75 L搅拌型酸奶的生产工艺设计

75L搅拌型酸奶的生产工艺设计［摘要］本设计通过查阅大量资料并结合实验室现有设备，进行了75L搅拌型酸奶的生产工艺设计，包括工艺确定、物料衡算、热量衡算、设备选型、生产运行成本核算、绘制工艺流程图等。此外，对工艺进行验证，验证结果表明产品的各项指标均符合相关规定，工艺具有合理性与科学性。综合考虑经济和技术等因素，对不同工段的生产设备进行选型，满足生产工艺的要求。根据相关标准和实际情况，设计生产车间，车间布局合理、方便生产，反映了工艺设计的先进性。［关键词］搅拌型酸奶工艺设计物料衡算热量衡算设备选型TheProcessDesignof75LStirredYoghurt[Abstract]Basedontheavailableequipmentsinthelaboratoryandinformationcollection,theprocessofproducingstirredyogurtin75L-fermentorwasdesignedinthestudy.Thisdesignincludedprocessdesignandcostcalculationforyogurtproduction,materialandheatbalancecalculation,equipmentselection,mappingflowchartofproductionprocess,etc.Thevalidationexperimentsshowedthattheyogurtproducedbythedesignedprocesswasmeasuredupwiththerelevantcriterions.Therefore,ourdesignedprocessisreasonableandscientific.Consideringthedemandsofproduction,economyandtechnology,differentequipmentswereselectedaccordingtothedesignedprocess,anddesignedworkshoplayoutwasfacilitatedtoproduction.Ourdesignhasthecharacteristicsofpracticabilityandcreativity.[Keywords]StirredyoghurtProcessdesignMaterialbalancecalculationheatbalancecalculationEquipmentsselection目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"0引言 1\o"CurrentDocument"1实验材料与方法 3\o"CurrentDocument"1.1实验材料 3原材料一发酵剂 31.2.2实验试剂 31.2.3实验仪器及设备 4\o"CurrentDocument"1.2实验方法 41.2.1发酵剂的制备 41.2.2发酵剂的质量检验 51.2.3发酵剂的贮藏 5\o"CurrentDocument"1.3工艺指标的测定方法 61.3.1感官指标 61.3.2理化指标 6\o"CurrentDocument"2工艺流程确定及论证 9\o"CurrentDocument"2.1工艺流程确定 92.1.1酸奶生产工艺流程 9\o"CurrentDocument"2.2工艺论证和说明 92.2.1发酵剂的制备 92.2.2加糖量 9均质 102.2.4热处理 102.2.5发酵 112.2.6冷却、后熟 11\o"CurrentDocument"3成本核算 12\o"CurrentDocument"3.1物料衡算 123.1.1原料乳及成品乳的成份要求 1275L搅拌型酸乳的总物料衡算 133.1.3生产75L搅拌型酸奶的物料流程图 14\o"CurrentDocument"3.2热量衡算 143.2.1热量衡算的意义 143.2.2热量衡算的依据 143.2.3生产75L搅拌型酸奶的热量计算流程图 1575L搅拌型酸乳的总热量衡算 15\o"CurrentDocument"3.3耗水量计算 173.3.1培养基用水量T 183.3.2热处理结束后冷却水的用量W2 18一段发酵阶段热水用量^（以3h计） 183.3.4生产75L搅拌型酸奶总耗水量 18\o"CurrentDocument"3.4物料衡算、热量衡算及耗水量计算汇总 18\o"CurrentDocument"4主要设备选型 20\o"CurrentDocument"4.1选择设备的原则 20\o"CurrentDocument"4.2设备选型 20\o"CurrentDocument"附图：总平面布置图 23\o"CurrentDocument"5工艺验证及技术经济分析 