(整理)婴儿配方奶粉工艺设计

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设计讲明书

食品082陈晖040811232

喷雾干燥法生产婴儿配方奶粉工艺

—500kg/h设计生产能力

1.概述

1.1项目来源本次设计是食品工艺学这门课课程设计的组成项目，是由班上经过抽签确定的项目，每人一题，没有自选过程。

1.2国内外生产现状

国产婴儿配方乳粉的工艺有两种即：湿法和干法。湿法工艺是以生鲜乳为要紧原料，添加脱盐乳清粉（或乳清蛋白粉、乳糖）、植物油、矿物质、微量成分，经浓缩、喷雾干燥所制成；干法工艺是以全脂乳粉（脱脂乳粉）、脱盐乳清粉（或乳清蛋白粉、乳糖）、植物油、矿物质、微量成分为基料，经搅拌混合制成。生产婴幼儿乳粉的要紧原料，除生鲜乳必须由当地提供外，脱盐乳清粉、乳清蛋白粉、乳糖全部由国外进口。乳清粉是由生产干酪、干酪素的副产品——“乳清”制成的，其要紧成分是乳糖、乳清蛋白。乳清含矿物质（灰分）比较多，由于高矿物质会增加婴幼儿肾脏的负担，故生产婴幼儿乳粉所用乳清粉必须通过脱盐。按脱盐程度分，有脱盐40%、60%、70%、90%等规格，我们国家的标准要求，生产婴幼儿配方乳粉的乳清粉脱盐至少在70%以上。

衡量婴幼儿配方乳粉质量高低，要紧是从三个方面思考：产品标准、原料质量、生产和质量保障体系。产品标准决定产品配方，产品配方造就了产品营养的科学性合理性。我国自生产婴幼儿配方乳粉开始就制定有产品质量标准。1983年，轻工业部首次公布行业标准——QB869—83《婴幼食品营养及卫生标准》，此标准包括了乳基婴幼儿配方食品和断奶期配方食品的营养和卫生指标；1989年，在部颁标准上修订升级为国家标准—GB10765—89《婴儿配分乳粉Ⅰ》、《婴儿配方乳粉Ⅱ》，那个标准是在部颁标准的基础上，又增加了亚油酸、乳清蛋白、维生素、矿物质等11项指标；1997年，对两项标准举行修订，并配套公布GB10767《婴幼儿配方粉及婴幼儿补充谷粉通用技术条件》标准，标准修订的依据是国际食品法典委员会的标准，增加了维生素、生物素、叶酸、泛酸、矿物质等7项指标，并要求乳糖占碳水化合物量的90%以上；2009年，第三次对婴幼儿配方食品标准举行修订，这修订参照了国际食品法典委员会标准和国际一些先进企业的标准，形成了今年4月1日将正式执行的食品安全国家标准，新颁标准设定64项指标，较旧标准又增添了许多新的内容，如：增添了新的脂肪酸种类、亚油酸与a-亚麻酸比值和反式脂肪酸、芥酸的限量指标，乳清蛋白占总蛋白质的比例、氨基酸组成模式，微量成分等。新修订的婴幼儿配方乳粉标准是符合国际水平的，也是世界上最严格的标准之一。凡在国内生产婴幼儿配方乳粉，别论是国内品牌，依然国外品牌，都要执行那个标准，进入中国市场的外国产品同样要符合那个标准。执行同一具标准的产品是处在同一具技术等级层面的。

目前国外别仅研究生鲜牛乳加工成的婴儿配方奶粉，还正在研究营养价值更高的牛初乳粉加工技术。采用国外经验或引进国外设备，通过近5年的努力，目前，国内相关企业差不多掌握了一系列有关牛初乳加工的关键性技术。高新技术的应用增加牛初乳制品成本的并且，也给予其较高的附加值。

1、干燥技术

包括低温喷雾干燥、冷冻干燥等可以维持初乳活性的干燥技术，在国内外均差不多实现了工业化。长时刻的真空浓缩工艺对牛初乳活性有严峻妨碍，因此开辟干燥之前的条件温柔的浓缩技术是一具趋势。

