年产两万吨草莓汁工厂设计.docx

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年产两万吨草莓汁工厂设计

1.引言

1.1果汁的营养价值

果汁中含有较高的营养价值，主要包括碳水化合物、葡萄糖、果糖等易于被人体吸收的物质和维生素。

一些果蔬汁中的有机酸也对人体正常生理活动起着重要作用，如柠檬酸能提高人体对钙的吸收能力。

因而果蔬汁除了能补充人体需要的水分，起到消暑解渴的作用外，对人体还有着一定的营养意义。

1.2国内外果汁生产与市场

2004年6月、7月、8月，中国饮料工业协会举办了涉及全国饮料行业发展的三次研讨会：

《2004中国茶饮料和植物饮料发展研讨会》、《2004中国功能饮料/运动饮料发展论坛》、《2004中国果汁饮料发展研讨会》。

这三次饮料行业会议比较权威地分析和预测了中国饮料大市场的现状和发展趋势。

与会者一致认为，2004年及随后的2005年，中国饮料市场的主流产品和最有发展潜力的品种是：

果汁饮料、茶饮料和功能饮料。

按照销售总量，果汁饮料在其中的排列顺序居第一。

目前，我国果汁工业尚处于发展阶段，无论在产量上还是在产品结构上，都与市物需求存在一定的差距，我国饮料工业自80年代初开始发展，以17%的年增长率增长，产量由1980年的28.8万吨增加到1994年的637万吨。

1995年产量突破700万吨，1999年已完全突破900万吨，但我国果汁饮料类（包括原果汁、果汁饮料、带肉果汁饮料）的总产量仅有100多万吨，其中大部分是含果汁10%的果味饮料，而果汁（100%原汁）和果汁饮料含果汁（10%以上）仅占25%左右。

国际市场上，发达国家市场需求是以原果汁饮料为主，发展中国家是以果味饮料为主。

据对全国几个大城市的调查显示，有3.8%的居民每周饮用4至6次，有30%的居民每周饮用1-3次，而美国人均年果汁饮料消费量为45公斤，德国46公斤，亚洲一些国家为19-20公斤，而我国人均年果汁饮料消费量还不到1.2公斤这说明果汁饮料市场发展潜力巨大，前景十分广阔。

据世界银行统计，1990年饮料人均消费量发达国家为34.2升/年，属成熟的理性消费阶段发展中国家10.5升/年，而中国只有4升/年。

按照轻工总会规划到2000年我国饮料总产量达到1000万吨，而实际消费需求可达到1300-150。

万吨，至少有400-500万吨饮料市场缺口可供占领。

其中果汁饮料消费保持快速的增长势头，在我国众多品牌的果汁饮料中。

还缺少国际化的品牌,果汁饮料的发展落后于国家经济增长的人民生活水平提带的步伐，开发名优果汁饮料势在必行。

1.3草莓汁饮料的营养价值与市场前景

草莓果实营养十分丰富。

据测定,草莓浆果每100克中含糖4.5～12g,有机酸0.6～1.6g,果酸1.1～1.7g，无机盐0.6g，粗纤维1.4g以上，维生素C50～120mg，磷41mg、铁1.1mg、钙32mg、钠4.2mg、铁1.8mg、锰0.49mg、锌0.14mg、铜0.04mg、硒0.70mg,还有丰富的维生素A、维生素B、胡萝卜素、核黄素、硫胺素等多种营养成分［1］。

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，消费观念逐步改变，在科学的饮食结构中，饮料占据了重要的位置。

从饮料市场消费趋势来看，世界饮料消费呈上升趋势，平均每年4.3%的比例上升，中国更是以17%的比例上升，从饮料消费结构来看，以往占统治地位的碳酸饮料消费量逐年大幅下降，人们更加崇尚天然、健康型饮料。

