年产一万吨的苹果浓缩汁工厂设计.docx
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年产一万吨的苹果浓缩汁工厂设计
年产一万吨苹果浓缩汁工厂设计
年产一万吨苹果浓缩汁的工厂设计
摘要
在当今市场,苹果浓缩汁并不少见。
日常人们饮用的浓缩果汁饮料里,苹果浓缩汁是位于橙汁后的第二选择。
苹果浓缩汁凭借其丰富多层的口感,赢得了老少人民的喜爱。
纵观全世界苹果浓缩汁的生产市场,中国有着丰富的物产资源,还有着相对低廉劳动力,这两大优势使中国成为了全球最大的苹果浓缩汁生产和出口国。
近年受全球经济低迷和欧美技术贸易措施的影响,中国出口不断波动下滑,在国际市场的份额趋于降低。
若能改进现今苹果浓缩汁的生产技术、工艺技术,使其存放时间变长、口感更好且生产花费降低,就能大大提高中国浓缩苹果汁市场在国际的份额。
[1]
本文旨在设计一间生产苹果浓缩汁的工厂。
苹果浓缩汁的主要原料是苹果,综合多方考察,最终选用甘肃省白银市的“国光”苹果作为生产原料。
苹果浓缩汁生产工艺难点在于控制非酶褐变反应和酶促反应,针对此的解决方案是采用使用高温瞬间灭酶等技术来减少产品风味和色泽的变化。
关键词:
苹果浓缩汁;生产技术;高温瞬间灭酶;
Abstract
Applejuiceconcentratehasalargetradingmarketintheworldtoday.Applejuiceconcentratehasbecomethesecondlargestconcentratedconsumptionvarietyintheworld,nexttoorangejuice.China'sabundantresourcesandlaborcostadvantagesmakeittheworld'slargestproducerandexporterofconcentratedapplejuice.Nowadays,theproductiontechnologyandtechnologyofapplejuiceconcentratemakethestoragetimelonger,tastebetterandproductioncostlower,whichcangreatlyimprovetheinternationalshareofChina'sapplejuiceconcentratemarket.
Thepurposeofthispaperistodesignafactorytoproduceapplejuiceconcentrate.Thedifficultiesintheproductionprocessofapplejuiceconcentratelieinreducingvolatilearomaticsubstancesandcontrollingnon-enzymaticbrowningreactionandenzymaticreactionduringtheconcentrationprocess.Thesolutiontothisproblemistoreducethechangeofflavorandcoloroftheproductbyusingthetechnologyofinstantenzymeinactivationathightemperature.
Keywords:
Applejuiceconcentrate,ProductionTechnology,Hightemperatureinstantenzymekillingtechnology
1绪论
1.1苹果浓缩汁的介绍
新鲜水果在经过预处理后压榨出来的果浆被称为果汁。
原果汁,也就是没有经过酶解的果汁。
