食品工程设计酸奶.docx
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食品工程设计酸奶
山西师范大学
食品科学学院
食品工厂设计
课程设计说明书
项目名称：
年产10万吨酸奶厂工艺设计
姓名：
学号：
**********
专业：
食品营养与检验教育
设计时间：
2014年6月19日
成绩：
附图1：
主要车间生产工艺布置图
0前言
民以食为天，食以乳为先。
牛乳自古以来即被人类饮用，牛乳的组成最为接近人乳，含有人体所需要的全部营养成分，营养最为均衡，在人们的膳食结构中具有其他食品无法替代的地位和作用。
由鲜牛乳发酵成的酸乳由于其丰富的营养、特殊的风味、爽滑的质构和良好的生理功能，备受人们青睐。
联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）与国际乳品联合会（IDF）于1977年对酸乳作出如下定义：
酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳（杀菌乳或浓缩乳）中，由保加利亚乳杆菌和嗜热乳酸链球菌进行乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品中必须含有大量的、相应的活性微生物。
通常根据酸乳成品的组织状态来进行分类，具体可分为凝固型酸乳（发酵过程在包装容器中进行，从而使成品因发酵而保留其均匀一致的凝乳状态）、搅拌型酸乳（成品先发酵后灌装而得，发酵后的凝乳已在灌装前和灌装过程中搅碎而成黏稠且均匀的半流动状态）和饮用型酸乳（类似搅拌型酸奶，但包装前凝块被分散成液体）。
饮用酸乳制品对身体有很多益处，乳中许多成分具有很高的营养价值，而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。
⑴营养作用：
牛奶中乳糖经乳酸菌发酵，其中20%～30%被分解为葡萄糖和半乳糖。
前者进一步转化为乳酸或其他有机酸，这些有机酸有益于身体健康；后者被人吸收利用，可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成，并有利于提高乳脂肪的利用率。
牛奶中的蛋白质经发酵作用后，乳蛋白变成微细的凝乳粒，易于被人消化吸收。
酸奶中的磷、钙和铁易被吸收，有利于防止婴儿佝偻病和老人骨质疏松病。
牛奶中的脂肪经乳酸菌作用后，发生解离或酯键被破坏，易于被机体吸收。
发酵过程中，乳酸菌还会产生人体所必需的维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等营养物质。
⑵缓解乳糖不耐症：
乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖，因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症，如腹胀、腹痛、肠道痉挛、下泻等。
⑶整肠作用：
人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。
在人体正常情况下，前者占优势；当人患病时，有害菌群占优势。
饮用酸奶可以维持有益菌群的优势。
⑷抑菌作用：
嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响，可以进入肠道，在肠道内存留较长时间。
这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长起来的肠道中的其他乳酸菌，可以产生嗜热乳菌素等抗菌物质，这些物质大都对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用。
⑸改善便秘作用：
进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、醋酸等有机酸。
这些有机酸有刺激肠道，加强蠕动的作用，故可以改善便秘。
⑹降低胆固醇：
牛乳中的乳清酸、乳糖和钙，以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用。
