75L搅拌型酸奶的生产工艺设计改稿（可编辑） .doc

75 L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75 L搅拌型酸奶的生产工艺设计工艺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布局合理方便生产反映设计的先进性搅拌型酸奶 The Process Design of 75 L Stirred Yoghurt Abstract Based on the available equipments in the laboratory and information collection the process of producing stirred yogurt in 75 L-fermentor was designed in the study This design included process design and cost calculation for yogurt production material and heat balance calculation equipment selection mapping flow chart of production process etc The validation experiments showed that the yogurt produced by the designed process was measured up with the relevant criterions Therefore our designed process is reasonable and scientific Considering the demands of production economy and technology different equipments were selected according to the designed process and designed workshop layout was facilitated to production Our design has the characteristics of practicability and creativity Key words Stirred yoghurt Process design Material balance calculation heat balance calculation Equipments selection 目录 0 引言11 实验材料与方法311 实验材料3111 原材料发酵剂3122 实验试剂3123 实验仪器及设备412 实验方法4121发酵剂的制备4122发酵剂的质量检验5123发酵剂的贮藏513工艺指标的测定方法6131感官指标6132理化指标62 工艺流程确定及论证921工艺流程确定9211酸奶生产工艺流程922工艺论证和说明9221发酵剂的制备9222加糖量9223均质10224热处理10225发酵11226冷却后熟113 成本核算1231物料衡算12311原料乳及成品乳的成份要求12312 75 L搅拌型酸乳的总物料衡算13313生产75 L搅拌型酸奶的物料流程图1432 热量衡算14321 热量衡算的意义14322 热量衡算的依据14323 生产75 L搅拌型酸奶的热量计算流程图15324 75 L搅拌型酸乳的总热量衡算1533 耗水量计算17331 培养基用水量W118332 热处理结束后冷却水的用量W218333 一段发酵阶段热水用量W3以3 h计18334 生产75 L搅拌型酸奶总耗水量1834 物料衡算热量衡算及耗水量计算汇总184 主要设备选型2041 选择设备的原则2042 设备选型20附图总平面布置图235 工艺验证及技术经济分析2451根据所确定的工艺流程生产75L搅拌型酸奶2452产品的感观检验2453产品的理化指标2454 生产运行成本核算2555 技术经济分析25551用于租赁生产车间的费用k125552用于购购置各种设备工具器具的费用k226553 年生产运行成本k326554折旧费26555利润26结论27致谢语28参考文献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2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33万吨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2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375L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 11 实验材料 111 原材料发酵剂所谓发酵剂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Streptococcus thermophilus及保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus购买于中国工业微生物菌种保藏中心乳酸菌纯培养物 Seed Starter 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母发酵剂 Mother Starter 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生产发酵剂 Bulk Starter 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 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溴钾酚绿 