【正文】 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 發(fā)酵型酸奶生產(chǎn)車間設(shè)計(jì) 1 緒論 發(fā)酵型酸 奶生產(chǎn)的各種工藝流程及相關(guān)特性 酸奶又名酸乳或酸牛乳，最原始的酸奶只是一種利用牛乳或其他動(dòng)物乳中天然存在的乳酸菌使乳糖轉(zhuǎn)化成乳酸而制作的一種發(fā)酵乳。 20世紀(jì)中葉以來(lái)，西歐一些國(guó)家開始大量生產(chǎn)發(fā)酵乳，其中酸乳已成為國(guó)際上廣泛流行 的發(fā)酵乳。 聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（ FAO），世界衛(wèi)生組織 (WHO)與國(guó)際乳品聯(lián)合會(huì) (IDF)于 1997 年給酸乳做 出如下定義：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脫脂乳粉）的乳中（殺菌乳或濃縮乳），由于保加利亞乳桿菌和 嗜熱鏈球菌的作用進(jìn)行乳 酸發(fā)酵制成的凝乳狀產(chǎn)品，成品必須含有大量的相應(yīng)的活性微生物。 通常根據(jù)成品的組織狀態(tài)、口味、原料中的乳脂肪含量、 生產(chǎn)工藝和菌種的組 成可以將酸奶分成不同種類。其中根據(jù)成品組織狀態(tài)將酸奶分成凝固型、 攪拌型和飲用型酸奶 [1]。 凝固型酸奶 凝固型酸奶是以新鮮乳為原料，添加適量的蔗糖，經(jīng)巴氏殺菌并冷卻后，加入乳酸菌發(fā)酵 劑，經(jīng)保溫發(fā)酵而制成的產(chǎn)品，由于發(fā)酵后乳變成為凝膠狀態(tài)，故稱為凝固型酸奶。其工藝流程為： 原料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、 冷卻 → 接種 → 罐裝 → 發(fā)酵 → 冷卻 → 冷藏 、 后熟 → 成品 其特性是 :先行灌 入零售包裝容器再在其中發(fā)酵，成品得以保存其凝乳狀態(tài)。 攪拌型酸奶 攪拌型酸奶 是指經(jīng)過(guò)處理 的原料乳添加了發(fā)酵劑后，先在發(fā)酵罐中發(fā)酵至凝乳，再降溫?cái)嚢杵迫?、冷卻，分裝到包裝容器內(nèi)。因?yàn)檫@類產(chǎn)品經(jīng)過(guò)攪拌成糊狀， 黏度較大，呈半流動(dòng)狀態(tài)，也稱作液體酸奶 。其工藝流程為： 原料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻 → 接種 → 發(fā)酵 → 破碎凝乳 → 冷卻、 攪拌 → 罐裝 → 冷藏、 后熟 → 成品 其特性是 :先在大罐中發(fā)酵，后罐裝于包裝 容器；發(fā)酵所得凝乳被其后的破碎凝乳 /冷卻，攪 拌 /罐裝的過(guò)程攪碎成粘稠而可流動(dòng)狀態(tài)。 飲用型酸奶 飲用型酸奶 屬于低黏度攪拌酸奶，也可作 “酸乳飲品 ”，其生產(chǎn)工藝流程中原料的預(yù)處理及發(fā)酵酸化過(guò)程與攪拌型 酸奶 相同。經(jīng)熱處理的牛奶以與攪拌型 酸奶 一樣的方法在罐中發(fā)酵，當(dāng)達(dá)到所需的pH 值（接近 ）時(shí)，果汁、 糖和穩(wěn)定劑 就被充分的混合進(jìn)去，然后按產(chǎn)品所需的貨架期以不同的方法處理這種酸奶混合物。其工藝流程 有三種， 分別為： （ 1） 原料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、 冷卻 → 接種 → 發(fā)酵 → 混合 → 均質(zhì) → 冷卻 → 包裝 → 冷藏 → 成品 。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 （ 2） 原 料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、 冷卻 → 接種 → 發(fā)酵 → 混合 → 巴氏殺菌 → 均質(zhì) → 無(wú)菌包裝 → 冷藏 → 成品 。 （ 3） 原料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、 冷卻 → 接種 → 發(fā)酵 → 混合 →UHT 處理 → 無(wú)菌包裝 → 室溫儲(chǔ)存 → 成品 。 