发酵型酸奶生产车间设计

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）11绪论1.1发酵型酸奶生产的各种工艺流程及相关特性酸奶又名酸乳或酸牛乳，最原始的酸奶只是一种利用牛乳或其他动物乳中天然存在的乳酸菌使乳糖转化成乳酸而制作的一种发酵乳。20世纪中叶以来，西欧一些国家开始大量生产发酵乳，其中酸乳已成为国际上广泛流行的发酵乳。联合国粮食与农业组织（FAO），世界卫生组织(WHO)与国际乳品联合会(IDF)于1997年给酸乳做出如下定义：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳中（杀菌乳或浓缩乳），由于保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用进行乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品必须含有大量的相应的活性微生物。通常根据成品的组织状态、口味、原料中的乳脂肪含量、生产工艺和菌种的组成可以将酸奶分成不同种类。其中根据成品组织状态将酸奶分成凝固型、搅拌型和饮用型酸奶[1]。1.1.1凝固型酸奶凝固型酸奶是以新鲜乳为原料，添加适量的蔗糖，经巴氏杀菌并冷却后，加入乳酸菌发酵剂，经保温发酵而制成的产品，由于发酵后乳变成为凝胶状态，故称为凝固型酸奶。其工艺流程为：原料乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料、预热、均质、杀菌、冷却→接种→罐装→发酵→冷却→冷藏、后熟→成品其特性是:先行灌入零售包装容器再在其中发酵，成品得以保存其凝乳状态。1.1.2搅拌型酸奶搅拌型酸奶是指经过处理的原料乳添加了发酵剂后，先在发酵罐中发酵至凝乳，再降温搅拌破乳、冷却，分装到包装容器内。因为这类产品经过搅拌成糊状，黏度较大，呈半流动状态，也称作液体酸奶。其工艺流程为：原料乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料、预热、均质、杀菌、冷却→接种→发酵→破碎凝乳→冷却、搅拌→罐装→冷藏、后熟→成品其特性是:先在大罐中发酵，后罐装于包装容器；发酵所得凝乳被其后的破碎凝乳/冷却，搅拌/罐装的过程搅碎成粘稠而可流动状态。1.1.3饮用型酸奶饮用型酸奶属于低黏度搅拌酸奶，也可作“酸乳饮品”，其生产工艺流程中原料的预处理及发酵酸化过程与搅拌型酸奶相同。经热处理的牛奶以与搅拌型酸奶一样的方法在罐中发酵，当达到所需的pH值（接近4.2）时，果汁、糖和稳定剂就被充分的混合进去，然后按产品所需的货架期以不同的方法处理这种酸奶混合物。其工艺流程有三种，分别为：（1）原料乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料、预热、均质、杀菌、冷却→接种→发酵→混合→均质→冷却→包装→冷藏→成品。（2）原料乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料、预热、均质、杀菌、冷却→接种→发酵→混合→巴氏杀菌→均质→无菌包装→冷藏→成品。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）2（3）原料乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料、预热、均质、杀菌、冷却→接种→发酵→混合→UHT处理→无菌包装→室温储存→成品。利用上述三种不同的方法可分别获得2～3周、数周、数月的货架期。货架期一般是指产品从生产出来后到保持消费者能够接受的质量特性的时间（通常以天计）。前两种方法只通过了巴氏杀菌，乳中仍残留有少量微生物和酶类，在适宜的温度条件下，仍会引起酸奶变质。所以在仓储、运输、销售等全过程须始终保持10℃以下，以抑制这些微生物和酶类的作用。后一种方法通过商业无菌灭菌，可以贮存在室温。但为了保证产品的风味，建议控制贮存在20℃的干燥通风、无日光直射的环境里。饮用型酸奶的特性:是基于搅拌型酸乳的加工过程，固形物含量略低，在灌入零售包装容器前被破碎凝乳，流动性较好。1.2工艺原则，范围与依据食品工厂的工艺设计是以生产产品的生产车间为核心的设计。