酸奶设计状况动态.doc

发酵工厂设计概论论文

学院：食品学院
专业：生物工程
姓名：张姗姗
学好：2008053053

酸奶工厂设计状况

『摘要』 随着我国冷链设施的不断完善和人们消费知识的日益丰富，纯酸奶将成为未来酸奶市场发展的主流。个所以酸奶工厂的设计也日趋完善并不断发展，已经成为乳品市场不可或缺的部分。
『关键词』酸奶 工厂设计 状况
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，但是其营养价值低，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”。
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他乳制品的增长率。我国消费每年递增25％，专家预测，未来3－5年将是中国乳酸菌行业快速发展的“黄金时期”。
目前，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。在中国市场上，除了专业生产此类产品的太子奶、益乐多等外，为了顺应消费趋势，并能从传统市场的大战中突围，乳品、饮料生产商纷纷将科技含量和附加值高的乳酸菌、益生菌产品纳入到自己的产品视线中。达能BE80菌、蒙牛LABS菌、伊利LGG菌、味全B－longum、光明活力e＋菌等产品相继上市。中国的乳业大战，瞄准乳酸菌这一新的产业，开辟了具较高科技含量的第二战场。
在调配型乳饮料市场一片大好的形势下，以太子奶为代表的乳酸菌饮料更是高歌猛进。2006年我国乳酸菌饮料市场规模已达25亿元，年总产量突破50万吨，乳酸菌产业规模已超过160亿元人民币。
中国食品科技学会孟素荷秘书长指出，乳酸菌产业的发展是科技在食品工业中完美体现的一个典型例证，通过养乐多、太子奶和丹尼斯克等众多优秀企业多年来对消费者的营养宣传与市场培育，国内乳酸菌产业的科技支撑体系已逐步形成。领先企业的企业标准已大大高于国标，也客观上要求国标“收紧尺度”。
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，他们有共同的目的：
——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。
——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。
——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。
——从目前来看，酸奶的即时消费和家庭消费并存，家庭消费比例略高。
——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。
我们将厂址选在苏州，苏州地理位置极其优越，各种乳业在满足当地旺盛需求的同时，还可有效辐射长三角地区。此次酸奶将有效占领华东市场的优势地位。
长三角作为中国经济发展的黄金区域，消费市场成熟，消费潜力巨大，一直都是快速消费品行业争夺的焦点。尤其是近几年来，对高品质酸奶的需求更是呈现出了旺盛的发展态势，厂址选择在长三角核心区苏州建厂，在节省成本的同时，将进一步增强酸奶在长三角地区的竞争力。
随着人们生活品质的不断提高，酸奶业务市场前景日益广阔。近几年，在中国每年以40%以上的速度增长。具报道 2006年初，伊利在业内率先推出的复合大果粒酸奶，销量以280％的速度增长，在业内独占鳌头，引导了国内酸奶市场的消费潮流，显示出酸奶市场强劲的增长势头。酸奶已经成为整个乳业的发展亮点，酸奶的投产也必将实现高附加值产品和高端市场需求的完美结合
东方艾格农业咨询公司首席农业分析师陈渝指出，只有增加产品差异性等错位竞争的手段，才能冲出中国乳品行业低水平、同质化竞争的包围圈。我们将在酸奶、乳饮等乳业高端产品方面的发展已经走在行业的前端。有产品还必须有市场，长三角历来是众商家必争之地，尤其该地区对酸奶的消费能力和潜力都非常大。苏州优越的区位优势将有效地提高产品的新鲜度和竞争力，进而全面掌控华东市场。
此次项目推行织网计划，将实现生产、销售、市场一体化运作，然后逐渐打开市场，进而演变成为每个区域老百姓身边的品牌，真正实现冲入中国市场的目标。”项目一旦投产，将对当地的经济发展起着巨大的促进作用。此外，还可带动畜牧业、运输业等相关产业的发展，为周边农民进一步拓宽致富渠道。
根据酸奶生产的工艺要求，结合实际生产情况，需要以下建筑或构建物。
（1）专门建设原料仓库，面积200m2，用做乳粉、白砂糖、淀粉糖浆等原料的储存，仓库内部具体布置根据实际情况。
（2）生产车间是的主要加工车间，在此车间的主要生产流程：原料经初步处理以后，然后进行原料标准化、配料(加蔗糖或其他原料)、过滤、预热、均质、杀菌、冷却、接种(发酵剂)、培养发酵、冷却。其中发酵是耗能和最影响酸奶生产质量的主要因素，是主要的加工区域，算上设备本身的占地面积和设备间的距离以及设备与墙体间的预留距离，还有生产车间中部工人活动范围，总面积280m2。
（3）成品仓库主要用作灭菌乳的短期存放，面积120 m2。
（4）冷藏库与主要生产车间比邻，是存放加工、包装后的酸奶产品的区域，按照冷库设计的要求使用材料和安排布局，整个冷库分成两个区域，中间有门连通，根据实际需要使用冷库。采用双冷库设计可以有效降低能耗、便于管理，实际运行成本可以大大降低。设计库容量为150t，正常情况每平米可以存放1.2t～1.8t产品，总面积100m2，小冷库 30 m2，大冷库70m2。
（5）制冷车间近邻冷藏车间，靠近配电动力中心和维修中心，水泥地面加厚，并预留孔穴，面积30m2。
（6）包装车间地坪加高到与低温库标高一致，在加工车间相同的建筑要求之上，增加吊顶，墙壁四周并外加隔热材料，并有专用门通向包装材料库，包装完毕后直接入库。面积约100m2。
（7）化验室在办公大楼一侧，用于进行产品的原料和产品的质量检验，面积80m2。
（8）更衣室、卫生间位于进入各个车间的必经之地，分左右男女更衣室，不同工段的工人可以分别从不同更衣室进入不同的生产车间，避免交叉污染，总面积120m2。
（9）配电室、机修车间 靠近主动力中心，面积110m2。
（10）预留空地由环保部门设计废水处理池，面积200m2。
总平面布置基本原则：
（1） 以方便生产为前提，符合车间生产程序，避免原料、半成品、人流的交叉污染。
（2） 全建筑物采取南北朝向，利于通风、采光。
（3）配电房、锅炉靠近生产车间，减少能源消耗，锅炉房处于厂西北角，使生产 车间处在其上风位置。
（4）通盘考虑全厂布置，填平补齐，力求合理、经济，并充分考虑全厂扩大生产。
总平面设计说明：（1）厂区主要建筑物：办公楼、仓库（高温、低温）、生产车间、包装车间，按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返运输。
（2）考虑旺季生产的紧张，所设计的冷藏库为100m2可以放置150t产品，用来贮存产品。
（3）办公室（办公、化验室、会议室）在人流出口附近，距离车间较近，方便管 理，又与物流避免交叉。
（4）绿化情况：在厂房四周，各种建筑空地与预留地种植草坪。
（5）厂区道路：厂区主干道为8000mm宽，非主要道路为6000mm宽，交叉路口半径10000mm，两旁均种植黄杨秋、雪松等。
（6）厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火 器。
（7）全厂面积：1200 m2 筑物占地面积：600 m2 露天堆场面积：150 m2 其它建筑面积：
根据充分的市场调研，结合当地市场情况，酸奶包装形式主要有：即时装（125ml）、家庭装（500ml）和经济型（300ml）三类，然后根据主销区及整个销售情况分配各种包装形式与各种口味型酸奶的实际生产产量。一期工程主要以凝固型酸奶和部分品种的搅拌型酸奶产量比较大，市场份额大的品种为加工对象，同时根据原料季节供应情况和生产能力以及市场需求，生产少量其它部分种类。
主要产品种及配方：
一、凝固型
（1）草莓酸奶：
品目
用量
品目
用量
全脂鲜牛乳（或全脂乳粉）
全脂鲜牛乳87.8%
糊精

