酸乳的制备以及设备的选型
1. 前言：
1.1 酸乳的发展史：
发酵乳是人们食品消费的一个基础部分。 古希腊人和罗马人在二世纪已掌握了两种制造 发酵乳制品的方法，其名为“ Yoghurt ”而闻名于国际市场。二十世纪初，俄国著名科学家 梅奇尼可夫指出了发酵乳制品的医疗特性， 他注意到在日常食品中， 发酵乳制品占重要地位 的巴尔干国家居民中的寿命较其他国家要长。 1910 年俄国科学家格尔基叶又进一步阐述了 发酵乳制品中的嗜酸性菌， 不仅能抑制肠道内的腐败菌生长， 而且能消除病原菌， 从此发酵 乳制品名声大振。
我国 100 年前，清朝时代北京就有俄国人开的酸奶铺， 后在上海法租界也有外国人开店 出售瓶装酸奶， 此外，上海著名大饭店内也有自制酸奶供应外宾， 但这些均为手工制作。 1911 年上海可可牛奶公司
（现上海乳品二厂前身 ）开始生产酸奶，所用菌种为国外进口，是我国第 一家用机器生产酸奶。 1980 年北
京东直门乳品厂从丹麦引进设备工艺，生产搅拌型酸奶，
1984 年深圳新光乳品联合公司从国外引进了全自动选瓶与罐装设备生产乳酸菌饮生产设 备。
1.2 产品介绍： 酸乳是由产生乳酸的细菌使牛乳或其制品发酸的液体乳制品。最终产品的营养味道、
质地， 由于发酵剂和牛乳的类型、 乳中无脂固体的浓度、 发酵加工的方法和温度的不同而变 化。但总的来说，发酵过程乳糖分解、蛋白质凝结及不同程度降解，产生细小分子的凝块， 能与体内酶系统充分接触，增加了消化吸收率。同时酸乳还有利于体内一些维生素的保存， 调节肠道菌群的平衡的作用，减轻乳糖不耐症症状。
酸乳中富含乳酸菌， 其营养保健功能如下：①抑菌、杀菌作用。乳酸菌进入人体内即在 肠道内繁殖， 抑制了病原菌和化酶的分泌有害于人体健康细菌的生长繁殖。 ②促进人体消化 作用。乳酸菌及其代谢产物能促进宿主消化和肠道的蠕动， 促进食物的消化吸收并预防便秘
的发生。③降低血清胆固醇作用。乳酸菌（如嗜酸乳杆菌）能降低血清胆固醇水平，可预防 质的产生。 其次，乳酸菌及其代谢产物活化巨噬细胞的功能， 提高了人体免疫力， 增强了对 癌症的抵抗能力。 由冠状动脉硬化引起的心脏病。 2. 工艺流程图：
④防癌、 抗癌作用。 首先， 乳酸菌在肠道内繁殖抑制致癌物
原料验收→原料乳
↓
净
化 → 标 准 化 → 配 料 → 预 热
↓
接 种 ← 冷 却 ← 高 温 瞬 时 杀 菌 （ UHT） ← 均 质 ↓ 发酵→冷却→装罐→贴管→装箱——→入库冷藏后熟
吸管 纸箱
3. 操作要点说明 :
3.1.原料验收：
牛乳在处理和利用前都要进行认真验收，因为部分不合格牛乳混进大量牛乳中会造成
很大损失， 作为食品也会影响人民健康。 为保证奶制品的质量，就应对原料奶进行卫生、理 化成分检验，并根据检验结果实行按质论价的收购办法。
按照原料奶的理化、 生化特性制定验收标准， 按标准验收。 原料奶的检验项目主要包括 感观检查、新鲜度检验、相对密度测试、理化成分检验和微生物检验等。
(1) 感官检查：原料奶应为乳白色或微带黄色的均匀胶状流体，无沉淀、凝块和杂质。 不得有红色、 绿
色或其他异色， 不能有苦、 咸、涩的滋味和饲料、 青贮、霉等其他异常气味。
(2) 新鲜度检验：滴定酸度 <18(右上标圈) T ；酒精试验无絮片；煮沸试验无絮片和凝 固。 (3) 理化成分检验：脂肪≥ 3．1％；蛋白质 >2．95％；比重 (20℃／ 4t)≥1．028；全乳固 体≥
11．20％；杂质度 <4克／千克，汞 (以汞计 )≤0．01克／千克。
