年产3000吨葡萄汁生产车间设计.doc

食品工艺学课程设计
设计题目:年产3000吨葡萄汁生产车间设计

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目录
第一章 综述 1
1.1 前言 1
1.2 葡萄中营养素含量 1
1.3 葡萄汁的生理功能 2
1.4 葡萄汁产业发展概况及现状 2
1.5 市场前景分析 3
第二章 工艺流程及操作要点 3
2.1 浓缩葡萄汁的工艺流程 3
2.2 操作要点 3
2.3 技术标准 6
第三章 物料衡算 7
3.1 物料衡算的计算 7
3.2 物料衡算图 8
第四章 设备选型 9
4.1主要设备选型 9
4.2 辅助设备选型 10
附一 参考文献 12

第一章 综述
1.1 前言
果汁饮料是老少皆宜的营养饮料，营养丰富还具有一定的保健价值。目前的果汁分为浓缩果汁、浓缩还原果汁和非浓缩还原果汁。其中浓缩还原果汁最为常见，是以浓缩果汁按照一定比例与水和其他配料勾兑而成，非浓缩还原果汁即鲜榨果汁，有着最高的质量，但保存较为不便，且价格普遍较为昂贵。
GB10789-1996指出果汁饮料为：用新鲜或冷藏水果为原料， 经加工制成的制品称为果汁（浆）及果汁饮料（品）类产品，主要分为果汁、果浆、浓缩果汁、浓缩果浆、果肉饮料、果汁饮料、果粒果汁饮料、水果饮料浓浆及水果饮料；蔬菜汁及蔬菜汁饮料的定义则是以新鲜或冷藏蔬菜（包括可食的根、茎、叶、花、果实，食用菌，食用藻类及蕨类）等原料，用机械方法将蔬菜加工， 在制得的汁液中加入食盐或白砂糖等调制而成的制品，可分为蔬菜汁饮料、复合果蔬汁和发酵果蔬汁饮料三类。 [1]
据美国全球行业分析公司（Global Industry Analysts，Inc.）的报道，由于消费者的健康和营养意识增强，全球果蔬汁消费持续增长，预计到2010 年全球果蔬汁消费量将达到530 亿升。北美和欧盟将是果蔬汁主要消费市场，约占全球消费总量的60%，但增幅最大的消费市场将是亚太地区。在众多饮料品种中，果蔬汁成为最有竞争力的种类之一。[2]
1.2 葡萄中营养素含量
 葡萄，又称草龙珠，山葫芦，古称蒲陶，是人们喜爱的水果之一。据分析，每百克含水分87.9克，蛋白质0.4克，脂肪0.6克，碳水化合物8.2克，粗纤维2.6克，钙4.0毫克，磷7.0毫克，铁0.8毫克，并含有胡萝卜素、维生素Ｂ1、维生素Ｂ2、维生素Ｃ、维生素Ｐ、维生素ｐｐ等，此外，还含有人体所需的十多种氨基酸及多量果酸。因此，常食葡萄，对神经衰弱和过度疲劳均有补益作用。而葡萄酒又为一种低度饮料，含有十几种氨基酸和丰富的维生素Ｂ12和维生素Ｐ，更具有味甘、性温、色美、善“醉”、易醒、滋补、养人等特点，经常少量饮用，有舒筋活血、开胃健脾、助消化、提神等功效。[3]
葡萄含糖量达8%-10%。此外它含有多种无机盐、维生素以及多种具有生理功能的物质。葡萄含钾量也相当丰富。各种挥发性有机化合物包括酯、醇、酸、醛、内酯和其他成分组成了葡萄的香味。商品葡萄依其用途分为五类:鲜食葡萄、酿酒葡萄、制汁葡萄、制干葡萄、制罐葡萄。　　
1.3 葡萄汁的生理功能