2、杀菌技术

可以维持牛初乳活性成分的非热力杀菌或除菌技术乃一种进展趋势，目前，微滤除菌、辐射

杀菌技术等在中车差不多实现工业化，另外一些技术则正在积极研究之中。

王志高等研究了陶瓷膜过滤牛初乳过程的污染阻力，考察了孔径对膜过滤牛初乳过程的妨碍，分析了孔通过0.2、0.5、0.8um膜过滤阻力的形成及其对水渗透通量和蛋白截留率的妨碍，以为对孔径为0.2um膜，其污染是由浓差极化阻力和凝胶层阻力共同作用所致，而关于0.5、0.8um两种孔径的陶瓷膜则是浓差极化阻力占主导地位的污染.对蛋白截留率举行模型预测，预测结果与实测结果较为一致，实验过程中3种孔径的膜对细菌的截留率都几乎达100%。

王浩等研究了辐照对牛初乳中要紧微生物的妨碍。作为国际公认的一种食品“冷加工”办法，辐照技术是安全可靠的。对辐照前后牛初乳粉中细菌菌降总数和大肠杆菌群的数量举行检测，结果表明：当辐照剂量达到8KGy时，已基本能彻底杀死牛初乳粉中的微生物，且辐照剂量与微生物存活量之间呈线性关系。

骆新峥等研究了脉冲磁场对牛初乳的杀菌效果，结果表明，脉冲磁场对牛初乳具有较好的灭菌效果，细菌致死率在99.9%以上。脉冲磁场杀菌是一种非热杀菌技术，能最大限度的保留食品的群、香、味及营养成分，且杀菌时刻短，效率高能耗低，节省能源。王丽颖等研究了高压脉冲电场处理牛初乳的也许性也证明了该技术的可行性，初步确定较为适宜的工艺条件：温度35℃，压力7000v，流速44mL/min,此刻处理后样品中IgG含量较高。

3、分离技术

超滤分级与浓缩在中国牛初乳加工企业中差不多是一种现实的技术手段。此外，诸如离子交换层析、反胶束抽提、乳酸菌发酵办法等分离分级或浓缩IgG的技术显示出一定工业化应用潜力。然而，关于初乳中生长因子、Colostrinin(即PRP)等小蛋白成分的分离技术仍然发展别大。

1.3本工艺技术特点本次工艺大致可分为三个时期——原料乳验收与储存时期、乳粉生产时期和成品包装处理时期。本工艺的可实现延续化、机械化生产，且原理成熟，国内诸多厂商能够提供相应的设备，形成一条完整，高效的生产工艺。

在原料乳验收时期关键的工艺要点在于预杀菌、净乳和原料乳的储存。原料乳的预杀菌的目的在于杀死其中的嗜冷菌，并且为后面的脱气作为铺垫；净乳的目的是把原料乳中难以除去的细小污物及芽孢分离；储存处理过的原料乳应该注意温度应该在4℃以下，以防止原料乳的变质而妨碍下一步的生产。乳粉生产时期的关键是均质、杀菌、喷雾干燥。均质的目的在于使乳粉中各种成分混合均匀，尤其是将脂肪粒细化，分散；杀菌的目的是杀灭乳中各种致病菌，钝化各种酶的活力；喷雾干燥则是将鲜乳制成乳粉额关键步骤。成品包装处理中最关键的是要实现无菌灌装，而且由于婴儿乳粉的特别性，还要举行充氮包装，以防止脂肪的氧化。

收奶时依照图上的收奶工艺，能够实现延续化，机械化生产，且对原料XXX行预杀菌，能够有效保证后续工艺对原料乳品质要求。另外，收奶时还能够用真空收奶装置举行收奶，它的优点是结构简单，操作方便，只是真空收奶装置收奶时需要别断打开、关闭两个收奶罐之间的阀门，故对工件的耗损比较大。

在乳粉的生产时期，原料乳的杀菌，能够采纳低温杀菌，高温短时杀菌或超高温瞬时杀菌。挑选杀菌条件与设备和干燥办法有关。喷雾干燥创造乳粉，普通采纳高温短时刻杀菌法，其杀菌设备与浓缩设备相连。若使用列管式杀菌器，通常采纳的杀菌条件为80—85℃/5—10min。板式杀菌设备，选用80—85℃/15s。若采纳超高温瞬时杀菌装置为130—135℃/2—4s。杀菌办法对全脂乳粉的品质特殊是溶解度有非常大妨碍。超高温瞬时杀菌别仅能将微生物全部杀死，而且，如蛋白质能够达到软凝块化，营养成分破坏度小等优点。需指出的是，高温长时刻杀菌加热会严峻妨碍乳粉的溶解度，而这又别是婴儿乳粉希翼看到的。浓缩时采纳的设备为蒸发器，国内加工厂目前使用双效和三效较多。使用多效能够充分利用能源，但

