冰红茶工艺设计.doc

摘要本次工艺设计是根据食品工艺学的理论指导进行设计的，其中涉及到了制作冰红茶的设备及工艺技术的选择和工艺计算等内容。其工艺流程是目前冰红茶工艺的最基本的生产理论。本次工艺设计是通过理论产量进行理论计算得到的相应的设备的参数过程，所以，在实际生产中肯定会出现偏差。尽量减小理论与实际的偏差是我的最大期望。 Abstract:This process design is based on the theory of the food technology design”, including the guidance of ice tea production involves selection of equipment and technology and process calculation, etc. The technological process is currently the most basic ice tea process of production theory. This process design is the theoretical calculation by theory output corresponding equipment gets process, so, in parameters in practical production will certainly occur windage. Minimize theory with practical deviations are my utmost expectation.一、设计说明1.1冰红茶的由来冰红茶是一种饮料，它是意外被发明的。西元1904年夏天，一位茶商理查（Richard Blechynden） 参加在美国圣路易市举办的世界博览会时，试图向人推销自己的红茶，但由于盛夏酷暑难耐，连理查自己都喝不下手中那杯热腾腾的红茶。正当灰心之余，一堆冰块意外掉进手边泡好的一桶热红茶中，理查想想丢掉也可惜，便盛一杯来喝，顺便解渴，没想到这冰红茶清凉畅快，理查灵机一动 转卖冰红茶，竟销售一空。这便是冰红茶的由来。1.2冰红茶的市场效应茶文化在我国有着悠久的历史，而茶叶是富含多种维生素C、维生素K及茶多酚等成分的饮品。所以，茶饮料在市场占有一席之地。特别是红茶，具有帮助胃肠消化、促近食欲，利尿、消除水肿、强壮心肌、预防蛀牙与食物中毒，降低血糖值与高血压等功能。适合于儿童、老人及心脏病患者饮用。【1】而本产品继承了红茶的特性并丰富了其口感，适宜于夏天饮用，具有清凉解暑的作用，使其更受广大消费者的认同，因此，它在市场中拥有更广阔的发展前景。1.3冰红茶的基本工艺流程 茶叶热浸提冷却精滤调配均质灌装包装杀菌冷却检验成品1.4主要热交换设备的初步选型 根据以上实验方案，为使冰红茶的生产效率加快、原汁率高、保证产品原液透明清晰，不含杂质同时考虑生产成本与机械成本，经过比较研究找出适宜的主要加工设备，热交换器则选用板式热交换器。而板式热交换器传热效率高，且热量传热介质循环使用。【2】但通过流速不宜过高。1.5设计中的特殊问题及解决方法1.5.1冰红茶长期贮存后会发生浑浊现象。可以加入澄清剂保持茶饮料的清亮。初步计划使用磷酸作为澄清剂，用量为400500PPM【3】1.5.2冰红茶茶多酚提取率不足。因为茶多酚大多与咖啡因结合，很难游离出来，故加入一定量的酸，可仿照以上方法。【4】1.5.3冰红茶的苦涩味的去除。因为铁、锰等离子易与茶叶发生反应形成茶乳并产生苦涩味，所以使水软化或使用无离子水。