食品工艺课程设计年产900吨脱脂乳粉的工艺设计.docx

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食品工艺课程设计年产900吨脱脂乳粉的工艺设计

食品工艺学课程设计

年产900吨脱脂乳粉的工艺设计

学院：

海洋学院

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

2012年6月8日

1.前言

1.脱脂乳粉概念

脱脂乳粉是以脱脂乳为原料，经过杀菌、浓缩、喷雾干燥而制成的乳粉。

【1】因为脂肪含量很低（不超过1.25%），所以耐保藏，不易引起氧化变质。

【1】脱脂乳粉一般多用于食品工业作为原料，如饼干、糕点、面包、冰激凌及脱脂鲜干酪等都用脱脂乳粉。

【1】目前因使用十分方便，广受消费者的欢迎，这种乳粉是食品工业中一项非常重要的蛋白质来源。

【2】脱脂乳粉的生产工艺流程与全脂乳粉一样。

【1】

2.乳制品市场现状

（1）国外乳制品市场

为充分满足市场的不同需求，发达国家乳产品品种多达2000多种，在液体乳产品中，主要以生产巴氏杀菌奶为主，以及各种风味的功能性液态乳、果汁乳、蔬菜乳等。

【7】

目前，世界乳品消费量差异较大。

在许多富裕国家里，乳及乳制品是人们膳食构成的一个组成部分，消费量己接近饱和;另一方面，在一些贫穷的国家里，许多人没有钱消费乳及乳制品，他们的膳食中没有乳及乳制品。

在拉美和亚洲国家，收入的增加使乳及乳制品的消费增长很快。

世界卫生组织已将人口平均的乳品消费量列为衡量一个国家人民生活水平的主要指标之一。

据有关资料显示，我国目前的人均年消费量相对其它国家较低。

【7】

（2）国内乳制品市场

我国乳品消费的总量及人均消费量都呈大幅度增长态势，十多年间人均消费量翻了一番，乳制品消费总量则达到了往年的2.32倍。

我国较快的乳制品消费发展速度呈现出不稳定的状态，与国民经济及人均GDP的持续增长并不完全吻合，说明乳制品消费受到其他多种因素的影响，消费总量年增长速度11.8%减少到5.4%，甚至为-3.5%，21年消费长达再次达到17.1%，乳品消费进入了一个新的发展期。

【7】

3.乳制品市场发展趋势

（1）国外乳制品市场发展趋势

在国际乳品工业界，通过合并、买入或结成战略同盟来应对日益激烈的市易竞争，公司的规模不断扩张。

致使现有大公司的规模变得更大，跨国扩张的比率正在上升这一切不仅发生在欧盟内部，世界的其他地区情况也如此。

【7】

由于牛奶鲜活易腐，需要及时冷却、收集和储运，产加销任何环节的不协调都会影响鲜奶及其制品的质量。

产业链的整合与协调，减少与消除了产加销各方面的利益冲突，可以提高整个乳业的效率和效益，增强其市场竞争力。

在荷兰，现有22家乳品厂中有13家是产加销一体化的合作社，其中包括供应本国80%牛奶及其制品的三家最大的加工厂。

在美国，实行一体化的比例也非常高，250家乳业合作社供应全国约80%的牛奶及其制品。

在印度，乳业合作社津透到每一个村（Society），在村合作社的基础上设立合作社联合会（cooperativeunions），在联合会的基础上又设立合作中心（CooperationCenter），合作中心的联合组织就是全印度乳业发展局。

通过合作社的形式，印度农民不仅从牛奶的生产环节获得利润，也可以从加工、销售环节得到利润。

有些发达国家己开始将一体化经营向股份制经营形式发展，即奶农成为股东成员，开始全面关心乳业发展，这种发展趋势具有积极作用。

【7】

（2）国内乳制品市场发展趋势

在乳品消费量快速增长的同时，对乳品品质和种类的要求也不断提高，乳品市场细分将不断强化，如婴儿奶粉一、二、三段，儿童成长奶粉，孕妇奶粉，女士奶粉，中老年舒睡全营养奶粉，减肥奶粉，降脂奶粉等，针对不同地区、不同民族、不同习惯、不同收入、不同爱好、不同身体状况，还将进一步细分市场。