葡萄是物美价廉的普通水果，市场供应很丰富。葡萄汁被科学家们誉为“植物奶”。一份研究报告称，葡萄是肾炎、肝炎、关节炎和贫血病人最好的食品，同时还能抗癌和抵抗肺病。葡萄在医疗方面具有重要意义，主要是它含有许多营养成分和对身体有益的物质。医学研究证明，葡萄汁是肾炎病人最好的食品，可以降低肾脏的白蛋白和氯化钠。同时，葡萄汁还含有大量易于消化和吸收的糖分，碳水化合物含量高达16%，其中大部分是葡萄糖。葡萄还含有0.5%的植物纤维以及氯化钾、铁和磷等。这些物质有助于平衡血酸，是身体建设，特别是骨骼和神经建设的必要物质。同时，葡萄还含有促进消化的有机酸。

此外葡萄中含有低聚花青素。它具有很强的抗氧化、清除自由基能力和改善人体微循环的双重功效。在体内其抗氧化能力是VE的50倍，Vc的20倍。它能通过血脑屏障到达脑部，防治中枢神经系统疾病。它可去除色素沉淀，帮助形成皮肤蛋白，使皮肤富有弹性、细嫩、光洁。它具有通过制造弹性蛋白和胶原纤维加固毛细血管壁的作用。它还有抗菌、消炎的作用。[4]
1.4 葡萄汁产业发展概况及现状
在全世界所有的水果中，葡萄栽培面积一直居首位，产量仅次于柑橘类水果。2000年世界葡萄栽培面积为7,545,670公顷，相当于我国耕地面积的1/2左右。世界葡萄的年产量为62,425,740公吨，占世界水果产量的1/7左右。中国葡萄产量从2000到2010年产量逐年上升。2010年葡萄产量达385.06万公吨，比2000年增加59.2%，平均年增长10.1%。2010年全国水果收获面积为8998.5千公顷。其中葡萄园296千公顷，种植面积也居第七位。葡萄在我国各省区均有分布，新疆是我国葡萄的主要产区之一，面积和产量居全国首位，其次面积较大的还有山东、河北、辽宁等省。[5]
我国的果汁加工业起步晚，发展慢，从建国初期到20世纪末的近50年间，果汁的产量从无到1995年的1百多万吨，其发展过程大致可分为三个阶段:第一阶段:1950一1979年，果汁工业尚属空白，产量几乎为0；第二阶段:1980一19Bg年，为缓慢发展期，果汁产量曲折土升，80年代后期总产量在10万吨徘徊；第三阶段:从1990年2000，为加快发展期。截至1995年，全国的果汁产量已经上升至115万吨，占软饮料总产量的16，5%。
2009年全国果蔬汁饮料产量为180万吨，占饮料总产量的23.8%。2010年，果蔬汁饮料为201.03万吨，占饮料总产量的26.07%。我国果蔬汁的生产整体上来说呈上升趋势，但占饮料总产量的比例偏低，我国果蔬汁的生产量仍极低，仅占世界果汁类产品总产量4.06%。并且我国的果汁以苹果汁为主，葡萄汁的产量极低。葡萄汁加工业开始于1869年，是最传统的果汁之一。而国内葡萄汁加工是八十年代才逐渐发展起来的。目前市场上的葡萄汁多为国外进口浓缩汁还原分装的。因而，葡萄汁作为一种健康饮品，急需迅速发展。[6]
1.5 市场前景分析
目前，在全世界葡萄总产量中，约有80%以上用于酿酒，12%用于鲜食，5%用于制成葡萄干，而用于生产果汁饮料的葡萄所占比例却很小。
葡萄汁在外国是广泛受欢迎的果汁品种，但是在我国，葡萄汁，以及葡萄酒等葡萄类加工产品的普及程度和受欢迎程度远不如欧美国家,这与我国的葡萄汁产业发展较晚，以及亚洲人对于食品风味的口感与欧美具有一定差异等原因造成的，同时，我国对于葡萄汁类产品的相关研发较少，也是其中的一个原因。
在中国，产量最高的水果为苹果、柑橘和梨，随着人们生活水平的提高，人们要求水果更加多样化，食用方便化。葡萄品种众多、风味浓郁，加工成的葡萄汁可满足不同消费群的需求，因而葡萄的种植和加工有广阔的发展前景。
