紫薯饮料加工工艺分析及生产布局设计8200字

1 1 2 21.2研究内容 3 4 4 4 5 7 7 93.3验证试验 4结论与展望 5.2制作工艺 5.3物料衡算 5.5耗水、耗电的计算 参考文献 20紫薯饮料产品的研究开发逐渐吸引科研人员的关注。本文通过对单因素实验研究出白砂糖添加量(2%、4%、6%、8%、10%)、紫薯汁添加量(15%、25%、35%、45%、55%)、柠檬酸添加量(0.14%、0.18%、0.22%、0.26%、0.30%)、稳定剂添加量(0.06%、0.11%、0.16%、0.21%、0.26%)。根据感官评定得分作为标准，确定各因素的最适添加量，并进行正交实验，确定制作紫薯饮料的最佳工艺为紫薯汁添加量为45%、白砂糖添加量为8%、苹果酸添加量0.18%、稳定剂添加量0.21%,通过控制原料配比制作出最佳的紫薯饮料，继续进行紫薯饮料的生产线设计，得到该生产线的年净利润为570.34万元。2关键词：紫薯饮料、单因素实验、感官评定、正交实验1.1紫薯的概述1.1.1紫薯的功能性作用紫薯是一种番薯科植物，别名黑薯，紫薯果实外皮和果肉都呈现出紫或深紫的颜色[]。紫薯的营养比普通红薯更为丰富，除了含有丰富的淀粉、纤维素、蛋白质等，紫薯中还含有丰富的花青素。紫薯中的营养物质例如蛋白质比较容易被人体吸收2-41。另外，紫薯中所含的维生素A以及维生素C也是人体不可或缺的营养素，其中维生素A可以改善视力，防止夜盲症，维生素C可以提升机体免疫力，促进机体胶原蛋白的合成[4.5],紫薯中含有的大量花青素具有调节人体血糖，抗氧化，清除机体自由基以及抗癌、抗肿瘤的作用[6]。除了紫薯茎块果实具有丰富的营养之外，紫薯茎叶也含有丰富的蛋白质以及维生素等，其中含有的可溶性膳食纤维还被应用于健身和减脂中[2,7。紫薯中的稀有元素铁、硒等也是人体必不可少的营养元素，具有补血和抗衰等作用，其中，硒是一种重要的营养素，具有很好的抗癌功效，且硒元素很容易就可以被机体吸收，并且能够留在人体的血清当中发挥抗氧化、抑制癌细胞分裂与合成、增强机体免疫力的作用，可以有效预防机体肝癌、胃癌等多种病症的发生。紫薯还可以替代精粮如大米等作为主食食用，紫薯中含有丰富的膳食纤维，可以增加饱腹感、促进人体胃肠道蠕动，具有润肠通便、改善消化道、预防胃肠道疾病的功效，经常被作为健身减脂的代餐1.1.2紫薯饮料的研究及市场现状现阶段国内外已经有大量的关于紫薯中营养物质的研究，尤其是对于紫薯中花青素的作用机制和理化性质的研究。但是目前为止，有关于紫薯深加工方面的研究还很少，关于紫薯饮料的研究则更少。基于紫薯中花色素的研究，发现紫薯中色素的热稳定性等理化性质良好，对于紫薯的加工利用尚处在发展阶段，但是紫薯加工的果蔬型饮料非常符合国内消费者的饮食习惯以及消费需求。因此，将紫薯作为原料应用到饮料等食品中，我国市场上在售的添加紫薯果肉或以紫薯为原料深加工的产品主要集中在膨化食3者的需求。目前，碳酸类饮料的市场逐渐下滑4,更多的消费者开始追求天然健康的果1.2研究内容剂(海藻酸钠、黄原胶，比例为1:1)添加量，根据单因素实验得到的结果设计正交试(1)生产工艺设计(2)绘制工艺流程图(3)物料衡算(4)设备选型(5)经济效益估算4(6)绘制总平面设计图和生产车间设计图2.1材料与仪器设备白砂糖(食用级),购自上海上棠食品有限公司；柠檬酸、苹果酸、海藻酸钠，购自浙江YP-B1003电子天平HH-4数显恒温水浴锅CH217电磁炉0600801打浆机2.2工艺流程及操作要点至细腻顺滑，再向紫薯汁中加入1.0%氯化钠溶液进行护色处理。