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年产一万吨算入发酵工厂设计

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引 言

民以食为天, 食以乳为先。牛乳自古以来即被人类饮用, 牛乳的组成最为接近人乳, 含有人体所需要的全部营养成分, 营养最为均衡, 在人们的膳食结构中具有其它食品无法替代的地位和作用。由鲜牛乳发酵成的酸乳由于其丰富的营养、 特殊的风味、 爽滑的质构和良好的生理功能, 备受人们青睐。联合国粮农组织( FAO) 、 世界卫生组织( WHO) 与国际乳品联合会( IDF) 于1977年对酸乳作出如下定义: 酸乳, 即在添加( 或不添加) 乳粉( 或脱脂乳粉) 的乳( 杀菌乳或浓缩乳) 中, 由保加利亚乳杆菌和嗜热乳酸链球菌[1]进行乳酸发酵制成的凝乳状产品, 成品中必须含有大量的、 相应的活性微生物。一般根据酸乳成品的组织状态来进行分类, 具体可分为凝固型酸乳( 发酵过程在包装容器中进行, 从而使成品因发酵而保留其均匀一致的凝乳状态) 、 搅拌型酸乳( 成品先发酵后灌装而得, 发酵后的凝乳已在灌装前和灌装过程中搅碎而成黏稠且均匀的半流动状态) 和饮用型酸乳( 类似搅拌型酸奶, 但包装前凝块被分散成液体) 。
饮用酸乳制品对身体有很多益处, 乳中许多成分具有很高的营养价值, 而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。⑴营养作用: 牛奶中乳糖经乳酸菌发酵, 其中20%～30%被分解为葡萄糖和半乳糖。前者进一步转化为乳酸或其它有机酸, 这些有机酸有益于身体健康; 后者被人吸收利用, 可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成, 并有利于提高乳脂肪的利用率。牛奶中的蛋白质经发酵作用后, 乳蛋白变成微细的凝乳粒, 易于被人消化吸收。⑵缓解乳糖不耐症: 乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖, 因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症, 如腹胀、 腹痛、 肠道痉挛、 下泻等。⑶整肠作用: 人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。在人体正常情况下, 前者占优势; 当人患病时, 有害菌群占优势。饮用酸奶能够维持有益菌群的优势。⑷抑菌作用: 嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响, 能够进入肠道, 在肠道内存留较长时间。这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长起来的肠道中的其它乳酸菌, 能够产生嗜热乳菌素等抗菌物质, 这些物质大都对大肠杆菌、 沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用。⑸改进便秘作用: 进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、 醋酸等有机酸。这些有机酸有刺激肠道, 加强蠕动的作用, 故能够改进便秘。⑹降低胆固醇[3]: 牛乳中的乳清酸、 乳糖和钙, 以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用。⑺抗癌作用: 酸奶有抑制3种酶的活性作用, 这些酶能引起癌变。另外, 酸奶还能激活巨噬细胞, 抑制肿瘤细胞, 从而起到抗癌作用。
本设计主要是年产1万吨酸奶发酵工厂车间的工艺设计。设计范围包括厂址选择, 制定产品方案, 各产品工艺流程的确定, 工艺论证, 根据物料衡算进行设备选型, 对水、 电、 汽等生产车间必备的生产要素的配给和优化, 企业组织及劳动力组成, 全厂辅助设施及公用系统, 车间生产工艺流程图、 车间平面布置图、 工厂总平面布置图各一张, 经济核算及效益分析。

第1章 绪论

1.1 目的与意义
在如今的酸奶市场上, ”乳酸饮料”和”酸性乳饮料”占据相当大的比重; 在”乳酸菌饮料”和”搅拌型酸奶”类别内, 尚无大品牌出现, 品牌整合度较低。常温产品中, 早期的酸奶市场中的主流产品”调制型酸性乳饮料”和”发酵型乳酸饮料”, 由于没有低温保鲜限制, 得以较快速的发展, 可是其营养价值低, 淡出市场是大势所趋。低温产品中, 低温乳酸菌饮料及纯酸奶将得到快速发展, 此类产品能提供丰富的营养物质, 还能调节机体内微生态的平衡, 经常 食用, 能够调整肠道功能、 预防癌症、 养颜, 是一种”功能独特的营养品”。
随着中国冷链设施的不断完善和人们消费知识的日益丰富, 这种纯酸奶将成为未来酸奶市场发展的主流。