第二章 工艺流程及操作要点
2.1 浓缩葡萄汁的工艺流程
红葡萄→原料清洗→破碎、除梗、去籽→加热→压榨→除果肉浆→杀菌和冷却→澄清→离心分离→过滤→浓缩→冷却→除酒石→糖度调整→杀菌→灌装→密封→倒置→冷却→包装→成品[7]
2.2 操作要点[8]
1 原料选择
原料收购时，要注意原料品种，特别是原料的鲜度、成熟度和糖度等。未成熟的葡萄，糖度低，酸度高，丹宁多、风味差。葡萄要八成熟左右，过高贮藏加工过程易出现腐烂。同时由于可溶性碳水化合物经果胶酶处理后的果汁不成透明状，故不能使用，雨天裂果、长霉果以及发酵变质的原料也不适合加工果汁。
2 原料清洗
为了洗去附着在原料果实表面和梗部的农药，灰尘等，在水中浸泡一次后，再于0.3g/L的高锰酸钾溶液中浸泡消毒2—3min，取出用水漂洗，最后再用高压水冲洗干净。或是把葡萄先用清水浸泡，然后送到网状输送机上，选用0.1％的多糖脂肪酸脂酸性洗涤液(加0.05％的盐酸)，温度控制在30～40℃，使用循环淋洗。再用清水淋洗，最后用一定压力的清水喷洗。
3 破碎、除梗、去籽
葡萄洗净后，将葡萄串放在回转的合成橡皮辊上进行压碎，再由带桨叶的回转轴将梗排出，通过滤网分离出葡萄，由泵送去软化。根据葡萄品种、果实大小不同，要考虑抽上的叶片、间隔、过滤筛板孔径、轴的转速，必要时能够调整最好。如果果梗混入，在加热操作时，会溶解出大量单宁，色泽发黑，必须注意。破碎后可加入果胶酶，果胶酶可以破解果胶质、纤维素和半纤维素, 从而更大限度地提高出汁率,果胶酶用量0.08mL/kg, 酶解温度55℃,酶解时间120 min。
4 加热软化
为了使红葡萄色素溶出，一般要进行热压榨，这是决定红葡萄汁质量优劣的重要工艺，但不得损害原料葡萄的色、香、味等特性。加热条件要参考加热装置特性、榨汁机结构、原料品种和成熟度、产品用途等慎重确定。必须避免过度加热，否则会促进种子和皮中单宁的溶出。加热红葡萄一般用夹层锅加热，加热条件在65～75℃比较合适，加热时间适当选择。
5 榨汁
榨汁是获取原汁的主要方法，也是关键工序。果汁生产要求果汁的出汁率高、榨出的汁液内含的空气和果肉颗粒少、褐变和营养素损伤少，生产效率高。为了实现上述要求，一般使用两次榨汁。将加热软化后的葡萄取出，先用螺旋榨汁机进行第一次压榨，取汁，滤渣在用带式榨汁机进行第二次压榨，两次葡萄汁混合。压榨葡萄汁要控制好出汁率，出汁率65％以后的果汁质量较差。
6 除果肉浆
榨好的葡萄汁混入了果肉浆(果肉粗纤维及细肉屑)，先进行酸处理，然后离心分离除去果肉浆，温度越高，分离效果越好。因此在不影响果汁质量的条件下，连续送入的榨汁应保持一定的温度。一般离心分离机都达不到额定分离效率，如果用6000转/分，定额为5000升/小时的离心分离机，只达到3600升/小时的分离效率就比较满意。
7 杀菌和冷却
分离果浆以后的葡萄汁仍然是混浊汁，且为了杀死果汁中的微生物，以防止在果胶酶处理时以及其他工序中的发酵，此时带酶果汁用平板热交换器或管式消毒器灭酶、灭酶条件85℃，15秒。灭酶后立即冷却到45℃以下。
8 澄清
