(整理)婴儿配方奶粉工艺设计

--------------------------设计说明书食品082陈晖040811232喷雾干燥法生产婴儿配方奶粉工艺—500kg/h设计生产能力1.概述1.1项目来源本次设计是食品工艺学这门课课程设计的组成项目，是由班上通过抽签确定的项目，每人一题，没有自选过程。1.2国内外生产现状国产婴儿配方乳粉的工艺有两种即：湿法和干法。湿法工艺是以生鲜乳为主要原料，添加脱盐乳清粉（或乳清蛋白粉、乳糖）、植物油、矿物质、微量成分，经浓缩、喷雾干燥所制成；干法工艺是以全脂乳粉（脱脂乳粉）、脱盐乳清粉（或乳清蛋白粉、乳糖）、植物油、矿物质、微量成分为基料，经搅拌混合制成。生产婴幼儿乳粉的主要原料，除生鲜乳必须由当地提供外，脱盐乳清粉、乳清蛋白粉、乳糖全部由国外进口。乳清粉是由生产干酪、干酪素的副产品——“乳清”制成的，其主要成分是乳糖、乳清蛋白。乳清含矿物质（灰分）比较多，由于高矿物质会增加婴幼儿肾脏的负担，故生产婴幼儿乳粉所用乳清粉必须经过脱盐。按脱盐程度分，有脱盐40%、60%、70%、90%等规格，我们国家的标准要求，生产婴幼儿配方乳粉的乳清粉脱盐至少在70%以上。衡量婴幼儿配方乳粉质量高低，主要是从三个方面考虑：产品标准、原料质量、生产和质量保障体系。产品标准决定产品配方，产品配方造就了产品营养的科学性合理性。我国自生产婴幼儿配方乳粉开始就制定有产品质量标准。1983年，轻工业部首次发布行业标准——QB869—83《婴幼食品营养及卫生标准》，此标准包括了乳基婴幼儿配方食品和断奶期配方食品的营养和卫生指标；1989年，在部颁标准上修订升级为国家标准—GB10765—89《婴儿配分乳粉Ⅰ》、《婴儿配方乳粉Ⅱ》，这个标准是在部颁标准的基础上，又增加了亚油酸、乳清蛋白、维生素、矿物质等11项指标；1997年，对两项标准进行修订，并配套发布GB10767《婴幼儿配方粉及婴幼儿补充谷粉通用技术条件》标准，标准修订的依据是国际食品法典委员会的标准，增加了维生素、生物素、叶酸、泛酸、矿物质等7项指标，并要求乳糖占碳水化合物量的90%以上；2009年，第三次对婴幼儿配方食品标准进行修订，这修订参照了国际食品法典委员会标准和国际一些先进企业的标准，形成了今年4月1日将正式执行的食品安全国家标准，新颁标准设定64项指标，较旧标准又增添了许多新的内容，如：增添了新的脂肪酸种类、亚油酸与a-亚麻酸比值和反式脂肪酸、芥酸的限量指标，乳清蛋白占总蛋白质的比例、氨基酸组成模式，微量成分等。新修订的婴幼儿配方乳粉标准是符合国际水平的，也是世界上最严格的标准之一。凡在国内生产婴幼儿配方乳粉，不论是国内品牌，还是国外品牌，都要执行这个标准，进入中国市场的外国产品同样要符合这个标准。执行同一个标准的产品是处在同一个技术等级层面的。目前国外不仅研究生鲜牛乳加工成的婴儿配方奶粉，还正在研究营养价值更高的牛初乳粉加工技术。采纳国外经验或引进国外设备，经过近5年的努力，目前，国内相关企业已经掌握了一系列有关牛初乳加工的关键性技术。高新技术的应用增加牛初乳制品成本的同时，也赋予其较高的附加值。1、干燥技术包括低温喷雾干燥、冷冻干燥等能够维持初乳活性的干燥技术，在国内外均已经实现了工业化。长时间的真空浓缩工艺对牛初乳活性有严重影响，所以开发干燥之前的条件温和的浓缩技术是一个趋势。2、杀菌技术能够维持牛初乳活性成分的非热力杀菌或除菌技术乃一种发展趋势，目前，微滤除菌、辐射--------------------------杀菌技术等在中车已经实现工业化，另外一些技术则正在积极研究之中。王志高等研究了陶瓷膜过滤牛初乳过程的污染阻力，考察了孔径对膜过滤牛初乳过程的影响，分析了孔经过0.2、0.5、0.8um膜过滤阻力的形成及其对水渗透通量和蛋白截留率的影响，认为对孔径为0.2um膜，其污染是由浓差极化阻力和凝胶层阻力共同作用所致，而对于0.5、0.8um两种孔径的陶瓷膜则是浓差极化阻力占主导地位的污染.