年产3000吨酸奶发酵罐设计

1、it 1 f ftHUAIIHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY食品机械与设备课程设计年产3000吨搅拌型酸乳发酵罐设计学院：海洋学院专业班级：食品科学与工程 食品102学生姓名：学号：指导教师：2012 年 9 月 20 日正文要求： 小四号字，宋体 行间距20磅1 前言 酸乳即酸奶，是在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳）的乳中（杀菌乳或浓 缩乳），是利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌等微生物对乳的乳酸发酵作用而得 到的凝乳状产品。 酸乳能促进人体消化呼吸， 提高人的免疫力， 长期饮用即可保 证钙质的需求，又可健肠胃，调节人体代谢，提高人的抗病能力， 使人健康长寿， 对儿童、老年

2、人尤佳。 乳酸菌的协同发酵作用不仅能使酸奶独具风味 , 适口性强 , 而且具有改善胃肠功能 , 促进钙、磷吸收的作用 , 在增强人类体质与营养健康方 面起到食疗兼收的作用。 随着生活水平的提高， 人们对保健、 营养食品的追求已 成为现代生活中的主流， 这种追求已反映在人们对食品种类的选择上。 在我国“酸 奶”以它特有的营养价值和风味越来越受到广大消费者的钟爱。通过选择年产 3000 吨搅拌型酸奶发酵罐的食品机械与设备课程设计题目，会让大家对食品机 械与设备课程有更深的了解和学习，锻炼该课程设计能力。1.1 酸乳的分类（中国农业推广网）（1）按成品的组织状态分类 凝固型酸乳： 其发酵过程在包装容

3、器中进行， 从而使成品因发酵而保留其凝乳 状态。 搅拌型酸乳：发酵后的酸乳在灌装前搅拌呈黏稠状组织状态。（2）按成品的口味分类 天然纯酸乳不含任何辅料和添加剂，产品只由原料乳和菌种发酵而成。 加糖酸乳产品由原料乳和糖加入菌种发酵而成。 糖的添加量一般为6%7%。 调味酸乳在天然酸乳或加糖酸乳中加入香料而成。 酸乳容器的底部加有果酱的 酸乳称为圣代酸乳。 果料酸乳成品是由天然酸乳与糖、果料混合而成。 复合型或营养健康型酸乳通常在酸乳中强化不同的营养素 （维生素、食用纤维 素等）或在酸乳中混入不同的辅料 （如谷物、干果、菇类、蔬菜汁等 ）而成。这种酸 乳在西方国家非常流行，人们常在早餐中食用。 疗

4、效酸乳包括低乳糖酸乳、低热量酸乳、维生素酸乳或蛋白质强化酸乳。（ 3）按发酵的加工工艺分类 浓缩酸乳将正常酸乳中的部分乳清除去而得到的浓缩产品。 因其除去乳清的方 式与加工干酪的方式类似，有人也叫它酸乳干酪。 冷冻酸乳在酸乳中加入果料、 增稠剂或乳化剂，并进行冷冻处理而得到的产品。 充气酸乳发酵后在酸乳中加入稳定剂和起泡剂 （通常是碳酸盐 ），经过均质处理 即得这类产品。这类产品通常是以充二氧化碳的酸乳饮料形式存在。 酸乳粉使用冷冻干燥法或喷雾干燥法将酸乳中约 95%的水分除去而制成酸乳 粉。1.2 酸乳的生产特点 酸奶作为供人类饮用的奶制品， 在生产过程中必须做到对每一步进行严格的 质量控制

5、。控制酸奶质量，关键步骤在于标准化和混料过程、热处理杀菌过程、 均质过程、接种和发酵过程、冷却过程、灌装过程以及贮藏和运输过程。一般的搅拌型酸奶，在存放一段时间（一般 4 天，甚至更短）后会出现乳清析 出现象，或是使酸奶失去原有的风味。因此，将酸奶通过冷风通道迅速冷却至 10C以下后，应将其存放在46C之间的冷库中贮藏，并在相同温度下运输，以 防止因温度骤变影响产品的质量。1.3 酸乳的营养保健作用1.3.1 酸乳的营养价值经过发酵后， 牛奶中的蛋白质被乳酸菌部分消化， 其消化吸收率极高， 甚至 较大的婴儿也能放心食用酸奶。 每天喝 1 杯酸奶，可为人体提供 6克优质蛋白质， 相当于一个鸡蛋。