于是果汁饮料稳步增长，人均消费量逐年递增。

而草莓饮料在市场上生产的很少，但营业价值高，因此市场潜在的需求很大。

2.工艺设计

2.1全年生产安排

2.1.1产品方案确定的年产量大于计划生产产量的依据

本设计是要求年产2万吨的草莓饮料,而一般设计方案时的年产量要比要求高出一些,因为在生产过程中可能会出现灌装、密封、包装不好等现象，这样就会导致产品不必要的损失。

而按照这样的预算所生产的最终产量才能达到或接近设计的要求。

2.1.2生产时间安排

由于草莓原料生产具有很强的季节性，果汁消费也有较强的季节性。

原料的收获旺季在3-5月，5-10月为产品销售旺季。

为了尽可能充分利用原料，减少产季原料的腐烂损失，同时也减少原来贮藏的费用，并满足市场供求关系。

本设计确定每年3-5月为生产旺季，每天生产3班；6-8月为生产中季，每天生产2班，9-11月为生产淡季，每天生产1班。

总生产日数为275天

班数=92×3+92×2+91×1=276+184+91=551班

表2-1一年生产安排表

加工班数（天）

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

零班

一班

两班

三班

合计

551（班）

2.1.3平均产量计数

理论设计每班产量为　　20000÷551≈36.3吨/班

按设计要求平均班产量取40吨/班

平均每小时产量计算

在本设计中，每班生产工作时间为8个小时,则有：

每小时产量=班产量（吨）÷有效生产时间（小时）

　　＝40（吨/班）÷8（小时）

　　＝5（吨/小时）

本设计的预计划年产量为:

　设计年产量＝40×551=22160　吨，比理论设计产量高出11%。

符合设计要求。

设备选型按每小时5吨加工量为基础。

2.1.4产品规格

产品含草莓原汁20%，分别以250mL和1000mL纸盒包装。

两种规格的产量分配如表2-2。

表2-2二万吨草莓汁饮料项目产品方案

名称

规格

产量（吨）

包装方式

草

莓

汁

250ml/包

1000m1/包

10000

10000

纸盒包装

本设计选择纸盒无菌罐装技术，它有设备自动化程度高，产品质量好,

物质损耗少，产品包装精细严密，外观设计新颖，饮用方便等优点。

纸盒包装还具有无污染，易回收，有利于环境保护的特点。

纸盒包装有利于防止光和氧对果汁营养成分的破坏，最大限度的保证果汁的品质。

2.2生产工艺

2.2.1工艺流程图

水处理

辅料溶解

洗果压榨过滤调配

均质

脱气

高温杀菌

无菌装罐

字符喷码

贴吸管

检验装箱

成品

2.2.2工艺设计和说明

2.2.2.1原辅料采购标准及产品标准

原料的来源及质量

草莓原浆主要向符合行业生产标准的正规企业采购，要求草莓原浆色泽良好，味纯正，产品标识与产品质量相符。

草莓原浆主要指标：

百利糖度:

≥12.0（0BX）；颜色∶原色；总酸∶0.30-1.20（%）；细菌总数∶≤100（个/ml）；糖酸比∶≥10.0；大肠肝菌∶<3（个/ml）；PH值∶3.2-4.2；致病菌∶不得检出[2]。

辅料质量要求

白砂糖：

应符合GB317.1中优级品或一级品和GB13104的规定。

柠檬酸：

应符合GB1987的规定。

水：

应符合GB/T10791中4.1条的规定。

山梨酸：

应符合GB1905－1980的规定。

柠檬酸：

应符合GB1987-86的规定。

柠檬酸钠：

应符合GB6782-86的规定。

山梨酸钾：

应符合GB13736－1992的规定。

维生素C（抗坏血酸）：

应符合GB14754－1993的规定。

食用色素、增稠剂、香精等其他辅料：

应符合GB/T10791的规定。

2.2.2.2洗涤和摘果柄、萼叶:

在流动的水槽内洗涤,洗去泥沙和叶片之类的粘附物。

洗净后用0.103%的高锰酸钾溶液消毒1min,然后再用流水冲洗2～3次,摘除果柄和萼片后再淋洗一次。

2.2.2.3榨果汁:

榨汁可有各种压榨机,也可用离心甩干机和不锈钢搅肉机来破碎草莓。

草莓破碎后,放到滤布袋内,在离心甩干机内离心,由出水口收集果汁,把3次压榨出的汁混合在一起,出汁率可达75%。

2.2.2.4果汁过滤:

榨出的草莓汁,为防止升温变质,常添加0.05%的苯甲酸钠作防腐剂。

常温下草莓汁在密闭的容器中放置3～4d即可澄清,低温澄清速度更快。

可用孔径0.3～1mm刮板过滤机或内衬0.18mm孔径的绢布的离心机细滤澄清。

过滤的速度随着滤面上沉积层的加厚而减慢。

所以过滤桶可采用加压或减压方法,使滤面上下有压力差,以加快过滤速度。

2.2.2.5水处理

果汁饮料用水水质是保证果汁口感、风味、稳定性及保质期的重要条件。

桐据国标GB5749-85确保饮料用水水质要求见表2-3

表2-3水质要求标准

指标

要求

水污染指数（SDI）

≤4

饮料用水电导率

≤20us

铁

≤0.05ppm

锰

≤0.02ppm

二氧化硅

≤40ppm

总硬度

≤20DH

暂时硬度

≤3D

细菌总数

≤1000个/ml

致病菌

不得检出

2.2.2.6辅料溶解

采用冷溶法，一般提前4小时溶解，辅料与水比例一般为1:

30,按实际配方用量慢慢撒入搅拌的水中，待溶解充分后用泵直接泵入调配缸，并用少量的纯水把管道内冲干净。

热溶法会使辅料溶解不完全，胶体稳定性受到破坏。

2.2.2.7调配

根据产品的质量要求，按比例加入草莓浆、水、糖、酸味剂及稳定剂等。

草莓汁饮料原果浆含量为20%，糖度12%～15%，酸度0.20%～0.25%（以柠檬酸计）。

一种典型的草莓汁饮料，含草莓浆20%，糖度15%，pH值为3.5。

2.2.2.8均质

均质是保证果汁稳定性和口感的关键工艺，压力和温度是均质工艺的重要参数，本设计确定果汁均质条件为:

压力10MPa,温度68℃;

2.2.2.9预热、脱气

果汁和果肉微粒表面经常存在有一定量的Ｏ2,它会使果汁中Vc受破坏，香气和色泽恶化，而且在灌装时易产生泡沫，导致灌装量不稳定，所以需要脱气处理。

在脱气前要把果汁预热到65-68℃,使温度接近真空条件下的沸点保证果汁有效脱气。

本设计采用真空薄膜脱气法，脱气温度为65-68℃脱气真空度为60Kpa。

2.2.2.10杀菌

杀菌是果汁生产的关键工艺。

若杀菌不彻底，果汁的微生物指标超标，影响产品的保质期:

若杀菌时间过长，会破坏果汁的营养成分，而且影响果汁的口感和风味。

故选择科学的杀菌工艺也是保证果汁品质的重要条件。

本设计采用高温短时杀菌法，即:

135℃，3S，最大限度地保证果汁的营养成份不受损失。

2.2.2.11灌装

无菌灌装:

无菌灌装工艺与设备，在自动控制中完成无菌定量灌装，质检人员需要检测灌装量和密封情况。

2.2.2.12字符喷码

要求生产日期和批次号喷码定位准确，字体清晰。

2.2.2.13贴吸管

无菌包装果汁250ml和1000m1两种规格需要粘贴吸管，要求吸管定位准确，粘结牢固。

2.2.2.14检验装箱

发现封口异常、不严渗漏、生产日期、字体不清、吸管脱落等不合格产品及时挑出，合格品装箱，要求封箱胶带黏贴整齐、牢固，装箱数量准确无误。

2.2.2.15成品贮藏

常温贮藏。

2.3果汁饮料成品质量标准

根据相关国家标准和产品的具体要求，成品质量标准见表。

表2-5感官要求

滋味、气味

透明蚀度

杂质

草莓汁

具有草莓应有的滋味香气

透明清亮

无肉眼可见杂

表2-6理化指标

项目

指标

可溶性固形物（20℃，折光计法）%

总酸（以柠檬酸计）%

砷（以As计）mg/kg

铅（以Pb计）mg/kg

铜（以Cu计）mg/kg

≥12.0

≥0.3

≤0.5

≤1.0

≤10.0

表2-7微生物指标

项目

指标

菌落总数1个/1ml

大肠杆菌<3个/100ml

致病菌不得检出

2.4果蔬汁常见的质量问题

2.4.1变色

果汁在加工中发生的变色多为酶褐变，在贮藏期间发生的变色多为非酶褐变。

　为了避免变色，可以采用以下措施：

尽快用高温杀死酶活性；添加有机酸或维生素C抑制酶褐变；充分脱氧；避免接触铜铁用具等；对于非酶褐变防止过度的热力杀菌和尽可能避免过长的受热时间；控制pH在3.3以下；使制品贮藏在较低的温度下，如10℃或更低的温度。

另外贮藏中要避光。

2.4.2浑浊和沉淀

澄清果汁要求汁液透明，浑浊果汁要求有均匀的浑浊度，但在贮藏过程中常发生果汁的浑浊和沉淀。

这是因为澄清的果汁的澄清处理中澄清剂用量不当或处理时间不够，是果胶或淀粉分解不完全等造成了后浑浊；而浑浊果蔬汁有是一个果胶、蛋白质等亲水胶体物质组成的胶体系统，其pH、离子强度，尤其是保护胶体稳定性物质的种类与用量不同等，都会对浑浊果蔬汁的稳定性产生影响。

