食品厂设计 成品

黑龙江东方学院

毕业论文（设计）

题目：日处理75吨鲜奶的发酵乳生产车间设计

姓名石林林

学号

专业

班级

指导教师

学部

答辩日期

目录

第1章产品方案和班产量的确定 (3)

第2章工艺流程的确定及要点说明 (4)

2.1 凝固型工艺流程设计及要点说明 (4)

2.1.1 凝固型酸奶的工艺流程 (4)

2.1.2 凝固型酸奶的要点说明 (5)

2.2 搅拌型酸奶的工艺流程及要点说明 (7)

2.2.1 搅拌型酸奶的工艺流程 (7)

2.2.2 搅拌型酸奶的工艺要点说明 (8)

第三章物料衡算 (10)

3.1 产品的营养成分指标 (10)

3.2 酸奶的标准化计算 (11)

3.3 物料衡算 (12)

第四章生产车间设备选择 (13)

4.1 主要设备选型与设备 (13)

4.1.1 收奶系统的选择 (13)

4.1.2 灌装设备组合 (13)

4.1.4 酸奶发酵罐的选择 (14)

4.1.5 灭菌装置的选择 (14)

4.1.6 混料暂存设备选择 (14)

第五章热量衡算 (16)

5.1 热量消耗 (16)

5.1.1 混料系统消耗蒸汽量: (16)

5.1.2 杀菌系统消耗蒸汽量 (16)

5.1.3 菌种系统消耗蒸汽量: (16)

5.1.4 发酵系统日蒸汽耗量: (16)

5.1.5 CIP系统蒸汽消耗量 (17)

5.2 冰水耗量和电力耗量 (17)

5.2.1 冰水耗量 (17)

5.2.1.1 收奶系统消耗冰水量： (17)

5.2.1.2 混料系统消耗冰水量： (17)

5.2.1.3 菌种系统消耗冰水量: (18)

5.2.1.5 发酵系统消耗冰水量: (18)

5.2.2 用电量估算 (18)

第1章产品方案和班产量的确定

本酸奶车间的设计规模为日处理75吨鲜奶的发酵乳，考虑到原料供应、市场需求等因素，计划生产两种产品，即：搅拌型酸奶和凝固型酸奶。两种酸奶均用塑料杯包装。搅拌型的日处理量均为45吨，凝固型酸奶的日处理量均为30吨。两种产品为全年生产，不分淡旺季，扣除部分节假日休息，设备定期检修，突发事故等引起的停产天数，计划全年生产300天，两班制，一班工作10小时，扣除清洗时间，每班实际生产时间为8小时。即搅拌型酸奶班处理为22.5吨，凝固型酸奶日处理为15吨。

第二章工艺流程的确定及要点说明

2.1 凝固型工艺流程设计及要点说明 2.1.1 凝固型酸奶的工艺流程

验收

预处理

奶仓

牛乳

白砂糖 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

鲜牛乳

验收 预处理 标准化 牛乳 调配 预热 均质 加热灭菌 冷却 接种 灌装 发酵 速冷

速冷 速冷至15～20℃

冷藏 后熟：4℃冷藏过夜

2.1.2 凝固型酸奶工艺要点说明 2.1.2.1 原料乳的验收

原料乳的验收必须符合国家食品安全国家标准《生乳》(ＧＢ１９３０１-２０１０)规则要求，严格进行感官评定，理化性质检验和微生物指标检验。

感官要求 项目

要求

检验方法

色泽

呈乳白色或微黄色

取适量试样置于50mL 烧杯中，在自然光下观察色泽和

组织状态。闻其气味，用温开水漱口，品尝滋味。

滋味、气味 具有乳固有的香味，无异味

组织状态

呈均匀一致液体，无凝块、无沉淀、无 正常视力可见异物

理化指标 项 目

指 标

检 验 方 法 冰点a,b/ (℃)