同时以质量、信誉和服务为核心的品牌竞争将日益激烈，品牌效应将得到最大限度的发挥。

随着市场竞争的日益加剧，乳品加工业的整体实力将不断增强，乳业国际化程度不断提高，中国必将打造出具有国际竞争力的强势品牌。

【7】

我国乳制品企业数量众多，有16（X）多家，但普遍规模偏小，所有企业的总销售额不足美国雀巢一家公司的销售额，在激烈的市场竞争中，无法与国外大公司相抗衡。

随着伊利、三元、光明、蒙牛等乳制品企业走上了集团化、规模化的经营道路，拉开了我国乳制品企业兼并重组，向规模化经营发展的序幕。

据2（X幻年统计，中国十大乳品企业累计销售额达70.4亿元，加工鲜奶17.39万t，占全国鲜奶产量的近20%，表明中国的乳品企业开始向规模化、集团化发展。

乳制品企业规模化、产业化经营将是我国乳制品业不断发展壮大、走向国际市场的必由之路。

【7】

4.脱脂乳粉生产现状

近年来，我国的脱脂乳粉的产量逐年递增，已从2000年的0.5万吨增长到2006年的大约4万吨，然而，进口脱脂奶粉的数量也在逐年增长，而且其占进口奶粉总量的比例已由2002年的3.6%增长到2008年的45%，高于国产脱脂粉的总生产量。

这主要是国产脱脂粉与进口脱脂乳粉的功能特效存在差异。

国内乳粉加工至今仍采用沿用了多年的加工工艺，生产的乳粉都是高热奶粉，高热奶粉清蛋白变形程度高，溶解性差，作为食品原料添加后会严重影响产品的质量，不能满足客户的需求，造成滞销；而国外奶粉大多根据客户要求提供中热或低热奶粉，这些奶粉蛋白变形程度低，溶解性好，颗粒大，在添加后的热加工过程中仍能保持相当好的功能特性。

此外，在价格上也存在很大的差异，进口低热脱脂粉一般售价会比国产脱脂奶粉售价高30%～50%，即便2006年和2007年有小部分国产脱脂粉出口，但仍属于低档、低价产品，而“三聚氰胺”事件又致使国产乳粉出口遭到重创，不仅大部分国内奶粉企业效益低下，产品大量积压的现状仍未得到根本的改变，反而情况变得越来越差。

目前，国内中、低热奶粉生产的理论和工艺研究尚未起步，行业中还没有热分级的概念；更没有一家生产中、低热奶粉的企业，因此研究低热奶粉生产技术和理论，开发低热奶粉生产技术和工艺，继而生产出低热奶粉，势在必行。

