（食品科学与工程专业论文）班产25吨全脂甜炼乳车间设计.pdf

摘要 本课题主要是为无锡市佳浓乳品有限公司进行一条班产2 5 吨甜炼乳车间的工厂设 计，生产听装的甜炼乳产品。在设计过程中开展了可行性研究，进行了详细的工艺论证， 对每个工艺过程进行分析，并且在此基础上进行了物料衡算、热量衡算、确定原辅材料用 量，以及水、电、汽耗量，对主要设备进行选型，最后进行投资估算和成本核算。 本设计从我国目前乳品工业发展状况和市场经济形势出发，认真贯彻食品工业的各项 指标( 全脂甜炼乳国家标准g b 5 4 1 7 1 9 9 9 ) ，并逐渐向国际标准靠拢，生产实现机械化、 自动化、连续化。本设计积极汲取相关厂家的建厂经验，并结合导师多年以来参与工厂设 计所积累的在工艺、设备选型上的实际经验，借鉴国内外先进的技术成果，在原有车间的 基础上进行改造，做到厂区车间布置合理，生产技术可靠，经济上投资少，回报快，同时 为企业的再发展留有空间余地。 在工艺上，本设计充分考虑到全脂甜炼乳在工业生产中的缺陷，并针对各缺陷列出解 决方案，保证产品的质量。在设备选型上，汲取了导师以及一些设备厂家的经验数据，力 求在理论准确的基础上，充分贴切实际运行。在全厂运营上，在原有成熟的水、电、汽供 应系统上进行扩建改造，以保证全厂能源系统上的供求平衡。对于劳动力的增加，也只是 在原有工人的基础上适当增加，制定灵活的工人调配，并加强管理人员以及检测人员的培 训。 在完成设计说明的基础上，绘制了生产工艺流程图、车间平面布置图、车间平面立剖 图、车间平面管路图、车间管路透视图、全厂平面图共六张图。 该厂在2 0 0 5 年底建成投产后，仅用半年多时间就收回了全部投资。 关键词：全脂甜炼乳，物料衡算，热量衡算，设备选型，车间设计 a b s t r a c t i 1 1 es w e e t e n e dc o n d e n s e d 皿收w o r k s h o pw i t l lo u 印u t2 5t o n sp e rs h 谂w a sd e s i g n e df o rw u 虹 j i a n o n gd i a 巧l t d c o a r e rc o n s u l t e de x t e n s i v ei i l f 0 n 1 = 陇i o l l ，n l ef e a s i b i l i 够o ft h er e s e a r c hw 鹳 d o n e t h eo p t i m u i np r o c e s sm e t l l o dw a ss e l e c t e d 、) l ，i t l le v e 巧p r o c e s sb e i i l g 锄a l y z e d o nt l l eb a s e o fi t ，t l l em a s sb a j a n c ea 1 1 dh e a tb a j a i l c e ，t l l ea m o u 】吐o ft l l e 阳wm a t e r i a l ，t 1 1 es u p p l e m e n tm a t e r i a l a 1 1 dw a t e r ，e l e 嘶c i 吼s t r e 锄w e r ed e t c r m i i l e dr e s p e c t i v e l y t h e n ，n l et y p eo fm 血e q u i p m e n t w a ss e l e c t e d f i n a l l y ，t 1 1 em v e s 臼n e l l ta n d 也ec o s ta c c o 幽gw e r ee s t i m a = t e d t l l ed e s i 弘i sb a s e d0 n 也es t a n d a r do f s w e e t e n e dc o n d e n s e dn l i l l 【( g b 5 4 1 7 - 1 9 9 9 ) ，c l o t 0 廿l e 血e m a t i o n a ls c a i l d a r dg r 砌嘣l y t h ep r o d u c t i o n 缸地1 0 l o g yp r o c e 豁i sm e c h a n 娩她龇o m a l i c 舡l dc o m i n u o l 珞t h ep r o f c s s o r s e x p 耐e n c eo nt h et e c h o l o g yp c e s s 觚de q u i p m e mw 勰 l e a r i l tt 0 勰s u r et h ep r o d u 嘶0 nt e c h n 0 1 0 夥n 0 、张h a 吒p l 趾tl a y o ma n d 也ee c o n o m yr e a s o m 蝴e i n 也ep 】d c e s st e c h n o l o g 如t 1 1 ed e f e c t so f 也es w e e t e dc