24\o"CurrentDocument"5.1根据所确定的工艺流程生产75L搅拌型酸奶 24\o"CurrentDocument"5.2产品的感观检验 24\o"CurrentDocument"5.3产品的理化指标 24\o"CurrentDocument"5.4生产运行成本核算 25\o"CurrentDocument"5.5技术经济分析 255.5.1用于租赁生产车间的费用k1 255.5.2用于购购置各种设备、工具、器具的费用匕 26年生产运行成本匕 265.5.4折旧费 26利润 26\o"CurrentDocument"结论 27\o"CurrentDocument"致谢语 28\o"CurrentDocument"参考文献 290引言酸奶是以优质原料奶为主要原料，经2种或2种以上乳酸菌发酵制成的发酵乳制品。乳酸菌的协同发酵作用不仅能使酸奶独具风味，适口性强，而且具有缓解乳糖不耐症，改善胃肠功能、改善便秘，促进钙、磷吸收，降低胆固醇等作用，在增强人类体质与营养健康方面起到食疗兼收的作用。近年来消费者对发酵乳的口味、香气、质地、健康和安全的不断追求，极大地拉动了发酵乳在菌种、工艺、设备、包装和质量控制方面的发展［1］。美国、日本、欧洲及我国食品市场信息显示，酸奶正朝着嗜好和健康两个方向发展。酸奶作为嗜好性甜品，给人以良好的食感，并带给人快乐和满足；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。根据市场信息和国外专家对21世纪食品发展趋势的预测，高品质、健康、方便、嗜好是酸奶市场的发展趋势⑵。国内酸奶的生产现状我国酸奶生产虽然起步较晚，但发展相当迅速。20世纪80年代初.北京率先开始商业化酸奶生产，1982年仅生产酸奶1180吨，但到了1989年已达到3.3万吨。8年中产量增加了近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。虽然目前酸奶在我国乳制品总量中的比重仅为7%-8%。但近两年其产销量增长速度均高达40%以上，大大超过纯奶30%左右的增长率，业内人士预测今后5年仍是酸奶的大发展时期。目前，酸奶生产已成为我国液态奶中除巴氏杀菌乳以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［3］。但相对来说，我国的酸奶研究和生产与发达国家相比还比较落后。欧洲早在1942年便已开始酸奶商业化生产，这些国家在产品方面的创意引领了酸奶发展的趋势，值得我们借鉴⑵。酸奶的发展前景酸奶是当今乳制品研究开发的一个主流。随着生活水平的提高，人们对食品需求已由营养、安全上升为保健功效方面，而酸奶由于其特有的营养价值和保健功能，越来越受到人们的普遍重视和欢迎，使得酸奶的需求量逐年增加。由于乳制品市场竞争愈加激烈，发酵酸奶制品将成为乳品市场的又一热点⑶。本课题的研究目的和任务本实验室具有完备、先进的实验仪器和发酵设备，并很好地掌握了食品发酵的有关工程技术，可以提供良好的发酵条件进行食品发酵技术的研究。利用这些条件，本论文对酸奶的生产工艺进行合理的设计，包括工艺确定、物料衡算、热量衡算、生产运行成本核算、绘制不同设计阶段的工艺流程图等。最后根据所确定的工艺流程发酵一罐75L传统搅拌型酸奶并测定各项工艺指标以验证工艺的合理性。通过这些研究，达到熟悉酸奶工业生产及工艺设计流程的目的。同时，为今后在食品发酵的生产技术应用研究方面奠定基础。1实验材料与方法1.1实验材料1.1.1原材料一发酵剂所谓发酵剂(Starter)是指生产发酵乳制品时所用的特定微生物培养物。通常用于乳酸菌发酵的发酵剂有三个阶段，即三种类型：乳酸菌纯培养物、母发酵剂和生产发酵剂。本实验使用生产传统酸奶的嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)及保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)，购买于中国工业微生物菌种保藏中心。1.1.1.1乳酸菌纯培养物乳酸菌纯培养物(SeedStarter)是含有纯乳酸菌的用于生产母发酵剂的牛乳菌株发酵剂或粉末发酵剂。主要接种在脱脂乳、乳清、肉汤等培养基中使其繁殖。现多用升华法制成冷冻干燥粉末或浓缩冷冻干燥来保存菌种。1.1.1.2母发酵剂母发酵剂(MotherStarter)是指在无菌条件下扩大培养的用于制做生产发酵剂的乳酸菌纯培养物。生产单位或使用者购买乳酸菌纯培养物后，用脱脂乳或其他培养基将其溶解活化，接代培养来扩大制备的发酵剂，并为生产发酵剂做基础。1.1.1.3生产发酵剂(工作发酵剂)生产发酵剂(BulkStarter)是直接用于生产的发酵剂。应在密闭容器内或易于清洗的不锈钢缸内进行生产发酵剂的制备。1.2.2实验试剂菌种保藏所需试剂：吐温-80、柠檬酸三胺、卵磷脂、石蕊、碳酸钙、酵母浸膏、葡萄糖、甘油。理化指标测定所需试剂：乙醚、石油醚、95%乙醇、浓硫酸、浓盐酸、硼酸、氢氧化钠、过氧化氢、硫酸铜、硫酸钾、酚酞、碱性品红、甲基红、漠钾酚绿。

