蘋果果汁的復原設計

1、食品機械與設備課程設計日殺菌20噸蘋果果汁-板式滅菌機的設計姓 名：陳龍學 號：系 別：生物與化學工程學院專 業(yè)：食品科學與工程班 級：指導教師：李宏彬 1.前言11.1 工藝設計因由11.2 當今產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12.蘋果汁生產(chǎn)介紹32.1果汁32.2蘋果汁32.4板式殺菌機工作原理43.蘋果汁的生產(chǎn)工藝流程及說明43.1 蘋果果汁加工工藝流程43.2 工藝說明53.3工藝參數(shù)選擇63.3.1原料的驗收63.3.2調(diào)配63.2.1白砂糖的選擇和溶解63.2.2穩(wěn)定劑、檸檬酸、輔料溶解74.物料與能量衡算94.1 物料衡算94.1.1配料用量：94.2能量衡算10整個車間熱交換流程圖：104

2、.2.1生產(chǎn)過程中主要機械工作用電量114.2.2冷量計算115.設備選型115.1食品機械設備選型的具體原則115.2. 選型126.小結137.參考文獻：13 1.前言 蘋果汁是一種廉價的改善身體健康的飲品，也是可容和不可溶纖維素的來源?？扇苄岳w維是一種防止膽固醇堆積的物質(zhì), 存在于動脈血管壁. 這可以減少心臟病和動脈硬化的幾率. 不溶性纖維可以嵌入腸道，隨后和水一起清潔消化道,促進食物消化.蘋果汁是一種強大的清潔劑,對身體健康很重要。1.1 工藝設計因由蘋果汁可能是大家經(jīng)常喝的，其功效與作用也是很多的。 從營養(yǎng)學觀點來看，蘋果汁是一種廉價的改善身體健康的飲品. 用新鮮水果制成的果汁，以完

3、美的味道來改善身體機能的健康，而且補充了營養(yǎng)。蘋果也是可容和不可溶纖維素的來源?？扇苄岳w維是一種防止膽固醇堆積的物質(zhì),存在于動脈血管壁. 這可以減少心臟病和動脈硬化的幾率. 不溶性纖維可以嵌入腸道，隨后和水一起清潔消化道,促進食物消化.蘋果汁是一種強大的清潔劑,對身體健康很重要. 此外，蘋果濃縮汁還可用于飲料加工、果酒釀制原料、化妝品及各種藥品的添加劑，混合果汁、蔬菜汁以及啤酒中勾兌蘋果汁日益成為國際市場的消費時尚。專家指出，濃縮蘋果汁是一個極具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)。1.2 當今產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 盡管蘋果最適宜生長在緯度為3243度的暖溫帶地區(qū)，但實際上蘋果栽培的維度空間遠大于這一范圍，由于抗寒品

4、種的培育成功，在北緯45度左右（如俄羅斯蘋果產(chǎn)區(qū)及烏克蘭）甚至50度左右（如波蘭、德國等國）的地區(qū)皆有大量栽培。2010年蘋果產(chǎn)量超過100萬t的國家有中國、美國、土耳其、意大利、印度、波蘭、法國、伊朗、巴西、智利10個，十國產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的3/4，緊隨其后產(chǎn)量超過80萬t的是俄羅斯、烏克蘭、阿根廷、德國和日本。其中中國產(chǎn)量在世界占比從2001年的34.8%大幅提高到2010年的47.8%，其他主要國家占比只有印度提高1%，其余皆下降。絕對產(chǎn)量中國增加了66%，印度增加了76%，土耳其有小幅增加。 從蘋果生產(chǎn)的洲際分布來看，2010年亞洲國家蘋果產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的63.9%，其中中國占47.

