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清华大学食品科学学院《食品工厂设计》课程设计项目名称：年产2万吨柑橘饮料加工厂生产设计项目系（院）：食品科学学院专业：班级：姓名：学号：设计时间：2012年5月29日~2012年6月20日目录第一章总论第一节概述第二节设计原则及依据第三节项目建设的必要性第二章工艺设计第一节产品方案第二节生产工艺流程设计第三节工艺操作要点第三章物料衡算第一节生产产量的确定第二节原辅材料的计算第四章设备选型以及水电气衡算第一节设备选型第二节水衡算第三节电衡算第四节蒸汽衡算第五章投资估算、资金筹措及经济效益分析第一节投资分析第二节资金筹措第三节效益分析第六章食品工厂卫生、环保、安全设计第一节工厂卫生第二节环保第三节安全第七章总论第一章总论第一节概述我国饮料行业起步虽然晚，但是发展迅速，并且一直持续稳步增长。随着我国国民经济的持续发展、人们的经济水平提高和人们的保健意识提高，人们对果汁这一类天人健康医疗的认识日益加深，近年来我国果汁饮料迅速发展，果汁饮料更是备受欢迎。来自经济部门的消息显示，果汁饮料作为一种天然、低糖的新型健康饮料，越来越被消费者所接受。果汁饮料在软饮料中的发展前景广阔。柑橘是世界第一大生产果品，全世界生产柑橘的国家和地区有153个，中国也是其中之一。中国是柑橘的重要原产地之一，柑橘资源丰富，优良品种繁多，有4000多年的栽培历史。我国柑橘分布在北纬16°～37°之间，海拔最高达2600米(四川巴塘)，南起海南省的三亚市，北至陕、甘、豫，东起台湾省，西到西藏的雅鲁藏布江河谷。但我国柑橘的经济栽培区主要集中在北纬20°～33°之间，海拔700～1000米以下。全国生产柑橘包括台湾省在内有19个省(市、自治区)。其中主产柑橘的有浙江、福建、湖南、四川、广西、湖北、广东、江西、重庆和台湾等10个省(市、区)，其次是上海、贵州、云南、江苏等省(市)，陕西、河南、海南、安徽和甘肃等省也有种植。全国种植柑橘的县(市、区)有985个。柑橘包括橙子、柚子、柠檬、广柑、蜜橘等。柑橘的营养成分十分丰富，含有丰富的糖分、果酸和多种维生素。据测定，柑橘每100克的可食部分中，含核黄素0.05毫克，尼克酸0.3毫克，抗坏血酸(维生素C)16毫克，蛋白质0.9克，脂肪0.1克，糖12克，粗纤维0.2克，无机盐0.4克，钙26毫克，磷15毫克，铁0.2毫克，热量221.9焦耳。橘中的胡萝卜素(维生素A原)含量仅次于杏，比其他水果都高。柑橘还含多种维生素，此外，还含钾、镁、硫、钠、氯和硅等元素，所以柑橘的营养价值很高。第二节设计原则及依据目前市场上果汁饮料非常盛行，人们对于果汁饮料的需求也日益上升。为了迎合消费者，大力发展果汁饮料业也成为一种必然。随着果汁饮料的迅速发展，果皮残渣的利用也成为果汁饮料生产中必须考虑的问题。本设计投资建立年产2万吨的柑橘饮料加工厂，设计主要以国内饮料生产技术为基础，结合国内外先进生产工艺设备，参考相应的文献资料，完成初步工艺设计，并且就相关情况对柑橘饮料加工的残渣进行加工利用，减少损失，提高了经济效益，真正做到了对资源的物尽其用。设计原则上，我们以社会主义经济规律的特点为指导思想，将最新的科技成就先进的工艺流程和最佳的机械设备应用到设计中去。结合技术上的可靠性、生产上的可行性和经济上的合理性以及当地具体情况，尽最大努力达到优质、高产、高效、节能、精巧、耐用、安全的目的。第三节项目建设的必要性一方面，随着经济发展以及社会进步，人们的生活也已经大幅度改善，对于膳食的营养搭配越来越重视，然而随之加快的生活节奏在某一方面促进了人们在选择食物时对于方便快捷的食品的偏爱，如何能够在满足人们日常膳食营养需求的同时使食物更方便快捷也成为了食品发展的一大趋势。果汁营养丰富，而且饮用起来方便快捷，便是能够满足这样要求的食品之一。另一方面，中国水果资源丰富，柑桔产量世界第三。近年来，中国果汁饮料市场因为消费者健康意识的增强呈高速发展态势。中国虽人口众多，果汁饮料的消费量却较低，人均年消费量还不到1公斤，是世界平均水平的1/10，发达国家平均水平的1/40。世界人均果汁饮料消费量已达7公斤，如果按世界平均消费量计算，中国果汁饮料的市场容量应为910万吨，这表明，果汁饮料在中国仍有巨大的发展空间。国际市场方面，到2020年，全球果汁及碳酸饮料将增至730亿升。据此推断，未来中国果汁行业的发展空间非常广阔，与此同时也具备了非常好的投资优势。同时，中国水果产量很高，然而水果的直接消费量只能占很小一部分，并且水果不耐储藏，大力发展果汁行业则很好地解决了这方面的问题。发展果汁行业减少了水果的浪费量，增加了果农的收入，促进了水果行业的发展，促进了当地的经济发展，也为社会提供了大量的就业机会，一定程度上缓解了社会的就业压力。第二章工艺设计第一节产品方案设计要求：一条年产2万吨柑橘汁饮料生产线设计原料有柑橘果汁，白砂糖、香精、着色剂、酸味剂和水。原辅料各配比如下表1（按1000kg计）：成分名称添加量/kg成分名称添加量/kg柑橘汁200白砂糖50柠檬酸1.2果葡糖浆17.5山梨酸钾0.1黄原胶0.6食用香料0.2维生素C0.3第二节工艺流程设计第三节工艺操作要点1、原料选择原料的选择是果汁生产过程中的重要环节，原料的好坏直接影响到最终产品的质量。原料进厂后，要对材料进行挑选，弃除病虫害、机械损伤、未成熟果、过熟果等不符合加工要求的果实。1、柑橘在原料上的要求如下：A选择适合的品种，作为加工果汁的品种，必须酸甜可口，色浓，香气浓郁，果汁多，榨汁率高。作为生产果汁饮料的柑橘，要求出汁率达到45%以上。生产果汁的柑橘类的果实出汁率一般在45-60%之间，取其出汁率约50%。。B选择成熟度适合的果实。采收过早的原料可溶性固形物低，单宁高，糖度低，酸度高。采收过晚的原料，由于呼吸作用的消耗，糖酸含量明显下降，出汁率下降。新鲜、健康、成熟的甜橙糖酸比在6:1-9:1左右。C要求无腐烂，霉变，病虫害和机械损伤。2、原料贮运运输过程中尽量避免挤压和碰撞，否则会引起机械损伤和呼吸伤的发生，使其温度升高，原果质量和出汁率降低。现代企业生产柑橘汁是连续生产的，为保证生产线的连续工作，每天消耗大量的原料，必须建立贮藏系统贮藏柑橘原料，输送原料建立流水槽或流水池。贮藏条件根据种类，成熟度调节贮藏系统的温湿度和气体成分。3、原料清洗原料表面会附着尘土、泥沙、残留农药、微生物等，因此在进行加工前应进行清洗，原料经过流水运输到清洗设备中时，在含有0.1%高锰酸钾溶液中浸泡几分钟，用冲浪式洗果机进行清洗。利用水力输送方式输送原果，清洗彻底、洁净且不伤物料。在输送流槽水的冲力作用下，物流随水流到达下道工序，带喷淋清洗装置，使沙石沉淀到底层排走。喷淋的水用含氯10—30mg/kg的清洗水喷淋后经清洁水冲洗。再弃除上个程序挑选过程中漏下的不合格果实，经输送带送到榨汁机处榨汁。4、去油、榨汁榨汁时，柑橘外皮中的不良风味物质和可溶性物质额会进入果汁中，同时柑橘果汁外皮中的精油，含有易生成称臭味的物质，果皮和果肉囊衣和种子种有柚皮苷柠碱等致苦物质。柑橘汁中精油含量为0.015-0.025%，是会产生愉悦的香气和风味，但是超过0.03%是就会有苦麻味，影响产品质量。因此在榨汁前柑橘先输送到锉皮机提取精油，锉磨机轻轻的用研磨刺扎柑橘的外表皮使果皮有流出，同时可用水喷淋，果皮油随之流入锉磨机底座，也可以随着针刺空留下来。而且通常不采用破碎的压榨方法，而采取逐个榨汁的方法，这样也可以避大量的橘皮中的不良风味物质混入果汁中。果蔬的取汁工序是果蔬汁加工中的一道非常重要的工序，取汁的方式是影响出汁率的一个重要因素，也影响果蔬汁产品的品质和生产效率。根据原料和产品形式的不同，取汁方式差异很大，主要有压榨法、浸提法、离心法和打浆法等，柑橘类果实的榨汁机专用性很强。果汁出汁率受果实的质地、品种成熟度、榨汁方法等因素的印象，通常出汁率为40—50%。不同品种的柑橘采用的压榨方法也不同。