o n d e r 圆e dm i ( w e r ec o n s i d e r e d a n d m es o l u t i o nc 锄b e 西v e nt oe 璐l 鹏m eq 向毋o f 廿1 cp r o d u 眈t 0c h 0 0 s e 血ee q u i p m e 她t 1 1 e t e a c h e r sh 舀v i mm e1 0 t so f 缸m c e 孤l d m ed a t at 0m a k em c 血e o 巧a 艄a c ht 0n l ef a c t i n t h ee i l e 理莎s 0 1 l r c e ss y s t e m ，w er e c o n 鲫m c t e dt ：h es y s t e mt 0a d a p t 也en e wp l a m t h ed u t i e so f w o k e r sw e r ec t l a n g e dt 0a d a p tt l l ep r o d l l c t j b ns 0 勰t 0e m p l o y 勰l e a s t 骶w ec a n t h ea b i l i 锣o f t h e 吼l p e r v i s o r sw 嬲a l s oi n l p v e dt 0e i l s u r e 也eq 砌i t ) ro f t 1 1 ep f 0 删o n a r e rt 1 1 ea c c o m p l i s h m e n to f 廿l ed e s i g ns p e c i f i c a l i o 玛l a r g em 加i b e ro fw o r kw a sd o n ei n 也i s d e s i 盟也a ti s 嬲f o l l o 、) l 毽1 kd e s i 萨c o 璐i s t e do f t 1 1 en o 、c 1 1 a r t ，也ei c l l n o 鲈a p h y0 fi a y o u to f 融h o p ，t h ep i c t i 鹏o fe r e c tc 眈1 w a yv i e w ；m ei c h n o g r a p h yo fp i p e l i n e 毓g ，p i p e l i l l e p e r 删v e 蛐g ，a i l dt l l ei c l l n o g r a p h yo fg e n e r a ll a y o u to f t l l ew h o l ef - a c t ( h y ， b y 吐l ee n d0 f2 0 0 5 ，也ew o r k s h o p 、糯撕h 锄dm e s t e d nt 0 0 ko n l y 血m o 劬s t 0 i e c o v e rt h ee n t i i ei n v e s t n 】e n t k e yw o r d s ：c o n d e n s e ds w e e t e n e dm i l k ，m a s sb a j a n c e ，h e a tb a l a i l c e ，e q u i p m e n tc h o i c e ，l a y o u t o f 、o r k s h o p 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：这整日期：乒岬年6 月勿日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江 南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：越导师签名： 日期：哆年多月；9 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 牛乳的基本成分及理化特性 1 1 1 牛乳的基本成分 牛乳的主要成分有水分、蛋白质、脂肪、乳糖、维生素、无机盐、酶类、气体以及其 他微量成分。牛乳中各成分受乳牛品种、个体、饲养等因素的影响而有所变化，其中变化 最大的是脂肪，其次是蛋白质，乳糖与无机盐比较稳定。 牛乳中水占8 7 8 9 ，干物质1 1 1 2 5 。干物质中脂肪占3 5 ，蛋白质3 3 4 ，乳糖4 5 4 7 ，无机盐0 6 o 7 。 乳是各种化学物质的混合物，是一种复杂的具有胶体特性的生物学液体。乳中所含有 的水分大部分是以游离状态存在，乳糖和可溶性盐类以分子或离子状态分散在水中形成了 真溶液，蛋白质以极细的微胶粒状态存在于乳中形成了胶体悬浮液，脂肪以脂肪球状态分 散在乳中形成乳浊液，牛乳是由这三种体系构成的一种均匀稳定的悬浮状况和乳浊状态的 胶体性溶液n 1 。 1 1 1 1 水 以游离水、结合水、结晶水三种方式存在。游离水占绝大部分( 8 7 8 9 ) ，为溶解相 分散其他营养物质的溶剂，这种水不稳定，在常压l o o 条件下即沸腾汽化，o 时结冰， 游离水用浓缩、干燥等方法可以排除。