智能制造

何江宏

研究目的及方法

目的：通過攪拌型酸奶柔性工藝的研究，最大可能保持酸奶半成品發酵后的固有粘度，降低成品中增稠劑使用量或者不添加，生產出具有純正口感和高品質的攪拌型酸奶。低溫酸奶工廠在生產攪拌型酸奶過程中如何保證發酵后粘度損失最小意義有三：一是對影響酸奶發酵后粘度損失共性問題進行梳理，對低溫產品影響粘度的關鍵工藝點進行把控；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，對降低產品直接制造成本作用顯著。

方法：根據攪拌型酸奶生產工藝，對影響產品粘度的關鍵工藝流程進行梳理如下：發酵—攪拌破乳—酸奶輸送—冷卻—待裝—輸送—灌裝；根據梳理結果，對上述流程中產品粘度損失關鍵點進行排序，確定從發酵破乳到冷卻、輸送是產品粘度損失最大的關鍵工序。針對上述工序關鍵點進行酸奶柔性處理的研究。

具體步驟

發酵-攪拌破乳環節：發酵是酸奶工藝的關鍵工序，酸奶從發酵開始粘度達到最大值，經過一系列的工藝設備處理，隨著處理環節的增加，粘度會逐漸降低。成品灌裝后12小時內產品粘度通常還會有一個回粘的過程，在此，產品回粘不作為本文的重點章節進行討論。

發酵罐的配置對產品粘度的影響：

發酵罐容積：為了便于發酵溫度的監控，發酵罐容積通常不大于20噸；

槳葉大小：在選用漿式攪拌的發酵罐將攪拌葉片進行加長設計，槳葉長度大于發酵罐半徑；

槳葉形狀：與②設計同步，槳葉加長后對發酵罐槳葉進行加寬設計、葉片曲面積加大，保證破乳效果；

同時將攪拌層數設計為三層：三層攪拌與二層攪拌相比，具有更均勻的攪拌效果；

攪拌破乳時的轉速控制：將工頻攪拌增加變頻器，調整破乳時的攪拌轉速，保證柔性破乳；

通過以上五方面的柔性設計，保證破乳效果及產品的粘度損失降到最低。通過數據測試，粘度提升率明顯。

酸奶輸送：酸奶的輸送是產品粘度損失最大的一個環節，這個環節與物料直接接觸的一是管道，二是泵。

①管道：根據車間布局，從設計上要將發酵、冷卻、待裝的盡量排布緊湊，縮短設備之間的直線距離；同時，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，保證酸奶在設備處理過程中的柔性輸送。

②輸送泵：在酸奶輸送過程中，泵的選型至關重要，通常乳品工廠大多選用轉子泵進行酸奶的傳送，但是，轉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子泵。通過實際數據測試，螺桿泵黏度損失率7%左右，轉子泵粘度損失率則在20%左右。

冷卻：發酵后酸奶必須進行快速冷卻，終止發酵酸度繼續上升。經過數據測試，為了保證酸奶在冷卻環節最小的粘度損失，選擇寬流道板換，對板換相關參數規定范圍包括：流道間隙、產品流速、產品入口-循環水出口溫差、產品出口-循環水入口溫差、循環水流速/產品流速比、產品側壓力與循環水側壓力差、酸奶與介質采用相對高效率的逆流交換方式、產品在板片內流經時間、板片剪切率等都做了詳細的要求，通過研究，使酸奶流經板片粘度損失率控制在10%左右。

實驗數據：測試酸奶采用一個批次同一罐料，取樣時間相距30分鐘，24小時回粘后通過成品粘度測試，前后兩種工藝對比，粘度提升40%以上，產品狀態對比區別顯著。通過粘度儀測試，實際測試值分別為11000cp與17000cp。

結果

根據實驗數據看出，采用改善后工藝方案可以大大降低了低溫產品粘度損失率。料液配比相同情況下成品粘度提升，提高了低溫產品質量；成品粘度相同情況下料液原料投入比例可以降低，對降低產品直接制造成本作用顯著。