⑺抗癌作用：
酸奶有抑制3种酶的活性作用，这些酶能引起癌变。
另外，酸奶还能激活巨噬细胞，抑制肿瘤细胞，从而起到抗癌作用
1厂址选择
1.1 自然环境
庵埠镇为北回归线的通过点，处于亚热带与热带之交。
南濒南海，具有海洋性季风气候特点，气候温暖，日照充足，夏长冬短，雨量充沛，分布不均。
年平均气温21.4℃，一年之间只有一、二月份平均气温小于15℃。
年日照时数平均为1998.9小时，累计年降雨量为1668.3毫米，夏秋多台风。
庵埠镇97%是低平的冲积平原。
平原处于韩江三角洲中、下部，是三角洲低平原与海岸沙陇堆积平原的过度地带。
庵埠镇有丘陵分布，山表多为花岗岩。
由于属于冲击平原，大小海迹遗留下很多水域，又历人工改造，该镇内形成有湖港河汊纵横交错的水网，水源主要来自桑浦山泉和韩江水。
此地区地势平坦，工程基础条件良好，周围没有污染源等不利于建厂的环境因素。
1.2社会因素
厂址选在潮州市的庵埠镇的工业区，潮州市潮安县庵埠镇为潮安县城所在地，位于粤东腹地，潮州市南端，毗邻揭阳、澄海、汕头特区，地处潮汕三市交界，庵埠镇总面积30平方公里。
潮安县庵埠镇立足于原有产业优势，倾力发展食品、印刷包装行业，严抓市场秩序、重质量、守信用，加快企业产品结构调整，积极推进两个创新，营造良好的社会环境，内强素质，外树形象，使全镇民营经济持续快速健康增长，社会各项事业蓬勃发展，成为粤东地区一个耀眼亮点，享有“中国食品第一镇”和“中国印刷包装第一镇”的美称。
城镇基础设施建设日趋完善。
潮州市潮安县庵埠镇每年都投入资金几千万加大对城镇基础设施的建设配套，农村城市化、城乡一体化已初步形成。
拥有110千伏输变电站，日供水量8万吨的自来水厂。
2002年，全镇用电量3亿多千瓦时，全镇100%饮用自来水，镇道、村道全部实现水泥路面。
全镇人均居住面积26.32平方米，交通便捷。
1.3经济因素
庵埠镇有民营企业1700多家，其中食品企业700多家，印刷包装企业500多家，拥有佳宝、汾煌、雅士利、康辉、长江印刷等一批在全国闻名的集团公司和规模企业。
食品产品已经发展到保健、休闲。
营养等12大门类，2000多个品种，拥有九制陈皮、汾煌可乐等名牌产品；印刷包装发展到原材料、机械设备、电脑设计、油墨生产、印刷等一条龙配套技术服务，全镇共有18家企业通过ISO—9002质量体系认证。
已经申报为广东省专业技术创新试点镇，并建立了庵埠镇工业网站，逐步实施500家企业上网工程，建立和完善庵埠食检所，提高全镇食品卫生检测能力，张强企业可持续发展后劲。
庵埠镇目前正处于快速发展的黄金期，在经济发展和生态环境保护保护压力日益增大的情况下，庵埠镇始终高度重视生态环境保护。
根据自身优势，大力发展绿色经济，初步探索出了一条经济发展和生态环境保护双赢的路子，整体环境质量保持了较好水平。
2总平面设计
总平面设计是食品工厂设计的重要组成部分,它是将全厂不同使用功能的建筑物,构筑物按整个生产工艺流程,结合用地形条件进行合理的布置,使建筑群组成一个有机整体,这样既便于组织生产,又便于企业管理。
所谓总平面设计，就是一切从生产工艺出发，研究建筑物、构筑物、道路、堆场、各种管线和绿化等方面的相互关系，在一张或几张图纸上表示出来，这样的设计就叫工厂总平面设计。
2.1总平面设计的内容
项目占地15000㎡，其中生产区占地6000㎡，位于厂区中心；生活区占地1500㎡，位于厂区东北角。
本设计主要包括生产车间、原料库、成品库、办公楼、宿舍区、配电室、机修车间、锅炉房、发酵间、灌装间、预处理间等
2.1.1水平面布置
（1）运输设计
合理进行用地范围内的交通运输路线的布置，是人流隔阂和货流分开，避免往返交叉。
（2）管线设计
管道通过人行道时离地面至少2米，通过公路时不小于4.5米，通过工厂主要交通干道时应为5米。
管道应集中敷设，垂直派了时，热介质在上冷介质在下，无腐蚀介质在上有腐蚀介质在下，气体管在上管在下。
管线交叉时的避让原则是：
小管让大管，易弯曲的让不易弯曲的，压力管让重力管，软管让硬管，施工量小的管让施工量大的管，新管让旧管。