浑浊果汁的定义是没有经过过滤或超滤处理导致残留有果渣和果胶的果汁,酶解后且经过过滤和超滤去除果胶的果汁是澄清果汁。
浓缩果汁,顾名思义,是采用物理方法使果汁中的天然水分降低一定比例后得到的产品。
浓缩果汁也分为浓缩浑浊果汁和浓缩清澈果汁两种不同的分类。
本文设计的是浓缩澄清苹果汁,就是采用蒸发浓缩的方法使澄清果汁浓缩。
经统计,苹果是日常生活中人们食用最多的水果,由此可见人们对苹果的喜爱。
苹果除了甜美多汁的食用优点以外,还含有丰富的营养成分,例如蛋白质、钙、磷、铁、锌、钾、镁、硫、胡萝卜素、维生素B1、维生素B2、维生素C等,而且苹果中的营养成分可溶性大,容易被人体吸收。
苹果还是一种低能量食物,适合减肥人群食用,市场极大。
苹果的好处尚且如此,苹果浓缩汁的好处更不用多言,与苹果相比,苹果浓缩汁更能迎合现代人的饮食习惯,容易随身携带,饮用方便,且补充的营养更多,风味更佳。
且有研究表明,苹果中的果蔬NO3-和类黄酮饮食长期干预实验动物均能有效降低TC、TG、LDL-C、GLU、INS的水平,减小A1和HOMA-IR,降低脂质过氧化程度和减少ET-1因子的释放,同时果蔬NO3-和类黄酮饮食可以增加HDL-C的含量,增加NO因子的释放,从而对血管损伤起到缓解和保护作用。
[2]
1.2苹果原料的选择
这次产品原料选择的甘肃白银市产的“国光”,这里产的苹果以色、香、味俱佳著称,有着品质优良、果形优美、色泽艳丽、肉质脆密、含糖量高、香甜可口、硬度适中、耐储藏等特点,它的含糖量为14.6%,含酸量为0.54%,也能满足生产苹果浓缩汁中苹果原料的需求。
苹果中主要的单糖是果糖、葡萄糖、和蔗糖。
甘肃省是优质苹果产区,其气候条件有利于高含糖量的形成,在甘肃产的“国光”在多种品种苹果的比较中三种单糖的含量最高。
[3]
综合考虑,苹果原料选择甘肃白银产的“国光”苹果,要求大小均一,成熟度平均。
1.3苹果浓缩汁当今在国内的发展前景
苹果浓缩汁是中国最重要的苹果加工产品,加工和出口规模在全球遥遥领先,且苹果浓缩汁是当今世界仅次于橙汁的第2大浓缩消费品种。
而我国西北地区地广辽阔,气候适宜苹果的栽种,拥有丰富的物产资源,且东南地区人员众多,拥有巨大的消费市场及相对低廉的劳动力,苹果原料产地选于甘肃,苹果浓缩汁产品产地选于我国东南部,就能使运输费用相对降低。
我国的人口众多,随着生活水平和消费能力的提高,我国对浓缩苹果汁的需求也处在上升的趋势。
苹果浓缩汁近年来发展迅速,利用我国特有的资源优势,大力推进苹果浓缩汁的生产,定能拥有极好的发展市场。
苹果浓缩汁风味上佳,饮用方便且营养丰富,因此本设计主要面对的销售市场是国内全体人群,无论年龄性别与职业,销售市场广阔且具有潜力。
1.4厂址选择
苹果原料选址位于甘肃省白银市。
白银地处黄河上游、甘肃中部,位于古丝绸之路与黄河的交汇地带,北连大漠,是连接亚大陆桥的战略通道。
白银市日照充足,四季分明,气候稳定,属于种植苹果的极佳地点。
此处生产的“国光”苹果含糖量高、产量大,充分符合生产苹果浓缩汁的要求。
苹果浓缩汁生产厂址设于广东省佛山市高明区,位于广东省中部,珠江三角洲西翼,是珠江、西江交汇的重要节点,于运输及销售具有极大优势。
高明处于发展中,政府大力引进工厂入驻,建厂及劳动成本较低。
2班产量的确定
(1)年产量:
Q=10000t
(2)生产班制:
为了使劳动力平衡,生产设备使用合理,旺季定位三班制,淡季定位两班制。
(3)工作日:
苹果的成熟季节在秋季,因此将旺季定于8、9、10、11、12、1月,生产日(t旺)为153d,一周工作六天,周日休息,每个月最后一天用于设备的检查与维修,国庆放假三天;淡季定于3、4、5、6月,生产日(t淡)为86d,一周工作五天,周六日双休,每个月最后一日用于设备的检查与维修。