(4) 微生物检验：特级原料奶对微生物的指标要求是：每毫升乳汁中细菌总数不超过
50
万个 (采用平板计数法 )。一般不得超过 300 万个／毫升。此外，原料奶必须是由健康牛挤得 的新鲜牛奶；初乳、末乳和头 2—3 把奶不得收纳；不得使用防腐剂及其他添加剂，不得掺 水、掺假。对可疑混有初乳的牛乳，可进行煮沸试验与酸度滴定。在色泽较浓的情况下，如 酸度偏高或煮沸时有凝块或小絮状物， 即可认为掺有初乳。 乳房炎乳在乳的成分上变化很大， 如免疫球蛋白、血清球蛋白、氯及钠的含量增高。非脂固体、酪蛋白、乳糖、钾及钙等含量 降低， pH 值则升高；另外，细菌数、白细胞及上皮细胞也有增多，有时甚至有血液直接混 入乳中。简单的方法是“杯碟试验”测出乳房炎乳。即将可疑的牛乳少许，置于黑色的碟内 使其流动， 仔细观察有无细小蛋白点或黏稠絮状物留在碟上， 如有以上情况， 则可认为是乳 房炎乳。 掺水乳在验收时可用测定比重的方法来发现， 必要时可同时测定含脂率以便进一步 确定。如发现乳的比重偏低，同时含脂率也偏低，即可认为掺有水分。
3.2.净化。
牛乳在挤出后不免要落人一定数量的尘埃、牛毛、 饲料、 粪屑及上皮细胞等，在手工挤 奶时更为严重。 这些杂物的混入不仅使牛乳外观不洁， 并且带人相当数量的微生物， 从而加 速牛乳的变质。 因此， 在牛乳加工利用前常进行多次过滤。 第一次过滤多在牛舍中结合由挤 奶桶倒人大桶时进行。 当将乳倒人大桶时， 借助于安装在大乳桶桶口上的过滤筛将乳第一次 过滤。 这种过滤筛的构造多为漏斗形， 筛的底部为两层金属网， 使用时在两层金属网中间加 入多层纱布或棉花， 可以初步滤出较大的不洁物。 但细小的尘埃与细胞不易滤出。 第二次过 滤常在收乳时结合收纳进行。 在乳磅或乳槽上装有过滤器， 这种过滤器的基本构造原理与牛 舍中的过滤筛是一样的， 因此尘埃类细小杂物还可能混于乳中。 第三次利用净乳机净乳。 所 谓净乳机其构造与牛乳分离机近似。 其基本原理是将牛乳通过高速旋转的离心钵， 使乳中较 重的杂质因重力关系迅速粘附于钵的四壁， 流出的牛乳即达到净化目的。 良好的净乳机不仅 能把乳中尘埃除去， 并可将乳中腺体细胞及细菌的大部分除去， 因此较一般过滤法优越。 净 乳机在运转一定时间后， 即应停机清除污垢。 新型净乳机则可自动排污，连续作业，效率更 高。
3.3 标准化。
标准化的目的是为了确定巴氏灭菌乳中的脂肪含量， 以满足不同的消费者的需求。 市售 一般低脂巴氏灭菌乳的脂肪含量为
1%，常规巴氏灭菌乳含脂率为 3% 。因此，凡不符合标
准的原料乳， 都必须进行标准化以后， 才能用于加工。 如果规定的产品含脂率高于全脂乳的 含脂率，就必须除去部分脱脂乳；反之则应分离多余的脂肪。 一般情况下， 标准乳的含脂率 通常比全脂乳的含脂率要低，因而，多余的脂肪可以用于加工奶油等产品。
3.4 配料。
配料的选择和要求：选择符合质量标准的各种原辅料
:牛乳、乳粉、砂糖和稳定剂等。
乳粉、砂糖混合后加 50～ 60℃温水溶解。琼脂、明胶等稳定剂可与少量糖混合后加水加热 溶解充分后添加。
3.5. 预热。
经过标准化处理的牛乳必须经过预热杀菌。 牛乳中含有脂酶及过氧化物酶等， 这些酶对 乳的保藏性有害，所以必须在预热杀菌过程中将其破坏。 此外，如大肠菌、葡萄球菌等有害 菌也一定要完全杀死。
3.5.1 预热杀菌的目的：
① 杀灭存在于牛乳中的全部病原微生物。
