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1、膳食纤维乳饮料工厂设计概述膳食纤维乳饮料工厂设计概述 doc 60 页页 年产 500吨膳食纤维乳饮料工厂设计 田昂（安徽工程大学生物与化学工程学院）摘 要 膳食纤维摄入不足被认为是导致的肥胖症、动脉硬化、冠心病等现代“文明病”的发病率上升的一个重要原因。联合国粮农组织和美国、加拿大、日本等国颁布的膳食指导大纲以及我国近年颁布的中国食物结构改革与发展纲要中也确认了食物纤维是平衡膳食结构的必要营养素之一。果胶是天然存在于水果及蔬菜中的水溶性膳食纤维，是一种天然、营养、健康的食品配料，被广泛应用于果酱、饮料及乳制品等食品中。本项目对开发苹果渣资源和推动膳食纤维生产的的行业进步和产业升级具有重要的意

2、义。本论文进行了年产 500吨膳食纤维乳饮料食品工厂设计,以苹果渣，牛乳为原料，研究制作膳食纤维乳饮料的生产工艺，确定了生产膳食纤维乳饮料的最佳生产工艺参数，确定了每天原料乳需要量为 2694kg，白糖 666kg，稳定剂 15.4kg等。每日生产用水量 55.5吨，生产用电 1514KW，生产用气量 6.75U，对主要生产设备进行了选型，为乳饮料产品实际生产提供了相应的指导。主要包括乳饮料的发展，乳饮料工厂建设的目的，对膳食纤维乳饮料生产的物料、能量进行衡算和主要设备的计算等工艺计算，进而依据食品卫生规范（GB8952-1988）和食品企业通用卫生规范（GB14881-2013）进行设计。根

3、据工厂的各种要素确定工厂厂址在芜湖市三山区临江工业园，项目固定资产总投资 834.32万，生产成本 686.23 万，销售总利润 371.53万元，投资利润率 41%，投资回收期 6年，企业的资产增长率高，投资回报率高且增长较快，可见公司的营运能力和盈利能力良好。关键词：果胶膳食纤维提取；乳饮料；生产工艺；工厂设计 Design of annual output of 500 tons of dietary fiber milk beverage factory Tian Ang(College of Biology and Chemical Engineering,Anhui Polytec

4、hnic University)Abstract Inadequate intake of dietary fiber is considered to be an important reason for the rise in the incident of obesity,arteriosclerosis,soronary heart disease and other modern“civilization disease”.In recent years,dietary guidelines issued by FAO and the United States,Canada,Jap

5、an and other countries,our country promulgated China food structural reform and development program also confirmed the dietary fiber is a necessary nutrient balance of the diet.Pectin is a water soluble dietary fiber found naturally in fruits and vegetables.It is a natural,nutritious and healthy foo

6、d ingredient.It is widely used in jams,beverages and dairy products.This project is of great significance to the development of apple pomace resources and the promotion of industrial production and industrial upgrading of dietary fiber production.This paper has designed annual output of 500 tons of

7、milk beverage and food factory in apple pomace,dietary fiber,milk as raw material,production technology of the production of milk beverage of dietary fiber,the best process parameters of the production of dietary fiber beverage was determined to determine the daily requirement of 2694kg raw milk,sug

8、ar 666kg,stabilizer 15.4kg.The daily production water consumption is 55.5 tons,the production electricity 1514KW,the production gas consumption 6.75U,the main production equipment has been selected,which provides the appropriate guidance for the actual production of milk beverage products.Including

9、the development of milk,milk beverage plant construction,production of milk beverage of dietary fiber material,energy balance and major equipment calculation process calculation,and then on the basis of food hygiene standards(GB8952-1988)and the general rules of health food business norms(GB14881-20

10、13)design.Determine the factory site in Wuhu City Sanshan District Linjiang Industrial Park according to the various elements of the factory,the project total investment in fixed assets 8 million 343 thousand and 200,6 million 862 thousand and 300 of the cost of production,sales of the total profit