利用 上述 三種不同的方法可分別獲得 2～ 3 周、數(shù)周、 數(shù)月的貨架期。 貨架期一般是指產(chǎn)品從 生產(chǎn)出來(lái)后到保持消費(fèi)者能夠接受的質(zhì)量特性的時(shí)間（通常以天計(jì)）。 前兩種方法只通過(guò)了巴氏殺菌，乳中仍 殘留有少量微生物和酶類，在適宜的溫度條件下，仍會(huì)引起酸奶變質(zhì)。所以在倉(cāng)儲(chǔ)、 運(yùn)輸、銷售等全過(guò)程須始終保持 10℃ 以下，以抑制這些微生物和酶類的作用。 后一種方法通過(guò)商業(yè)無(wú)菌滅菌，可以貯存在室溫。但為了保證產(chǎn)品的風(fēng)味，建議控制貯存在 20℃ 的干燥通風(fēng)、無(wú)日光直射的環(huán)境里。飲用型酸奶的 特性 :是基于攪拌型酸乳的加工過(guò)程，固形物含量略低，在灌 入零售包裝容器前被破碎凝乳，流動(dòng)性較好。 工藝原則，范圍與依據(jù) 食品工廠的工藝設(shè)計(jì)是以生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)車間為核心的設(shè)計(jì)。根據(jù)計(jì)劃（設(shè)計(jì)）任務(wù) 書所規(guī)定的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品品種、質(zhì)量要求，并結(jié)合建廠地點(diǎn)、原料來(lái)源、動(dòng)力供應(yīng)及水源水質(zhì)等具體情況，因地制宜確定生 產(chǎn)方法、技術(shù)水平；選擇工藝流程、 生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)車間的布置等。 工藝設(shè)計(jì)還需對(duì)工廠設(shè)計(jì)其他部 門或階段設(shè)計(jì)提供技術(shù)要求和基本數(shù)據(jù)資料。工藝設(shè)計(jì)應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)、 經(jīng)濟(jì)合理。 工廠工藝設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有：產(chǎn)品方案、 規(guī)格及班產(chǎn) 量確定；主產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的選擇和論證；工藝計(jì)算，包括物料衡算、生產(chǎn)車間設(shè)備生產(chǎn)能力的計(jì)算和選型、 勞動(dòng)力要求計(jì)算及分 配；生產(chǎn)車間水、電、汽、冷用量計(jì)算；生產(chǎn)車間平面布置和生產(chǎn)工藝設(shè)備流程圖、 管路 布置圖等。工藝設(shè)計(jì)還需向其他設(shè)計(jì)提供要求和信息，包括對(duì)土建面積、車間高度、結(jié)構(gòu)、潔凈度、衛(wèi)生設(shè)施等的要求； 供水排水、電、汽、冷量及要求；原料、中間產(chǎn)品、 終產(chǎn)品數(shù)量及儲(chǔ)存要求；輔助車間的工藝要求等 [2]。 工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 是：設(shè)計(jì)任務(wù)書；項(xiàng)目工程師下達(dá)的設(shè)計(jì)工作提綱；采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、 新材料時(shí)的技術(shù)鑒定報(bào)告；選用設(shè)備的有關(guān)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料；其他設(shè)計(jì)資料。 酸 乳 制 品 的 發(fā)展 趨勢(shì) 及 工藝流程的確定 酸乳制品的發(fā)展 趨勢(shì) 隨著冷鏈技術(shù)的發(fā)展，新的生物技術(shù)和科研成果在酸乳生產(chǎn)中的應(yīng)用，酸乳制品的種類越來(lái)越多，新型酸乳不斷涌現(xiàn)，如干制酸乳 、 冷凍酸乳 和殺菌酸乳，大大豐富和擴(kuò)展了傳統(tǒng)意義上的酸乳的概 念內(nèi)涵?