6、酸奶中的脂肪含量在 0.5%3%之间，每天喝一杯酸奶不会提高胆固醇和血 脂。经过乳酸菌的作用，牛奶中的脂肪球更为细小，更易于小肠吸收。经过发酵 之后，还使牛奶中本来存在的抗癌物质共轭亚油酸含量增加， 从而提高了保健价 值。此外，牛奶中原来含有 4.6%左右的乳糖，在制作酸奶的发酵过程中部分变 成乳酸和其他有机酸，减少了“乳糖不耐”的发生；而且乳酸菌本身也会产生大 量的“乳糖酶”帮助人体消化乳糖。因此，即使喝牛奶出现胀肚腹泻的人也可以 毫无顾忌地喝酸奶。乳酸菌消化乳糖之后，形成了大量的乳酸。乳酸是一种对健康有益的成分， 它不仅赋予酸奶以清爽的酸味， 帮助酸奶形成细嫩的凝乳， 还能抑制有害微生物

7、的繁殖，促进胃肠蠕动和消化液的分泌， 提高多种矿物质的吸收率， 是酸奶健康 作用的重要组成部分。牛奶本身就是B族维生素的宝库，乳酸发酵之后，B族维生素的含量有所提 高，特别是维生素B12。同时，牛奶中的钙、磷溶解度也提高，吸收率大大改善。 实验证明， 酸奶是天然食品中钙吸收率最高的一种。 每天喝一杯 （250毫升）酸奶， 就能有助于改善膳食钙缺乏的问题。1.3.2 酸乳的保健作用 一是调整肠道菌群，抑制有害菌，促进消化吸收，改善胃肠道功能。每天喝1-2 杯酸奶，坚持几个月之后，可使消化吸收功能明显改善，便秘和腹泻等问题 得到有效缓解，胃胀腹胀等不适感觉也渐渐消失。二是改善乳糖不耐症， 提高对乳

8、制品的适应能力。 酸奶中的乳酸菌可以分泌 出“乳糖酶”，帮助人体消化乳制品中的乳糖，诱导人体肠道产生乳糖酶。经常 喝酸奶，可以提高对乳制品的消化能力， 渐渐适应牛奶、 冰淇淋等其他含奶食品。三是提高钙、 铁等矿物质的吸收率。 酸奶中含有促进矿物质吸收的乳酸， 还 有蛋白质分解产生的 CPP 等肽类物质，可以有效提高钙、磷、铁、锌等矿物质 的吸收率。 尤其是对于矿物质吸收能力较差的老年人来说， 酸奶是极好的营养食 品。四是提高肠道免疫功能， 防治肠道感染。 人体和动物实验都证明， 在摄入酸 奶之后，对各种肠道致病菌和病毒的抵抗能力明显增强， 腹泻发病率低， 症状轻， 恢复快。甚至有些国家已经开发

9、出“旅行者用酸奶” ，专门用于预防肠道疾病。五是激活免疫系统功能，提高巨噬细胞的吞噬能力和 T 细胞功能。国内外 研究都证明， 摄入酸奶可以激活全身的免疫系统功能， 并提高人体对各种逆境的 抵抗能力，并有抑制肿瘤的作用。六是降低血清胆固醇。 摄入酸奶不仅不会升高血清甘油三酯和血胆固醇， 反 而具有降低血脂的作用。 这种作用一方面来自其中的乳酸菌及其菌体碎片， 另一 方面来自酸奶中所含的蛋白质类成分。七是减轻辐射损伤， 抑制辐射后淋巴细胞数目下降。 实验证明， 摄入酸奶之 后的小鼠受到辐射值后身体耐受力更强，免疫系统的破坏较轻。 n/GB/26466/104366/104381/6689985.

