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1、食品机械与设备课程设计 食品机械与设备 课程设计 设计题目:年产4千吨冰淇淋的 生产工艺 姓名： 杨 灵 学号： 090604019 院系： 生 工 院 专业： 食品科学与工程 目录 摘要 3 关键词 3 第一章 前言 3 1.1冰淇淋的背景 3 1.2我国冰淇淋的生产现状 3 1.3冰淇淋的生产的目的和意义 4 第二章 冰淇淋的生产工艺 4 2.
2、1原料辅料质量要求 4 2.2产品方案的确定 5 2.3产品生产工艺 5 2.4关键工艺 6 第三章 相关技术指标与基础数据 8 3.1产品感官指标 9 3.2理化指标 9 3.3物料衡算 10 结论 18 参考文献 19 年产四万吨冰淇淋生产工艺 设备选型与设计 生工09级4班 杨 灵 摘要：本设计主要是进行年产四万吨冰淇淋的生产工艺的相关设备。选用饮用水、
3、牛奶、奶粉、奶油为主要原料，加入适量食品添加剂，经混合、灭菌、均质、老化、凝冻、硬化等工艺而制成的体积膨胀的冷冻食品。针对四万吨冰淇淋项目的需要，进行了产品方案及工艺、设备选型与设计、物料衡算。最后总结冰淇淋生产工艺的结果，并给予建议。 关键词：冰淇淋 生产工艺 工艺设计 第一章 前言 1.1冰淇淋的背景 冰淇淋是一种冷冻乳制品，属于固体冷冻食品类，多年来，它以其轻滑而细腻的组织、紧密而柔软的形体、醇厚而持久的风味、以及营养丰富、冷凉甜美等特点，深受广大消费者的喜欢。 我国行业标准（SB/T1006-92）中将冰淇淋定义如下：冰淇淋是以饮用水、乳品（乳蛋白的含量为原
4、料的2%以上）、蛋品、甜味料、香味料、食用油脂等为主要原料,加入适量的香料、稳定剂、着色剂、乳化剂等食品添加剂，经混合、灭菌、均质、老化、凝冻等工艺或再经成形、硬化等工艺制成的体积膨胀的冷冻饮品。 1.2我国冰淇淋的生产现状 我国从90年代以来，被誉为"冷饮之王"的冰淇淋生产每年以约10％的速 度在递增。冷饮市场在10年内产量增长了12倍，品种从几十种增加到3000多种 2002年行业产量达到150万吨左右，总量已位居世界第三位，全国大、中、小冷 冻饮品厂近3万家。 广东、北京、上海是冰淇淋销量最集中的三大区，约占全国总量的25％左右。 与国外相比，目前我国冰淇淋的
5、加工现状可归纳为一下： 1.2.1我国冰淇淋的人均占有量较低 世界上冰淇淋产量最大的国家是美国，年产量逾800万t，人均占有量逾40kg,日本位居第二，我国总产量占世界第三，这几年年产逾100万t，但人均占有量仅为0.9kg，与发达国家相距甚远。从这一点看，我国冰淇淋的生产有相当广阔的前景。 1.2.2我国冰淇淋以中低档为主 尽管在一些大城市有一些有一些高档的冰淇淋销售，但大都是外资独资或合资企业生产的产品。 1.2.3我国冰淇淋生产的自动化程度较低 尽管近几年我过冰淇淋生产设备有了很大的进步，但这些设备的自动化程度还较低，主要体现冰淇淋的膨胀率的自动控制、凝冻出口温度的自控及包装
6、的自动化等方面。 1.3冰淇淋的生产的目的和意义 冰淇淋是一种含有优质蛋白质及高糖高脂的食品，另外还含有氨基酸及钙、磷、钾、钠、氯、硫、铁等，具有调节生理机能、保持渗透压和酸碱度的功能。资料显示，按照国际和国家产品标准，一般奶油冰淇淋，其营养成分为牛奶的２·８—３倍，在人体内的消化率可达９５％以上，高于肉类、脂肪类的消化率。 1.3.1扩大消费对象范围 出售冰淇淋的种类繁多、档次齐全，吸引了众多消费者，生产出不同的品种、花色、风味、口感、包装使冰淇淋的消费发生了很大变化。 1.3.2消费的季节性差异逐渐消失 以往国内冰淇淋的生产一般都集中在炎热的夏季，消费者也习惯于在夏季购
