年产10万吨F42果葡糖浆生产工艺设计.doc

目录山东理工大学食品工程原理课程设计年产10万吨F42果葡糖浆生产工艺设计-异构化反应釜选型论证 学 院：农业工程与食品科学学院专 业：食品科学与工程学生姓名：_马钰博指导教师：马成业课程设计（论文）时间：二一一年六月二十八日七月八日共两周摘要本设计为年产10万吨F42果葡糖浆的生产工艺设计，主要内容包括玉米淀粉的工艺流程，物料平衡的计算。绘制出异构化反应釜装配图。果葡糖浆是由植物淀粉水解和异构化制成的淀粉糖晶，是一种重要的甜味剂。生产果葡糖浆不受地区和季节限制，设备比较简单，投资费用较低。关键词：果葡糖浆，玉米淀粉，液化，糖化，酶法，异构化目录摘 要.1目 录2第一章 引 言4第二章 原料选择及工艺流程选择与论证62.1 原料选择62.2生产工艺选择论证及流程图62.3生产工艺要点论证82.4产品质量标准10第三章 物料平衡的计算11 3.1基础数据11 3.2物料衡算12第四章 设备选型.13 4.1反应釜.13 4.2设备列表.14结束语.16致谢.17参考文献.18第一章 引言简介：果葡糖浆是一种完全可以替代蔗糖的产品，并与蔗糖一样可广泛应用在食品及饮料行业，特别是在饮料行业中的应用，其风味与口感要优于蔗糖。蔗糖价格的上涨，使得果葡糖浆在食品、饮料等工业中的应用尽显优势。果葡糖浆的甜度接近于同浓度的蔗糖，风味有点类似天然果汁，由于果糖的存在，具有清香、爽口的感觉。另一方面果葡糖浆在40以下时具有冷甜特性，甜度随温度的降低而升高。果葡糖浆完全替代蔗糖，其甜度约相当于同浓度蔗糖的90，部分替代蔗糖时，由于果糖、葡萄糖与蔗糖甜味的协同增效，总甜度仍与同浓度的蔗糖相同。在食品、饮料等中以果葡糖浆替代蔗糖，不仅技术上可行，而且可凸显果葡糖浆清香、爽口的特性。随着我国2000年糖业政策的调整，蔗糖价格开始上涨，果葡糖浆代替蔗糖应用于食品中的性价比优势逐渐显露出来，国内一些大的淀粉糖企业开始果葡糖浆的生产，果葡糖浆在中国发展的迎来了一次难得的机遇。 生产果葡糖浆不受地区和季节限制，设备比较简单，投资费用较低。特性：(一)甜味果葡糖浆的最大优点在于含量相当数量(4290)的果糖，因而在甜味特性上与其他甜味剂共同使用，具有优越的协同增效作用，可改善食品与饮料的口感，减少苦味和怪味。果葡糖浆与蔗糖结合使用，可使其甜度增加2030，而且甜味丰满、风味更好。(二)果糖的冷甜特性： 果糖的甜度与温度有很大关系，40以下时温度越低，果糖甜度越高，最高可达蔗糖的1.73倍；冷甜的原因是果糖具有两种分子构型；型和型，型果糖的甜度是型果糖的3倍，低温时部分型果糖转化为型果糖，而使甜度增加。(三)果糖溶解度高：果糖溶解度为糖类中最高，当温度为20、30、40、50时，果糖溶解度分别为蔗糖的1.88倍、2.0倍、2.3倍、3.1倍。葡萄糖溶解度比蔗糖低，果糖葡萄糖溶解度随温度上升的速度比蔗糖快。(四)果糖抗结晶性好： 果糖较蔗糖难于结晶，应用在某些食品上可以表现出抗结晶性。 (五)果糖保湿性好： 果糖为无定形单糖，很容易从空气中吸收水份，带有半分子和一分子的结晶水，吸湿性大，具有良好的保水分能力和耐干燥能力，这一特性可使糕点保持新鲜松软，从而延长了产品货架期。(六)果葡糖浆渗透压大： 物质的浓度差造成渗透压力。糖的渗透压力与物质的分子大小有关，即与分子量有关，分子量小的物质渗透压大于分子量大的物质。果葡糖浆的主要成分是单糖，分子量小，其渗透压高与双糖(如蔗糖)，用于蜜饯、果脯生产时可以缩短糖渍时间。高渗透压还可以抑制微生物生长，从而具有防腐保鲜作用，所以果葡糖浆用于食品保藏，比蔗糖更为有利。 (七)果葡糖浆发酵性能好：果葡糖浆用于酵母发酵的食品加工方面优于蔗糖。酵母菌能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖发酵，但葡萄糖和果糖属于单糖，能被酵母直接利用，发酵速度快，在面包和利用酵母的糕点生产中，能产气多，食品疏松。 (八)果葡糖浆抗龋齿性好：果糖不是口腔微生物的合适底物，口腔中的细菌对果糖的发酵性差，这利于保护牙齿珐琅质，不易造成龋齿。 (九)化学稳定性：果糖和葡萄糖具有还原性(使某些物质的分子还原)，化学稳定性较蔗糖差，果糖比葡萄糖更易受热分解，发生褐变着色反应即美拉德反应。