1.2 国内外酸奶产品发展现状
乳与乳制品的消费与普及水平被作为衡量一个国家和地区发达程度和人民生活水平高低的重要标准之一。 
有关资料数据显示, 在国外, 发酵型乳酸菌奶饮品已空前发达, 日本、 欧洲发酵乳酸菌奶饮料在乳制品市场比例已达到80％, 北美约30％, 乳酸菌产业在全球大大超过了其它乳制品的增长率。当前, 全球含乳酸菌、 益生菌的乳制品产值已达近400亿美元, 欧洲占有约50％的市场。随着中国经济的发展, 人民生活水平的提高, 乳品消费同步增长。 , 城镇居民人均乳品消费量22.72公斤, 比 增长56.8%; 农村居民人均4.81公斤, 为 的3.9倍; 中国乳品行业, 从1998年开始进入了高速增长阶段, 直到 都保持两位数的增长。特别, 在 到 可谓黄金发展时期, 行业产量增长速度平均达到16%左右, 总产量突破了1700万吨。然而, 爆发的三聚氰胺事件对乳品行业带来了致命的打击, 特别在当年的9月到11月, 不少乳品企业的生产近乎陷入休克状态, 整个行业的总产量也因此而出现了负增长, 全年总产量得益于上半年的发展, 勉强与 持平。 于国家对乳品行业的整顿措施得当以及龙头企业对安全生产意识的强化, 和 成为中国乳品行业的复苏期, 特别, 1-7月乳品产量达到1181.64万吨, 同比增长9.24%。
继液态奶、 奶粉之后, 酸奶产品成为广受消费者喜爱的热门乳品分支, 市场发展前景广大。当前国内乳品市场主要以纯奶和奶粉为主, 酸奶仅占整个乳品市场份额的15％左右, 其中乳酸菌奶饮品还不到5％。可是发展速度非常快。常食酸奶, 促进消化, 有益身心的健康消费观日渐深入人心。截止 底, 酸奶市场总规模接近100亿元, 1-7月年平均增长率达到27%, 在这非同寻常的时期给中国乳业的发展带来了光芒和希望。

1.3产品方案制定依据
产品方案的设计必须符合设计任务书的规定与要求, 在安排产品方案是, 应该做到”四个满足”和”五个平衡”; 四个满足: 满足主要产品产量的要求; 满足原料综合利用的要求; 满足淡旺季生产平衡的要求; 满足经济效益的要求。五个平衡:产品产量与原料供应量应平衡; 生产季节性与劳动力应平衡; 生产班次应平衡; 设备生产能力应平衡; 水、 电、 汽负荷应平衡。另外, 产品方案的设计应与市场需求相结合, 满足消费者现在需要为主, 辅以新产品的开发。根据以上原则及依据, 设计出年产1万吨酸乳发酵工厂设计产品方案。

1.4 酸奶的主要消费群体
据调查数据显示, 酸奶的主要消费群体有三类: 儿童, 青少年, 中、 青年女性。而酸奶产品的购买群是青少年和青、 中年女性, 她们有共同的目的:
①对自身健康的需求, 包括肠道调理、 促进消化、 调节免疫、 营养成分吸收。因此, 消费群体对酸奶的消费是功能型的。
②酸奶的休闲性质也是酸奶消费的重要原因, 消费者对酸奶解渴功能的认同度很低。
③口感是三种人群在选择酸奶时首先考虑的因素, 其次才是品牌、 价格。 　
④从当前来看, 酸奶的即时消费和家庭消费并存, 家庭消费比例略高。 　
⑤三种人群对活性乳酸菌的认知度很低, 几乎不能分辨酸奶、 乳酸菌饮料、 乳酸饮料和酸性乳饮料的区别。因此, 在广告活动中对消费者进行引导和教育比直接宣传产品更重要。