结合水约占2 3 ，通过水分子的氢键与蛋白质 的亲水基结合，它较稳定不易排除，在1 0 2 1 0 3 干燥箱内先后两次干燥3 h 方能完全烘 干。牛乳中尚有少量的水是晶体化合物的结构成分，以分子形式存在于晶体内，称为结晶 水，如乳糖有1 分子结晶水。 1 1 1 2 乳脂肪 以微小的圆球形或椭圆形球的状态悬浮在乳中，含量一般为3 巧，乳脂中约有9 7 9 8 为甘油三酸酯，有近1 的为磷脂，还有微量的游离脂肪酸、甾醇、卵磷酯。牛乳脂 肪球直径约为1 0 肚1 0 0 0 0 毫微米，l 毫升牛乳中可含有2 4 1 0 9 个脂肪球。用电子显微镜 观察可看到球面有一层5 1 0 纳米厚的脂肪球膜，由蛋白质、磷脂、高熔点甘油三酸酯、 甾醇、维生素、金属、酶类及结合水等复杂的化合物所构成，脂肪球膜使脂肪球在乳中保 待稳定性。牛乳脂肪与一般脂肪相比，乳脂肪的脂肪酸组成中含低级挥发性脂肪酸多达1 4 左右，水溶性挥发性脂肪酸的含量比例特别高，达8 左右，这是乳脂肪风味良好及易 于消化的原因所在；但也容易受光线、热、氧、金属等作用使脂肪氧化而产生脂肪氧化味； 脂肪酸中不仅有醋酸，还有c 2 旷c 2 6 的高级饱和脂肪酸，也发现有常侧链的脂肪酸；乳脂 肪的不饱和脂肪酸主要是油酸，约占不饱和脂肪酸总量的7 0 左右，由于饱和脂肪酸双键 位置的不同，能构成许多异构体。 1 1 。1 3 乳蛋白质 牛乳的含氮物质中乳蛋白质占9 5 ，其中包括酪蛋白及乳清蛋白，还有少量脂肪球膜 蛋白；其余5 为非蛋白氨。牛乳中蛋白质的含量为3 4 左右，其中酪蛋白2 9 ，乳白 江南大学工程硕士学位论文 蛋白占o 4 ，球蛋白占0 1 。 1 1 1 3 1 酪蛋自 在2 0 调节脱脂乳的p h 值到4 6 时所析出的一类蛋白质称为酪蛋白，比重为 1 2 5 1 3 1 ，白色、无味、无臭、不溶于水、醇及有机溶剂，而溶于苛性碱、碱土金属及磷 酸钙的溶液，进一步实验表明酪蛋白并不是单一的蛋白质，而是一类既相似又相异的多种 蛋白质组成的复杂物质。酪蛋自在乳中是以“酪蛋白酸钙一磷酸钙一复合体胶粒存在，以 直径约2 0 0 0 毫微米极微细的胶体颗粒悬浮于乳中，酪蛋白属于结合蛋白质，是典型的 磷蛋白，具有明显的酸性。 1 1 1 3 2 乳白蛋白与乳球蛋白 用酸使脱脂乳中的酪蛋白沉淀，将沉淀除去剩余液体就是乳清。乳清p h 值达到4 6 4 7 时，经2 0 蚵n 煮沸，这时析出的沉淀即为热不稳定的乳清蛋白质，主要由乳白蛋白和乳球 蛋白组成，这两种蛋白约占乳清蛋白总量的8 1 ；热稳定的乳清蛋白质有膘和胨。乳清在 中性状态下加饱和硫酸铵或饱和硫酸镁盐析时，呈溶解状态并不析出的蛋白质即属于乳白 蛋白，约占乳清蛋白的6 8 ，它不含磷，而含大量硫，能溶于水，在酸的作用下不沉淀。 乳清在中性条件加饱和硫酸铵和硫酸镁时，析出的呈不溶解状态的蛋白质即为乳球蛋白， 占乳清蛋白质的1 3 ，乳球蛋白因具有抗原作用，又被称为免疫球蛋白。乳白蛋白和乳球 蛋白对热都不稳定，6 2 “3 ，3 0 分钟杀菌时即产生凝固现象，如果8 0 ，6 0 m i n 杀菌则 乳白蛋白和乳球蛋白完全凝固。 乳中非蛋白氯物质主要有尿素、尿酸、肌酐、肌酸等。 1 1 1 4 乳糖 乳糖是哺乳动物乳汁中特有的糖类，占乳中糖类的9 9 8 以上，以溶液状态存在于乳 中，乳糖的甜度仅为蔗糖的1 6 2 0 ，由于乳搪极易被乳酸菌分解，1 分子乳糖可生成4 分子乳酸，所以牛乳挤下后酸度逐渐增高，当牛乳的酸度到达适当酸度时，可以抑制细菌 的繁殖，不然牛乳就会分解而腐败。需特别指出的是在哺乳期的婴儿，脑及神经组织发育 旺盛，每消化1 分子乳糖可得到1 分子葡萄糖和1 分子半乳糖，半乳糖是构成脑及神经组 织糖脂质的一种成分，能促进婴儿的智力发育，乳糖能促进肠道内的乳酸菌的生产而产生 乳酸，有利于婴儿对钙及甚他无机盐吸收。 1 1 1 5 无机盐 牛乳中所含无机盐主要是钾、钠、钙、磷、镁、硫、氯及微量元素，随泌乳期、饲料 及个体健康状况等各种条件的不同而有差异，其中碱性成分多于酸性成分。乳中钠、钾的 大部分是以氯化物、磷酸盐及柠檬酸盐的离子溶解状态存在；钙、镁小部分呈溶解状态存 在，大部分与酪蛋白、磷酸、柠檬酸结合呈胶体状态；磷是酪蛋白、磷脂及有机磷酸酯的 成分。无机成分中以钙、磷最为重要。牛乳经乳酸发酵后酸度不断升高，不溶性的无机盐 逐渐转变为可溶性，结果钙、镁全部变为可溶性，而无机磷也变为可溶性的盐。乳中的无 机成分含量虽然很少，但乳中蛋白质的稳定性主要决定于盐类平衡，牛乳中钙、镁与磷酸、 柠檬酸之间保持着定比例平衡，使牛乳具有对热稳定的特性，如果钙、镁含量过剩，牛 2 第一章绪论 乳在比较低的温度下加热也会发生凝固。乳中氯的含量和乳糖的含量间也有一定的比例关 系，以保证具有一定的渗透压作用。铜、铁、锰等微量元素，在乳中数量虽少，但在机体 的生理过程中和营养上却具有重要作用。牛乳中的铁比人乳少，应予以强化以保证婴儿营 养需要。 1 1 1 6 维生素 牛乳中含有几乎所有已知的维生素，维生素b 2 含量丰富，维生素d 含量不高。