② 杀灭牛乳中绝大部分微生物， 使产品中微生物残存量达到国家卫生标的要求， 成为安 全食品。 ③ 破坏牛乳中各种酶的活性， 尤其要破坏脂酶和过氧化物酶的活性， 以延长乳的保存期。 ④ 提高牛乳的热稳定性。
⑤ 高温杀菌可提高乳的香味， 同时因分解含硫氨基酸， 而产生活性硫氨基， 提高乳的抗 氧性，延长乳保质期。
3.6. 均质。
3.6.1 均质，就是将原料乳中脂肪球在强力的机械作用下破碎成小的脂肪球。自然状态 的牛乳，其脂肪
球直径大小不均匀， 变动于 1~10µm ，75%的脂肪球直径 2.5 ~5µm ， 其余为 0.1
~
2.2µm 。均质后的脂肪球，大部分在 1.0µm 以下。
3.6.2 通过均质产品具有下列优点：风味良好，口感细腻；分装后静置不产生脂肪上浮 现象。表面张力
降低，改善牛乳的消化、吸收程度。均质的效果，可以用显微镜、离心、静 置等方法来检查，通常用显微镜检验比较简便。
3.6.3 均质原理： 均质机是一种高压泵，加高压的牛乳通过均质阀流向低压部时，由 于切变和冲击的
力量， 或者由于通过阀门后随着压力的急剧减少产生爆破作用， 和通过阀门 时由于产生气泡的破坏作用， 也就是所谓空化效应等的力量， 使脂肪球破碎。 一般采用的压 力为 17MPa。
3.6.4 均质机理有以下 3 个方面：
①剪切作用。 牛乳以高速度通过均质头中的窄缝时， 破碎。
②空穴作用。 液体静压能降至脂肪的蒸汽压力之下， 空穴现象，使脂肪球爆裂而粉碎。
③撞击作用。 当脂肪球以高速度冲击均质阀时， 使脂肪球破碎。 高压均质机中使用前后排列 的两个均质头进行双级均质处理来提高均质效果。
会在液体内部产生局部瞬时真空，
形成
由于涡流而对脂肪产生剪切力，
使脂肪
3.7. 高温瞬时杀菌。
在加工牛乳时， 杀菌和灭菌是最重要的工序。 这一工序不仅影响产品的质量， 而且影响 风味和色泽。
3.7.1
杀菌和杀菌的意义 ： 鲜乳处理过程中，受许多微生物的污染（其中
80%为乳酸
菌）。杀菌必须完全杀死致病微生物， 同时还应杀死能影响产品味道和保质期的酶类和其他 微生物。 所以杀菌和灭菌的意义， 就是为了消灭乳中的病原菌和有害菌， 保证消费者身体健 康以及提高乳在贮存和运输中的稳定性。
3.7.2
杀菌的方法 ：从杀死微生物的观点来看， 牛乳的热处理强度是越强越好。 但是， 强烈的热处
理对牛乳的外观、 味道和营养价值回产生不良的后果。 如牛乳中的蛋白质在高温
下变性；强烈的加热使牛乳味道改变，首先是出现“煮熟味”，然后是焦味。因此，时间和 温度组合的选择必须考虑到微生物和产品质量两方面。因此选择高温瞬时杀菌（
UHT）。
3.8. 冷却。
3.8.1 冷却条件的确定：因为我们所接种的菌种的最适生长条件是： 3.8.2 冷却的条件：经杀菌后的混合料冷却到 3.9 接种。
接种量根据菌种活力、 发酵方法、 生产时间的安排和混合菌种配比而定。 一般生产发酵 剂，其产酸活力在 0．7％～ 1.0 ％之间，此时接种量应为 2％～ 4％。加入的发酵剂应事先在 无菌操作条件下搅拌成均匀细腻的状态，不应有大凝块，以免影响成品质量。
40～45℃
40～45℃备用。
3.10 发酵。
3.10.1 温度保持在 41～ 42℃，培养时间 状态2．5～4．0h（2 ％～ 4％的接种量 ） 。达到凝固
时即可终止发酵。
3.10.2 一般发酵终点可依据如下条件来判断： a. 滴定酸度达到 80°T以上。 b.pH 值低于 4．6。 c. 表面有少量水痕。
d. 奶变黏稠。 发酵应注意避免震动，否则会影响
