核桃蛋白饮料工艺设计说明书毕业论文

食品工厂设计与环境保护 年产 1000t 核桃蛋白饮料生产工艺设计食品工厂设计与环境保护1000 吨 /年 核 桃 蛋 白 饮 料 工 艺 设 计 说 明 书题目：年产 1000t 核桃蛋白饮料车间工艺设计学院： XXX 专业： XXX 姓名： XXX 学号： XXX 年级： 2010 二 一三 年 七 月 七 日食品工厂设计与环境保护 年产 1000t 核桃蛋白饮料生产工艺设计目 录一、 市场背景 .31.1 核桃产品生产价值 .31.2 核桃的种植、生产消费和加工状况 .31.3 本设计拟定的主要内容 .5二、 生产工艺设计 .52.1 产品方案及班产量确定 .52.2 工艺流程的确定 .62.3 工艺生产要点 .62.4 质量控制 .8三、 物料衡算 .93.1 年产 1000t 核桃奶班产量确定 .9四、 设备选型 .114.1 设备选型原则 .114.2 各工段设备选型 .11五、 热量衡算 .145.1 蒸汽耗量 .145.2 冷却水耗量计算 .15六、 管径设计与计算 .166.1 生产用水管路的设计与计算 .166.2 物料输送管路的设计与计算 .176.3 蒸汽管路的设计与计算 .17七、 耗水供汽量计算 .187.1 耗水量计算 .187.2 锅炉供汽量估算 .19八、工厂定员编制 .198.1 定员计算方法 .198.2 全厂人员编制 .19九、生产成本计算和经济评价 .219.1 水电气包材成本计算 .219.2 设备选型与成本计算 .229.3 总成本估算 .239.4 技术经济评价 .25十、生产车间、厂房、厂区布置 .2510.1 布置原则 .2510.2 核桃奶车间平面工艺 .2610.3 全厂辅助部门 .2710.4 全厂性部门 .2810.5 工厂设置 .29参考文献 .30西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页1、市场背景1.1 核桃产品生产价值1.1.1 核桃的营养价值核桃又称胡桃，属于胡桃科落叶桥木，核桃同榛子、腰果、扁桃的干果一起被誉为世界四大干果，且核桃位列四大干果之首。在国外，核桃被称为“益智果” ，在国核桃内享有“长寿果”之美名，其中最长为人们所提到的当属其健脑功能。核桃仁含有十分丰富的营养素，每 100 克核桃仁中各种营养素含量大致为：蛋白质 1518 克，脂肪 6073 克，碳水化合物 810 克。其中含量丰富的主要氨基酸有（以 100g 计）：谷氨酸 3600mg、亮氨酸 1260mg、天冬氨酸 1656mg、精氨酸 2621mg。核桃中含有的矿物质除钙、磷、铁外还有镁、钾、硒等，同时核桃中也含有维生素 E、维生素 P、咖啡酸和肌醇。核桃中所涵有的脂肪酸主要是花生酸、油酸和亚油酸。1.1.2 核桃的药用价值核桃具有极高的药用价值。现代医学研究认为，核桃中所含有的磷脂，对人的脑神经有很好的保健养护作用。核桃中的核桃油中含有不饱和脂肪酸，可以防止人体动脉粥硬化。核桃中含有人体不可或缺的锌、锰、铬等微量元素。核桃仁的镇咳平喘作用十分明显，冬季，对慢性气管炎和哮喘病患者疗效极佳。经常食用核桃，既能健身体，又能抗衰老。有些人往往吃补药，其实每天早晚各吃几枚核桃，实在大有裨益，往往比吃补药还好。核桃是食疗上品。中医对核桃是这样描述的:核桃性温、味甘，具有补血、健胃等作用。无论是配药，还是生吃、烧菜或者作糖蘸，都有润燥通便、止咳平喘等功效。