1.5 发酵乳的营养价值及保健作用
饮用酸乳制品对身体有很多益处, 乳中许多成分具有很高的营养价值, 而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。
营养作用 牛奶中乳糖经乳酸菌发酵, 其中20%～30%被分解为葡萄糖和半乳糖。前者进一步转化为乳酸或其它有机酸, 这些有机酸有益于身体健康; 后者被人吸收利用, 可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成, 并有利于提高乳脂肪的利用率。牛奶中的蛋白质经发酵作用后, 乳蛋白变成微细的凝乳粒, 易于被人消化吸收。酸奶中的磷、 钙和铁易被吸收, 有利于防止婴儿佝偻病和老人骨质疏松病。牛奶中的脂肪经乳酸菌作用后, 发生解离或酯键被破坏, 易于被机体吸收。发酵过程中, 乳酸菌还会产生人体所必须的维生素B1、 维生素B2、 维生素B6、 维生素B12、 烟酸和叶酸等营养物质。
缓解乳糖不耐症 乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖, 因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症, 如腹胀、 腹痛、 肠道痉挛、 下泻等。
整肠作用 人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。在人体正常情况下, 前者占优势; 当人患病时, 有害菌群占优势。饮用酸奶能够维持有益菌群的优势。
抑菌作用 嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响, 能够进入肠道, 在肠道内存留较长时间。这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长起来的肠道中的其它乳酸菌, 能够产生嗜热乳菌素等抗菌物质, 这些物质大都对大肠杆菌、 沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用。
改进便秘作用 进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、 醋酸等有机酸。这些有机酸有刺激肠道, 加强蠕动的作用, 故能够改进便秘。
降低胆固醇 牛乳中的乳清酸、 乳糖和钙, 以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用。
抗癌作用 酸奶有抑制3种酶的活性作用, 这些酶能引起癌变。另外, 酸奶还能激活巨噬细胞, 抑制肿瘤细胞, 从而起到抗癌作用 。

第2章 酸乳的工艺流程

2.1 搅拌型酸乳生产工艺
酸乳就是乳与乳制品(杀菌乳或浓缩乳)在保加利亚杆菌( L.bulgaricus) 和嗜热链球菌(S.thermophilus)的作用下乳酸发酵而得到的凝固型乳制品其中可任意添加全脂乳粉、 脱脂乳粉、 乳清粉等。但在最终发酵产品中必须大量存在这些微生物。
2.1.1 搅拌型酸乳生产工艺
原料乳的验收→净化→配料与标准化→预热→均质→巴氏杀菌→冷却→接种→发酵→搅拌、 冷却→灌装、 冷藏→保持冷链贮存或销售。
2.1.1 搅拌型酸乳工艺要点
原料乳的验收
鲜乳入厂验收时, 除按规定抽样进行密度测定和酒精试验外, 还要求鲜奶总干物质含量不得低于11.5%, 非脂干物质不应低于8.5%。原料奶的酸度应在18°T 以下。不得使用含有抗生素或残留有效氯等杀菌剂的鲜乳。严禁用患乳腺炎的奶和注射过抗生素的奶, 杂菌数每毫升不得高于500 万个。另外, 按照中国酸奶国家标准( GB2746-1999) 的要求, 要对原料鲜乳进行标准化处理, 从而保证各批产品质量的稳定性。
原料乳的抗生素检测
由于乳腺炎乳中白血球含量的增加, 因此对乳酸菌有不同的噬菌作用, 特别是在治疗乳腺炎时使用的抗生素在乳中有一定的残留量, 实验证明在乳中含有较低浓度的抗生素时, 对发酵也会有较大影响, 同时, 饮用抗生素的牛乳及乳制品对人的健康产生危害, 因此建立快速安全高效抗生素检测成为必要, 表5-1是8种抗生素对发酵乳制品的影响。
为准确、 快速检测抗菌素的含量, 为酸乳生产提供合格原料, 拟采用美国生产的sNAP抗菌素检测仪, 在10min内能够检测原料乳中的抗菌素的含量, 为生产优质的产品打下良好的基础。

表2-1 抗菌素对乳酸发酵的抑制剂量(IU/ml)
项 目
指 标
四环素
1.0
青霉素
0.01
土霉素
0.4
金霉素
0.1
链霉素
1.0
枯草杆菌抗菌素
0.04
红霉素
0.1