是使用的效数过多实际上是不会实现的。通过浓缩能够节省干燥室加热蒸汽和动力消耗，提高干燥设备能力，落低生产成本。另外经浓缩的乳粉喷雾干燥成乳粉后，其粒子较粗大，具有良好的分散性、冲调性、可以迅速复水溶解。真空浓缩还能够排除溶解在乳中的空气和氧气，大大减少乳粉颗粒中的气泡。颗粒内存在的氧气容易与全脂乳粉中的脂肪起化学反应，给制品带来别良妨碍，妨碍保藏性能。浓缩乳的浓度越高，制成的乳粉气体含量越低，越有利于保藏。

喷雾干燥是乳粉创造的最要紧环节，它直截了当妨碍产品质量的好坏。喷雾干燥速度快，物料受热时刻短，乳粉具有非常高的溶解度。干燥过程温度低，乳粉质量好。采纳顺流干燥流程，热空气温度虽高，但物料水分蒸发温度却也别超过该状态下热空气的湿球温度，物料温度别超过50—60℃，对全脂乳粉的XXX、香、味、营养成分及维生素妨碍极小。干燥中湿物料与干燥介质直截了当接触，举行眨眼蒸发，无需热交换设备。喷雾干燥还可改善生产生产环境，提高劳动效率。喷雾干燥的要紧缺点是设备的热效率低（惟独35—50％）、干燥室体积庞大、粉尘回收系统复杂，设备清扫工作量大，设备一次性投资量较大、设备一次性投资大及对建造要求较高。这么，现代的喷雾干燥设备，究竟离心喷雾干燥和压力喷雾干燥哪一种较好呢？对如此一具咨询题，不会做出确信的回答，而两种形式各有特点。压力喷雾干燥具有雾化器构造比较简单，采纳单喷嘴大孔径或多喷嘴生产能力大，粒径调节容易，维修方便，制品粒子中空气含量比较少等特点。但这类干燥塔的设计，往往直径小而高度大。离心喷雾干燥比高速离心机构造复杂，且装配精度要求高，特殊是104r/min以上的离心机造价高，但其适用于高浓度粘度的物料喷雾，制品粒子呈球状，粒子表面较规则整齐，干燥塔直径大而圆柱体部分高度低。对创造奶粉而言，都能够获得良好的产品。新型的离心喷雾干燥设备是用螺杆泵定量进料的，泵与无级变速器连接，便于调节流量。微粉的回收普遍采纳旋风分离器，而旋风分离器的应用和分离器数量尽量减少正引起设计人员的兴趣。使用较高的热风温度，别但可以提高热效率，而且能减少干燥空气的数量，从而减少劳动力消耗，并缩小了干燥塔的体积和旋风分离器等附属设备的尺寸，达到节省投资和落低运转费用的目的。另外，利用排出的废气来预热空气进口，可提高热效率，这种办法差不多经过热交换器实行了多年，在某种事情下大约能节能20％左右的燃料。在国内南方乳品企业，大约提高热效率6％左右。乳粉包装处理的充氮包装是婴儿乳粉为保证其质量而必须采纳的一种技术，要紧是为了防止乳粉中脂肪氧化，抑制其中也许的细菌生长，同时延长其货架期。

2物料横算及能量横算

2.1.1原料、中间产品、产品的物料总讲明

本次原料采纳生鲜牛乳，中间产品有稀奶油，产品为婴儿配方奶粉。大多婴儿奶粉的营养元素越来越加全面、丰富，并且也越来越接近母乳营养。比如除钙、磷、铁、碘、锌等常规元素外，还加入了维生素A、D、E、维C、B族维生素以及母乳中所特有的叶酸、泛酸等。由于消费者的特别性，婴幼儿奶粉和一般奶粉有着很多别同处。由于婴幼儿的消化系统发育尚别彻底，别能直截了当食用牛乳或一般奶粉，因此婴幼儿奶粉调整了蛋白质、脂肪及乳糖的比例，使其适合于婴幼儿的消化与汲取。并且，婴幼儿奶粉中还添加多种营养物质，使之可以满脚别同生长阶段婴幼儿的营养需要。