10、html 中国农业大学 食品学院 范志红副教授1.4 酸乳的发展史及市场分析1.4.1 酸乳的发展历史及现状 公元前 200 年，印度、埃及和古希腊人等己掌握了酸奶的手工制作方 的居民来说，这种发酵乳制品被认可。在我国古代的齐民要术中也有关 20世纪初，俄国科学家伊科夫提出了酸奶有益长寿。从此酸奶逐渐引起 到第二次世界大战，西班牙的一位商人将酸奶由当作药品出售转型为酸奶 口感风味逐渐被人们所接受。尽管欧洲近邻中东，但酸乳并没有因此收到 20 世纪 50 年代，瑞士的酸奶生产取得突破性发展，即引进了果味调味型 从那时起，酸奶的消费量明显上升，人们对酸奶的认可可能有以下原因 :(1) 健全的市场和

11、好的广告运作提高了产品的形象，促进了消费 ；(2) 低脂酸乳迎合了人们追求苗条体形的心理 ;(3) 西欧和北美地区人们偏爱甜食，因此在这些地区甜酸乳更受欢迎(4) 酸乳被当作方便的甜食而不是正餐食物 ；(5) 一些酸乳厂广告针对不同人群设计，效果颇佳 ；（6）正在进行的持续研究和开发促进了酸乳制品的创新，使之为更多国外酸乳市场情况在欧美及其他发达国家，乳品是人们摄取动物蛋白的最主要食品之人均消费量约为300k留年。根据FAO的统计数据：2000年世界的人均乳品消 年，亚洲人均乳品消费量（不包括中国）约为40k岁年，日本、韩国、中 度的人均消费量均已超过60k留年。世界乳品的需求每年按2%的速度

12、在增 增长率大约是1%,而酸乳的增长速度超过5%,从全世界范围来看，酸奶 乳制品，每年乳制品的新品种中有约 7%是酸奶，每年约有近千种酸奶新 国内酸乳市场状况尽管目前我国的乳业市场不断扩大，乳品消费观念在不断提高，但我不足20kg的消费量与世界人均1OOkg、发达国家人均140kg的消费量相比 中国的乳品消费在整体上并没有进入完全理性的轨道。由于营养知识的欠 解乳品对改善营养、平衡膳食、补钙和增强体质的重要作用，包括对酸乳 因而市场占有率也不太高，不过随着人们对酸乳营养价值的认识， 人们对酸乳选 择率也相应提高，20世纪80年代初，北京率先开始商业化生产，只用了 8年时 间，酸奶产量就增加了近

13、30倍。有关统计显示，近年我国酸奶产量逐年增加， 2003年全国总产量近23万吨，产销量增长速度高达40%以上。虽然目前酸奶在 我国乳制品总量中的比重不大，但其产销量增长速度不断加快，大大超过纯奶的 增长率。目前，酸奶生产已成为我国液态奶中除巴氏杀菌乳外增加最快的乳制品 之一，酸奶在我国大中城市已经相当普及。1.5酸乳的发展前景酸奶作为功能性食品的代表产品，正日益显示出其明显的优势。根据市场信 息专家和国外专家对21世纪奶业发展趋势的预测，高品质、健康、方便、嗜 好是酸奶市场的发展趋势。酸奶是在多学科和新技术的渗透及融合中发展起来 的，今后也必将吸取一切新技术，特别是微生物分子生物学、食品材料

14、学、预防 医学、药膳学、电子学、计算机信息技术、基因技术、纳米技术等新技术、使酸 奶产品成为人们日常生活中不可缺少的美味食品，并使酸奶为提高机体免疫力、 增强机体活力和健康做出更大贡献。2工艺流程原料乳 f 净乳f 标准化（脂肪标准化）f 配料（强化乳固体，添加糖、稳定剂）' f 预热 （5060 C） f 均质 T5.020.0Mpa） f杀菌（85 C 30min;90 95C /5 10min;118 120C /3 5s） f 冷去却（4245 C ） t 接种发酵剂（23%） 培养罐发酵（4243C, 2.54h）|搅拌（添加果料或果酱）f 冷却（迅速至2030 C ）罐装冷