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表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5电子天平JY2002上海精密科学仪器有限公司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立式压力蒸汽灭菌器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-215KAN DZ青岛海尔股份有限公司 嗜热链球菌Streptococcus thermophilus的活化培养基12脱脂复原乳于006 MPa压力下灭菌20 min快速冷却后置于30 保温箱中培养3天证实无菌后使用5 保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus的活化培养基12脱脂复原乳于006 MPa压力下灭菌20 min快速冷却后置于30 保温箱中培养3天证实无菌后使用5购买的菌种纯培养物是粉剂装在安瓿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瓿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 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母发酵剂制备时以脱脂乳120 mL装入四旋瓶中06 MPa灭菌20 min并迅速冷却至40 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40 培养箱中进行培养凝固后再移入灭菌脱脂乳中如此反复23次使乳酸菌保持一定活力制成母发酵剂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90 15 min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 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40 的恒温箱中培养至凝乳测定凝乳时间保加利亚乳杆菌5 h嗜热链球菌6 h说明活力达到生产要求6液体发酵剂脱脂乳115石蕊溶液2右旋糖本实验使用葡萄糖10碳酸钙遮住试管底部卵磷脂 pH 7 10酵母浸提液03培养后存放在4 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121 灭菌20 min7液体发酵剂11脱脂复原乳121 灭菌20 min培养后存放在4 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121 蒸汽灭菌20 min的甘油混合并使甘油的终浓度在10-15再分装于小离心管中置-20 冰箱中保藏色泽和组织状态取适量试样于50 mL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50 mL烧杯中先闻气味然后用温开水漱口再品尝样品的滋味8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8吸取10 mL牛乳置于250 mL三角瓶中加入20 mL水再加入05 m1 05的酚酞乙醇溶液小心摇匀用01 molL氢氧化钠标准溶液滴至微红色见注在1 min内不消失为止消耗01氢氧化钠标准溶液的毫升数乘以10即得酸度°T9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10 mL置于250 mL三角烧瓶中加20 mL蒸馏水再加入3滴0005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 在带盖铝皿中加入海砂10 g于105 烘箱内供至恒重吸取5 mL牛奶于此铝皿中置分析天平上称量准确至02 mg 放入105 的干燥箱中干燥2 h后加盖取出置于干燥器中冷却后称重再放入烘箱中干燥2 h取出冷却2030 min将盖盖紧称重如此重复至前后两次重量差不超过2 mg为止9 计算 全乳固体 W2-W3 ×100 W1-W3 -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 TF -2式中 T全乳固体 F脂肪称取样品100 g置于50 mL大试管内加10 mL盐酸将试管放入80 水浴中至样品消化完全取出试管加入10 mL乙醇混合冷却后将混合物移于100 mL分液漏斗中以25 mL乙醚分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5 mL乙醚振摇静置仍将上层清液放入原锥形瓶内将锥形瓶置90 水浴上蒸干后105 烘箱中干燥2 h取出放干燥器内冷却05 h后称量9计算X m1-m0 ×100m2 -3 式中 X试样中游离及结合脂肪含量g100gm0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 10消化准确移取10 mL样品于消化管中加10 g催化剂加10 mL浓硫酸混合加热消化至液体呈淡绿色冷却加水定容至25 mL加碱蒸馏反应瓶中加入2 mL消化液和5 mL 10 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25 mL 2硼酸的三角瓶立即收集氨蒸煮5 min而后退下三角瓶继续收集3 min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g100g V-V0×c H ×14008×625×100×25 m×1000 -4式中 V 滴定时消耗硫酸标准溶液的体积mLV0 空白试验消耗硫酸标准溶液的体积mLc H 硫酸标准溶液中H的浓度001 molLm 样品的质量095 g取样量1 mL样品比重为105214008 氮原子的摩尔质量gmol625 氮换算为蛋白质的系数检样以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1 mL之量加入灭菌平皿内每皿内加入适量改良TJA翻转平板36±1 培养72±3 h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22表22 