组织状态。 发酵时间，防止酸度不够或过度以及乳清析出。
发酵温度应恒定，避免忽高忽低。掌握好
3.11 冷却。 发酵好的凝固酸乳，应立即移人 发
酵而造成酸度升高
0～4℃的冷库中，迅速抑制乳酸菌的生长，以免继续
在冷藏期间，酸度仍会有所上升，同时风味成分双乙酰含量会增加。
试验表明冷却 24h，双乙酰含量达到最高，超过 24h 又会减少。
发酵凝固后须在。 0～ 4℃储藏 24h 再出售，
3.12. 装罐、后熟。 将冷却了的酸乳装罐后放入
冷库中使其后熟。 通常把该储藏过程称为后成熟，一般最大冷藏期为
7～ 14d。
4. 设备选型。 4.1 净乳机。 4.1.1 技术参数：
型号： NRLDH50 功率（ KW）： 5.5 ~7.5
生产能力： 5000~7000（L/H）
转鼓直径 (mm):400 转鼓速率 (rpm):6500 排渣方式： PCL自动控制 输出压力： 100-350 KPa 工作状态：半封闭式 外型尺寸： 1100*650*1550mm 重量： 500kg 数量： 1( 台)
4.1.2 主要结构： NRLDH50型净乳机主要构件有：壳体、离心系统、起盖结构、自动排渣装置。 4.1.3 工作原理。 NRLDH50型净乳机基本原理是将牛乳通过高速旋转的离心钵，使乳中较重的杂质因重 力
关系迅速粘附于钵的四壁， 流出的牛乳即达到净化目的。 良好的净乳机不仅能把乳中尘埃 除去，并可将乳中腺体细胞及细菌的大部分除去，因此较一般过滤法优越。
4.1.4 产品特点：
1. 机身矮，体积小，便于工人操作， 占车间空间少；
2. 电机功率小，消耗电能少； 3. 可全排渣也可部分排渣；工作时， 可随时调节排渣周期和排渣时间； 4. 转鼓内采用特殊的结构，处理量大， 澄清效果好； 的液相可直接输送
5. 半封闭状态采用向心泵结构，排出 到下游设备； 颗粒直径小于 2μ mm；
6 . 净乳后的杂质度≤ 2mg/kg，
4.2 升温、降温板式换热器 4.2.1 技术参数： 型号： BSHRSB
生产能力： 3000(L/H)
换热面积： 1 m 2
物料口径： 25mm 介质口径： Φ25mm 外型尺寸： 700*350*900mm
重量： 59kg 数量： 2( 台 )
4.2.2 主要结构： 新型换热机组是由板式换热器、循环水泵、补水泵、滤污器、减温减压阀以及管道、门、仪表、仪器电气控制箱等部件组成的整体设备。
4.2.3 产品特点：
1. 结构紧凑，占地面积小。 2. 设计简便，提高工作效率。
3. 先进的设计理念，更注重环保、节能。 4. 管路控制管理方便、使用放心。 5. 安装调试方便、快捷。
4.3 均质机 4.3.1 技术参数：
型号： WRL-200 电机功率 （kw） 2 轴长度 （mm）： 1200 处理量 （L/h） ： 800— 2000 数量： 3（台）
4.3.2 结构：
高剪切分散均质乳化机由机架及高速旋转的转子和定子组成。
阀
4.3.3 工作原理：
均质机是一种高压泵， 加高压的牛乳通过均质阀流向低压部时， 由于切变和冲击的力量， 或者由于通过阀门后随着压力的急剧减少产生爆破作用， 和通过阀门时由于产生气泡的破坏 作用，也就是所谓空化效应等的力量，使脂肪球破碎。
4.3.4 产品特点：
1. 液压升降，便于根据容器大小及物料多寡灵活调整高度。
2. 滚动轴承，使机器运行更加流畅，避免金属磨擦可能对物料产生的影响。 3. 双向吸料，使物料的混合乳化更充分、彻底。 4. 纳米金属漆，防腐耐磨，使机器外形更美观。