5、8%，土耳其、印度、伊朗、日本、韓國分別占3.7%、3.1%、2.4%、1.1%、1.1%；歐洲占世界19.7%；亞歐兩洲合計占83.6%。北美和整個南半球產(chǎn)量相當，均低于世界的7%。蘋果單產(chǎn)基本上可以反映蘋果生產(chǎn)的技術水平，亞洲的大部分國家以及非洲國家蘋果單產(chǎn)較低，約為歐洲和美洲的1/2，蘋果質(zhì)量較低；而北美和南半球國家總產(chǎn)量相對較低，但單產(chǎn)和果品質(zhì)量較高。西歐蘋果單產(chǎn)較高，質(zhì)量也較高，東歐的波蘭等國蘋果質(zhì)量較低。中國蘋果單產(chǎn)遠低于法國、意大利等發(fā)達國家，2010年約為兩國單產(chǎn)的40%，也低于巴西、智利等發(fā)展中國家，2010年僅為兩國單產(chǎn)的一半。 蘋果是我國第一大水果，自20世紀90年代初開

6、始總產(chǎn)量一直處于所有水果之首。我國蘋果生產(chǎn)資源和生產(chǎn)條件較好、商品量大、市場前景廣闊，在國內(nèi)外市場有競爭優(yōu)勢。近年來我國蘋果生產(chǎn)規(guī)?？焖贁U大，生產(chǎn)效益穩(wěn)步提高，對果區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、果農(nóng)增收和出口創(chuàng)匯影響巨大。但不可忽視的是近年來蘋果成本也在快速上升。 2010年蘋果平均產(chǎn)值達133 215元/hm2，凈利潤75 480元/hm2，較其他大宗農(nóng)產(chǎn)品具有顯著優(yōu)勢。陜西、山東、河南、河北、山西、遼寧和甘肅是我國蘋果主產(chǎn)省份，其蘋果產(chǎn)量近10年一直占全國90%左右。農(nóng)業(yè)部對外經(jīng)濟合作中心蘋果產(chǎn)業(yè)課題組對部分主產(chǎn)省蘋果產(chǎn)業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，蘋果比較效益高，帶動農(nóng)民增收致富的效果非常顯著。隨著世界經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水

7、平的提高，對果品質(zhì)量和安全性要求越來越高，消費者不像過去那樣過分關注外觀品質(zhì)，越來越注重蘋果內(nèi)在的食用品質(zhì)，他們更喜歡脆、汁多、風味好且新鮮的蘋果。因此，當今的蘋果生產(chǎn)者越來越重視消費者的要求，對無公害、綠色、有機果品生產(chǎn)越來越重視。對于我國蘋果生產(chǎn)而言，未來的發(fā)展趨勢將受到兩個方面因素的影響：一是生產(chǎn)技術進步將是推動蘋果生產(chǎn)效益進一步提升的主要驅(qū)動力量；二是蘋果生產(chǎn)成本將進一步上升，并成為影響蘋果生產(chǎn)效益的重要因素。2.蘋果汁生產(chǎn)介紹2.1果汁 果汁是以水果為原料經(jīng)過物理方法如壓榨、離心、萃取等得到的汁液產(chǎn)品，一般是指純果汁或100%果汁。果汁按形態(tài)分為澄清果汁和混濁果汁。澄清果汁澄清透明，

8、如蘋果汁，而混濁果汁均勻混濁，如橙汁；按果汁含量分為純果汁和果汁飲料。2.2蘋果汁 蘋果汁是一種廉價的改善身體健康的飲品，也是可容和不可溶纖維素的來源?？扇苄岳w維是一種防止膽固醇堆積的物質(zhì), 存在于動脈血管壁. 這可以減少心臟病和動脈硬化的幾率. 不溶性纖維可以嵌入腸道，隨后和水一起清潔消化道,促進食物消化.蘋果汁是一種強大的清潔劑,對身體健康很重要。 2.3板式殺菌機的介紹 板式殺菌器成套設備廣泛應用于食品行業(yè)中，特別地熱敏感性物料如牛乳、豆奶、果汁飲料、冰激凌、黃酒、啤酒等液體的殺菌回超高溫滅菌尤為適用。產(chǎn)品特點：1. 物料和加熱介質(zhì)均在各自的密封系統(tǒng)中通過非接觸性熱交換實現(xiàn)加熱，確保物料