7、买以求降温解暑，现在冬季里吃冷食，已成为一部分诚实消费者的时尚和爱好，它不再是夏季的专利产品。 1.3.3冰淇淋消费的目的将不只是消暑降温 以往一般消费者食用冰淇淋只是消暑降温，现在人们更加重视食品的营养作用。随着新品种、新工艺的开发与研究，出现了在原有原料的基础上，加入富含维生素C的果料、蔬菜的冰淇淋，还可以加入各种中草药材抽提液。制成具有保健功能的枸杞冰淇淋、强化微量元素的Ca、Fe、Zn的强化冰淇淋等。在加上冰淇淋本身含有蛋白质、脂肪、糖类等营养成分，使消费者更看重的是营养价值。 第二章 冰淇淋的生产工艺 2.1原料辅料质量要求 芒果浓缩汁：糖度 BRIX 20±0.5 色
8、泽：浅黄色 总酸：（克g/升L）≤0.55 菌群总数：（个/毫升）≤100 大肠杆菌：（个/100毫升）≤3 白砂糖：应符合GB 317-1998标准 生活饮用水：应符合GB 5749-1985标准 全脂奶粉：应符合GB 5410-1999标准 食用色素、增稠剂、香精等其他辅料：应符合GB/T 10791的规定 2.2产品方案的确定 对冰淇淋生产中的主要品种:紫雪糕、筒砧、塑杯、中砧进行统计调查如下表1 表1冰淇淋产品特点比较 产品 项目 紫雪糕 塑杯 中砧 定员（人） 定额（公斤） 附加价值率
9、 15 700 0.74 7 1215 0.43 12 1566 0.35 销售特点 风味独特，销路广，四季都宜销售 销路好，食用时举止雅观 经济实惠，销路好 生产方式特点 人工操作，手工包装，劳动程度较筒砧小，管理方便，利润高，劳动生产率偏低 机械灌装，半机械化生产，劳动生产率高，管理方便 机械灌装，半机械化生产，劳动生产率一般，管理较方便 从表1数据可知紫雪糕附加价值率最高,综合劳动力和利润考虑,选择紫雪糕和塑杯两条生产线既能满足年产,又能获得较高的经济效益。 2.3产品生产工艺 2.3.1冰淇淋加工工艺及其流程图 工艺流程图见附图
10、1 2.4关键工艺 2.4.1原料乳的验收 生产冰淇淋的原料乳，除理化制表符合国家标准外，更重要的是尽可能降低 原料乳中细菌总数，确保细菌总数在20个/ml 以下。 2.4.2混合配料 在配料缸中将预热至 40℃—50℃的原料乳中加入与5—10倍白糖混合的稳定剂，还有奶粉，奶油和蛋制品等其他原料，充分搅拌溶解均匀。 2.4.3杀菌 混合料的杀菌有三种方法，低温长时杀菌（65℃-70℃/30min），巴氏杀菌 （75℃-78℃/15min），超高温瞬时杀菌（132℃/2s）。目前，现代化冰淇淋生产 采用超高温瞬时杀菌，因为这种方法使经过 132℃的超高温灭菌机的牛奶马上
11、进 入片式交换器中与通入0℃左右的冰水进行热交换，温差交换大。这可以使料液 营养成分损失降至最低。并杀死耐高温的病菌。同时提高了生产效率，关键是保 证产品质量。 2.4.4均质 均质目的在于将脂肪球细化为1微米左右，以防止乳层的形成，使各成分完全混合，以改善冰淇淋组织，缩短成熟时间，节省稳定剂，有效预防在冰冻过程中形成的奶油颗粒等。一般由高压均质泵来完成。当混合料通过均质机时，由于阀座和阀芯间的缝隙甚小，较大的粒子的脂肪球被挤压、碰撞、剪切或由于高压 空穴作用而魏丽华，使两种液相均匀混合达到易碎和均质的目的。混合料中，绝 大多数的脂肪球直径在4-5微米，通过均质处理后其直径一般达到1-2
