猕猴桃果汁厂课程设计.doc

20000吨猕猴桃汁生产线设计
一. 前言
猕猴桃既是美味的水果、而且营养丰富，它富含维生素C、维生素B类、碳水化学物、钙、铁、磷、硒等人体所需的营养和矿物质。尤其维生素C含量为其它水果的数倍至数十倍，故有水果之王的美誉，是被人们公认的特色水果。
猕猴桃鲜果及其深加工产品，深受国内外消费者的青睐，猕猴桃果品中独特的香气成份和加工制成品中维生素C的高含量（据测定每升猕猴桃干酒中含有的维生素C达到250至480mg）为一大特色，比葡萄酒高出数十倍。另根据医学研究证明，猕猴桃鲜果及加工制品对人体具有良好的保健作用。随着大众生活水平的不断提高以及消费品位的多元化，味美可口、营养丰富的果酒和果汁饮料越来越受到消费者的喜欢。果酒及果汁饮料因系绿色天然原料，品种、品味多样化，居家、旅行、酒宴都用得上，市场适应面比较宽。进入21世纪后，从世界果酒及果汁饮料市场前景看，饮料酒消费方式的改变，特别是发达国家要求逐步减少酒精的摄入量，追求天然、含糖量少的有益于健康的果酒及果汁饮料，进一步促进了饮料酒品种结构的改变。因此碳酸饮料和白酒传统消费的主流地位受到挑战，而果酒及果汁饮料一类功能性饮品等新生代产品更加受到国内外市场的重视。就果汁饮料而言最大特点不但能解渴，而且含有丰富的维生素、矿物质、微量元素等，具有极高的营养价值、保健功能，同时还因原汁原味更是受到大众消费的喜欢。因此开发猕猴桃水果产品具有广阔的市场前景。
2001年我国果汁饮料总产量达到130万吨，人均消费不到1.30公升，相比1991年中国人均消费果汁饮料0.33公升增长了318%，与世界人均消费量7公升多相距甚远，这就预示着果汁饮料有着良好的市场前景。而本项目提出的是发展猕猴桃果酒果汁饮料，产品从类型上看差异化程度高，开发果酒及果汁饮料产品正可以避免上述情况的发生。对于一般企业来说，关键是开发有特色的果酒和果汁饮料，在原材料和技术开发方面形成企业的核心竞争能力。因为特色水果受气候、地理位置等条件的限制，种植难于推广，原料产量有限，制约着产品市场的覆盖率，大公司企业不愿参预。中华猕猴桃水果这一种类仅在我国长江中游两岸的几个省有分布，国外更是没有我国的这一种特色水果（世界上仅新西兰有一定数量不同的品种，其它国家不同品种产量极微）。
现在国内生产果汁饮料的企业已达60余家，比较好的品牌果汁饮料有：乐百氏、露露、康师傅、椰风、椰树、汇源、统一、佳得乐、三得利、茹梦、莱阳梨汁、华邦果汁等。这一些企业在果汁饮料行业取得了较好的经营业绩，在中国市场上已经形成了自己的品牌，成为饮料业骨干企业，为该行业的发展起到了领头人的作用。从分析消费群体看，果汁饮料符合经济发展的规律和人们消费观念的转变。果汁饮料消费者中女性所占的比例比男性大约多13个百分点；从年龄构成看，15—34岁的消费者占63.6%；从受教育状况和家庭月收入来看，受教育状况和家庭月收入越高，饮用果汁的倾向性越强。果汁饮料的主要消费群体为年轻女性群体和高学历高收入群体，高学历的女性更喜欢喝茹梦，而高收入的中年人更喜欢喝三得利。这预示着果汁饮料市场消费趋于成熟，经济的快速发展必然导致消费品的多样化和高品位水果产品的消费。我国的果汁饮料生产销售均集中在广东、海南、福建、浙江等东南沿海省份，而这些地区不单是最大的生产地区，而且是最大的消费地区。可见，果汁饮料作为一种天然、低糖的新型健康饮料，也带着强烈的地域色彩。另外大中城市也是果汁饮料消费的集中区，这主要是由于大中城市的人均收入水平较高所至，以及消费观念趋于理性化的表现。