9、衛(wèi)生安全;2. 殺菌時間短，可確保物料的營養(yǎng)成份不被破壞;3. 整機全部采用食品級不銹鋼材料，確保達到國家對飲料食品設備安全衛(wèi)生指標要求;4. 傳熱效果好，熱回收率高，耗能少;5. 主要控制元件、閥件及配套件均選用進口件，使用壽命長;6. 采用PLC控制，可對物料各段的加熱溫度、熱水溫度、蒸汽流量調(diào)節(jié)等實行自動控制，并設有物料自動回流系統(tǒng)，確保物料100%達到滅菌效果;7. 結構簡單，易于清洗，操作方便，維修費用低。2.4板式殺菌機工作原理 板式熱交換器是成套設備的心臟，有許多片周邊鑲邊鑲巾有密封墊片的板片，以及中間板、活動壓緊板、保溫盤管等組成。（見附件1）板片是嚴格按照流程組合圖設計的順序

10、排列，（見附件2）疊裝夾緊組合而成。每兩板之間，形成了液體的通道。流入板式熱交換器有兩種不同的液體：處理的物料（簡稱物料）：如牛奶等。介質(zhì)：熱水、過熱水（在一定壓力下，水溫大于100而不沸騰的水）、冷卻水、冰水等。以上二種不同的液體，分別進入板式熱交換器的相鄰兩個流道，各走各的路，而不允許滲透混合，但可以不斷地進行著熱量的交換。2.5物料的殺菌過程： 物料是進入平衡缸，經(jīng)離心式衛(wèi)生泵送入板式熱交換器預熱段，達到均質(zhì)溫度后，進入均質(zhì)機（均質(zhì)另配）均質(zhì)（某些物料不需均質(zhì)的可省去），均質(zhì)后的物料再次進入板式熱交換器殺菌段、保溫段、熱回收段、冷卻段等。殺菌合格的成品物料經(jīng)回流閥送至下一道工序，若物料未

11、達到殺菌要求，則回流閥自動轉換，使物料回流到平衡缸，重新作殺菌處理。3.蘋果汁的生產(chǎn)工藝流程及說明3.1 蘋果果汁加工工藝流程過濾 解凍稀釋復原果汁冷凍濃縮蘋果汁 過濾 調(diào)配（糖度、酸度） 均質(zhì) 脫氣 入庫冷藏冷卻裝填殺菌 3.2 工藝說明 （1）過濾 由于在濃縮過程中，果汁中含有的碎果皮、粗果肉顆粒、種子的含量也不同。故在原濃縮汁稀釋后采用精濾機對其統(tǒng)一濾制。 （2）調(diào)配 精濾后的果汁在調(diào)配罐中進行調(diào)配，調(diào)配果汁的糖度、酸度和其他理化指標，以保證不同批次的果汁品質(zhì)和成分一致。 （3）均質(zhì) 均質(zhì)是果汁制造上的特殊操作。調(diào)和后果汁應選均質(zhì)機進行細化處理?？刹捎酶邏壕|(zhì)機進行均質(zhì)處理，其原理是在高

12、壓力下，果汁粒漿受壓力而破碎，重要是通過一個均質(zhì)閥的作用，使高壓的果汁從極端狹小的間隙中通過，然后由于速度降低壓力小而膨脹和沖擊作用使粒子微細化并均勻的分散在果汁中，高壓均質(zhì)機要求150170kg/cm2。均質(zhì)機的均質(zhì)壓力一般壓力為15MPa，均質(zhì)處理中可使果汁中的細小顆粒進一步破碎，使粒子大小均勻，促進果膠的滲出，使果膠和果汁親和，保持果汁的均勻渾濁度。 （4）脫氣 脫氣的目的和效能歸納如下：防止維生素C的損失，防止香味和色澤的變化，防止好氣性細菌的繁殖，防止果肉漿和其他懸浮物懸浮在果汁上部，防止殺菌或裝填時發(fā)生氣泡。脫氣的缺點是損失一部分芳香成分。所以經(jīng)細化處理后的混合料液，均應進行脫氣處