2月通常夹杂着春节假期,因此2月放14日的春节假期,另14日用于设备与器械的清理与维护。
7月为了迎接即将到来的旺季,须对厂房进行检查、维修、清理,且须对设备与器械进行清理与维护。
因此,全年苹果浓缩汁生产天数为:
t=t旺+t淡=239d。
(4)班产量q班的计算:
班产量q班的计算公式:
q班=Q/k(3t旺+2t淡)
=10000/0.75(3*153+2*86)
=27.14t/班
3苹果浓缩汁的工厂化生产
3.1工艺流程
3.2工艺流程详述
3.2.1原料验收
首先要确定供应商,考察种植地环境是否符合要求,种植地附近是否有化工污染,调查清楚种植地是否有违规使用农药。
确认种植地符合对苹果种植环境的要求后,与供应商确认每周所需苹果数,商定运输时间与运输费用后,就以上问题签好合约。
在收购苹果原料的时候,需要派质检员当场验收。
在确认质量无误后,采用随机抽样法对苹果原料进行抽查,考察苹果是否已成熟、坏果数是否超过5%,苹果原料的检测是否符合农药残留的国家标准,所供应的苹果是否本设计需要的“国光”苹果。
在验收检查完毕后,尽快安排运输车辆将苹果原料送往工厂进行储藏与加工。
3.2.2挑选
挑选的目的是挑选出不符合生产需求或已经损坏及腐烂的苹果原料,防止在储藏和生产过程过程中对正常苹果原料造成污染,减少微生物的繁衍,还可以保持苹果浓缩汁的风味。
挑选这一步骤由分拣机完成。
在行进过程中挑选出在运输过程中损坏、因虫害腐蚀、已经腐烂或是尚未成熟的苹果原料。
还可以按苹果原料外形的大小将苹果原料大致分为几类,这样有利于在破碎时将苹果原料破碎成大小平均的碎粒,在压榨时提高苹果原料的利用率。
3.2.3清洗
清洗的目的是洗去苹果原料上的泥土、浮尘及杂质,也可以冲洗掉部分依附在苹果原料上的细菌及微生物,避免在后续的工艺混入杂质使苹果浓缩汁风味变差,颜色变得浑浊。
清洗的步骤如下:
引入清水,先将苹果原料放置水池中浸泡半小时,使其依附于上的杂质软化。
浸泡捞起放入清洗机中,由带压水流进行传输。
在输送过程中经过毛刷和水冲这两个清洗步骤。
在运输线上还应设置两道提升装置,提升装置可用来分离在清洗过程洗刷下来的杂质。
在室内洗果槽内保持摩擦清洗,使苹果处于相对滚动状态。
每道提升均配有水洗喷淋,末道提升用软化水喷淋。
[4]
3.2.4破碎
苹果原料经破碎后变成大小平均的果粒,这样有利于提高果汁的榨出率,也方便压榨过程的进行。
将清洗后的苹果原料运送至破碎机,通过调节破碎粒度利用破碎机将苹果原料破碎为长宽高大约2~3cm的果粒,大小要平均。
将破碎后的果粒放入浓度为0.1%的抗坏血酸中浸泡5min,这样可以防止因苹果储藏期过长PH值导致的美拉德反应加剧,同时也可以控制酚酶的活力,控制酶促褐变。
3.2.5榨汁
压榨指通过物理方法将苹果原料压榨为果汁。
本设计为生产苹果浓缩汁,所以这一步是生产苹果浓缩汁的必要步骤。
压榨得出的果汁是没有经过酶解、过滤及超滤的,是苹果浓缩汁最初步的状态。
压榨出来的果汁由于含有大量的多酚物质和酚酶,因此极易被空气氧化,氧化后的苹果汁不止色泽形态会发生变化,风味也会变差。
针对这一现象,可选择通入氧气隔绝空气来进行控制酶促褐变的发生。
进行压榨的器械选用的是带式压榨机,带式压榨机效率较高,操作简便。
在苹果果粒进行压榨过程中,果粒尽量分布均匀,这样果浆才会均匀地被榨出,果粒进入压榨机时的铺开厚度控制在3~6cm,这样更有利于压榨的进行,压榨机的工作效率也更高。
在压榨的期间通入氮气,隔绝空气,尽量避免原果汁与空气进行接触,这样可减少酶促褐变的发生。
3.2.6过滤
在压榨的过程中,果汁流出的同时未免将少部分的果渣也带出来。
过滤是利用过滤器将果汁与残留果渣分离的有效步骤。