生产透明果汁，必须进行酶处理。这种情况下，果汁的特性和酶的特性是非常重要的。葡萄的PH值为3.5—3.8，果胶酶的PH值为3.5—4.0，基本一致，最适温度为40—45℃。果胶酶先溶解于灭菌过程的低温果汁中，然后加入到杀菌冷却后的果汁中，搅拌混合。 在生产过程中，要防止锡、铁、铝、钙等这些酶制剂的有害物质混入。必须根据原料的种类和成熟度，确定酶制剂及其用量。一般果胶酶为0.01%—0.05%，其他酶制剂为0.005%—0.025%，处理条件在40—45℃作用4—10h。酶处理罐可以自动控制温度和搅拌，在使用前应将处理罐进行杀菌。如果用复合酶制剂进行酶处理，酶处理后的葡萄汁静置，果胶与果胶酶的产物聚半乳糖等沉降在酶处理罐的底部，把上清液小心地吸出，送到过滤器里过滤。沉淀物用离心分离，分出的果汁亦送入过滤器过滤。
9 过滤
过滤可以得到透明度良好的果汁。多采用板框压滤机进行过滤，以硅藻土为助滤剂。硅藻土要求不含铁，粒度适宜，一般加入量为果汁量的0.5%～1%。
10 浓缩
葡萄汁的浓缩一般采用薄膜下流式或强制循环式的低温真空浓缩法。葡萄汁浓缩时，因为有酒石结晶析出，在选用设备时，必须加以注意。要尽可能采用低温短时间浓缩，浓缩温度为60—70℃，浓缩汁糖度为40°Bx。浓缩时所蒸发的蒸汽中，含有相当数量的芳香成分。因此对于大型葡萄汁生产厂来说，浓缩时回收芳香物质必不可少。
11 冷却、除酒石
浓缩过的葡萄汁用冷却器降到-2℃，促使酒石结晶析出。然后在罐中静置一夜，有相当量的酒石沉淀在底层析出，取上层清液过滤。滤液装入不锈钢罐内，在-5～-7℃冷藏进行第二次、第三次除酒石。
12 糖度调整
为了使浓缩葡萄汁具有浓郁的葡萄香气，回收的含芳香物质的液体再加入浓葡萄汁里。浓缩汁芳香物质稀释，一般糖度在55°Bx以下，然后用糖液调整糖度为55°Bx。糖液的糖化在化糖罐中进行，先将净化水加热至100℃，加入白砂糖溶化，化糖温度应控制在90-100℃，待糖完全溶化后过滤备用。调配在调配罐中进行.将浓缩汁、糖液、柠檬酸、色素、香精加入到调配罐中边混合边搅拌。色素使用量为0.1%，香精浓度为0.1%。
13 杀菌、冷却
调整后的浓缩汁一般作原料果汁使用，这种果汁一般采用大包装。把1/5浓缩的透明葡萄汁，糖度为55°Bx，用管式消毒器或板式换热器，在93℃杀菌30秒，冷却到85℃，用自动罐装机装入内壁带涂层的铁罐内。铁罐使用前需要用净化水清洗，罐装温度应控制在60—70℃，以保证杀菌冷却后罐内具有一定的真空度。脱气后加盖密封，倒置2min，后用内表面冷却机冷却到30℃以下。当然也可先密封，然后应及时杀菌，杀菌温度为95—100℃，杀菌时间为10—15分钟。经杀菌后的铁罐要用冷水尽快冷却至35—40℃，冷却用水需经氯化处理，冷却水中有效氛浓度为1—2ppm。冷却后要将铁罐擦干，避免生锈。
14 包装
大桶包装上下均要用保护材料包好，用塑料带十字捆扎，这样才能运输。按标准规定的要求，在产品包装时和包装后随机抽样检测产品感官、可溶性固形物、总酸、透光率、色值、微生物指标。各项指标全部符合要求方可作为成品进入低温库保存，浓缩红葡萄汁在-2～-5℃冷藏。
2.3 技术标准
浓缩葡萄汁技术标准
项目/指标/品种
浓缩红葡萄汁
色泽
呈紫红色
香气
有葡萄的滋味和香气，无异味、异气
外观形态
澄清透明，无沉淀和悬浮物
杂质
无肉眼可见外来杂质
可溶性固形物%（°Brix）
65°±1
总酸（以柠檬酸计）%
2.0－8.0
酸度（pH值计）
2.5－3.5
浊度（NTU）≤
20
透光率%≥
90
果胶
无
淀粉
无
菌落总数（cfu/ml）≤
100
大肠杆菌群（MPN/100ml）≤
30
霉菌（cfu/ml）≤