因此对于澄清果汁应严格澄清处理的操作，必须澄清效果满意后方可进行过滤；而浑浊果蔬汁为多相不稳定体系，可以从减小固体颗粒与果蔬汁体系的密度差及增大果蔬汁黏度等方法增加浑浊果蔬汁的稳定性来考虑。

所以一方面要掌握好均质处理的压力和时间条件，另一方面要配合使用好稳定剂（如黄原胶、海藻酸钠、明胶、CMC等）的种类和用量。

金属离子螯合剂往往也是浑浊果蔬汁稳定剂不可缺少的成分。

2.4.3微生物引起的败坏

微生物的侵染和繁殖引起的败坏可表现为变味（馊味、酸味、臭味、酒精味和霉味），也可以引起长霉、浑浊和发酵。

防止办法：

采用新鲜、不变质的果汁原浆。

注意原料的洗涤消毒。

严格车间和设备、管道、工具、容器等的消毒，缩短工艺流程的时间。

果汁罐装后封口要严密。

杀菌要彻底[4]。

2.5果汁饮料质量的关键点控制

原辅料验收:

依据原辅料验收标准，每批进厂验收。

水质:

根据水质要求，每周检验1次。

溶糖:

保证加糖量和溶糖温度、糖度。

辅料溶解:

保证辅料用量和完全溶解。

调配:

按标准要求进行理化指标检测和定容。

脱气、均质、杀菌:

保证工艺参数稳定。

无菌灌装:

保证灌装温度和灌装区无菌。

CIP:

每天对设备和管路进行标准CIP一次，对清洗不到的设备部件及表面也要及时采取其他方法清洗消毒，保证设备及管路的卫生。

检测:

对每批产品都要进行灌装量、理化指标、感官和卫生指标检测，做到有效控制[5]。

3.物料衡算

根据果汁生产的具体工艺和主要生产设备的要求，分别对原辅料进行衡算。

3.1原辅料的物料衡算

配方设计:

按每千升含量计算.

表3-1草莓汁饮料配方［3］

成分名称

添加量

含量

成分名称

添加量

含量

草莓汁

200kg

20%

柠檬酸

1.2kg

0.012%

蔗糖

100kg

10%

维生素C

0.23kg

0.023%

海藻酸钠

0.8kg

0.008%

苯甲酸钠

0.36kg

0.036%

香料水

0.8kg

0.008%

水

加至1000L

前面已经计算出班产量为：

全年生产551班，班产量为40t/班，每小时产量为5t/h；果汁含原浆为20%。

本产品设计采用250、1000ml的包装，以各占1/2产量

草莓汁饮料生产的物料衡算:

班产量按40吨设计计算[9]。

10528.6kg10318.3kg10266.7kg7700kg

原料拣选清洗榨汁过滤

–2%–0.5%榨汁率75%–3%

损失210.6kg损失51.6kg损失2566.7kg损失231kg

7469kg7245kg8080.5kg8056.3kg8032.1kg

离心调配均质脱气混合

–0.3%

–3%–0.3%–0.3%20%果汁

操作损失21.7kg80%水

损失224.1kg损失24.2kg损失24.2kg

+10%蔗糖、0.023%Vc（共+10.34%）

40160.5kg100200盒100000盒

杀菌、冷却灌装检验装箱40t成品

–0.2%

–0.2%–0.2%250ml80000盒

空盒20124盒/箱纸箱3334个

损失80.3kg损失200盒

1000ml20000盒

6盒/箱纸箱3334个

原料消耗定额=10528.6kg/40t=263.2kg/t成品

草莓用量：

由上表计算得每班生产40t草莓汁饮料消耗草莓10.5286t,一年有551班生产，年消耗草莓：

10.5286×551=580.1259t

蔗糖用量：

由上表计算得每班生产40t草莓汁饮料,在调配时需要7245kg草莓汁，蔗糖含量10%，所以蔗糖每班用量：

7245×10%=724.5kg

蔗糖每年用量：

724.5×551=399199.5kg

同理求得各辅料班用量，年用量如下图

表3-2班产量40t草莓汁饮料生产物料计算

项目

每班实际量

每年实际量

草莓消耗量（kg）

10528.6

5801259

蔗糖（kg）

724.5

399199.5

柠檬酸（kg）

8.7

4790.4

维生素C（kg）

1.67

918.2

海藻酸钠（kg）

5.8

3195.8

苯甲酸钠（kg）

2.6

1432.6

香料水（kg）

5.8

3195.8

250ml

1000ml

空盒消耗量（盒）

80160

20040

100200

44168160

11042040

5521020

250ml

1000ml

出厂瓶数（盒）

80000

20000

100000

44080000

11020000

55100000

250ml

1000ml

纸箱数（个）

3334

3334

6668

3334

3334

6668

4设备选型

4.1设备选型原则

设备选型是根据物料衡算的结果进行的。

依据物料衡算的结果可选择符合工艺要求，能保证产品质量和体现生产水平的设备。

通过设备的选型可以总体规划工艺，并且为动力配电、水、气用量提供依据。

设备选型应根据每一产品单位时间（t/h）产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需要设备台数。