12、微米，脂 肪球破裂成更多的细小、均匀一致的微脂肪球，避免乳酪粗粒产生，减少冰结晶，为混合原料获得均匀一致的乳浊液创造条件。同时，在均质作用下，酪蛋白胶粒 与钙及磷的结合强化，使混合原料的水合作用增强。在均质工艺工程中，控制混合原料的温度和均质压力是很重要的。它们对混合原料的老化凝冻和产品形体有密切关系，在较低温度下（40℃-50℃）均质，料液黏度大，均质效果不良，若在较高温度下（大于80℃），则会使脂肪聚集， 膨胀率降低；均质压力过低，乳化效果不佳，影响制品质地与形体，均质压力过高，使混合料黏度过大，搅拌时空气不易混入，影响成品柔软感，均质工序中适宜温度为63℃-70℃，均质压力为 1470
13、N/cm -1960 N/cm 。 2.4.5冷却与老化 所谓冷却与老化，是指将均质后的料液迅速冷却至2-4℃，保温一定时间，进行物理成熟过程，目的在于使蛋白质、脂肪的凝结物和稳定剂等物料充分地溶胀、水化、提过粘度，改善冰淇淋的组织状态。老化成熟是时间的二元函数，且老化温度有一定的定义域，一般在0-3℃，在老化过程中，温度与时间对应关系列于下表： 表2 温度时间对应关系 老化过程中温度与时间的对应关系表 5-6℃ 2-4℃ 0-1℃ 14h 12h 10h 冷却温度老化时间-6℃或 0℃ 无良好效果由表2可以看出，在老化温度定义域内，冷却温度过低，老化时间可短些，反之，则长
14、些。另外，老化的持续时间与混合原料的组成成分有关，干物质越多，粘度就越高，老化所需时间越短。随着科学技术的发展，乳化剂、稳定剂的改善。省略了老化工序对制品质量影响也不大，但是，一般至少需2h,如有可能，以成熟4h为好。因为脂肪的固化，蛋白质和稳定剂完全水合，总需要有一定的时间。只有这样才能生产出形体、组织都良好的冰淇淋。 2.4.6凝冻 冷冻机是冰淇淋制造工艺过程中最重要的设备，具有使空气均匀混入冰淇淋中，使之柔软、味觉良好，以及使混合料冷冻结晶微细均匀的作用。工业用冷冻机有 间歇式、连续式两种，以冰淇淋的状态直至从冷冻机取出的时间划分，间歇式为 6-10min，连续式为 20-40s。
15、冷冻的时间越短，形成的冰结晶越微细。 凝冻的目的是使混合料更加均匀，冰淇淋组织更加细腻，得到合适的膨胀率，使冰淇淋稳定性提高，，并可以加速硬化成型进程。 第三章 相关技术指标与基础数据 3.1产品感官指标 3.2理化指标 3.3物料衡算 3.3.1生产制度 根据地区的气候条件和市场需求的情况，对冰淇淋厂的生产制度做如下安排： 旺季时间安排：4月中旬到10月中旬一共214天，有214/7=31个星期，每星期放一天假，五一、端午节、中秋节各放一天假，国庆节放3天假，则还有177天工作日，每天生产两班。 其余时间安排：11月至次年
16、的2月，为销售淡季，有120/7=17个星期，每个星期放一天假，春节放假10天，则还有93天工作日，每天生产一班。 全年共有班次：177×2+93=447班 年产量：447×10=4470吨 3月份为设备维修月。 产品生产表 产品名称 1 月份 2 月份 3 月份 4 月份 5 月份 6 月份 7 月份 8 月份 9 月份 10月份 11月份 12月份 淡季 旺季
17、 3.3.2配方 冰淇淋配方（制造1000Kg冰淇淋） 全脂奶粉（Kg） 白砂糖 （Kg） 全蛋粉（Kg） 淀粉 （Kg） 明胶 （Kg） 羧甲基纤维素钠（Kg） 柠檬酸 （Kg） 稀奶油 （Kg） 饮用水 （Kg） 100 150 3 20 4 1 1 30 511 3.3.3设备的选型与设计 原料的物料衡算 名称 班用量（Kg） 全年用量（t） 全脂奶粉 1000 4470 白砂糖 1500 6705 全蛋粉 30 134.