，F(xiàn)代酸乳技術(shù) 呈 以下 趨勢(shì) [3]： （ 1） 酸乳的品種已由原味淡酸乳向調(diào)味酸乳（添加各類香精） 、 果粒酸乳（添加各類水果果料）和功能性酸乳（特殊有益菌，營(yíng)養(yǎng)成分的功能性如低脂低糖高鈣高蛋白 、 添加維生素和礦物質(zhì)元素）轉(zhuǎn)化。 （ 2） 保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌為生產(chǎn)普通酸乳的最優(yōu)菌種 組合，雙歧桿菌酸乳和嗜酸乳桿湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 菌酸乳已越來(lái)越被消費(fèi)者所接受。 20 世紀(jì) 90 年代以后芬蘭、挪威、荷蘭等國(guó) 出現(xiàn)了新型功能性酸奶——干酪乳桿菌酸乳，具有良好的產(chǎn)香和滑爽、細(xì)膩質(zhì)構(gòu)類 酸乳 的 菌種選育已受到廣泛重視，此后發(fā)酵酸乳菌種研究也引起人們的重 視。 （ 3） 通過(guò)改變牛乳基料的成分生產(chǎn)低熱量的發(fā)酵產(chǎn)品。 （ 4） 生產(chǎn)方便、口味溫和、幾乎不用添加劑的長(zhǎng)貨架期產(chǎn)品。利用現(xiàn)代殺菌技術(shù)生產(chǎn) “長(zhǎng)壽酸乳 ”已成為酸乳發(fā)展的熱點(diǎn)，這類酸乳因其常溫下半年以上的保質(zhì)期更適合運(yùn)輸和消費(fèi)。 （ 5） 在冷鏈情況下消費(fèi)的包裝形式是現(xiàn)階段和未來(lái)產(chǎn)品的熱點(diǎn)和趨勢(shì)，這一方面由于冷鏈技術(shù)的發(fā)展，另一方面有利于保持酸乳中有足夠的對(duì)人體有益的活菌數(shù)。 本設(shè)計(jì)確定工藝流程的原則 （ 1） 保證產(chǎn)品符合國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)和食品 GMP 的要求。 （ 2） 優(yōu)先選擇先進(jìn)、科學(xué)的工藝流程，以確保生產(chǎn)符合 時(shí)代的要求的、 優(yōu)質(zhì)適銷的產(chǎn)品。 （ 3） 在保證生產(chǎn)要求的前提下，選擇可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)消耗和成本的生產(chǎn)工藝。 （ 4） 選擇的流程能縮短生產(chǎn)周期，減少生產(chǎn)工序和環(huán)節(jié)，優(yōu)先采用機(jī)械化、 連續(xù)話作業(yè)線。 （ 5） 在保證生產(chǎn)要求的前提下，盡量節(jié)省廠房和生產(chǎn)設(shè)備，特別是盡量減少特殊的廠房和設(shè)備。 （ 6） 減少 “三廢 ”處理量，注意 “三廢 ”處理效果。 工藝流程的選擇與論證 70 年代以來(lái)，世界乳品工業(yè)呈穩(wěn)步發(fā)展的趨勢(shì)，生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化是其主要特點(diǎn)之一。而生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化導(dǎo)致市場(chǎng)的地域更大和運(yùn) 輸距離更長(zhǎng)，這使得延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期的加工方法成為必不可少的，同時(shí)對(duì)能貯存在室溫下的熱處理 酸奶存在著需求。因此 本設(shè)計(jì) 針對(duì) 飲用型酸奶 生產(chǎn) ，選擇長(zhǎng)貨架期的生產(chǎn)工藝流程 ， 其 生產(chǎn)工藝流程 如下： 原料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻 → 接種 → 發(fā)酵 → 混合 →UHT 處理 → 無(wú)菌包裝 → 室溫儲(chǔ)存 → 成品。 針對(duì)該工藝流程，還需對(duì)殺菌和 UHT 處理工藝流程進(jìn)行選擇與論證。 