食品厂选择设备的原则：

满足工艺要求，保证产品的质量和产量；根据自身的条件选择适合实际的设备；所选设备能充分利用原料、能耗低、效率高、体积小、维修方便、劳动强度。

并能一机多用；多选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料要不易腐蚀，不致对食品造成污染。

设备结构合理，材料的性能可适合各种工作条件；在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、件数和程度等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制系统[6]。

4.2主要设备的选型及说明[10]

4-1水处理设备的选型（整套设备）

名称

型号

生产能力

t/h

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

水处理

设备

SC-4

30

10

6.0×1.0×1.6

XX北亚饮品机械XX

20

4-2洗果机设备的选型

名称

型号

生产能力t/h

电动机功率KW

生产厂

单价万元

洗果机

GT5A13-5

5

1

XX机械

1

4-3压榨机的选型

名称

型号

生产能力t/h

电动机功率KW

生产厂

单价万元

压榨机

JLY450

5

10

XX机械

3

4-4过滤机的选型

名称

型号

生产能力t/h

电动机功率KW

生产厂

单价万元

过滤机

WK300

5

4

XX海轻

5

4-5原浆储罐和溶糖罐的选型

名称

型号

体积（L）

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

冷热缸

RP-L

6000

0.55

1400

XX欧海食品机械厂

2.0

用于作原浆储罐和溶糖罐,原浆储罐需一个,溶糖罐需两个,共3个.

4-6糖液缓冲罐

名称

型号

体积（L）

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

糖液缓冲罐

W2000

2000

1.5

φ1200×2000

X家港市饮料机械XX

2.0

该设备用于调配灌装之前的缓冲储存。

该设备使用1台。

4-7调配罐的选型

名称

型号

生产能力

m3

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

调配罐

W-10000

5

3

φ1600×2000

X家港市饮料机械XX

3.0

调配罐带有搅拌装置，确保调配罐里的溶液混合均匀。

本设计采用2个调配罐。

4-8脱气机的选型

名称

型号

生产能力

L/h

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

脱气机

0.4P

4000-7500

5

1500×1200×2350

XX伊本

3

在均质前经过脱气处理可以明显提高均质质量。

脱气主要是除去果汁中含有气一台脱气机已经可以满足生产要求，只需要购置一台脱气机。

4-9均质机的选型

名称

型号

生产能力

L/h

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

均质机

JJ-10/30

5000

50

1630*1480*2050

XX通用机械XX

30

一台均质机已经可以满足生产要求，所以只需要购置一台均质机。

4-10超高温瞬时杀菌机的选型

名称

型号

生产能力

t/h

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

超高温瞬时

杀菌机

Br16-PUT-45B

5

10

2600-2000

×2200

XX伊本

25

超高温瞬时杀菌是一种短时高温杀菌设备，可以在达到杀菌效果的同时最大量的保持果汁饮料的风味物质和芳香物质。

4-11灌装机选型

名称

型号

生产能力

盒/h

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

灌装机

BWWD200

10000

50

3290X1100X2670

XX华盛包装技术研究所

135

由于本设计采用的屋顶盒灌装机为热灌装，自动化程度较高，生产能力已能满足生产要求，因此只需一台。

4-12泵的选型

名称

型号

生产能力

t/h

电动机功率

KW

扬程m

生产厂

单价

万元

数量

卫生泵

GAHI-3-24

YAH

5

5

3

8

24

48

道森科技开发XX

0.5

0.8

8

2

用于物料、水的输送。

需要8台卫生泵，其中3kw8台；8kw4台。

4-13缓冲罐的选型

名称

型号

生产能力

m3

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

缓冲罐

ZZHI-1000

1

2

1200×800×700

自制

0.3

设置缓冲罐是为了保护使均质机和超高温瞬时杀菌机间有个缓冲的设备。

4-14喷码机的选型

名称

型号

生产能力

t/h

电动机功率

KW

外形尺寸（长×宽×高）（mm）

生产厂

单价

万元

喷码机

GP311

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