－0.500～－0.560

GB 5413.38 相对密度/(20℃/4℃) ≥ 1.027 GB 5413.33 蛋白质/( g/100g) ≥ 2.8 GB 5009.5 脂肪/( g/100g) ≥ 3.1 GB 5413.3 杂质度/( mg/kg) ≤

4.0 GB 5413.30 非脂乳固体/( g/100g) ≥ 8.1 GB 5413.39 酸度/(oΤ) 牛乳b

12～18

GB 5413.34

冷藏 保持冷链贮存或销售

羊乳6～13

a 挤出3h 后检测。

b 仅适用于荷斯坦奶牛。

微生物限量

项目限量[CFU/g(mL)] 检验方法

菌落总数≤2×106 GB 4789.2

2.1.2.2原料乳的预处理与预热

（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℃。

2.1.2.3标准化

原料乳的标准化：根据所需酸奶成品质量的要求，对乳的化学组成进行改善，从而使可能存在的不足得以校正，保证各批次的产品质量稳定一致。一般情况下，乳固体为12%的原料乳可以生产出品质较好的酸奶。

2.1.2.4均质

均质前需要对原料乳进行预热，本工艺采用６５℃，防止黏化现象过高或过低。

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。

2.1.2.5 加热杀菌

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。此条件下的乳清蛋白变性率可以达到85%或更高些。

2.1.2.6 冷却、接种

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。

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。

2.1.2.7 发酵

发酵温度与发酵时间对酸奶质量的影响发酵温度与时间对乳酸菌的增

殖与产酸影响极为重要。生产实践表明,如果发酵时间过短,则酸奶组织柔嫩,风味差;如果发酵时间过长,造成酸度高,乳清过量析出,风味也不佳。通常所说的发酵温度范围是 42℃~45℃,发酵时间为 4h~6.5h,在实际生产中,取中间值较为理想。

终点的确定是其关键技术。在生产中可以采用以下方法判定发酵终点：①每隔 0.5h 进行抽样检测，通常情况下，酸度达到 70°T 时，即可认为已达到了发酵终点。②严格做好生产记录，在同等条件下参考以前的生产经验，控制发酵时间。③每隔一定的时间，由经验丰富的人员进行抽样观察，若酸奶的流动差，有微小颗粒出现，则可判定已到达发酵终点。

2.1.2.8 速冷与冷藏

发酵结束后，将酸奶从发酵室移出，应立即进入冷库中冷却。在冷却过程中，必须掌握适宜的冷却速度。当冷却过快时，蛋白质肽链因收缩过快而断裂，使得酸奶蛋白质亲水性降低，乳清析出；当冷却过慢时，也会使产品变酸。其最佳的冷却条件是，在 1h~1.5h 内将酸奶的温度降到 15℃~20℃。

由于保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的最低生长温度分别为 22℃和

20℃，当温度降至 10℃以下时，乳酸菌的生长活力很低；而在 5℃左右时，酸奶的酸度变化就已经很微小了。冷库温度应保持在 5℃以下，并尽量防止温度的波动与机械的振动。酸奶在冷库中最好要存放 12h~48h ，然后再分发到各地销售，以保持酸奶凝块的稳定性。同时，通过冷藏后熟，还会产生很多风味物质，使酸奶的口味更加丰满

2.2 搅拌型酸奶的工艺流程及要点说明 2.2.1 搅拌型酸奶的工艺流程

鲜牛乳

验收 预处理

奶仓 牛乳 鲜牛乳 验收 预处理 标准化 牛乳 调配

白砂糖溶解

预热60℃～65℃

均 （15MPa ）

杀菌

(95℃，5min)

冷却 (42℃～45℃)