管线尽可能布置于道路外面，只在施工顺序许可的条件或者布置有困难的情况下，可将检修次数小的雨水管、污水管埋设在道路下面。
一般管道应明线敷设，走直线，少拐弯，少交叉，不重叠布置，力求整齐、美观，管道和阀件的布置应便于操作。
（3）绿化设计及环保设计
椭圆形的花坛，花坛中心设置有喷泉、假山，这种色彩鲜明、动静结合的搭配，给人一种清新洁净、生机盎然的感觉，烘托出项目产品新鲜、方便、卫生的底蕴。
（4）建筑物的布置设计
花坛往北便是占地1440㎡的主生产车间，宽敞明亮，布置有现代化的生产线。
洗手间、空气净化设备、卫生隔墙等设施一应俱全，全面适应生产的需要。
厂区东侧是机修间和锅炉房。
厂区西侧布置的是原料库、成品库和办公楼、实验室。
工厂的道路均按照工厂设计的标准进行布置，主干道路宽6m，两侧布置有绿化带，环绕整个厂区。
并设有人行道和缓冲区，充分做到人车分离、安全生产。
厂区的绿化带布置合理，栽种常绿树木和草类，使整个厂区四季如春，显得生机盎然。
本设计采用轻钢结构厂房进行设计。
轻钢建筑材料重量轻、建设周期短，相对建筑成本比较低，同时，轻钢结构厂房相对跨度大，对设备在厂房中的布置影响小，框架结构对于不同功能分隔和以后的变更都非常的方便。
我国夏季多为东南风，冬季多为西北风，因此本设计将动力系统和污水处理系统放置在整个厂区的东侧，避免因为风向的问题影响产品质量，同时根据乳制品GMP要求，本设计的厂房具有通排风系统，避免外界的污染进入到车间内部。
主车间物流为南北走向，人流为东西走向，因此，在主厂房北侧设置原辅料仓库和容器整理中心，对原、辅料进行储存和瓶、箱等包装容器的初步滔滔和整理.原料经过加工处理，生产出的成品由主厂房南侧经过冷库储存和恒温月台分配后由物流配送系统运送出厂。
恒温月台能够避免成品在分配过程中处于高温环境，从而造成对产品质量的影响。
主场房人流方向为东西走向，人流经过主厂房一次换鞋、更衣、二次换鞋、消毒池以及风淋间后通过人流通道进入各个生产岗位进行生产。
设计中人流路线与物流路线没有交叉，因此能够避免事故和操作失误。
2.1.2竖向平面布置
2.2总平面设计的基本原则
2.2.1.总平面设计
应按批准的设计计划任务书和城市规划要求，对建筑布局、方位、道路、绿化、环保等进行综合设计，布置必须紧凑合理，做到节约用地，分期建设的工程，应一次布置，分期建设，还应考虑工厂扩建的可能，合理预留发展空地。
2.2.2对建筑物、构筑物的布置
必须符合生产工艺要求。
保证生产过程的连续性，互相联系比较紧密的车间，仓库可进行合理组合，建成联合厂房，要求物流线路短捷，运输总量最少，尽量避免往返交叉，合理组织人流和货流，相互间影响的车间不要放在同一建筑物里。
2.2.3厂区建筑物设计
从防火、卫生、防震、防尘、噪音、日照、通风等方面考虑，在符合有关规范的前提下，使建筑物间的距离最小。
2.2.4卫生方面的要求
（1）生产车间要注意朝向，保证通风良好。
（2）生产厂房应与公路有一段距离，中间设置绿化地带，一般30~50米。
（3）厕所应与生产车间分开并有自动冲水设施。
（4）对卫生有不良影响的车间应远离其它车间。
（5）生产区和生活区尽量分开，厂区尽量不搞屠宰。
图3-1年产10万吨酸奶厂平面图
3产品方案
由于酸奶工厂原料基本采用奶牛当日产的牛乳，并且酸奶是消费者每日饮用的产品，因此酸奶工厂全年没有停产时间，按照一年365日计算，为平衡每月生产的产量，避免出现部分月停产，部分月加工任务过于繁重，结合主要加工酸奶的品种成熟时间情况，初步安排产品生产方案如下（注每月以30天计，除去国家节假日）。
其中袋装（200g/袋）和塑料杯（125g/杯）的班产量为50t；屋顶包（500g/包）的班产量为10t；其他品种的班产量均为20t。
表3-1工厂日生产产品方案
产品种类
包装
包装规格
灌装机能力
产量（吨/天）
凝固型酸奶
袋装
200g/袋
12000瓶/小时
90
搅拌型酸奶
塑料杯
125g/杯
12000杯/小时
85
20000杯/小时
150g/杯
9000杯/小时
40
屋顶包
200g/包
6000包/小时
24
500g/包
12
1000g/包
24
合计
275
表3-2年产100000t酸奶工厂的产品方案一览表
产品
名称
包装
种类
