《食品工程原理》课程设计-日处理20吨鲜奶的酸奶生产工艺设计

1、*大学食品工程原理课程设计日处理20吨鲜奶的酸奶生产工艺设计 学 院：*学院专 业： 食品科学与工程 学生姓名： * 指导教师：* 教授 课程设计(论文)时间：二一一年六月二十七日七月十日共两周 摘要摘 要本设计是为日处理20吨鲜奶的酸奶的生产工艺设计，根据课程设计任务书要求要求，进行了酸奶工艺流程的选择和论证，对整个工艺装置进行了物料衡算、热量衡算，对非标准设备进行了计算和选型，同时对主要附属设备也进行了计算和选择。关键词：凝固型酸奶；工艺流程；物料衡算；热量衡算 I引言目 录摘 要I目 录II第一章 引言1第二章 配方设计及工艺流程论证32.1配方32.2流程图32.3工艺要点3第三章 物

2、料衡算63.1物料衡算6第四章 能量衡算74.1耗热衡算74.2耗冷量的计算8第五章 设备选型115.1设备选型115.2 凝固型酸奶主要生产设备一览表15结束语16致 谢17参考文献18II第一章 引言酸奶是以新鲜的牛奶为原料，经过巴氏杀菌后再向牛奶中添加有益菌(发酵剂)，经发酵后，再冷却灌装的一种牛奶制品。目前市场上酸奶制品多以凝固型、搅拌型和添加各种果汁果酱等辅料的果味型为多。酸奶不但保留了牛奶的所有优点，而且某些方面经加工过程还扬长避短，成为更加适合于人类的营养保健品。酸奶按形态分为：凝固型酸奶和搅拌型酸奶。乳酸菌在乳中生长繁殖，发酵分解乳糖产生乳酸等有机酸，导致乳的 pH 值下降，使

3、乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集，我们把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。在此我们探讨了凝固型酸奶的生产技术，其产品酸味纯正，口感滑腻，具有良好咀嚼感，市场反映良好，前景广阔。发酵酸奶乳酸菌的种类较多，常用的有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)、植物乳杆菌(L. plantarum)、乳酸乳杆菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)等1。近年来，随着对双歧乳酸杆菌在营养保健方面作用的认识，

4、人们便将其引入酸奶制造，使传统的单株发酵，变为双株或三株共生发酵。双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺，称共同发酵法。另一种是将两歧双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养，利用酵母在生长过程中的呼吸作用，以生物法耗氧，创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖、产酸代谢的厌氧环境，称为共生发酵法。酸奶的益处有： 1.是能将牛奶中的乳糖和蛋白质分解，使人体更易消化和吸收； 2.是酸奶有促进胃液分泌、提高食欲、加强消化的功效； 3.是乳酸菌能减少某些致癌物质的产生，因而有防癌作用； 4.是能抑制肠道内腐败菌的繁殖，并减弱腐败菌在肠道

5、内产生的毒素； 5.是有降低胆固醇的作用，特别适宜高血脂的人饮用。酸奶除了营养丰富外，还含有乳酸菌，所以具有保健作用。这些作用是： 1.维护肠道菌群生态平衡，形成生物屏障，抑制有害菌对肠道的入侵； 2.通过产生大量的短链脂肪酸促进肠道蠕动及菌体大量生长改变渗透压而防止便秘； 3.酸奶含有多种酶，促进消化吸收； 4.通过抑制腐生菌在肠道的生长，抑制了腐败所产生的毒素，使肝脏和大脑免受这些毒素的危害，防止衰老； 5.通过抑制腐生菌和某些菌在肠道的生长。从而也抑制了这些菌所产生的致癌因子，达到防癌的目的； 6.提高人体免疫功能，乳酸菌可以产生一些增强免疫功能的物质，可以提高人体免疫，防止疾病。18配

6、方设计及工艺流程论证第二章 配方设计及工艺流程论证2.1配方2.1.1混合料的标准：乳脂肪 3.0% 砂糖 5.0% 全乳固体 11.5 水 余量2.1.2.凝固型型酸奶的配方：鲜 奶 86% 砂 糖 4%工作发酵剂    2.4% 稳定剂  0.6%蛋白糖LS-50  0.04% 脱脂奶粉   6.96% 3.验算：脂肪：86%×0.035=3.01%；非脂乳固体：86%×0.085+0.04%+2.4%+6.96%=16.71%；砂糖：4%；稳定剂：0.6%；发酵剂：2.4%2.2流程图 标准化过滤原