根据计划（设计）任务书所规定的生产规模、产品品种、质量要求，并结合建厂地点、原料来源、动力供应及水源水质等具体情况，因地制宜确定生产方法、技术水平；选择工艺流程、生产设备进行生产车间的布置等。工艺设计还需对工厂设计其他部门或阶段设计提供技术要求和基本数据资料。工艺设计应力求技术先进、经济合理。工厂工艺设计的基本内容有：产品方案、规格及班产量确定；主产品生产工艺流程的选择和论证；工艺计算，包括物料衡算、生产车间设备生产能力的计算和选型、劳动力要求计算及分配；生产车间水、电、汽、冷用量计算；生产车间平面布置和生产工艺设备流程图、管路布置图等。工艺设计还需向其他设计提供要求和信息，包括对土建面积、车间高度、结构、洁净度、卫生设施等的要求；供水排水、电、汽、冷量及要求；原料、中间产品、终产品数量及储存要求；辅助车间的工艺要求等[2]。工艺设计的主要依据是：设计任务书；项目工程师下达的设计工作提纲；采用新工艺、新技术、新设备、新材料时的技术鉴定报告；选用设备的有关产品样本和技术资料；其他设计资料。1.3酸乳制品的发展趋势及工艺流程的确定1.3.1酸乳制品的发展趋势随着冷链技术的发展，新的生物技术和科研成果在酸乳生产中的应用，酸乳制品的种类越来越多，新型酸乳不断涌现，如干制酸乳、冷冻酸乳和杀菌酸乳，大大丰富和扩展了传统意义上的酸乳的概念内涵。现代酸乳技术呈以下趋势[3]：（1）酸乳的品种已由原味淡酸乳向调味酸乳（添加各类香精）、果粒酸乳（添加各类水果果料）和功能性酸乳（特殊有益菌，营养成分的功能性如低脂低糖高钙高蛋白、添加维生素和矿物质元素）转化。（2）保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为生产普通酸乳的最优菌种组合，双歧杆菌酸乳和嗜酸乳杆菌酸乳已越来越被消费者所接受。20世纪90年代以后芬兰、挪威、荷兰等国出现了新型功能性酸奶——干酪乳杆菌酸乳，具有良好的产香和滑爽、细腻质构类酸乳的菌种选育已受到广泛重视，此后发湖南科技大学本科生毕业设计（论文）3酵酸乳菌种研究也引起人们的重视。（3）通过改变牛乳基料的成分生产低热量的发酵产品。（4）生产方便、口味温和、几乎不用添加剂的长货架期产品。利用现代杀菌技术生产“长寿酸乳”已成为酸乳发展的热点，这类酸乳因其常温下半年以上的保质期更适合运输和消费。（5）在冷链情况下消费的包装形式是现阶段和未来产品的热点和趋势，这一方面由于冷链技术的发展，另一方面有利于保持酸乳中有足够的对人体有益的活菌数。1.3.2本设计确定工艺流程的原则（1）保证产品符合国家食品安全标准和食品GMP的要求。（2）优先选择先进、科学的工艺流程，以确保生产符合时代的要求的、优质适销的产品。（3）在保证生产要求的前提下，选择可以提高产品质量和生产效率，降低生产消耗和成本的生产工艺。（4）选择的流程能缩短生产周期，减少生产工序和环节，优先采用机械化、连续话作业线。（5）在保证生产要求的前提下，尽量节省厂房和生产设备，特别是尽量减少特殊的厂房和设备。（6）减少“三废”处理量，注意“三废”处理效果。1.3.3工艺流程的选择与论证70年代以来，世界乳品工业呈稳步发展的趋势，生产规模大型化和集中化是其主要特点之一。而生产规模大型化和集中化导致市场的地域更大和运输距离更长，这使得延长产品货架期的加工方法成为必不可少的，同时对能贮存在室温下的热处理酸奶存在着需求。因此本设计针对饮用型酸奶生产，选择长货架期的生产工艺流程，其生产工艺流程如下：原料乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料、预热、均质、杀菌、冷却→接种→发酵→混合→UHT处理→无菌包装→室温储存→成品。针对该工艺流程，还需对杀菌和UHT处理工艺流程进行选择与论证。杀菌以杀灭微生物为主要目的，是最常用的延长食品保存期的加工保藏方法，几乎所有乳制品的安全卫生都离不开热杀菌。根据要灭微生物种类的不同可分为巴氏杀菌和商业杀菌。1.3.3.1各种巴氏杀菌工艺的比较：相对于商业杀菌而言，巴氏杀菌是一种较温和的热杀菌形式，巴氏杀菌的处理温度通常在100℃以下，典型的巴氏杀菌条件是62.8℃/30min，达到同样的巴氏杀菌效果可以有不同的温度、时间组合。巴氏杀菌可使食品中的酶失活，并破坏食品中热敏性的微生物和致病菌。