核桃的食用方有法很多，将核桃加适量盐进行水煮，喝水吃渣可以治疗肾虚遗精、健忘、健忘、腰痛等症。核桃与芝麻、莲子一起做糖蘸，食用后不仅能补心健脑还能治盗汗。1.1.3 核桃的经济价值核桃在我国分布广泛，进过我国人民多年精心栽培，培育了许多优质的核桃新品种例如阳平核桃、陈仓核桃、麻核桃、薄核桃、厚壳核桃等。且有些优质核桃的出油率已达到了 75%，通常核桃出仁率在 50%左右。核桃丰富的营养价值和已被大众所广泛接受的保健益脑作用，已经被越来越多的不同国家和地区的人所推崇和接受。现在核桃的加工产品主要有核桃油、核桃乳饮料（核桃露、核桃奶） 、核桃营养粉（营养分系列） 、核桃休闲小食品（核桃片）等。1.2 核桃的种植、生产消费和加工状况西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页1.2.1 核桃种植状况联合国粮油组织给出的数据统计显示，全球核桃种植面积在 170 万平方米以上，可以年产核桃 150 万吨，栽培面积较大的几个国家分别是美国、土耳其和中国三国年产量分别为 20 万吨、17 万吨和 18 万吨。其他国家如德国、匈牙利、印度、法国、意大利等产量在 2-4 万吨之间。数据显示我国的栽培面积最大约为 70 万平米以上，结果树达一亿两千万棵。种植区域主要分布在安徽、浙江、湖南、湖北、广西、云南和贵州等省份。1.2.2 核桃生产消费状况我国虽然年产核桃 18 万吨以上，同其他自然产物一样人均占有率较低只有 0.16kg/年。按照中产量市场销售 50%的计算结果为人均消费量只有 80g/年。发达国家的人均消费量为美国 1500g/年，法国 1200g/年，德国 1100g/年，英国 700g/年，日本 100g/年。从以上数据可以看出我国的核桃消费水平和发达国家相比还有很大差距。随着我国经济的迅速发展，综合国力的增强和人民生活水平的提高。核桃的消费量会因为人们保健意识的增强而逐年上升。同时核桃加工产业的不断进步，多元化的核桃产品的开发生产必定会促进核桃消费的上升。1.2.3 核桃产品加工状况目前我国的核桃加工大部分属于初级加工或者直接生吃，总的来说核桃加工水品有待进一步发展。核桃加工的方向大致是这样的：由于核桃中提取的核桃油中的不饱和脂肪酸含有量极高大概有 90%，所以常将核桃用于核桃油的提取，通常通过压榨和浸出法进行提取；生产核桃乳，由于核桃乳产品的稳定性控制力较差，蛋白质的溶解性和乳化性随着温度和 PH 变化较大且不易控制，这成为了加工过程的瓶颈。即便如此核桃奶产品由于其丰富的营养性仍然受到了市场的青睐。其次国内核桃奶加工设备落后，加工工艺的机械化程度不高导致产品质量控制出现问题常见的有分层和胀袋，并且生产成本较高；核桃粉生产，以核桃仁混合玉米、大豆等辅助物料加工而成的核桃粉不但营养丰富，食用方便而且口味独特所以特别适于中老年人和儿童食用。常见问题是生产科技含量低，设备工艺落后，并且产品市场没有形成一定规模；除此以为核桃还可用于烹饪和制作糕点，例如核桃片、风味核桃仁和糖裹核桃仁等，制作简单，味道独特深受广大消费者喜爱。1.3.2 核桃产品开发展望我国核桃栽种面积广，总产量较高，日常的食用方法并不能使核桃的营养价值得到充分利用，这就为我国核桃深加工带来了机遇，经过深度加工的核桃仁附加值高，经济效益好。但是首先要解决的问题就是怎样在传统的加工工艺上进一步完善加工方式，开发新产品实现规模化生产，同时打造品牌。市场经济飞速发展的今天好的产品和好的品牌才是生存和发展的王道。同时我们也不能忽略核桃类休闲小食品的开发，这类产品投资少，但售价低且风味独特，老少皆宜，市场潜力巨大。