(3)均质：将调配好的饮料预热至65℃,用高速离心搅拌机作均质处菌温度为100℃,灭菌时长为20min,灭菌结束后抓紧冷却。52.3实验方法挑选、清洗紫薯→去皮→切丁(3cm左右)→蒸煮→打浆→1.0%氯化钠溶液护色处以100ml紫薯饮料作为参考基准。基础配方为：白砂糖添加量6%,紫薯汁添加量35%,柠檬酸添加量0.26%,稳定剂(黄原胶：海藻酸钠=1:1)添加量0.21%。(1)白砂糖添加量的单因素实验白砂糖添加量分别取2%、4%、6%、8%、10%五个添加量，进行相应的5组实验。其他的配料为：稳定剂添加量0.21%,紫薯汁添加量35%,柠檬酸添加量0.26%,制作紫薯饮料，对饮料的色泽、香气、□感以及形态进行感官评定。紫薯汁添加量分别取15%、25%、35%、45%、55%五个添加量，进行相应的5组实验。其他的配料为：白砂糖添加量6%,柠檬酸添加量0.26%,稳定剂添加量0.21%,制作紫薯饮料，对饮料的色泽、香气、□感以及形态进行感官评定。(3)有机酸添加量的单因素实验①柠檬酸添加量单因素实验柠檬酸添加量分别取0.14%、0.18%、0.22%、0.26%、0.30%五个添加量，进行相应的5组实验。其他的配料为：紫薯汁添加量35%,白砂糖添加量6%,稳定剂添加量0.21%,制作紫薯饮料，对饮料的色泽、香气、□感以及形态进行感②苹果酸添加量单因素实验苹果酸添加量分别取0.14%、0.18%、0.22%、0.26%、0.30%五个添加量，进行相应的5组实验。其他的配料为：紫薯汁添加量35%,白砂糖添加量6%,稳定剂添加量0.21%,制作紫薯饮料，对饮料的色泽、香气、□感以及形态进行感(4)稳定剂添加量的单因素实验稳定剂添加量分别取0.06%、0.11%、0.16%、0.21%、0.26%五个添加量，进行相应的5组实验。其他的配料为：紫薯汁添加量35%,柠檬酸添加量0.26%,6白砂糖添加量6%,制作紫薯饮料，对饮料的色泽、香气、□感以及形态进行感官评定。2.3.3正交实验设计完成单因素试验后用感官评定作为指标，选择紫薯汁添加量、稳定剂添加量、白砂糖添加量、有机酸添加量这四个因素，各个因素挑选一个最优的试验范围，建立紫薯饮料L₉(34)正交试验因素水平表后继续完成正交试验，各组分别重复三次，得到生产紫薯饮料的最佳工艺配方。2.3.4感官评定评分项目色泽(30分)紫色25-30分淡紫色20-24分颜色很淡1-20分香气(25分)浓郁的紫薯香气21-25分淡淡的紫薯香气15-20分少量的紫薯香气1-15分□感(25分)味道合适，酸甜适宜20-25分味道比较合适，□味适中15-19分味道太重或太淡，酸甜不适口1-15分形态(20分)无杂质沉淀17-20分有微量杂质沉淀13-16分杂质沉淀过多1-13分73.1单因素实验结果与分析3.1.1白砂糖添加量对紫薯饮料品质的影响白砂糖添加量/%由图3-1可得：当白砂糖添加量为2%-8%时，感官评分不断上升，白砂糖添加量大于8%后，感官评分开始降低。因为白砂糖属于营养型甜味剂，能够提升回味和粘度以及饮料口感。白砂糖添加量过多，甜味较重，□感变粘，覆盖了紫薯的香气；白砂糖添加量过少，饮料风味不佳；合适的白砂糖添加量会提高饮料的饱满度，使饮料更加酸甜可口。综上分析，确定白砂糖最佳添加量为8%。3.1.2紫薯汁添加量对紫薯饮料品质的影响8由图3-2可得：当紫薯汁添加量为15%-45%时，感官评分不断上升，紫薯汁添加量大于45%后，感官评分开始降低。由于紫薯汁添加量的逐渐增加，饮料中紫薯的香气更加浓郁。当紫薯汁添加量超过45%后，由于浓重的紫薯蒸煮味使得风味变得越来越差，影响口感。