年产4000t苹果醋工艺流程设计

I年产4000t苹果醋工艺流程设计常乐宝鸡文理学院化学化工学院，陕西宝鸡721007摘要：本设计主要是进行年产4000t苹果醋工艺流程设计。基于现阶段我国苹果醋发展现状和国外苹果醋行业的发展经验，设计了年产4000t苹果醋的工艺体系。本设计按照生产需要和产品质量的标准出发，着重对年产4000t工艺流程进行了设计，并对产品方案，生产工艺，物料衡算，能量衡算等方面进行了分析研究。此设计是以设计结构简单化，产品质量最优化，环境最优化，成本最小化为原则。关键字：苹果醋；工艺流程设计；物料衡算；能量衡算4000tannualoutputofapplecidervinegarprocessdesignChangleBaojiCollegeofChemistryandChemicalEngineering,Baoji,Shaanxi721007Abstract：Thedesignismainlyaboutproducing4000tonapplevinegarperyear.Basedonpresentdevelopmentofapplevinegaraboutourcountryandtheexperienceofabroad.Idesignthesystematizationproducing4000tonapplevinegarperyear.Consideringproducerequirementandtheprocessflowofproducing4000tonapplevinegarperyear.Atthesametime,productproject,processproduction,materialcalculationandenergycalculationarealsoresearched.Thedesignmakessimplydesigningframe,superiorgoodsquality,goodenvironmentandlesscostasitsprinciple.Keywords:applevinegar;processdesign;materialbalance;energybalance11交稿日期：2015-05-04指导教师：马琳作者简介：常乐(1990-),男，陕西省延安市人，化学化工学院2011届毕业生II1绪论1.1概述1.1.1苹果醋对人体的好处及用途（1）苹果醋是一种酸性饮料，能够促进人体对少量元素的吸收。苹果醋是一种饮料，且为碱性饮料，但是它的口感却呈酸性。它有利于人体对米、面、鱼、等呈酸性食物的中合，且有利于对这些食物中所含营养素[1]及钙、钾、镁、铁等离子的吸收；还能够改善人的体质从而增加人的免疫力。（2）苹果醋富含果胶，能够促进人的消化和排毒的作用。苹果醋中的果胶有利用肠道里的有益细菌的生长，而有益细菌能够产生许多人体的必须营养物质；果胶可以促进脂肪、胆固醇及胆汁的排泄从而降低人体的患病率；果胶也能够吸附食物中的镍，钴等重金属离子从而达到有效的排毒的作用。（3）苹果醋成分中含有维生素，对人体具有养颜美容[2]的功效。苹果醋中的大量维生素抗氧化剂能够促进人体的新陈代谢，可以美白杀菌，淡化黑色素并且补出肌肤养分和水分，使皮肤更加光滑和美白。（4）苹果醋富含有机酸，能够增加人的食欲消除疲劳[3]的作用。苹果醋进入人体后，能够很快的被人体所吸收，因为它可以直接参与人的新陈代谢，从而在很短的时间内给人体提供能量，消除疲劳，使人能够迅速恢复体力。同时苹果醋可以促进氨代谢，对心肌梗塞的人具有保护作用，而醋酸能够促进胃液的分泌，增加人的食欲。（5）苹果醋中富含大量的维生素和氨基酸，能够增加人的抵抗力。苹果醋中所含的丰富的维生素以及氨基酸，能够在人体的新陈代谢过程中与许多的钙质元素结合，并生成醋酸钙，从而增加了人体对钙的吸收，让人身体更加结实、强壮。苹果醋中的维生素能够防止细胞癌变和减缓细胞衰老，增加人体的免疫力[4]。