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年產(chǎn)10000噸乳制品工廠設(shè)計(jì) （食品科學(xué)系06級(jí)） 1 前言 民以食為天，食以乳為先。乳中各種營(yíng)養(yǎng)素齊全且配合合理，并含多種生物活性物質(zhì)，是人體成長(zhǎng)不可缺的高營(yíng)養(yǎng)食物。發(fā)展乳品事業(yè)，是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的大事，但是與世界先進(jìn)國(guó)家比較，我國(guó)奶類產(chǎn)量?jī)H為美國(guó)的11%、法國(guó)的28.5%，我國(guó)人均占有奶類產(chǎn)品7.2公斤，人均占有量?jī)H為世界平均水平的1/10，發(fā)達(dá)國(guó)家的1/37，世界液態(tài)乳的人均消費(fèi)量為105公斤/年，中國(guó)液態(tài)乳人均消費(fèi)量?jī)H為7公斤/ 年，僅為亞洲年人均乳品占有率的1/6，不及世界人均乳品占有率的1/16。從此可以看出中國(guó)乳品存在巨大的增長(zhǎng)空間。 目前隨著人民生活水平的提高，隨著大眾對(duì)營(yíng)養(yǎng)食品需求日益增長(zhǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。尤其是隨著新技術(shù)的應(yīng)用，成功地解決了乳制品的營(yíng)養(yǎng)和保鮮問題，加之新包裝材料及技術(shù)的應(yīng)用和靈活多樣的促銷方式，使消費(fèi)者愿意接受具有豐富營(yíng)養(yǎng)，口感良好并且價(jià)格合理的乳制品品牌。乳制品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也開始日趨激烈。 為了在未來的乳品市場(chǎng)中取得一席之地，我們從滅菌乳、攪拌型酸乳、乳酸菌飲料、乳粉等眾多乳制品中最終選取UHT滅菌乳為主要產(chǎn)品因其具有工藝成熟、易于貯藏運(yùn)輸、營(yíng)養(yǎng)損失少等優(yōu)勢(shì)。 工藝方面采用超高溫瞬間滅菌技術(shù)(UHT)解決了液態(tài)奶運(yùn)輸、儲(chǔ)存、保鮮難的問題，目前發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍采用這一技術(shù)進(jìn)行鮮奶加工：將牛奶加熱至超過135C，僅保持幾秒便迅速降至常溫，然后在無菌條件下密封，采用六層紙鋁塑復(fù)合材料進(jìn)行無菌灌裝。 在營(yíng)養(yǎng)方面，牛奶中的微生物在瞬間高溫下全部被殺死的同時(shí)，而大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在短暫的高溫下?lián)p失甚微，最大限度地保持了牛奶的營(yíng)養(yǎng)成分。 在運(yùn)輸銷售方面，經(jīng)過UHT滅菌處理，并采用無菌包裝的鮮奶進(jìn)行無菌灌裝，使其在儲(chǔ)存及運(yùn)輸中均不需要冷藏。 　　同時(shí)，一個(gè)不需冷藏的產(chǎn)品給生產(chǎn)商、零售商和消費(fèi)者帶來了許多便利。比如對(duì)生產(chǎn)商而言，由于不再需要冷藏，庫(kù)存安排可以簡(jiǎn)化；運(yùn)輸分送用車的數(shù)量、成本就可相應(yīng)降低；同時(shí)，由于長(zhǎng)期維持其保鮮功能，減少了對(duì)零售未售出產(chǎn)品的回收；最重要的是，這種產(chǎn)品可以從地域上極大地?cái)U(kuò)大市場(chǎng)。 綜上所述，設(shè)計(jì)一個(gè)UHT滅菌乳廠具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。 2 概述 2.1 產(chǎn)品品種 UHT滅菌乳 2.2 生產(chǎn)規(guī)模 預(yù)計(jì)年產(chǎn)10000噸 2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 制定產(chǎn)品方案，廠址選擇方案，設(shè)計(jì)工藝，物料衡算，設(shè)備選型，水電汽平衡，人員配置，設(shè)定企業(yè)管理組織架構(gòu)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，繪制全廠總平面布置圖、工藝流程圖、車間設(shè)備及管路布置圖。 2.4 項(xiàng)目建設(shè)背景 本工廠擬建在市郊塘沽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，該區(qū)交通順暢，通訊設(shè)施完備，周圍無污染企業(yè)，原料供應(yīng)充足，水、電供應(yīng)穩(wěn)定。 2.5 市場(chǎng)需求預(yù)測(cè) 本工廠產(chǎn)品主要面向國(guó)內(nèi)北方地區(qū)市場(chǎng)并爭(zhēng)取打入國(guó)際市場(chǎng)，主要目標(biāo)為日本，韓國(guó)等地。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)顯示：2006年1-12月全國(guó)累計(jì)乳制品產(chǎn)量為14595685.53噸，比上年同期增長(zhǎng)27.97％；2006年1-12月全國(guó)累計(jì)液體乳產(chǎn)量為12440379.69噸，比上年同期增長(zhǎng)29.37％。