综上分析，确定紫薯汁最佳添加量为45%。(1)柠檬酸添加量对紫薯饮料品质的影响柠檬酸添加量/%由图3-3可得：当柠檬酸添加量为0.14%-0.26%时，感官评分不断上升，柠檬酸添加量大于0.26%后，感官评分开始降低。柠檬酸添加量适当可以让饮料酸甜可口。柠檬酸添加量过多会有刺激性的味道，柠檬酸添加量过少时，饮料口感不佳。综上分析，确定柠檬酸的最佳添加量为0.26%。(2)苹果酸添加量对紫薯饮料品质的影响09由图3-4可得：当苹果酸添加量为0.14%-0.18%时，感官评分不断上升，苹果酸添加量大于0.18%后，感官评分开始降低。适宜的添加量可以让饮料提升口感。苹果酸添加量过多时，饮料酸味较重，覆盖原有紫薯的香气。综上分析，确定苹果酸最佳添加量为0.18%。3.1.4稳定剂添加量对紫薯饮料品质的影响稳定剂添加量/%由图3-5可得：当稳定剂添加量为0.06%-0.21%时，感官评分不断上升，稳定剂添加量大于0.21%后，感官评分开始降低。稳定剂添加量的增加有助于保持饮料的稳定性，□感圆润。当稳定剂添加量超过0.21%后，饮料会有腻感，变得粘稠。综上分析，确定稳定剂最佳添加量为0.21%。3.2正交试验分析3.2.1正交试验因素水平表的建立通过对单因素实验结果的分析，用紫薯汁添加量、稳定剂添加量、白砂糖添加量、苹果酸添加量这四个因素建立正交试验因素水平表，如表3-1所示。白砂糖添加量/%紫薯汁添加量/%稳定剂添加量/%苹果酸添加量/%16283试验号111112122231333421235223162312731328321393321R根据对正交试验结果的分析可得，这四个因素对实验结果的影响为A>C>D>B,第四是紫薯汁，最优组合是A₂B₂C₃Di,即白砂糖添加量为8%,紫薯汁添加量为45%,稳定剂添加量为0.26%,苹果酸添加量为0.14%,用此配方制作的紫薯饮料感官评定得分为90分。3.3验证试验验证，经过验证表明A₂B₂C₂D₂组合的得分是94分，比正交试验的结果与分析中任意一评价。最终得出紫薯饮料的最佳配方为A₂B₂C₂D₂,即白砂糖添加量为8%,紫薯汁添加量为45%,稳定剂添加量为0.21%,苹果酸添加量为0.18%。用此配方研制出的紫薯饮本课题只研究了一种复合稳定剂、甜味剂(白砂糖)和两种酸对紫薯饮料的影响，5.1生产线设计项目设计项目为：年产3000吨紫薯饮料的生产线设计。主要包含紫薯饮料的生产厂址(1)筛选原料：工人在运作台上料需要在85℃以上的温度下进行罐装，灌装时保持距离瓶□2-3cm。(3)封口、灭菌：罐装好的饮料在半小时内必须完成封口，灭菌条件为100℃,灭菌时长以20min为准。(4)检验紫薯饮料的成品：每瓶饮料的重量为330g±3g,根据紫薯饮料的成品质(1)感官标准：色泽为淡紫色，色差不允许相差太大，具有紫薯的香味，酸甜度成品静置24h后无明显沉淀。(2)理化指标：26%的总糖度。(5)12个月的保质期。且每班是3吨的产量。7小时/天每一班轮转，生产率为3t/7h=428.6kg/h,见表5-1。年产量/t日产量/t班产量/t3纯净水每日需求量：12×45%=5.4t白砂糖每日需求量：12×15%=1.8t空罐每日需求量：12×3031=36372只需求量/天紫薯占成品比35%,消耗率5%纯净水占成品比45%白砂糖需求量0.3%稳定剂需求量0.4%空罐330g/罐3031罐/t36372只5.4设备选型(1)购置时应将企业生产规模以及研发所必须的条件放在首位。(2)所选择的设备要适合当前生产的需要。