本设计里过滤采用的是双联过滤器,由两台不锈钢过滤器并联而成,操作简便并且可以准确保证过滤精度,并能快速简便更换滤袋,过滤残留少,使操作成本降低。
过滤时将压榨后的果浆通入双联过滤器,过滤后的果汁从出料口排出。
滤网要及时更换。
3.2.7灭酶
压榨出来的果汁中含有大量的多酚氧化酶,果汁持续暴露在空气中会致使其氧化。
同时此时的果汁中含有大量的微生物与细菌,需要进行初步杀菌处理。
本设计里采用高温瞬时灭酶也就是巴氏消毒法来进行灭酶,高温瞬时灭酶可以有效杀灭细菌、钝化氧化酚酶,减少了在生产过程中微生物的腐败及致病菌的残留。
在本设计里采用列管式预热灭酶机来进行灭酶。
将器械内温度调节到95℃进行巴氏消毒,消毒时间持续12s。
消毒后的物料通过塔水冷却来进行降温,冷却后的物料送至三效外循环式真空蒸发器。
3.2.8蒸发
过滤后的果汁需要浓缩,以便于储藏和运输。
浓缩的方法有蒸发浓缩和冷却浓缩两种方法,经过比较后就决定选取成本较小的蒸发浓缩法。
然而果汁中含有的蛋白质、氨基酸及还原糖会作用发生美拉德反应,美拉德反应生成中间产物羟甲基糠醛,羟甲基糠醛积累生成黑色物质。
美拉德反应的发生还与工艺过程中热作用的温度有关。
为了控制美拉德反应的发生,可以浓缩过程中控制预浓缩温度不超过85℃,蒸发浓缩的的温度不超过65℃。
浓缩采用的是低温蒸发,采用三效外循环式真空蒸发器方法进行浓缩,该蒸发器一效的蒸发温度控制在75℃,二效的蒸发温度控制在66.5℃,三效的蒸发温度控制在60.1℃。
三效外循环式真空蒸发器蒸发效率高,受热时间短。
清汁进入蒸发器浓缩,将苹果汁浓缩至约为原体积的1/6。
3.2.9成分调节
苹果浓缩汁对含糖量和糖酸比都有要求,含糖量要求的范围在56%~58%,糖酸比控制在13:
1~15:
1,。
由于苹果浓缩汁中只含有苹果本身糖和酸,为了使其风味更佳,因此要进行糖和酸的调节。
国光苹果含糖量为14.6%,含酸量0.54%,成品苹果汁含糖量要求为56%~58%,糖酸比本设计采用14:
1。
取浓缩后的苹果浓缩汁进行检测,若产品不符合糖酸比要求,则在计算后往贮罐中的苹果汁加入适量糖和酸以改善苹果汁风味。
3.2.10酶解
苹果浓缩汁中含有大量的淀粉和果胶,若不将淀粉和果胶酶街,苹果浓缩汁便可能出现酶促褐变和后浑浊现象。
混合均匀的苹果浓缩汁从贮罐通入酶解罐,在酶解罐中加入淀粉酶、果胶酶进行酶降解。
酶解时间超过六小时后,取样进行检测。
待样液检测均为阴性时,往贮罐中加入活性炭,这样可以调整产品的色泽,也可以吸附多酚。
经过酶降解和澄清后的果汁直接进入超滤装置中。
3.2.11超滤
超滤的目的也是为了去除苹果浓缩汁中的多酚,多酚会导致澄清果汁不稳定甚至浑浊。
超滤开机时要求浊度为0.1~0.6NTU时,检测达到要求方可向下一个工序运料。
工作时每个小时都要对渗透做有无杂质感官检测,防止杂质侧漏混入。
超滤时间过长时过滤的杂质会堵塞滤网,导致渗透流量不能满足生产要求,应按规定程序清洗器械,避免影响生产效率。
清洗前须加水稀释果汁,过滤至糖度低于2.0BX时,超滤方可排空。
3.2.12灭菌
苹果浓缩汁中难免会因为原料和器械而导致微生物与细菌的滋生,虽然前段工艺也采用了第一次巴氏消毒,但是在输送过程中会经过许多工艺,可能会滋生微生物,为确保产品的卫生还要进行第二次巴氏消毒。
第二次巴氏消毒采用的是瞬时高温灭菌机,瞬时高温杀菌机可连续工作,且杀菌效果好。
利用瞬时高温杀菌机对浓缩苹果汁进行灭菌,可使产品达到无菌要求。
将瞬时高温杀菌机的杀菌温度调节到97℃,持续杀菌时间30s。
物料出高温桶后经冷却水冷却达到室温。
3.2.13无菌灌装
本设计的苹果浓缩汁定量为500ml每瓶,使用塑料旋口瓶包装。
无菌灌装采用灌装机进行灌装,灌装机内是无菌封闭环境,可保证不会从外界引入细菌。
在灌装前为确保卫生可往塑料瓶口喷射高温蒸汽,再开始重力微压灌装。