【5】二、工艺流程及说明2.1工艺流程草图【5】原料破碎 清 洗 水 源除 杂净 化软 化过 滤紫外光线灭菌加热萃取成 品二次灭菌灌 装灭 菌均 质调 配过 滤初 滤冷 却 去 杂 辅 料2.2茶饮料工艺标准【6】 国家标准标准类型原辅料及残留要 求备 注GB2763原料标准茶叶：水1：100感官标准茶饮料具有应有的色泽、香气、滋味，允许有茶成分导致的浑浊，无正常视力可见的杂质GB/T21733理化标准茶多酚（红茶）300mg/kg咖啡因（红茶）40mg/kgGB2760食品添加剂标准茶黄色素按生产添加二甲基二碳酸盐0.25g/kg焦糖色按生产添加维生素c0.5g/kg六偏磷酸钠0.5g/kg三聚磷酸钠1.0g/kg其他按生产添加GB19296茶饮料卫生标准总砷0.2mg/L铅0.3mg/L铜5mg/L菌落总数100cfu/mL大肠菌群6cfu/mL霉菌10cfu/mL酵母10cfu/mL致病菌不得检出2.3茶饮料流程说明2.3.1原料破碎与清洗干制红茶中含有少量泥沙、尘土等杂质，先使茶叶破碎为约0.5厘米的长度，然后进行用85软化水冲泡10秒钟冲洗以除去杂质。PH为6.0左右。2.3.2除有机质水中包含多种有机质有机物质如蛋白质、有机农药、有机磷等进行过滤，采用物理吸附填装活性炭，适宜温度为常温，PH无要求。2.3.3软化软化是降低水的硬度，使用的是离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附离子交换法可以将水中离子态杂质（比如盐类）清除得以较彻底。【7】本工艺中主要用于进一步进化水，出去水中的离子态杂质主要是Mg、Ca、Cl等。2.3.4一次精滤精滤即精密过滤技术又称微过滤，俗称保安过滤，通常用过滤精度为5um的中空纤维，继续净化水质，延长和保护膜的使用寿命。目的是过滤掉水质中的胶体物质或是少部分的微生物。将小于10mm的物质去除。适宜温度为5-55摄氏度适宜压力为4104 Pa7105 Pa。2.3.5紫外线灭菌把通过活性碳处理、离子交换和反渗透处理的水进一步用紫外线灭菌，杀灭其中存在的微生物，使其符合国家饮料用水标准。2.3.6加热萃取此步骤使热交换器与带搅拌浸提的装置，目的是使茶叶充分泡发，使茶汁充分的融合进水中，一般浸提温度控制在85-95摄氏度，时间为10-15min。浸提后粗滤去茶渣，迅速冷却。【8】2.3.7二次精滤目的是为了是去除浸提后的杂质，使得产品清凉透彻。达到茶饮料生产标准适宜温度为5-55摄氏度适宜压力为4104 Pa7105 Pa。2.3.8调配将茶汁、柠檬酸、柠檬酸钠、蔗糖、赛安蜜、三氯蔗糖、各种香精按最佳比例调配好，充分搅拌使原辅料完全溶解。加入澄清剂与稳定剂并调整PH。产品配方为：茶汁70000kg，柠檬酸0.18%,柠檬酸钠0.10%,蔗糖4.0%,安赛蜜0.011%,三氯蔗糖0.003%,冰红茶香精0.02%,柠檬香精0.01%,蜂蜜香精0.01%,均质是指物料的料液在挤压，强冲击与失压膨胀的三重作用下使物料细化，从而使物料能更均匀的相互混合，从而使整个产品体系更加稳定。【9】均质主要通过均质机来进行的。是食品、乳品、饮料的行业的重要加工设备。进过均质后饮料不至于产生上下分层的情况。2.3.9杀菌为了使茶中的活性酶不至于被破坏杀菌环节采用超高温瞬时杀菌的方案。高温瞬时杀菌，是指加热温度为135-150摄氏度杀菌28秒，处理后产品达到商业无菌的杀菌过程。其实用于各类新鲜多活性的各类饮品中。本方案采用超高温瞬时杀菌，趁热罐装。2.3.10罐装灭菌后的产品必须立即连续的进行灌装。灌装是延长食品保质期及方便食品携带使用的重要步骤，灌装容器有玻璃瓶、聚乙烯塑料瓶、复合塑料袋装、涂复塑料纸盒包装等。【10】包装材料应主要考虑经济、强度、重量、稳定、清洁、方便和美观等诸多因素。经过以上要求，本生产线决定以容积为500ml的塑料瓶做罐装容器。热罐装时料液温度不低于90，采用真空罐装，封盖。2.3.11二次杀菌、冷却二次灭菌考虑到塑料瓶的耐热性，采用曾其灭菌法，充分保证了残品的微生物指标要求，密封后，饮料采用100蒸汽灭菌1015min，冷却至常温。三、物料衡算3.1原料配比指数 红茶：水=1：1003.2 车间物料平衡计算本设计要求日产70t汁，考虑到各工序的物料损耗，故每日原料处理量需大于70t。