这将对改变我国原料奶粉目前被国外产品压制和技术壁垒限制的局面，提高我国乳品行业技术水平和核心竞争力，对实现乳品业从数量型向效益型转化有着深远的意义。

【3】

2.工艺流程

稀奶油

↑

原料乳验收→预处理→预热分离→脱脂乳→杀菌→真空浓缩→喷雾干燥→冷却→过筛→包装→检验→分销

操作要点：

（1）原料乳验收：

原料乳应符合无公害生鲜牛乳的生产技术规范（NY5045-2001），同时要结合中国规定生鲜牛乳收购的条件（GB6914-86）。

把好原料乳的质量关是生产优质乳粉的先决条件，因此，原料乳进厂时必须进行检验。

其内容包括：

风味、色泽、酒精测试、乳温测定、相对密度、杂质度、酸度、脂肪、细菌数等项目的检验，检验合格者方可投入使用。

（2）预处理：

原料乳的预处理是乳制品生产中必不可少的一个环节，也是保证产品质量的关键工段。

检验合格的原料乳，要通过乳秤或磅乳槽，以记录称重，作为经济核算的依据。

同时要经过滤、然后用离心净乳机净化。

净乳后的牛乳要冷却到5℃以下，送入贮入槽，待预热杀菌处理。

贮乳到一定量时要取样测定脂肪含量，依据测定结果进行标准化，以使乳粉的主要成分（脂肪）量达标并含量均一。

（3）预热分离：

原料乳经过验收、过滤后，加热到35～38℃即可进行分离。

用分离机分离牛乳可得到两种产物，即稀奶油和脱脂乳。

分离时应控制脱脂乳的含脂率不超过0.1%。

离心分离机的工作原理在于将牛乳通入一组高速旋转的分离钵中，牛乳在分离过程中将受到离心机产生的离心力作用。

分离因素越大则离心力越大。

分离因素的极限值取决于材料强度，一般都在6000～7000r/min以上。

在生产上分离牛乳采用35℃左右的温度。

（4）杀菌：

杀菌目的：

杀死存在于牛乳中的全部病原微生物。

杀死牛乳中绝大部分微生物，是产品中微生物残存量达到国家卫生标准的要求，成为安全食品。

破坏牛乳中各种酶的活性，尤其要破坏脂酶和过氧化物酶的活性，以延长乳粉的保存期。

提高牛乳的热稳定性。

提高浓缩过程中牛乳的进料温度，使牛乳的进料温度超过浓缩锅内相应牛乳的沸点，杀菌乳进入浓缩锅后即自行蒸发，从而提高了浓缩设备的生产能力。

高温杀菌可提高乳粉的香味，同时因分解含硫氨基酸，而产生活性硫氨基，提高乳粉的抗氧化性，延长乳粉的保存期。

现在大多采用高温短时杀菌或超高温瞬时杀菌法。

设备上使用片式或管式杀菌器，采用80～85℃，30s或95℃，20s的杀菌条件，或采用120～135℃，2～4s的超高温瞬时杀菌。

这样的杀菌条件不仅可以达到杀菌要求，对制品的营养成分破坏也小，特别是超高温瞬时杀菌，几乎可以达到灭菌效果。

乳中蛋白质达到软凝块化，对提高制品的溶解度是有利的。

（5）真空浓缩：

目的：

作为干燥的预处理，以降低产品的加工热耗，节约能源。

提高乳中干物质的含量，喷雾后使乳粉颗粒粗大，具有良好的分散性和冲调性。

由于乳粉的品质和储藏性，使其密度提高，可减少粉尘飞扬，便于包装。

改善乳粉的品种和储藏性。

为了不使过多的乳清蛋白质变性，脱脂乳的蒸发浓缩温度以不超过65.5℃为宜，浓度为15～17°Bé，乳固体含量可控制在36％以上。

如果浓度温度超过65.5℃，则乳清蛋白质变性程度超过5％。

由于牛乳属于热敏性物料，浓缩宜采用减压浓缩法，浓缩的程度视各厂的干燥设备、浓缩设备、原料乳的性状、成品乳粉的要求等而异，一般浓缩到原料乳的1/4，这时牛乳的浓缩为12～16°Bé（50℃），乳固体含量为40％～50％。