13、理以除去附著在果汁和其他材料里的以及調(diào)配過程中混入飲料中的空氣，防止飲料中果汁氧化變質(zhì)。脫氣作業(yè)一般采用真空脫氣罐。 （5）殺菌 經(jīng)脫氣處理后的復原蘋果汁用板式式換熱器進行高溫瞬時殺菌，以抑制細菌的繁殖，提高蘋果果汁的穩(wěn)定性。 （6）裝填 殺完菌后趁熱灌裝封口，密封罐中心溫度控制在70以上。倒瓶保溫2min再冷卻至38左右。 3.3工藝參數(shù)選擇3.3.1原料的驗收 根據(jù)眾多工廠生產(chǎn)情況可知，制汁蘋果要求糖分較高，酸味和澀味適當，香味濃，汁液豐富，酶褐變不明顯。應當選擇成熟、健全、優(yōu)質(zhì)的蘋果原料制造出的優(yōu)質(zhì)蘋果濃縮汁。3.3.2調(diào)配 按比例將已經(jīng)經(jīng)過處理的糖漿溶液、濃縮蘋果汁、穩(wěn)定劑溶液混合調(diào)配

14、，然后泵入儲料罐備用殺菌。3.2.1白砂糖的選擇和溶解 1) 白砂糖主要技術指標及衛(wèi)生指標GB317及GB241 表一 白砂糖主要技術指標及衛(wèi)生指標 指標 優(yōu)級一級理化指標蔗糖分% 99.7599.65還原塘分% 0.080.15電導灰分% 0.050.10干燥失重% 0.060.07色值（國際塘色值） 80180混濁度，度57不溶于水雜質(zhì)mg/kg 4060砷（以As為計）mg/kg 0.5鉛（以Pb為計）mg/kg 1.0銅（以Cu為計）mg/kg 2.0碳酸法 20亞硫酸法 50衛(wèi)生指標大腸桿菌個/100g 30致病菌 不得檢出細菌總數(shù) 個/g 3502）糖的溶解與過濾把糖溶解于水中，一

15、般稱為原糖漿或單糖漿。必須采用優(yōu)質(zhì)砂糖，溶解于一定量的水中，制成預計濃度的糖液，再經(jīng)過濾、澄清后供用。其所用水亦必須用純良的水，其水質(zhì)可與裝瓶用水相同。砂糖加水溶解后，必須進行過濾，采用加壓濾法。3)將65%的濃糖漿調(diào)配過濾好后放于暫儲罐備用。3.2.2穩(wěn)定劑、檸檬酸、輔料溶解 按配方將穩(wěn)定劑及其他輔料用溫水溶解備用、水溫為45。復合穩(wěn)定劑組成為：海藻酸鈉、CMCNA、黃原膠，用量為1:1:1。1)檸檬酸：執(zhí)行GB1978-80標準（1）感官要求檸檬酸為無色半透明晶體或白色顆?；虬咨Y晶性粉末,無臭、味極酸,易溶于水和乙醇，水溶液顯酸性。 表二 檸檬酸主要技術指標指標名稱指標檸檬酸% 99.5

16、硫酸鹽% 0.03草酸鹽% 0.05鈣鹽符合規(guī)定鋇鹽符合規(guī)定硫酸灰分% 0.1重金屬% 0.0005砷% 0.0001鐵% 0.001氯化物% 0.012)生產(chǎn)用水：生產(chǎn)用水執(zhí)行GB5749_2006標準 表1 水質(zhì)常規(guī)指標及限值指 標 限 值1、微生物指標總大腸菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）不得檢出耐熱大腸菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）不得檢出大腸埃希氏菌（MPN/100mL或CFU/100mL）不得檢出菌落總數(shù)（CFU/mL）1002、毒理指標砷（mg/L）0.01鎘（mg/L）0.005鉻（六價，mg/L）0.05鉛（mg/L）0.01汞（mg/L）0.0

17、01硒（mg/L）0.01氰化物（mg/L）0.05氟化物（mg/L）1.0硝酸鹽（以N計，mg/L）10地下水源限制時為20三氯甲烷（mg/L）0.06四氯化碳（mg/L）0.002溴酸鹽（使用臭氧時，mg/L）0.01甲醛（使用臭氧時，mg/L）0.9亞氯酸鹽（使用二氧化氯消毒時，mg/L）0.7氯酸鹽（使用復合二氧化氯消毒時，mg/L）0.73、感官性狀和一般化學指標色度（鉑鈷色度單位）15渾濁度（NTU-散射濁度單位）1水源與凈水技術條件限制時為3臭和味無異臭、異味肉眼可見物無4.物料與能量衡算 本次設計要求日殺菌蘋果果汁20噸，要求工作時間為24小時，則每小時生產(chǎn)量為0.83t/h。

