智能制造

何江宏

研究目的及方法

目的：通過(guò)攪拌型酸奶柔性工藝的研究，最大可能保持酸奶半成品發(fā)酵后的固有粘度，降低成品中增稠劑使用量或者不添加，生產(chǎn)出具有純正口感和高品質(zhì)的攪拌型酸奶。低溫酸奶工廠在生產(chǎn)攪拌型酸奶過(guò)程中如何保證發(fā)酵后粘度損失最小意義有三：一是對(duì)影響酸奶發(fā)酵后粘度損失共性問(wèn)題進(jìn)行梳理，對(duì)低溫產(chǎn)品影響粘度的關(guān)鍵工藝點(diǎn)進(jìn)行把控；二是降低增稠劑的使用量或者不添加，保持酸奶固有的純正的口感和質(zhì)量；三是成品粘度相同情況下料液原料投入比例可以降低，對(duì)降低產(chǎn)品直接制造成本作用顯著。

方法：根據(jù)攪拌型酸奶生產(chǎn)工藝，對(duì)影響產(chǎn)品粘度的關(guān)鍵工藝流程進(jìn)行梳理如下：發(fā)酵—攪拌破乳—酸奶輸送—冷卻—待裝—輸送—灌裝；根據(jù)梳理結(jié)果，對(duì)上述流程中產(chǎn)品粘度損失關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行排序，確定從發(fā)酵破乳到冷卻、輸送是產(chǎn)品粘度損失最大的關(guān)鍵工序。針對(duì)上述工序關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行酸奶柔性處理的研究。

具體步驟

發(fā)酵-攪拌破乳環(huán)節(jié)：發(fā)酵是酸奶工藝的關(guān)鍵工序，酸奶從發(fā)酵開(kāi)始粘度達(dá)到最大值，經(jīng)過(guò)一系列的工藝設(shè)備處理，隨著處理環(huán)節(jié)的增加，粘度會(huì)逐漸降低。成品灌裝后12小時(shí)內(nèi)產(chǎn)品粘度通常還會(huì)有一個(gè)回粘的過(guò)程，在此，產(chǎn)品回粘不作為本文的重點(diǎn)章節(jié)進(jìn)行討論。

發(fā)酵罐的配置對(duì)產(chǎn)品粘度的影響：

發(fā)酵罐容積：為了便于發(fā)酵溫度的監(jiān)控，發(fā)酵罐容積通常不大于20噸；

槳葉大小：在選用漿式攪拌的發(fā)酵罐將攪拌葉片進(jìn)行加長(zhǎng)設(shè)計(jì)，槳葉長(zhǎng)度大于發(fā)酵罐半徑；

槳葉形狀：與②設(shè)計(jì)同步，槳葉加長(zhǎng)后對(duì)發(fā)酵罐槳葉進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)、葉片曲面積加大，保證破乳效果；

同時(shí)將攪拌層數(shù)設(shè)計(jì)為三層：三層攪拌與二層攪拌相比，具有更均勻的攪拌效果；

攪拌破乳時(shí)的轉(zhuǎn)速控制：將工頻攪拌增加變頻器，調(diào)整破乳時(shí)的攪拌轉(zhuǎn)速，保證柔性破乳；

通過(guò)以上五方面的柔性設(shè)計(jì)，保證破乳效果及產(chǎn)品的粘度損失降到最低。通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)試，粘度提升率明顯。

酸奶輸送：酸奶的輸送是產(chǎn)品粘度損失最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)與物料直接接觸的一是管道，二是泵。

①管道：根據(jù)車間布局，從設(shè)計(jì)上要將發(fā)酵、冷卻、待裝的盡量排布緊湊，縮短設(shè)備之間的直線距離；同時(shí)，管道的選擇上要使用大管徑管道，保證酸奶在管道中的流速在一個(gè)合理的范圍，在管道方向改變之處，選用3倍直徑的大彎頭，保證酸奶在設(shè)備處理過(guò)程中的柔性輸送。

②輸送泵：在酸奶輸送過(guò)程中，泵的選型至關(guān)重要，通常乳品工廠大多選用轉(zhuǎn)子泵進(jìn)行酸奶的傳送，但是，轉(zhuǎn)子泵由于有一定的回流量，粘度損失率比螺桿泵高。所以，在酸奶輸送上選用螺桿泵替換轉(zhuǎn)子泵。通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試，螺桿泵黏度損失率7%左右，轉(zhuǎn)子泵粘度損失率則在20%左右。

冷卻：發(fā)酵后酸奶必須進(jìn)行快速冷卻，終止發(fā)酵酸度繼續(xù)上升。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)試，為了保證酸奶在冷卻環(huán)節(jié)最小的粘度損失，選擇寬流道板換，對(duì)板換相關(guān)參數(shù)規(guī)定范圍包括：流道間隙、產(chǎn)品流速、產(chǎn)品入口-循環(huán)水出口溫差、產(chǎn)品出口-循環(huán)水入口溫差、循環(huán)水流速/產(chǎn)品流速比、產(chǎn)品側(cè)壓力與循環(huán)水側(cè)壓力差、酸奶與介質(zhì)采用相對(duì)高效率的逆流交換方式、產(chǎn)品在板片內(nèi)流經(jīng)時(shí)間、板片剪切率等都做了詳細(xì)的要求，通過(guò)研究，使酸奶流經(jīng)板片粘度損失率控制在10%左右。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：測(cè)試酸奶采用一個(gè)批次同一罐料，取樣時(shí)間相距30分鐘，24小時(shí)回粘后通過(guò)成品粘度測(cè)試，前后兩種工藝對(duì)比，粘度提升40%以上，產(chǎn)品狀態(tài)對(duì)比區(qū)別顯著。通過(guò)粘度儀測(cè)試，實(shí)際測(cè)試值分別為11000cp與17000cp。

結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，采用改善后工藝方案可以大大降低了低溫產(chǎn)品粘度損失率。料液配比相同情況下成品粘度提升，提高了低溫產(chǎn)品質(zhì)量；成品粘度相同情況下料液原料投入比例可以降低，對(duì)降低產(chǎn)品直接制造成本作用顯著。