7、料乳 HDZ-2007凝固型酸奶稳定剂调配预热(60)均质(1520MPa) 蔗糖6%、蛋白糖LS-50 脱气 适量维生素C 杀菌(90，5min) 冷却(6左右) 发酵(40，3h)灌装接种冷却(40)             成品、冷藏(15)     两歧双歧杆菌6%、嗜热链球菌3%2.3工艺要点2.3.1原料乳的质量要求原料乳质量比一般乳制品原料乳要求高。除按规定验收合格外，还必须满足以下要求：原料乳(或乳粉)色泽呈乳白色或微黄色，气味芳香，无异味。总乳固体不低于11.5%，非脂乳固体大

8、于8%。细菌污染乳、含抗生素或含杀菌剂乳均不得使用。不得使用患乳房炎乳牛的乳，否则会影响酸奶的风味和蛋白质的凝胶力。2.3.2原料乳的净化原料乳中可能含有细胞类物质(如上皮细胞和白细胞等)，其中一些是牛乳中所固有的，也有一些是挤奶过程中牛乳受污染而带进牛奶中的，同时被带进生奶中的还有稻草，叶子，头发，泥土和种子等污染物。为了保证产品获得良好的最终质量，酸乳制作中第一步就是要除去这些污染物质。有很多方法可以除去这些杂质其中最广泛应用的就是过滤。利用的特别设计的离心机(即净乳机)除去牛乳中的白细胞和其他肉眼可见的异物。2.3.3原料乳的标准化不同种类或不同地方的牛奶所产生牛乳在成分上差别很大，及时

9、是同一头牛需哦产的牛乳，其化学成分在哺乳期间也会因为其他一些不可避免的影响因素(如哺乳期的不同阶段、奶牛的年龄、挤奶的间隔和效率、季节和环境的温度变化、奶牛饲养的方式、奶牛的营养、奶牛患乳房炎等疾病等)会出现波动。为了弥补这些固有牛锐成分上的波动，生奶必须先经过标准化或特定成分的强化才能作为原料来制作酸乳。这个标准化的过程包括脂肪和非脂乳固体的标准化，尤其是蛋白质的含量将直接关系到产品的黏度和质地，所以非脂乳固体的标准化非常重要。原料乳经过标准化的最终目的就是在食品法规允许的范围内，根据所需乳酸成品的质量特征要求，对牛乳的化学组成加以校正，保证各批产品质量稳定一致。2.3.4配料为了让酸乳在质

10、地、口感和功能性方面满足消费者的要求，通常需要加入一定量的添加剂。稳定剂和甜味剂一定都是在发酵前添加；如果是果料酸乳，则需要在发酵后添加果料。2.3.5、杀菌冷却杀菌目的是杀死原料乳中绝大部分杂菌及所有致病菌，确保乳酸菌的正常生长和繁殖；钝化原料乳中对发酵菌有抑制作用的天然抑制物；使牛乳中的乳清蛋白变性，以达到改善组织状态，提高黏稠度和防止成品乳清析出。杀菌的方法是将原料乳加热到90，保持5 min(若是混合物，需保持5 min10 min)；85，保持30 min；95，保持5 min10 min；118135，保持3 s5 s。杀菌后基液冷却到45左右。2.3.6、接种杀菌后的乳应马上降温

11、到45左右，以便接种发酵剂。接种量根据菌种活力、发酵方法、生产时间的安排和混合菌种配比而定。生产发酵剂为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，比例为1：1或2：1，一般接种量为2.5%5%(在无菌室操作)。加入的发酵剂应事先在无菌操作条件下搅拌成均匀细腻的状态，不应有大凝块，以免影响成品质量。2.3.7、灌装采用无菌玻璃瓶或利乐装，接种后搅拌5 min，使发酵剂均匀分布于乳中，后采用全自动无菌灌装、半自动罐装或手工灌装。手工灌装时间不能超过1.5 h，否则就有可能引起牛乳凝固，导致乳清析出。产品上部空隙尽可能小，不要把包装材料弄湿。避免空气污染，保持室内处于无菌状态。用塑料瓶灌装时，封盖要严，以免受到霉