维生 素a 、d 、b 6 及尼克酸对热稳定；维生素b l 、b 1 2 、c 等对热不稳定，但是在无氧条件下加 热就能减少其损失。用发酵法生产的酸乳制品，因微生物的生物合成，能提高一些维生素 含量。维生素b l 及维生素c 因具有在日光照射下遭受破坏的特性，应该用褐色避光容器 包装乳制品，可以减少其损失；此外铜、铁、锌金属会破坏维生素c ，所以要尽可能采用 不锈钢制的器具设备。 1 1 1 7 酶 乳中的酶类一是来自乳腺( 即乳中固有的) ，二是来源微生物的代谢产物。乳中酶的种 类较多，与乳品生产中有密切关系的主要属于水解酶类、氧化还原酶类两大类。 1 1 1 7 1 过氧化物酶 主要来自白细胞的细胞成分，最适p h 值为6 8 ，温度为2 5 ，这种酶在乳加热到7 5 ，维持2 5 血即被钝化，因此可利用乳中是否存在过氧化物酶来判断乳是否经过热处理。 但已经过氧化物酶钝化的杀菌合格乳装瓶后，如不立即冷藏于2 0 以下温度存放时，过氧 化物酶可恢复活性。 1 1 1 7 2 还原酶 乳中微生物代谢的产物，新鲜牛乳中还原酶很少，随着细菌数的增加还原酶也增加， 所以乳中还原酶的量与微生物污染的程度成正比；当牛乳加热到7 0 ，保温3 0 n 血，酶的 活性被破坏。 1 1 1 7 3 解酯酶 解酯酶能将脂肪分解成甘油及脂肪酸，一小部分是出乳腺进入乳中的，而微生物是解 脂酶的主要来源，使乳制品脂肪分解产生酸败气味的主要原因是由于解脂酶的存在；解脂 酶发挥作用的最适温度为3 7 ，p h 为9 o 9 2 ，经8 0 ，2 0 s 加热可完全钝化，已经钝化 的酶尚有恢复活性的能力。 1 1 1 7 4 磷酸酶 磷酸酶为乳中固有酶，其中主要是碱性磷酸酶。牛乳经低温巴氏杀菌( 5 3 ，3 0 m i n ； 7 2 ，2 0 s ) 乳中磷酸酶即被破坏，经高温短时间杀菌已失去活性的碱性磷酸酶，在储藏过 程中有部分重新恢复活性的情况。磷酸酶试验用于检验低温巴氏消毒牛乳消毒是否彻底， 就是基于乳中磷酸酶是否失去活性来判定乳杀菌的彻底程度。 1 1 2 牛乳的物理特性 正常的牛乳不仅具有相对稳定的化学成分，还具有一定的物理性质，这些物理特性是 鉴定乳质的重要依据。 3 江南大学工程硕士学位论文 1 1 2 1牛乳的色泽、滋味与气味 正常牛乳的颜色呈不透明的乳白色或淡黄色，脂溶性的胡萝卜素和叶黄素使乳略带淡 黄色；乳中存在有挥发性脂肪酸及其他挥发性的物质，所以牛乳带有特殊的香味，这种香 味随温度的高低而有差异，即乳经加热后香味强烈，冷却后减弱。新鲜纯净的牛乳略带甜 味和咸味。 1 1 2 2 牛乳的沸点、比热、冰点 牛乳的沸点在一个大气压下约为1 0 0 5 5 。比热是将牛乳温度升高l 所需要的热量 和相同重量的水温升高1 所需热量之比，为0 9 3 o 9 6 c a l g ，等于3 8 9 4 0 2 幻 ( 1 ( g ) 。冰点约为o 5 4 0 。 1 1 2 3 牛乳的导电率 牛乳在2 0 时导电率为0 0 0 4 0 0 0 5 s ，般导电率超过o 0 0 6 s 的牛乳可认为是病牛乳， 故可应用电导仪进行乳房炎乳的快速检验。 1 1 2 4 牛乳的粘度、表面张力 牛乳的粘度在2 0 时为o 0 0 1 5 0 0 0 2 p a s ，温度升高粘度降低。牛乳的表面张力随 温度的上升而降低，随含脂率的减少而增大，在1 5 时为o 0 5 2 8 n m ，牛乳比水容易形 成气泡，就是由于表面张力比水低的缘故。 1 1 2 5 牛乳的比重、密度 牛乳的比重是以1 5 为标准，正常乳的比重平均d 1 5 = 1 0 3 2 。乳的密度系指乳在2 0 时的质量与同容积水在4 时的质量之比，正常乳的密度平均为d 4 2 0 = 1 0 3 0 。在同温度下 比重和密度的绝对值相差甚微，乳的密度较比重小0 0 0 1 9 ，乳品生产中常以0 0 0 2 的差数 进行换算。刚挤出的乳放置2 3 h 后，其密度要升高o 0 0 1 左右，这是由于乳中的部分溶存 的气体在存放过程中逐渐逸出以及部分脂肪凝固所致。 1 1 2 6 牛乳的酸度及p h 值 酸度是反映牛乳新鲜度和热稳定性的重要指标，酸度高的牛乳，新鲜度低，热稳定性 差。乳品生产经常需要测定乳的酸度，乳的酸度有种种表示形式，乳品工业中习称的酸度 是指以标准碱溶液用滴定法测定的滴定酸度，我国滴定酸度用简称“0 1 r 或乳酸百分率( 乳 酸) 来表示；正常新鲜牛乳的滴定酸度一般为1 6 1 8 叮，用乳酸百分率表示一般为o 1 5 o 1 6 ，若以p h 值来表示为6 5 6 7 ；由于牛乳的p h 值易受牛乳中缓冲成分影响，所以 p h 值与滴定酸度之间不能表示出一定的规律性。乳中酸度主要来源是乳蛋白质分子中含 有较多的酸性氨基酸和自由的羧基，而且受磷酸盐等酸性物质的影响；刚挤出的新鲜乳酸 度可称为自然酸度，挤出后的乳在微生物作用下产酸发酵，乳的酸度逐渐升高。升高的这 部分酸度可称为发酵酸度，这两种酸度之和即为总酸度，乳品工业测定的酸度就是总酸度。 乳的酸度低，凝固温度高，酸度2 0 0 t 的牛乳煮沸时不凝固，3 0 0 1 r 的牛乳加热至7 7 凝固， 而酸度5 0 0 t ，2 2 时自行凝固。 