革兰氏染色所需试剂：番红复染液、卢戈氏碘液、草酸结晶紫染液、吕氏碱性美蓝染液。1.2.3实验仪器及设备表1.1实验仪器及设备编号设备名称型号产地1台式酸度测定仪Ph211北京哈纳2超净工作台SP-DJ中国上海浦东物理光学仪器厂3生化培养箱HWY-2112厦门德维科技有限公司4数显恒温水浴锅HH-4国华电器有限公司1=^ nzjTiiTrdfpCZaij5pb~Z."ftWJY2002上海精密科学仪器有限公司电子天平6电子分析天平FA1004N上海精密科学仪器有限公司7电热鼓风干燥箱101-3B上海市实验仪器总厂8高压灭菌锅ALP日本进口9立式压力烝汽灭菌器YXQ-LS上海博迅实业有限公司10直读比重计正大仪器制造厂11显微镜B22219Motic12凯氏定氮仪13冰箱BCD-215KANDZ青岛海尔股份有限公司1.2实验方法1.2.1发酵剂的制备嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)的活化培养基：12%脱脂复原乳于0.06MPa压力下灭菌20min,快速冷却后置于30°C保温箱中培养3天，证实无菌后使用⑸。保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)的活化培养基：12%脱脂复原乳于0.06MPa压力下灭菌20min,快速冷却后置于30C保温箱中培养3天，证实无菌后使用［5］。1.2.1.1菌种纯培养物的活化购买的菌种纯培养物是粉剂，装在安甑瓶中。由于保存、寄送等影响，活力减弱，需进行多次接种活化，以恢复其活力。将安甑管内的菌种，无菌水全部溶解后吸出接种于预先已灭菌的培养基中，置于40°C培养箱中培养。待凝固后再取出3%的培养物接种于灭菌培养基中，反复活化数次。待乳酸菌充分活化后，即可调制母发酵剂［6］。1.2.1.2母发酵剂的制备母发酵剂制备时以脱脂乳120mL,装入四旋瓶中，0.06MPa灭菌20min，并迅速冷却至40C左右进行接种。接种时取脱脂乳量3%的充分活化的菌种，接种于盛有灭菌脱脂乳的容器中，混匀后，放入40C培养箱中进行培养。凝固后再移入灭菌脱脂乳中，如此反复2~3次，使乳酸菌保持一定活力，制成母发酵剂。1.2.1.3生产发酵剂（工作发酵剂）的制备生产发酵剂制备时取实际生产量的3%脱脂乳，装入经灭菌的容器中，以90C、15min杀菌，并冷却。用脱脂乳量3%的母发酵剂接种，充分混匀后置于恒温箱中培养。待达到所需酸度时即可取出置于冷藏库中。1.2.2发酵剂的质量检验发酵剂质量的好坏直接影响成品的质量，故在使用前应对发酵剂进行质量检查和评定。1.2.2.1感官检查观察发酵剂的质地、组织状态、色泽、风味及乳清淅出等。良好的发酵剂应凝固均匀细腻，组织致密而富有弹性，乳清析出少，具有一定酸味和芳香味，无异味，无气泡，无变色现象［6］。1.2.2.2发酵剂活力测定发酵剂的活力是指该菌种的产酸能力，即产酸力。活力的测定采用凝乳时间测定法:在高压灭菌后的脱脂乳中加入3%的发酵剂，置于40C的恒温箱中培养至凝乳，测定凝乳时间。保加利亚乳杆菌5h，嗜热链球菌6h，说明活力达到生产要求［6］。1.2.3发酵剂的贮藏液体发酵剂①：脱脂乳11%，5%石蕊溶液2%，右旋糖（本实验使用葡萄糖）1.0%,碳酸钙遮住试管底部，卵磷脂（pH=7）1.0%，酵母浸提液0.3%。培养后存放在4°C的条件下，每3个月活化1次即可。上述培养基在高压灭菌器中，121C灭菌20min［7］。液体发酵剂②：11%脱脂复原乳121C灭菌20min，培养后存放在4C的条件下，每半个月活化1次。冷冻发酵剂（甘油悬液保藏法）：将拟保藏菌种对数期的培养液直接与经121C蒸汽灭菌20min的甘油混合，并使甘油的终浓度在10%-15%，再分装于1.5mL小离心管中，置-20C冰箱中保藏。1.3工艺指标的测定方法1.3.1感官指标色泽和组织状态：取适量试样于50mL烧杯中，在自然光下观察色泽和组织状态。滋味和气味：取适量试样于50mL烧杯中，先闻气味，然后用温开水漱口，再品尝样品的滋味㈤。酸奶品质品尝评价：以8人为一个评价小组就产品的酸度、细腻度、醇香度、综合口感等各项指标进行评分，满分为10分，设3个小组，将各组评分取平均值作为该项最终得分㈤。1.3.2理化指标1.3.2.1.酸度测定吸取10mL牛乳，置于250mL三角瓶中，加入20mL水，再加入0.5m10.5%的酚酞乙醇溶液，小心摇匀，用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴至微红色（见注），在1min内不消失为止。