灌装完成的成品直接入库保存。
4物料衡算
表4.1苹果原料损耗率
果皮
子核
坏肉
碎块
果蒂梗
损耗率%
5
3
1.6
1.85
1.65
经计算,本设计要求班产量为27140kg。
据所查资料可知,苹果采收时损失率为2.9%,苹果原料的工艺损耗率为13.1%,挑选损失为0.5%,清洗损失为0.2%,破碎损失为0.2%,压榨损失为13.2%,过滤损失为1.4%,灭酶损失为0.8%,浓缩时国光苹果的含糖量从14.6%提升至56%(浓缩至原来体积的1/6),酶解损失0.4%,超滤损失1.2%,灭菌损失0.55%。
国光苹果含酸量在0.54%,一般要求果汁成品糖酸比要在13:
1。
由于浓缩前后总糖含量不变(设原料苹果量为X):
X(1-2.9%)(1-13.3%)(1-0.5%)(1-0.2%)(1-13.2%)(1-1.4%)(1-0.8%)14.6%=27140/(1-0.4%)/(1-1.2%)/(1-0.55%)*56%
得X=149873.1kg
(1)苹果原料量为149873.1kg
(2)采收时损失率为2.9%,则采收后的产量为149873.1*(1-2.9%)=145526.78kg
(3)苹果原料的工艺损耗率为13.1%,则原料处理后产量为145526.78*(1-13.1%)=126462.77kg
(4)原料挑选损失为0.5%,则挑选后产量为126462.77*(1-0.5%)=125830.46kg
(5)原料清洗损失为0.2%,则清洗后产量为125830.46*(1-0.2%)=125578.80kg
(6)原料破碎损失为0.2%,则破碎后产量为125578.80*(1-0.2%)=125327.64kg
(7)原料压榨损失为13.2%,则压榨后损失为125327.64*(1-13.2%)=108784.39kg
(8)过滤损失为1.4%,则过滤后损失为108784.39*(1-1.4%)=107261.41kg
(9)灭酶损失为0.8%,则灭酶后损失为107261.41*(1-0.8%)=106403.32kg
(10)蒸发浓缩时国光苹果的含糖量从14.6%提升至56%,产量为106403.32*14.6%/56%=27740.87kg
(11)糖酸比调节
调配前果汁:
糖含量27740.87*56%=15534.88kg酸含量106403.32*0.54%=574.58kg
经浓缩后进行酶解、超滤、灭菌,损耗率为0.4%、1.2% 、0.55%,则杀菌后浓缩汁产量为27740.87*(1-0.4%)*(1-1.2%)*(1-0.55%)=27148.21kg
此时,糖度=15534.88/27148.21=57.22%酸度=574.58/27148.21=2.12%糖酸比=26.99
一般成品的糖酸比在13:
1到15:
1之间,本设计采用的糖酸比是13:
1,浓缩果汁糖度在56%~58%间,酸度在1%~3.8%间。
由上可得,苹果浓缩汁生物糖度和酸度在要求范围内,但糖酸比不符合本设计要求,所以要进行调整。
设糖酸比为13:
1,糖度为58%,加入糖akg,酸bkg,
(15534.88+a)/(27148.21+a+b)=58%
(15534.88+a)/(574.58+b)=14
得a=262.17kgb=553.78kg
调整后糖总量为15534.88+262.17=15797.05kg酸总量为574.58+553.78=1128.36kg
糖酸比调整后浓缩汁总量为27148.21+262.17+553.78=27964.16kg
5设备选型
该设计淡季每天有两班,旺季有三班,每班运行8小时。
5.1拣选机
拣选机生产能力125830.46/8=15728.81kg/h
