2000吨柠檬果酒工厂设计


     年产2000吨柠檬果酒工厂设计 摘 要 柠檬果酒是一种以柠檬为原材料,并进行一系列发酵和陈酿后获得的低浓度饮料酒。柠檬果酒因其醇香的口感和保健的功能而广受人们的追捧和喜爱。 在本文的柠檬果酒工艺设计中,对于传统的柠檬果酒酿造方法进行了进一步的改良和创新,本文利用柠檬型克勒克氏酵母菌对柠檬果酒进行生物发酵,既可以免除大量化学用品添加剂对柠檬果酒风味的破坏,又可以提高柠檬果酒的品质,延长柠檬果酒的储藏时间。本设计还在生物发酵之前添加了偏重亚硫酸钾,这一步不仅可以调节柠檬果酒的风味,而且可以起到抑制杂菌生长的作用,为后续的酵母菌发酵打下良好的基础。同时本文还对柠檬果酒的后续降酸进行了创新性设计,本文采用吸附容量高的离子交换树脂D311对发酵后的柠檬果酒进行处理,可以很大程度的降低柠檬果酒的含酸量,改善柠檬果酒的风味。 本文通过合理的工厂选址,工艺流程设计以及车间布局设计,达到了年产2000吨柠檬果酒的目标。除此之外,本文还进行了年产两千吨柠檬果酒工厂的物料衡算、水电用量估算和工厂定员的编制。 关键词:柠檬果酒;生物发酵;树脂降酸;工厂设计 Design of 2000 tons lemon fruit wine factory Abstract Lemon fruit wine is a kind of low concentration beverage wine, which is made of lemon and fermented and aged. Lemon fruit wine is popular because of its mellow taste and health function. In the process design of lemon fruit wine in this paper, the traditional brewing method of lemon fruit wine was further improved and innovated. In this paper, the biological fermentation of lemon fruit wine by lemon type Klebsiella yeast can not only avoid the damage of a large number of chemical additives to the flavor of lemon fruit wine, but also improve the quality of lemon fruit wine and prolong the storage time of lemon fruit wine. In this design, potassium sulfite was added before the biological fermentation. This step can not only regulate the flavor of lemon fruit wine, but also inhibit the growth of miscellaneous bacteria, laying a good foundation for the subsequent yeast fermentation. At the same time, this paper also carried out an innovative design for the subsequent acid reduction of lemon fruit wine. In this paper, the ion exchange resin D311 with high adsorption capacity was used to reduce the acidity of lemon wine, In this paper, the selection of technological process, the calculation of material balance and the calculation of water and electricity consumption are carried out, so as to realize the preliminary design of the factory with an annual output of 2000 tons of lemon fruit wine. In addition, this paper also carried out the location of the factory, workshop layout and the establishment of the factory staff. Key words: lemon wine; biological fermentation; resin acid reduction; factory design 目录 1前言 1 1.1柠檬果酒的概述 1 1.2柠檬果酒的研究现状 1 1.3本研究的设计思路及方案 4 2柠檬果酒酿造的工艺流程及操作要点 5 2.1柠檬果酒酿造的工艺流程 5 2.2柠檬果酒酿造的操作要点 5 3 物料衡算 7 3.1班次的确定 7 3.2班物料需求的计算 7 4 冷热衡算 9 4.1热量衡算 10 4.2 冷量衡算 10 5 生产设备选型 10 5.1 设备选型原则 10 5.2器械一览表 11 6 水电用量估算 11 6.1 用水量估算 11 6.2 用电量估算 13 7.工厂定员编制 13 7.1 劳动力定员原则 13 7.2 劳动力定员计算方法 14 7.3 车间人员编制 14 7. 4 全厂辅助车间人员编制 14 7. 5 全厂行政人员编制 15 8. 