净化
原料乳验收后必须净化。利用特别设计的离心机, 除去牛乳中的白血球和其它肉眼可见的异物。其目的是去除乳中的机械杂质并减少微生物的数量, 能够采用过滤净化或离心净化等。简单的粗滤是在受乳槽上装有过滤筛网并铺上多层纱布进行, 进一步过滤则采用双联过滤器, 滤布应经常清洗灭菌。使用离心净乳机能够显著提高净化效果, 有利于提高乳制品质量。离心净乳机还能将乳中的乳腺体细胞和某些微生物除去, 净乳机放在粗滤之后, 冷却之前。
配料与标准化
按照GB2746—1999酸牛乳标准进行标准化。按配方要求顺序添加脱脂奶粉、 稳定剂( 如明胶、 果胶) 、 糖、 色素等。检查管道、 阀门是否在正常位置, 想配料缸加入计算好的物料, 进行热混合。混料温度为40～50℃, 水和时间1h.混料完毕后径直等待杀菌时间应不超过45min。
脂肪含量标准化: 鲜奶中脂肪含量比较高, 为了避免酸奶中有脂肪析出, 因此需要对鲜奶的脂肪含量进行调整, 使其达到所要求的标准。能够再脂肪含量高的牛乳中, 加入一定体积的脱脂乳, 或经过分离机, 从牛乳中分离出稀奶油, 然后在得到的脱脂乳中再渗入一定量稀奶油, 使调制牛乳的脂肪含量达到要求。
预热
预热一方面能够杀菌, 而且由于适当加热, 能够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。同时能够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℃。
均质
用于制作酸奶的原料乳一般都要进行均质处理。经过均质处理, 乳脂肪被充分分散, 酸奶不会发生脂肪上浮现象, 酸奶的硬度和年度都有所提高。而且酸奶口感细腻, 更易被消化吸收。将加热和均质两种方法适当结合起来, 处理效果会更好。均质处理时的压力一般为20~25MPa, 如压力达不到, 需返回重新处理。均质处理时的温度一般为55~75℃。在此温度下, 脂肪球呈液态, 易被打碎。低于此温度时, 脂肪球呈固态, 不易被打碎, 将影响均质的效果。

巴氏杀菌
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, 以达到改进组织, 提高黏稠度和防止成品乳清西出的目的。杀菌采用较高温度、 长时间的热处理对酸奶的产酸及凝乳状态是有利的。杀菌温度一般采用 90℃~95℃、 5min~10min或 85℃、 3min, 这是处理酸奶的理想温度, 此条件下的乳清蛋白变性率能够达到85%或更高些。或120℃、 3~5s。然后冷却。
灭菌的目的有以下几点:
a.灭乳中病原菌和噬菌体; 灭活乳中固有的免疫球蛋白、 溶菌酶等天然抑制成分; 减少其它微生物数量并钝化脂肪酶。
b.排除乳中的溶解氧, 降低其氧化还原电位, 且产生一些促乳酸菌生长成分(如甲酸)。
c.杀菌后蛋白热变性使乳酸菌得到更多的可利用肤和氨基酸, 并形成了少量SH基化合物, 促进乳酸菌生长。
d.乳清蛋白变性改进了终制品的硬度和粘度, 并防止乳清析出。
e.灭菌后, 使乳中原本存在的酶失活, 使发酵过程成为单一乳酸菌的作用过程, 易于控制生产。