直投式发酵剂 接种

发酵（终点pH 4.6）

破乳、冷却（

15℃～20℃）

溶解 杀菌 冷却 混合

稳定剂、水、白砂糖

（15MPa ）

冷却 （15℃～20℃）

2.2.2 搅拌型酸奶的要点说明

搅拌型酸奶的预处理与凝固型酸奶的处理方式基本相同，仅有个别工艺有些不同，这里只对其不同的工艺流程加以说明。

（1）搅拌型酸奶需两步均质，第二次均质才将稳定剂、水、白糖等物质放入。 （2）凝固型酸奶需灌装后再接种、发酵，然后速冷、冷藏销售，而搅拌型酸奶

预热 均质 杀菌 冷却 接种 发酵 破乳、冷却 混合

均质 冷却

灌装、冷藏

保持冷链储存或销售

需二次均质后冷却灌装，冷藏销售。

（3）两种酸奶均采用塑料质地杯包装，但规格不同，凝固型酸奶采用每杯250克，搅拌型酸奶采用每杯100克包装。

第三章物料衡算

3.1 产品的营养成分指标

感官要求

项目

要求检验方法

色泽发酵乳风味发酵乳取适量试样置于

50mL 烧杯中，在

自然光下观察色

泽和组织状态。闻

其气味，用温开水

漱口，品尝滋味色泽均匀一致，呈

乳白色或微黄色

具有与添加成分

相符色泽

滋味、气味具有发酵乳特有

的滋味、气味具有与添加成分相符的滋味和气味

组织状态组织细腻、均匀，允许有少量乳清析出；风味发酵乳具有添加成分特有的组织

状态

理化指标

项目指标检验方法

发酵乳风味发酵乳

脂肪a/(g/100g) ≥3.1 2.5

GB 5413.3

非脂乳固体/( g/100g) ≥8.1 -

GB 5413.39

蛋白质/( g/100g) ≥2.9 2.3

GB 5009.5

酸度/(oT) ≥70.0 GB 5413.34

a 仅适用于全脂产品。

微生物限量

项目采样方案a 及限量(若非指定，均以CFU/g 或

CFU/mL 表示)

检验方法

n c m M

大肠菌群 5 2 1 5 GB 4789.3 平板计数法

金黄色葡萄球菌 5 0 0 /25g(mL) -

GB 4789.10 定性检验

沙门氏菌 5 0 0 /25g(mL) -

GB 4789.4

酵母≤100

GB 4789.15霉菌≤30

a 样品的分析及处理按GB 4789.1 和GB 4789.18 执行

乳酸菌数

项目 限量[CFU /g (mL )]

检验方法 乳酸菌数a ≥

1×106

GB 4789.35

a 发酵后经热处理的产品对乳酸菌数不作要求

3.2 酸奶的标准化计算

原料乳成分 乳脂肪 蛋白质 乳糖 灰分 水分 非脂乳固体 3.6% 3.2%

4.7%

0.7%

87.8%

8.6%

（1）乳脂肪（F ）与非脂乳固体（是）之比R

原料乳：4186.0%6.8%6.30

0===S

F R O

成品：3857.0%30%27===S F R

标准化的方法：由于R0＞R ，说明原料乳中的脂肪含量偏高，需要标准化使之平衡。原料乳中的脂肪含量过高，所以要把部分原料乳进行分离，分离出的脱脂乳要加入原料乳中使它达到标准乳要求，而分离的稀奶油则另用容器贮存。 （2）设定：当预热温度为40℃时，脱脂乳含脂肪 F 1= 0.01%；稀奶油含脂肪 F 2=40% ① 脱脂乳中非脂乳固体：