厂区平面社会 16 8.1 厂址的选择原则 16 8.2 选址 16 8.3 总平面设计方案 16 8.4 车间生产过程设计 17 8.5 车间布局设计图 18 9 结论 18 参考文献 20 致谢 21 附录 22 1前言 1.1柠檬果酒的概述 柠檬果酒是一种低浓度的饮料,由柠檬果为主要原材料制成。传统的柠檬果酒酿造工艺通常需要将蒸馏酒工艺与发酵果酒工艺充分结合而成。柠檬果酒的色香味俱佳,它不仅具有酒的香醇,而且保持了柠檬汁原有的的风味和营养。柠檬果酒富含人体所需的维生素和多种微量元素、30多种有效的营养成分、十多种氨基酸、果酸、矿物质等。因此,适量的饮用柠檬果酒对身体具有良好的功效。适量饮用柠檬果酒可以预防高血压、心脏病、坏血病以及缺钙等多种疾病。柠檬果酒还具有止渴生津、化痰、杀菌等功能。在日常生活中经常饮用柠檬果酒还可以健脾养胃,去火止咳,改善心血管循环。 1.2柠檬果酒的研究现状 1.2.1果酒的发展现状 果酒最开始以各种类型的葡萄酒为人们所熟知,葡萄酒大部分源自欧洲国家,在中国葡萄酒的生产相对来说较少。中国传统的制酒产业通常是以粮食为原料酿造白酒[1],但是随着人们健康和养生意识的逐渐增加,国人们渐渐认识到过多饮用酒精度数高且酒性烈的白酒会对身体造成损伤,而酒精度数低且口感清爽的果酒逐渐走进人们的视线,并获得广大群众的追捧和喜爱[2]。 随着果酒逐渐进入人们的视线,越来越多的研究者和酒产业制造商不甘被禁锢于葡萄酒这一种果酒,并开始利用其它各种水果进行果酒的研究、开发和投资。在积极引入欧洲葡萄酒技术的同时,中国开始制造富有自己地域特色的果酒,比如浙江宁波部分地区利用杨梅制造杨梅果酒;广东地区以荔枝为原料制造荔枝果酒[3];西北地区以沙棘为原料制造沙棘果酒,等等。各大酒产业制造商开始因地制宜地利用当地盛产的水果进行果酒的研发和制造,并且进行了一系列规模化的生产和管理[4]。目前果酒行业在中国的发展市场宽阔,并且未来还有良好的发展趋势。 四川东部的丘陵地区具有中亚热带季风气候,全年温度宜人且空气湿润,雨量充足且没有霜期。这里的柠檬果不仅产量丰厚,而且口感滋润。当地的很多厂商开始利用当地柠檬果的优势,制造一种具有特殊风味的新型柠檬果酒。但是柠檬和其他的水果相比具有酸度高的特点,这也是柠檬果酒在制造和发展过程中必须要解决的技术难题[5]。因此越来越多的食品研究者开始钻研如何降低柠檬酒的酸度,从而使柠檬酒更好的被推广和食用。 1.2.2柠檬果酒降酸工艺的研究现状 目前柠檬果汁降酸的方法主要可以分为三种,即物理降酸法、化学降酸法和生物降酸法。 物理降酸法主要有:第一,在柠檬果酒的发酵过程中添加糖和水,通过稀释的方法降低柠檬果酒的酸度并提高柠檬果酒的甜度,但是这种方法会冲淡柠檬果酒的香味,在一定程度上影响柠檬果酒的口感[6];第二,调味法,即利用其他不同口感的果汁与柠檬果汁进行搭配从而达到降低柠檬果酒酸度的效果,但这样辅助降酸的选择范围和作用范围都受到很大的限制[7];第三,离子交换法,这种方法能够有效地将柠檬果酒中的有机酸浓度降低,并且很容易实现大规模的商业化生产和管理,但是这种方法只能对柠檬果酒中的一部分物质进行吸附,不能从根本上对果酒的酸涩口味进行改变。 化学降酸法主要是通过添加碳酸钙盐或金属盐类将柠檬果汁中的化学成分进行沉淀,从而降低柠檬果酒的酸度。在使用这种方法进行降酸的过程中,也会造成柠檬果酒中的其他物质被沉淀出来,使得柠檬果酒中的营养成分被严重的破坏,而且会很大程度的影响柠檬果酒的口感[8],降低柠檬果酒的保质期,所以这种方法通常并不适用于柠檬果酒的生产过程中。 生物降酸法主要是利用乳酸菌和酵母菌的发酵作用,一方面可以降低柠檬果酒的酸涩味道起到改良风味和口感的作用,另一方面还能够提高柠檬果酒的品质,延长柠檬果酒的储藏时间。合理的掌握生物菌的利用条件是研发和生产高质量的柠檬果酒的关键技术,所以国内外大量学者对于柠檬果酒酿酒过程中酵母菌的筛选以及发酵的工艺进行了详细的研究。万萍等[9]利用数值进行柑橘汁的去酸脱苦处理,降酸效果显著。Lee等人[10]对利用树脂对柚皮苷进行降酸处理和研究,发现树脂对于柚皮苷的酸度吸附率高达78%。 1.2.3柠檬果酒发酵工艺的研究现状 在柠檬果酒的生产过程中,酒精发酵过程是否良好决定着成品果酒的风味品质的好坏。果酒生产过程中的发酵其实就是果汁中的糖类物质通过酵母菌的无氧呼吸转化成含有酒精的物质。可以用来进行酒精发酵的酵母菌,通常具有发酵速度快、酒精抵抗性强、硫的耐受性强等优点,这些特点是保证酵母菌能够在果酒酿造过程中顺利的生长繁殖并发挥作用的关键因素。酵母菌的种类繁多,所以选择合适种类的酵母菌进行果酒的发酵就是果酒酿造技术的核心性环节。 何雪梅[11]等人通过对数十种酵母菌的发酵性能测试对比发现,适合北京青柠檬发酵的菌种为安琪 RW,同时研究者还通过控制变量和正交实验得出柠檬酒发酵的最佳工艺条件,即初始可溶性固形物含量为25 %、菌种添加量为0.25 %、pH值为2.9,酒精浓度为13.2%,在这种条件下酿造出来的柠檬果酒不仅色泽明亮而且酒香浓郁、回味长久。 邓奥宇[12]从安岳柠檬周围果园的果皮及土壤中分离纯化并筛选出一株孢汉逊属的柠檬型克勒克氏酵母。将该种被提纯的酵母与其他7种常见的酿酒酵母进行了发酵性能、产酒率、产气量等方面的综合的比较和测评,结果发现该实验提纯得到的该种酵母菌产气量多且产酒精,是适用于柠檬果酒酿造的典型菌株。 郑淑丹[13]对于非酿酒酵母和酿酒酵母是否混合培养以及在培养过程中的接种顺序对于果酒的风味的影响进行了研究。 实验中,实验者将非酿酒酵母柠檬型克勒克酵母与酿酒酵母分别采用了同时混合和按顺序混合两种混合方式,并采用这两种不同的发酵方法进行柠檬果酒的酿造。实验者利用固相微萃取-气质联用技术和主成分分析方法,在两种不同的发酵条件下,对果酒中的产生的多种风味物质进行分析比较。研究结果发现将两种酵母进行顺序混合的发酵的方式可以使得果酒中的风味物质更加丰富和浓郁,为更新果酒的发酵技术提供了更多的经验和依据。 梅明鑫[14]从从柠檬果酒的发酵工艺入手,对柠檬果酒的最佳发酵工艺条件进行了一些列探究。最终发现柠檬果酒的最佳发酵条件为:糖度25.5%,酵母量0.12%,发酵温度28.0℃。