4 第一章绪论 1 2 乳制品对人体健康的作用 近年来的营养和食品科学研究证明，长期乳制品的摄入对于维持人体健康具有明显的 作用，牛奶与国民健康息息相关。 1 2 1 乳制品的营养健康作用 乳制品是帮助维持膳食营养平衡的重要食物类群，也是膳食中护卫健康的重要因素。 乳制品可提供全面均衡的营养素，为人体健康和生长发育提供物质基础。 据第四次全国营养调查结果，我国膳食供应最感不足的营养素是钙、维生素a 和维生 素b 2 ，而乳制品正是这几种营养素的最佳来源或良好来源。乳类含有多功能、广谱的保护 物质，如免疫球蛋白、乳铁蛋白、游离脂肪酸和甘油单脂肪酸酯等，它们可以对病菌产生 抑制作用；乳中还提供了一些能抑制致病菌与肠粘膜上受体结合的物质，多含碳水化合物 成分，如糖蛋白、糖脂、低聚糖、聚葡糖胺等；乳脂中还含有一些抗癌成分，如共轭亚油 酸、醚酯、神经鞘磷脂和酪酸等。此外，乳中提供了直接具备生物活性的因子，如多种细 胞因子和生长因子；同时，乳中酪蛋白、乳清蛋白和铁蛋白等成分本身在提供营养素之外 也具有一定的生理调节作用，如免疫调节作用、抗癌作用和降血压作用。 乳蛋白质在消化道中的某些分解片段具有多种生物活性，有的已经被认定为生物活性 肽，包括抗菌肽、降压肽、抗凝血肽、类阿片肽、免疫调节肽、酪蛋白磷肽等。经研究证 明，各种生理活性肽经口摄入后确实具有生物活性。同时也发现，一些具有生理活性的片 段似乎具有抵抗蛋白酶水解的能力，在肠道内不会被水解为游离氨基酸。这种特点对它们 发挥生理活性是有益的。同时，消化酶的特异性切割也使得生理活性物质得以生成嗍。 1 2 2 乳制品的免疫调节作用 乳制品天然含有多种抗菌物质，也包括一些蛋白质成分，如免疫球蛋白、酪蛋白、溶 茵酶、乳铁蛋白、乳白蛋白和过氧化物酶等，它们在新生动物的胃肠道中对蛋白质水解具 有抵抗力，可以完整或以较大片段存在于肠道中，帮助幼小动物抵抗致病菌和病毒。乳铁 蛋白不仅能促进特异性抗体产生，调节肠粘膜中巨噬细胞的功能，还可与自然杀伤细胞或 巨噬细胞的d n a 发生专一性结合，导致某些特定基因的翻译活化，作为抵抗微生物的第 二道防线。此外，乳中的胰岛素样生长因子、表皮生长因子等可促进肠粘膜和其他组织的 生长，也有利于抵抗感染并快速从肠道感染中恢复。 乳蛋白质的水解片段也具有免疫调节活性，而且分离出了多个具有免疫活性的肽段。 牛乳中的q 酪蛋白和口一酪蛋白可促进有丝分裂原刺激引起的干扰素一b 的生成；a 酪蛋 白在凝乳酶作用下脱下的含糖基肽则会抑制干扰素b 的生成。同时，酪蛋白的各组分都具 有促进特异性抗体生成的作用。然而，与免疫增强药物不同，在病毒或有丝分裂原不存在 的情况下，免疫细胞的活性不会受到酪蛋白组分的影响；而且酪蛋白的作用更为温和，对 人体的内平衡不会有强烈影响。 许多乳蛋白质经水解之后具有较水解前更强或是全然不同的免疫调节活性。部分水解 物有促进免疫细胞增殖的作用，而另一些则具有抑制作用。如乳清蛋白酶水解物可在更低 的浓度下刺激脾细胞增殖；又如，牛乳清蛋白中的乳铁蛋白和过氧化物酶在体外试验中具 江南大学工程硕士学位论文 有抑制羊血白细胞在有丝分裂原刺激下的增殖反应和v 一干扰索生成的作用。然而，它们的 效果在两个组分共同存在时或是在乳清蛋白质浓缩物中则被减弱或是完全消失。因此可以 推测，由于乳蛋白中混合了多种蛋白质或是与其他微量成分相互作用，使其免疫调节活性 相互抵消，并因人体的体质不同生理活性可能发生微妙的变化。 牛奶蛋白质经过酶水解可产生一些效应肯定、结构清楚的免疫调节肽，它们可激活免 疫系统，增强免疫细胞增殖反应，或提高动物体对致病菌的抵抗力。它们包括酪蛋白酶水 解物、乳铁蛋白酶水解物和q 乳清蛋白的酶水解产物等。同时，发酵乳的免疫调节活性巳 被公认，包括预防和减轻病原菌导致的胃肠道感染，减轻轮状病毒导致的婴儿腹泻，减轻 哮喘、过敏和关节炎等与自身免疫有关的疾病，增加肠道i g a 的分泌细胞数和抗体量，提 高肠道对多种致病菌的抵抗力，改善辐射、应激、衰老实验动物的免疫功能等。 1 2 3 乳制品的营养调整及保健应用 乳制品所表现出的多方面健康作用，使人们对它的加工和消费更为重视，也使人类更 深入地认识到食物保健作用的机理。目前，牛奶蛋白质分离物已用于食品和饮料的制作当 中，以满足不同人群的特殊需要。例如，糖尿病人可饮用高蛋白质和低碳水化合物的饮料， 肥胖病人可饮用富含支链氨基酸的饮料，而免疫功能低下者可饮用含有免疫调节作用糖肽 的乳蛋白饮料。一些活性肽已经开发为保健食品，而含有牛乳免疫球蛋白和低聚糖的产品 已经被市场广泛接受。 乳制品中的保健物质含量可以通过饲养或加工进行调整。例如，饲喂富含亚油酸的葵 花籽油可使乳脂中的主要抗癌成分共轭亚油酸( c l a ) 的含量提高5 0 以上；牧场放牧的乳 牛能够获得新鲜青草，所产牛奶也含有较多的c l a 。特定菌种发酵可以增加发酵奶中的 c l a 含量；人工添加酪酸也可以增加酸奶中的酪酸含量，从而增强产品的抗癌效用。通过 选择特定的菌种，还可以开发具有各种保健功能的酸奶，如预防肠道感染和提高免疫功能 的酸奶等。 然而，乳制品也不是十全十美的食品，可以对其进行营养调整和营养强化。