年产30000吨酸奶工厂设计.docx
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年产30000吨酸奶工厂设计
年产30000吨酸奶工厂设计
专业：
生物工程专业
班级：
2010级1班
姓名：
***
附录Ⅰ搅拌型酸奶生产工艺流程图
附录Ⅱ生产车间设备布置俯视图
附录Ⅲ生产车间设备布置主视图
附录Ⅳ酸奶工厂厂区平面设计图
摘要
酸奶是采用鲜牛奶加入白糖和脱脂乳粉后均质，经超高温灭菌后接入乳酸菌发酵后制成的一种发酵型乳制品。
为了更好的实现酸奶生产，提高酸奶的质量和产量，从而扩大经济效益，本文对酸奶的生产工艺以及厂房建设进行了设计。
以鲜奶为原料，对其经过高温瞬时杀菌、均质、发酵、后熟等步骤，可以将鲜奶发酵成为营养丰富的酸奶。
本设计以搅拌型酸奶为生产工艺，根据搅拌型酸奶发酵的工艺流程，首先对生产工艺流程进行设计,同时对生产设备进行选择，在设备选择中以发酵罐、均质机和室外奶仓为例进行了设计，然后再确定生产车间设计与布置，再设计其他的附属部门或车间，并对各部门的功能和面积进行了简介，最后再完成整个工厂的设计。
为使酸奶更加健康粘稠，风味更佳，因此在发酵前加入了脱脂乳粉，可以降低发酵体系的整体含脂肪量，低脂奶发酵可以使产品品质更佳。
同时酸奶工业废水含氮量高，如果随意排放可造成对环境的严重污染，本设计采用AO污水处理工艺，对污水进行脱氮脱磷处理，减小对环境的影响。
关键词：
低脂奶;搅拌型酸奶;工厂设计;设备设计
Abstract
Yogurtisusingfreshmilkaddsugarandhomogeneousafterdriedskimmilk,afterultrahightemperaturesterilizationaccessmadeoflacticacidbacteriafermentationtypeafermenteddairyproducts.Inordertobettertheimplementationoftheyogurtproduction,improvethequalityofyogurtandproduction,toenhanceeconomicefficiency,inthispaper,theyogurtproductionprocessandfactoryconstructionhascarriedonthedesign.
Freshmilkasrawmaterial,thehightemperatureinstantaneoussterilization,steps,suchashomogeneous,fermentation,aftercookedcanwillbecomerichnutritionmilkfermentedyogurt.Thisdesignfortheproductionprocess,tostiryoghurtaccordingtostiryoghurtfermentationprocess,firstofalltodesign,productionprocessfortheproductionequipmentselection,intheequipmentselectioninfermentationtank,homogenizer,anddesigningoutdoormilkstorehouseasanexample,andthendeterminetheproductionworkshopdesignanddecorate,redesigntheotheraffiliateddepartmentorworkshop,andhascarriedontheintroductiontothefunctionofeachdepartmentandarea,andthencompletethewholedesignofthefactory.
Tomakeyogurtmorehealthysticky,betterflavor,thereforejoinedthedriedskimmilkbeforefermentation,fermentationsystemcanbereducedtheoverallfatcontent,lowfatmilkfermentationcanmaketheproductqualityisbetter.Yogurtindustrialwastewaterofhighnitrogencontentatthesametime,iftheindiscriminatedischargecancauseseriouspollutiontotheenvironment,thisdesignUSEStheAOsewagetreatmentprocess,thedenitrificationanddephosphorizationofsewagetreatment,reducetheimpactontheenvironment.