1.5%
全脂乳粉10.98%
蔗糖酯
0.4%
草莓香精
0.05%
柠檬香精
0.001%
卡拉胶
0.03%
白砂糖
7.5%
甜菜红色素
适量
（2）菠萝酸奶：
品目
用量
品目
用量
全脂鲜牛乳（或全脂乳粉）
全脂鲜牛乳87.8%（或全脂乳粉10.98%）
姜黄色素
0.15ml/kg
菠萝香精
0.05%
白砂糖
7.5%
鲜菠萝块
3%

（3）芦笋酸奶：
（4）香蕉酸奶
（5）木瓜酸奶：
二、搅拌型酸奶
（1）草莓酸奶：
品目
用量
品目
用量
全脂鲜牛乳（或全脂乳粉）
全脂鲜牛乳87.8%
糊精

1.5%
全脂乳粉10.98%
蔗糖酯
0.4%
草莓香精
0.05%
柠檬香精
0.001%
卡拉胶
0.03%
白砂糖
7.5%
甜菜红色素
适量
（2）菠萝酸奶：
品目
用量
品目
用量
全脂鲜牛乳（或全脂乳粉）
全脂鲜牛乳87.8%（或全脂乳粉10.98%）
姜黄色素
0.15ml/kg
菠萝香精
0.05%
白砂糖
7.5%
鲜菠萝块
3%