对蛋白截留率进行模型预测，预测结果与实测结果较为一致，实验过程中3种孔径的膜对细菌的截留率都几乎达100%。王浩等研究了辐照对牛初乳中主要微生物的影响。作为国际公认的一种食品“冷加工”方法，辐照技术是安全可靠的。对辐照前后牛初乳粉中细菌菌落总数和大肠杆菌群的数量进行检测，结果表明：当辐照剂量达到8KGy时，已基本能完全杀死牛初乳粉中的微生物，且辐照剂量与微生物存活量之间呈线性关系。骆新峥等研究了脉冲磁场对牛初乳的杀菌效果，结果表明，脉冲磁场对牛初乳具有较好的灭菌效果，细菌致死率在99.9%以上。脉冲磁场杀菌是一种非热杀菌技术，能最大限度的保留食品的色、香、味及营养成分，且杀菌时间短，效率高能耗低，节约能源。王丽颖等研究了高压脉冲电场处理牛初乳的可能性也证明了该技术的可行性，初步确定较为适宜的工艺条件：温度35℃，压力7000v，流速44mL/min,此时处理后样品中IgG含量较高。3、分离技术超滤分级与浓缩在中国牛初乳加工企业中已经是一种现实的技术手段。此外，诸如离子交换层析、反胶束抽提、乳酸菌发酵方法等分离分级或浓缩IgG的技术显示出一定工业化应用潜力。但是，对于初乳中生长因子、Colostrinin(即PRP)等小蛋白成分的分离技术仍然进展不大。1.3本工艺技术特点本次工艺大致可分为三个阶段——原料乳验收与储存阶段、乳粉生产阶段和成品包装处理阶段。本工艺的可实现连续化、机械化生产，且原理成熟，国内诸多厂商可以提供相应的设备，形成一条完整，高效的生产工艺。在原料乳验收阶段关键的工艺要点在于预杀菌、净乳和原料乳的储存。原料乳的预杀菌的目的在于杀死其中的嗜冷菌，同时为后面的脱气作为铺垫；净乳的目的是把原料乳中难以除去的细小污物及芽孢分离；储存处理过的原料乳应该注意温度应该在4℃以下，以防止原料乳的变质而影响下一步的生产。乳粉生产阶段的关键是均质、杀菌、喷雾干燥。均质的目的在于使乳粉中各种成分混合均匀，尤其是将脂肪粒细化，分散；杀菌的目的是杀灭乳中各种致病菌，钝化各种酶的活力；喷雾干燥则是将鲜乳制成乳粉额关键步骤。成品包装处理中最关键的是要实现无菌灌装，而且由于婴儿乳粉的特殊性，还要进行充氮包装，以防止脂肪的氧化。收奶时根据图上的收奶工艺，可以实现连续化，机械化生产，且对原料乳进行预杀菌，可以有效保证后续工艺对原料乳品质要求。另外，收奶时还可以用真空收奶装置进行收奶，它的优点是结构简单，操作方便，不过真空收奶装置收奶时需要不断打开、关闭两个收奶罐之间的阀门，故对工件的耗损比较大。在乳粉的生产阶段，原料乳的杀菌，可以采用低温杀菌，高温短时杀菌或超高温瞬时杀菌。选择杀菌条件与设备和干燥方法有关。喷雾干燥制造乳粉，一般采用高温短时间杀菌法，其杀菌设备与浓缩设备相连。若使用列管式杀菌器，通常采用的杀菌条件为80—85℃/5—10min。板式杀菌设备，选用80—85℃/15s。若采用超高温瞬时杀菌装置为130—135℃/2—4s。杀菌方法对全脂乳粉的品质特别是溶解度有很大影响。超高温瞬时杀菌不仅能将微生物全部杀死，而且，如蛋白质可以达到软凝块化，营养成分破坏度小等优点。需指出的是，高温长时间杀菌加热会严重影响乳粉的溶解度，而这又不是婴儿乳粉希望看到的。浓缩时采用的设备为蒸发器，国内加工厂目前使用双效和三效较多。使用多效可以充分利用能源，但--------------------------是使用的效数过多实际上是不可能实现的。经过浓缩可以节约干燥室加热蒸汽和动力消耗，提高干燥设备能力，降低生产成本。另外经浓缩的乳粉喷雾干燥成乳粉后，其粒子较粗大，具有良好的分散性、冲调性、能够迅速复水溶解。真空浓缩还可以排除溶解在乳中的空气和氧气，大大减少乳粉颗粒中的气泡。颗粒内存在的氧气容易与全脂乳粉中的脂肪起化学反应，给制品带来不良影响，影响保藏性能。浓缩乳的浓度越高，制成的乳粉气体含量越低，越有利于保藏。喷雾干燥是乳粉制造的最主要环节，它直接影响产品质量的好坏。喷雾干燥速度快，物料受热时间短，乳粉具有很高的溶解度。