11、of 3 million 715 thousand and 300 yuan,the investment profit rate is 41%,investment recovery period is 6 years,the growth rate of corporate assets,the investment return rate is high and rapid growth,showing that the companys good the operating capacity and profitability.Keywords:pectin;dietary fiber

12、 extraction;milk beverage;production process;plant design 插图表清单插图表清单 图 1-1 植物中膳食纤维的组成成分1 表 1-2 工厂主要部分占地面积.8 表 2-1 班产量设计9 表 2-2 产品设计方案表.9 图 3-1 果胶膳食纤维提取工艺流程图.10 表 3-2 乳饮料生产工艺流程图.11 表 3-3 生乳理化指标14 表 9-1 化验室常用仪器及设备.30 图 10-1 废气处理工艺流程.33.引言 我国食品行业的乳饮料加工业已经发展多年并且日益成熟。伴随着食品科学技术的日新月异，以及我国人民生活水平和要求的不断提高，所以，

13、本次的工厂设计将以生产乳饮料进行展开。综合考虑了经济、交通、加工原料与产品性质以及环境问题等一系列因素和可行性，本次的工厂设计定于芜湖市三山区临江工业园作为工厂厂址，作为主要配料用来提取膳食纤维的苹果渣也有丰富的资源。同时该地的地价与劳动力价格也较为合理。综合考虑了产品的丰富度、原材料的利用率以及各种产品的市场需求，本次的工厂设计计划生产膳食纤维乳饮料。在乳饮料中加入膳食纤维，不仅能够改善口感，提高稳定性，也可以改善生理功能，促进肠道舒畅，降低胆固醇，进而进一步提高乳饮料的营养价值和应用范围，经济效益也是相当可观。结合国内外的科技条件，选择合理的产品方案、高稳定的工艺流程以及生产设备。本设计根

14、据国家标准与相关要求，合理分析并列举了生产车间建设、布置的各项要求，并根据这些要求进行了车间平面图的绘制。同时，针对食品工厂可能存在的环境问题进行了详细的分析并提出解决方案，是本设计符合“绿色”要求。在经济上，本设计结合了现今社会市场的状况进行了详尽的分析，从各项资金的投资、消耗以及收益进行了分析，确定本厂的设计具有一定的经济效益，符合未来的发展需求。第第 1 章章 概述概述 1.1 膳食纤维的概述膳食纤维的概述 膳食纤维（dietary fiber）是指不易被人体消化吸收的，以多糖类为主的大分子物质的总称，是由纤维素、果胶类物质、半纤维素和糖蛋白等物质组成的聚合体，是当前国际上公认的一种功能

15、性食品基料，被称为继淀粉，蛋白质，脂肪，维生素，矿物质和水之后的“地七种营养素”，并且被誉为 21 世纪食品工业中最受关注，具有特殊保健功能和食品改性作用的一种食品添加剂。20 世纪 70年代中期，西方发达国家开始着手对膳食纤维的保健功能、提取工艺、改性等进行研究与开发。80 年代以来，欧美、日本等国已对膳食纤维的研究开发给予了极大地关注。膳食纤维可以作为一种有效的功能保健食品，能预防多种疾病，并具有保水性、保油性、改进食品色泽风味等改性的特殊作用。目前膳食纤维的原料丰富，来源充足，价格低廉，很有必要开发研究1。图 1-1 植物中膳食纤维的组成 膳食纤维根据其溶解特性的不同可分为水溶性膳食纤维

16、和水不溶性膳食纤维工两大类。水溶性膳食纤维是指不能够被人体消化酶消化但可溶于温水或热水并且其水溶液又能够被乙醇沉淀的那部分膳食纤维,主要包括存在于苹果、桔类中的果胶,植物种子中的果胶,海藻中的海藻酸、卡拉酸、琼脂和微生物发酵产物黄原胶,以及人工合成的梭甲基纤维素钠盐等。水不溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化且不溶于热水的那部分膳食纤维,是构成细胞壁的主要成分,包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和动物性的甲壳素和壳聚糖,其中木质素不属于多糖类,是使细胞壁保持一定韧性的芳香族碳氢化合物,这种类型的纤维可以促进食物在消化道的蠕动,并能增加粪便的体积,因此有利于预防便秘。全麦面粉、麦数、坚果及蔬菜是