表5.1拣选机技术参数
型号
生产能力T/h
功率KW
外形尺寸mm
GXJ-20
20
4
6000*1200*900
5.2清洗机
清洗机生产能力125578.80/8=15697.35kg/h
表5.2清洗机技术参数
型号
生产能力T/h
功率KW
外形尺寸mm
LXJ-20
20
5.1
4500*1400*200
5.3破碎机
破碎机的生产能力125327.64/8=15665.955kg/h
表5.3破碎机技术参数
型号
生产能力T/h
功率KW
外形尺寸mm
CPS-20
20
22
2000*2000*1800
5.4压榨机
生产能力108784.39/8=13598.05kg/h
表5.4压榨机技术参数
型号
生产能力T/h
主机功率KW
主机外形尺寸mm
进料口高度mm
DYJ-20
20
5.5
5400*3380*2505
2.0
5.5双联过滤器
过滤流量107261.41/8=13407.68kg/h
表5.5双联过滤器技术参数
型号
规格m2
流量t/h
外形尺寸mm
YF0.35
0.35
10
∅430*1200
根据上表的技术参数来看,选用两台YF便可满足生产所需。
5.6列管式预热灭酶机
生产能力106403.32/8=13300.42kg/h
表5.6列管式预热灭酶机技术参数
处理能力kg/h
板片尺寸mm
蒸汽耗量kg/h
换热面积m2
4000
1700*500*1400
300~500
3.5~4
根据上表的技术参数来看,选用四台列管式预热灭酶机便可满足生产所需。
5.7浓缩设备
蒸发水分量为106403.32-27740.87=78662.45kg78662.45/8=9832.81kg/h
表5.7三效外循环式真空蒸发器--技术参数
型号
水分蒸发量t/h
蒸汽压力Mpa
最大真空度mmhg
蒸发温度℃
蒸汽耗量kg/kg
冷却水耗量T/T
GLWXH-03
1.2-5
0.05-0.4
650
45-90
0.40
11
根据上表的技术参数来看,选用一台GLWXH-03便可满足生产所需。
5.8贮罐
贮藏能力27964.16/8=3495.52kg/h
表5.8贮罐技术参数
型号
容积t
设备重量kg
外形尺寸mm
容器类别
GQ-SX
2
120
Ø1200*1220
常压
根据上表的技术参数及生产所需来看,选用2台贮罐就能满足生产所需。
5.9酶解罐
酶解能力27964.16/8=3495.52kg/h
表5.9酶解罐技术参数
容积L
换热面积m2
搅拌功率KW
内罐体直径mm
5000
13.5
4.0
1800
根据上表的技术参数来看,选用6台上述酶解罐便可满足生产所需。
5.10超滤装置
超滤能力27964.16(1-0.4%)/8=3481.54kg/h
表5.10超滤设备技术参数
型号
膜面积m2
透过液量L/h
进料量m3/h
尺寸mm
SUF-100
5
100
3.4-4.5
1600*800*1400
5.11高温瞬时杀菌机
高温瞬时杀菌能力27852.30(1-1.2%)/8=3439.76kg/h
表5.11高温瞬时杀菌机技术参数
型号
产量L/h
灭菌温度℃
功率KW
保持时间s
耗气量kg/h
外形尺寸mm
UHT-4
3500-4000
115~135
4
4-6
0.15
1750*1350*2000
根据上表的技术参数,选用一台UHT-4就能满足生产需求。
5.12灌装机
定每瓶灌装500ml。
灌装能力27366.72/8=3420.84kg/h
果汁密度ρ=1.08g/ml
V=m/p=3420.84*103/1.08=3.17*106ml
瓶
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