美拉德反应产生的有色物质具有特殊风味；生产面包烘干食品时，可以获得美观的焦黄色表层和焦糖风味。 (十)代谢的特性：糖类物质(包括大量食进的淀粉)被人体吸收的形式是葡萄糖。蔗糖为双糖，食用后需经转化成果糖和葡萄糖方被吸收。我们食用果葡糖浆，其中的果糖、葡萄糖可直接被吸收，这对病、弱、孕、婴是很为有利的。发展趋势：果葡糖浆在国外发展较早，70年代我国才开始发展，但由于生产工艺落后，产品成本较高，折合成干固物的价格远远高于蔗糖，因而限制了它的发展，我国在70 年代末建立起来的几个工厂也逐渐处于停产状态。直到90年代中期，淀粉糖工业在我国逐渐兴起，新的制糖工艺、设备的不断改进，使得产品成本大大降低，同时随着我国2000年糖业政策的调整，蔗糖价格开始上涨，果葡糖浆代替蔗糖应用于食品中的优势逐渐显露出来，国内一些大的淀粉糖企业开始果葡糖浆的生产，果葡糖浆在中国发展的迎来了一次难得的机遇。2000-2004年，果葡糖浆在中国逐渐兴起，食品工业也开始认识到果葡糖浆的一些特性以及应用到食品中的优势，但是在果葡糖浆的应用过程中，大部分食品工业企业仍以蔗糖的价格作参考，在蔗糖价格不断波动下，果葡糖浆没有得到充足的发展。05年，蔗糖价格势头强劲，一路走高，加之近年来果葡糖浆在一些食品中的应用宣传，果葡糖浆市场需求量猛增，呈现出了前所未有的势头，迎来了历史发展中的黄金机遇期。第二章 原料选择及工艺流程选择与论证2.1原料选择主要原料：玉米淀粉原因：据试验匡算，如以玉米为原料，每生产100吨淀粉糖浆，可得胚芽饼7.5吨，蛋白粉7.5吨；以糖槽40吨为原料，可得蛋白颗粒饲料30吨；以浸泡玉米的废液1500吨，可用来提取肌醇六磷酸钙镁或可制得单细胞蛋白15吨，由此可知玉米经综合利用后不仅利用价值可以翻番，且饲料价值也会有明显的提高，玉米与薯类相比，玉米易于运输和贮藏，可供周年使用，不受季节限制，淀粉含量高，制作较简便，主产品质量好，副产品种类多，利用价值高，玉米已逐渐成为我国制造淀粉的主要原料，玉米淀粉已占据我国淀粉产量的90%左右，也就成了制造淀粉果葡糖浆的理想选择。其他原材料酶类：一淀粉酶、糖化型淀粉酶和固定化异构酶。脱色剂： 糖用活性碳离子交换树脂： 阳离子交换树脂， 阴离子交换树脂。2.2生产工艺选择论证及流程图一、生产工艺的选择与论证淀粉是由葡萄糖组成的多糖，采用大麦芽能将淀粉糖化成麦芽糖，这是我国古老传统的制糖方法。随着科学技术的发晨，逐渐出现了酸法、酶法、酸酶法和多酶法等糖化技术。由于酸性糖化有复合反应和分解反应的欠缺，影响糖浆的品质和收得率，因此酸性糖化工艺又逐渐被酶法糖化工艺所代替。如今可根据用途选用不同特性的酶来控制淀粉的水解，生产出不同糖分组成的淀粉糖浆。生成葡萄糖以后可以采用异构酶将部分葡萄糖异物化而生产出果葡糖浆 其甜度与蔗糖相等，以代替蔗糖广泛地满足食品和饮料工业应用的需要，而且其加工适性、产品适口性和人体吸收营养的效果，均优于蔗糖。应用多酶法以玉米淀粉为原料生产果葡糖浆是较有生产潜力和市场前景的选择。二、生产工艺流程示意图浓缩离子交换脱色转鼓过滤液化调粉、液化玉米淀粉水，-淀粉酶 糖化酶活性炭40-45% 质量分数活性炭脱色果葡糖浆蒸发浓缩离子交换固定化异构酶连续异构化71%质量分数421%果糖2.3生产工艺要点1、调浆按淀粉液化的特性，玉米淀粉加水词成浓度以30 一32 为宜，用5碳酸钠溶液将淀粉乳调至 一淀粉酶作用最适酸碱值pH6 065，为了保持一淀粉酶的催化活性，按每公斤淀粉计，须添加氯化钙500毫克和氯化钠5毫克一10毫克2、液化添加Na2 CO3 溶液,将30%40%淀粉乳的pH调到615,再向淀粉乳中添加三分之一量的液化酶,然后将其送去一次喷射液化。在一次喷射液化中,直接蒸汽使淀粉乳的温度迅速升高到110。大约015h后,进行二次喷射液化,在二次喷射液化中,直接蒸汽将水解液的温度迅速提升到135,补加三分之二量的液化酶,重新加入的液化酶在合适的温度下发挥出了强大的效力,水解液中的所有糖类分子因而都得以降解得比较彻底,每个分子中含有的葡萄糖单元数几乎都变成了10 个以下。整个液化工段大约2h。上述液化工段主要设备有:酶制剂计量泵,液化喷射器,维持罐,闪蒸罐,板式冷凝器。