3.2.1 产品配比其中纯净水使用量为X0吨红茶茶叶 1%柠檬酸或磷酸 0.18%,柠檬酸钠 0.10%,蔗糖 4.0%,安赛蜜 0.011%,三氯蔗糖 0.003%,冰红茶香精 0.02%,柠檬香精 0.01%,蜂蜜香精 0.01%,纯净水 94.67%设调配混合冰红茶饮料为X吨，设M1=X吨。3.2.2 调配阶段调配阶段的物料损耗损失，按0.3计，则M2=M1(10.3)=1000Xkg99.7=997Xkg3.2.3 脱气、均质、灭菌阶段脱气、均质、灭菌阶段损耗损失，按0.4计，则M3=M2(10.4)= 997Xkg99.6=993Xkg3.2.4 灌装阶段灌装阶段的物料损耗损失，按0.2计，则M4=M3(10.2)= 993Xkg99.8=991Xkg3.2.5 二次灭菌阶段二次灭菌阶段的物料损耗损失，按0.1计，则M5=M4(10.1)= 991Xkg99.9=990Xkg3.2.6 成品率冰红茶饮料成品率：= 993.2.7 包装日产70t，折算成体积为 =69790L每瓶1L，则日产 =69790瓶每箱按12瓶计，则装箱数为5816箱3.3 物料流线图【12】红茶茶叶 1% 700kg柠檬酸 0.18%, 126kg柠檬酸钠 0.10%, 70kg蔗糖 4.0%, 2800kg安赛蜜 0.011%, 7.7kg三氯蔗糖 0.003%, 2.1kg冰红茶香精 0.02%, 14kg柠檬香精 0.01%, 7kg蜂蜜香精 0.01%, 7kg纯净水 94.67% 66269kg总计 70002.8kg调配后的混合红茶汁 69792.8kg脱气、均质、灭菌阶段 0.4净化混合红茶汁 69512.8kg灌装阶段 0.2瓶装混合红茶汁 69372.8kg69790L 1L装二次灭菌阶段 0.1成品 70000kg 69790瓶四、 热量衡算及相关设备选型4.1 热交换阶段的确定【13】根据传热效率、设备结构、占地面积、设备的适应性、操作安全性、卫生性和热量节约性等诸多方面考虑，本生产线在浸提时使用RB0型板式换热器，UHT超高温瞬时灭菌这一环节决定采用平板式换热设备，最后是蒸汽换热设备。本生产线热阶段包括三个阶段：（1） 热浸提时水温由常温变成90摄氏度，保持1015min后迅速降至25摄氏度。（2） 超高温瞬时灭菌从25摄氏度上升至65摄氏度再上升至90摄氏度最后到135摄氏度，在初见降温到25摄氏度的过程（3） 最后高温蒸汽二次杀菌过程。在第二过程中，降温热交换可供你升温热交换热能，传热介质可以循环吸放热，形成一个节能的热循环系统。4.2参数基准及参考换热器类型质量（M）：本生产线日产70t冰红茶饮料，每天工作8小时，得饮料流量为8750kg/h。传热系数（K）：一般的传热系数为50009000W/m2kh 本实验取8500 W/m2kh比热容（C）：茶水的比热容小于水约为4.012 kJ/kg本生产线所有换热器均为逆流换热。4.3.1浸提阶段过滤后的纯净水与茶叶浸提从25到90，传热水由100下降到90Tm = = 24.04 A = MCTKTm = =11.17 m2NTU茶 = KAMC = = 2.705， rA= = =6.51，NTU水 = rANTU茶=6.52.705=17.58， 查得Ft=0.97经过校正A茶= AFt = =11.51m2， A=12m2Q=MCT=87504.012652281825kJ/h选择BR1NM-1.0-12-E换热器比较合理4.3.2高温瞬时灭菌阶段4.3.2.1预热阶段茶汁自65预热至90，传热介质过热水123降至90Tm = = 28.82 A = MCTKTm = =3.58m2NTU茶 = KAMC = = 0.87， rA= = 3325 =1.321，NTU水 = rANTU果=1.32 0.87=1.15，经校正得A = AFt = =3.69 m2， A=4m2Q1=MCT=87504.01225=877625kJ/h选择BR1.0NM-1.0-4-E换热器比较合理4.3.2.2瞬时杀菌阶段预热后加热至135；介质热水从140降至123；Tm = 33-5ln335 = 14.84 A = MCTKTm = =12.52m2NTU茶 = KAMC = = 3.03， rA= = 1745 = 0.381，经校正得 A修= AFt = =12.90 m2， A=13m2Q2=MCT=87504.01245=1579725kJ/h选择BR1NM-1.0-13-E换热器比较合理4.3.2.3杀菌初降温阶段经135超高温瞬时灭菌的果汁降温至90；来自热水罐的80热水被加热至95；Tm = 40-10ln4010 = 21.64 A = MCTKTm = =8.59m2NTU茶 = KAMC = = 2.08， rA= = 1545 =0.331，经校正得A修= AFt = =8.86m2， A=9m2Q3=MCT=87504.01245=1579725kJl/h选择BR1NM-1.0-9-E换热器比较合理4.3.2.4后降温阶段茶汁冷却至常温25，待灌装；浸提过滤过后的茶汁20的果汁经初步预热至65Tm = 25-20ln2520 = 22.41 A = MCTKTm = =11.98m2NTU茶 = KAMC = = 2.90， rA= = 6065 =0.921，经过校正得，A修= AFt = =12.35 m2， A=13m2Q4=MCT=87504.01265=2281825kJ/h选择BR1NM-1.0-13-E换热器比较合理4.3.3外加热量计算B、C两段的热水由95升温至140，所需热量靠外加的0.4Mpa，143饱和水蒸气提供QA= MCT水=m汽H汽已知H汽=655kacl/kg，m汽= = = 2577kg/h4.3.4热量利用情况= = 100% = 75%4.3.5杀菌锅杀菌阶段【14】此阶段采用115，用水蒸汽作为加热介质，有：Q=MCT=87504.240(11525)=3339000 kJ/h=619480kcal/h采用115饱和水蒸气作为加热介质，一直H115=645.2kcal/kg，则需蒸汽量为：M = QH = = 960.1kg/h假设杀菌锅冷却用5的水，冷却的水温升至50，则所需流量为：S = QCT = = 3431.3kg/h五、 主要设备选型5.1 无离子应用水提取装置5.1.1 杂质过滤系统本系统用于饮用水的净水处理，能去除清水中异色、异味和金属物质、高分子有机化合物。【15】根据本生产线的工艺流程应选用活性炭过滤器，它能够吸附前级过滤中无法去除的余氯以防止后级反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用，还具有降低COD的作用。可以进一步降低RO进水的SDI值，保证SDI5，TOC2.Oppm。可采用GHT-3型，生产能力为2-3m3/h，需要量2台，价格230000元5.1.2 软化装置【16】净水的第二环节所采用的钠离子交换器为LZY一3型，其以离子交换树脂本身的Na+取代水中的Ca2+，Mg2+使水的硬度0.035毫克当量/升，使原水硬度降低变成软水。其生产能力为2-3m3/h，进水硬度：4毫克当量/升，出水硬度：0.035毫克/升，筒体直径：300mm一500mm，工作压力：O.2Mpa，实验压力：O.3Mpa，根据生产实际需要来看，只需要一台。价格12000元5.1.3 过滤装置【17】第一次过滤与第二次过滤都是为了除去100nm的杂质物质，所以应该学选择微孔过滤装置。它可以滤除液体、 气体的 0.1um 以上的微粒和细菌，它有过滤精度高、过渡速度快、吸附少、无介质脱落、耐酸碱腐蚀、操作方便等优点。可以采用TS-LG50I型，生产能力为1-3 m3/h，滤器使用压力 MPa ：0.1-0.6 ，滤器使用温度T：5-55摄氏度。价格为80000元5.1.4 紫外线饮水灭菌机紫外线灭菌是本生产线纯化饮料用水的步骤，首前面环节的约束，其生产能力应大于前面设备的生产能力，才能保证流水线的流畅运行，故采用生产能力为3-5t/h的紫外线饮水灭菌机能够满足要求。