()()%92.86.310001.0100%6.810010001

1

=--=--=F F

SNF SNF

② 稀奶油中非脂乳固体：

()()%16.501.010040100%6.810010012

2

=--=--=F F

SNF SNF

③ 每吨原料乳应添加的脱脂乳（M 1）

82.50kg

10001100

1

=?-??-=F S S F

M R R ④制（M 1）脱脂乳需要分离原料乳（G ）

设：分离（Gkg ）原料乳可得到(M 1kg)脱脂乳和(M 2kg)稀奶油根据脂肪含量守衡可知。

%6.3%40%01.050.82222110?=?+?=?+?=?G G M F M F M F 且 M M G 21+=

()%6.350.82%40%01.050.8222?+=?+?M M

可知：14kg .82=M 64kg .90=G 3.3 物料衡算

一吨标准乳所对应的原料乳： 1090.64：1082.50=x ：1

x=1.01吨

脱稀奶油，加脱脂乳 -0.75% -0.4% -0.75%

-0.2%

-0.4%

+20%

凝固型=34882.95kg 34882950/250=139531杯 搅拌型=52324.42kg 52324420/100=523244杯

原料乳75000kg 标准化73700.5kg 冷却、储存73553.1kg 均质、杀菌73258.89kg 成品乳87910.66kg 检验、灌装

87207.37kg

损耗147.4Kg

损失294.21kg 果粒、食品添加剂等 损失

703.29kg

标准乳74257.43kg 损失556.93kg

第四章生产车间设备选型

4.1 主要设备选型与设计

物料计算是设备选型的依据，选择设备时要注意四点：

（1）根据每一品种单位时间(h或min)产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数。

（2）几个生产中的关键设备，除按实际生产能力所需台数的设备外，还应考虑备用设备。

（3）以便后道工序的生产能力要略大于前道，不至于生产能力不够，导致物料积压。

（4）选择设备应考虑下列原则

①满足工艺要求，保证产品的质量和产量。

②应选用较先进，机械化程度较高的设备。

③充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，能一机多用。

④应符合卫生要求，故而多应用不锈钢材料。

⑤有合理的自动控制系统,控制温度、压力和真空度，时间、速度、流量等工艺参数

4.1.1 收奶系统的选择

(1) 奶仓：牛奶经冷却后进入生奶仓进行储存，日收奶量约为75t，白天进行收奶，为保证生奶先进先出的原则，设计收奶仓容量为30t，奶仓的数量设计为2只。为确保生奶质量，奶仓下部装有冷却装置，可随时通过冰水降温，保证奶温贮藏温度一直在4℃以下。

(2) 奶泵：收奶一般在白天进行，要求速度快，一般不超过10个小时收完奶，并大于净乳机的能力，配置2台15t/h的卫生级自吸泵。

(3) 在线过滤器，流量计，脱气装置:巧比，2套。

(4) 板式换热器:10t ，1台，15t一台。

(5) 净乳机:10t /h ，2台。

4.1.2 灌装设备组合

根据产品方案，基本上以每台设备生产时间为16小时，生产班次为2班来进行计算

产品种类产品规格灌装机能力产量（t/day）设备数

量凝固型250g/杯9000杯／小时30 2 搅拌型100g/杯12000杯/小时45 6 4.1.3 酸奶缓冲罐的选择

尽量选择大容量的罐体，因为大容量罐体设备投资相对节省，每天生产结束后都需要清洗，清洗次数越少，清洗的成本就越低。确定酸奶缓冲罐的容量为30000L，成品酸奶88079.5kg

数量：3

88079

30000

5.

4.1.4 酸奶发酵罐的选择

由于酸奶缓冲罐的容量为30000L，另外根据酸奶冷却线路最大能力在15000L/小时~20000L/小时，同时发酵罐冷却时间尽量保持45～60分钟之内，因此，根据生产排班表可以得出发酵罐的容量为15000L，数量为6只。