4.4 板式 UHT杀菌机组 4.4.1 技术参数：
型号： TS-BR8
生产能力： 5500-6000（L/H） 灭菌温度（℃） ： 85-138 保持时间（ s） :4-90 出料温度（℃） : 85/5 电机功率（ kw）:8 数量： 1（ 台）
4.4.2 主要结构：
板式 UHT 超高温灭菌机组由板式热交换器、离心式卫生泵、物料平衡缸、热水装置 （包括热水缸、热
水泵、热水器、手动自动、全自动三种。 ）控制系统。控制元件均采用名 牌产品，包括 PLC 程控器及工控屏、气动三通回流阀（以下简称回流阀）连接管道、支撑 框架等组成，形成了整体的结构形式。板式热交换器根据工艺要求组成预热、均质 （本成套 设备不包括均质） 、杀菌、保温、冷却等多段式流程组合。其他阀门及管件等所有流体配件 选用高质量标准产品。
4.4.3 工作原理：
TS-BR8型板式 UHT杀菌机组利用热蒸汽瞬间将温度升高到 85-138 ℃之间，通过高温将 流过板内的
牛乳中所含有大细菌杀死。
4.4.4 产品特点：
1. 物料和加热介质均在各自的密封系统中通过非接触性热交换实现加热， 确保物料卫生 安全。 2. 杀菌时间短，可确保物料的营养成份不被破坏。
3. 整机全部采用食品级不锈钢材料， 确保达到国家对饮料食品设备安全卫生指标要求； 4. 传热效果好，热回收率高，耗能少。
5. 主要控制元件、阀件及配套件均选用进口件，使用寿命长。
6. 采用 PLC控制，可对物料各段的加热温度、热水温度、蒸汽流量调节等实行自动控 制，并设有物
料自动回流系统，确保物料
100%达到灭菌效果。
7. 结构简单，易于清洗，操作方便，维修费用低。
4.5 气升式发酵罐 4.5.1 技术参数：
型号： SB81-BIOTECH- X QG/S 生产能力： 2000L 设计压力： 0.25MPa
工作压力： 0.01-0.07MPa
转速控制：：0~额定转速± 1rpm（德国 SEW马达及减速机。 可定时正反向运转， 0-99min 可调） 装料系数： 0%-56%
温度控制： （冷却水 +5℃）-65.0 ℃± 0.2 ℃（德国进口 Pt-100 温度电极， 模糊 PID智能 控制
器。）
补水量： 30%~100%（通过喷水系统自动调节。也可手动补水。 ） 补水时间：开 0-99 分或秒；关 0-99 分或秒。 通气流量： 0-1VVM
罐压： 0-0.3Mpa （压力表指示，手动调节） 消毒方式：外接蒸汽，手动控制（发酵罐罐内的培养基
物料直接通入蒸汽， 辅助以特 殊搅拌系统 , 达到在位高温灭菌的目的。 ）
数量： 3（台）
4.5.2 主要结构：
SB81-BIOTECH- X QG/S型发酵罐由：搅拌系统、通气系统、温度控制系统、压力控制
系统、 泡沫控制系统、 PH控制系统、 DO控制系统（采用瑞士原装进口梅特勒电极 量国产电极 ） ，与转速 （ 空气流量、补料等可选 ） 关联）。
（ 兼容高质
4.5.3 工作原理： 利用空气喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体平 均密
度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密度差，从 而形成发酵罐内液体的环流。
4.5.4 产品特点：
1. 与机械搅拌式发酵罐相比节电 70%-80%，降低成本。 2.