殺菌以殺滅微生物為主要目的，是最常用的延長(zhǎng)食品保存期的加工保藏方法 ，幾乎所有乳制品的安全衛(wèi)生都離不開熱殺菌。根據(jù)要滅微生物種類的不同可分為巴 氏殺菌和商業(yè)殺菌。 各種巴氏殺菌工藝的比較 ：相對(duì)于商業(yè)殺菌而言，巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式，巴氏殺菌的處理溫度通常在 100℃ 以下，典型的巴氏殺菌條件是 ℃ /30min， 達(dá)到同樣的巴氏殺菌效果可以有不同的溫度、時(shí)間組合。巴氏殺菌可使食品中的酶失活，并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產(chǎn)品的貯藏期主要取決于殺菌條件、食品成分（如 pH值）和包裝情況。 巴氏殺菌可消滅所有的致病菌、酵母、霉菌和絕大部分其他細(xì)菌，但并不能達(dá)到滅菌的程度。因此，經(jīng)過(guò)巴氏殺菌的酸乳都需在低溫下 保存，貨架期一般只有數(shù)周。目前乳品廠所采用的巴氏殺菌方法主要包括低溫長(zhǎng)時(shí)巴氏殺菌、高溫短時(shí)巴氏殺菌和超巴氏殺菌法 [4]。 (1) 低溫長(zhǎng)時(shí) 巴氏殺菌： 該法 是 很久以來(lái)沿用的巴氏殺菌法，具體殺菌條件為 62～ 65℃ ，并在此湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 溫度下保持 30min，故又稱保持式殺菌法。該法的特點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、方便，殺菌效果達(dá) 99%，致病菌完全被殺死；不能殺死嗜熱耐熱性細(xì)菌及孢子，乳中存在的一些酶也 未被鈍化；設(shè)備較龐大，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)。此法雖然設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，但它處理量低、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、能耗大，不宜循環(huán)利用。因此這種方法目前已很少使用。 (2) 高溫短時(shí)巴氏殺菌：即采用（ 80℃ ～ 85℃ ） /（ 10～ 15s）或（ 72～ 75℃ ） /（ 16～ 40s）的殺菌方法，也可采用（ 85℃ ～ 90℃ ） /（ 1～ 4s）的直接蒸汽閃蒸殺菌法，又稱高溫瞬時(shí)殺菌法。此法一般選用片式或管式熱交換器，可以在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)處理大量牛乳，目前廣為使用。它可隨設(shè)備條件的不同而實(shí)現(xiàn)升溫、熱交換、冷卻安排在同一臺(tái)設(shè)備中，充分利用熱能，降低燃料消耗。該法的特點(diǎn)是：殺菌效果好，殘存菌主要是耐熱性乳酸桿菌和芽孢桿菌，其他細(xì)菌幾乎全部殺滅 ；占地少、緊湊（僅為單缸法的占地面積的 20%）；處理量大，連續(xù)化生產(chǎn) ，節(jié)省熱源，成本低；可 于密閉條件下進(jìn)行操作，減少污染的機(jī)會(huì)；加熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分損失少，乳質(zhì)量高，無(wú)燜煮味；可于 CIP（原地?zé)o拆卸循環(huán)清洗系統(tǒng)）清洗配套設(shè)施 節(jié) 省勞力，提高效率；溫度控制檢測(cè)系統(tǒng)要求嚴(yán)格（儀表要準(zhǔn)確）。 (3） 超巴氏殺菌 ： 超巴氏殺菌的溫度為 125～ 138℃ ，時(shí)間 2～ 4s，然后將產(chǎn)品冷卻到 7℃ 以下儲(chǔ)存和分銷，即可使保質(zhì)期延長(zhǎng)至 40d甚至更長(zhǎng)。這需要極高的生產(chǎn)衛(wèi)生條件和優(yōu)良的冷鏈分銷系統(tǒng)。但超巴氏殺菌溫度再高，時(shí)間再長(zhǎng)，它 仍然與超高溫滅菌有根本的不同點(diǎn)：超巴氏殺菌產(chǎn)品并非無(wú)菌罐裝；超巴氏殺菌產(chǎn)品 不能在常溫下儲(chǔ)存和分銷；超巴氏殺菌產(chǎn)品不是商業(yè)無(wú)菌產(chǎn)品。 