4.1.5 灭菌装置的选择

型号：YB50-YBBSJ

参数：灭菌时间10—40min灭菌温度65℃—95℃蒸汽压力1—4kg耗气量

0.5—1.0m3/h

整个工艺流程中只需要一台巴氏杀菌机。

牛奶巴氏杀菌温度为85℃，保温15s，热效率≥90%，采用热水加热系统，蒸汽与热水间接加热。冷却介质为2℃的冰水，均质压力为15-20MPa。

考虑到生奶的指标会根据气候、温度、奶牛产奶的时间等因素进行波动，为保证每批产品的标准化生产，需要对原奶进行标准化，标准化的方法有手动标准化和自动标准化，考虑到产品的稳定性以及生产的自动化程度，本设计采用自动在线标准化系统进行，为了保证生奶不受嗜冷菌等微生物的污染，本设计采用72～74℃进行预杀菌，另外为满足生产浓缩产品的要求，该预杀菌设备配备闪蒸系统，可以对原奶进行浓缩，为节省均质机耗电，本设计将采用部分均质的方法进行生产，部分均质仅将牛奶中的脂肪进行均质，对脂肪奶部分不均质，因此，均质机的选择可以变小，同时也降低能源消耗，具体过程为原奶经过换热器加热至脱气或闪蒸，经过脱气或闪蒸的原奶经过离心分离机进行离心净乳，同时分离成为脱脂奶以及40％的稀奶油，稀奶油与部分脱脂奶混合后进入均质机进行部分均质，标准化根据预先设定好的参数对原奶进行标准化，标准化完成后的奶经过72～74℃杀菌处理，冷却至4℃，输送进入储奶仓进行储存。

4.1.6混料暂存设备选择

混料暂存系统由于发酵罐的容积为15000L，为便于生产调配和生产管理，通常混料暂存罐的容积与发酵罐容积相同。即为15000L，为节约混料系统的能源消耗。产品最终的定容工作一般在混料缓冲罐中完成，根据混料时间和杀菌时间，混料暂存罐的数量设计为1只。

设备一览表

设备编号名称规格及技术

数据

数量功率

E101 奶泵10T/h 10 1.5kw

E102 双联过滤器10T/h 1 小于10kw E103 脱气罐10T/h 1 10kw

E105 流量计10T/h 1 10kw

E106 净乳机10T/h 1 10kw

E107 板式换热器5T/h 3 35kw

E108 奶仓50000L 1 1.5kw

E201 奶罐5000L 2 1.1kw E202 高速搅拌缸1500L 1 45kw

E203 温度保持柜2000L 1 1.8kw E205 均质机10T/h 1 0.18kw E206 发酵罐15000L 6 2kw

E303 缓冲罐30000L 3 2.2kw E304 齿轮泵10T/h 7 15kw

E404 发酵罐1000L 1 1kw

E405 果料罐600L 1 0.75kw E501 海斯亚包装机15T/h 1 15kw

E502 中亚包装机酸

FG YQ-10 1 15kw

奶

E601 CIP酸碱罐5000L 2 2.2kw E602 清水罐600L 1 0.75kw

第五章 热量衡算 5.1 热量消耗

5.1.1 混料系统消耗蒸汽量:

每天生产牛奶按照75 t 计算，通常混料量占总料量的l/3，因此混料系统每天有25t 物料需要加热和冷却，按照混料温度55℃计，需要采用蒸汽将原奶从4℃升温至混料温度55℃，蒸汽通常使用条件为3Bar 的饱和蒸汽，蒸汽潜热量为2200KJ/Kg ，混合物料的比热按照奶的比热来计算，不考虑系统能量损耗，因此混料系统蒸汽日耗量计算如下:

T MC Q 1?= Q 蒸汽=Q 混合物料

()220045599.325000?=-??M 2312≈M

5.1.2 杀菌系统消耗蒸汽量

每天预杀菌生奶为75t ，杀菌温度72℃，原奶温度4℃，按照设备的热回收效率90%计算，因此预杀菌巴氏杀菌机日蒸汽消耗为:

()()9252200/%90147299.375000≈-?-??=M Kg

即:吨产品蒸汽耗量=12.3Kg

生产凝固型和搅拌型酸奶的杀菌温度均为95℃，进料温度10℃，按照87300Kgt 计算，

设备热回收效率92%，酸奶巴氏杀菌机日蒸汽耗量为:

()()Kg M 10772200/%921109599.387300?-?-??=

即:87.3t 产品蒸汽耗量=12.3Kg 5.1.3 菌种系统消耗蒸汽量:

每天生产菌种按照1t 计算，进料温度10℃，按照87.3t 计算，设备热回收效率92％菌种系统日蒸汽耗量为:

()()132200/%921109599.31000≈-?-??=M

5.1.4 发酵系统日蒸汽耗量:

每天生产酸奶按照87.3t 计算，按照发酵温度42℃计，酸奶加热至灌装温

43℃，需要采用蒸汽加热热水，热水加热酸奶，能量传递效率98%，因此发酵系统蒸汽日耗量计算如下：

()5332%98/2200/104399.387300=-??=M

5.1.5 CIP 系统蒸汽消耗量

每天清洗需要加热清洗介质，根据清洗用管式换热器的设计数据，各清洗压力线值蒸汽消耗量为723Kg/小时，6Bar ，饱和蒸汽。由于总共8条压力线，但是基本上不同时消耗蒸汽，因此可以按照70%，进行计算，即平均消耗蒸汽4050Kg 蒸汽。

合计本工厂每日蒸汽耗量约为:9659kg

5.2 冰水耗量和电力耗量

5.2.1 冰水耗量

5.2.1.1 收奶系统消耗冰水量：

收奶系统每天收奶75t ，按照原奶温度15℃计，需要采用冰水将原奶冷却到4℃的储存温度，冰水通常使用条件为2℃进水，升温不超过12℃，即14℃冰水回流，生奶的比热为3.99KJ/Kg ，因此收奶系统冰水日耗量计算如下：

T MC Q ?= Q 冰水=Q 生奶

()()2142.441599.375000-??=-??冰水M 5.65312=冰水M

5.2.1.2 混料系统消耗冰水量：

每天生产牛奶按照75t 计算，通常混料量占总料量的1/3，因此混料系统每天有25t 物料需要加热和冷却，按照混料温度55℃计，需要采用冷却塔水和冰水将混合物料冷却至暂存温度15℃，冷却塔水夏天时35℃，按照换热器设计2℃出口温差，需要用冰水冷却的温度段为37℃冷却至15℃，冰水通常使用条件为2℃进水，升温不超过12℃，即14℃冰水回流，混合物料的比热按照奶的比热来计算，因此混料系统冰水日耗量计算如下：

T MC Q ?= Q 冰水=Q 混合物料

()()2142.4153799.325000-??=-??冰水M L M 7.43541=冰水

5.2.1.3 菌种系统消耗冰水量:

每天生产菌种按照1t 计算，按照发酵温度42℃计，需要采用冰水将混合物料冷却至暂存温度4℃，冰水通常使用条件为2℃进水，升温不超过12℃，即14℃冰水回流，菌种的比热按照奶的比热来计算，因此菌种系统冰水日耗量计算如下:

T MC Q ?= 菌种奶冰水Q Q =

()()2142.444299.31000-??=-??冰水M L M 3008=冰水

母菌种罐加套用冰水使用量为：2000 L/h (该设备冷却后回水温度将会下降至接近4℃)。

5.2.1.5 发酵系统消耗冰水量:

每天生产搅拌型酸奶按照523244t 计算，按照发酵温度42℃计，酸奶冷却需要采用冰水冷却至暂存温度20℃，冰水通常使用条件为2℃进水，但为保证产品质量，因此回水温度18℃回流，酸奶的比热按照奶的比热来计算，因此发酵系统冰水日耗量计算如下:

T MC Q ?= 酸奶冰水Q Q =

()()2-182.4204299.3523244??=-??冰水M L M 683487=冰水

5.2.2 用电量估算

电耗和压缩空气的耗量与设备的生产能力有关，将设备清单中设备的消耗量累计，即可得到能源的消耗，由于工厂不会所有设备同时运转，因此根据经验以该数据总量70%对其进行计算，全部设备总功率300KW ，每日耗电300×60%×20=3600度。