III（6）苹果醋老少皆宜，是未来市场发展的新星。1.1.2国内外苹果醋行业的发展状况早在90年代以前，我国就出现国许多苹果醋企业和相应的保健品企业，但当时人们对醋酸饮料了解甚少，而当时的价格有偏高，宣传力度等各方面的不足使其很快销声匿迹。近年来，由于科技信息技术的不断发展，宣传力度的增加国内苹果醋市场已经又开始增加，现在正在不断地壮大。如，1998年止，有关苹果醋的专利已经达416项[5]；2000年上班年，有关苹果醋的报告和工艺技术文献已经达到40篇。在国外，特别是像美国、日本、英国等发达国家早已对苹果醋行业进行了研究和发展，据不完全统计在上个世纪90年代，美国的醋产量就高达5.6亿升其中苹果醋产量0.93亿升，占总醋产量16.7%[6]。而日本似乎对苹果醋更加的重视，将其果醋列入国家生产标准之一。由此可见，我国发展苹果醋行业的前景光明，无论在国外还是国内都具有很好的发展空间。1.2苹果醋工艺流程设计的意义我国目前采用的苹果醋发酵工艺流程是传统的单一菌种，分步发酵法。其特点是结构简单，步骤简便；但发酵过程所需人力较大，成本较高，且苹果渣的利用率不高污染相对严重。而本设计采用的是设计方案是双菌发酵，分布和同步共同[7]进行，不但大大提高苹果渣的利用率，更加增加了产品苹果醋的质量和口感1.3本课题研究的内容IV本设计主要的研究内容是：关于年产4000t苹果醋的工艺流程设计。其他设计包括：厂址选择、生产工序设计、物料衡算、能量衡算、水电估算、以及结果的分析与讨论。2工艺流程设计2.1厂址选择本设计苹果醋的加工厂选取位置是位于陕西省延安市的洛川县。由于洛川县的地区属于黄土高原沟壑区，且气候为暖温带半湿润大陆性季风气候，这里的平均海拔是1070米；年平均气温9.2度，年平均降水量为600毫米[8]。它是目前世界唯一保存最完好的古原地之一，在这里黄土高原土地面积广大，地塬面平较为平坦，质地优良，光照充足，而且昼夜温差很大。自然条件较为优越，雨热同季，是发展农业的优良之地。黄土高原的洛川县又素有“陕北粮仓”和“苹果之乡”的誉称，将厂建设于此可解决原料问题，又可知此地位贯通210国道以及是火车的必经之地。所以其交通运输也是相当便利。而且厂区周围地处位置较高。有良好的环境卫生可以生产优质产品。2.2气象条件表2.2气象条件气象条件年平均最热月平均最冷月平均极端（高）极端（低）气温/℃1521.6-4.838-23气压/mbar885.4878.5892.3风向及风速/m/s2.4降雨量/mm615.4东南风115.7西北风4.9V湿度（相对）60%2.3工艺流程设计2.3.1产品方案班产量的确定（1）年产Q：4000t,属于小型食品企业工厂；（2）生产天数t:预计全年生产天数300天，暂时不划分淡旺季；（3）生产班次n:四班三倒，每班8小时，成产约4.4吨（4000÷300÷3）；（4）每小时生产能力：4.4÷8≈0.56t。2.4工艺流程生产的原则（1）注意经济效益，尽量选择投资少、低成本、耗能低、产量高的生产工艺；（2）因地制宜，集合实际，采用机械化，连续自动化生产线；（3）严格按照国家规定的食品质量安全指标来拟定相应的工艺流程。2.5生产工艺流程VI生产工艺流程图见图1图1生产工艺流程图成品破碎、清洗榨汁滤去果渣果汁加热澄清过滤去渣糖成分调整精滤分布发酵同步发酵调配均质装瓶杀菌冷却包装成品VII2.6生产苹果醋的工序2.6.1原料的预处理[9]（1）选果、洗果首先挑选新鲜的苹果，要求苹果无腐烂，无树叶等杂志，利用流动水洗除去泥污后，将苹果切块并放入稀盐酸中浸泡约5min中，再用高锰酸钾清洗。（2）破碎、榨汁将已经切块的洗净的苹果，让如破碎机中彻底粉碎。而后冲洗榨汁，此时应该小心操作防止与空气接触。为了提高出汁率，可以适当的加入适量果胶，同时加入一定量的维生素c，来防止氧化酶被氧化。注意：由于果汁中的某些成分容易和铁器发生反应，故应该避免果汁与铁器等相关物品接触。