在此基础之上，还需要在设备选型的(3)所选择的设备成本要适当控制，在保证质量的前提下，选择的设备在使用过(4)所选的设备要便于后期对产品进行改型以及满足后期扩大生产规模的使用。设备运行稳定，性能稳定，保证售后。5.4.2主要机械设备选型根据产品方案和生产规模，按照12t/天的产能，对紫薯饮料生产过程中的所需设备进行型号选择，如表5-3。规格型号技术参数1操作平台82ZXJ-3规格：3000×900×1930232425MKSE-300规格：300m³功率：/26272829GJJ-1000/25规格：1030×6502浆渣分离机225.5耗水、耗电的计算5.5.1耗水量计算用水主要在清洗、软化原料，设备清洗和生活用水。(1)原料的清洗K₁:依据经验，按紫薯：水=1:4计算，那么用水量为4.4×4×250=4400t/年依据经验，按紫薯：水=1:2计算，那么用水量为4.4×2×250=2200t/年(3)设备清洗K3:用水量为4t/天计算得4×250=1000t/年以0.11t/(人/天)计，用水量为12×4×250×0.11=1320t/年全厂用水量=K1+K₂+K3+K₄=8920t/年，以2.55元/t计算，水费大概是22746元/年。5.5.2耗电量计算规格型号总功率(kw)量年耗电量(度)123445363789//////5.6经济效益估算投资包括租赁地块和建设厂房所需的装修，大概需要投入费用450万，购买机械设备以及基础设施(包含设备安装调试费)共计大概需要335万。另外，根据表5-3,大概需要费用40万去购置设备，留下部分资金购置零散设备，大约需要费用55万。预留35万作为流动资金，总计需要资金约875万。白砂糖：10元kg×1800kg/d×250d=450万元；苹果酸：30元kg×36kg/d×250d=27万元；气：2万元；所有工人的费用大约：350万元共计约为2993.3万元每瓶净含量330g的紫薯饮料，价格5.5元/瓶，年产量910万瓶，销售金额5005万元，产品销售过程中的费用为销售金额的25%。年利润=年销售收入-(年生产成本+年销售费用)年净利润=年利润-(年利润×企业所得税)=570.34万元即该生产线年净利润5高压均质机灌装机灭菌机贴标机紫薯图5-1紫薯饮料生产工艺流程图33打浆间打浆间间理间o间高压均质间间间o3了433了4图5-2紫薯饮料生产车间布置图(图中尺寸单位：m)宿舍成品间办公区原辅料间停车场垃级场间5品感谢指导老师给予了我理论以及实验操作过程的一些建议，在论文编写的整个过程中我碰到了不少的难题，是指导老师一次次的细心引导，帮我克服了一些困难，感谢我的同学在实验的操作以及编写论文的过程中，我们相互学习，相互督促，在困难中不断成长，获得新的知识。还要感谢走在学术前沿的前辈们的刻苦钻研，因为有他们的众多学术硕果，才给我们留下了丰富的参考文献和学习资料，引导了我的实验思路，为我的实验提供理论基础，谢谢所有人的帮助。参考文献[1]王月囡.紫薯饮料护色液化工艺[J].现代食品.2016,(02):90-92.[2]胡霞，葛莎莎.紫薯护色工艺及速冻紫薯丸的研制[J].温州农业科技，2016,(02):[3]赵丰丽，蒋秀娟，吴奔，等.紫薯渣花色苷提取及其功能饮料的研究[J].粮油食品[4]肖丹，邱超，刘平，等.紫薯饮料的制作及工艺研究[J].内江科技，2019,40(03):57-58.[5]吴云雪，李佳，李娟，等.紫薯饮料加工技术研究[J].食品与发酵科技，2017,53(05):72-75.[6]陈亚利.紫薯花色苷分离及紫薯饮料加工工艺研究[D].2019.[7]涂薇.紫番薯鲜奶