二. 工艺流程论证
一． 猕猴桃生产工艺流程
本设计以猕猴桃为原料进行生产，由于猕猴桃本身营养丰富，口味清香，并且生产的季节性很强，因此必须采用一套专用于猕猴桃的处理工艺，现确定工艺如下：
猕猴桃鲜果→→→→料斗→→→→刮板输送→→→→分配流槽→→
4.2kg/人min 10t/h CS
→→挑拣整理→→→→汇集→→→→生果挑拣→→→→催熟→→→
劣果.烂果 输送
SJ ZS V 150min G
→输送→→→→洗果→→→→破碎→→→→果胶酶分解→→→→→
Z
压滤分离→→→→超滤澄清→→→→纳滤和反渗透浓缩→→→→→→
浆渣分离
二级蒸发浓缩→→→→贮罐暂存→→→→后处理
芳香物回收

注：G--果胶酶 SJ—75mg/L高锰酸钾水溶液
CS—催熟剂 V—抗氧化剂
Z—助榨剂 ZS—自来水

二． 工艺流程说明
1 原料处理
（1）原料的选择
未经后熟软化的猕猴桃鲜果糖度低，单宁含量高，易带来涩味；过熟的软果，糖度也低，酸度高，且果实易受霉菌污染，使醪液挥发性酸升高，总酸也高，只有八成熟的微软果，糖含量高，总酸挥发酸单宁含量低，汁液鲜美清香，风味好。因此选取八成熟原果，经过人工挑拣以鉴别果品的色泽.重量和体积，把染菌果（烂果）、机械损伤果、落地果、僵果挑选出来，并除去杂物，筛选出均匀一致的鲜果后放置6-7天进行后熟软化处理。
（2）原料的清洗
猕猴桃的清洗主要目的是去除原果表面的残存农药、污垢和初步的除菌，清洗方法采用高锰酸钾喷淋处理3-5分钟，清洗设备可采用全自动淋水回转式灭菌锅。
（3）原料的破碎
猕猴桃除少量皮渣之外几乎都可以食用，因此清洗后可以马上进行破碎。猕猴桃果实中蛋白质.纤维素和木质素含量均比一般水果高，结构亦比较脆弱。在破碎鲜果时，若破碎太细，许多细小的纤维素易将滤布孔堵住，造成过滤困难；若果肉破碎得不够细腻，其组织内部汁液因粘性作用，单靠外界的挤压力是难以完全把汁液从果肉的破碎组织中分离出来。本次设计采用齿笼式破碎机，它的破碎粒度为3-5mm，配有专门的螺旋送料机构，具有结构新颖紧凑，节能生产能力大，使用范围广等特点，物料接触部件均为优质不锈钢制造。
（4）果胶酶的添加
在压榨之前加入一定量的果胶酶.软化酶进行加热处理，可以使猕猴桃中的果胶转化为可利用糖，同时大大降低果汁的粘度，使出汁率提高约20%，减少的成本，并且节约了因压榨堵塞的清洗时间。果胶酶的添加温度为450C，果胶酶添加量40mg/L ，软化酶添加量400 mg/L，添加方法是直接加入酶解罐中酶解150min。
酶解罐为本设计在原有生产工艺上采取的改进工艺之一，添加一酶解罐之后，猕猴桃的出汁率从原来的60%提高到80%左右，效果显著。
（5）SO2的添加
猕猴桃汁易发生酶促褐变，使产品色泽加深，风味变差，果汁发生酶促反应的原因主要有：
①果汁中含有单宁等多酚物质
②加工过程中接触大量氧气（一般在剧烈搅拌时发生）
③含有多酚氧化酶和过氧化酶。
非酶褐变主要是由氨基酸和含羰基的化合物发生反应引起的。褐变的结果是在果汁中形成黑色素之类的深色物质，致使其色泽变成深褐色，口感变差。因此在加工过程中添加抗氧化剂以防止氧化。国内外广泛采用SO2作为抗氧化剂，可有效防止猕猴桃汁发生褐变，产生氧化异味，还有一定的杀菌效果，可抑制杂菌的生长。我国食品添加剂标准规定使用SO2时不得超过300 mg/L，本设计使用剂量为200 mg/L，添加方法为加饱和亚硫酸溶液。
2 果汁处理
（1）压榨过滤
猕猴桃果加工的关键工序就是取汁，取汁工艺关系到其下游产品的质量，决定了下游产品的营养成分.香气成分和猕猴桃特有的高维生素C含量等在最终产品中的再现。由于猕猴桃果的特性，如其果胶果泥含量极高，营养和香气物质具有极高的热敏性，维生素含量在过滤过程中大量减损等，使得过滤设备的选择成为了水果加工界的技术难题。本设计经过对比硅藻土压滤机和采用其他过滤介质的过滤设备后，发现硅藻土压滤机与其他压滤