15、藏（04C）后熟保持冷链3操作要点3.1原料乳的选择各种哺乳动物的乳都可用于生产酸奶， 但是各种原料乳都应满足以下条件： 酸度 不高于18° T;杂菌数不超过50万个/毫升；总干物质含量不低于11%;具有新 鲜乳的滋味和气味，不得有外来异味；不含抗生素和农药；不得使用乳腺炎乳。生产酸奶的原料奶也可用奶粉经复原调制而成。为保证产品的良好发酵，原料奶 中绝不能含有抗生素。因此在生产前，原料奶经发酵试验短期发酵凝固良好者, 方可使用；如加入稳定剂，需先溶解。3.2原料乳的预处理原料乳的预处理包括原料乳的收取、处理和贮存，乳脂肪的标准化及强化乳固体。 在收取过程中，原料乳中可能含有细胞物质如

16、上皮细胞和白细胞，也可能混入麦草、树叶、头发、泥土等杂质。原料乳的最初处理就是除去这些杂质保证最终产 品的质量。标准化的目的是在食品法规允许的范围内，根据所需酸奶成品的质量特征要求， 对原料乳的化学组成进行改善，从而使其可能存有的不足的化学组成得以校正， 保证各批成品质量稳定一致。标准化的方法主要有：1）、直接加混原料组成。2）、 浓缩原料乳。3）、重组原料乳（复原乳）。现采用第一种方法，通过直接在原料 乳中直接加混全脂或脱脂乳粉或强化原料乳中某一乳的组分（如乳清粉、酪蛋白粉、奶油、浓缩乳等）来达到原料乳标准化的目的。3.3预热、均质、杀菌和冷却1）预热 物料通过泵进入杀菌设备，预热至 55-

17、65C，再送入均质机。2）均质 物料通过均质机在压力下均质，均质后回到杀菌器中。3）杀菌 经均质后的物料在杀菌器内继续升温并保持一定时间。 杀菌目的：a杀灭物料中的致病菌和有害微生物，以保证食用安全。b、为发酵剂的菌种创造一个杂菌少、有利于生长繁殖的外部条件。c、提高乳蛋白质的水合力。杀菌条件：时间温度厂C加工过程说 明30mi n15s6572巴氏杀菌低温长时间 高温短时（HTST）约破坏99%的微生物生长细胞4s115低温UHT几乎杀死所有包括芽抱在内的微生物16s135长时间UHT几乎杀死所有包括芽抱在内的微生物1-2s140UHT几乎杀死所有包括芽抱在内的微生物4）冷却 杀菌后的物料，

18、经杀菌器的预热段热交换，再在冷却段冷却至45C左右。3.4接种发酵剂所谓接种，就是在物料基液进入发酵罐的过程中，通过计量泵将工作发酵剂 连续地添加到物料基液中，或将工作发酵剂直接添加到物料中，搅拌混合均匀。1）接种量最适接种量：最适接种量是按 2%-3%的比例。2）接种方法 接种前的搅拌：接种之前，将发酵剂进行充分搅拌，目的是使菌体从凝乳 快中游离分散出来，所以要搅拌到使凝乳完全破坏的程度。 发酵剂的添加：目前多是用特殊装置在密闭系统中以机械方式自动进行发酵剂的添加。近年来，也有的酸奶加工厂采用直接入槽式冷冻干燥颗粒状发酵剂， 只需按规定的比例将这种发酵剂散入发酵罐中，或散入工作发酵剂发酵罐中

19、扩大培养一次，即可用作工作发酵剂。3.5发酵用保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的混合发酵剂发酵时，温度保持41-42C,培养时间3-4小时（2%-3%的接种量）。如用乳酸链球菌作为发酵剂，培养温度为 30-33C，时间为10h左右，达到凝固状态时即可终止发酵。发酵时应避免振动，否则会影响组织状态；发酵温度应恒定；掌握好发酵时 间，防止酸度不够或过度以及乳清析出。发酵点可按以下方法判断： 滴定酸度达到70° T以上；pH低于4.6; 乳变粘稠，凝固； 表面出现少量水痕3.6冷却、搅拌搅拌型酸奶冷却的目的是快速抑制细菌的生长和酶的活性，以防止产酸过度 及搅拌时缺水，降低和稳定脂肪上浮和乳清析出