浓缩设备，小型工厂多用单效真空浓缩罐，较大规模的工厂多采用双效或三效以上的真空蒸发器，其中以降膜式带热压泵者使用最多，个别有用片式蒸发器的。

使用单效浓缩罐者，一般保持真空度17.33×103～16.00×103Pa（630～640mmHg）,温度为51～56℃的条件下进行浓缩。

使用双效降膜式真空蒸发器者，控制其第一效温度为70℃左右，第二效温度为45℃左右，调节真空度保持在16.00×103～12.00×103Pa。

当然这与生产地海拔高度有关。

浓缩之后经过过滤立即进行喷雾干燥。

（6）喷雾干燥：

目的是为了除去液态乳的水分，使产品以固态存在。

乳粉中的水分含量在2.5%～5.0%，在这样低的水含量下没有细菌能够繁殖，因此干燥延长了乳的货架寿命，大大降低了质量和体积，减少了产品的储存和运输费用。

【1】

喷雾干燥法是乳和各种乳制品生产过程中最常见的干燥方法。

其原理就是使浓缩乳在机械力的作用下，在干燥室内通过雾化器将乳分散成极细小的雾状微滴（直径为10～100µm），使牛乳的表面积增大。

雾状微滴与通入干燥室的热空气直接接触，从而大大增加了水分的蒸发速率，在瞬间（0.01～0.04s）使微滴中的水分蒸发，乳滴干燥成乳粉，降落在干燥室的底部，使浓缩乳中的绝大部分水被干燥介质（热空气）进行强烈的热量交换，使浓缩乳中的大部分水被干燥介质不断带走而除去。