冷却
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。为乳酸菌提供适宜的生长温度。因为做酸奶所用的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的最佳生长温度为42~45℃, 温度过高或过低都会影响乳酸菌的生长。
接种
发酵剂宜采用三种形式制作:
(a)商业公司直投式发酵剂;
(b)直投式发酵剂继代一次用于生产;
(c)采用继代式发酵剂, 即:
商业发酵剂→母发酵剂→中间发酵剂→工作发酵剂此过程必须保证在绝对安全卫生的状况下进行。本工厂使用直投式菌种。
以接种量: 2%―3%向上溯带接种的牛乳培养基中加入工作发酵剂。嗜热链球菌和保加利亚杆菌两者的接种比例为1: 1或2: 1。
接种温度: 一般为43℃。若菌种是在冰箱或冷库中取出的, 接菌温度应为45℃, 以免接种后温度下降, 影响乳酸菌的生长。
菌种的质量要求: 乳凝固的均匀致密, 轻击器壁时, 凝乳还保持原来的形状, 没有乳清析出, 没有气泡, 有诱人的芳香酸味。
菌种在接种前, 应事先在无菌条件下搅拌均匀并呈细腻状态。接种时, 要严格按无菌操作程序进行。接种后, 要关闭接种口, 搅拌, 使菌体与杀菌冷却液充分均匀混合, (搅拌5~10min)。
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、 噬菌体及其它有害微生物的污染。接种时充分搅拌, 使发酵剂与原料乳混合均匀。
发酵
这是工艺操作中最为重要的一环。
(l)非操作人员禁止进人发酵车间。
(2)发酵前, 所有奶缸、 管道、 接口、 奶泵等用具要清洁卫生、 无溢漏。
(3)杀菌要彻底, 以消灭阻碍乳酸菌发酵的物质和杂菌。
(4)冷却降温要迅速, 以免时间过长影响产品风味。
(5)接种温度要选择所用菌种最适生长温度并要控制在此温度范围内。温度高会影响发酵奶的口味和质量, 温度会影响发酵奶的时间和速度。
用定量泵将工作发酵剂打入经杀菌并冷至43℃的乳液中。搅拌型酸奶在发酵罐中添加工作发酵剂, 工作发酵剂的添加量为3%左右, 一般发酵时间为4小时左右, 控制终点的酸度为700T左右。搅拌型酸奶的发酵是在发酵罐中进行的, 乳酸菌繁殖将乳中的乳糖分解成乳酸使奶凝固并形成凝胶状产品。发酵终点判定: 观察发酵乳表面的状态, 只要表面呈均匀的凝固样, 而且又少量乳清析出, 即可初步判断接近发酵终点, 再测定pH4.6时即可停止发酵。
搅拌、 添加果料、 冷却
冷却整个冷却过程应分阶段进行。发酵结束后快速冷却至38℃, 以抑制乳酸菌增殖, 然后继续冷却至18℃左右, 此时在不断降温的条件下开始搅拌, 同时加入经过冷却的果料及其它辅料, 约10℃时进行装罐, 继续冷却至6℃左右置于冷藏柜(6℃)冷藏后熟, 经过12~24h后即为成品。在各个降温阶段必须严格控制好时间, 因为冷却过快或过慢对成品质量都有不良影响。冷却过快时会使酸乳凝胶体收缩, 成品风味变坏; 冷却过慢又会促使细菌增殖, 导致产酸过度, 有第二次发酵的危险。
搅拌的目的是使果料等辅料与酸奶凝胶体混合均匀, 属于物理处理过程, 但也会引起一些化学变化。因为酸奶凝胶体属于假塑性凝胶体, 剧烈的机械力或过长时间的搅拌会使酸奶硬度和粘度降低、 乳清析出。若混入大量空气还会引起相分离现象。因此, 对于搅拌型酸奶来说, 完成搅拌的最佳机械处理是最重要的。
搅拌开始时宜用较慢速度, 然后用较快速度, 整个过程不要超过30min。搅拌效果除了受搅拌设备类型影响外, 也受搅拌时间、 凝胶体的酸度和温度等因素影响。我们实验时用手动搅拌法, 发现凝胶体在pH4.40~4.60, 温度12~15℃时搅拌效果好。工厂使用宽叶轮搅拌器, 则要求转速为1-2r/min搅拌时间为4-8min, 是凝乳粒子的直径达到0.01-0.4mm。为了提高搅拌型酸奶的稳定性, 除了使用均质技术外, 优势还在均质处理前往原料乳中添加一定量的稳定剂。搅拌冷却(破乳)搅拌冷却是为了快速抑制乳酸菌的生长, 防止发酵过程中产酸过度及高温搅拌时严重脱水要尽量缩减产品的冷却时间(一般不超过1h), 以便使冷却后成品的实际酸度尽量接近所希望的成品酸度。
灌装和冷藏
将冷却后的酸奶在无菌室内采用相应灌装机进行灌装后的成品置于2℃～5℃冷藏12h～24h, 进行后熟, 以产生良好的风味。一是可增加芳香物质的形成, 使双乙酰和丙二酮的含量达到最高, 赋予酸奶良好的风味; 二是增加酸奶的黏度, 以形成更好的凝胶状态。
保持冷链贮存或销售
在贮存、 配送和销售过程中温度不应超过6℃。