2.6.2灭菌处理在每次投料前，要进行灭菌处理。首先为了保持设备的清洁要用纯净水进行冲洗。然后，采用高温高压蒸汽灭菌，灭菌不少于30min。注意：高温高压蒸汽灭菌时，应当保证设备处于半开状态，防止出现事故。最后，灭菌结束后，除了开放的发门外，其他阀门一律关闭，以免造成污染。2.6.3发酵准备（1）接种当原料以及设备等灭菌结束后，等料液的温度降至室温时进行接种。接种结束后，控制好发酵罐内的温度保持相对的稳定，以保证发酵的正常进行。同时，仔细观察做好相应的记录，提供一个好的技术参考。（2）糖度调整由于发酵的底物料为糖原料，因此糖度的高低对发酵的影响较大。糖度过高，发酵液中底物浓度过大，可能导致酵母菌生长过快，发酵液特别粘稠，传质差，酵母菌易老化等问题；而糖度果低又会使酵母菌发育不良，难以达到预期的目的。因此，一般控制浓缩果汁含糖量在10%左右[10]。VIII2.6.4活化[6]（1）酵母菌的活化开始将120℃的灭菌完毕后的无菌水50ml冷却到37℃左右，再加入安琪果酒出产的专用酵母的活性酵母1g轻轻摇匀，并每隔10min摇一次，30min后停止备用。（2）醋酸菌的活化将保存很好的来自广州如丰果子调味品供词米醋生产车间分离的醋菌木醋杆菌，无菌操作至盛有醋酸菌活化的培养基中，30℃下摇匀24小时后备用[11]。2.6.5发酵[7]（1）分步发酵将灭菌好的苹果汁发酵液冷却后接入0.3%的酵母液，30℃下培养，每天测定糖度，酒精度以及酸度，待糖度不在变化，酒精发酵阶段结束而后接入10%的木醋杆菌RF4菌种液，30℃下进行醋酸发酵，并每天测定其糖度，酒精度以及酸度的变化。（2）同步发酵在苹果汁发酵液的同时接入0.3%的酵母液和10%的醋酸菌种液，30℃下培养，每天测定酒精度和酸度的变化。2.6.6调配在调配阶段，我们知道影响苹果醋饮料风味的主要因素包括：糖度、酸度以及饮料芳香成分的含量。一般情况下，水果饮料的糖度为10%-15%之间、酸度在0.2%-0.7%之间。为了满足广大消费者的需求，调配处符合消费者口味的配方IX尤其重要，因此要对饮料的糖度、酒精度及含糖量进行适当的调整。根据实验的选定，调配100ml的苹果醋饮料需要7g蔗糖，7g蜂蜜、苹果醋6ml，香精需要2ml，即可。2.6.7装罐及灭菌将已经调配好的混合型苹果醋饮料在高温杀菌后，保温30s。然后趁热进行装罐、排气、封口等操作。2.7产品的质量标准2.7.1感官指标表2.7.1感官指标质量指标色泽气味味道感官指标浅黄色或米黄色具有浓郁的苹果香味酸味纯正、柔和甘甜2.7.2理化指标表2.7.2理化指标质量指标总酸（以醋酸计）可溶性固体还原性糖（葡萄糖计）理化指标≥3.5g/mL≥10g/mL≥10g/mLX2.7.3微生物指标表2.7.3微生物指标[7]质量指标菌落总酸大肠杆菌菌落致病菌微生物指标≤100个/ml未检测出未检测出2.7.4检测指标表2.7.4检测指标质量指标感观理化指标检验微生物指标检验味道重金属指标检测指标按GB/T10792中的有关规定进行。按GB4789.2、GB4789.3中的规定进行按GB/T5009.11、GB/T5009.12、GB/T5009.13中的方法进行2.8物料衡算2.8.1衡算原理P=Pd+Pl；P：引入系统的物料重量；Pd：损失物料的质量XIPl：最终得到产品的质量2.8.2计算准则表2.8.2苹果醋生产的指标项目名称百分比%备注定额指标苹果汁的总糖含量70发酵液总糖含量10酵母接种量0.2醋酸菌接种量15发酵罐有效容积70损失率发酵损失6管路损失1灌装损失3检验及其他操作损失3空瓶损失1胶帽损失0.5瓶盖损失1标签损失0.5总损失率发酵液总损失15𝟐.𝟗以𝟏𝟎𝟎𝐤𝐠浓缩苹果汁为基准，对苹果醋的生产进行物料衡算（1）计算发酵液浓缩苹果汁：100kg；纯水的用量：100×70%10%−100=600kg；XII总发酵液：100+600=700kg；酒精培养液的用量：700×0.2%=1.4kg，（按0.2