3、糖化加入盐酸将液化液pH调到415,通过板式换热器,使用冷却水降温糖化罐到4550,然后添加复合糖化酶,糖化酶将会在72h左右完成液化液中糖类的最终水解过程,得到95DE, 12cP粗的糖化液。上述液化工段主要设备有:糖化罐, pH调节罐。4、真空转鼓过滤真空转鼓过滤主要是滤除水解液当中悬浮或沉积的不溶于水的杂质,连续旋转的转鼓以及预涂好的硅藻土助滤剂使得过滤操作的劳动强度减到了最低程度,且获得了最高的过滤速度。上述工序主要设备有: 真空过滤机, 滤液分离器,转鼓真空泵。5、脱色、压力过滤往糖液中添加对有机杂质具有强吸附能力且本身不溶于水的粉末活性炭,然后利用压力过滤器将活性炭滤除的同时也就除去了糖液当中的有机杂质。上述工序主要设备有:活性炭罐,脱色罐,叶片过滤机,精密过滤机,废碳收集罐,板框过滤机。6、离子交换阶段糖液中的水不溶性杂质和有机杂质除去后,仍含有许多溶于水中的无机杂质,这些杂质在水中以阳离子和阴离子的形式存在,离子交换的目的就是除去这些水溶性的无机杂质,糖液中的阳离子与阳离子交换树脂上的H+发生交换,糖液中的阴离子与阴离子交换树脂上的OH- 发生交换,最后交换入糖液中的H+和OH- 结合成水,糖液中的无机杂质都变成了相应量的水得以除去。当离子交换树脂的交换能力下降的时候,分别利用酸和碱对阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行再生。上述离交工段主要设备有: 糖浆罐, 离子交换器,阴、阳离子交换柱。7、葡萄糖异构化工段加入硫酸将混合糖溶液pH调到7.57.8。将异构化酶装于直立保温反应塔中,葡萄糖浆由柱顶进料,流经酶柱,发生异构化反应,由柱底部出料,连续操作。混合糖液进入装有固定化异构酶的异构柱,其中葡萄糖量的42%被异构成果糖,得到 F- 42果葡糖浆。进料糖浆工艺控制条件 2 : DX: 96; pH:7.57.8; DS: 45%50%; T = 5560; Ca2 + 45mg/ kg; SO2 : 100mg/ kg;电导率: 20s/ cm;OD280 42%。8、再次离子交换经碳柱脱色后的糖液依次通过阳离子交换柱和阴离子交换柱,溶液中的阳离子和阴离子分别被除去,糖液中的无机杂质基本被去除。9、蒸发浓缩工段纯净的糖浆进入蒸发工段进料罐中,用泵送到糖浆预热器,经效蒸发器、预热器、效蒸发器、效蒸发器,再经、效蒸发器蒸发后,由效蒸发器底部出料。检测合格进行罐装;检测不合格,返回蒸发进料罐。蒸发凝结水送污水处理场处理。在果葡糖浓缩工序中:通过三效浓缩将果葡糖液浓度由40%调整至60%;一部分即可成为F- 42- 72%果葡糖浆成品;另一部分通过离子吸附色谱,分离出果糖、葡萄糖;分离出的葡萄糖浆返回化糖系统。上述蒸发浓缩工段主要设备:四效降膜蒸发器。2.4产品质量标准感官指标色泽无色或淡黄色，清亮透明的黏稠液体气味具有果葡糖浆特有的香气滋味甜味柔和，无异味理化指标项目指 标干物质(固形物)(质量分数)71.0%果糖(占干物质)(质量分数)42.0%葡萄糖 + 果糖(占干物质)(质量分数)92.0%PH值3.34.5色度50 RBU不溶性颗粒物6.0mg/kg硫酸灰分0.05%透射比96%卫生指标项 目优级一级二级铅(以Pb计)0.5mg/kg砷(以As计)0.5mg/kg二氧化硫(以SO2计)10mg/kg大肠菌群30 MPN/100g菌落总数1500 cfu/ml致病菌(沙门氏菌)不得检出第三章 物料平衡的计算3、1基础数据一、玉米淀粉项 目指 标优 级 品一 级 品二 级 品水分/% 14.0酸度（干基）/T 1.501.802.00灰分（干基）/% 0.100.150.18蛋白质（干基）/% 0.350.450.60斑点/（个/2） 0.40.71.0脂肪（干基）/% 0.100.150.20细度/% 99.599.098.5白度/% 88.087.085.0二、F42果葡糖浆理化指标项目指 标干物质(固形物)(质量分数)71.0%果糖(占干物质)(质量分数)42.0%葡萄糖 + 果糖(占干物质)(质量分数)92.0%32物料衡算淀粉含量85% 92456t 92456t 调浆 253508t 损失2% 248438t 损失3%玉米淀粉液化转鼓过滤 脱色 合计5070t 合计7553t 240985t 损失1% 238575t 177814t 损失1% 