20
酵母菌（cfu/ml）≤
20
其它
符合GB17352-2005规定要求
第三章 物料衡算
由于葡萄原料生产具有很强的季节性，葡萄消费也有较强的季节性。原料的收获旺季在8-10月,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。本设计在8-10月份生产，每月生产28天，每天工作16个小时（分为两班制,一班工作时间为8小时），全年共班次。
3.1 物料衡算的计算
1年产合格产品：3000t
2产品合格率：98.5%
3实际年产量：t
4全年生产班次：168班
5每班实际产量：t
6每小时实际产量：t
7浓缩果汁的相对浓度： 1.36
8每班需金属桶个数（200ml）: 63个
9每班需葡萄原汁量（浓缩比1/6）:t
10葡萄原汁的相对密度：1.05
11每小时需葡萄原汁两量:t
12每班需葡萄量: t
榨汁率 80%
榨汁后离心分离损失 2%
澄清过滤损失 3%
除酒石损失 1%
剔除病虫害损失 1%
13每小时需葡萄量:t
14每班芳香蒸发水量:t
15每班芳香回收量（浓缩比1/150）:kg
16每班浓缩蒸发水量:t
17每小时浓缩蒸发水量:t
18各种辅料用量（每班）:
破碎时为防止变色加0.1%抗坏血酸：
kg
澄清时用果胶酶量（10—50g/1000L）：
kg
榨汁用果胶酶用量（100--800 g/1000L果浆）：
kg
过滤时硅藻土用量0.15%：
kg
3.2 物料衡算图
葡萄143.00吨
选果↓→剔除病虫害果1.43吨
符合要求果141.57吨
榨汁↓→分离皮渣28.31吨
浑浊果汁113.26吨
离心分离↓→分离沉淀损失2.27吨
果汁110.99吨
澄清过滤↓→分离沉淀损失果汁3.33吨
清汁107.66吨
芳香回收↓→水分16.48吨，芳香物质109.87千克
无香果汁91.08吨
浓缩↓→水分75.27吨
浓缩无香果汁15.81吨
除酒石↓→酒石0.16吨
浓缩果汁15.65吨
芳香物质回收↓←芳香物质109.87千克
浓缩果汁15.75吨
↓→不合格产品0.24吨
成品15.51吨

第四章 设备选型
4.1主要设备选型[9]
1夹层锅
本设计选择蒸汽夹层锅。设备特点：本锅以有一定的压力的蒸气为热源，具有受热面积大，热效率高、加热均匀、液料沸腾时间短、加热温度容易控制等特点。本锅内层锅体（内锅）采用耐酸耐热的奥氏型不锈钢制造，配有压力表和安全阀，外型美观、安装容易、操作方便、安全可靠。
蒸汽夹层锅技术参数
项目
参数
项目
参数
容积
400L
锅体内径×深（cm）
100*68
蒸发量（Kg/h）
100
电机功率（Kw）
0.75
加热面积（㎡）
1.65
搅拌速度（r/min）
36
能耗（Kg/h）
136
结构形式
固定/可倾/搅拌
生产厂家：诸城市瑞泰食品机械有限公司。
2离心机
选择PJLDH15碟式离心机。特点是机身矮，体积小，便于工人操作， 占车间空间少； 电机功率小，消耗电能少； 分离机出口采用向心泵结构，排出的液相可直接输送到下游设备，排渣方式有两种选择，既可以用PLC自动控制，又可以人工手动控制； 转鼓内采用特殊的结构，处理量大， 澄清效果好。
PJLDH15碟式离心机技术参数表
项目
参数
项目
参数
处理量 l/h
1500
排渣方式
PLC自动方式
转速直径mm
300
输出压力kPa