大量摄入 牛奶可能增加膳食中的饱和脂肪含量，提高膳食能量，因而对于老年人、高脂血症患者和 每日饮用牛奶2 杯或更多的人来说，低脂奶是明智的选择；对于选择脱脂奶的人来说，添 加必需脂肪酸和维生素a 、d 、e 可以弥补乳脂营养的损失；对于拒绝肉食的广义素食者 来说，乳制品中强化铁、锌等微量元素有利于改善他们的膳食营养平衡。 实际上，乳制品为水油两相体系，所含蛋白质、脂类、碳水化合物对营养保健成分具 有保护作用，是进行营养强化的理想载体。添加矿物质、低聚糖、d h a 、膳食纤维等保健 成分的乳制品已经投放市场。然而，目前乳制品的营养强化品种仍然不足，营养意义和目 标人群不够明确，消费者对这些产品的了解程度和接受意识也不够高，相信随着乳制品营 养保健功能研究的不断深入，产品品种将进一步丰富；随着营养知识的普及，国民对乳制 品消费的理念也会更加成熟相信未来的市场中；营养调整后乳制品和保健型乳制品在产品 中的比例将会更大。 6 第一章绪论 1 2 4 乳制品与心脑血管疾病 近年来的研究证据还表明，乳制品消费可能与较低的血压相联系。由于高血压是中风 的最强风险因素，因此控制血压对于预防心脑血管疾病十分关键。分析证实，来自乳制品 的钙比非乳制品钙增补剂的降压效果高一倍。研究者推测，这可能是由于乳制品中钾、镁 和钙的恰当平衡有利于降压，并含有乳蛋白质水解形成的降压活性肽。在各种乳制品当中， 发酵乳制品的降压作用较不发酵产品更强。这暗示，除了钙、钾、镁之外，乳制品中的另 一个降压因索可能是降压生物活性肽。牛奶中的酪蛋白和乳清蛋白都是血管紧张素转换酶 ( a c e ) 抑制肽的良好来源，它们可以通过酶水解、胃肠道消化或食品加工过程被释放出来。 目前，从多种乳酸菌发酵奶、奶酪乳清、酪蛋白、乳清蛋白、b 乳球蛋白等材料中均分离 出了抗高血压活性肽，在以自发性高血压大鼠为材料的动物实验中具有降压活性。 除降低血压外，乳制品中尚有其他有利预防心脑血管疾病的因素。与心血管病发病有 关的因素还包括肥胖、高血脂、胰岛素抵抗，而乳制品消费在这几个方面均有积极作用。 目前已有证据显示，摄入发酵乳有一定程度的降血胆固醇作用，其机理可能是促进肠道有 益菌群的增殖而产生短链脂肪酸，以及促进胆酸的排出而加速胆固醇的利用。研究还发现， 每天吃一份以上乳制品的人发生代谢综合症的机率降低4 0 ，他们的空腹血糖、血甘油三 酯较低，而如) l 较高。流行病学研究报告也证实，膳食中乳制品者血清同半胱氨酸和脂 质过氧化水平较低，从而降低了心血管疾病的风险圆。 鉴于乳制品摄入与血压和中风之间关系的明确证据，以及乳制品中所含的抗凝血因素 和胰岛素抵抗的作用对预防心血管疾病有利，在美国心脏协会提出的膳食指南当中，第四 条便是“维持强调水果、蔬菜和低脂乳制品的膳食结构，减少脂肪摄入。 1 3 我国乳制品加工及消费的概况 根据2 0 0 4 年中国奶业年鉴的统计，我国目前乳品加工企业有1 5 0 0 余家，其中年 销售额5 0 0 万元以上的有3 5 9 家，上亿元的有1 2 家。随着近年来我国乳品加工业体制改 革和技术改造力度的加大，通过产业化经营的实施也成就了一批有实力的奶业集团，初步 建立起一些知名品牌。如上海光明、内蒙古的伊利和蒙牛、河北三鹿、北京三元、黑龙江 完达山等。有四家上市公司，分别是伊利股份( 6 0 0 8 8 7 s s ) 、光明乳业( 6 0 0 5 9 7 s s ) 、三元 股份( 6 0 0 4 2 9 s s ) ，蒙牛乳业( 2 3 1 9 h k ) 。伴随着市场容量的扩张，中国乳品加工企业呈现出 四大特征：一是各乳品企业加紧奶源基地建设，掀起新一轮的“圈地 热潮：二是产品结 构大调整，主流产品由奶粉转为液体奶；三是大型企业的市场地位进一步加强，对地方上 的中小企业带来巨大的竞争压力；四是企业间联合与并购现象越演越烈，但整合能力急需 提高。总之，中国目前的乳制品企业可以说是鱼龙混杂i 诸侯割据，随着竞争的加剧和行 业规范的逐步完善，乳品企业面临着新一轮的洗牌【3 1 。 我国的乳品消费受居民收入、消费习惯、营养知识、城市化水平等多方面因素的影响， 整体消费水平还不高。消费特征是主要集中在城市，人均消费量较低，中小城镇市场潜力 大。目前，中国的原奶产量大幅度增长，全国大中城市乳品供应充足，但因为农村居民乳 品消费量小，而农村人口又占全国总人口的7 0 7 4 ，这样全国乳品人均消费量就比较低 7 江南大学工程硕士学位论文 了。从消费群体来看，主要还是儿童和老年人，作为一种营养品，造成这种消费群体的重 要因素还是居民的收入，可以说，收入的增长构成了未来中国乳品生产和消费进一步发展 的重要力量。国家统计局的资料显示，目前奶及奶制品消费的有效人口只有2 亿多。根据 2 0 0 4 年中国统计年鉴，城镇居民人均每年用于乳品消费的支出为1 2 4 7 元左右，为2 0 0 3 年城镇居民平均可支配收入的1 4 9 6 ，并且乳制品支出仅占食品支出的5 。在国务院批准 发布实施的中国食物与营养发展纲要( 2 0 0 l _ 2 0 1 0 ) 中，奶业为优先发展的三个重点 食物领域之二。