另外,宋安东等人通过对酵母菌的驯化,得到了可以耐受35%高糖、和25%酒精的高级酵母菌株。 1.2.4柠檬果酒酿造工艺的研究现状 为了提高柠檬果酒的产率,提升柠檬果酒的风味质量,研究者们对于柠檬果酒酿造过程中影响因素及最佳控制条件进行了一系列的研究,还有很多研究者对于柠檬果酒酿造过程中成分的添加和风味的改良进行了一系列的试验。 西南大学的研究者这个发现确柠檬果酒的酿造过程中,初始糖度、酵母菌添加量及发酵温度三个因素都会对柠檬果酒的发酵过程和成品的风味产生很大的影响,而且在以上三个影响因子中,初始糖度产生的影响效果最大,发酵温度的影响效果次之,酵母菌添加量的影响效果最小,其中前两者的影响作用十分显著。同时该研究者还发现果酒酿造过程中的处理时间和处理温度也会对柠檬果酒的苦味去除率及风味产生影响。 胥霞[15]对酶解法分解柠檬蛋白进行了研究,还利用单因素标量和控制变量的试验方法,以柠檬果酒的透光率等感官评价为评价指标对柠檬果酒的澄清工艺进行了探究和改良。研究发现风味蛋白酶、胰蛋白酶对于柠檬蛋白的酶解效果更好。对柠檬果酒的澄清实验研究结果表明,在常用的澄清剂中,明胶对于柠檬果酒的澄清效果更有显著的优势。 邱爱东等人尝试将糯米酒和柠檬果酒进行复合发酵和调制,以安岳柠檬和蒸馏糯米酒为原料,将二者按不同比例调制,并采用耐酸性菌种发酵制备。从而获得具有混合风味柠檬果酒饮品。还有研究者对柠檬汁和甘蔗汁[16]混合发酵酿造柠檬果酒的酿造工艺进行了探究,这种混合方法制得的果酒既有柠檬的特色香味儿,又有甘蔗原汁的糖分,既补充了果酒发酵过程中所必需的原料,又不需要进行其它的深加工措施。采用这种工艺酿造的柠檬甘蔗混合果酒,不仅可以引领柠檬果酒的市场开辟了新的方向,而且增加了柠檬和甘蔗的附加值,创造出了更好的经济效益和社会效益。 1.3本研究的设计思路及方案 1.3.1本研究的目的和意义 随着全球经济的快速发展和人民生活水平的迅速提高,人们对果酒的重视程度和喜爱程度中逐渐增加,我国从2018年5月份到2019年4月份,一年的柠檬出口量就高达96吨,可以看出柠檬市场需求量巨大,柠檬果酒的市场就全世界而言也具有很强大的发展潜力。 我国的国酒酿造已经有了近2000年的历史,但是却一直没有形成规模,果酒始终处于低档次酒的地位,如今的新技术和新工艺极大地使果酒的酿造技术得以丰富,技术水平得以提升,同时提高了效率,降低了投入成本,改善了产品质量。 本研究在传统的柠檬果酒生产制造工艺的基础上,通过优化生产工艺并选用合适的酵母菌进行发酵,既可以生产出有独特风味和地方特色的柠檬果酒,而且可以促进柠檬果酒产业的现代化发展。本设计的研究成果为果酒企业在当前的果酒市场环境中,找准自己的定位,并做出特色的果酒品牌提供了理论依据。 1.3.2本设计的技术要求 生产能力:年产2000吨柠檬果酒的生产。 工艺要求:本设计中利用果胶酶进行柠檬汁中果胶的酶解,为后续的调节和发酵创造良好的条件;利用柠檬型克勒克氏酵母,以生物发酵方式进行酒精发酵;同时使用大孔弱碱性阴离子交换树脂D311进行柠檬果酒的降酸处理。 质量要求:食品安全国家标准《中华人民共和国食品卫生法》 食品安全国家标准《发酵酒卫生标准》GB2757-2012 食品安全国家标准《发酵酒及其配制酒生产卫生规范》GB19696-2016 1.3.3本设计解决的主要问题 (1) 在柠檬果酒的发酵过程中,进行生物发酵[17],所选酵母为柠檬型克勒克氏酵母[18]。 (2) 对于柠檬果酒存在的口感酸涩的问题,使用大孔弱碱性阴离子交换树脂D311进行柠檬果酒的降酸处理[19]。 (2)在制作和生产过程中,确定果胶酶的投入量、酵母的添加量和糖分的添加量,控制好发酵温度、发酵时间、发酵初始糖度、pH值、冷却时间等工艺因素,尽可能的保障柠檬果酒的风味和品质[20]。 (3)根据本设计的产量目标进行相应的物料消耗计算和设备种类及数量的选型,设计合理的车间布局,最大程度的降低能耗,减少生产过程中产生的废水废气和废物对环境造成的污染。 2柠檬果酒酿造的工艺流程及操作要点 2.1柠檬果酒酿造的工艺流程 柠檬鲜果→选果与清洗→去皮、瓤、籽后打浆→计重→添加偏重亚硫酸钾(100mg/kg添加) →添加果胶酶→接种酵母 (5%(v/v)的量)→灭菌棉塞封口→控温发酵(25℃,第一次发酵) →降酸(离子交换树脂D311处理,33g/kg)→陈酿→澄清→过滤→杀菌→装瓶 2.2柠檬果酒酿造的操作要点 2.2.1领料及中间管理 1. 对于原材料及辅料的重量和质量要进行严格的检查和核对,确保没有混有异物等,不符合质量要求的原辅料均不可以投产使用。 2. 定额领用原料偏重亚硫酸钾、柠檬型克勒克氏酵母、果糖、果胶酶、离子交换树脂D311[21]、皂土等。依据原料管理规定进行物料验收、贮存和发放。 2.2.2酿造工艺操作的技术要点 1. 柠檬原料预处理 用于制酒的柠檬应该充分成熟,并且需要具有多汁、含糖量高、果肉细嫩等特点。由于柠檬的酸度较高,因此对于不成熟的柠檬应该进行4-7天左右的后熟处理。一般来说,经过处理的柠檬含糖量会升高,酸度和果胶含量会降低。备选的柠檬果原料,需要先将腐烂的、变质的、病虫害的、未成熟的柠檬果剔除掉,经过筛选的柠檬果需要用清水洗净以去掉泥土、虫卵等杂物。由于柠檬皮通常会很厚,所以在对柠檬进行去皮时,需要先在沸水中加热30-60秒,从而达到去除杂菌的效果。晾干水分后的柠檬果剥去果皮、去除果瓤和籽,得到的柠檬肉进行破碎和挤压,进而得到柠檬果汁。 2. 成分调整 在上一步获得的柠檬汁中添加灭菌水,使得柠檬汁∶水=1∶1。 SO2的添加:将柠檬果汁和灭菌水按比例混合均匀后,添加 100mg/L 的偏重亚硫酸钾,从而达到有效抑制杂菌生长和繁殖的效果。 甜度调整:本设计中通过添加白砂糖的方式进行柠檬果酒的糖度调整,白砂糖添加量的计算依据是17g/L糖产生1%的酒,如果成品酒要求酒度11%,果汁重W(kg),果汁汁潜在酒度A=果汁糖度(g/L)/17;加糖量(kg)=(11-A)×1.7%×W。在酵母菌接种前或酵母菌发酵早期适宜进行糖分的添加,因为此阶段为酵母菌的旺盛繁殖期,糖可以快速有效地转化为酒精。 