年产5000吨苹果醋工厂工艺设计.docx

1、年产5000吨苹果醋工厂工艺设计CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & 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

2、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A DESIGN OF AN ANNUAL PRODUCT I ON OF 5000TONS OF APPLE CIDER VINEGARFACTORYABSTRACTFruit vinegar contains the a

3、dvantages of fruit and vinegar. It i s a new type of beverage wh i ch comb i nes nutr it ion, health care and fIavor i ng. Accord i ng to research: fruit vinegar has many d i fferent functions and un i que fIavors , espec i a I Iy appIe v i negar, wh i ch i s of h i gh vaIue. Accord i ng to records:

4、 appIes wh i ch he I ped d i gest i on were sour and flat, juicy th i rst quenching . AppIe was found to have a high nutr it ionaI vaIue, can be used as a therapeutic method: nutr i ent r i ch var i ety of apple, not only to meet the health needs of the human diet, with beauty, reduces bIood pressur

5、e; AppIes wh i ch can promote the growth of the feasibi I ity and the highest maximum benef it, has thech i Idren,are r i ch of f i ber and are four fruits (apple, grape, p I ace.Cons i der i ng the compar i son v i negar wi I I take IegaI systemtrace eIements i n the onset that orange and banana) i

6、 n the f i rstof four kinds of vinegar, juicein line with the actuaI situation,advantages of h i gh mechan i zat i on degree, f i n i shed good san i tary cond it i ons, smaI I space occupat i on, stab Ie qua I ity, easy to controI the brewing eye Ie i s short, re I ativeIy h i gh yield, IowKey word

7、s : AppIe vinegar； Fruit juice vinegar making；Fermentation； Health care1绪论 111研究背景 2国内外发展现状 32生产工艺方案选择 32.1苹果醋的发酵机理 422制取方案比较 42.2. 1 固态发酵法 42.2.2 液态发酵法 42.2.3 果汁制醋 5 2. 2.4酒制醋2. 3工艺流程 52.3.1原料的预处理 52.3.2 灭菌处理 62.3.3 发酵准备 62.3.4 活化 62.3.5 发2.3.6 调配 72.3.7 装罐及灭菌 73项目工艺计算 83.1生产工艺流程示意图 83.2物料衡算 93.2.1

8、 衡算原理 93.2.2 计算准则 103.2.3 以100kg浓缩苹果汁为基准，对苹果醋的生产进行物料衡算 103.2.4 生产壮苹果醋所需要的原料 103.3.5 装罐后所需冷却水的用量 113.2.6 生产能力的计算 123.3热量恒算 123.3. 1 酒精发酵前灭菌用的蒸汽总量 133.3.2 酒精发酵前冷却水的用量 143.3. 3 灭菌过程中的热损失 143.3.4 装罐前的灭菌用的蒸汽量 143.3.5 装罐后所需冷却水的用量 144设备的设计与选型 144.1设备选择原则 14动资金 215.3销售收入 税金、利润 225.3.1 产品成本225.3.2 销售收入225. 3

9、.3 销售禾U润225.3.4 税金 225. 3.5 年利润225. 4财务评价结论 22参考文献 23致谢 251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

10、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

11、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，

12、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

13、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

14、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

15、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：C6 H12O6 2ADP 2Pi 2CH aCH 2OH 2C02 2ATP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：CHsCH 2

16、OH NAD CH sCHO NADHCHaCHO NAD H2O CH sCOOH NADH2 （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C2H sOH O2NAD ,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：CHaCOOH H 2O 493. 2KJ（2-3）22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：

17、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

18、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30C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

19、：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

20、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

21、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

22、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30C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30C下，调

23、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

24、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

25、.5瓶盖损失1标签损失0.5总损失率发酵液总损失153.2.3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： 5 100 600kg10%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：701.4 Xl5%=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：806.6 X6%=48. 4kg；过滤及管道损失：（806. 6-48. 4 ） X

26、 （1+2 %）二22. 7kg；到达调配罐中的液体：806. 6-48. 4-22. 7二735. 5kg2）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) X 735. 5=117. 7kg3)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X 3%二25. 6kg ；最终成品醋:735. 5+117. 7-( 25. 6+25. 6)二802kg3.2.4生产1t苹果醋所需要的原料苹果汁的用量：X1

27、000=124. 7kg ；纯水的用量：X 1000=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：1005.4 X 6%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

28、液的用量：(0. 07+0. 07+0. 02) X916. 7=146. 7kg3. 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:5000 X 0. 0603=301.5t ；管路及过滤损失:5000 X 0. 0284=142t ；达

29、 到调配罐中的液体：5000X0. 9167=4583. 5t；调配液的用量：5000X0. 1467=733. 5t3.2.6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：16.7 X748. 1=12. 5t；每天需要的浓缩苹果汁的量：16.7X124. 7二2. 0t ；每天需要酵母菌培养液所需的量：16.7 X130. 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Kg124. 72纯水Kg748. 13酵母培养液Kg1.74醋酸菌培养液Kg130.95调配

30、液Kg146.83. 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. 5二4364tQ物料流量，Q= 4336o4o 8 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 /Kg cWo-原料的浓度，t1物料的初始温度，11=25 Ct2-物料的最终温度，12=65 CI -加热蒸汽的熠,I二2738KJ Kg 一-加热蒸汽冷凝水的热熠，二TX4.186用板式换热器将物料由25C预热到65C,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. 33 3.583( 65 25)2738 65 418 =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. 32 X 300=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65C发酵液降至25 使得冷却水从20C升至50C Q物料流量，Q二300 8 ”5 /ht 1-物料的初始温度，ti=25Ct 2-物料的最终温度，12=65CC1 物料的比热容，