消耗0.1mol/L氢氧化钠标准溶液的毫升数乘以10，即得酸度（叮）［9］。注：滴定酸度终点判定标准颜色的制备方法如下：取滴定酸度测定的同批和同样数量的样品如酸奶10mL，置于250mL三角烧瓶中，加入20mL蒸馏水，再加入3滴0.005%碱性品红溶液，摇匀后作为该样品滴定酸度终点判定的标准颜色。1.3.2.2全乳固体含量测定采用减量法在带盖铝皿中，加入海砂10g，于105°C烘箱内供至恒重。吸取5mL牛奶于此铝皿中，置分析天平上称量(准确至0.2mg),放入105C的干燥箱中干燥2h后，加盖取出，置于干燥器中冷却后称重；再放入烘箱中干燥2h取出，冷却20~30min，将盖盖紧，称重。如此重复至前后两次重量差不超过2mg为止［9］。计算全乳固体(%)=(W2-W3)x100/(W1-W3) (1-1)式中：W1——含有海砂的皿加样品重，g;W2——含有海砂的皿加样品干燥后重，g；W3——含有海砂的皿重，g。非脂乳固体(%)=T-F (1-2)式中：T——全乳固体，％；F——脂肪，%1.3.2.3脂肪含量的测定采用酸水解法称取样品10.0g，置于50mL大试管内，加10mL盐酸。将试管放入80C水浴中，至样品消化完全。取出试管，加入10mL乙醇，混合。冷却后将混合物移于100mL分液漏斗中，以25mL乙醚分两次洗试管后加塞振摇，混合均匀，静置至上部液体清澈后，将上清液装于已恒量的锥形瓶内。在下层液中再加5mL乙醚，振摇，静置，仍将上层清液放入原锥形瓶内。将锥形瓶置90C水浴上蒸干后，105C烘箱中干燥2h，取出放干燥器内冷却0.5h后称量［9］。计算X=(m1-m0)x100/m2 (1-3)式中： X——试样中游离及结合脂肪含量，g/100gm0——锥形瓶的质量，g；m1——锥形瓶和脂肪的质量，g；m2 试样的质量，g。1.3.2.4蛋白质含量的测定［10］消化准确移取1.0mL样品于消化管中—加1.0g催化剂—加10mL浓硫酸，混合—加热，消化至液体呈淡绿色—冷却—加水定容至25mL加碱蒸馏反应瓶中加入2mL消化液和5mL10mol/L氢氧化钠溶液后加热蒸馏瓶使反应瓶内液体开始沸腾，用含有25mL2%硼酸的三角瓶立即收集氨，蒸煮5min，而后退下三角瓶，继续收集3min，最后用蒸馏水把末端剩余的氨全部洗到三角瓶中，即算蒸馏完毕。滴定用硫酸标准溶液滴定至溶液出现酒红色为止，记录所用硫酸标准溶液的体积。同时进行空白试验，并在结果中加以校正。计算样品中蛋白质含量（g/100g）=（V-V0）xc（H+）x14.008x6.25x100x25/（mx1000） （1-4）式中V——滴定时消耗硫酸标准溶液的体积，mL；V0——空白试验消耗硫酸标准溶液的体积，mL；c（H+）——硫酸标准溶液中H+的浓度，0.01mol/L；m——样品的质量，0.95g；取样量1mL，样品比重为1.052；14.008——氮原子的摩尔质量，g/mol；6.25——氮换算为蛋白质的系数。1.3.2.5乳酸菌菌落总数的测定检样-以10倍梯度稀释的方法作成几个适当倍数的稀释液-选择5个适当稀释度，各以1mL之量加入灭菌平皿内一每皿内加入适量改良TJA一翻转平板，36±1°C培养72±3h-观察菌落形态并进行菌落计数[11-13]乳酸菌在改良TJA培养基上菌落生产形态特征见表2.2表2.2乳酸菌在培养基上菌落特征菌落特征杆菌 平皿底为黄色，菌落中等大小，微白色，湿润，边缘不整齐，直径3±1mm，如棉絮团状菌落球菌 平皿底为黄色，菌落光滑，湿润，微白色，边缘整齐改良TJA培养基（改良番茄汁琼脂培养基）：番茄汁50mL，酵母浸膏5g，牛肉膏10g，乳糖20g，葡萄糖2g，k2HPO42g，吐温801g，乙酸钠5g，琼脂15g，水加至1000mL，pH6.8±0.2。2工艺流程确定及论证2.1工艺流程确定2.1.1酸奶生产工艺流程原料奶（还原奶）检测合格—配料（添加7%白砂糖）—预热（65°C）—均质（15-20MPa）一杀菌（90C,10min）—冷却（45C）—接种（接种量3%,嗜热链球菌:保加利亚乳杆菌是1:2）-一段发酵（42-43C）-灌装-二段发酵（37C）-后熟（4C冷藏）-搅拌型酸奶2.2工艺论证和说明2.2.1发酵剂的制备本实验采用继代式发酵剂，即商业发酵剂-母发酵剂-中间发酵剂-工作发酵剂乳酸菌扩培方法如下：保加利亚乳杆菌扩培：在150mL的四旋瓶中加入100mL的12%脱脂乳，经0.06MPa,20min灭菌后用流水迅速冷却，按3%的接种量接入保加利亚乳杆菌，40C静置培养至凝乳。嗜热链球菌扩培：在150mL的四旋瓶中加入100mL的12%脱脂乳，经0.06MPa,20min灭菌后用流水迅速冷却，按3%的接种量接入嗜热链球菌，40C静置培养至凝乳。2.2.2加糖量生产酸乳时，加入适当的蔗糖可使产品产生良好的风味，凝块细腻光滑，提高黏度，并有利于乳酸菌产酸量的提高。若加量过大，会产生高渗透压，抑制了乳酸菌的生长繁殖，造成乳酸菌脱水死亡，相应活力下降，使牛乳不能很好凝固。试验证明，7%的加糖量对产品的口味最佳，也不影响乳酸菌的生长［4］。