干燥过程温度低，乳粉质量好。采用顺流干燥流程，热空气温度虽高，但物料水分蒸发温度却也不超过该状态下热空气的湿球温度，物料温度不超过50—60℃，对全脂乳粉的色、香、味、营养成分及维生素影响极小。干燥中湿物料与干燥介质直接接触，进行瞬间蒸发，无需热交换设备。喷雾干燥还可改善生产生产环境，提高劳动效率。喷雾干燥的主要缺点是设备的热效率低（只有35—50％）、干燥室体积庞大、粉尘回收系统复杂，设备清扫工作量大，设备一次性投资量较大、设备一次性投资大及对建筑要求较高。那么，现代的喷雾干燥设备，究竟离心喷雾干燥和压力喷雾干燥哪一种较好呢？对这样一个问题，不可能做出肯定的回答，而两种形式各有特点。压力喷雾干燥具有雾化器构造比较简单，采用单喷嘴大孔径或多喷嘴生产能力大，粒径调节容易，维修方便，制品粒子中空气含量比较少等特点。但这类干燥塔的设计，往往直径小而高度大。离心喷雾干燥比高速离心机构造复杂，且装配精度要求高，特别是104r/min以上的离心机造价高，但其适用于高浓度粘度的物料喷雾，制品粒子呈球状，粒子表面较规则整齐，干燥塔直径大而圆柱体部分高度低。对制造奶粉而言，都可以获得良好的产品。新型的离心喷雾干燥设备是用螺杆泵定量进料的，泵与无级变速器连接，便于调节流量。微粉的回收普遍采用旋风分离器，而旋风分离器的应用和分离器数量尽可能减少正引起设计人员的兴趣。使用较高的热风温度，不但能够提高热效率，而且能减少干燥空气的数量，从而减少劳动力消耗，并缩小了干燥塔的体积和旋风分离器等附属设备的尺寸，达到节约投资和降低运转费用的目的。另外，利用排出的废气来预热空气进口，可提高热效率，这种方法已经通过热交换器实行了多年，在某种情况下大约能节能20％左右的燃料。在国内南方乳品企业，大约提高热效率6％左右。乳粉包装处理的充氮包装是婴儿乳粉为保证其质量而必须采用的一种技术，主要是为了防止乳粉中脂肪氧化，抑制其中可能的细菌生长，并且延长其货架期。2物料横算及能量横算2.1.1原料、中间产品、产品的物料总说明本次原料采用生鲜牛乳，中间产品有稀奶油，产品为婴儿配方奶粉。大多婴儿奶粉的营养元素越来越加全面、丰富，同时也越来越接近母乳营养。比如除钙、磷、铁、碘、锌等常规元素外，还加入了维生素A、D、E、维C、B族维生素以及母乳中所特有的叶酸、泛酸等。由于消费者的特殊性，婴幼儿奶粉和普通奶粉有着不少不同处。由于婴幼儿的消化系统发育尚不完全，不能直接食用牛乳或普通奶粉，所以婴幼儿奶粉调整了蛋白质、脂肪及乳糖的比例，使其适合于婴幼儿的消化与吸收。同时，婴幼儿奶粉中还添加多种营养物质，使之能够满足不同生长时期婴幼儿的营养需要。2.1.2单元操作物料横算一1.喷雾干燥段物料衡算⑴G1=G2（1—W2）÷（1—W1）G1——每小时喷雾量kg/hG2——每小时产量500kg/hW1——产品含水量2.5％W2——浓奶含水量52％--------------------------G1=500×（1—0.025/1—0.52）=1015.625kg/hW=G1—G2=1015.625—500=515.625kg/hW—水分蒸发量kg/h⑵每小时干空气消耗量L=W÷(H2—H1)=515.625÷（0.03768÷0.00726）=16950.1972kg/绝干气/h⑶新鲜空气体积流量Vo=LvHo=16950.1972×0.8387=14216.1304m3/h热空气体积流量V1=LvH1=16950.1972×1.239=21001.2943m3/h排出气体体积流量V2=LvH2=16950.1972×1.0594=17957.0389m3/h2喷雾干燥段辅助设备物料衡算⑴空气过滤器的选型计算F=LVh,o÷mF—过滤面积m—过滤强度4000—8000m3/㎡h取5000L—空气流量16950.1972kg/hVh,o—空气比容0.8387m3/h干空气F=16950.1972×0.8387÷5000=2.84㎡取整3㎡核算m=LVh,o÷