12、菌和酵母菌污染。2.3.8、调味、包装香精可以在牛乳包装以前连续地按比例加入。如果需要添加带颗粒的果料或添加剂，应在灌装接种的牛乳以前先定量地加到包装容器中，然后必须注意，低pH的添加剂会对发酵产生影响。2.3.9、发酵灌装封盖后迅速送入发酵室，4143温度下发酵2.5 h4 h，达到凝固状态可终止发酵，即酸度达到65°T70°T停止加热、pH值低于4.6、表面出现少量水痕、奶变黏稠。发酵应注意避免震动，否则会影响组织状态；发酵温度应恒定，避免忽高忽低；掌握好发酵时间，防止酸度不够或过度以及乳清析出。2.3.10、冷却冷却能够迅速有效地抑制乳酸菌生长，降低酶活性，防止产酸过

13、度，延长酸奶保存期限。冷却方法有二：直接冷却法。到发酵终点，立即将酸奶放入26冷库中(或立即切断电源)。预冷却法。到发酵终点，使温度分阶段慢慢下降，即42453538192010205，5是霉菌和酵母菌生长的下限温度。冷却过程中要轻拿轻放，防止震动。酸奶对机械震动十分敏感，组织状态一旦破坏，很难恢复。2.3.11、冷藏和后熟酸奶须在26条件下存放12 h，这样可促进芳香物质产生，增加酸奶制品黏稠度。2.3.12、成品出厂凝固型酸奶成品呈现出胶体状，白色不透明，组织光滑柔软，有独特的发酵乳香味，酸甜适度。第三章 物料衡算第三章 物料衡算3.1物料衡算表3-1酸奶生产基础数据项目名称百分比(%)项

14、目名称百分比(%)定 额 指 标原料利用率98.0原料配比原料乳85.3脱脂乳6.96原料乳含脂率3.5酸奶损失率冷却损失5.0非脂乳含量8.5发酵损失1.6产品含脂率3.0过滤损失1.6产品非含脂率8.5装瓶损失3.0日处理20吨鲜奶凝固型酸奶，物料衡算如下：原料乳质量： M=20(t)原料乳有效量： M原=20t98%=19.60(t)配料后总质量： M总=19.6086%=22.79(t)脱脂乳粉用量： M脱=22.796.96%=1.59(t)白砂糖用量： M糖=22.794%=0.91(t)蛋白糖用量： M蛋=22.790.04%=9.1(kg)工作发酵剂用量：M酵=22.792.4

15、%=0.55(t)稳定剂用量： M稳=22.790.6%=0.137(t)各损失过程后余量：过滤损失余量： M1=(22.79-0.55)98.4%=21.88(t)冷却损失余量： M2=21.8895%=20.79(t)灌装损失余量： M3=(20.79+0.55)97%=20.69(t)发酵损失余量： M4=20.6998.4%=20.36(t)注：本工艺流程一天计8h。第四章 能量衡算第四章 能量衡算工艺流程中温度的变化如：(5 度) (60度) (90度) (40度) (6度)原料 预热 杀菌5min 冷却发酵 冷却4.1耗热衡算4.1.1预热耗热量Q1 (1)标准化乳的温度为5，预热

16、至60时：原料乳的比热容 kJ/(kg·k) 脱脂乳的比热容 kJ/(kg·k)蔗糖的比热容 kJ/(kg·k)kJ/(kg·k)注：此阶段物料中由于其他物质较少，故计算比热容时仅考虑原料乳、脱脂乳粉和蔗糖。 kJ(2)预热的热损失升温过程中消耗的热损失约为升温耗热量的10% kJ4.1.2杀菌时的热量Q21乳从60升至9060时 原料乳的比热容 kJ/(kg·k)脱脂乳的比热容 kJ/(kg·k)蔗糖的比热容 kJ/(kg·k) kJ/(kg·k) (kJ) 2杀菌中蒸汽带出的热量杀菌时间为5min，蒸发量为每小

17、时3%，则杀菌蒸发水分量为： (kg)已知100水的汽化潜热kJ/kg故90时的汽化潜热 (kJ/kg)蒸发热量 (kJ)(3)热损失=1.1(2535017+122197)=29229935(kJ)总=Q1+Q2=5112284+2922935=8035219(kJ)4.2耗冷量的计算通常发酵工厂的耗冷量分为工艺耗冷量()和非工艺耗冷量()，而工耗冷量又包含了发酵培养基和发酵罐体的冷却降温耗冷，生物反应放热(发酵热)的除去等；非工艺耗冷量则包括结构耗冷量，用电设备运转散热耗冷量等。具体的计算公式4.2.1杀菌后乳冷却耗冷量Q1杀菌后的乳的温度 9040 冷却水 802560液体比热容：kJ/