可选择ZM-3000型。其采用高强度、寿命长的ZM型高压紫外线杀菌灯管，整个装置合理，水质卫生指标完全符合国家生活饮用水标准。工作效率为3t/h。5.2 茶汁生产阶段5.2.1浸提设备茶叶的浸提需要长时间并在浸提时间不断的搅拌混匀，可以使用板式换热器配合大型搅拌器使用。生产能力在2t/h5.2.2 均质机18选用CJ1.5-2.5型均质机，其生产能力为3t/h。5.2.3 超高温板式灭菌器选用BR1-UHT-30型超高温板式灭菌器，其生产能力为3t/h。5.3 灌装阶段及成品阶段5.3.1 洗瓶机【19】洗瓶机采用XP-24型，其生产能力为2700b/h，由于日产量为69790瓶，以日生产8小时计，每小时8724瓶，故四台即可满足需要。5.3.2 负压灌装机【19】负压灌装机采用GFP-12型，其生产能力为2700b/h。同上，四台即可满足需要。5.3.3 封罐机【19】封罐机采用GFP-12型，其生产能力为3000b/h。同上，三台即可满足需要。5.3.4 杀菌锅20杀菌锅采用SQZ1200杀菌锅，其杀菌能力为3000b/h。同上，三台即可满足需要。六、设计结果一览4.1主要设备装置一览序号设备名称型号生产能力数量1活性炭过滤器GHT-32-3m3/h12软化装置LZY-32-3m3/h13过滤装置FSJ-36.0m3/h14紫外线饮水灭菌器ZM30003-5t/h15浸提装置TQ-2.52t/h16均质机CJ1.5-2.53t/h17超高温瞬时灭菌器BR1-UHT-302-3t/h18洗瓶机XP-242700b/h49负压灌装机GFP-122700b/h410封罐机YG-6B3000b/h311杀菌锅SQZ12003000b/h34.2日生产参数一览日生产成品 70000kg约为69790瓶。日耗能631918kJ日耗水量约为80吨七、工艺流程简图调节水箱自来水软化装置 浸提装置反渗透装置紫外线灭菌装置缓冲罐均质机过滤器高位缓存罐超高温灭菌装置封罐机灌装机洗瓶机成品检验包装八、结 束 语本次课程设计并不仅仅至关乎一门课程。它从实际出发，涉及到食品工程原理、食品机械与设备、食品工厂设计、食品加工工艺学等诸多课程。绝大部分是联系实际，对于重视理论的我们来说难度很大，在不懂得查资料与翻阅文献找关键的情况下，更难以做好一篇好的课程设计，这对于我们来说是一次磨练，也是一次挑战。本生产线包含了很多先进的技术，告别了以前多次浸提、过滤的繁琐步骤，加入高效的过滤方法，利用微孔将100nm以上的物质统统过滤；采用高温瞬时杀菌法，保证了茶汁中有益因子的存在量的情况下达到了卫生的标准。而且此生产下未达到饱和生产速度，若改进设备条件则日常量可再次提高。本生产线中茶饮料配方特别考虑到了低糖类人群，其中加入了赛安蜜，三氯蔗糖等糖代物，适宜于肥胖人群或是少糖人群的食用但是本生产线还是存在一定的问题，耗费的成本比较高，且接近于全自动化设备，难以维修与拆洗。并且此方案耗能比较大，投产短时间内难看到盈利效果。综上所述，本生产线是一套现代、高科技的食品生产线，有着全自动的设备和全新的生产配方，但尚且需要改进与发展。本次课程设计是在马先红老师的悉心指导和热情关怀下完成的，在这里向马老师表示衷心的感激与诚挚的谢意。另外，在论文的完成过程中，周围许多同学也给我了很大的帮助，在这里也向他们表示感谢。九、参考文献1 宿迷菊. 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Micro-water test technique applied research J. Engineering investigation, 2009, (07) :31-348 陈中等.软饮料生产工艺学M华南理工大学出版社.2005(1).112-1139 夏文水.食品工艺学M.中国轻工业出版社.2006（11）10 三种PET瓶灌装技术在果汁/茶饮料生产中的应用J. 中外食品, 2