机相比，具有不易堵塞，容易清洗，单次过滤处理量大，过滤时间短等优点，解决了猕猴桃汁粘度高不易压榨的难点，而且其操作方便，过滤成本低.效率高，是果汁生产厂家的最佳选择。
（2）超滤澄清
由于过滤机布孔孔径较大，因此此时的果汁含有大量的酵母和其他混浊物等杂质，因此有必要通过进一步的过滤分离来提高果汁的澄清度，去除杂质。传统工艺是采用动力澄清分离法进行澄清，此工艺虽然操作简单方便，澄清剂原料易得，可是效果不好，只能暂时去除果汁里的部分酵母和浑浊物，在产品长期陈放期间果汁中的蛋白质.残淀粉.胶体物质等会逐渐聚集沉淀于瓶底或附着在瓶壁上，严重影响产品的外观。因此在本设计中作者决定采用超滤澄清的方法对果汁进行分离，超滤的过滤精度为0.1-0.001微米，可滤除果汁中的铁锈、病毒、细菌、霉菌、酵母和果胶，并能保留对人体有益的一些矿物元素，所以超滤的果汁具有较长的货架寿命。其果汁得率为96%-98%，且加工时间很短（低于2h），可实现冲洗与反冲洗，使用寿命相对较长，所以采用超滤法澄清果汁可节省贮藏设备和人力。
（3）纳滤和反渗透浓缩
传统工艺为蒸馏法或冷冻法浓缩，不但消耗大量的能源，还会导致果汁风味和芳香成分的散失，将反渗透膜和纳滤膜串联起来进行果汁浓缩，在操作压力均为7MPa时可以得到渗透压为10.2MPa的浓度为40%的浓缩液，既可以保证果汁在浓缩过程中色.香.味不变，又可以节省大量的能源。采用高浓度浓缩系统将浓度为10%的葡萄糖溶液浓缩至45%所需的能耗，仅为普通蒸馏法的1/8，冷冻法的1/5。
（4）二次蒸发浓缩
由于设计要求最终果汁糖度为60%，而反渗透浓缩后的果汁糖度达不到设计要求，因此需要将果汁进一步进行浓缩使得糖度提高为60%。传统工艺考虑到机械设备的强度和动力耗能的问题，均采用加热蒸发浓缩，虽可以节约生产成本，然而有营养物质的如果糖.蛋白质.有机酸.维生素等均属于热敏性物质，因此此法会对果汁原有的色香味产生较大的破坏。本设计采用双效降膜真空蒸发器对果汁进行处理，属于低温真空浓缩，虽然价格比传统浓缩装置昂贵，但是它不会对果汁的原有风味产生影响，结构紧凑，操作方便，可连续生产，蒸汽利用效率高，便于调节生产能力，因此综合看来其性价比高于传统浓缩设备。
三． 工艺计算及设备选型

一． 基础数据
1． 年产猕猴桃浓浆20000吨，折净鲜果150000吨，即处理毛鲜果180000吨
2． 突击收购，突击生产，设高峰期为80天
3． 原料前处理能力：12t/h
挑选整理后的杂菌清洗及打浆灭酶能力：10t/h
榨汁后处理能力：8t/h
浓缩工段：6t/h
挑拣出的次果及烂果：2t/h
4． 猕猴桃鲜果出汁率：75% 糖度：100Bx 密度：1.042t/M3
成品浓浆糖度： 600 Bx
5． 酶解：果胶酶添加量40mg/L 软化酶添加量400 mg/L SO2添加量200 mg/L 酶解时间150min