17、不溶性纤维最好的来源。按膳食纤维的来源分,可分成植物来源膳食纤维、动物性来源膳食纤维、海藻多糖类膳食纤维、微生物多糖、合成半合成类膳食纤维等。来源不同的膳食纤维其化学本质差异很大,但基本组成成分则较相似,相互间的主要区别表现在各组成成分的相对含量,分子的糖普链、聚合度以及支链结构方面的差异。1.1.1 膳食纤维的理化性质 膳食纤维的化学组成特性，决定了它的一些独特理化性质，而理化特性又与一系列生理学效应相关。植物细胞壁是呈现三维空间以及多相的网状结构，其中有无定形区与结晶区，也有亲水面与疏水面，网状结构的维持依赖于不同强度的化学键及物理作用而完成，并表现很多与生理、生化及营养有关的物理化学性质

18、，包括离子交换作用、水化作用和吸附作用等。概括的说，其物化特性主要包括以下几个方面：（一）良好的持水性和膨胀性 持水性膳食纤维的化学结构中含有很多亲水基团，因此具有很强的持水性。膳食纤维的持水性强弱以持水率衡量，及单位质量纤维能够持留水的质量。很多研究表明，膳食纤维的持水性可以增加人体排便的体积与速度，减轻直肠内压力，预防便秘。同事减轻泌尿系统的压力，从而缓解了诸如膀胱炎、膀胱结石和肾结石这类泌尿系统疾病的症状，并能使读物迅速排出体外。吸水膨胀性膳食纤维的体积较大，复水之后膨胀的体积更大，对肠道产生容积作用，易引起饱腹感。膨胀性的强弱以膨胀率衡算，即单位质量纤维溪水之后体积的增加量。（二）对阳

19、离子有结合和交换能力 对阳离子的结合和交换能力膳食纤维化学结构中包含一些羧基和羟基类侧链基团，呈现一个弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，特别是有机阳离子如Ca2+,Zn2+,Cu2+等进行可逆的交换，他不是单纯结合而减少基体对离子的吸收，而是改变离子的瞬间浓度，从而对消化道的 PH值、渗透区以及氧化还原电位产生影响，并出现一个更缓冲的环境以利用消化吸收。而且它能够与肠道中的 Na+,K+等进行交换，从而降低血液中 Na+/K+的比值，直接产生降血压的作用。（三）对有机化合物的吸附螯合作用 由于膳食纤维表面带有很多活性基团，可以螯合吸附胆固醇和胆汁酸之类的有机分子，从而抑制人体对他们的吸收

20、，同事还能吸附肠道内的内源性和外源性与毒物，并促进他们排出体外。在脂肪代谢过程中，纤维可吸附胆汁酸并降低胆固醇和甘油酯消化产物分子在团的溶解性，起到抑制火延缓胆固醇与甘油三酯在淋巴中的吸收作用。纤维促进了体内血脂和脂蛋白代谢的正常进行，从而对预防和改善冠状动脉硬化造成的心脏病有重要的作用。在通常的膳食条件下，适当增加些膳食纤维的摄入量，同时减少对脂肪的摄入，就可以减少机体对胆固醇的吸收量，降低体内胆固醇水平，达到预防和治疗动脉粥样硬化和冠心病的作用。糖尿病是由于体内胰岛素不足引起的一种疾病。人们日常吃进的食物中的糖，经消化进入血液中。血液中的葡萄糖，除了一部分以糖原的形式贮存于肝脏之外，还有一