2.2.3均质均质的概念：将脂肪球进行机械处理，把它们分散成较小的脂肪球，均匀一致地分散在乳中。均质后的脂肪球大部分在1.0〃以下。经均质后的乳有以下优点：（1）风味良好，口感佳；（2）提高酸乳的稳定性和稠度，使产品不产生脂肪上浮现象；（3）有利于人体对脂肪的消化吸收［14］。均质采用二级均质，即物料连续通过两个均质头，将粘在一起的小脂肪球打开。较高的温度均质效果较好，但温度过高会引起脂肪、乳蛋白的变性。通过大量的试验表明，均质温度采取55-80C，均质压力18-25MPa效果最好。本实验在65°C温度、15-20MPa的压力下进行均质。若温度降低后再均质，不仅降低了均质效果，而且有时会使脂肪球形成乳油粒。均质后均质前均质后图2.1均质前后脂肪颗粒大小比较2.2.4热处理均质后的物料以90C进行10min杀菌，其目的是杀死病原菌及其他微生物；使乳中酶的活力钝化和抑菌物质失活；使乳清蛋白热变性，改善牛乳作为乳酸菌生长培养基的性能；改善酸乳的稠度。杀菌后的物料应迅速冷却到45C左右。热处理温度偏低或时间不够，就不能使大量乳清蛋白变性，变性乳清蛋白可与酪蛋白形成复合物，能容纳更多的水分，并且具有最小的脱水收缩作用。据研究，要保证酸乳吸收大量水分和不发生脱水收缩作用，至少要使75%的乳清蛋白变性，这就要求85C20〜30min或90C5〜10min的热处理；UHT加热（135-150C，2-4s）处理虽能达到灭菌效果，但不能达到75%的乳清蛋白变性，所以酸乳生产不宜用UHT加热处理［6］。2.2.5发酵根据国内外的研究，单一发酵剂的使用其口感往往较差，两种或两种以上的发酵剂混合使用能产生良好的效果。此外混合发酵剂还可缩短发酵时间，因为乳杆菌在发酵过程中产生的物质是链球菌生长的基本因素。开始时球菌生长得比杆菌快，当球菌产一定酸时抑制其生长，此时，杆菌迅速生长。将活化后的生产发酵剂充分搅拌，根据活力，以适当比例加入，一般加入量为3%。加入发酵剂后连续搅拌10min，使发酵剂均匀分散在培养基中。制作酸乳常用的发酵剂为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的混合菌种，其比例通常为1:1〜1:2,本实验确定为1:2。用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的混合发酵剂时，温度保持在42~43°C，发酵到pH5.8之后，将杀菌冷却后的酸奶原料乳pH值稳定在5.8,取出的发酵混合物冷却到37C后直接通过灌装机灌装到市售容器中继续发酵，使其形成凝乳。这种方法的优点是可减少接种次数，降低发酵剂的使用量，并能获得较好的凝乳。因为乳酸菌的生长要经历延滞期、对数期、稳定期、死亡期四个阶段，接种发酵剂之后，存在一个细菌不立即生长的延滞期。当采用一次性的连续化生产方式时，乳酸菌在发酵罐中往往是一直处于对数期，乳酸菌的生长一直保持最高速度，发酵速度过快，达到酪蛋白等电点（pH4.6）的时间较短，易出现乳清析出组织状态不良的现象。而采用两段发酵法，冷却到37C之后再投入二次发酵，乳酸菌在二次发酵中生长速度减慢，因此可形成较好的凝乳［14］。2.2.6冷却、后熟将37C二次发酵凝乳后的酸乳立即放入4〜5C的冷库中，迅速抑制乳酸菌的生长，以免继续发酵而造成酸度过高。在冷藏期间，酸度仍会有所上升，同时风味成分双乙酰含量会增加。试验表明冷却24匕双乙酰含量达到最高，超过又会减少。因此，发酵凝固后须在4C左右贮藏24h，通常把该贮藏过程称为后成熟，一般最大冷藏期为1个星期［6］。3成本核算3.1物料衡算发酵工厂设计中的物料衡算是对整个发酵生产过程（即由原料至成品）物料变化的计算。它包括产品的原辅材料、半成品和成品等的平衡计算。通过物料衡算可以确定各种主要物料的需要量，采购运输量和仓库储存量，并对生产过程所需的设备和劳动定员及包装材料用量等提供依据［15］。物料衡算是根据质量守恒定律来进行的。即凡引入某一系统或设备的物料质量m（按正值计算），必等于所得到的产物质量mp（按正值计算）和物料损失量md（以负值计入）［15］。这样可以计算出原料和辅料的消耗定额，绘制出原、辅料用表和物料平衡图。并为下一步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件。还为劳动定员、生产班次、成本核算提供计算依据，因此，物料衡算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作。