18、4.1 物料衡算 根據(jù)國家食品標準，規(guī)定蘋果果汁飲料中含濃縮果汁的量不低于10%。故本次 設計規(guī)定復原果汁中含濃縮果汁17%。并將所有添加劑的使用規(guī)定為2.5kg/噸。4.1.1配料用量： 根據(jù)課程要求，日殺菌20噸蘋果果汁。每日按照24小時生產(chǎn)計算，每日3班，每班8小時。 1）總產(chǎn)量=20t工作=24h 每班產(chǎn)量：20/3= 6.67t 每小時產(chǎn)量：20/24=0.83t/h2）復合果汁： 含縮果汁17%。濃縮果汁日需要量：20 17%=3.4噸3）添加劑日需求量 2.520=50kg;4）白砂糖日需求量：20 7.5%=1.5噸 5）日加水量：20-3.4-0.05-1.5=15.05噸在

19、均質(zhì)、殺菌、冷卻、包裝過程中物料微量的損失忽略不計。4.2能量衡算整個車間熱交換流程圖：均質(zhì)65熱水（65）冷卻低溫下調(diào)配物料（5）冰水塔水25巴氏殺菌（140，4s） 液料65料液預熱（90）無菌灌裝 在巴氏殺菌工段，5的物料被加熱到65，然后65的物料經(jīng)板式換熱器被加熱到90，物料經(jīng)板式換熱器瞬間加熱到140，4s。再利用這些熱量去預熱進入巴氏殺菌之前的65的物料。最后的熱殺菌溫度降低，使用的是25 冷水即相當于常溫水，均不考慮熱損失。因此相當于計算將5的物料加熱到65所消耗的能量。(注：蘋果果汁與水的相似，以下焓變均一水蒸氣為標準。)5到65所消耗的熱量(Hl、H2、R引用表1.2的數(shù)據(jù)

20、)：Q=q(H1-H2)=6670(231.62-40.36)=1.27106kg/hq：物料的質(zhì)量流量；H1：65時果汁的焓；H2：25時水的焓。消耗的蒸汽量：D=QR=1.271062737.8=465.96kg/h 表1不同溫度下熱水的焓液態(tài)水溫度（） 液態(tài)水熱焓（kg/KJ）10 42.0420 83.9025 106.3130 125.6940 165.7150 187.5160 211.1265 231.6270 292.99 表2不同溫度下水蒸氣的焓R水蒸氣RR1R2R3R4R5R6水蒸氣溫度140.081.275.066.560.153.545.3熱焓kg/KJ）2737.82

21、644.32634.12622.42606.42594.02578.54.2.1生產(chǎn)過程中主要機械工作用電量BR16-3-2型版式殺菌機耗電量6KW/h，由于每天要求工作24小時，故殺菌機的耗電量為：246=144kw。 4.2.2冷量計算 根據(jù)工藝需要需建一個500立方容量的冷庫，用于儲藏一天的原料量，用于生產(chǎn)的緩沖。因此需要500立方的冷量。設定保存溫度為4-5。5.設備選型5.1食品機械設備選型的具體原則實際生產(chǎn)中，進行設備選型時要全面考慮如下五方面具體原則。（1）與生產(chǎn)能力相匹配的原則產(chǎn)品產(chǎn)量是選定加工設備的基本依據(jù)；設備的加工能力、規(guī)格、型號和動力消耗必須與相應的產(chǎn)量相匹配，并且考慮到停電、機器保養(yǎng)、維修等因素，設備選型應具有一定的儲備系數(shù)（一般為15%-20%）（2）利于加工設備在生產(chǎn)線上相互配套的原則要充分考慮到各工段、各流程設備的合理配套，保證各設備流量