18、1 淀粉 200 894 明胶 40 178.8 羧甲基纤维素钠 10 44.7 柠檬酸 10 44.7 稀奶油 300 1341 根据物料平衡计算对定型设备进行选型，冰淇淋主要设备如下 表3-1 立式搅拌机 搅拌机工作原理：又称配料罐主要由桶身、搅拌装置、加热装置和排料旋塞等构成。搅拌机通电以后，通过带有保护功能的启动（停止）开关，启动搅拌主电机，当设备进入正常工作状态后，再将需搅拌物质加入到搅拌机的混合盘中，与此同时通过加水泵向混合盘内加入一定量的水，一起搅拌，待物料搅拌均匀后，拉开料门即可排料
19、在搅拌机的物料全部排净后，关闭料门，即完成了一个搅拌周期。 图1 搅拌机 1.减速器 2.桶体 3.搅拌器 4.物料出口 5.旋塞 表3-2 均质机 均质机的工作原理：均质机是一种特殊的高压泵，它使混合料液在高压作用下，通过非常狭窄的间隙（一般不超过0.1mm），料液在间隙中的速度高达150~200mm/s，液流受到缝隙的强大剪切作用；液流中的脂
20、肪球或其他大粒子与机体发生高速撞击，受到巨大的撞击作用；高速液流在通过缝隙时产生空穴作用。在以上三者的共同作用下，大粒子迅速破裂为2um左右的微粒，使料液均质。冰淇淋主要采用的是高压均质机。 主要结构 ①高压泵：高压泵为三柱塞往复泵，它主要由泵体、柱塞、阀门等组成。 ②均质阀：均质阀是使料液均质化的主要工作部分。 ③机体、底座与曲轴：机体座落在底座上，底座由铸铁铸成，电动机安装其内，曲轴为球墨铁铸成，具有三个互成120度角的曲拐，以适应三柱塞的的工作需要。 ④液压系统：液压系统的作用是使均质杆压紧在均质座上，以提供必要的均质压力，并给各传动部件提供润滑。
21、 图3 高压均质机 1.均质阀 2.溢料阀 3.出料口 4.放气塞 5.压力表 6.油压表 7.调压阀 8.调压阀 9.机体 10.减速器 11.液压泵 12.滤油器 13.电动机 14.底座 表3-3 板式换热器 板式换热器的工作原理：它的主体是由许多具有花纹的热交换片依次重叠在框架上压紧而成。加热（或冷却）介质与料液在相邻两片间流动，通过板式换热片进行交换。
22、 图4 板式换热器 1.扳手 2.压紧螺杆 3.后支架 4.上导杆 5.压紧板 6.中间换热片7.橡皮垫圈 8.换热片表面 9.前支架 表3-4 冰淇淋老化罐 名称 型号 生产能力 L/h 电动机功率 KW 生产厂商 老化罐 BW-TANK 1500 1.5 杭州惠合机械设备有限公司 工作原理：老化罐作为加热、冷却、保温、杀菌处理或贮藏浆液的必须不锈钢罐，是冰淇淋生产线中的必需设备。 老化也就是熟化，降低料液的温度，提
23、高料液的粘度，防止料液出现脂肪上浮现象出现和酸度的增加，使其体系稳定，这样进凝冻机膨化的效果就会比较好。 老化罐目前都采用载冷制剂冷却、带搅拌器和电动机等结构，物料在老化时，载冷剂经泵沿着内胆的外壁面自上而下的流动，以冷却和维持物料的温度。 图5 老化罐 1.放料阀 2.内胆 3.外壳 4.进料管 5.电动机 6.减速器 7.温度计接管 8.搅拌器 9.冷却水 10.压力表 11.保温层 12.安全阀 13.出水管 14.消毒前放存水 15.冷凝水
24、 表3-5 冰淇淋灌装机 工作原理：纸杯或塑杯冰淇淋是采用纸杯灌装机进行分装的。它由料斗、定量筒、传送链带、机座以及传送变动装置等组成。料斗下端连接两个定量筒，当定量筒内的活塞后退时，冰淇淋由料斗被吸入定量筒；当活塞向前推进时，则将冰淇淋通过注射器挤入正在通过传送带传送来的纸杯或塑料杯。每杯冰淇淋的容量，可通过调节活塞冲程来控制。 图6 冰淇淋灌装机 1.下蛋筒或杯子 2.整理 3.内壁喷涂 4.一次灌浆 5.二次灌浆 6.三次灌浆