（7）出粉：

对已经干燥好的乳粉要连续不断地从干燥室内卸出并迅速冷却，尽量缩短乳粉受热的时间。

由于干燥室下部温度一般在60～65℃，如果乳粉在干燥室内停留的时间过长，会增加全脂乳粉中游离脂肪的含量，导致乳粉在储藏时脂肪受热，脂肪氧化变质，降低贮藏性。

降低乳粉的溶解性和乳粉的品质，所以连续不断的出粉冷却对保证乳粉的质量是很重要的。

（8）筛粉：

筛粉的目的是将较大的乳粉团块分散开来，给予产品较高的均匀度，除去混入乳粉中杂质。

连续出粉生产中连续筛粉的方法，常用电动筛粉器来完成，筛网规格为20～30目，由不锈钢材料制成。

筛粉后的乳粉要进行冷却，喷雾干燥的乳粉要及时冷却到30℃以下。

常规用在室内放置12～24小时自然冷却法或人工冷却法。

（9）包装：

科学的包装不仅能增强产品的商品特性，也能延长产品的货架寿命。

乳粉包装常使用的容器有马口铁罐、玻璃瓶、聚乙烯塑料袋等。

【1】脱脂乳粉均采用大包装，用聚乙烯塑料薄膜袋包装，外面再用三层牛皮纸袋套装封口。

3.物料衡算

3.1产量方案

全年工作日为300天；

每天2班制，有效工作时间为15小时；

生产规模为900吨/年；

每天生产量3吨

3.2原料乳与脱脂乳粉成分表

3-1原料乳的成分表

脂肪

蛋白质

乳糖

水分

矿物质

非脂干物质

3.3%

3.0%

4.6%

87.5%

0.7%

8.3%

3-2成品脱脂乳粉的主要成分表

脂肪

非脂干物质

水分

0.1%

97.4%

2.5%

3.3工艺流程损失率表

步骤

损失率

步骤

损失率

检验

0.1%

包装

0.1%

过筛

0.1%

冷却

0.1%

喷雾干燥

后水分2.5%

真空浓缩

前浓度11.5%后浓度45%

杀菌

0.1%

预处理

0.1%

原料验收

0.1%

3.4物料衡算

（1）检验损失率按0.1％计，则

3/（1-0.1%）=3.003t

（2）包装损失率按0.1％计，则

3.003/（1-0.1%）=3.006t

（3）过筛损失率按0.1％计，则

3.006/（1-0.1%）=3.009t

（4）冷却损失率按0.1％计，则

3.009/（1-0.1%）=3.012t

（5）取浓缩乳浓度为45%，喷雾干燥后水分降到2.5%，则喷雾干燥前的处理量为：

3.012×（1-2.5%）/45%=6.527t

（6）混合料液原浓度11.5%，浓缩至干物质45%，则浓缩前的处理量为：

6.527×45%/11.5%=25.54t

（7）杀菌损失率按0.1%计，则

25.54/（1-0.1%）=25.565t

（8）预热分离前原料乳含量计算：

设稀奶油含脂量F3=30%，分离原料乳M可得到脱脂乳M1和稀奶油M2，脂肪含量守恒可得：

M*F0=M1*F2+M2*F3，并且M=M1+M2

F0=3.3%,F2=0.1%

M*3.3%=25.565×0.1%+（M-25.565）×30%

M=28.63t

（9）预处理损失率按0.3%计，则

28.63/（1-0.3%）=28.715t

（10）原料乳验收损失率按0.2%计，则

28.715/（1-0.2%）=28.77t

3.5物料衡算图

原料乳验收（28.77t）

↓-0.2%

预处理（28.715t）

↓-0.3%

预热分离（28.63t）

↓

杀菌（25.565t）

↓-0.1%

真空浓缩（25.54t）

↓（45%）

喷雾干燥（6.527t）

↓

冷却（3.012t）

↓-0.1%

过筛（3.009t）

↓-0.1%

、包装（3.006t）

↓-0.1%

检验（3.003t）

↓-0.1%

分销（3t）

4.设备选型

4.1脱脂分离机的选型

根据计算，每小时所处理的乳液量为1908.6kg/h，所以选择上海旭军机械有限公司的型号为DC/DF-385的蝶式分离机，具体参数如下：

【8】

机型

额定处理量t/h

转股转速r/min

排渣方式

进口压力MPa

出口压力MPa

电机功率Kw

整机重量Kg

外形尺寸L×W×H

DC/DF-385

1-4

7000

手动和PLC自动

0.05

0.1-0.25

7.5

1280

1500×1150×1500

4.2蒸发浓缩器的选型

根据物料衡算每小时需要浓缩的乳液量为M=1702.6kg/h,水分蒸发量w=M×（1-11.5%/45%）=1702.6kg/h×（1-11.5%/45%）=1267.49kg/h

则选择浙江明辰机械科技有限公司的型号为MCJM02-3.0双效降膜式蒸发器，具体参数如下：

【9】

水分蒸发量（kg/hr）

3000

生蒸汽消耗量（kg/hr）

1350

生蒸汽的压力（MPa绝对）

0.4-0.8

生蒸汽蒸发水量

2.22

真空度（MPa）

一效

-0.01

二效

-0.085

蒸发温度（℃）

一效

75-95

二效

45-52

4.3喷雾干燥器的选型

根据物料衡算，喷雾干燥前的水分含量为52%，喷雾干燥后的水分含量为2.5%，

设备的处理能力:

每小时水分蒸发量为435.1×52%-200.8×2.5%=221.23kg/h,则选用常州市范群干燥设备有限公司的型号为LPG-500的离心喷雾干燥器，具体参数如下：

【10】

入口温度℃

出口温度℃

水分蒸发量（kg/h）

雾化传动方式

转速（r.p.m）

热源

传动功率（kw）

加热功率（kw）

粉尘回收率（%）Rate

直径（m）

高度（m）

130-300

70-90

400-500

电传动

12000-15000

蒸+电补或炉

76

144

≥97%

5.2

9.2

参考文献

[1]：

孔保华.乳品科学与技术.北京：

科学出版社，2004

[2]：

陈志.乳品加工技术.北京：

化学工业出版社，2006

[3]：

于景华，刘晓辉，张列兵.低热脱脂奶粉的生产现状.中国乳品工业，2010，38（3）：

45-46

[4]：

武建新.乳制品生产技术.北京：

中国轻工业出版社，2000

[5]：

夏文水.食品工艺学.北京：

中国轻工业出版社，2011

[6]：

郭成宇.现代乳品工程技术.北京：

化学工业出版社，2004

[7]：

[8]：

http:

//www.xj-

[9]：

http:

//www.china-

[10]：

5.总结

通过此次设计，巩固了之前所学的知识，也学习了到了新的知识。

若不是这次课程设计可能我已经把之前学的一些知识忘记了。

此次设计让我对乳粉生产过程从理论了解到了实践。

理论与实践要相结合，这样才能让自己真正理解，提高自己的能力。

这次课程设计能够顺利完成，要感谢帮助过我的同学，为我提过资料，遇到瓶颈时帮我克服，万分感谢。