18、(kg·k) 处理量：M1=21.88t则耗冷量为：(kJ)相应的冷冻介质(0的水)耗量为：(kg)4.2.2发酵耗冷量Q21发酵期间发酵放热Q2，假定发酵乳固形物均为乳糖、蔗糖，而它们的发酵放热量为18000kJ/t·h，设发酵度为60%则1kg发酵乳每小时放热量为： (kJ/kg.h)根据物料衡算此时发酵乳 余量为M3=20.69t，则主发酵时间为3h的总发酵热 (kJ) 2发酵后期发酵液发酵降温耗冷Q2主发酵后期，产品余量为：M4=20.36t发酵乳温度从40降至6。降温耗冷量为： (kJ)故，发酵耗冷 (kJ)4.2.3非工艺耗冷量Qut因发酵主要在发酵室进行，故主

19、要非工艺耗冷量主要为发酵室的冷量散失Q3，按经验选取，通常Q3=12%Qt发酵室=12%×670356=80443(kJ)冷却室=12%×2673431=320812(kJ)所以得发酵室：Qf=+=670356+80443=750799(kJ)冷却室：Ql=+=2673431+320812=2994243(kJ)故总耗冷量Q=Q1+Qf+Ql=422503+750799+2994243=8167545(kJ) 第五章 设备选型第五章 设备选型5.1设备选型5.1.1双联过滤器  双联过滤器是一种由两台不锈钢袋式过滤器并联而成，具有结构新颖合理、密封性好、流通能力强

20、、可以连续工作，操作简便等诸多优点，应用范围广泛、适应性强的多用途过滤设备。尤其是滤袋侧漏机率小，能准确地保证过滤精度，并能快捷地更换滤袋，过滤基本无物料消耗，使得操作成本降低。表5-1 ZH-1P2S型双联过滤器技术参数型号流入方式过滤面积(m2)最大流量(m3/h)工作压力(Mpa)标准进出口公司ZH-1P2S侧入底出0.5401.02-3"法兰海宁市正浩过滤设备有限公司5.1.2离心泵本工艺流程中要求连续化操作，且流量要求为2.7m3/h，而扬程不大，而工业生产中往往要求离心泵输送能力高于实际需要，故选用离上海上诚泵阀制造有限公司的25FB-16A型离心泵。表5-225FB-1

21、6A型离心泵技术参数型    号流量(m3/h)扬程(m)转速 (r/min)效率 (%)轴功率 (KW) 配用功率 (KW)汽蚀余量 (m)公司25FB-16A3.2712.52900340.340.754.0上海沪联电磁泵阀厂5.1.3立式贮奶罐选用4个浙江瓯海县天河轻工设备阀门厂RP2J2-5000(5t)立式贮奶罐容量(L)： 5000最大容积5800L。5.1.4水粉混合机ZHL系列配料乳化机是一种高效稳定的在线固液混合设备。在原料乳标准化过程中，通过此设备将脱脂乳粉加入原料。根据产能选用上海瑞派机械有限公司的ZHL-I-6型线配料乳化机。表5-3 ZH

22、L-I-6型水粉混合机技术参数型号处理能力(t/h) 电机功率 剪切泵转速(r/min)公司ZHL-I-60.3-35.52800/1400上海瑞派机械有限公司5.1.5原料罐生产过程中涉及多个罐体，虽使用方式不同，但所需功能及结构基本相似，故本车间各原料罐、配料罐、缓冲罐等均选用上海瑞派机械有限公司的BVZ系列框式搅拌保温罐。表5-4 BVZ-600型原料罐技术参数型 号公称容积(L)外径(D)总高(H)进出口径电机功率(kw)搅拌转速(转/分)公司BVZ-60060010002400380.75变频器无级变速。上海瑞派机械有限公司5.1.6板式热交换器板式热交换器是一种新型高效的换热设备，