21、部分变成能源被机体的细胞所利用，剩余部分则贮存于皮下脂肪中。而促进葡萄糖转化为脂肪的物质就是胰岛素。如果胰岛素不足，葡萄糖就不能充分转化而停留在血液中，就会使血中的糖分增高而引起糖尿病。苹果纤维可吸附葡萄糖，阻止葡萄糖在血液中的吸收，纤维成分还具有一种抑制增血糖素的分泌的作用，这样就可使胰岛素充分发挥作用，提高对血中的葡萄糖的处理功能2。（四）良好的乳化性、悬浮性及增稠性 膳食纤维中诸如瓜尔豆胶、古柯豆胶和洋槐豆胶等可溶性成分，具有良好的乳化性、悬浮性和增稠性，能形成高粘度的溶液。将其添加到食品中还能提高食品的保水性、保形性和稳定性。（五）粘性 由于膳食纤维中有果胶、各种树胶、-葡聚糖和海藻多

22、糖，这些物质在体内能明显增加小肠内容物的粘度，在小肠内形成网状结构，是的食物不能与消化液充分接触，阻碍了葡萄糖的扩散，是葡萄糖的吸收减慢而降低血糖含量，起到预防糖尿病的作用。（六）改变肠道系统微生物群系组成的作用 肠系统中流动的肠液和寄生菌群对食物蠕动和消化有重要的作用，肠道内膳食纤维含量多时会诱导出大量好气菌群来代替原来的厌气菌群，这些好气菌很少产生致癌物，而厌气菌能产生较多的致癌性毒物，这些毒物能快速的随膳食纤维排出体外。这就是膳食纤维能预防肠道癌的重要原因之一。膳食纤维的物化特性赋予其在防治结肠癌、防治冠心病、治疗糖尿病、预 防及治疗肥胖、防止便秘、防治乳腺癌等方面具有良好的效果。1.1

23、.2膳食纤维的生理功能 膳食纤维具有重要的生理功能，对人体的生理代谢起着重要的作用，主要表现在以下方面：防治结肠癌，膳食纤维能抑制腐生菌生长，减少次生胆汁酸产生，产生能抑制肿瘤细胞生长的丁酸，减少致癌物与结肠的接触机会;防治冠心病，膳食纤维能降低血清和肝中的胆固醇，从而对预防和改善冠动脉硬化造成的心血管疾病具有重要的作用；利于减肥，一半肥胖人大都与食物中热能摄入增加或体力活动减少鱼贯。而提高膳食中膳食纤维含量，可以使摄入的热能减少，在肠道内营养的消化吸收也下降，最终使体内脂肪消耗而起减肥作用 调节血糖，预防糖尿病 膳食纤维调节血糖的作用具体在两方面体现。首先由于膳食纤维的无法吸收使其在肠胃中产

24、热低，在肠道中形成不可消化的网状结构，促进了肠胃的蠕动使食物快速经过肠道降低了吸收的时间，从而降低了对葡萄糖的吸收，另一方面由于摄入膳食纤维会增加胃内物的粘度并且形成胶基层，影响了胃的排空速率，在这膳食纤维可改善末梢组织对胰岛素的感受性，这些因素会降低对葡萄糖的吸收，延缓了饭后血糖和胰岛素的升高，促使血糖保持稳定平衡 对于其降血糖机制,普遍认为与以下几个方面有关 某些种类的膳食纤维可减缓胃排空速度,推迟食糜进入十二指肠的过程,从而延缓营养物质的消化和吸收。在短期试验中,胃排空时间的延长与餐后血糖的降低高度相关。膳食纤维的增加可使食糜形成大凝胶团而限制营养成分与消化酶的相互接触,并稀释消化酶,使