2.1.2单元操作物料横算

一1.喷雾干燥段物料衡算

⑴G1=G2（1—W2）÷（1—W1）

G1——每小时喷雾量kg/h

G2——每小时产量500kg/h

W1——产品含水量2.5％

W2——浓奶含水量52％

G1=500×（1—0.025/1—0.52）=1015.625kg/h

W=G1—G2=1015.625—500=515.625kg/h

W—水分蒸发量kg/h

⑵每小时干空气消耗量L=W÷(H2—H1)=515.625÷（0.03768÷0.00726）=16950.1972kg/绝干气/h

⑶新奇空气体积流量Vo=LvHo=16950.1972×0.8387=14216.1304m3/h

热空气体积流量V1=LvH1=16950.1972×1.239=21001.2943m3/h

排出气体体积流量V2=LvH2=16950.1972×1.0594=17957.0389m3/h2喷雾干燥段辅助设备物料衡算

⑴空气过滤器的选型计算

F=LVh,o÷m

F—过滤面积

m—过滤强度4000—8000m3/㎡h取5000

L—空气流量16950.1972kg/h

Vh,o—空气比容0.8387m3/h干空气

F=16950.1972×0.8387÷5000=2.84㎡取整3㎡

核算m=LVh,o÷F=16950.1972×0.8387÷3=4738.7m3/㎡h

空气阻力Hf=0.5SV1.8

S—滤层厚度，常取10cmV—过滤速度为m/3600m/s

过滤时一部分孔被堵，导致Hf上升，至一定程度（715—720）时取下清洗

选型：板式过滤器，中空泡沫塑料过滤面积：3㎡阻力落7.8143空气加热器

⑴需要加热量Q需=L1（I1—I2）÷ηk=16950.1972×（181.861—38.554）÷95％=2556928.326kJ/h

⑵传热效率F=（t1—t2）÷（Ts—To）=（160—20）÷（170—20）×100％=93.3％

⑶饱和蒸汽温度Ts=170℃空气平均温度T=（to+t1）÷2=（20+160）÷2=90℃此刻ρ空气=0.972kg/m3

⑷选型号为：SRZ15×6D

4旋风分离器

⑴进风速度ui15—25m/s取20m/s

⑵进风口截面积F=AB=D2/8=0.2429㎡D=1.41m取1.5m

5风机的选型

送风机4—72—116C转速2240r/min效率91％功率14.1kw

排风机4—72—118C转速1800r/min效率91％功率30.8kw

二1.弄缩段物料衡算

G3=G4（1—W4）÷（1—W3）

G3—每小时处理鲜奶量kg/h

G4—每小时送入喷雾干燥系统的奶量1015.625kg/h

W3—鲜奶含水量87.4％

W4—浓奶含水量55％

G3=1015.625×（1—0.55）÷（1—0.874）=3627.23kg/h

三总物料衡算生产500kg奶粉需要约3630kg鲜奶

2.1.3单元操作热量衡算

一1喷雾段热量衡算

1.1新奇空气状态参数to=20℃饱和蒸汽压Pso=2338.59PaΦo=50％

湿度Ho=0.00726kgkg水/kg绝干气热焓Io=38.554kJ/kg绝干气