3.1.1原料乳及成品乳的成份要求原料乳成份要求见下表：表3.1原料乳成份要求［15］项目指标比重（2004°C）>1.028脂肪（%）>3.10蛋白质（%）>2.95乳糖（%）>4.2非脂乳固体（%）>8.1酸度（°T）<18杂质度（mg/kg）<0.01注：本实验采用全脂乳粉配制复原乳做为原料乳成品乳成份要求见下表:表3.2纯酸奶发酵主要技术指标[16]项目纯酸牛乳全脂部分脱脂脱脂脂肪（％）>3.11.0-2.0<0.5蛋白质（％）2.9非脂乳固体（％）8.1酸度（°T）70.03.1.275L搅拌型酸乳的总物料衡算3.1.2.1主要原料全脂乳粉用量产品生产消耗的原料量：根据发酵罐体积为75L，装料系数为0.80，复原乳浓度为10%，均质回收率为0.98,计算全脂乳粉用量为：75x0.80x10%《0.98=6.13kg发酵剂制备消耗的原料量：根据接种量为3%，种子培养基浓度为10%计算生产发酵剂消耗的全脂乳粉量为：75x0.80x3%x10%=0.18kg则全脂乳粉总用量：6.13+0.18=6.31kg3.1.2.2主要辅料白砂糖用量根据发酵罐体积为75L，装料系数为0.80，加糖量为7%计算主要辅料白砂糖的耗量为:75x0.80x7%《0.98=4.3kg3.1.2.3产品产量根据发酵罐体积为75L，装料系数为0.80计算产品产量为：75x0.80=60L3.1.3生产75L搅拌型酸奶的物料流程图图3.1生产75L搅拌型酸奶的物料流程图3.2热量衡算热量热量衡算的目的在于定量研究生产过程，为过程设计和操作最佳化提供依据。3.2.1热量衡算的意义（1） 通过热量衡算，计算生产过程能耗定额指标。应用蒸汽等热量消耗指标，可对工艺设计的多种方案进行比较，以选定先进的生产工艺；或对已投产的生产系统提出改造或革新，分析生产过程的经济合理性、过程的先进性，并找出生产上存在的问题。（2） 热量衡算的数据是设备类型的选择及确定其尺寸、台数的依据。（3） 热量衡算是组织和管理、生产、经济核算和最优化的基础。热量衡算的结果有助于工艺流程和设备的改进、达到节约能源、降低生产成本的目的［17］。3.2.2热量衡算的依据ZQ葺Q出+ZQ损［17］ （类1）式中 ZQ入——输入的热量总和（kJ）ZQ出——输出的热量总和（kJ）ZQ损——损失的热量总和（kJ）3.2.3生产75L搅拌型酸奶的热量计算流程图自来水―^脱脂乳粉白砂糖配桶18°C加执I器L65C155。均质机发酵罐自来水―^脱脂乳粉白砂糖配桶18°C加执I器L65C155。均质机发酵罐灌装机酸乳成品90C热处理10min,

冷却至43C，发酵3.5h图3.2生产75L搅拌型酸奶的热量计算流程图3.2.475L搅拌型酸乳的总热量衡算3.2.4.1预热阶段耗热量Q1根据公式G=Vxp (3-2)式中V 还原乳体积p——还原乳密度则还原乳质量为G=Vxp=75x0.80x1.028=61.68kg预热阶段耗热量Q1为Q1=Gxcwx(t2-t1)x1.1[i8]=7972.2kJ (3-3)式中 cw——牛奶的比热容，2.5x103Jt1——自来水的平均温度，18Ct2——预热温度，65C1.1——热损失系数3.2.4.2热处理阶段耗热量Q2培养基升温耗热量Q2‘=Gxcx(t3-t2’)=6476.4kJ (3-4)cw——牛奶的比热容，2.5x103Jt3——热处理温度，90°Ct2’——热处理初始温度，48C式中G式中G——还原乳质量，61.68kg发酵罐升温耗热量Q2‘=G‘xcw’x(t3-t1) (3-5)=156x0.5x103x(90-18)=5616kJ式中 G‘ 发酵罐净重，156kgcw‘——不锈钢的比热容，°.5x103"t1——平均室温，即发酵罐温度，18Ct3——热处理温度，90C维持温度阶段耗热量90C维持时间为10min，蒸发量为每小时1%Q2‘”=1%xGxyx10/60 (3-6)=1%x61.68x2283.2x1/6=234.7kJ式中 G——还原乳质量，61.68kgY——90C水的汽化热，2283.2kJ/kg[19]热处理阶段耗热量Q2=(Q2‘+Q2‘’+Q2"‘)x1.1 (3-7)=(6476.4+5616+234.7)x1.1=12327kJ3.2.4.3冷却阶段耗热量Q3把发酵混合物从t3=90C冷却到t4=43C，冷却水使用t0=11C的冷水，平均出口水温为t5=40C，逆流操作，则耗热量为：Q3=Qxcx(t5-t0)xt (3-8)=1125x4.2x103x(40-11)x0.3h=39690kJ式中 Q——冷却水的流量，1.125m3/h，即1125kg/ht——冷却时间，0.3h3.2.4.4发酵阶段耗热量Q4Q4=[TxQxcx(t4-t1)]X1.1 (3-9)=[0.5X1125x4.2x103x(45-18)]xl.1=70166.3kJ式中 T——发酵过程通热水的时间，0.5hQ——热水的流量，1.125m3/h,即1125kg/hc——水的比热容，4.2x103Jt1——自来水的平均温度，18°Ct6——热水温度，45C3.2.4.5均质阶段热损失Q5Q5=GxCwx(t2-t2’)=2004.6kJ (3-10)式中 G——还原乳质量，61.68kgcw——牛奶的比热容，2.5x103Jt2 均质前温度，65Ct2’——均质后温度，52C3.2.4.6生产75L搅拌型酸奶总耗热量ZQ葺Q出+ZQ损 (3-11)=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=7972.2+12327+39690+70166.3+2004.6=132160kJ3.2.4.7生产75L搅拌型酸奶的耗电量将耗热量换算成耗电量，1kW/h=3.6x106J，则总耗电量为：132160/3600=36.7kW/h3.3耗水量计算乳制品生产中，水是必不可少的物料。根据乳制品生产工艺、设备或规模不同，生产过程用水量也随之改变，即便是同一规模、工艺相同的情况下，单位成品耗水量往往也大不相同。所以在工艺流程设计时，必须妥善安排，合理用水，所以生产过程中水用量计算就显得尤为重要[20]。结合本实验实际，计算发酵一罐75L搅拌型酸奶总耗水量，保证用水量的准确性。3.3.1培养基用水量W1W1=75x0.80/p水 (3-12)=75x0.80/0.998=60.2kg式中 0.80——装料系数p水——20°C水的密度，0.998kg/L3.3.2热处理结束后冷却水的用量W2把发酵混合物从t3=90C冷却到t4=43C,冷却水流量为1.125m3/h,,冷却时间为0.3h则耗水量为：W2=Qxt/p水=1125x0.3/0.998=338.2kg (3-13)3.3.3一段发酵阶段热水用量W3(以3h计)W3=TxQ/p水=0.5x1125/0.998=563.6kg (3-14)式中 T——发酵过程通热水的时间，0.5hQ——热水的流量，1.125m3/h,即1125L/hp水——20C水的密度，0.998kg/L3.3.4生产75L搅拌型酸奶总耗水量W=W1+W2+W3 (3-15)=60.2+338.2+563.6=962kg3.4物料衡算、热量衡算及耗水量计算汇总对物料衡算、热量衡算及耗水量的计算进行汇总，为设备选型提供依据，确保设备选型符合工艺要求。汇总表如下：

表3.3物料衡算、热量衡算及耗水量计算汇总表成本项目耗量合计主要原料全脂乳粉用量6.31kg物料衡算主要辅料白砂糖用量4.3kg成品乳59.4L预热阶段耗热量Q17972.2kJ热处理阶段耗热量Q212327kJ热量衡算冷却阶段耗热量Q339690kJ132160kJ发酵阶段耗热量Q470166.3kJ均质阶段热损失Q52004.6kJ培养基用水量W160.2kg耗水计算发酵阶段热水用量W2338.2kg962kg发酵结束后冷却水用量W3563.6kg4主要设备选型设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料衡算。设备选型的好坏是保证产品质量的关键，体现生产水平的标准。它为动力配电、水、汽用量计算提供依据，对于生产中关键设备除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑备用设备。若几种产品都需要的共同设备，应按处理量最大的品种所需的台数确定。一般后道工序设备的生产能力要略大于前道，以防物料积压［21］。4.1选择设备的原则设备设计选型是否正确恰当，对投资建厂和工厂投产后的运行和维修、工人的劳动强度、产品质量都会有较大的影响；设备的选型，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性，因此设备的工艺设计和选型要考虑以下原则：保证工艺生产过程的正常和安全运行。操作费用低，耗水、电、汽等较少。技术上先进，经济上合理，操作上方便。清洗方便，耐用，易维修。设备结构紧凑，减轻工人的劳动强度，尽量实现机械化和自动化。考虑生产波动和设备平衡，要留有一定的余量和备用设备。尽量减少噪音，符合环保要求［17］4.2设备选型根据工艺要求和设计规模，对生产设备进行选型，相关设备说明如下：4.2.1发酵罐本设计结合实验室的现有设备，确定生产规模为75L。4.2.2高压均质机工艺要求15-20MPa,。该设备最高压力60MPa，能够满足生产的需求，额定流量500L/h，耗时较短，同时也减少了均质时复原乳的热量损耗。4.2.3螺杆泵与离心泵将搅拌型酸奶从发酵罐经管道和冷却器输送到灌装机，必须借助泵的力量。泵的设计和大小有多种，应用最广泛的是离心式泵和容积式泵。离心式泵多用于牛奶、稀奶油和乳清的输送。容积式泵是为输送黄油、酸奶等糊状产品而设计的一种特殊泵，这种泵不损伤凝乳结构，并能保证一定的凝乳流量。螺杆泵是容积式泵的一种，适合酸奶的输送。