型离心泵， 流量 2th。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

27、径 外形尺寸 中心高度（吨/小时） （米） kw （长宽高）BAW-3-153150.7538/32480200345200BAW-5-245241.551/384962503702154.2.1 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： 20001000/284=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 43 储存罐容积 制冷量 制冷介质

28、 保温性能 配用功率 电源 生产厂家3800L 14000W R22 4H1.0 8.5KW 380V/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 1025MPa，合适 的是额定压力为 2835 MPa，最高压力为 3540 MPa.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： 4.909t8h=613.62L/h表 44 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/h Mpa Mpa KW （长*宽*高）JJ-1/30 1000 40 25

29、 15 1315*1100*1290 廊坊通用机械制造有限公司GJJ-0.8/40 800 40 35 11 1100*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

30、，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 45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BR07 DN32mm 7m2 15m3/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 46 包装机型号