（3）芦笋酸奶：
（4）香蕉酸奶：
（5）木瓜酸奶：
三、饮用型（二期工程拟增加品种）
（1）草莓酸奶：
（2）芦笋酸奶：
（3）香蕉酸奶：
（4）菠萝酸奶：
（5）木瓜酸奶
品目
用量
品目
用量
全脂鲜牛乳（或全脂乳粉）
全脂鲜牛乳87.8%（或全脂乳粉10.98%）
白砂糖

各类香精
适量
卡拉胶
0.03%
果料
适量

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）：
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）：
生产品种
预计月产量
预计日产量
凝固型酸奶
180吨/月
6吨/天
搅拌型酸奶
270吨/月
9吨/天
饮用型酸奶
450吨/月
15吨/天
总计
900吨
30吨
凝固型酸奶的生产工艺：
原料乳粉 →检验→还原→标准化→过滤→预热 (50℃~60℃) →均质(15.0MPa~20.0MPa) → 接种→杀菌 (90℃~95℃、5min~10min或 118℃~120℃、3s~5s) →冷却 (43℃~45℃) →接种 (接种量 2%~5%) →灌装→发酵 (42℃~43℃、2.5h~4h) →冷却→冷藏后熟(2℃~7℃) →成品。
搅拌型酸奶的生产工艺：原料乳粉→检验→乳粉还原(奶粉复原装置）→标准化→ 鲜奶暂储→原辅料混配(高速搅拌缸）→ 料液预热（板式杀菌机) →料液均质(高压均质机) →巴氏杀菌(管氏杀菌机) →料液保温杀菌(保温杀菌管) →  料液冷却（板式热交换器) →菌种投入(酸奶发酵罐) →保温培养(酸奶发酵罐) →发酵终止(酸奶发酵罐) → 半成品冷却→ 暂存→ 无菌混料(半成品储罐）→ 产品包装(果料）→成品冷储(浅冷库房）
工艺要点：（1）净乳温度 65-70℃， 杀菌温度72-75℃，均质压力> 100帕；（2）杀菌温度95℃，保温大于10分钟；（3）培养温度 42℃，接种后搅拌10 分钟； (4)静止培养42℃-43℃至滴定酸度80 度终止发酵； (5)冷却至 18-25℃; (6) 包装环境符合清洁作业区要求(空气落菌数<30 个/15 分钟 大肠菌不得检出)，包装机用热水及过氧乙酸杀菌。
注意：杀菌过程中发酵设备的管道中残留有化学物质，微生物或发酵设备管道中过热均会影响发酵过程的顺利进行和酸乳产品的质量。
酸奶质量上出现的问题与某些工艺环节控制不当有关。以下主要从原料乳、杀菌和发酵等几个方面进行探讨,通过改善加工工艺条件来提高酸奶的品质。
(1) 对原料乳的质量要求原料乳是生产的第一要素。只有优质的原料作保证,与先进的加工工艺及设备相结合,才能确保生产出高品质的产品生产酸奶用的原料乳品质比一般乳制品加工的原料乳要求高,除按规定验收合格外,还必须满足以下要求:①总乳固体不低于 11.5%,其中非脂乳固体不低于 8.5%,否则将会影响发酵时蛋白质的凝胶作用,直接决定酸奶的凝固状态。②不得使用含有抗生素或残留有等效杀菌剂的奶。一般乳牛注射抗生素后 4天内所产的乳不得使用,因为常用的发酵剂菌种对于抗生素、残留杀菌剂以及清洗剂非常敏感,它们将直接影响到发酵剂的活力,致使奶液不凝固或酸度低。牛奶中抗生素残留量越高,发酵酸度就越低,也就越不易凝结。因此,用于生产酸奶的原料生奶要经过严格的抗生素试验和酸奶小样的发酵试验,从而保证不合格的生奶不进入生产流程。③患有乳房炎的牛乳不得使用,否则会影响酸乳的风味和蛋白质的凝胶力。④用于制作酸奶的鲜牛奶含菌数应不大于 5.0×10个 /mL,经灭菌消毒后的细菌总数应不大于 3.0×10个 /mL。
(2) 原料乳的标准化根据所需酸奶成品质量的要求,对乳的化学组成进行改善,从而使可能存在的不足得以校正,保证各批次的产品质量稳定一致。一般情况下,乳固体为 12%的原料乳可以生产出品质较好的酸奶。
(3) 加糖量对酸奶质量的影响 我国生产的酸奶一般都是加糖型酸奶,原料乳的加糖量为 8%这样的酸奶比较适口。加糖的目的是将酸奶制作成一种甜中有酸、酸中带甜的产品,以适应消费者的口味,同时还可提高酸奶的黏度,有利于酸奶的凝固。酸奶中蔗糖的添加量一般应低于 12%,蔗糖浓度过高,会对乳酸菌产生抑制作用。
(4) 杀菌温度的控制制作酸奶要求除达到一般的杀菌目的,为酸奶发酵剂创造一个含菌少、有利于培养的环境条件外,同时要求使全部的乳清蛋白变性,提高奶液中蛋白质的水合能力,以获得硬度和稳定性良好、乳清析出少的酸奶。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可以达到 85%或更高些。