根据目标要求，到2 0 1 0 年中国人均乳类占有量将达到1 6 k g ，其中城市居 民为3 2 蚝，农村居民为7 l ( g ，总产量达到2 6 0 0 万t 。有专家预计，中国奶类产量将在2 0 15 年达到2 0 0 0 万t ，2 0 3 0 年达到7 0 0 0 万t 。由此可见，今后一个时期中国奶业会呈现快速、 健康的发展势头【4 j 。 中国加工乳制品的品种主要有液态奶和固态乳制品两大类。液态奶包括饮用鲜奶、酸 奶和其他花色奶；固态乳制品主要有全脂和脱脂奶粉，而黄油、干酪和炼乳产量很少。据 统计，销售额排前l o 位的企业中，其液体奶的市场份额约占全国总产量的6 2 ，奶粉销 量约占全国奶粉总产量的3 3 【5 j 。 1 4 国内外炼乳产品的概况 1 4 1国内外炼乳产品的研究进展 炼乳可分为淡炼乳和甜炼乳。将原料乳标准化，经真空浓缩，使乳固体浓缩2 5 倍， 装入铁罐密封保存为淡炼乳。甜炼乳是牛乳加入约1 6 的蔗糖并浓缩至原容积4 0 左右的 一种乳制品。一般炼乳的体积只有原牛奶的一半，如对一倍的水，又可变成牛奶。如把甜 炼乳加1 倍水稀释，其蛋白质、脂肪的含量与牛奶一样，但甜度太大难以入口，必须再加 4 倍的水，把含糖量稀释到1 0 以下。这样，炼乳中蛋白质和脂肪的含量却只有2 以下， 长期用炼乳产品哺育婴儿，会使婴儿营养不良、贫血、水肿、抵抗力降低，易患各种疾病， 影响生长发育，总之，炼乳是不能用做婴儿食品的。 国内外文献中，关于炼乳品质控制的研究已有较多文献报道：n 融a d ，d f 研究了甜 炼乳粘性的影响因素旧； e p17 0 7 0 5 6 公开了保持低热量炼乳货架稳定性的方法川； u p a d l l y a y ，k g 等讨论了甜炼乳贮存期变稠缺陷1 8 】；郭淑然研究了甜炼乳变稠的原因，并提 出相应的改善措施f 9 1 ；卓勇贤探讨了炼乳褐变的原因，并提出了控制措施【1 0 1 ；付秀辉等研 究了引起甜炼乳罐头鼓胀变质的嗜高糖酵母菌f 1 。关于炼乳生产工艺的研究已有公开文献 报道：c h e n g ，l j 等研究了奶粉生产过程中的预热处理对甜炼乳粘性的影响f 1 2 】；l 醐鹏n c e ， a 等研究了热处理及均质压力对甜炼乳产品品质的影响1 1 3 1 。关于甜炼乳生产方法的研究已 有文献报道，如：s w e d i s hp a t e n t s e5 2 l8 4 4c 2 ，2 0 0 3 中公开了一种甜炼乳的生产方法， 其注重原料的混合而不是蒸发工艺，原料中加入了2 种植物胶混合而成的稳定剂1 1 4 1 ；孙向 东等以蛋白酶为主的复合酶生产全脂大豆炼乳，对酶的用量，作用时间，底物浓度之间的 关系进行研究，讨论了影响产品质量的因素。研究表明，在酶用量为3 0 0 单位儋底物，作 用时间为2 0 m i n ，底物浓度为1 ：4 时，产品质量和风味俱佳。经酶水解后浓缩制得的大豆 炼乳溶解度大大提高，粘度降低，流动性好，易于为人体消化吸收f 1 5 1 。 第一章绪论 1 4 2 我国炼乳产业的发展状况 民国以来，在我国食品市场中炼乳制品一直以“洋货 占绝对支配地位，在我国市场 最具影响的炼乳制品是英国的英瑞炼乳公司生产的鹰牌炼乳。我国的民族炼乳业起步较 晚，1 9 2 4 年在浙江的温州城区成立了一家以土法炼乳的的加工厂宇康炼乳厂，此后又 有人陆续进行小规模的土法制造炼乳。这些小作坊产量小，品质差，并没在市场上引起什 么反响。1 9 2 6 年由名闻全国的温州实业家吴百亨在温州成立的“百好炼乳厂帮才真正可算 是民族炼乳业的开始。吴氏以4 白口擒雕”为商标，寓意要战胜当时垄断我国炼乳市场的英 商英瑞炼乳公司的鹰牌炼乳。擒雕牌炼乳先后荣获中华国货展览会金奖和西湖博览会特等 奖。1 9 5 8 年该厂一分为二，在瑞安部分称“瑞安百好炼乳厂”，在温州部分称“温州乳品厂。 8 0 年代初，两厂日产量近6 万公斤，炼乳质量也不断提高，多次在全国和全省获奖。这两 家乳品厂现为国家出口炼乳的定点厂家。其生产的熊猫牌甜炼乳，产品销往全国各地，同 时出口到东欧、南美、东南亚、非洲、香港等1 5 个国家和地区【1 6 ，1 7 1 。 目前，熊猫乳业是中国规模最大的炼乳生产企业，位居同行业第一。现有浙江熊猫乳 品有限公司、上海熊猫乳品有限公司、上海熊猫食品原料有限公司、海南熊猫乳品有限公 司、宁夏熊猫乳品有限公司、内蒙古呼伦贝尔光明熊猫乳品有限公司( 与光明乳业合资企 业) 。其主要产品有：熊猫牌甜炼乳、熊猫牌淡炼乳、国鹰牌炼乳、国宝牌炼乳、熊猫可 宝奶粉、可宝牌乳饮料等系列产品。 相对与其他乳制品而言，炼乳在国内乃至世界范围内市场很小。但是，炼乳作为一种 优良的乳品工业原料，已广泛应用到糖果、糕点、餐饮和乳饮料行业中，为终端产品质量 的改良、风味的提升和口感的改善起着至关重要的作用。 1 5 本设计的提出及其意义 本设计主要是为无锡市佳浓乳品有限公司进行一条班产2 5 吨甜炼乳车间的工厂设 计，生产听装的甜炼乳产品。 无锡市佳浓乳品有限公司作为无锡市的重点乳制品企业，拥有着雄厚的经济实力与技 术支持，该公司与我校有着长期良好的合作关系。