总之核桃开发的原则是综合利用、促成产业化同时打造品牌，将我国巨大的核桃原料优势转化为经济优势。1.3 本设计拟定的主要内容西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页本设计主要进行车间工艺布置说明，是以生产车间为主进行的设计，生产工艺流程设计和车间布置是生产工艺设计的主要内容，其中包括工艺计算、车间组成、生产设备及设备布置，主要工作内容如下：产品方案及生产规模的确定工艺流程的比较、选择及确定物料衡算设备选型及说明热量衡算，包括蒸汽耗量、冷却水耗量估算管径设计及计算水电汽耗量估算劳动定员，车间布置与说明辅助部门设计及说明设计内容小结及附录（包括设备一览表、车间布置图、设备流程图等）2、生产工艺设计2.1 产品方案及班产量确定依据：核桃奶年产量 1000t，全年的生产时间以 250 天计。2.1.1 产品方案要求产品方案必须满足产品在产量、经济效益、淡季和旺季的平衡以及原料在综合利用方面的要求。产品方案满足产品在产量、原料供应、生产班次、和设备生产能力以及耗水、耗电、用汽负荷等方面的平衡。2.1.2 班产量的确定年产量：1000 吨/年，以 250 天/年生产计算日产量：4 吨/天每日班数：2 班 8 小时/班班产量为: 2 吨/班表 2-1 年产 1000t 核桃奶生产方案年产量（吨）班产量（吨）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1000 2西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页2.2 工艺流程的确定2.2.1 生产方法核桃奶是以核桃仁为原料，根据核桃中特有的营养成分及其功能特性，以开发天然植物蛋白饮料为宗旨，生产过程中绝不添加任何香精，色素，防腐剂以此保持核桃营养成分。将核桃原料通过破壳、脱皮、磨浆、分离、调配、均质、脱气、灭菌、灌装、二次杀菌、保温冷却、检验、包装等过程进行加工生产。2.2.2 工艺选择脱仁衣方法核桃脱仁衣常采用水浸法和干燥去皮法。干燥法是将核桃仁置于热风干燥箱中高温烘烤（110120） ，约 3 小时，最后采用机械脱皮。此种方法相比于水浸法，不足之处在于过高的温度处理核桃仁会影响其中的蛋白质性质，使接下来磨浆过程蛋白质溶出率降低，并且不能很好的处理核桃皮所具有的涩味。使用水浸法脱仁衣，脱皮温度较干燥法低，蛋白质溶出率相对较高，并且水浸法可以起到预煮作用，能很好的去除核桃仁涩味。均质脱气顺序生产中物料脱气可放置与均质前和均质后，本设计将脱气过程放在在均质过程之后是考虑到如果先脱气再进行均质那么有可能在均质的剪切、撞击过程中会有气体产生消减了脱气效果，并可能在灌装过程中仍有泡沫产生。杀菌工艺本设计采用先巴氏杀菌后使用杀菌锅杀菌的生产工艺。虽然饮料生产中经常使用超高温瞬时灭菌法杀菌，且效果更好，物料营养损失更少，产品保质期更长。但是 UHT 灭菌通常使用无菌灌装，而且根据设计依据，生产包装只能采用玻璃瓶进行灌装，所以查阅相关生产资料并结合生产要求决定先采用巴氏杀菌法消灭致病菌，再使用 10min-20min-15min/121杀菌公式进行杀菌。2.2.3.工艺流程原料预处理脱仁衣浸泡磨浆浆渣分离调配均质脱气巴式杀菌灌装密封二次杀菌冷却检验包装成品2.3 工艺生产要点2.3.1 原料预处理核桃仁外共有三层保护性外皮，分别是种皮、内果皮和青皮。