果胶酶的添加:将50mg/L果胶酶加入前一步得到的柠檬浆中,在45℃水解4-5h,冷却后准备接种发酵。 3. 酵母菌种的筛选 利用柠檬汁培养基进行1#红葡萄酒酵母菌、2#啤酒酵母菌、3#青梅酒酵母菌和4#柠檬型克勒克氏酵母菌以上4个酵母菌种的筛选,从而选择出最适合本设计中柠檬果酒发酵的酵母菌种。 (1) 酵母的分离和纯化 将以上四种酵母菌依次编号:1~4号。称取1~4号酵母菌每种各10g稀释20倍制成酵母菌悬浊液,分别在30℃的PDA培养基中平板培养3天。在此期间,观察每一种酵母的菌落特征,并对酵母的特性进行了抽样检测。对每种酵母进行了菌落分离,并对菌落特征明显的酵母进行了纯化。然后将纯菌株转移到试管斜面上,在30℃的温度条件下进行3天的增殖培养,培养期结束后移入4℃冰箱冷藏保存。 (2) 优良酵母的筛选 对上述4种细菌进行分离、纯化和扩大培养后,将4管装有10ml柠檬汁的培养基接种8%的酵母菌接种液,调节糖度至24%,然后将试管放入28℃恒温培养箱中进行恒温培养。采用杜氏管发酵法观察和判断各菌株产气时间和产气量,筛选出优质的产气菌株继续进行7天的恒温培养。最后通过对发酵后液体的酒精度进行测定从而确定酵母的发酵力,筛选出适合柠檬果酒发酵的最优酵母,以上试验均平行重复三次。经过对比和筛选发现,适合柠檬果酒发酵的最佳酵母菌种为柠檬型克勒克氏酵母菌,因此选用此菌种作为本设计中后续使用的酵母菌。 4. 柠檬型克勒克氏酵母的发酵 酵母菌活化:将柠檬型克勒克氏酵母菌(以下简称酵母菌)按1:5以上的比例加入2%的糖液中,轻轻搅拌至完全溶解,然后将溶解的菌液放入35-38℃的水浴中15-30分钟进行酵母菌活化,待菌液温度降至室温后接种。 酵母菌的接种:进过成分调整后的柠檬汁过滤除去滤渣得液化清液,稳固保持35-38℃后加入发酵罐,将处理好的酵母菌按5%(v/v)的接种量分别接入活菌数约107cfu/g的酵母液于柠檬果汁中,由于发酵过程是无氧发酵,因此需要灭菌并封口。 细菌的生长依赖于培养基中的氮源,这是因为细胞内铵离子浓度的增加可以减弱ATP和柠檬酸对关键酶磷酸果糖激酶的反馈抑制,从而促进EMP的代谢,促进柠檬酸的产生和积累。无机盐的组成是微生物生命活动中必不可少的物质,有的是细菌的菌体的组成物质,有的促进细菌代谢,有的促进细菌产酸。 第一次发酵:酵母菌的生长和繁殖需要适宜的环境条件,发酵温度需要控制在25℃左右,pH值需要控制为5.5左右。待发酵醪的液面明显上升,则第一次发酵开始,在发酵期间,每隔24小时观察测定发酵液的失重量,测定酒液的残糖、酒精度、发酵速度和产酒率等理化指标。直至无变化时,第一次发酵结束。通常情况下柠檬型克勒克氏酵母的发酵完成时间约为8天。 5. 降酸去苦 离子交换树脂的预处理:称取需要用的离子交换树脂, 先用100%的NaCl溶液浸泡2小时,再用蒸馏水浸泡5小时,将浸泡后的离子交换树脂捞出进行清洗,清洗水变清澈后即可停止,然后继续用试剂处理。本设计采用盐酸和氢氧化钠溶液循环浸泡树脂。当树脂被浸泡时,浸泡液的体积需要约为树脂体积的4倍,每次的清洗过程中都要测量清洗液的pH值,直到最终流出的水呈现中性的状态为止。循环是以盐酸和氢氧化钠溶液交替的形式进行,以此循环两三次为止。最后需要用氢氧化钠溶液对树脂进行定型处理,即用氢氧化钠溶液对离子交换树脂进行持续的冲洗,直到检测出的清洗液浓度不变时为止,然后将清洗好的离子交换树脂放置一边备用。 离子交换树脂的添加:在22℃到27℃的温度条件下,每L柠檬果汁投入33g离子交换树脂, 充分接触和吸附三个小时基本达到吸附平衡,陈酿和沉淀后过滤去除沉淀物即可。 6. 陈酿 上述操作获得的柠檬果酒需要用高度食用酒精封口,一方面以抑制微生物的生长,另一方面有效防止酒液的挥发和氧化而导致的风味和色泽变化。陈酿是需要低温避光处理,控制温度在15℃以下,贮存时间一般在三个月以上可以保证制得的果酒味道香醇。 7. 澄清和过滤 将陈酿后获得的柠檬果酒中加入经过处理的皂土等物质,配置成皂土含量为8%左右的悬浮酒液,在皂土的添加过程中需要边加边搅拌,全部添加完还要再搅拌30min,24h之后再进行一次搅拌,静置澄清后进行过滤。 3 物料衡算 3.1班次的确定 柠檬果酒是一年四季都可饮用的饮品,主要以夏季6、7、8月为高峰期,综合考虑节假日休息、设备清洗等因素,最终确定本工厂的生产工作日为300天。 柠檬原料成熟期约5-6个月,根据柠檬果实的生产特点,确定生产班次如下: 每日生产班次可分为1-3班,每班8小时。旺季每天3班,共100天;旺季每天2班,共100天;淡季每天1班,共100天。 3.2班物料需求的计算 q班=Q/κ(3t旺+2t中+t淡)=2000/0.75(3×200+2×100+100)=2.9630(t/班) (κ为设备不均匀系数,一般为0.7~0.8,在本设计中κ取0.75) 1、柠檬出汁率取50%进行计算,以班产量为单位进行计算(班产量为2.9630t)。 2、各工序的损失见表3.1: 表3.1 各工序损失率 Table 3.1 loss rate of each process 序号 指标名称 损失率% 1 原料验收 3.0 2 清洗挑选 0.5 3 榨汁 50 4 精滤 2 5 调配 0.4 6 均质 0.3 7 脱气 0.1 8 灌装 0.3 9 检验 0.1 3、各工序损失计算(按班产量计算) (1)检验损失率为0.1%,则检验前柠檬果酒为:2.9630 /(1-0.1%)=2.9659 t (2)灌装损失率为0.3%,则灌装前柠檬果酒为:2.9659 /(1-0.3%)=2.9749 t (3)脱气损失率为0.1%,则脱气前柠檬果酒为:2.9749 /(1-0.1%)=2.9779 t (4)均质损失率为0.3%,则均质前柠檬果酒为为:2.9779 /(1-0.3%)=2.9869 t (5)调配损耗率为2%,则调配前所有物料量为:2.9869 /(1-2%)=3.0478 t 4、根据配方计算调配时的各种原辅料(按班产量计算) 调配时,加入的柑橘汁的量为 3.0478×103×(500/1000)=1523.5 