23、它具有传热效率高，结构紧凑.占地面积小，安装，维修，组合方便等特点。传热机理 ：板式热交换器传热机理是根据传热机理是根据热力学定律， “热量总是由高温物体自发地传向低温物体，两种流体存在温度差，就必然有热量进行传递”， 两种存在温度差的流体在受迫对流传热过程中，由于热传递板表面采用瓦楞波结构优化设计，其热交换率达到92%，即使流体流速在雷诺准数值以下，流体在板片之间的运动亦呈三维运动，促使流体形成剧烈紊动，减少边界层热阻强化传热效率。1预热时换热面积计算预热前后的乳的温度 560 加热蒸汽 9875由4.1.1可得： kJWK2散热器换热面积计算 杀菌后的乳的温度 9040 冷却水 8025由

24、4.2.1可得：(kJ)WK注：本换热器换热系数K设为700W/(m2·K)5.1.7均质机在强力的机械作用下16.720.6MPa将乳中大的脂肪球破碎成小的脂肪球。使之均匀一致地分散在乳中，可有效防止脂肪球上浮。一般均质前需要进行预热。根据生产需要我们选取了上海瑞派机械有限公司GJ-3-25型均质机。表5-5 GJ-3-25型均质机技术参数型号额定流量(m3/h)额定压力(Mpa)进料口径(mm)均质出料口径(mm)电动机率 (kw)外形尺寸(长×宽×高mm)重量(kg)GJ-3-253255025301500×1000×125013005.

25、1.8脱气机脱气机又叫脱气罐，通常用来对果汁、牛奶进行真空脱气。经过脱气可以同时去除悬浮微粒上附着的气体，防止微粒上浮，改善产品外观；减少高温灭菌和灌装时起泡，改善杀菌效果，减少容器内部的腐蚀。生产液体奶或含乳饮料也经常进行脱气。一般真空脱气是在均质后进行，有时也在灌装前脱气。根据生产需要选取上海瑞派机械有限公司的ZT-3型真空脱气机。表5-6ZT-3型真空脱气机技术参数型号工作能力功率重量公司ZT-33000L/H6.2kw450kg上海瑞派机械有限公司5.1.9杀菌机管式杀菌机可用来对各种乳品、果汁、饮料、糖浆、酱油、酒类、醋类、药液进行热处理，与其它种类的杀菌机相比有如下优点：热效率高，

26、物料加热后，90的热能可以回收。根据生产需要选取杭州圣亚机械有限公司的TG-UHT-CH-3SJ式列管式灭菌杀菌机。表5-7 TG-UHT-CH-3SJ式列管式灭菌杀菌机技术参数型号规格能力(t/h)蒸汽能耗 (kg/h)蒸汽压力(bar)电功率(kw)外形尺寸(l*w*h)重量(kg)公司TG-UHT-CH-3SJ33606.03.74.5*1.8*2.01900杭州圣亚机械有限公司5.1.10发酵剂罐其用途：适用于酸奶及乳酸菌饮料母液发酵、酿造、佐料、制药、化工及真菌培植，其作用可加热、保温及冷却，为全封闭卫生型发酵专用设备。特性：材料均采用进口304、1cr18Ni9Ti组成。本设备具有

27、节能、消声、耐腐蚀、生产力强，清洗和操作方便等优点，根据产能我们选取中国常州食品机械制造厂500L发酵罐。表5-8 500L发酵剂罐技术参数公称容积转速(rmin)工作压力试验压力电机功率(KW)使用温度公司500L360.150.300.75100中国常州食品机械制造厂5.1.11灌装机根据需要我们选取了济南迅捷机械设备有限公司RG6T-6G型液体灌装机。该机有六个灌装头，由六个气缸驱动、灌装物料；采用德国FESTO、台湾AirTac的气动组件和台湾台达的电控部件，性能稳定；物料接触部分均采用316L不锈钢材料制成；灌装机采用韩国光眼装置，台湾PLC、触摸屏、变频器及法国电器元件。表5-9 RG6T-6G型灌装机技术参数型号灌装速度灌装精度功 率 灌装类型公司RG6T-6G型60-100瓶/分±1500W500g/瓶济南迅捷机械设备有限公司5.2 凝固型酸奶主要生产设备一览表 表5-10 凝固型酸奶型酸奶主要生产设备一览表设备名称型号生产能力生产厂家台数(台)双联过滤器ZH-1P2S40(m3/h)海宁市正浩过滤设备有限公司1离心泵25FB-16A3.27(m3/h)上海沪联电磁泵阀厂5贮奶罐QZWG02型5000L