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±1 mm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50 mL酵母浸膏5 g牛肉膏10 g乳糖20 g葡萄糖2 gk2HPO4 2 g吐温80 1 g乙酸钠5 g琼脂15 g水加至1000 mLpH 68±022 工艺流程确定及论证原料奶 还原奶 检测合格 配料添加7白砂糖 预热65 均质15-20 MPa 杀菌90 10 min 冷却45 接种接种量3嗜热链球菌保加利亚乳杆菌是12 一段发酵42-43 灌装 二段发酵37 后熟4 冷藏 搅拌型酸奶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150 mL的四旋瓶中加入100 mL的12脱脂乳经006MPa20 min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40 静置培养至凝乳嗜热链球菌扩培在150 mL的四旋瓶中加入100 mL的12脱脂乳经006 MPa20 min灭菌后用流水迅速冷却按3的接种量接入嗜热链球菌40 静置培养至凝乳 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10 m以下经均质后的乳有以优点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55-80 均质压力18-25 MPa效果最好本实验在65 温度20 MPa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前均质后图1 均质前后脂肪颗粒大小比较均质后的物料以90 进行10 min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45 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85 2030 min或90 510 min的热处理UHT加热 135-150 2-4 s 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10 min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1112本实验确定为12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4243 发酵到pH 58之后将杀菌冷却后的酸奶原料乳pH值稳定在58取出的发酵混合物冷却到37 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pH 46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37 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 将37 二次发酵凝乳后的酸乳立即放入45 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 h双乙酰含量达到最高超过又会减少因此发酵凝固后须在4 左右贮藏24 h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 成本核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 原料乳成份要求见下表表1 原料乳成份要求15项目指标20 4 1028脂肪310蛋白质295乳糖42非脂乳固体81酸度°T18杂质度mgkg001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3110-2005蛋白质29非脂乳固体81酸度°T700312 75 L搅拌型酸乳的总物料衡算3121 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75 L装料系数为080复原乳浓度为10均质回收率为098计算全脂乳粉用量为75×080×10÷098 613 kg发酵剂制备消耗的原料量75×080×3×10 018 kg则全脂乳粉总用量 613018 631 kg3122 主要辅料白砂糖用量 根据发酵罐体积为75 L装料系数为080加糖量为7计算主要辅料白砂糖的耗量为 75×080×7÷098 43 kg3123 产品产量 根据发酵罐体积为75 L装料系数为080计算产品产量为 75×080 60 L313生产75 L搅拌型酸奶的物料流程图图31 生产75 L搅拌型酸奶的物料流程图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 Q入 Q出Q损17 3-1式中 Q入输入的热量总和kJ Q出输出的热量总和kJ Q损损失的热量总和kJ图生产75 L搅拌型酸奶的热量计算流程Q1根据公式G V × 3-2式中 V还原乳体积还原乳密度还原乳质量为G V × 75 × 080 × 1028 6168 kg 预热阶段耗热量Q1为Q1 G × cw × t2 - t1 ×1118 79722 kJ 3-3式中 cw牛奶的比热容25 × 103 Jt1自来水的平均温度 18 t2预热温度65 11热损失系数242 热处理阶段耗热量Q2培养基升温耗热量 Q2 G × cw × t3 t2 kJ 3-4式中 G还原乳质量 kgcw牛奶的比热容25 × 103 Jt3热处理温度90 t2热处理初始温度48 2 发酵罐升温耗热量Q2 G× cw× t3 t1 3-5 156×05 × 103 × 90-18 5616 kJ式中 G发酵罐净重156 kg cw不锈钢的比热容05 × 103 J19 t1平均室温即发酵罐温度18 t3热处理温度90 3 维持温度阶段耗热量 90 维持时间为10 min蒸发量为每小时1Q2 1×G × × 1060 3-6 1×× 22832×16 2347 kJ式中 G还原乳质量 kg 90 水的汽化热22832 kJkg19热处理阶段耗热量 Q2 Q2 Q2 