4.2.4管式冷却器LQ型管式冷却器是螺纹管冷却器，浮头式、热膨胀管束在壳体内可自由伸缩，阻力损失小，可最大限度地降低对凝乳结构的破坏，此外还具有传热系数高、体积小、使用寿命长、维修方便等优点。4.2.5板式换热器具有总传热系数高、热损失小，使用安全可靠，结构紧凑，占地面积小等优点。4.2.6膏体灌装机灌装速度20-60瓶/分，灌装精度＜止％该机针对中等黏度至高黏度的产品灌装需要而开发研制的。整机由储料斗，电控两大部分组成，结构简洁，操作便利；灌装量和灌装速度均可任意调节，灌装精度高。主要设备选型如下表：表4.1主要设备选型一览表序号设备名称设备型号规格材料数量产地1发酵罐CS75L不锈钢1宜兴2高压均质机SLS-60-70500L/h不锈钢1上海3搅拌桶ARM-10300L不锈钢2温州4螺杆泵G135-13-65m3/h不锈钢2上海5离心泵ISG15-801.1m3/h硬质合金6上海6管式冷却器2LQF4W3.6/m2不锈钢1吉林7板式换热器BRO60.61/m2不锈钢1无锡8膏体灌装机DG25-250mL不锈钢1武汉9天平SR1600016.1kg不锈钢1上海合计16台_一B1-LIS壬展工，-1_1.4不巨匚匚1面-DM&O0占g中1二ME壬巨，一『一•一一•皿褊泌x甲一搞皿矍K■1-'三Rl-LlsB，M8茗赢msp.！Et+-■HFF卅画H^墨都旅囹囹.E昌都J罕羿一#1票xi3附图：总平面布置图主生产车间化验室原辅材料库配料均质杀菌一段发酵灌装二段发酵冷却隧道冷库更衣室卫生间5工艺验证及技术经济分析5.1根据所确定的工艺流程生产75L搅拌型酸奶6kg全脂乳粉（10%）+4.2kg白砂糖（7%）一加60L水搅拌溶解一预热（65°C）一均质（15-20MPa）一进入发酵罐一热处理（90°C,10min）一冷却（45C）一接种（接种量3%,嗜热链球菌:保加利亚乳杆菌是1:2）一一段发酵（42-43C）一灌装一二段发酵（37C）一后熟（4C冷藏）一搅拌型酸奶5.2产品的感观检验表5.2产品的感观检验结果项目结果描述得分（总分10分）入口酸中带甜，甜中带酸，但喝后口酸度中会留下较强的醋酸味，较难接受6细腻度质地均匀，口感细腻8醇香度有浓郁的天然乳脂香味10综合口感良好，但在粘稠度方面还有待提高85.3产品的理化指标表5.2产品的各项指标测定结果项目自制酸奶伊利酸奶工艺要求酸度°T148.084.2>70脂肪（%）2.192.03>3.1蛋白质（%）2.252.28>2.3非脂乳固体（%）12.4716.3>8.1乳酸菌总数（cfu/mL）3.47x10123.97x1010>1X106结果分析：感观检测及理化指标检测的结果表明，根据确定的工艺流程生产出了基本符合工艺指标的产品。通常市售酸奶的酸度在80-120°T之间，本实验的酸度测定结果略微偏高，因为在发酵过程中发酵终点没有控制好，发酵时间偏长，而此时乳酸菌处于对数生长期，产酸很快，导致酸度略微偏高。而喝后口中留下的醋酸味则是因为购买的菌种为异型发酵，产乳酸的同时也产生醋酸，给产品的口感产生了较大的破坏。产品的粘稠度不尽如人意，与菌种特异性有关。而发酵结束后搅拌工艺受设备的限制，搅拌桨不适合，转速过大（达250rpm/min）也对凝乳产生了不可恢复的破坏，导致了产品粘稠度的下降。此外，本实验生产过程未添加任何增稠剂、稳定剂等也是一个方面的原因。产品的乳酸菌总数明显高于市售酸奶，说明发酵过程中乳酸菌生长旺盛，远高于国标规定的1x106,其保健效果更佳。5.4生产运行成本核算表5.3生产运行成本一览表项目耗量折合人民币（¥）主要原料全脂乳粉6.31kg229.7主要辅料白砂糖4.3kg30.3耗电量36.7kw/h16.9耗水量962kg2.4劳动力6人每天300包装成本（125mL）480个72合计651.35.5技术经济分析5.5.1用于租赁生产车间的费用k1租赁生产车间年租为灯，k1=5万元5.5.2用于购购置各种设备、工具、器具的费用k25.5.3年生产运行成本k3生产一批75L酸奶所需时间为4h,一天可生产6批。一年365天，休息两个月，一年生产1830批，则年运行成本k3=651.3x1830=119.1879万元故生产总投资k总=k1+k2+k3=5++119.1879=5.5.4折旧费设固定资产折旧后预计残值为原投资的5%设固定资产清理费为原投资的1%取设备使用年限为15年则年折旧额=(固定资产一预计残值+预计清理费)！预计使用年限5.5.5利润生产一批75L酸奶所需时间为4h,一天可生产6批。一年365天，休息两个月，计算可得年产量为109.8吨，灌装后可得125mL产品878400杯，根据市场定价，每杯售价为¥2.0，则年销售收入为175.68万元人民币。年利润=年销售收入一生产总成本=175.68—(119.1879+)结论本设计本着理论联系实际的原则，进行了75L搅拌型酸奶的生产工艺设计并进行工艺验证，验证结