176036t 损失1% 174276t离子交换浓缩异构化离子交换脱色 合计2409t 合计1178t 合计1760t 100000t 果糖含量100000t71%42%=27434t损失3% 169048t葡萄糖含量100000t71%50%=35500t蒸发浓缩果葡糖浆（成品）合计5228t第四章 设备选型4.1反应釜反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L 等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、可满足各种物料的特殊反应要求。无级变速减速机，密封装置可采用机械密封，加热冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。结构形式：反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。不锈钢反应釜：不锈钢反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料；根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜三大类.不锈钢反应釜搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配.不锈钢反应釜的密封型式不同可分为：填料密封机械密封和磁力密封。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却.不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜等。4.2设备列表名称容积（m）数量说明贮池1.5聚乙烯板制调浆池2.31瓷砖、常压、附搅拌器85转/分液 化 罐21钢扳翩、内层撩料、附搅拌器85转/分糖化罐54罐外保温、其他同液化罐脱色罐2.52同上高位贮罐11同上高位贮罐0.81同上高位贮池4.52同上贮罐1.71钢扳制、内层涂料贮罐11同上配料罐0.52不锈钢制板框压滤机1.5120异构化反应釜2140糖液预热罐11真空浓缩罐1BP 504升膜连续式， 蒸发量1000kg/h离子交换树脂柱0.56钢板制，内衬胶名称容积（m）数量说明贮池1.5聚乙烯板制调浆池2.31瓷砖、常压、附搅拌器85转/分液 化 罐21钢扳翩、内层撩料、附搅拌器85转/分糖化罐54罐外保温、其他同液化罐脱色罐2.52同上高位贮罐11同上高位贮罐0.81同上高位贮池4.52同上贮罐1.71钢扳制、内层涂料贮罐11同上配料罐0.52不锈钢制板框压滤机1.5120异构化反应釜2140糖液预热罐11真空浓缩罐1BP 504升膜连续式， 蒸发量1000kg/h离子交换树脂柱0.56钢板制，内衬胶结束语通过此次课程设计我了解到了果葡糖浆的营养价值，怎样去生产，知道了异构化反应釜设备的选型。该设计虽然考虑了许多设计因素，但由于设计经验不足，所学知识有限，其中难免存在许多不足的地方。忽略许多实际因素，将设计简化，许多工艺参数缺乏取近似值等，都难以避免的造成计算及设计的偏差，从而使设计与实际存在一定的脱节性，影响实际应用价值等。但通过这次课程设计使我初步学会了将所学知识应用于实际生活中去，增强了自我学习能力及设备选性能力。致谢课程设计从6月28日至7月8日接近两周的时间，其间虽然遇到了很多困难，但我也学到了很多知识。其中老师给了我很大的帮助，从资料的选择到工艺流程的设计到设备的选型，都是在老师的指导下才完成的，在这里向老师表示衷心的感谢！另外，还要感谢的是我同专业的同学，课程设计过程中是你们给了我大量的信息的方法，在此向你们表示感谢！参考文献1杨同舟主编 .食品工程原理.北京：中国农业出版社，2005 2 朱蓓薇主编. 饮料生产工艺与设备选用手册.北京：化学工业出版社，20053天津大学主编. 化工原理(上册) . 天津大学科学技术出版社 .19874无锡轻工大学 中国轻工业上海设计院编. 食品工厂设计基础 .中国轻工业出版社 .20045无锡轻工学院、天津轻工学院编.食品工厂机械与设备.中国轻工业出版社.19926梁川瑾主编.反应釜.北京高等教育出版社.1992 18 / 18