无菌操作可靠性高， 该设备没有动密封装置， 无泄露， 且设备内无死区， 灭菌彻底， 染杂菌
的机会大幅度减少。
3. 传热和传氧效率高，可满足各种好氧性微生物在任何地区和季节里的发酵生产。
4. 提高产率、转化率，设备机械剪切力对微生物的伤害小，加上溶氧充分、 热量移走 及时， 为微
生物提供了一个良好的生长环境， 有效地促进了新陈代谢， 加速产品积累， 使产 品的产率和转化率均有明显提高。
5. 容易实现大型化和自动化，设备体积可从 0。 02m3到 200m3，没有制造、安装、操
作和维修困难。 设备的控制因素比搅拌罐少， 容易实现自动化控制。 6. 本设备具有工作噪音 小，装料系数高，基本不用维修等特点，设备投资比搅拌罐降低 外形尺寸的情况下，可对原有机械搅拌罐进行改造。
20%左右，另外，在不改变
6. 罐体系统：采用先进工艺，结构与国际接轨，不锈钢罐体 ,大范围耐高温玻璃视镜 便于观察物料，
配备特制放料取样阀，无死角，结构简单，使用方便。
4.6 屋顶形纸盒包装机 4.6.1 技术参数：
型号： BW-1000-3
产量： 1000 盒/小时（以 500ml 计）
包材： B 型铝箔盒 或 A 型牛奶盒 , 底部 70mm*70mm 容量： 350、 500、750、1000（ml ） 加盖：加盖或不加盖两种选择方式 电源电压： 220V-380V/50HZ-60HZ 整机功率： 5.5KW
外形尺寸：制盒机： 1.24*0.84*1.50 m
打盖机： 0.8m*0.6m*1.2 m 灌装机： 2.0*0.85*2.6 m
压缩空气流量： 1.4-2M3/min 压力： 1.0-1.4Mpa
净重： 1200KG （ 制盒机 :300Kg ，打盖机 :100Kg ，灌装机 :800 Kg） 数量： 2（台）
4.6.2 主要结构：制盒机、打盖机、灌装机 4.6.3 品特点：
BW-1000 型屋顶形纸盒包装机是全氏公司根据中国企业特点和市场的具体情况，专门 研制的一种自动
化程度较低、 产量较少的小型设备， 该设备占地面积小、 耗能低、 操作简单、 维修容易、价格较低，是中小企业或产量不高的企业生产高档屋顶包产品的理想设备。
5. 总结： 5.1 个人感受：
本设计对酸乳的生产工艺进行了设计，对酸乳的生产进行了详细的描述。 ，并对酸乳生 产过程所用的机械设备，如净乳机、均质机、高温瞬时灭菌机组、升温降温板式热交换器、 以及牛奶包装设备进行了设备选型。 在这次课程设计过程中， 我不仅详细了解了酸乳生产工 艺流程， 操作要点以及主要生产设备， 对食品工厂设计也有了初步的认识， 这次课程设计让 我对自己所学的专业有了更深刻的了解。
其次， 在这次工艺设计中让我对食品生产加工的设备有了更多的了解， 不再局限于课本 和课堂上。 这一次牛奶生产线的设计给了我一次做工程师的机会， 虽然我的设计很初步， 可 能无法真正的应用于实践的中去，但也让我体会到作为一个工程设计者的工作的艰辛。
最后， 我在设计过程中参考了大量相关参考资料， 课程设计让我们把以前在书本上学到 的知识真正的运用了起来， 把理论变成了实践。 使我对书本上的有关机械与设备有了更加深 刻的认识，对我以后的专业课学习有很大的帮助。
5.2 难点总结：
在这次生产线的设计当中我认为比较困难的是如何选择一台性价比比较高的设备。
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