(5) 发酵剂菌种构成对酸奶质量的影响保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌共存时,利用共生作用可以使发酵产酸作用大大加快。但由于所选择的菌株不同或混合比例的不同,而表现出酸奶的产酸强度与酸化能力有显著的差异。影响球菌和杆菌比例的因素之一是培养温度。在 40℃培养时,球菌和杆菌的比例大约为 4∶1,而在 44℃时约为 1∶2。因此在酸奶生产中,以 2%~3%的接种量和 3h~5h的培养时间,达到球菌与杆菌的比例为 1∶1,此条件最适宜接种和培养,其发酵温度为 43℃。
(6) 发酵剂的添加量对酸奶质量的影响 在发酵剂菌种活力良好的情况下,通常采用的接种量为1%~4%,最适接种量为 2%。若接种量过大 (如5%),则产酸过快,反而易造成凝乳中蛋白质脱水收缩现象,使乳清析出较多。
(7) 发酵温度与发酵时间对酸奶质量的影响发酵温度与时间对乳酸菌的增殖与产酸影响极为重要。生产实践表明,如果发酵时间过短,则酸奶组织柔嫩,风味差;如果发酵时间过长,造成酸度高,乳清过量析出,风味也不佳。通常所说的发酵温度范围是 42℃~45℃,发酵时间为 3h~5h,在实际生产中,取中间值较为理想。
(8) 冷却速度与贮存温度对酸奶质量的影响发酵是生产酸奶的重要工序之一,而发酵终点的确定是其关键技术。
(9) 在生产中可以采用以下方法判定发酵终点:①每隔 0.5h进行抽样检测,通常情况下,酸度达到 70°T时,即可认为已达到了发酵终点。②严格做好生产记录,在同等条件下参考以前的生产经验,控制发酵时间。③每隔一定的时间,由经验丰富的人员进行抽样观察,若酸奶的流动差,有微小颗粒出现,则可判定已到达发酵终点。
发酵结束后,将酸奶从发酵室移出,应立即进入冷库中冷却。在冷却过程中,必须掌握适宜的冷却速度。当冷却过快时,蛋白质肽链因收缩过快而断裂,使得酸奶蛋白质亲水性降低,乳清析出;当冷却过慢时,也会使产品变酸。其最佳的冷却条件是,在 1h~1.5h内将酸奶的温度降到 10℃~15℃。
由于保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的最低生长温度分别为 22℃和 20℃,当温度降至 10℃以下时,乳酸菌的生长活力很低;而在 5℃左右时,酸奶的酸度变化就已经很微小了。冷库温度应保持在 5℃以下,并尽量防止温度的波动与机械的振动。酸奶在冷库中最好要存放 12h~48h,然后再分发到各地销售,以保持酸奶凝块的稳定性。同时,通过冷藏后熟,还会产生很多风味物质,使酸奶的口味更加丰满。
原料辅料：（1）原料  生产酸奶必须的无抗生素的新鲜牛奶。理化指标：脂肪>3.2%，蛋白质>2.8%，干物质>10.8% ,酸度16-18度, 72%酒精试验阴性, 活性状态良好，煮沸实验无异常，感官指标：牛乳为乳白色或呈微黄色，不得含有肉眼可见的异物，不得有异常气味。
（2） 辅料
甜味剂：最常用的甜味剂为白砂糖，添加量不应超过12%。砂糖中的酵母和其他细菌是产品中微生物的来源之一，在将糖添加到产品中去的过程中应有严密的措施来保证成品的细菌指标。保证产品质量。
稳定剂：为防止产品出现分层或沉淀的现象，保持产品的外观性能而添加到食品中的添加物称为稳定剂。由于稳定剂可以增加食品的粘稠性，故又称其为增稠剂。常用的稳定剂有果胶和羧甲基纤维素钠（CMC）.稳定剂添加不当，就难以发挥其作用，最常用的方法是，将稳定剂和干物料（如白砂糖，淡粉）预先用1：5—1：10 的比例从干粉状态充分混合均匀， 然后再边搅拌边添加到液体物料中溶解。
发酵剂：采用冻干菌种即保加利亚乳杆菌和嗜热乳链球菌混合发酵剂，嗜热链球菌产酸，保加利亚乳杆菌产酸、产香。嗜热乳链球菌能发酵乳糖生成乳酸，10℃不能生长，最适生长温度为45℃，能与保加利亚乳杆菌形成很好的共生关系。保加利亚乳杆菌最适生长温度为40-43℃，最低生长温度为22℃，最高生长温度为52.5℃。
  在实际生产中，可以根据检测乳酸菌的生物活性来计算和测定以指导发酵时间、温度。另外还要根据产品的具体品种，特别是颜色、质构和外观做相应的调整。
  经过对几种酸奶发酵温度和时间对酸奶品质的影响，得出部分酸奶发酵的最佳温度和时间，
感官指标: 滋味和气味：具有发酵酸奶特有的香味和水果香味，无其他异味组织 
状态：呈均匀的胶态流体，无杂质和沉淀
色泽：乳白色或稍带微黄色
理化指标： 酸奶理化指标企业标准（ 生产质量标准）与 GB1632（1乳酸菌饮料标准）及GB2746 - 1999 中的要求如下：
调味酸牛奶标准对比表。
企业标准  GB16321 GB2746
总固形物∥%  ≥14.5   ≥10.0   ≥16.5
蛋白质∥%    ≥ 2.0   ≥ 1.0   ≥ 2.3
脂肪∥%      ≥ 2.1   ≥ 1.0   ≥ 2.5
酸度∥°T     ≥70.0   ≥50.0   ≥70.0