湿比容VHo=0.8387m3（湿空气）/kg绝干气

1.2加热后空气状态参数t1=60℃湿度H1=0.00726kg（水）/kg绝干气

热焓I1=181.861KJ/kg绝干气湿比容VH1=1.239m3（湿空气）/kg（干空气）1.3输入喷雾干燥系统的热量

新奇空气输入Q1=LIO=16950.1972×38.544=653328.40kJ/h

加热器输入热量Q2=L（I1—I0）=16950.1972×（181.861—38.544）=2429251.412kJ/h

浓奶带入的热量Q3=176490.7kJ/h

总热量ΣQ1=Q1+Q2+Q3=3259070.512kJ/h

二1浓缩段热量衡算

W1=G3—G4=3627.23—1015.63=2611.6kg/hW1—浓缩器内水分蒸发量

Q5=W1×e（t2—t1）=2611.6×4.2×（70—43）=296155.44kJ/h

三杀菌段热量衡算

Q6=G3×e(t3—t4)=3627.23×4.2×（135—70）=990233.779kJ/h

四预热段热量衡算

Q7=G3×e（t5—t6）=3627.23×4.2（65—4）=9292963.326kJ/h

五总热量衡算

ΣQ=ΣQ1+Q5+Q6+Q7=5474723.057kJ/h

工艺流程

1.原料乳的收购与检验干酪乳清及脱脂乳

3分离稀奶油2加热，真空脱气26电渗析或离子交换处理

稀奶油4脱脂乳乳糖分解物

滋养糖

6均质化乳维生素A、D等热稳定维生素5精制植物脂肪组成的标准化胱氨酸及铁盐

7贮存

8净乳

9混合均匀

10均质

11杀菌

12浓缩

13混合

14均质

15喷雾干燥

16一级流化床

17喷涂卵磷脂

18二级震动流化床

19过筛

20干混可溶多糖及热别稳定维生素

21混合机搅拌

22过筛

23称量装罐

24充氮封罐

25检验

27CIP清洗

操作要点

1原料乳的收购与检验：《乳粉》P336收奶过程：原乳——检验——称重——贮存冷却(<10)，酸度《18，温度《10℃，杂质度《4mg/kg（此处为从奶槽车收乳）;《实用食品加工技术》P328牛乳的脱气（不同处理阶段的牛乳均需脱气）奶槽车上安装脱气设备；乳品厂收奶间流量计前安装脱气设备；储乳：为保证连续生产，储乳缸为不锈钢制作，为防止乳在罐中升温，应有绝缘层或冷夹层，并配有搅拌器、视孔、人孔及温度计、液位计；为避免泡沫的产生，储乳是从罐底进料的，为了避免脂肪球的魔草作用，一般不用正位移泵。罐要装满，半罐易升温。绝缘性能以储乳19小时以上，升温2到2℃为标准。

实际过程为奶槽车→采样检验→磅奶槽→受奶槽（在此处加热至52度）→双联过滤器（120目）→离心净乳机（6000g以上）→冷却储存（4℃以下）。其中净化《乳粉》P252离心净乳机（自动排渣净乳机）。

2加热、真空脱气进一步处理牛乳的过程中，应使用真空脱气罐脱气（工作时将牛乳预热到65℃后，泵入真空脱气罐，则牛乳温度落到60℃）（普通脱气的牛乳在60℃条件下举行分离稀奶油，标准化和均质）。

3分离稀奶油《乳粉》P255-256采纳密闭式（无沫分离），经过调节稀奶油出口流量决定脱脂乳脂肪含量；经过三通管使稀奶油重回脱脂乳，而杂质沉积排除（同净乳机）；稀奶油