巴氏杀菌的目的及其产品的贮藏期主要取决于杀菌条件、食品成分（如pH值）和包装情况。巴氏杀菌可消灭所有的致病菌、酵母、霉菌和绝大部分其他细菌，但并不能达到灭菌的程度。因此，经过巴氏杀菌的酸乳都需在低温下保存，货架期一般只有数周。目前乳品厂所采用的巴氏杀菌方法主要包括低温长时巴氏杀菌、高温短时巴氏杀菌和超巴氏杀菌法[4]。(1)低温长时巴氏杀菌：该法是很久以来沿用的巴氏杀菌法，具体杀菌条件为62～65℃，并在此温度下保持30min，故又称保持式杀菌法。该法的特点是：简单、方便，杀菌效果达99%，致病菌完全被杀死；不能杀死嗜热耐热性细菌及孢子，乳中存在的一些酶也未被钝化；设备较庞大，杀菌时间湖南科技大学本科生毕业设计（论文）4较长。此法虽然设备简单、便宜，但它处理量低、费时、费力、能耗大，不宜循环利用。因此这种方法目前已很少使用。(2)高温短时巴氏杀菌：即采用（80℃～85℃）/（10～15s）或（72～75℃）/（16～40s）的杀菌方法，也可采用（85℃～90℃）/（1～4s）的直接蒸汽闪蒸杀菌法，又称高温瞬时杀菌法。此法一般选用片式或管式热交换器，可以在短时间内连续处理大量牛乳，目前广为使用。它可随设备条件的不同而实现升温、热交换、冷却安排在同一台设备中，充分利用热能，降低燃料消耗。该法的特点是：杀菌效果好，残存菌主要是耐热性乳酸杆菌和芽孢杆菌，其他细菌几乎全部杀灭；占地少、紧凑（仅为单缸法的占地面积的20%）；处理量大，连续化生产，节省热源，成本低；可于密闭条件下进行操作，减少污染的机会；加热时间短，营养成分损失少，乳质量高，无焖煮味；可于CIP（原地无拆卸循环清洗系统）清洗配套设施节省劳力，提高效率；温度控制检测系统要求严格（仪表要准确）。(3）超巴氏杀菌：超巴氏杀菌的温度为125～138℃，时间2～4s，然后将产品冷却到7℃以下储存和分销，即可使保质期延长至40d甚至更长。这需要极高的生产卫生条件和优良的冷链分销系统。但超巴氏杀菌温度再高，时间再长，它仍然与超高温灭菌有根本的不同点：超巴氏杀菌产品并非无菌罐装；超巴氏杀菌产品不能在常温下储存和分销；超巴氏杀菌产品不是商业无菌产品。从杀死微生物的观点来看，乳的热处理强度是越强越好。但是强烈的热处理对乳的外观、味道和营养价值会产生不良后果。如乳中蛋白质在高温下变性；强烈的加热使乳的味道改变，出现“蒸煮味”及焦味。因此，时间和温度组合的选择必须考虑到微生物和产品质量两方面，以达到最佳效果。在本设计中,均质后的原料乳在90℃/5min的工艺条件下进行杀菌。这样，除了达到杀灭微生物和钝化酶的目的外,还有以下效果:原料乳中氧的去除以及由于乳清蛋白的变性增加了硫氢基,降低了氧化还原电位,有效助长了乳酸菌的生长繁殖;由于蛋白质的变性,改善酸乳的硬度与组织;防止乳清分离。1.3.3.2各种UHT处理工艺的比较：商业杀菌一般有简称为灭菌，是一种较强的热处理形式，通常是将食品加热到较高的温度并维持一定的时间，以达到杀死所有病菌，腐败菌和绝大部分微生物的目的，使杀菌后的食品符合货架期的要求。超高温灭菌的出现，大大改善了灭菌乳的特性，不仅使产品从颜色和味道上得到了改善，而且还提高了产品的营养价值。UHT处理是指物料通过加热至135～150℃，保温时间为2～8s，以达到商业无菌要求，然后在无菌状态下罐装于无菌包装容器中的产品。按照物料与加热介质是否接触，UHT系统可分为直接加热和间接加热系统[5]。(1)直接加热法：该法是将乳混注到一定压力下的蒸汽室内或将蒸汽注入乳中,在蒸汽瞬间冷凝的同时加热牛乳到140～150℃的灭菌温度,保持1～4s后,乳进入蒸发室,将乳中由蒸汽液化而来的水分等量闪蒸出去,同时乳迅速冷却。该法的优点是加热快速,冷却快速,对乳中化学物质的影响相对较小,也不存在结垢现象。缺点是加热设备比较复杂,需要纯净的蒸汽,系统的热回收能力差,生产成本高,且会影响乳中的风味物质以及乳脂肪的稳定性。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）5(2)间接加热法：该法是采用中压蒸汽或中压水为加热介质,热量经过固体换热壁转传给待加热杀菌的物料。物料的冷却也是通过与冷却介质换热来实现的。目前,我国大多数企业在进行UHT处理时使用间接加热的UHT系统,采用板式或管式换热期。管式和板式间接加热系