25、多种消化酶的表现活性降低,消化过程减慢。另外,食糜粘 滞度和膳食纤维的吸附作用又可延缓营养物质向肠粘膜表面扩散,致使吸收速度减慢。长期喂食高膳食纤维食物可使试验动物胰腺增大、肠粘膜增厚、胰 一淀粉 酶和蛋白酶活性升高、胆汁生成量和排出量增加。一般认为,这些变化是机体 对消化酶活性需要量增加的代偿性反应,其与膳食纤维改善糖耐量的关系尚不清楚。高膳食纤维饲料可使大鼠肝脏中与糖分解代谢有关的酶活性升高,肝细胞膜 上胰岛素受体数目增加,对胰岛素亲和力升高。型糖尿病人经一段时间的高 膳食纤维饮食后,其脂肪细胞膜上胰岛素的受体数目和对胰岛素的亲和力均增加,葡萄糖转运对胰岛素敏感性也增加健康老人和年轻人外周

26、组织对胰岛素的敏感性亦可为高膳食纤维高糖饮食所增高。长期试验中,除胰岛素水平外,生长抑素和胰高血糖素水平也发生明显变化,这些变化可能与糖耐量改善有密切关系。排毒养颜及瘦身作用 进入大肠内的纤维能被肠内细菌部分选择性地分解与发酵,从而改变肠内 菌群的构成与代射,诱导大量有益菌的繁殖,增强机体的免疫力而延缓衰老,且能有效吸附体内毒物迅速排出体外,从而达到分解排毒养颜的功效。膳食纤维还能增加胃部饱满感,减少食物摄入量,具有减肥瘦身的功效。1.1.3 乳饮料的概述 牛奶是天然营养食品，含有人体需要的几乎所有营养物质。奶业的发展关系到改善人民食物结构、提高生活质量、增强身体素质，因此世界各国，特别是发达

27、国家都非常重视奶业的发展。随着社会的发展和消费水平的提高，消费者在“健康”概念的引领下对食品营养的认知更全，营养价值要求更高，由于益生菌产品的是以活菌形式提供饮用，他能在肠胃起到调节和维持肠道菌群的平衡，抑制有害菌群的作用。由于口感良好、口味丰富、适合各类人群引用，成为了消费者的新宠。1.1.4乳饮料的价值 乳饮料是指在牛乳或脱脂乳中添加砂糖、有机酸和稳定剂等，混合调制而成的含乳饮料。它具有色泽鲜艳、味道芳香、酸甜可口的优点。乳饮料作为一种新型的风味乳制品进入市场。它以风味独特、口味清爽、色泽宜人、营养丰富、高附加值的特色，受到人们的青睐。目前市场上有很多类产品，如伊利畅轻发酵乳，养乐多，蒙牛

28、酸酸乳、真果粒以及果粒奶优，营养快线等。乳饮料通常是由牛乳或奶粉、水喝其他添加剂加工制成的。其中既有蛋白质及果汁微粒形成的悬浮液，又有脂肪形成的乳浊液，还有由糖等添加剂形成的真溶液，因此是一种宏观上不稳定的分散体系。含乳饮料口味丰富，含益生菌对人体消化有一定帮助，此外还含有适量无机钙，有一定的补钙作用。1.2 项目可行性分析项目可行性分析 1.2.1 乳饮料发展现状乳饮料发展现状 含乳饮料是以牛乳或乳制品为原料，经发酵或未经发酵等工艺加工制成的乳制品；含乳饮料是一种常见的营养型饮料，其蛋白质含量至少应在 0.7以上，与普通饮料相比，蛋白质含量十分丰富。因此，尽管含乳饮料的营养价值不能与牛奶媲美

29、，但是与含碳酸饮料相比，具有十分突出的营养优势。含乳饮料正是借助于牛奶中的蛋白质营养成分、风味成分的芳香色泽及其他多种微量矿物质元素，起到营养互补、风味及口感相互协调等作用，满足了不同人群尤其是儿童及你年轻人的需求6。随着人民生活水平的日益提高，消费者的健康意识逐渐增强，饮料品种结构也 在不断发生着变化，高热量饮料的市场占比逐年下滑，而含乳饮料和植物蛋白饮料“十一五”期间发展势头良好，2009年市场份额超过 了饮料行业的 10%。目前，我国含乳饮料行业仍处于快速发展阶段。正是由于含乳饮料的产品优势、厂家的宣传推广、国内乳品消费方式的变化使得近几年国内含乳饮料市场得到了蓬勃的发展，乳饮料已成为年