二． 物料衡算
1. 整体衡算（按年产20000吨浓浆计）
生产20000吨浓浆所需的猕猴桃新鲜果汁：
20000×6÷98%÷98%÷98%=127498吨
需要的猕猴桃质量：
127498÷75%÷7500/9000=2039968吨
加入的果胶酶量；
127498÷75%÷1.042×40=6526kg
加入的高锰酸钾量：
127498÷75%×0.1%=170吨
加入的软化酶量；
127498÷75%×400=68000kg
酶解时添加SO2量：
127498÷75%×200=34000kg
2. 单日物料衡算
单日所需新鲜果汁量由上可知：
127498÷80=1593.8 吨
单日所需猕猴桃质量：
1593.8÷75%÷7500/9000=2550吨
加入的果胶酶量；
1593.8÷75%÷1.042×40=81.6kg
加入的高锰酸钾量：
1593.8÷75%×0.1%=2125kg
加入的软化酶量；
1593.8÷75%×400=850kg
酶解时添加SO2量：
1593.8÷75%×200=425kg
表格 1 20000吨/年果汁工厂物料衡算表

鲜果汁（吨）
猕猴桃（吨）
果胶酶（kg）
高锰酸钾（kg）
软化酶（kg）
二氧化硫（kg）
日耗量
1593.8
2550
81.6
2125
850
425
年耗量
1277498
203996.8
6526
170000
68000
34000

三． 热量衡算
酶解罐：
（1） 加热至450C所需要的热量Q1：
猕猴桃比热约为3.8kJ/（kg 0C），将果浆从200C加热到450C所需要的热量为：
Q1=1.8÷70%×20000×（45-20）×3.8=48.8×105kJ
（2） 搅拌热Q2：
Q2=3600×P×η×48=3600×1.854×0.92×1=6140kJ
（3） 向环境散热Q3：
在酶解罐外加一保温层，则散热量将大幅度降低，约为加热量的5%
（4） 酶解一次耗用蒸汽量D：
采用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3kJ/kg
冷凝水的焓为561.47 kJ/kg，蒸汽的热效率取95%
D=Q4÷（2725.3-567.47）÷95%=121.81kg
（5） 酶解一次总耗热量Q4
Q4= Q1- Q2+ Q3=48.8×105×1.05-6140=511800kJ
双效降膜真空蒸发器：
单位时间蒸发量：W1=F×（1-X0/X1）
F为物料流量，X0为果汁蒸发前浓度，X1为果汁蒸发后浓度
W=4.43×（1-0.4/0.6）=1.48t/h
蒸发效率：根据双效降膜低温真空蒸发器的经验数据可知，每蒸发1kg水分仅用0.44kg的新蒸汽。
故蒸汽用量：W2=W1×0.44=0.65 t/h

四． 设备设计与选型
1． 刮板提升机
根据物料衡算可知，猕猴桃的输送能力为：
203996.8÷80÷24=106.2t/h
因此可选用江苏东台华东粮油机械有限公司的埋刮板输送机，型号GSL16，数量为1台。技术参数如下：

表格 2 埋刮板输送机技术参数
技术参数
机槽宽度（mm）
刮板链条节距（mm）
线速度（m/s）
输送量（m/h）
输送距离（m）
电机功率（kw）
垂直
水平
GSL16
160
100
0.133-0.183
9.22
20
25
2.2-22