2.2凝固型酸乳的生产工艺
鲜牛乳→验收→预处理→奶仓→牛乳→调配→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→保持冷链贮存或销售。
凝固性酸乳的工艺流程步骤
( 1) 原料鲜乳
鲜乳入厂验收时, 除按规定抽样进行密度测定和酒精试验外, 还要求鲜奶总干物质含量不得低于11.5%, 非脂干物质不应低于8.5%。原料奶的酸度应在18°T 以下。不得使用含有抗生素或残留有效氯等杀菌剂的鲜乳。严禁用患乳腺炎的奶和注射过抗生素的奶, 杂菌数每毫升不得高于500 万个。另外, 按照中国酸奶国家标准( GB2746-1999) 的要求, 要对原料鲜乳进行标准化处理, 从而保证各批产品质量的稳定性。
( 2) 预处理
净化能够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, 可经过闪蒸操作调整其比例关系。
( 3) 调配
a 加甜味剂
使用最广泛的甜味剂是砂糖。加糖量在5.7%～7.4%是较适当的, 特别是加糖量7.4%口感更好。近年来在运动员营养酸乳中, 常常加入果糖。一些天然甜味剂在乳制品中的应用逐渐推广, 如葡糖浆、 甜味菊苷、 葡萄糖和阿斯巴甜等。
b 加脱脂乳
当不采用鲜乳作原料而采用脱脂乳制做脱脂酸奶时, 脱脂乳可直接进入标准化乳罐中进行加糖处理。
( 4) 预热
预热一方面能够杀菌, 而且由于适当加热, 能够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。同时能够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℃。
( 5) 均质
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。
( 6) 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, 以达到改进组织, 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。
( 7) 冷却
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。
( 8) 接种
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、 噬菌体及其它有害微生物的污染。接种时充分搅拌, 使发酵剂与原料乳混合均匀。
( 9) 灌装
接种后的牛乳要立即连续地灌装, 这道工艺也称作充填。酸奶容器大致有瓷罐、 玻璃瓶、 塑料杯、 纸制盒4 类。灌装和加盖可采用全自动无菌灌装机来操作。必须对灌装设备、 灌装容器和充填室进行无菌控制。当采用塑料瓶作为销售用小容器时要进行容器盖的破漏情况。小容器离开灌装机之后必须
立即进入培养室进行培养。
( 10) 发酵
发酵温度控制在42℃～45℃, 从而为微生物代谢提供最适的温度环境, 发酵时间2.5h～3h, 且期间不搅拌。
发酵终点判定: 观察发酵乳表面的状态, 只要表面呈均匀的凝固样, 而且又少量乳清析出, 即可初步判断接近发酵终点, 再测定pH4.6时即可停止发酵。
( 11) 破乳、 冷却
破碎凝胶体, 使凝胶体的粒子直径达到0.01mm～0.4mm, 并使酸乳的硬度和黏度及组织状态发生变化。搅拌速度不可过快, 时间不宜过长。
冷却目的是抑制乳酸菌的生长、 降低酶的活性、 防止产酸过度、 使酸奶逐渐凝固、 降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。将发酵乳迅速降温至15℃～20℃。
( 12) 混合
将经溶解和杀菌的稳定剂、 水和白砂糖辅料与发酵乳进行混合。
( 13) 均质
使混合料液滴微细化, 提高料液黏度, 抑制粒子的沉淀, 并增强稳定剂的稳定效果。均质压力控制在15MPa,均质温度为60℃左右。
均质是为了充分将添加入混合罐中的稳定剂、 水和白砂糖辅料混合均匀, 从而获得质地细腻、 口感良好的产品。
( 14) 灌装和冷藏
采用相应灌装机进行灌装后的成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h, 进行后熟, 以产生良好的风味。

2.3 酸乳质量标准

表2-2酸奶质量标准
项目
纯酸牛奶
调味酸牛乳、 果料酸牛乳

全脂
部分脱脂
脱脂
全脂
部分脱脂
脱脂
色泽
呈均一一致的乳白色或微黄色
呈均一一致的乳白色或调味乳果料应有的色泽
滋味和气味
具有酸牛奶固有的滋味和气味
具有调味乳或果料乳应有的滋味和气味
组织状态
组织细腻均匀, 允许有少量乳清析出
果料酸牛乳有果块或果粒
脂肪
≥3.1%
1.0-2.0%
≦0.5%
≧2.5%
0.8-1.6%
≦0.4%
蛋白质

2.9%

2.3%

非脂乳固体

≧8.1%

≧6.5%

酸度

70°T

苯甲酸

≦0.03g/kg

≦0.23g/kg

山梨酸

不得检出

≦0.23g/kg

硝酸盐( NaNO3计)

≦11mg/kg

黄曲霉毒素MI

≦0.5ug/kg

大肠菌群MPN

90/100ml

致病菌( 指肠道致病菌和致病性球菌)

不得检出

2.4原辅料的特性及标准
2.4.1 原料乳特性及标准
牛乳为乳白色或微黄色, 含有丰富的蛋白质、 碳水化合物、 矿物质等人体所需要的全部营养成分。其营养价值之高是其它食物所不能比的。
原料乳应符合国家标准GB/T 6914-1986中的规定。如表2-3表所示:

表2-3原料乳的国家标准
项 目

指 标
脂肪含量/( g/100g)
≥
3.100
蛋白质/( g/100g)
≥
2.950
相对密度( 20℃/4℃)
≥
1.028
酸度( 以乳酸计) /%
≤
0.162
杂质度/( mg/kg)
≤
4.000
汞含量/( mg/kg)
≤
0.010
三聚氰胺含量/( mg/kg)
≤
2.500

2.4.2 发酵剂特性
发酵剂所用菌种是嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的混合菌种。直投式发酵剂采用超浓缩处理, 含活菌109～1011个/g以上, 活力极强, 可直接使用, 且染菌几率小, 节省能耗。发酵剂可使牛乳中的乳糖转化为乳酸, 并赋予乳制品以良好的风味。
3.4.3 香精特性及标准
香精可增加乳制品的风味、 香味。
香精应符合国家标准GB/T 1505- 中的规定。如表2-4所示:
3.4.4 稳定剂特性及标准
这里使用羧甲基纤维素钠( CMC) 作为稳定剂, 它呈白色或微黄色纤维状粉末, 可增加乳制品的黏稠度和稳定性。
羧甲基纤维素钠( CMC) 应符合国家标准GB 1940- 中的规定。如表2-5所示:
表2-4 香精的国家标准
项 目
指 标
状 态
粒度/μm
≤2
分布均匀, 原液稳定不分层
砷( As) 含量/( g/100g)
≤0.0003

重金属( 以pb计) /( g/100g)
≤0.001

细菌总数( 个/mL)
≤100.0

细菌总数( 个/mL)
≤100.0

大肠菌群( 个/mL)
≤30

表2-5羧甲基纤维素钠( CMC) 国家标准
项 目

指 标
2%水溶液粘度
≥
800～1200mpa·s
钠含量( Na)
≥
6.5～8.5%
pH值

6.0～8.5
干燥减量
≤
10.0%
氯化物
≤
1.8%
重金属( 以Pb计)
≤
0.002%
铁( Fe)
≤
0.03%
砷( As)
≤
0.0002%

第3章 工艺计算

根据工厂设计规模、 产品方案, 经过物料平衡计算, 可确定单位时间生产过程中主要原辅料的需求量以及水、 蒸汽、 能源等流量与耗量, 据此就能够计算出全年主要物料、 包装材料的采购运输和仓储容量。同时经过物料衡算, 还能够根据计算数值经济合理地选择生产设备, 并进行车间的工艺布置和各工序劳动力的安排, 也是进行经济分析不可缺少的根据。

3.1物料衡算
为平衡每月生产的产量, 避免出现部分月停产, 部分月加工任务过于繁重, 结合主要加工酸奶的品种成熟时间情况, 初步安排产品生产方案如下( 注每月以30天计) :
根据酸奶基础配方:
3.1.1 凝固型酸奶
鲜牛奶85%, 蔗糖7%, 稳定剂0.5%, 菌种3%, 水: 余量。
凝固型酸奶的日产量为7.5吨, 因此生产凝固型酸奶的原料使用量( 以最高使用量) 如下:
鲜牛奶: 7.5吨×85%=6.375吨;
蔗糖: 7.5吨×7%=0.525吨;
稳定剂: 7.5吨×0.5%=0.0375吨;
菌种: 7.5吨×3%=0.225吨。
3.1.2搅拌型酸奶
鲜牛奶85%蔗糖7%, 稳定剂0.5%, 菌种直投, 果料5%, 水: 余量。
菌种: 脱脂奶粉12%, 水: 余量。
搅拌型酸奶的日产量为20吨, 因此生产搅拌型酸奶的原料使用量(以最高使用量)如下:
鲜牛奶: 20吨×85%=17吨;
蔗糖: 20吨×7%=1.4吨;
稳定剂: 20吨×0.5%=0.1吨;
菌种: 直投式菌种;
果料: 20吨×5%=1吨。
3.1.3 培养菌种原料消耗量
菌种日消耗量为0.25吨, 因此原料使用总量如下:
脱脂奶粉: 0.25吨×12%=0.03吨;
水: 适量。
3.1.4各原料总消耗量
根据生产产品原料产出率为96%计算:日消耗鲜牛奶24.35吨或者相当于该数量原奶的全脂奶粉或者脱脂奶粉。蔗糖2.01吨, 各种稳定剂总量0.143吨, 各种果料总量0.96吨, 直投式菌种供20吨搅拌性酸奶使用.菌种生产出来后直接进入产品, 因此菌种率按99%计算的继代式菌种0.2525吨, 脱脂奶粉0.0303吨。日消耗原料见表3-1:

表3-1 原料日消耗表
原料

配方

凝固型( 吨)

搅拌型( 吨)
菌种( 吨)
总量( 吨)
实际量( 吨)

凝固型
搅拌型
7.5
20
0.25
27.5

鲜牛奶
85%
85%
6.375
17

23.375
24.35
蔗糖
7%
7%
0.525
1.4

1.925
2.01
稳定剂
0.50%
0.50%
0.0375
0.1

0.1375
0.143
菌种
3%

0.25
0

0.25
0.2525
果料
0%
5%
0
0.96

0.96
1
脱脂
奶粉

0.03
0.03
0.0303

3.2 能量衡算
3.2.1 冰水耗量
(1) 收奶系统消耗冰水量:
收奶系统每天收奶24.4吨, 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, 冰水一般使用条件为2℃, 升温不超过12℃, 即14℃冰水回流, 生奶的比热容为3.99KJ/Kg, 因此收奶系统冰水日耗量计算如下:
Q=MCΔT; Q冰水=Q生奶
24400×3.99×( 15－4) =M冰水×4.2×( 14－2)
M冰水=21248.3升
(2) 混料系统消耗冰水量:
每天生产牛奶按照27.5吨计算, 一般混料量占总料量的1/3, 因此混料系统每天有9.17吨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℃, 冰水一般使用条件为2℃进水, 升温不超过12℃, 即14℃冰水回流, 混合物料的比热容按照奶的比热来计算, 因此混料系统冰水日耗量计算如下:
Q=MTΔT; Q冰水=Q混合物料
9170×3.99×( 37－15) =M冰水×4.2×( 14－2)
M冰水=15971.1升
(3) 杀菌系统消耗冰水量:
每天生产凝固型酸奶按照7.5吨计算, 生产搅拌型酸奶是设备出口温度为43℃, 因此不需要使用冰水, 而生产凝固型酸奶需要消耗冰水, 根据设备能力不同, 冰水耗量为:
20吨/小时巴氏杀菌机: 25529升/小时, 日工作14小时;
10吨/小时巴氏杀菌机: 12375升/小时, 日工作16小时。
(4) 菌种系统消耗冰水量:
每天生产菌种按照0.25吨计算, 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℃, 冰水一般使用条件为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:
Q=MCΔT; Q冰水=Q菌种奶
250×3.99×( 42﹣20) =M冰水×4.2×( 18﹣2)
M冰水=326.6升
目菌种罐加套用冰水使用量为1800升/小时( 改设备冷却后回水温度将会下降至接近4℃) 。
(5) 发酵系统消耗冰水量:
每天生产搅拌型酸奶按照20吨计算, 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℃, 冰水一般使用条件为2℃进水, 但为保证产品质量, 因此回流温度18℃回流, 酸奶的比热容按照算奶的比热来计算, 因此发酵系统冰水日消耗计算如下:
Q=MCΔT; Q冰水=Q酸奶
0×3.99×( 42－20) =M冰水×4.2×( 18－2)
M冰水=26125升
(6) 灌装系统消耗冰水量:
灌装系统消耗冰水主要是屋顶灌装设备, 屋顶包1、 2消耗1140升/小时, 每天工作10小时, 屋顶包3消耗2280升/小时左右, 每天工作8小时, 日消耗冰水为41040升。
合计本工厂冰水消耗量约为: 150567
即工厂日耗冷量为: Q冷量=150567×4.2×( 14－2) =7588600KJ
3.2.2 蒸汽耗量
( 1) 混料系统消耗蒸汽量:
每天生产牛奶按照27.5吨计算, 一般混料量占总量的1/3,因此混料系统每天有9.2吨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℃, 蒸汽一般使用条件为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消耗计算如下:
Q=MCΔT; Q蒸汽=Q混合物料
9200×3.99×( 55－4) =M蒸汽×2200
M蒸汽=851Kg
( 2) 杀菌系统消耗蒸汽量:
每天预杀菌生奶为24.4吨, 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:
M蒸汽=24400×3.99×( 72－4) ×( 1－90%) /2200=300.9Kg
即: 每吨产品蒸汽耗量=12.4Kg
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27.5吨计算, 设备热回收效率92%, 酸奶巴氏杀菌机日蒸汽耗量为:
M蒸汽=27500×3.99×( 95－10) ×( 1－92%) /2200=339.2Kg
即: 每吨产品蒸汽耗量