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
年产量
（t）
凝固型酸奶
袋装
200g
32850
搅拌型酸奶
塑料杯
125g
31025
塑
料
杯
150g
14600
屋
顶
包200g
8760
屋顶包
500g
4380
屋顶包
1000g
8760
4工艺流程
4.1凝固型酸奶的工艺流程
鲜乳或还原乳
验收
预处理
奶仓
牛乳
蔗糖溶解调配
预热60～65℃
15～20MPa均质
加热灭菌90～95℃、3～5min
冷却快速冷却至42～45℃
直投式发酵剂接种
灌装
直投式菌种：
43℃发酵4～6.5h
速冷速冷至15～20℃
冷藏后熟：
4℃冷藏过夜
保持冷链贮存或销售
4.2搅拌型酸奶的工艺流程
鲜牛乳
验收
预处理
奶仓
牛乳
蔗糖
溶解
调配
预热（60℃～65℃）
均质（15MPa）
杀菌（95℃，5min）
冷却（42℃～45℃）
直投式发酵剂接种
发酵（终点pH4.6）
破乳、冷却（15℃～20℃）
溶解杀菌冷却混合
稳定剂、水、蔗糖均质（15MPa）
冷却（15℃～20℃）
灌装、冷藏
保持冷链贮存或销售
4.3操作要点说明
（1）预处理
净化可以除去原料乳中的杂质，使牛乳达到最高的纯净度。
为使原料乳中脂肪和无脂干物质之间的比例关系符合制品的要求，可通过闪蒸操作调整其比例关系。
（2）预热
预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使一部分乳清蛋白凝固，提高酪蛋白的热稳定性，以防止灭菌时凝固，并赋予成品以适当的黏度。
同时可以钝化酶并降低均质后乳脂肪球的直径，防止均质后的产品中脂肪上浮，增加产品的稳定性。
预热温度控制在60℃～65℃。
（3）均质
均质主要是使原料充分混合均匀，阻止奶油上浮，提高酸乳的稳定性和稠度，并保证乳脂肪均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。
均质压力控制在
15MPa。
（4）杀菌
杀菌目的在于杀灭原料乳中的杂菌确保乳酸菌的正常生长和繁殖，钝化原料乳中的天然抑制物；使乳清蛋白变性，以达到改善组织，提高黏稠度和防止成品乳清西出的目的。
杀菌温度控制在95℃，保温5min进行杀菌。
（5）冷却
冷却主要是为接种的需要。
经过热处理的牛乳需要冷却到一个适宜的接种温度，此温度控制在42℃～45℃内。
（6）接种
接种是造成酸乳受微生物污染的主要环节之一，因此严格注意操作卫生，防止细菌、酵母、霉菌、噬菌体及其他有害微生物的污染。
接种时充分搅拌，使发酵剂与原料乳混合均匀。
（7）发酵
发酵温度控制在42℃～45℃，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间2.5h～3h，且期间不搅拌。
发酵终点判定：
观察发酵乳表面的状态，只要表面呈均匀的凝固样，并且又少量乳清析出，即可初步判断接近发酵终点，再测定pH4.6时即可停止发酵。
（8）破乳、冷却
破碎凝胶体，使凝胶体的粒子直径达到0.01mm～0.4mm，并使酸乳的硬度和黏度及组织状态发生变化。
搅拌速度不可过快，时间不宜过长。
冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使酸奶逐渐凝固、降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。
将发酵乳迅速降温至15～20℃
（9）混合
将经溶解和杀菌的稳定剂、水和白砂糖辅料与发酵乳进行混合。
（10）均质
使混合料液滴微细化，提高料液黏度，抑制粒子的沉淀，并增强稳定剂的稳定效果。
均质压力控制在15MPa,均质温度为60℃左右。
均质是为了充分将添加入混合罐中的稳定剂、水和白砂糖辅料混合均匀，从而获得质地细腻、口感良好的产品。
（11）灌装和冷藏
采用相应灌装机进行灌装后的成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h，进行后熟，以产生良好的风味。
5物料衡算
5.1凝固型酸奶