kg 加入的偏重亚硫酸的量为 3.0478×103×(0.1/1000)=0.3047 kg 加入的白砂糖的量为 3.0478×103×(102/1000)=310.79 kg 加入的果胶酶的量为 3.0478×103×(50/1000)=152.35 kg 加入的软化水的量为 3.0478×103×(347.9/1000)=1060.05 kg 表3.2 原辅料用量汇总表 Table 3.2 summary of raw and auxiliary material consumption 序号 成分名称 添加量/kg 1 柠檬汁 1523.5 2 偏重亚硫酸 0.3047 3 白砂糖 310.794 4 果胶酶 152.35 5 软化水 1060.05 5、柑橘原料生产用量的计算(按班产量计算) (1)调配前,柠檬原汁质量为:1523.5/(1-0.2%)=1526.553 kg (2)精滤损失率为2.0%,精滤前柠檬汁质量为:1526.55/(1-2.0%)=1557.71 kg (3)榨汁出汁率为50%,榨汁前柠檬质量为:1557.71/(1-50%)=3115.41 kg (4)清洗挑选损失率0.5%,清洗挑选前柠檬质量为:3115.41/(1-0.5%)=3131.07 kg (5)原料检验损失为3.0%,检验前柠檬质量为:3131.07(1-3.0%)=3227.90 kg 6、灌装瓶用量和装箱用箱量为:(每瓶500ml,每箱7瓶) (1)检验前柑橘饮料量为:2.9630 t(设柠檬果酒饮料密度为1.05g/ml) 则PET瓶消耗量为:(2.9630×106/1.05)/500=5644个 (3) 检验损失0.1%,则合格瓶数量为:5644/(1-0.1%)=5649个 (4) 标签纸的损失为0.1%,则标签纸的数量为:5649/(1-0.1%)=5655个 (3)瓦楞纸箱消耗量为:5649/7=807个 表3.3物料计算汇总表 Table 3.3 material calculation summary 材料名称 每小时 消耗量 每班消耗量 旺季1天 消耗量 中季1天 消耗量 淡季1天 消耗量 每年消耗量 亚硫酸盐/Kg 190.437 1523.5 4570.5 3047 1523.5 914100 蔗糖/Kg 0.038 0.3047 0.9141 0.6094 0.3047 182.82 柠檬/Kg 38.8495 310.794 932.382 621.588 310.794 186476 酵母/Kg 19.0438 152.35 457.05 304.7 152.35 91410 酿造水/Kg 132.5065 1060.05 3180.15 2120.1 1060.05 636030 金属瓶盖/kg 705.5 5644 16932 11288 5644 3386400 玻璃瓶/瓶 707 5655 16965 11310 5655 3393000 标签/张 100.875 807 2421 1614 807 484200 纸箱/个 83 664 1992 1328 664 398400 4 冷热衡算 以2000t的柠檬果酒为衡算标准,进行热量衡算,热量公式: Q=GCP(T-T0) (4.1) 式中:Q表示加热过程中获得的热量(kJ) G表示班产量(kg) CP表示食品的比热(kJ/kg·℃) T表示物质始温度(℃) T0 表示物质终温度(℃) 其中 CP可根据,CP=1.470+2.720ω, 可得C水=4.18 kJ/kg·℃, C柠檬汁=3.85 kJ/kg·℃ 4.1热量衡算 4.1.1控温发酵 发酵时,要将柠檬汁加热到25℃,这个阶段需要加入的热量为: Q=2×106×3.85×(25-20)=38500000kJ 4.1.2杀菌 装瓶时的果酒温度在 10℃-15℃之间,之后送到去灭菌时要在 65℃下巴杀 45min。这阶段需要加入的热量为: Q=2×106×3.85×(65-10)=423500000kJ 4.1.3总热量 对年产量2t果酒的总热量进行核算,在整个果酒生产过程中,需要的热量为: 38500000+423500000=462000000kJ 在加热的过程中,热量损失按15%进行计算,则总热量为: 462000000×(1+15%)=531300000kJ=5.313×108kJ 4.2 冷量衡算 柠檬果酒的生产过程中主要的冷量计算主要发生在冷却过程中,柠檬汁温度为25℃;冷水温度为18℃,2000t果酒这个阶段降温需要的冷量为 Q=2×106×3.85×(25-18)=53900000kJ 冷量损失按 15%算,则总冷量为: 53900000×(1+15%)=61985000kJ=6.1985×107kJ 表4.1 热量衡算表  Table 4.1  Balance sheet of energy  名称 每小时 消耗量/kJ 每班 消耗量/kJ 旺季1天 消耗量/kJ 中季1天 消耗量/kJ 淡季1天 消耗量/kJ 每年 消耗量/kJ 热量 6.51×106 5.21×107 1.56×108 1.04×108 5.21×107 4.69×108 5 生产设备选型 5.1 设备选型原则 设备的选择应以物料衡算和工艺流程为基础,同时设备的选型为全厂水电消耗计算提供依据,设备选型不仅影响着产品的质量也决定着公司的成本投入和经营状况。故选择设备时按照下列原则进行: (1) 保证在设备使用过程中的工艺过程实施的安全可靠性,不会对产品造成污染; (2) 在经济允许的范围内选取技术先进的设备;  (3)综合考虑设备的运行的功率和效率,使设备在运行费适宜的前提下,消耗较少的水电汽; (4)操作简洁、清洗方便,质量耐用、易于维修,配件易于获取和更换; (5)设备的运行和生产效率高,可以实现工厂的机械化和自动化; (6)综合实践使用经验确定性能优良的设备; (7)考虑设备维修等因素,设置备用设备; 5.2 粉碎机 根据物料衡算的结果,每班需要粉碎的柠檬的量为3.115 t,每班粉碎工序需要的时间约为3 h,则选用型号为150-350kg/h 的刀片式粉碎机4台,3台运行1台备用。