2. 连续灭菌锅
经过挑拣整理后的鲜果在催熟之后通过挡板输送带送入连续灭菌槽：
127498÷75%÷80÷24=88.6t/h
因此可采用东方兴企食品工业技术有限公司的全自动淋水回转式灭菌锅，数量1台。
表格 3 灭菌锅技术参数
技术参数
功率（kw）
外形尺寸（mm）
工作压力（MPa）
回转速度（转/分）
GT7C20H
18
5750×2000×3800
0.3
1.8~10.8
其技术特点如下：
1、采用卧式结构，设置专用小车及导轨，便于小车的推进及拉出；
2、采用优质碳钢或不锈钢材料。不锈钢灭菌釜外表抛光至精致；
3、压力≤0.3MPa，温度≤142℃；
4、淋水式灭菌釜升温、保温、冷却均采用自动控制,配有循环泵及装罐车，回转式
杀菌锅其回转速度为1.8~10.8转/分。
3. 破碎打浆机
本设备所需的生产能力为：
127498÷75%÷80÷24=88.6t/h
因此可采用东方兴企食品工业技术有限公司生产的JP齿笼式破机，采用型号为JP-6，数量1台。
表格 4 齿笼式破碎机技术参数
型号
生产能力（T/h）
主轴转速（r/min）
功率（KW）
外型尺寸（mm）
JP-6
4-6
960
7.5/6
710×1060×1800
该机适用于对猕猴桃、胡萝卜、苹果、梨等果蔬进行破碎，破碎粒度为3~5mm。该机配有专门的螺旋送料机构，具有结构新颖紧凑，节能生产能力大，使用范围广等特点，物料接触部件均为优质不锈钢制造。
4. 酶解罐
选用单罐容积为5M3的酶解罐，数量为3个
5. 压滤机的选型
由设计资料知压滤机的生产能力：
127498÷75%÷98%÷80÷24=4.61t/h
从酶解罐出来的果汁立刻进入压滤机进行压榨出汁，因此要求压榨机单次处理量大，过滤时间短，故可采用型号为LXDZJ5的硅藻土连续带渣机，它用优质不锈钢材料制作，采用硅藻土为助滤剂，具有操作方便、过滤成本低、效率高等优点。数量为2台，其中一台为备用。
表格 5 压滤机技术参数
规格型号
理论流量T/h）
过滤面积（M）
滤片数（张）
阀门口径
工作压力（MPa）
外型尺寸（mm）
LXDZJ5
6-8
5.1
20
Dg32
<0.3MPa
1840×680×800

6. 超滤膜的选择
根据猕猴桃原果汁的密度1.0421t/M3 ，采用中空纤维超滤膜，由于生产能力为
127498÷80÷24=66.4t/h
选用UF-5型，其火通量为5m/h，操作压力MPa，膜材料为PS外压型，截留率>90%,截留分子量6000-20000，外型尺寸：1850×1680×760
7. 纳滤膜的选择
设计要求纳滤及反渗透之后猕猴桃果汁的糖度为400Bx，采用切向流纳滤（FSN型），
其截留分子量在200～1000的范围内，具体型号：FSN010D14C，泵选用卫生级涡流泵，膜壳材料可选304不锈钢，工作压力0.5-2.0MPa
8. 蒸发浓缩装置
选用标准定型的RP6K7双效降膜真空蒸发器（1200kg/h）四套，超能力4%，问题不大（因以上设计均按收购旺季计算，一般情况下可以应付），为了提高成品质量，采用芳香物回收装置两套，把香油全部返回浓浆，使成品能达到原果汁的原始风味
9. CIP清洗系统的设计
CIP清洗系统承担酶解罐、过滤机、暂存罐、浓缩罐等设备的内部及连接管路、泵的清洗。本设计CIP清洗系统有5个罐，分别是：热水、冷水、酸、碱罐和消毒剂罐。为了输送到各设备，各罐备有高压水泵，一般清洗时先用碱水清洗，再分别用热水、冷水清洗，洗涤完毕后碱水过滤回收到碱液罐。
洗涤泵：
型号：IH80-50-200
流量：50 m3/h
扬程：49mH20
气蚀余量：2.5m
转数：2900r/min
轴功率：15kw
罐：
直径：1200mm
高度：3000mm
容积：1.5M3
参考文献
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课程设计说明书

题 目：20000吨猕猴桃汁生产线设计
院（部）：生物与食品工程学院
班 级： 食工112
专 业：食品工程
姓 名： 尤鹏云
学 号：060811220
指导老师：朱颖越
完成日期： 2013.12.30

目录

1.前言

2.工艺流程

3.工艺计算及设备选型

4.参考文献