Q2 ×11 3-7 56162347 ×11 12327 kJ3243 冷却阶段耗热量Q3把发酵混合物从t3 90 冷却到t4 43 冷却水使用t0 11 的冷水平均出口水温为t5 40逆流操作则耗热量为 Q3 Q×c× t5 t0 ×t 3-8 1125×42 × 103 × 40-11 ×03 h 39690 kJ式中 Q 冷却水的流量1125 m3h即1125 kgh t 冷却时间03 h Q4 Q4 T ×Q × c × t4 t1 ×11 3-9 05 ×1125 × 42 × 103 × 45-18 ×11 701663 kJ式中 T发酵过程通热水的时间05 h Q热水的流量1125 m3h即1125 kgh c水的比热容42 × 103 J t1自来水的平均温度18 t6热水温度45 3245 均质阶段热损失Q5Q5 G × cw × t2 t2 20046 kJ 3-10式中 G还原乳质量 kg cw牛奶的比热容25 × 103 J t2均质前温度65 t2均质后温度52 3246 生产75 L搅拌型酸奶总耗热量Q入 Q出Q损 3-11 Q1Q2Q3Q4Q5 79722123273969070166320046 132160 kJ3247 生产75 L搅拌型酸奶的耗电量将耗热量换算成耗电量1 kWh 36 ×106 J则3600 367 kWh 33 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W1 W1 75×080水 3-12 75×080998 602 kg式中 08装料系数 水20水的密度0998 kgL W2把发酵混合物从t3 90 冷却到t4 43 冷却水流量为1125 m3h冷却时间为03 h则耗水量为 W2 Q × t 水 1125×030998 3382 kg 3-W3以3 h计 W3 T ×Q水 05 × 11250998 5636 kg 3-14式中 T发酵过程通热水的时间05 h Q热水的流量1125 m3h即1125 Lh水20水的密度0998 kgLW W1 W2 W3 3- 60233825636 962 kg 34 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 物料衡算热量衡算及耗水量计算汇总成本项目耗量合计物料衡算主要原料全脂乳粉用量631 kg主要辅料白砂糖用量43 kg成品乳594 L热量衡算预热阶段耗热量Q179722 kJ132160 kJ热处理阶段耗热量Q212327kJ冷却阶段耗热量Q339690 kJ发酵阶段耗热量Q4701663 kJ均质阶段热损失Q520046 kJ耗水计算培养基用水量W1602 kg962 kg发酵阶段热水用量W23382 kg发酵结束后冷却水用量W35636 kg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 1 保证工艺生产过程的正常和安全运行 2 操作费用低耗水电汽等较少 3 技术上先进经济上合理操作上方便 4 清洗方便耐用易维修 5 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 6 考虑生产波动和设备平衡要留有一定的余量和备用设备 7 尽量减少噪音符合环保要求172 设备选型根据工艺要求和设计规模对生产设备进行选型设备说明本设计结合实验室的现有设备确定生产规模为75 L工艺要求15-20 MPa该设备最高压力60 MPa能够满足生产的需求额定流量500 Lh耗时较短同时也减少了均质时复原乳的热量损耗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膏体灌装机灌装速度20-60瓶分灌装精度±1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如下表表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CS75 L不锈钢12高压均质机SLS-60-70500 Lh不锈钢1上海3搅拌桶300 L不锈钢温州4螺杆泵G135-13-65 m3h不锈钢上海5离心泵ISG15-8011 m3h硬质合金6上海6管式冷却器2LQF4Wm2不锈钢1吉林7板式换热器BRO6061m2不锈钢1无锡8膏体灌装机DG25-250 mL不锈钢1武汉9天平SR16000161 kg不锈钢1上海合计1台附图总平面布置图5 工艺验证及技术经济分析 51根据所确定的工艺流程生产75L搅拌型酸奶6 kg全脂乳粉1042 kg白砂糖7 加60 L水搅拌溶解 预热65 均质15-20 MPa 进入发酵罐 热处理90 10 min 冷却45 接种接种量3嗜热链球菌保加利亚乳杆菌是12 一段发酵42-43 灌装 二段发酵37 后熟4 冷藏 搅拌型酸奶表2 产品的感观检验结果表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oT84270脂肪20331蛋白质23非脂乳固体16381乳酸菌总数cfumL347×1012397×10101×106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80-120oT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250rpmmin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1×106其保健效果更佳表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631 kg2297主要辅料白砂糖43 kg303耗电量 kwh169耗水量96 kg24劳动力天包装成本125 mL480个72合计51355 技术经济分析551用于租赁生产车间的费用k1租赁生产车间年租为k1k1 5万元生产一批75 L酸奶所需时间为4 h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 6513×1830 1191879万元故生产总投资k总 k1 k2 k3 5 1