公司尽管一直生产工业用甜炼乳，但厂 房破旧，设备老化。为此，该公司希望我们为其设计一条班产2 5 吨甜炼乳车间，生产听 装的甜炼乳产品。 。 本设计从我国目前乳品工业发展状况和市场经济形势出发，认真贯彻食品工业的各项 指标，以生产向机械化，自动化，连续化方向发展，因地制宜，力求工艺技术上合理、可 靠、先进，规范、灵活、积极吸取相关厂家的建厂经验，借鉴国内外先进技术成果，做到 生产技术上可靠，厂区车间布置合理，经济上投资少，回报快，同时为企业的再发展留有 空间余地。 该厂在2 0 0 5 年底建成投产后，仅用半年多时间就收回了全部投资。 1 6 本设计的主要内容 本设计主要是为无锡市佳浓乳品有限公司进行一条班产2 5 吨甜炼乳车间的工厂设 计，生产听装的甜炼乳产品。在设计过程中开展了可行性研究，进行了详细的工艺论证， 9 江南大学工程硕士学位论文 对每个工艺过程进行分析，并且在此基础上进行了物料衡算、热量衡算、确定原辅材料用 量，以及水、电、汽耗量，对主要设备进行选型，最后进行投资估算和成本核算。 在工艺上，本设计充分考虑到全脂甜炼乳在工业生产中的缺陷，并针对各缺陷列出解 决方案，保证产品的质量。在设备选型上，汲取了老师以及一些设备厂家的经验数据，力 求在理论上准确的基础上，充分贴切实际运行。在全厂运营上，在原有成熟的水、电、汽 供应系统上进行扩建改造，以保证全厂能源系统上的供求平衡。对于劳动力的增加，也只 是在原有工人的基础上适当增加，制定灵活的工人的调配，并加强管理人员以及检测人员 的培训。 本设计主要内容包括以下七方面： 一、对全脂甜炼乳生产工艺进行论证。在保证产品质量的前提下，各个步骤尽量做到 最优化设计。并针对全脂甜炼乳生产工艺中的缺陷，提出了解决方案。全脂甜炼乳的缺陷 主要包括：变稠、脂肪上浮、糖结晶、钙盐沉淀、钮扣、胖听、褐变、小凝粒、气泡等。 研究表明：要避免以上各种质量问题，必须做到从原料乳到装罐到封罐，每一个步骤都要 严格遵守操作规程。 三、进行全脂甜炼乳车间的物料衡算。 四、热量衡算和主要设备选型。 五、研究了全脂甜炼乳生产企业的劳动力组织及辅助设旌。 六、进行了技术经济核算。 由于佳浓乳品有限公司为一家已经良好运营的乳品生产厂家，对于乳制品的加工己具 有较高的生产技术水平。因此本设计的主要任务还是进行原有车间的改造，在有限的空间 内做到炼乳的高质量生产。这不仅需要对炼乳工艺的充分了解，对车间设计的实际经验， 而且对操作人员的素质也提出了更高的要求。 l o 第二章全脂甜炼乳生产工艺论证 第二章全脂甜炼乳生产工艺论证 2 1工艺流程 本工艺流程的设计在保证产品质量的前提下，各个步骤尽量做到最优化设计n 8 耻2 副。 具体工艺流程如下： 圃一圈一 圆一圈一 图2 一l 全脂甜炼乳工艺流程图 2 2 工艺论证 2 2 1原料乳的收集与运输 欲生产高质量的全脂甜炼乳等乳制品，原料乳的质量与新鲜度是一个非常重要的因 素故一般要求牛乳在挤出后应该立即冷却至4 以下。考虑到中小型牧场和个体养牛户 通常不具备冷却装置，工厂应该在牧场集中的地区设立收奶站，( 点) ，并在站点设一定的 降温设备，冷却介质可用当地的地下水。收奶人员应该在第一时间收集到新鲜的牛奶并及 时将奶输送到工厂厂区。由于本设计为在原牛奶生产工厂上的扩建，所以仅需添加人力并 扩大收奶量，收奶设施已经基本具备。 2 2 2 原料乳的检验 2 2 2 1检验目的 圜，圈，圈，圆，圆，口，口圈。口。圈。囝囹。囵圆圈。囫 江南大学工程硕士学位论文 欲得到优质的炼乳，需选用符合轻标( q b ) 3 2 8 1 规定的新鲜牛乳。 2 2 2 2 验收标准 ( 1 ) 采用健康母牛挤出的新鲜天然乳汁。 ( 2 ) 不得使用产前的1 5 日的胎乳和产后7 日内的初乳。 ( 3 ) 原料乳不得含有肉眼可见的杂质。 ( 4 ) 具有新鲜牛乳的滋味和气味，不得有外来的异味，如饲料味、苦味、臭味、涩 味等。 ( 5 ) 为均匀无沉淀的流体，呈浓厚粘性者不得使用。 ( 6 ) 色泽应为白色或捎带微黄色，不得有红色或绿色或显著黄色。 ( 7 ) 酸度不超过1 8 。t ( 相当乳酸o 1 8 ) ，个别地区允许使用不高于1 9 。t 的牛乳。 ( 8 ) 原料乳含脂肪率应大于或等于3 2 ，总乳固体不低于或等于1 1 5 。不得使 用任何化学物质和防腐剂。 ( 9 ) 汞的残留量( 以汞记) 不得高于o 0 1 m g k g 。 ( 1 0 ) 原料乳在1 5 时相对密度为1 0 3 2 o 0 2 。 ( 1 1 ) 特级牛乳的细菌数5 0 万个m l 。甲级牛乳细菌数1 0 0 万m l 。 2 2 2 3 验收内容及检验方法 。( 1 ) 感官评定 主要检测的是色泽、滋味和气味。 通过直接目测法，观测原料乳的色泽。正常的牛乳呈不透明的乳白色或稍微带淡黄色。 其中的乳白色是牛乳中的酪蛋白磷酸钙复合物的微粒子和微细的脂肪球对光线的不 规则反射的结果。淡黄色是来自乳中存在的胡萝卜素和叶黄素。 通过专门人员的品评检测原料乳的滋味和气味。乳中由于含有挥发性的脂肪酸及其他 挥发性物质，所以牛乳具有一定的奶香，温度越高，香味越浓。正常牛乳味微甜，因含有 氯离