该设备的主要技术指标如表5.1所示: 表 5.1 粉碎机选型 名称 刀片式粉碎机 型号 JFS-120-43 生产能力 (kg/h) 150-350 主机转速 (t/min) 3500 电机功率 (kw) 7 外形尺寸(mm) 1300×650×1900 生产公司 常州市恒锐机械有限公司 5.3 储存罐 在柠檬果酒的生产工艺流程中,柠檬的浸提过程、陈酿过程等供需均需要将柠檬果汁或者柠檬果酒在贮存罐中贮藏一段时间,所以本设计中选用方便清洁的不锈钢储存罐。本设计选用的HM-0510不锈钢贮罐可以用于柠檬酒生产过程中的加热、冷却、杀菌和贮存。在本厂的生产过程中,浸提液日储存量约35t,因此本设计选用6个容积为4000L的储罐。该设备的主要技术指标见表5.2: 表5.2 贮存罐的选型 名称 不锈钢贮存罐 型号 HM-0510 容积(L) 4000 加热面积(m²) 11 电机功率(kw) 2 外形尺寸(mm) 1500×2500 生产公司 无锡市华园化工设备有限公司 5.3 酒精发酵罐 酒精发酵是柠檬果酒生产过程中的关键供需。本设计每天所需待酒精发酵液量约为9t,发酵工段需要8天的时间,为了使生产连续化,每天产生的酒精发酵液可以装入同一个发酵罐中,本次设计选用容积为10000L(10m³)的不锈钢酒精发酵罐9个,其中8个在用,1个备用。酒精发酵罐主要技术指标见表5.3: 表5.3 酒精发酵罐的选型 名称 不锈钢酒精发酵罐 容积 (L) 10000 换热面积(m²) 10 电机功率(kw) 6.5 工作压力(Mpa) 0.15 搅拌转速(r/min) 160-200 外形尺寸(mm) 1100×5000 生产公司 无锡市华园化工设备有限公司 5.4 多袋式过滤器 根据物料衡算的结果,本设计中每班每小时生产约0.3625t柠檬果酒,故选用过滤面积为1.96m2的BAB150/1000-N型多袋过滤器,多袋过滤器具有过滤精度高、使用寿命长等优点。本设计中主要是对陈酿后的果酒进行过滤,所以需要过滤器3台。主要技术指标如表5.4所示: 表5.4 过滤器选型 名称 多袋式过滤器 型号 BAB150/1000-N 功率(kw) 4 滤袋数量(个) 3 过滤面积(㎡) 1.96 进出口径(mm) 100 工作压力(MPa)) 0.5 最大流量(t/h) 130 生产公司 合肥天工科技开发有限公司 5.5 充填封口器 根据物料衡算的结果,本设计中每班需要生产2900瓶果酒,所以选用了产量较大且自动化程度较高的的 XBG60-16充填封口机6台。主要技术指标如表5.5所示: 表5.5 充填封口机选型 名称 充填封口机 型号 XBG60-16 工作效率(个/h) 70 功率(kw) 1.2 耗气量(m³/h) 1 工作压力(MPa) 0.85 生产公司 浙江鼎业机械有限公司 5.6 巴氏灭菌设备 巴氏杀菌生产线设备主要分为杀菌和冷却两部分,通过运转的链条将柠檬果酒送进杀菌室内,同时巴氏杀菌设备持续作业对果酒进行灭菌。BD-6000型全自动巴氏灭菌设备可以 对温度和杀菌的时间进行自动调节和控制,从而更好的保证产品质量。根据流程及工艺要求,本设计选择使用全自动巴氏灭菌流水线设备4台。主要技术指标如表5.6所示: 表5.6 全自动巴氏杀菌设备 型号 BD-6000 功率(kw) 35 杀菌温度(℃) 80-95 工作压力(MPa) 1 耗气量(m 3 /h) 1 生产公司 山东盛康机械科技有限公司 5.7 封箱包装机 本工艺拟使用人工装箱与热收缩膜包装设备相结合来对果冻产品进行打包。选用DQL5545 全自动 L 型封切机+BSD4520 热收缩包装机,自动包装和封切,自动处理废料,只需手动调节进料输送平台。根据物料衡算的结果,包装箱实际班需求量350个,则选用工作效率为5箱/min的包装机2台,1运行1备用。主要技术指标如表5.7所示: 表5.7包装机选型 名称 全自动封箱包装机 型号 KD-38Ⅲ 功率 (kw) 2 输送速度(m/min) 15 外型尺寸(mm) 3000×4500×5000 生产公司 天津科达包装机设备有限公司 5.8 器械一览表 本工厂所需大型设备,如表 5.8 所示: 表5.8 设备汇总表 设备名称 型号 数量 生产厂家 刀片式粉碎机 JFS-120-43 4 常州市恒锐机械有限公司 不锈钢贮存罐 HM-0510 6 无锡市华园化工设备有限公司 不锈钢酒精发罐 V=10m3 9 无锡市华园化工设备有限公司 多袋式过滤器 BAB150/1000-N 3 合肥天工科技开发有限公司 充填封口器 XBG60-16 6 浙江鼎业机械有限公司 全自动巴氏灭菌设备 BD-6000 4 山东盛康机械科技有限公司 全自动封箱包装机 KD-38Ⅲ 2 天津科达包装机设备有限公司 6 水电用量估算 6.1 用水量估算 6.1.1工艺用水 根据配方计算可知每班按照柠檬果汁:水=1:1的比例进行添加,工艺用水 Wa=1060kg,则2000t的柠檬果酒生产的工艺用水为954t水。 6.1.2冷却水 冷却水主要用来使杀菌后的果冻冷却,冷却能量计算公式: Wb=GCP(t1′-t2′)/[C(t2-t1)] (6.1) 式中: G—被冷却产品量,kg/h CP—待冷却物料或产品的比热,(kJ/kg·℃) C—冷却水的比热,(kJ/kg·℃) t1′—待冷却物料或产品初始温度,℃ t2′—待冷却物料或产品最终温度,℃ t1—冷却水进口温度,℃ t2—冷却水出口温度,℃ 比热容公式: CP=1.470+2.720ω (6.2) 式中:ω—食品的含水量 所以: CP=3.8624 kJ/kg·℃ G=2.9630×103/8=370.375kg/h Wb=370.375×3.8624×(85-40)/4.2×(35-20)=1021.81kg/h=1.02t/h W2=1.02×8×900=7560t 6.1.3冲洗地坪用水量 根据实测数据,1t水可冲地坪40m3 左右,若食品加工厂生产车间每班洗1次,则每班需要的水量: Wc=S/40 (6.3) 式中:S表示生产车间的面积,m3 Wc=5000/40=125t 则生产2000t柠檬果酒全年需要900班,W3=125×900=112500t 6.1.4生活用水 生活用水量与当地气候、生活习惯和卫生设备的完善程度有关,生活用水标准按最大轮班工人总数计算: Wd=最大班人数×0.7×8/100 则每班的生活用水 Wd=113×0.7×8/100=6.328t 生产2000t柠檬果酒全年需要900班,W4=6.328×900=5695.2t 6.1.4总水量 全年需要的水量为 W=W1+W2+W3+W4=954+7560+112500+5695.2=126709.2t 6.2 用电量估算 6.2.1 主要设备用电量 根据物料平衡,设备参数、台数以及使用时间,可以计算出本厂一年的电费,电费明细如表所示: 表 6.2 各生产设备用电量表 设备名称 台数 功率 kw/h/台 总功率 kw/h 每台每班工作时间 h 每台消耗量/kw 年耗电量 /kw 刀片式粉碎机 4 7.5 30 6 180 648000 不锈钢贮存罐 4 2.2 8.8 7 61.6 221760 不锈钢酒精发酵罐 6 7.5 45 8 360 1944000 加热罐 3 3 9 7 63 170100 多袋式过滤器 2 4.5 9 7 63 113400 充填封口器 2 12 24 6 144 259200 全自动巴氏杀菌设备 2 3 6 8 48 86400 热收缩包装机 2 13.2 26.2 6 157.2 282960 合计: 3725820 6.2.2 其他电量 工厂所有照明灯每班需要20kw/h,则年耗量为18000kw。 6.2.3 总电量 工厂每班需要的电量为3725820+18000=3743820kw 7 工厂定员编制 7.1 劳动力定员原则 考虑到工厂机械自动化程度和工厂建设投资的经济因素,工厂定员原则如下。 第一,劳动力定员的数量需要保证达到工厂的基本生产目标;第二,定员需要尽量以精简高效节约为主要原则;第三,对于工厂的管理人员、服务人员比例状况要协调稳定;第四,在场的工作人员要做到人尽其才、人事相宜;第五,工厂需要制定并贯彻落实定员的标准,从而为工作人员创造良好的工作环境。 7.2 劳动力定员计算方法 7.2.1 按定额计算 在工厂设计的理论数据的基础上,结合工厂各部门设备的机械化和自动化的差异,以及工厂生产的实际经验进行按定额规则进行员工的定员。 7.2.2 按设备和各工段需要人数来确定 结合本工厂进行设计的时候选用的设备类型和数量的情况,进行各车间机械化和自动化程度的评估,并以此为依据确定各车间需要的工作人员数目。在工作人员的安排和设置时要充分考虑到班次的更替,同时考虑到工厂运行的实际情况,完善果酒制作过程中所需要的工作人员,形成具有生产人员、质量监控人员、行政人员、后勤人员、销售人员等的一系列团队。 7.3 车间人员编制 根据本厂的生产工艺和实际运行情况,首先要做好果酒车间人员的编制。 表7.1 果酒车间工作人员编制 岗位或职务 每班人数(共三班)/人 人数合计/人 化学检测、成分分析 2 6 微生物检测、成品采样分析 2 6 仪器分析 2 6 现场品控 2 6 原料净化 3 9 原辅料预处理 4 12 控温发酵 5 15 降酸 5 15 原酒陈酿 2 6 原酒澄清与过滤 2 6 灌装、封口、打码 3 9 机器保养、维修 2 6 总计 34 102 7. 4 全厂辅助车间人员编制 表7.2 辅助车间人员编制 岗位或职务 人数(共三班) 人数合计 原料库 2 6 辅料材料库 2 6 成品库 1 3 配电室 2 6 锅炉房 2 6 空压机房 1 3 污水处理站 3 9 合计 15 45 7. 5 全厂行政人员编制 表7.3 全厂行政人员编制 职务 人数 厂长 1 副厂长 1 车间主任 1 车间副主任 1 技术经理 1 技术专员 5 财务人员 3 行政人事员 7 采购员 3 销售总经理 1 商超部经理 1 直销部经理 1 连锁部经理 1 外阜经理 1 特渠经理 1 销售人员 35 总计 64 人员编制:每天按三班制生产,全厂定员共计280人,其中生产人员102人,行政技术人员64人,其他辅助人员45人。 人员要求:柠檬果酒的生产工艺对员工的综合素质、工艺技术和设备操作要求较高,一般的生产人员应具备高中以上文化水平,关键岗位人员应具有专科以上学历,行政人员应由具有本科及以上学历的专业人员担任,专业技术人员应当聘用具有研究生以上学历的相关专业人员。 8 厂区平面社会 8.1 厂址的选择原则 1. 厂址选择要符合产业结构原则、地区有关规定和国家有关法律法规。 2. 要充分利用区域优势克服不利条件,充分利用人力物力、地方财富和自然资源,保护环境,节约土地,不占用农用地和经济适用地;遵守现行国家土地利用、环境保护和水、土地保护立法的有关规定;远离旅游自然保护区,不污染水源,推行符合现行环保法律法规的废弃物管理制度。 3. 确保企业的地理位置便于获得商品、能源和消费设施,消除不公平的运输方式;整体经济效益的提高有利于加快国民经济发展,提高人民生活水平。 选择厂址时,应当考虑厂址的自然条件、技术条件、经济条件和工业特点,以及厂址的自然条件,要在适当的条件下进行。 8.2 选址 柠檬果酒工厂的选址位于山东半岛中部的安丘市,这里是经过国务院认证和批准的首批沿海开放城市之一。安丘地区自然条件优越,地势平坦,平原、丘陵、山地各占三分之一,是山东省重要的水源地。该地有优越的地理位置和便利的交通。东边距离青岛110公里,西边距离济南200公里,北边距离潍坊25公里,是多条交通要道的汇聚之地。安丘地处温暖湿润的季风区,气候温和,四季晴朗,日照充足,雨季炎热,适合多种农作物尤其是本厂原材料柠檬的生长。这距原材料基地不远,空气清新,环境良好,具有很好的发展前景。 8.3 总平面设计方案 厂区总占地面积约16800平方米,东西方向距离约160m,南北方向距离约105m。厂区道路布置为环路,主路宽8m,辅路宽5m,转弯半径10m,能够充分满足消防要求。