20、的速度。 酸奶完全凝固时开始冷 却。冷却温度的高低根据需要而定。冷却温度会影响灌装充填期间的酸度变化。 为避免泵对酸乳凝乳组织的影响，冷却之后在往包装机输送时，应利用重力而不 使用容积泵。凝乳的破坏：1)破坏依据：破坏凝乳是一个物理过程，在搅拌型酸乳中，凝乳粒子的直 径是0.01-0.4mm,如果对凝乳施加的机械搅拌应力过于激烈，不仅会降低酸乳 的粘度，而且会出现分层现象。 如果对凝乳搅拌得当， 不仅不出现乳清分离和分 层现象,而且凝乳变得很稳定,其保水性大大增强。 (凝乳的保水能力是凝乳微 粒的表面积与凝乳微粒的重量之比决定的,这个比值越大,粘度越大。 ) 2)破坏方法：搅拌法是破坏凝乳最常

21、用的方法,包括机械搅拌和手工搅拌。 手工搅拌只适用于小批量和小规模制作。3.7 灌装生产搅拌型酸乳时的灌装工艺条件受包装材料、 产品特征和食用方法的限定。 包装材料必须对人体无害、 具有稳定的化学性质、 良好的密封性和对产品有效的 保护性能(防光性、抗挤压性、抗热变性) 。3.8 冷藏与后熟为了把酸乳中酶的变化和其他生物化学变化抑制到最小限度，最好在 0C或 再低一点的温度下进行冷藏。 为进一步促进芳香物质的产生和改善粘稠度, 应将 灌装好的酸奶冷藏12-24h进行后熟。4.物料衡算年产 3000t 搅拌型酸奶净乳处理损失率以 0.1%计配料: 以加糖为乳含量的 5%、稳定剂 0.02%计过滤

22、损失：以 0.05%计均质损失：以 0.1%计杀菌损失：以 1%计接种发酵剂：以加发酵剂为乳含量的 2.5%计总管道损失率：以 0.1%计罐装损失率：以 0.05%计以一年 300 天，每天工作 8h 计，应以 1250kg/h 的工作量进行生产。因 此，以 1250kg/h 作物料衡算，设原料乳用量为 W(kg/h )则：W(1-0.1%)(1+5.02%) ( 1-12% ) (1-0.05%)(1-0.1%)(1-1%)(1+2.5%) (1-0.1%)(1-0.05%)=1250-196.61 解得 W=1141.43(kg/h)取罐装损失率为 0.05%则罐装前的物料量为1250(

23、1-0.05%) =1250.63kg/h取总管道损失率为 0.1%则搅拌前的物料量为1250.63 -(1-0.1%) =1251.88 kg添加发酵剂为乳含量的 2.5%则冷却前物料为 1251.88 -(1+2.5%) =1221.34 kg杀菌损失率为 1%则杀菌前物料量为1221.34 -( 1-1%) =1233.68 kg均质损失率为 0.1%则均质前物料量为 1233.68 -( 1-0.1%) =1234.92 kg过滤损失率为 0.05%则过滤前物料量为 1234.92 -( 1-0.05%) =1235.53 kg浓缩损失率为 12%则浓缩前物料量为 1235.53 -

24、(1-12%)=1404.01 kg添加蔗糖 5%，稳定剂 0.02%，则添加配料前的物料量为 1404.01 -( 1+5.02%) =1336.90 kg标准化：食用的原料鲜乳是脂肪含量为 3.5%的原料乳。标准化时使用的脱脂奶 粉含脂量 0.1%，标准化后乳脂含量是 3.0%，酸乳的平均密度为 1.2g/ml 。设标 准化前原料乳的量为x，添加脱脂乳的量为y，标准化后原料量为1336.90kg,即x+y=1336.90,3.5x+0.1y=3*(x+y)解得 x=1140.29y=196.61因此，要添加含脂量 0.1%的脱脂奶粉 196.61kg取净 乳损失率为 0.1%则净 乳前的物

