智能制造

何江宏

研究目的及方法

目的：通过搅拌型酸奶柔性工艺的研究，最大可能保持酸奶半成品发酵后的固有粘度，降低成品中增稠剂使用量或者不添加，生产出具有纯正口感和高品质的搅拌型酸奶。低温酸奶工厂在生产搅拌型酸奶过程中如何保证发酵后粘度损失最小意义有三：一是对影响酸奶发酵后粘度损失共性问题进行梳理，对低温产品影响粘度的关键工艺点进行把控；二是降低增稠剂的使用量或者不添加，保持酸奶固有的纯正的口感和质量；三是成品粘度相同情况下料液原料投入比例可以降低，对降低产品直接制造成本作用显著。

方法：根据搅拌型酸奶生产工艺，对影响产品粘度的关键工艺流程进行梳理如下：发酵—搅拌破乳—酸奶输送—冷却—待装—输送—灌装；根据梳理结果，对上述流程中产品粘度损失关键点进行排序，确定从发酵破乳到冷却、输送是产品粘度损失最大的关键工序。针对上述工序关键点进行酸奶柔性处理的研究。

具体步骤

发酵-搅拌破乳环节：发酵是酸奶工艺的关键工序，酸奶从发酵开始粘度达到最大值，经过一系列的工艺设备处理，随着处理环节的增加，粘度会逐渐降低。成品灌装后12小时内产品粘度通常还会有一个回粘的过程，在此，产品回粘不作为本文的重点章节进行讨论。

发酵罐的配置对产品粘度的影响：

发酵罐容积：为了便于发酵温度的监控，发酵罐容积通常不大于20吨；

桨叶大小：在选用浆式搅拌的发酵罐将搅拌叶片进行加长设计，桨叶长度大于发酵罐半径；

桨叶形状：与②设计同步，桨叶加长后对发酵罐桨叶进行加宽设计、叶片曲面积加大，保证破乳效果；

同时将搅拌层数设计为三层：三层搅拌与二层搅拌相比，具有更均匀的搅拌效果；

搅拌破乳时的转速控制：将工频搅拌增加变频器，调整破乳时的搅拌转速，保证柔性破乳；

通过以上五方面的柔性设计，保证破乳效果及产品的粘度损失降到最低。通过数据测试，粘度提升率明显。

酸奶输送：酸奶的输送是产品粘度损失最大的一个环节，这个环节与物料直接接触的一是管道，二是泵。

①管道：根据车间布局，从设计上要将发酵、冷却、待装的尽量排布紧凑，縮短设备之间的直线距离；同时，管道的选择上要使用大管径管道，保证酸奶在管道中的流速在一个合理的范围，在管道方向改变之处，选用3倍直径的大弯头，保证酸奶在设备处理过程中的柔性输送。

②输送泵：在酸奶输送过程中，泵的选型至关重要，通常乳品工厂大多选用转子泵进行酸奶的传送，但是，转子泵由于有一定的回流量，粘度损失率比螺杆泵高。所以，在酸奶输送上选用螺杆泵替换转子泵。通过实际数据测试，螺杆泵黏度损失率7%左右，转子泵粘度损失率则在20%左右。

冷却：发酵后酸奶必须进行快速冷却，终止发酵酸度继续上升。经过数据测试，为了保证酸奶在冷却环节最小的粘度损失，选择宽流道板换，对板换相关参数规定范围包括：流道间隙、产品流速、产品入口-循环水出口温差、产品出口-循环水入口温差、循环水流速/产品流速比、产品侧压力与循环水侧压力差、酸奶与介质采用相对高效率的逆流交换方式、产品在板片内流经时间、板片剪切率等都做了详细的要求，通过研究，使酸奶流经板片粘度损失率控制在10%左右。

实验数据：测试酸奶采用一个批次同一罐料，取样时间相距30分钟，24小时回粘后通过成品粘度测试，前后两种工艺对比，粘度提升40%以上，产品状态对比区别显著。通过粘度仪测试，实际测试值分别为11000cp与17000cp。

结果

根据实验数据看出，采用改善后工艺方案可以大大降低了低温产品粘度损失率。料液配比相同情况下成品粘度提升，提高了低温产品质量；成品粘度相同情况下料液原料投入比例可以降低，对降低产品直接制造成本作用显著。