它们分别由内到外保护着最里层的核桃仁，成熟以后的核桃通过轻轻敲打就能使青皮脱落。首先我们要通过砸仁法取出核桃仁，通常核桃的出任率大约为 32%50%。符合要求的核桃仁质的饱满，色泽呈虎皮色或者是黄白色，半形比较肥大、完整，皮内肉呈白色，我怪味或者虫蛀现象，以此作为指标进行挑选。接下来通过挑选剔除遭受虫蛀的、干瘪的、霉烂的或者黑色变西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页坏的核仁，用清水冲洗核桃仁除掉其表面的泥沙、浮皮及其他杂质异物。2.3.2 脱皮核桃仁经过机器脱破壳脱去青皮后，多呈现为凹凸的不规则块状，通常完整的核仁呈球形，有四半种仁合并而成，褶皱不平，凹凸多沟，外表种皮呈棕褐色。但核桃仁脱去种皮后里面是乳白色的子叶。核桃仁质地较脆，味道比较淡，细嚼会有清香味，但因为其中涩味较重，且富含大量油质，核桃仁的种皮通常会被脱去。通过实验发现种皮中涩味物质的来源主要是单宁一类的物质，单宁是多酚类物质中一种高度聚合的化合物，很容易被氧化，通常情况下可以同金属离子发生反应生成黑色物质。生产过程中为了保持产品色、香、味等独特风味及产品性质的稳定性，生产过程中常采用水浸法或干燥法脱除核桃的仁衣。水浸法是指在 8090下，把核桃仁装在竹篓中置于 38%的碱溶液中浸泡大约 1530min（浓度不能过大否则若清洗不干净会影响调配物料的等电点） ，然后用清水冲洗，摇动竹篓即可去除外皮。通过这种处理后的核桃仁质地较好，且生产稳定性高并可以达到烫漂的目地，并且不会影响核桃具的独特香味，所以本设计决定采用此种方法。2.3.3 浸泡将核桃仁按 1:21:3 的比例加清水进行浸泡，是核桃仁吸水膨胀以便于后续进行磨浆工序。浸泡时间通常取 812h,浸泡期间每隔 34h 小时换水一次，并在在换水时及时清除其中的杂质和异物。2.3.4 磨浆浸泡后将核桃仁用磨浆机先进行初步磨浆。磨浆过程中物料的加入比例取为 1:31:5，初磨后的浆液再通过胶体磨进行二次细磨，可重复精磨直到浆液颗粒细度达到生产要求，胶体磨得过程中添加 1%的亚硫酸钠溶液护色，防止溶液褐变，待磨成均匀的乳状液时过滤，进行浆渣分离，磨出的浆液细度大约在 80100 目间。2.3.5 过滤过滤可以采用 160200 目的筛网进行过滤，使用离心机过滤。主要是为了除去核桃浆液中的粗纤维和浆渣，便于后面加工过程的质量，保证产品品质。2.3.6 调配按事先计算好的比例加入所需添加剂和各种乳化剂稳定剂等，砂糖在加入时应该先放入化糖锅中加入软水配成 70%浓度的糖水，加热升温至 95搅拌融化然后用单面绒布热过滤备用，并且将混合中的料液的 PH 调到 7.09.0，通过搅拌混合均匀,核桃乳原料配方如下:表 2-2 核桃乳辅料组成辅料名称 用量(%) 辅料名称 用量(%)核桃香精 0.05 乙基麦芽酚 0.001西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页白砂糖 4.00 氢氧化钠 3.00稳定剂 RB 0.300.35 柠檬酸 0.30甜赛糖 TR50 0.06 小苏打 适量2.3.7 均质均质可以使核桃固形物微细化，改变其粒度分布。同时均质可以是不同大小的颗粒均质化使浆液乳化混合均匀分散且不易分层。这极大的改善了稳定性，而且进行过均质的核桃乳口更加感细腻，保存过程中不会有分层和沉淀想象发生。均值原理是液体在高压下由均质阀的狭缝喷出，在此过程中核桃乳中含有的蛋白质、脂肪等组分达到了细化效果，并且形成了均匀的分散液相。