出口压力必须大于脱脂乳口压力，以保证混合的正常举行；也可将稀奶油按比例混合到脱脂乳中完成标准化。

4、5储奶缸《食工，夏文水》P250混合搅拌，加入精制植物脂肪，此处温度视生产速度而定，普通小于10℃，储存24小时

6均质《乳粉》P248高压二级均质，适合于高脂、高干物质，温度55到80℃，压力10到25MPa

7贮存在此处举行组成的标准化，加入乳糖分解物，滋养糖，VA、VD,胱氨酸及铁盐等，温度小于10℃，24小时

8净乳《乳粉》P252离心净乳机P257间歇式离心净乳机（工厂化生产），（6000g以上）

9混合均匀储奶缸

10均质《乳粉》P19465—70℃，15—20MPa，3.5—5MPa，高压二级均质，并储奶

11杀菌《有用食品加工技术》P356超高温板式瞬时杀菌135℃，4S。《乳粉》P272产品在加工过程中是别能沸腾的，因为产品沸腾后所产生的蒸汽将占领管道内的一定容积，从而减少物料的灭菌时刻，使得灭菌效率落低。在间接加热系统中，沸腾往往产生于。为了防止次现象的产生，产品在最高灭菌温度时必须保持一定的负压使其保持该温度下的饱和蒸汽压。由于产品中的水分含量较高，因此这一饱和蒸汽压必须等于灭菌温度下的水的饱和蒸汽压。所以在135℃时，需保持0.2MPa的负压。然而液体乳中有一定比例的空气，在间接加热系统中，当物料还未沸腾时，就差不多有小气泡产生，并且较高的的流淌性所导致的局部流速的增加造成压力下落，也会产生气泡，所以所提供的负压一定要高于该温度下的饱和蒸汽压，由经验知，应提高0.1MPa，由此应提高到0.4MPa的负压。由于产品在流淌的过程中压力下落，则在灭菌段之前的产品压力应该高于0.4MPa。P277特点系统中需要运用垫圈来保持一定的密封性；流到窄，表面结构现象易妨碍物料流淌，需要停机清洗，板式加热器传热面非常薄，易形成腐蚀形成孔洞，造成对物料的污染。

12浓缩《有用食品加工技术》P360三效落膜式蒸发器，真空度6.666——9.333×10^4Pa，温度35——40℃，浓缩至原体积的1/4，其固形物约为45％《乳粉》P284为了幸免乳蛋白发生变性，第一效的沸点温度普通操纵在68—70℃，但最终一效中牛乳的沸点温度操纵在43℃以上。牛乳在蒸发器中别循环，如此在气液分离中形成的泡沫量就比较少，从而能够减少由于雾沫夹带而造成的损失。

13混合添加亚油酸、抗氧化剂（VC，VE），脂溶性维生素于储奶缸中混合

14均质《有用食品加工件技术》P360高压二级均质，均质压力5——14MPa，使脂肪球破裂细化并均匀地分散于浓缩乳中。

15喷雾干燥《有用食品加工技术》P360立式四喷头喷雾干燥塔，喷嘴直径约3—4mm。喷雾压力约15MPa。进风温度140度左右。《乳粉》P289浓缩乳40—50％，，40—50℃，

乳粉收到热量40—45℃，没有超过60℃，干燥15—30秒，除去水分90—95％，热风温度落到75—95℃。《食品工艺上册》P280压力式喷雾干燥采纳三柱塞往复泵，压力范围在10.6×10^4—24.6×10^4Pa，雾化角约为70°，干燥室普通有0.001—0.004MPa负压的干燥室内举行，幸免粉尘飞扬。开机前应对设备及管路举行完全的消毒，生产完毕后应对设备及管路举行清扫，清洗和消毒杀菌。干燥室在工作前应先开风预热，保持90℃，20分钟左右。喷雾时保持浓乳温度50℃左右，别应使浓缩乳温度过低。高压泵压力保持均匀稳定，操纵在13.73—14.72MPa。应依照热风温度，喷嘴孔径，喷雾压力喷头数量来调节喷雾量，使之配合以保持适当的排风温度。排风温度过低会产生潮粉；过高会落低干燥设备的生产力和生产效率，妨碍产品的质量和增加成本。排风温度普通保持在80—85℃，相对湿度10％—12％。《现代干燥技术》⑴空气过滤器空气过滤时一部分气孔被堵住，导致空气阻力上升，至一定程度（715—720）时取下清洗，选用板式过滤器，中空泡沫塑料。⑵空气加热器将进风温度加热到140℃，风速3.3m左右。⑶旋风分离器选标准型切线入口旋风分离器，干式法回收，进口风速20m/s，进口截面积0.25㎡⑷风机I送风机风量应有10％—20％的富裕。II排风机排风机风量应富裕15％—30％。

16一级流化床《有用食品加工技术》P359乳粉在一级流化床中附聚，《乳粉》P295流化床干燥的第一段为干燥段，100—120℃的热空气自干燥段底部通入，将乳粉干燥到所需要的水分含量。

17喷涂卵磷脂《有用食品加工技术》P359喷涂70℃卵磷脂，卵磷脂的用量为为乳粉量的0.2％－0.3％，允许加入量为0.4％。用量假如超过0.5％，就能尝出卵磷脂的滋味。卵磷脂使用时，须配成60％的无水乳脂溶液。

18二级震动流化床《有用食品加工技术》P359。震动流化床孔板的截面积取决于喷雾干燥设备的生产能力，孔板的开孔率取决于风速，风速取决于风量，而风量取决于乳粉与传热介质间所需