Keywords:
Lowfatmilk;Typestirredyogurt;lantdesign;Equipmentdesign
引言
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。
酸牛奶是采用优质纯鲜牛奶加入白糖均质，经超高温灭菌后接入乳酸菌发酵后制成的一种发酵型乳制品。
在发酵过程中，鲜牛奶中的酪蛋白遇酸凝固，成为有弹性的凝块，颜色乳白、气味清香、酸甜可口。
酸牛奶一般分为原味型和果味型两种。
原味型酸奶除加入白糖外，不添加其他成份；果味型酸奶是发酵完后添加进果肉或果汁搅拌而成。
近年来，酸奶生产在我国发展很快，销量也逐年上升，它以其酸甜细滑的独特风味和较高的营养价值及保健功能倍受消费者青睐，专家称它是“21世纪的食品”，是一种“功能独特的食品”。
下面对酸奶的营养价值和保健功能作以简单介绍。
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。
同时，酸奶产生的酸味物质又有以下功能：
增加乳的爽快风味；抑制碱性细菌的生长和繁殖；促进胃肠蠕动及胃液和胰液的分泌，提高人体的消化功能；提高机体对钙、磷铁的吸收利用。
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增强肠道免疫作用：
在人的肠道内生存着许多细菌，包括对机体有益和有害的两大类群，在正常情况下，肠道内的有益菌占多数，这称为肠道菌群的平衡状态，由于某种因素（度疲劳、过食、偏食、服用化学药品等）使肠内菌群混乱时，有害菌占据优势，从而导致疾病的发展，食用酸奶可增加有益菌群，维持肠道菌群平衡。
肠道菌群中，存在有产生氨、吲哚、酚类、硫化氢、二甲胺等腐败产物的细菌，这些物质对细胞有毒性，是诱发肠道疾病如便秘、鼓胀、腹痛等的原因，对此一般采用抗生素治疗，而抗生素对肠道菌群平衡有破坏作用，在杀死有害菌的同时，有益菌亦遭受破坏。
酸奶中含有大量的乳酸菌，每天喝0.25-0.5千克，长期坚持，可以维持肠道正常菌丛平衡，起到预防与治疗保证人体健康的目的。
（4）改善矿物质的代谢吸收，调节机体微量元素的平衡:
酸奶中所含的钙、磷、铁、维生素、氨基酸等是机体的重要营养成分，其中磷是骨骼的重要组成成分，而钙是牛奶中含量最高的矿物质，它可以促进幼儿骨骼发育，防止老年骨质疏松症。
另外，酸奶中还含有丰富的脂溶性维生素，如VA，β一胡萝卜素、VE、VD，由于乳酸菌的发酵作用，可合成大量的B族维生素，如B1、B2、B6，同时VD可以促进机体对钙的吸收。
（5）抑菌抗病作用：
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。
（6）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。
经研究证明，食用酸奶能使血清中胆固醇含量降低，这是由于乳酸菌可在肠道内吸附、繁殖，从而干扰了小肠壁对胆固醇的吸收，也有人认为是微生物细胞吸收了胆固醇，通过微生物代谢将胆固醇转化为胆酸及胆汁酸而排出体外。
（7）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。
肠道中有害菌产生的酚类、吲哚、亚硝酸、亚硝胺等物质具有强致癌性，而通过乳酸菌作用，可调整肠内菌群，抑制有害菌过量生成，同时降低了各种有害物质（致癌诱变剂）的浓度，减少了癌变发生率。
并且经过试验还证实，食用酸奶后，酸奶中乳酸菌对体内的巨噬细胞有激活作用，增强了机体的免疫力，所以酸奶有抑制癌变的作用。
此外，牛乳中含有的一种反式脂肪酸即共轭亚油酸，有抗氧化，清除氧自由基作用，可有效地抑制乳癌、皮肤癌等疾病的发生发展。
目前国内的酸奶生产工艺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）。
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。
我国乳品工业起步较晚，产品结构单一。
所以酸奶消费远低于世界平均消费水平，伴随着人们的消费念观的改变，绿色化，健康化的酸奶将更快的进入人们的生活[1]。
尽管目前我国的乳业市场不断扩大，乳品消费观念在不断提高，但我国年人均乳制品不足20kg的消费量与世界人均100kg、发达国家人均140kg的消费量相比还有较大差距。
中国的乳品消费在整体上并没有进入完全理性的轨道。
由于营养知识的欠缺，许多人不了解乳品对改善营养、平衡膳食、补钙和增强体质的重要作用，包括对酸乳的认识也不够，因而市场占有率也不太高，不过随着人们对酸乳营养价值的认识，人们对酸奶的态度发生了改变，市场占有份额也逐年增加。
以下是近三年来居民人均乳及乳制品增长率，如下表1。
表12010至2013年居民人均乳及乳制品增长率
乳品种类