鲜牛奶85%，蔗糖7%，稳定剂0.5%，卡拉胶0.03%，菌种3%，水：
3.8%。
凝固型酸奶的日产量为90吨，因此生产凝固型酸奶的原料使用量（以最高使用量）如下：
鲜牛奶：
90吨*85%=76.5吨；
蔗糖：
90吨*7%=6.3吨；
稳定剂：
90吨*0.5%=0.45吨；
卡拉胶：
90吨*0.03%=0.027吨；
水：
90吨*3.8%=3.42吨
菌种：
90吨*3%=2.7吨。
5.2搅拌型酸奶
鲜牛奶85%蔗糖7%，稳定剂0.5%，卡拉胶0.03%，菌种3%，脱脂奶粉12%，水：
3.8%。
搅拌型酸奶的日产量为185吨，因此生产搅拌型酸奶的原料使用量（以最高使用量）如下：
鲜牛奶：
185吨*85%=157.25吨；
蔗糖：
185吨*7%=12.95吨；
稳定剂：
185吨*0.5%=0.925吨；
卡拉胶：
185吨*0.03%=0.0555吨；
水：
185吨*3.8%=7.03吨
菌种：
185*3%=5.55吨。
5.3各原料总消耗量
根据生产产品原料产出率为96%计算:
日消耗鲜牛奶243.5吨或者相当于该数量原奶的全脂奶粉或者脱脂奶粉。
蔗糖20.1吨，各种稳定剂总量1.43吨，直投式菌种供185吨搅拌性酸奶使用.菌种生产出来后直接进入产品，因此菌种率按99%计算的继代式菌种2.73吨，脱脂奶粉0.333吨。
：
表5-1酸奶原料需要量
原料
配方
凝固型（吨）
搅拌型（吨）
总量（吨）
实际量（吨）
凝固型
搅拌型
90
185
275
鲜牛奶
85%
85%
76.5
157.25
233.75
243.5
蔗糖
7%
7%
6.3
12.95
19.25
20.1
稳定剂
0.50%
0.50%
0.45
0.925
1.375
1.43
卡拉胶
0.03%
0.03%
0.027
0.0555
0.0825
0.0845
水
3.8%
3.8%
3.42
7.03
10.45
11
菌种
3%
2.7
5.55
8.25
2.33
脱脂
奶粉
0.33
0.333
6主要设备
澄清灌（2个）
缓冲罐（2个）：
型号RZWG-02，容量5000L。
发酵罐（4个）：
型号TWZJ-03，容量5000L。
菌种罐（2个）：
型号RZLR01-500
过滤机（2个）
高压均质机（4台）：
型号RJGY02，工作参数:
5t/h-25Mpa。
板式冷却机（2个）
板式换热器（2个）：
型号BR05-0.8-80-NⅡB3，换热面积80m2。
CIP型分体式就地清洗机（2个）：
型号SAM800
热水锅炉（2个）
冷水槽（2个）
混合器（2台）：
型号BR05-0.8-80-NⅡB3，换热面积80m2。
、
灌装机 （2台）：
型号XAV500
巴氏杀菌机 （4台）：
全自动控制，生产能力0.5～20t/h，杀菌温度85～95℃，保温时间15～30s。
冷库制冷机（2台）：
型号4IV-125制冷压缩机。
主要用于成品酸奶的储存，主要类型是中低温型冷库，容量为600t，即能容纳六天的生产量，冷库的大小400m2，库温为-5°C。
包装机（2台）
7定员设计
表7-1酸奶厂人员配置
类别
工种
班制
男
女
合计
酸奶
车间
基本
生产
工人
收验奶
预处理间
发酵间
灌装间
包装间
辅料间
CIP清洗
1
2
2
2
2
2
2
2
10
12
2
20
4
8
1
6
24
54
2
3
10
18
26
74
6
8
8主要车间生产工艺布置
8.1主车间的布置原则
（1）本设计的建筑外形为长方形，车间跨度为10米，且车间内柱子少；
（2）车间内人流和物流分开设计，各种物料运输通畅，避免造成污染；
（3）原料库设在预处理车间附近的下风处，包装材料库则设在无菌灌装间附近，而成品库在产品分装车间的后部；
（4）车间内无通风设备，采用自然通风；
（5）生产区域应实现人员单一入口的规定，车间入口处设有可避免人员跨过或绕过的消毒池；
（6）生产车间采用水磨石的地面，墙面用白瓷砖贴至车间顶部，天花板涂刷防水涂料；
（7）车间出入口设有塑料幕布防虫，窗户全部采用纱窗和玻璃的双
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