砷（mg/kg，以砷计）≦0.5
铅（mg/kg，以铅计）≦1.0
汞（mg/kg，以汞计）≦0.1
铜（mg/kg，以铜计）≦10
锡（mg/kg，以锡计）≦200
微生物指标：细菌规格 (冷冻状态)：一般细菌数   1×104以下
 大肠菌群     个/100g
 葡萄球菌     阴性
 沙门氏菌     阴性
自来水水管设计
（1）总入水管每小时流水至少60t，从经济和实用上考虑，选用镀锌焊接钢管。
（2）自来水流速取2m/s。
（3）总自来水管内径 通镀锌管 D=18.8×(qv/v)1/2=18.8×(60/2)1/2=100mm，选用DN125普通镀锌管
（4）其它各个设备入水管1h最大7t流量，选用镀锌焊接钢管。
（5）各分入水管内径 D=18.8×(qv/v)1/2=18.8×(7/2)1/2=35.2mm。查表得，选用DN40 的普通镀锌管。
  蒸汽管道采用碳钢管，查表取流速25m/s
d＝18.8× Q /V ×0.5＝18.8×（1000/25） ×0.5＝118.9mm
选用总蒸汽管径为DN125
管路安装布置原则：满足生产需要，易于操作安装，尽量缩短管线，尽量集中布置，并沿墙壁柱子边等，架空铺设的管道应不影响车辆和行人通过。具体设计是公用管路自来水、蒸汽、冰水高度为4000mm，纯水、清洗管路设计高度为3800mm，各设备分支管路设计标高为3600mm。管路支吊架设计两种。
（1） 沿墙壁的公用管道采用三角槽钢支撑架支撑，并固定。
（2）物料管路和分支架空铺设的管路采用DN50mm不锈钢龙门佳做支路，龙门架 与附近设备、设施固定，管道依托固定。
车间布置：
（1）由于车间要生产几种不同品种、不同规格的酸奶，对设备进行平面布置时，充分考虑专用设备和通用设备，使能共用的设备尽量共用，并根据需要适当添加设备。
（2）设计排水沟尽量位于经常排污、排水设备的下面，保证车间排水通畅、每个排污口要安装防鼠网。
（3）设备与设备、设备与墙壁之间均要留出适当的空隙，不但可以保证操作方便，而且便于维修和清洗。
（4）由于酸奶产品的后发酵温度比较低，为保证产品的质量，在发酵培养之后的后发酵车间温度控制在2～6℃，以4℃为好。车间尽量密闭，内墙面设置隔热保温层，减少能耗。
（5）为便于运输以及减少劳动量，将发酵库和后发酵库构建在一起，包装车间经过 包装的产品通过传送带直接传送到后发酵库。
（6）更衣室位于车间入口处，工人先更衣，经洗手、消毒后方能进入车间。为保证产品质量和车间卫生，工人进入车间必须保证工作服、工作帽、口罩、手套、胶鞋等统一规范，开始工作前有专人检查并记录。
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