几种柑橘出汁率（表2）柑橘品种榨汁方法出汁率（对原料汁）湖南黄皮柑螺旋榨汁法42四川红柑螺旋榨汁法50湖南广柑螺旋榨汁法47四川广柑螺旋榨汁法/切半榨汁法46温州蜜柑螺旋榨汁法58雪柑打浆机榨汁法524、过滤榨出的果汁中含有果皮的碎片和囊衣、较大块的果肉等，这些物质不仅影响果汁的外观和风味，也能使果汁很快发生变质。一般的榨汁机均附有果汁送往果汁粗滤设备（滤孔为0.5mm左右），无需另设粗滤机。可根据实际情况将粗滤后的果汁送往硅藻土过滤机(孔径为0.3mm)，果汁的质地可由压力和筛孔大小控制，一般使果浆含量为3%—5%。5、调配柑橘汁在加工过程中，由于生产工艺的要求，添加了大量的水分，果汁原来的香气变淡，色泽变浅，糖酸都降低，需要添加香精、色素、糖或者浓缩汁来弥补，使产品达到良好的效果。果汁按成品标准调整，实际柑桔汁饮料糖酸比为13.0～17.0:1，可溶性固形物13%～17%，含酸0.8%～1.2%，糖含量调整到9～15%。果汁饮料是用果汁为原料配合糖和糖浆、营养强化剂等食品添加剂调配而成的，调配前需制备好糖浆，其次调整糖酸比，将所用的果汁和其他添加剂放入调配罐搅拌混合，计算需用糖浆量，计量后将所用糖浆放入调配罐中，加水至每批配料的规定量，进一步搅拌混合。故需要调整其糖度和酸度以达到良好的风味和效果。调配时，使用白砂糖和果葡糖浆，两种甜度几乎相等，同时使用可以使甜度增加20-30%的，甜味丰满、风味更好，而且成本更低。用水必须是软化水或纯清水。无论采用何种方法调配，在进入下一道工序前都要抽样检验，测定其糖度、酸度，并比照色泽。分析检验后，根据结果进行适当调配，使之符合产品标准，力求产品一致化。糖浆调配顺序：糖液→防腐剂→甜味剂→酸味剂→果汁→乳化剂→稳定剂→色素→香精→加水定容。6、均质均质是果汁制造上的特殊操作。调和后果汁应选均质机进行细化处理。可采用高压均质机进行均质处理，其原理是在高压力下，果汁粒浆受压力而破碎，重要是通过一个均质阀的作用，使高压的果汁从极端狭小的间隙中通过，然后由于速度降低压力小而膨胀和冲击作用使粒子微细化并均匀的分散在果汁中，高压均质机要求150—170kg/cm2。均质机的均质压力一般压力为15MPa，均质处理中可使果汁中的细小颗粒进一步破碎，使粒子大小均匀，促进果胶的渗出，使果胶和果汁亲和，保持果汁的均匀浑浊度。7、脱油和脱气此时果汁中还含有过量的香精油，需要经过脱油机进行脱油。现在生产上是采用类似小型真空浓缩蒸发器进行脱油。将果汁喷入真空度为90—93KPa的蒸发器中，并加热到51℃，香精油被蒸发，随蒸汽而被冷凝，3%—6%的水分也会被蒸发掉。冷凝液通过离心机分离出香精油，留在下层的水回到果汁中。香精油含量一般保持在0.015%—0.025%，可使柑橘汁具有良好的香气和风味。脱油过程中已经排除了空气，因此无需额外脱气。8、杀菌柑橘汁的杀菌影响产品的保藏性和质量，柑橘汁的PH值很低，一般以酵母、霉菌和无芽孢杆菌为杀菌对象。另外由于果汁本身存在果胶酶，在生产的过程中也是要其钝化，以免影响果汁的质地。果蔬汁的杀菌与包装是产品得以长期保藏的关键。果蔬汁中存在着各种微生物，它们会使产品腐败变质；同时还存在着各种酶，使制品的色泽、风味和体态发生变化。在进行杀菌时，一方面需要杀灭果蔬汁中有害微生物以达到商业无菌和钝化果蔬汁中的酶，同时应考虑产品的质量不要受到太大的影响。在生产果蔬汁中的杀菌方法广泛采用高温短时杀菌和超高温杀菌。对于PH3.7的高酸度饮料采用高温短时杀菌，一般温度为95℃，杀菌时间为15-20S。而对于PH3.7的饮料，广泛采用超高温杀菌的方法，温度为120-130℃，时间为3.6S。由于柑橘汁饮料PH3.7，故选择高温短时杀菌，杀菌温度一般为95℃,15-20S。同时为避免果受到长时间的加热，要控制好果汁的速度。9、灌装、密封果汁饮料的瓶装灌装，一般都是采用热灌装。柑橘汁经过热杀菌后，不进行冷却趁热灌装，一般采用装汁机热灌装（中心温度控制在70℃以上，若采用真空灌装，温度可低些）。顶隙一般为0.8cm左