影响均质效果的三个因素：均质压力通常采用3060MPa均质温度常取 4570、均质次数采用两次均质。2.3.8 脱气通过脱气可以脱除核桃中的腥味、臭味，并且可以有效的控制灌装过程中产生泡沫。脱去料液中气体的同时也起到了防制料液灌装之前被污染的作用，脱气真空度取7080Kpa。2.3.9 杀菌与灌装脱气后进行巴氏杀菌，巴氏杀菌可以保持核桃乳生物活性物质不被破坏，减少蛋白质、维生素的损失，此法所使用的温度较低，所以达不到消灭细菌的程度，但是它可以杀死结核杆菌、痢疾杆菌、布氏杆菌和伤寒杆菌等致病微生物，总体可以使细菌总数减少90，巴式杀菌温度为 8590，杀菌时间 1530s,接着待核桃奶冷却到 6070时用250ml 玻璃瓶做灌装容器进行热灌装。2.3.10 密封杀菌及检验灌装密封后的核桃奶再进行二次杀菌，杀菌过程在杀菌釜中进行，杀菌公式为 10min-20min-15min/121,二次杀菌温度较高可以杀灭致病菌达到延长保质期的目的，杀菌后将核桃乳冷却到 37左右，保温检验然后包装成为成品。2.4 质量控制2.4.1 原料筛选和水质要求原料中发霉、萎焉和变质的坏果占有率2%。生产用水的水质要求，首先符合 GB5749-1985生活饮用水卫生标准的规定，其次还应当符合表 2-3 中软饮料用水的规定。表 2-3 软饮料水质要求名称 参数 名称 参数浊度/度 小于 2 高锰酸钾消耗量/(mg/L) 小于 10色度/度 小于 5总酸度（以碳酸钙计）/(mg/L)小于 50西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页味及臭气 无味、无臭 游离氯（mg/L） 小于 0.1总固形物/（mg/L） 小于 500 细菌总数/(个/mL) 小于 100总硬度（以碳酸钙计）/（mg/L） 小于 100 大肠菌群/(个/L) 小于 3铁（以 Fe 计）/(mg/L) 小于 0.1 致病菌 无锰（以 Mn 计）/(mg/L) 小于 0.1 2.4.2 成品的质量指标感官指标乳白色均匀乳浊液，口感细腻，具有核桃乳特有的色、香、味，无杂质、霉变及凝结（肉眼观察） 。理化指标总酸(以乳酸计)0.08%，总糖(以葡萄糖计)5%，蛋白质0.5%，脂肪1.1%，总固形物6.5%。微生物指标菌落总数100cfu/mL，大肠菌群3MPN/Ml。重金属指标砷（以 As 计）0.2mg/L，铅（以 Pb 计）0.3mg/L。3、物料衡算3.1 年产 1000t 核桃奶班产量确定表 3-1 核桃奶主要工艺技术经济指标核桃奶主要工艺技术经济指标及基础数据指标名称 数据 指标名称 数据生产规模 1000t/年 磨浆损耗 2%生产天数 250 过滤损耗 1.5%班产量 2t 均质损耗 0.3%拣选损耗 1% 罐装损耗 0.6%清洗损耗 0.5%-1% 脱气损耗 0.3%脱皮损耗 8% 离心损耗 1.5%配料损耗 0.5% 检验损耗 0.3%核桃奶日产量：1000250=4t核桃奶班产量：42=2t按 1t 原料生产进行物料恒算：1t 核桃拣选后所得量=1（1-1%）=0.99t1t 核桃所得核仁量=0.99（1-42%）=0.574t（出仁率为 42%）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页脱去种皮得核仁量=0.574（1-8%）=0.528t(脱皮损耗 8%)清洗过后得核仁量=0.528（1-0.5%）=0.525t浸泡后的核仁量计算，将已去皮的核桃仁置于 3 倍于其