100-300
转鼓转速rpm
7320
工作状态
半封闭式
电机功率KW
4
外形尺寸mm
800*600*1250
生产厂家：宜兴市海德分离机械有限公司。

3浓缩设备
选择双效降膜蒸发器。特点是该蒸发器适用于热敏感性物质（如牛奶、果汁、药液等）在真空条件下进行低温连续浓缩。它由加热器、蒸发室、水力喷射器、多级水泵、水箱、循环出料泵和操作台等组成，凡物料接触部分均采用不锈钢材料制成。具有体积小，效率高，成本低等特点，是理想的浓缩设备。
降膜蒸发器技术参数
项目
参数
项目
参数
型号
TW15B1200
循环次数
双效
蒸发量l/h
1200
真空度kPa
89-91
蒸发温度℃
46-50
外形尺寸mm
6000*3000*7100
功率KW
17.7

生产厂家：上海定泰蒸发器有限公司。
4板式换热器
选择Ⅰ6B型螺旋板式换热器，特点是换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等。
板式换热器技术参数
项目
参数
流速1m/ces时处理量m3/h
3.89
通道间距mm
6
公称换热面积m2
1
接管公称直径dg
40
重量（kg）
44
生产厂家：无锡可为化工机械有限公司。
4.2 辅助设备选型
1洗果机 选用温州新孔氏机械有限公司生产的冲浪式洗果机。该设备适用于果蔬原料的清洗。节能清洗水经过过滤后循环使用；果蔬原料在清洗过程中不停地作任意方向旋转，洗净度高；循环水将原料冲向出料方向，自带升运机，方便联线。
型号：cxj—10
生产能力：10t/h
功率：5.5kW
外形尺寸：3000*1400*2000mm
2破碎机 选用泰州市科威机械有限公司生产的CPS型鼠笼式破碎机。
型号：CPS—10
生产能力：6—10t/h
功率：11kW
外形尺寸：900*500*2000mm
3无菌灌装机 选用北京华睿富德工程科技有限公司生产的单头无菌灌装机本产品可以应用到目前所有可流动性食品的无菌大包装。采用可编程控制器同时具有触摸屏人机界面监控，生产过程是采用全自动方式完成，同时操作人员可以通过人机界面有效的监控生产过程，达到可靠生产，智能控制的要求，实现了无菌灌装的高度可靠性。使用无菌灌装机包装后的果汁果浆和果酱类产品大大降低了产品的生产成本，减少了仓储的费用，运输费用，同时满足了国际市场对此类产品的包装要求，符合国际惯例有利于产品的出口。
技术参数：
生产能力：500L-6000L/H
计量方式：电子秤，电磁流量器，质量流量计（任选其一）
清洗：外界提供清洗设备，自带清洗程序
灌装方式：灌装头升降，或工作台升降
杀菌方式：蒸汽或过热水
重量控制：正负1%误差

附一 参考文献
[1] 夏天，马力.果蔬汁饮料加工技术研究进展[J].江苏食品与发酵，2008(4)：21-23
[2] 夏竹.世界果蔬汁消费呈上升趋势[J].中国果业信息，2008，25(4)：50
[3] 中药健康网
[4] 《广西轻工业》 2010年02期
[5] 李雪霞《葡萄汁生产及研究现状》
[6] 《中国食品工业》 1997年11期
[7] 中国食品科技网
[8] 陆兆新编《果蔬贮藏加工及质量管理技术》中国轻工业出版社
[9] 胡继强《食品机械与设备》中国轻工业出版社
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