25、 7.罐巧克力 8.洒干果等 9.加盖 10.压盖 11.杯子拔出 12.蛋筒顶出 表3-6 凝冻机 名称 型号 电机功率KW 外形尺寸（长×宽×高）mm 生产厂商 间歇式凝冻机 JBN-1 1.33 760×480×510 天津市特斯达食品机械科技有限公司 凝冻机的工作原理：利用氨液直接蒸发冷却的一种凝冻机，混合原料进入后，凝冻筒夹套内是循环流动的氨液蒸发，使混合原料冷冻至-3~-6。刮刀与搅拌器逆向旋转，刮刀刮下原料，搅拌器搅拌，将
26、空气搅入混合原料中，使料液体积膨胀而成输送的冰淇淋。 图7 间歇式冰淇淋凝冻机 1.进料口 2.凝冻机外壳 3.凝冻筒内壁 4.氨蒸发器 5.软木 6.搅拌器 7.冰淇淋出口 8.放料阀 表3-7 速冻隧道 名称 型号 生产能力T/H 电机功率KW 外形尺寸（长×宽×高）mm 速冻隧道 BSD 1 19.6 7500×3800×2640 速冻隧道的工作原理：它是一种利用环形传送带系统，将冰淇淋产品放置于该系统的载物托盘上，托盘带
27、着产品进入低温室硬化，并将硬化好的产品送出室外的一种高效、快速、高产的冰淇淋硬化设备。 图7 硬化隧道 表3-8设备数量 立式搅拌机 混合罐 均质机 板式换热器 老化罐 灌装机 凝冻机 1 2 1 1 4 1 1 结论 本课程设计主要是设计冰淇淋的生产工艺，在设计过程中，通过收集资料来确定产品方案、工艺流程，食品工业已成为我国工业企业龙头，而冰淇淋行业是我国食品工业的生力军，随着国民经济的日新月异的发展，机遇与挑战并存。让我们共同努
28、力，使冰淇淋行业能够在正确的轨道上大力发展。 在冰淇淋的生产过程中对手设备存在一定的影响，为此提出建议如下： 1.原料未经很好的预处理 含有的杂质会影响均质机的工作，缩短均质的使用寿命，造成不必要的经济损失；进入凝冻机还会引起堵塞。因此，在原料预处理阶段要加强工艺监督，在原料进入均质机前，进行二次过滤。 2. 原料混合不均匀 尽管搅拌混合原料，但是由于比重不同，大量的水与油脂不能充分混合，经高压均质机均质时易产生不平衡，影响机器的使用寿命；进入老化罐时易产生成团现象，不利于机上操作。故搅拌机的搅拌器叶片应偏离中心位置，是原料充分混合均匀。 3. 设备清洗方法的不
29、正确 为确保食品的卫生指标，冰淇淋生产必须班前班后清洗消毒，如清洗方法不当，直接用漂白粉杀菌消毒，水中不溶解的碳酸钙和质地较硬的杂质，对设备造成伤害。冰淇淋生产结束后，应用水温高于90摄氏度，含1~2%的碱水清洗，最后用澄清的漂白粉水杀菌。 参考文献 [1] 蔡云升 王进华等. 《冷冻饮品的的生产技术》. 中国轻工业出版社 [2] 范允实. 《冷饮生产技术》. 中国轻工业出版社 [3] 万国余 严纪宏等. 《冷饮生产工艺与配方》. 中国轻工业出版社 [4] 冯力更 张永彤. 《冷饮配方精选与设计》. 中国轻工业出版社 [5] 林志民 苏德福 林向阳. 《冷冻食品加工技术与工艺配方》. 科学技术文献出版社 [6] 武杰. 《新型保健冰淇淋加工工艺与配方》修订版. 科学技术文献出版社 [7] 范庆森. 《食品机械与设备》 [8] 张裕中. 《食品加工技术装备》. 中国轻工业出版社 [9] 张秀珍.《中国冰淇淋工业的现状与发展》. 食品工业科技出版社 [10] 马海乐. 《食品机械与设备》. 中国农业出版社 19 第 页 共19页
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