30、轻人的首选饮品，我国乳饮料的市场每年以 18以上的速度增长，其消费群体主要集中在“80后”、“90 后”的青春人群。1.2.2 项目关键技术 主要技术路线：新鲜苹果渣预处理（热烫破碎）脱涩处理干燥加热酸提 抽滤 滤液盐析 离心分离 脱盐 脱色处理 干燥 产品 滤液真空浓缩 乙醇沉析 离心分离 原料乳 巴氏杀菌 混料 冷却至 20以下 酸化 配料（香精等）超高温瞬时杀菌及均质 灌装 成品 苹果渣中主要含有膳食纤维、维生素和少量淀粉等。用碱煮和酶解结合的方法，除去苹果渣中的淀粉和蛋白质，就可得到较为纯净的膳食纤维。酶法的优点是对敏感氨基酸五破坏作用，能最大限度保留原料的风味，水解产物含有大量呈味小

31、分子肽。最主要的是不生产氯丙醇类有害物质。酶法水解植物蛋白的水解温度通常在 4565之间，水解时间从 3h到 48h不等。酶法水解植物蛋白的生产成本较高，水解程度较低。酶法水解植物蛋白的成功开发有助于保证食品安全，提升产品质量，提高竞争力。喷雾干燥是将溶液、乳浊液、悬浊液等形态的浆料在热风中喷雾呈细小液滴，在他落下过程中，水分被蒸发而成为粉末状或颗粒的产品。喷雾干燥法应用于果胶液的干燥具有干燥时间段、速度快、成品为粉状的特点，可免去沉淀和粉碎工序，简化了工艺流程，降低了生产成本。并且干燥后产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。由于干燥过程是在洁净空气中完成的，产品基本上能保持与液滴相近的球状，

32、整个操作成密闭性，适用于洁净生产区域。1.2.3 课题意义 乳饮料以其风味独特等特点在软饮料行业中广受欢迎。含乳饮料是一种常见的营养型饮料，这种饮料的配料中除了牛奶之外，一般还有水、甜味剂、果味剂等。通过牛奶中的蛋白营养成分及果味剂等的芳香、色泽及其他矿物质营养，起到营养互补，风味及口感相互协调等作用。然而，目前市售的含乳饮料含糖量较高，尤其是配置型含乳饮料，添加的一些调味剂成分等不利于老人及小孩对营养的需求。而且，随着目前人们生活方式的改变以及生活质量水平的提高，对营养健康提出更高的要求，对人们普遍喜爱的乳饮料的标准更是一步步提升，针对中老年人不断出现的高血糖、消化系统疾病、便秘等疾病严重影

33、响人们生活质量的现状，以及处于生长发育期的孩子对乳饮料口味及营养元素的需求的情况，乳饮料市场急需通过对添加城根的健康功效进行考察试验，提升产品的营养价值水平。水溶性膳食纤维素有“生命绿洲”之称，由于水溶性膳食纤维具有低热量、低脂肪、低胆固醇、低钠等特性，添加了膳食纤维的乳饮料能够起到益生元的作用，调节人体脂肪代谢，减少糖量吸收，润肠通便，排毒养颜，降低胆固醇等作用7。1.3 厂址的选择厂址的选择 1.3.1 厂址选择原厂址选择原则及具体要求则及具体要求 符合我国的基本方针政策 为了适应当地长期长期发展和统一规划，膳食纤维乳饮料厂址应该尽量选择在开发区内，并尽量征用荒地，少占或不占耕地，节约用地12。符合工厂生产条件 膳食纤维乳饮料厂址的选择附近应该具有良好的卫生环境，要求具有没有放射源、粉尘、有害气体以及其他的扩散性污染源，并且注意上游河流是否被污染，上风向区内是否存在工矿企业，对食品质量