工厂分为生活区和生产区。生活区设有更衣室、休息室、食堂、娱乐场所等基本设施。生产区设有配电室、制冷机房、仓库、备料间、纯水间、发酵间、过滤澄清间、调配间、巴氏灭菌间、包装间等。 表8.1.厂区建筑面积 Table 8.1 .the factory building area 序号 项目 单位 占地面积 1 规划用地面积 ㎡ 16800 2 建筑物占地面积 ㎡ 9000 3 总建筑面积 ㎡ 10000 4 建筑系数 % 59.5 5 容积率 % 0.7 6 绿化率 % 30 8.4 车间生产过程设计 8.4.1生产车间工艺布置原则 车间布置要满足技术先进、经济合理、节省投资、操作方便、设备布置简单紧凑、整洁美观的条件。生产车间的设计应该遵循以下几条基本原则: 1. 满足生产工艺要求。车间设备的排列顺序应按工艺和操作顺序排列,保证材料的连续运输和有序处理。 2. 满足生产活动的要求。 3. 满足设备安装和维修的要求。为设备的安装、维修和拆卸提供足够的空间,以满足设备的要求,并保证进入车间的畅通。此外,还应记录设备修理箱和运输材料的起重运输设备副本。 4. 满足建筑要求。 5. 满足建筑投资节约的要求。根据运行和运行性能,结合设备设计,可进行室外布置,降低施工成本,尽量避免建筑物高度和管道集中工艺布置。 6. 符合安全、健康和防腐蚀要求。 7. 满足生产发展的需要。根据生产需要和增产设备的可能性,尽量采用建筑物及设备变动少,且施工量小的建设布局方案。 8.4.1生产所需要的建筑 1. 配电室:保证电量维持工厂的正常运行; 2. 锅炉房:提供生产所需要的蒸汽和热量; 3. 机修车间:负责机械设备的维修和护理; 4. 污水处理车间:对生产过程中排放的污水进行初步的处理; 5. 原料库:存放生产用的原辅材料及包装材料; 6. 成品库:存放生产出来的成品; 7. 生产车间:包括备料车间、调配车间、主生产车间、过滤澄清车间、巴氏灭菌间、包装车间、纯水间、空压机房站、化验室、外包及成品仓库、更衣室、卫生间。 (1)备料车间:进行柠檬的清洗、剥皮、打浆等前期准备工作; (2)调配车间:进行原材料的调配工艺; (3)主生产车间:进行柠檬酸发酵、降酸等工作; (4)过滤澄清车间:进行柠檬果酒的陈酿、澄清和过滤工作; (5)巴氏灭菌间:进行柠檬果酒装瓶密封之前的消毒灭菌工作; (6)包装车间:进行产品的质检与包装; (7)纯水间:为工厂的生产、清洁和生活等提供水源; (8)空压机房站:提供部分设备自动控制所需的压缩空气、空调和制冷要求; (9)化验室:发酵菌培养及车间产出成品理化指标检测; (10)外包及成品仓库:用于存放生产成品; (11)更衣室、卫生间:供车间工人使用 8.5 车间布局设计图 具体的生产车间布置图、人流物料走向图、生产工艺车间洁净区域分布图、工厂平 面布置图、设备图分别见附录二、三、四、五、六 。 9 结论 经过大量的的文献调查和研究,本厂设计的2000吨柠檬酒,在柠檬果酒传统酿造工艺的基础上,在后续的发酵和降酸处理上进行创新,利用酵母柠檬酒专用发酵添加剂配方,采用离子交换树脂进行酸处理,使得本设计获得的柠檬果酒果香醇厚,风味独特。同时,本厂选择了原材料容易获得、经济政策良好以及交通便利的地区进行厂区的选择,对工厂车间的设计进行合理的布局,对设备选型注重机械化和自动化,对劳动人员的分配进行合理的估算和安排。根据本文的2000吨柠檬果酒工厂的初步设计和测算,每瓶柠檬酒的价格为33元,而柠檬酒的市场价格为每瓶150元左右(每瓶500ml),本工厂的制作成品按130元每瓶进行销售,预计一年左右回本,由此可见柠檬酒的利润非常可观,市场潜力巨大。 参考文献 [1] 戴桂芝.浅谈我国目前果酒行业现状及发展对策[J].保鲜与加工,2002,2(6): 2-5. [2] 邱爱东,刘达玉等.柠檬糯米风味果酒生产技术(J).食品研究与发,2015.7(7).40-42 [3] 李运龙,陈朝银,程春生,等.我国果酒生产发展的研究[J].食品研究与发,2003,24(1) 35-37. [4] 马绍威.我国果酒业的现状及发展对策[J].中国食物与营养,2005,(3);37-38. [5] Kotamballi N. Chidambara Murthy,G K.Jayaprakasha,Vinod Kumar, et al.Citrus Limonin and Its Glucoside Inhibit Colon Adenocarcinoma Cell Proliferation through Apoptosis[J].J.Agric.Food Chem, 2011,59(6),2314-2323 [6] 阮仕立,王希瑞,刘德兵.苹果酒的开发研究进展[J].食品与发酵工业,2000,27(4):75-77. [7] 杨莉.红枣发酵酒加工工艺研究[D].西安:陕西师范大学,2002. [8] Li B, Shi R, Xiong Z,et al.Study on extraction and antibacterial activities of limonin in peel of Citrus maxima[J].Science and Technology of Food Industry,2012,5:45. [9] 万萍,张方晓.柑桔汁脱苦条件的研究[J].食品与机械,2001(02):14-15. [10] H.S. Lee,J.G. Kim. Effects of debittering on red grapefruit juice concentrate[J]. Food Chemistry,2003. [11] 何雪梅,牙保山,刘国明,吴翠琼,李杰民,唐雅园,李丽,盛金凤,郑凤锦,孙健.柠檬酒发酵菌种的筛选及工艺优化[J].酿酒科技,2019(01):48-51+64. [12] 邓奥宇. 柠檬果酒酿酒酵母的筛选及发酵工艺研究[D].西华大学,2017. 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