從殺死微生物的觀點(diǎn)來(lái)看，乳的熱處理強(qiáng)度是越強(qiáng)越好。但是強(qiáng)烈的熱處理對(duì)乳的外觀、味道和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值會(huì)產(chǎn)生不良后果。如乳中蛋白質(zhì)在高溫下變性； 強(qiáng)烈的加熱使乳的味道改變，出現(xiàn) “蒸煮味 ”及焦味。因此，時(shí)間和溫度組合的選擇必須考慮到微生物和產(chǎn)品質(zhì)量?jī)煞矫?，以達(dá)到最佳效果。 在本設(shè)計(jì)中 ,均質(zhì)后 的 原料乳 在 90℃ /5min 的工藝條件下 進(jìn)行殺菌 。這樣， 除了達(dá)到殺滅微生物和鈍化酶的目的外 ,還有以下效果 :原料乳中氧的去除以及由于乳清蛋白的變性增加了硫氫基 ,降低了氧化還原電位 ,有 效助長(zhǎng)了乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖 。由于蛋白質(zhì)的變性 ,改善酸乳的硬度與組織 。防止乳清分離。 各種 UHT 處理工藝的比較 ：商業(yè)殺菌一般有簡(jiǎn)稱為滅菌，是一種較強(qiáng)的熱處理形式，通常是將食品加熱到較高的溫度并維持一定的時(shí)間，以達(dá)到殺死所有病菌，腐敗菌和絕大部分微生物的目的，使殺菌后的食品符合貨架期的要求。 超高溫滅菌的出現(xiàn)，大大改善了滅菌乳的特性，不僅使產(chǎn)品從顏色和味道上得到了改善，而且還提高了產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 UHT 處理是指物料通過(guò)加熱至 135～ 150℃ ，保溫時(shí)間為 2～ 8s，以達(dá)到商業(yè)無(wú)菌要求，然后在無(wú)菌狀態(tài)下 罐裝于無(wú)菌包裝容器中的產(chǎn)品。按照物料與加熱介質(zhì)是否接觸， UHT 系統(tǒng)可分為直接加熱和間接加熱系統(tǒng) [5]。 (1) 直接加熱 法 ： 該 法 是將乳混注到一定壓力下的蒸汽室內(nèi) 或?qū)⒄羝?注入乳中 ,在蒸汽 瞬間冷凝的同時(shí)加熱牛乳到 140～ 150℃ 的滅菌溫度 ,保持 1～ 4s后 ,乳進(jìn)入蒸發(fā) 室 ,將乳中由蒸汽 液化而來(lái)的水分等量閃蒸出去 ,同時(shí)乳迅速冷卻。 該法的優(yōu)點(diǎn)是加熱快速 ,冷卻快速 ,對(duì)乳中化學(xué)物質(zhì)的影響相對(duì)較小 ,也不存在結(jié)垢現(xiàn)象。缺點(diǎn)是加熱設(shè)備比較復(fù)雜 ,需要純凈的蒸汽 ,系統(tǒng)的熱回收能力差 ,生產(chǎn)成本高 ,且會(huì)影響乳中的風(fēng)味物質(zhì)以及乳湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 脂肪的穩(wěn) 定性 。 (2) 間接加熱法 ： 該法是采用中壓蒸汽或中壓水為加熱介質(zhì) ,熱量經(jīng)過(guò)固體換熱壁轉(zhuǎn)傳給待加熱殺菌的物料。物料的冷卻也是通過(guò)與冷卻介質(zhì) 換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 目前 ,我國(guó)大多數(shù)企業(yè)在進(jìn)行 UHT 處理時(shí)使用間接加熱的 UHT 系統(tǒng) ,采用板式或管式換熱期。管式和板式間接加熱系統(tǒng)的熱回收率一般在 90%以上 ,與直接加熱系統(tǒng)相比 ,大大降低了生產(chǎn)成本。 因此 ,在本設(shè)計(jì)中 ,UHT 處理選擇間接加熱系統(tǒng) . 2 主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算 班產(chǎn)量的確定 班產(chǎn)量的大小直接影響到設(shè)備的配套、車間的布置和面積、公用設(shè)施和輔助設(shè)施的大小，以及勞動(dòng)力的定員等。 班產(chǎn)量主要由原料供用量的多少、生產(chǎn)季節(jié)的長(zhǎng)短、延長(zhǎng)生產(chǎn)期的條件（如冷庫(kù)及半成品加工措