25、料量为1140.29 -(1-0.1%) =1141.43kg所以需提供原料乳 1141.43kg/h原 料 乳( 1141.43kg/h)净 乳( 1141.43kg/h )J -0.1%标准化( 1140.29kg/h )J添加脱脂乳196.61 kg/h配料( 1336.90 kg/h )配料添加蔗糖+5%添加稳定剂+0.02%浓缩( 1404.01 kg/h )J -12%过滤( 1235.53 kg/h )J -0.05%均质(1234.92kg/h)J -0.1%杀菌(1233.68kg/h) J -1%冷却(1221.34 kg/h )Jj添加发酵剂+2.5%培养罐发酵(1251

26、.88kg/h)J搅拌(1251.88kg/h)Jj总管道损失-0.1%冷却(1250.63kg/h)J灌装(1250.63 kg/h )J 损失-0.05%冷藏(1250 kg/h )5设备选型5.1贮奶罐根据物料衡算得，若想生产1.25t/h的搅拌型酸奶，则原料量为1.142t/h , 则按一天8小时工作计，一天贮奶量为9.136t/d ,经计算需要8784.62L/d(密度 约为1.04g/ml)。根据处理能力选用上海瑞派机械有限公司的型 FW-8的贮奶罐1 个。主要参数如下：型号FW-8公称容积(L)10000搅拌器功率1.1 X 2搅拌器转速43重量(kg)2170外形尺寸(长*宽*

27、高mrj)2950*2300*25005.2净乳机根据物料衡算得，一小时应净乳1141.43吨，主要用于牛乳的脱脂，黄油、干酪素、奶酪生产，无水黄油离心浓缩等生产工艺中，并去除牛奶中的外来杂质可选用廊坊顶天轻工机械有限公司生产的 NRSDH27碟式分离机一台 碟式分离机（牛奶净乳机）技术参数：主要技术参数型号NRSDH270额定处理量（kg/h）脱脂:10002000电机功率（kW4压力（kPa）进口 0-200 ;出口 100-200重量（kg）550外形尺寸（长*宽*高mrj）950*950*1250生产厂家：廊坊顶天轻工机械有限公司（廊坊市）网址：5.3配料罐根据物料衡算可知，配料量为

28、1336.90 kg/h，即1288.46 L/h。根据处理能 力选用河南万达化工设备有限公司的 WD2000E料罐1个。型号WD2000容量（升）2000电机功率（kW1.5工作压力内胆w 0.2 Mpa 夹套w 0.3 Mpa叶轮转速（R/MIN ）18 200外形直径（伽）1580高度（伽）33005.4过滤器根据物料衡算得，若需要生产1.25t/h的酸奶,则原料量为1.24t/h，可以选用郑州玉祥机械设备有限公司的双联过滤器,其主要参数如下：项目技术指标过滤面积（卅）0.75过滤温度C）w 100使用压力MPa0.2进口管径G2'出口管径G2'外形尺寸mm长x宽x高）1

29、300 x 500 x 13005.5均质机由物料衡算，均质处理量为1234.92kg/h,即1187.423L/h,所以选用上海集美食品机械有限公司的GJB系列高压均质机一台。主要技术参数：型号GJ-2.5-25额定流量（mW/h）2.5额定压力（Mpa25电机功率（kW）22外形尺寸（mr）i1300*1060*1350生产厂家：上海集美食品机械有限公司（上海）网址：5.6杀菌设备根据物料衡算，杀菌处理量为1233.68kg/h,选用上海宣辰机械设备有限公司BR0.05型板式换热器，其具体参数如下：规格BR 0.05单片换热面积m20.05板片尺寸伽500 X 168板片厚度伽0.8角孔直

30、径伽38接管直径伽28波纹形状人字形波纹平均板间距伽3.8可组合换热面积 m0.5 5最大允许使用压力Mpa0.4 2最高允许使用温度C一般120160 e特殊可达250 e传热系数w/ me2000 60005.7发酵罐机械搅拌通风发酵罐是发酵工业使用最为广泛的通风发酵设备。工作原理机械搅拌发酵罐利用机械搅拌器，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液内 的溶氧量。通过机械搅拌使发酵罐中溶解氧增多， 体现在三个方面：将空气进入 初期的大气泡打碎成小气泡，使气液界面面积增大，提高了体积溶解氧系数；同时，气泡经搅拌破碎后，上浮速度下降，在搅拌形成的液流影响下，气泡由直线 上浮变成曲线上浮，因运动路径的延长增加气体与液