2011较2010增长率
2012较2011增长率
2013较2012增长率
鲜乳品
0.197
0.218
0.188
奶粉
0.2
0.19
0.198
酸奶
0.214
0.338
0.36
由上表可以看出酸奶制品在所有的乳制品中的增长速度最快。
根据不完全统计，随着我国的生活水平及消费水平的提高，酸奶消费在较长的时间内仍会保持增长的势头。
因此设计一个更加环保，高效的酸奶工厂市场潜力巨大。
1酸奶工艺流程设计
1.1酸奶种类简介
酸奶从生产工艺上分主要是分为凝固型酸奶和搅拌型酸奶。
凝固型酸奶是指乳酸菌在乳中生长，发酵分解乳糖生成乳酸等有机酸，导致乳的PH值下降使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集,我们把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。
搅拌型酸奶是指将果酱待辅料与发酵结束后得到的酸奶凝胶体进行搅拌混合均匀，然后装入杯或其他容器内，再经冷却后熟而得到的酸奶制品。
搅拌型酸奶与普通酸奶相比具有口味多样化、营养更为丰富的特点[2]。
1.2酸奶生产工艺流程比较选择
表2凝固型酸奶和搅拌型酸奶优缺点比较分析
比较种类
搅拌型酸奶
凝固型酸奶
口感风味
搅拌型酸奶质地平滑，黏性比凝固型酸奶高,还可以加入各种果味香料,口味多样，给消费者更多选择余地。
大多数口味单一,可变性小。
从营养学方面
蛋白质含量略低,但可在后期加入一些营养素,使其营养更均衡。
蛋白质含量略高，不含甜味剂、增味剂、增稠剂。
产品质量
搅拌型酸奶生产的产品质量均一，风味不会相差过大，容易实现产品的标准化生产。
凝固型酸奶在生产品质上不易实现均一。
后期运输和销售
搅拌型酸奶在运输过程中，乳凝胶结构不易因碰撞等原因发生缩水现象。
凝固型酸奶在运输过程中，乳凝胶结构易因碰撞等原因发生缩水现象。
是否含添加剂
含添加剂。
不含添加剂。
综上所述，如果酸奶是小规模生产的话，更适合生产凝固型酸奶。
而对于年产年产几千吨甚至上万吨的酸奶发酵厂，更适合生产凝固型酸奶。
1.3酸奶生产工艺
1.3.1原料乳的标准指标
原料乳的品质决定着酸奶成品的质量，只有良好的原料乳才能生产出安全放心的酸奶，按照国家的规定，原料乳的品质应该符合下列要求[3]:
表3原料乳的标准项目指标
项目
指标
脂肪含量/%
≥
3.10
相对密度（20℃/4℃）
≥
1.028
酸度（以乳酸计）/%
≤
0.162
杂质度/（mg/kg）
≤
4
聚氰胺含量/（mg/kg）
≤
0.01
汞含量/（mg/kg）
≤
2.5
1.3.2原料乳的标准指标
根据上面选定的酸奶生产种类，可以设计出搅拌型酸奶工艺流程，搅拌型酸奶工艺流程如下图所示[4]：
原料奶
↓
预处理
脂肪含量0.5%～3.5%
非脂乳固体含量8.5%～12.5%
↓
配料←白砂糖、奶粉，水
↓
预热
60～65℃
↓
均质
温度60～65℃
压力10～20MPa
↓
杀菌
95℃，5-8min
↓
冷却
42～45℃
↓
接种←菌种
↓
保温发酵
42～45℃，3～4h[5]
↓
破乳
↓
冷却
15～20℃
↓
混合←香料，稳定剂，水，白砂糖
↓
灌装→入库冷藏2～6℃
搅拌型酸奶工艺流程操作要点说明:
（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混合。
（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，纯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8min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～3.5h，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[15]。
（8）破乳和冷却：
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[5]。
2发酵车间设计
2.1物料衡算
本设计以每月工作25天算，那么每年以300天工作日计算，那么每年生产30000吨酸奶，则日生产量为：
M0=M1/T
=30000/300
=100（t）（2-1）
式中：
M0——酸奶每日生产量，t；
M1——酸奶年生产总量，t；
T——工厂年生产天数，d。
2.1.1酸奶加工过程中工艺要求
（1）对乳品中含脂率要求[10]:
一般市场所出售的鲜牛奶的含脂率为3.2%，而要生产合格的牛奶则要保证牛乳的含脂率为3.0%，因此必须向原料乳中加入脱脂乳房，而脱脂乳粉的含脂率为0.1%；
3.2x+0.1y=3.0（x+y）
那加入得原料乳：
脱脂乳粉=x:
y=29:
2
（2）低脂发酵乳与第一次加入白砂糖的比为30:
1；
（3）末尾混合时发酵液：
白砂糖：
水，香料和稳定剂混合物
=95：
2：
3：
其中的水:
香料:
稳定剂=85:
10:
5。
2.1.2酸奶加工过程中的损失率估算
酸奶生产过程中，由于加热，加压的物理加工过程，及酸奶流经各个管道必然因为挂壁而导致了损失，根据以往的经验及各设备参数可以预估出酸奶经过各工艺的损失率，从而使物料恒算更精确，各过程的损失率如下表[12]。
表4酸奶加工过程的损失率
损失项目
损失率
预处理
0.05%
预热
0.25%
均质
0.1%
杀菌
0.8%
冷却
0.01%
保温发酵
0.2%
破乳与冷却
0.01%
灌装
0.01%
设每天的鲜牛奶为M3，那么：
M2（1-0.05%）（1+6.89%）（1+3.33%）（1-0.25%）（1-0.1%）（1-0.8%）（1-0.01%）（1+2.5%）（1-0.2%）（1-0.01%）（1+0.15%）（1-5.2%）（1-0.01%）=100（t）;
M2=85.12t。
式中：
M2——酸奶每日生产量，t。
那么生产过程中各物料的加入量为：
（1）脱脂奶粉为5.849t；
（2）第一次加入白砂糖的量为3.050t；
（3）加入的稳定剂与蔗糖为5.001t；
其中蔗糖2.0004t；
水与稳定剂、香料的混合物为3.0006t。
2.2发酵车间设备设计
2.2.1车间布置设计原则
（1）车间布置应符合生产工艺的要求；
（2）车间布置因符合生产操作的要求；
（3）车间布置应符合设备安装、检修的要求；
（4）车间布置应符合厂房建筑的要求；
（5）车间布置应符合节约建设投资的要求；
（6）车间布置应符合安全、卫生和防腐蚀的要求[19]。
2.2.2环境与卫生
（1）采光
车间一般采用开侧窗、天窗方式采光，由于季节、天气的变化天然光线也随之变化，室内应有辅助人工照明设备，当自然光线达不到要求时，加强人工照明，照明灯一般是白炽灯和荧光灯。
（2）通风
通风的目的是排除车间内的余热、余湿、有害气体、粉尘等，以保持适宜的温度湿度和卫生要求。
通风包括自然通风和机械通风，自然通风有两种方式：
热压通风、风压通风。
在设计自然通风时，应先了解当地的常年主导风向，窗户尽可能对着常年主导风向，但应避免窗户是东西方向，避免有大面积的窗、墙受日晒。
为了充分发挥穿堂风的作用，从侧窗进出风的面积应不小于侧窗的30%，厂房周围应尽量减少披屋等辅助建筑物。
（3）管道布置
在管道布置设计时，首先要统一协调工艺和非工艺管的布置，然后按工艺流程并结合设备布置、土建情况等布置工艺管道。
一般安装原则：
1.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。
2.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，气体管在上液体管在下，不经常检修管在上检修频繁的管在下，高压管在上低压管在下。
3.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。
4.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。
5.一般管道应明线敷设，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。
根据《国家食品企业工厂安全条例》，设备布置应该符合下面要求。
表5设备的安全距离
序号
项目
标准
1
泵与泵之间的距离
不小于0.7
2
泵离墙的距离
至少1.2
3
泵列与泵列间的距离
不小于2.0
4
计量罐与计量罐间的距离
0.4～0.6
5
贮罐与贮罐间的距离
0.4～0.6
６
换热器与换热器间的距离
至少1.0
7
离心机周围通道
不小于1.5
8
发酵罐罐盖上传动装置离天花板距离
不小于0.8
9
发酵罐罐底部与人行通道距离
不小于1.8～2.0
10
发酵罐卸料口至离心机的距离
不小于1.0～1.5
11
起吊物品与设备最高点距离
不小于0.4
12
往复运动机械的运动部件离墙距离
不小于1.5
13
控制室、开关室与炉子之间距离
15
14
产生可燃性气体的设备和炉子间距
不小于0.8
15
工艺设备和道路间距离
不小于1.0
2.2.3生产车间设备选择
（1）均质机在原料乳的应用：
均质机是指将物料的料液在挤压，强冲击与失压膨胀的三重作用下使物料细化，从而使物料能更均匀的相互混合，在强力的机械作用下，压力16.7-20.6MPa将乳中大的脂肪球破碎成小的脂肪球。
使之均匀一致地分散在乳中。
可有效防止脂肪球上浮。
均质不仅可以防止脂肪球上浮，而且还具有其他一些优点：
经均质后的牛乳脂肪球直径减小，易被人体消化吸收。
均质使
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