另據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2006年，我國(guó)乳品進(jìn)出口全面增長(zhǎng)，出口在貿(mào)易的比重逐步增加。全年乳制品進(jìn)出口總額同比增長(zhǎng)了20.7%，其中進(jìn)口金額占進(jìn)出口總金額的85.6%；乳品進(jìn)出口總量比上年同期增長(zhǎng)8.4%，其中進(jìn)口量占進(jìn)出口總量的82.3%。無論是金額還是數(shù)量，進(jìn)口占貿(mào)易總量的比重都在逐步降低，出口比重在逐步上升。因此從數(shù)據(jù)上可以看出本工廠產(chǎn)品需求量在不斷增長(zhǎng)，市場(chǎng)前景廣闊。 3 廠址的選擇及規(guī)劃 3.1 廠址選擇原則 ⑴ 符合國(guó)家的方針政策。符合當(dāng)?shù)卣?guī)劃，節(jié)約用地。 ⑵ 生產(chǎn)條件方面標(biāo)準(zhǔn)。廠區(qū)的標(biāo)高應(yīng)高于當(dāng)?shù)貧v史最高水位，自然排水坡度最好在0.004—0.008之間；所選廠址要有可靠的地質(zhì)條件；廠區(qū)附近應(yīng)有良好的衛(wèi)生環(huán)境避免各種污染源；廠址面積要滿足生產(chǎn)的要求，并有發(fā)展余地和留有適當(dāng)空余場(chǎng)地。 ⑶ 投資和經(jīng)濟(jì)效果方面，要做到方便運(yùn)輸，保證供水供電等。 3.2 廠址選擇報(bào)告 ⑴ 計(jì)的UHT滅菌乳加工廠坐落于天津市塘沽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，開發(fā)區(qū)距市中心45公里，距北京160公里，距天津國(guó)際機(jī)場(chǎng)30公里。東西寬25公里，南北長(zhǎng)50公里。塘沽地勢(shì)低洼平坦，海拔高度1.3—3.8米。屬于暖溫帶季風(fēng)型大陸氣候，四季變化明顯，年平均氣溫12C，無霜期234天，年平均降水量674.5毫米。工廠總占地面積為9000平方米。 ⑵ 周圍有良好的自然環(huán)境和地質(zhì)條件，無有害氣體，有害水體等危及食品安全的不良因素。 ⑶ 濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r良好，離市區(qū)較近，避免長(zhǎng)途運(yùn)輸。 ⑷ 所征地塊費(fèi)用合理，由于國(guó)家政策傾斜，使得生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)成本較為理想。 3.3 廠區(qū)規(guī)劃 3.3.1工廠車間平面設(shè)計(jì)的原則及說明 方便生產(chǎn)，符合生產(chǎn)車間程序，避免原料，半成品及成品的交叉污染。 1) 符合工廠設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)向和光照要求。 2) 利用現(xiàn)有的條件，合理配電，配水，減少能源損耗，降低成本。 3) 充分考慮全廠二期工程及消防便道。 4) 廠房按生產(chǎn)工藝流程及所要求的潔凈級(jí)別進(jìn)行合理布局，并考慮廠房與鄰近廠房進(jìn)行的各項(xiàng)生產(chǎn)操作不相互防礙。 5) 按生產(chǎn)工藝和衛(wèi)生，質(zhì)量要求。劃分潔凈級(jí)別，分為原料輔料區(qū)，生活區(qū)，生產(chǎn)區(qū)，盡量縮短距離，避免物料的往返運(yùn)輸。 6) 潔凈廠房的設(shè)計(jì)和安排符合GBJ73的要求。 7) 廠房滿足生產(chǎn)加工保健食品對(duì)空氣凈化的需要。采用10萬級(jí)潔凈廠房，安裝具有過濾裝置的響應(yīng)的凈化空調(diào)裝置。 8) 廠房，設(shè)備布局與工藝流程三者銜接合理，建筑結(jié)構(gòu)完善，滿足生產(chǎn)工藝和質(zhì)量，衛(wèi)生的要求。中間產(chǎn)品，待包裝品的貯存間與生產(chǎn)要求相適應(yīng)。 9) 廠房溫度及相對(duì)濕度與生產(chǎn)工藝要求相適應(yīng)。 10) 廠房之間，廠房與通道之間有緩沖設(shè)施，設(shè)置與潔凈級(jí)別相應(yīng)的人流和物流通道。 11) 廠房安裝的下水道，洗手及其它衛(wèi)生清潔設(shè)施不對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來污染。 12) 備料室與生產(chǎn)工藝要求的潔凈級(jí)別一致。 13) 廠房的空氣凈化設(shè)施，設(shè)備定期維修，檢修過程采用適應(yīng)措施。不對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)造成污染。 14) 具有與噴霧相應(yīng)的專用設(shè)備。 15) 與原料，中間產(chǎn)品直接接觸的生產(chǎn)用工具，設(shè)備符合產(chǎn)品質(zhì)量和衛(wèi)生要求的材質(zhì)。 16) 辦公樓緊靠車間，方便管理。 17) 廠區(qū)道路寬敞，兩旁種有樹和草坪。 18) 充分考慮消防要求，各主要建筑物和易燃物附近設(shè)有消防設(shè)施。 19) 設(shè)計(jì)排水溝位于經(jīng)常排污，排水設(shè)備的下面，保證車間排水排污要求。 20) 設(shè)備與設(shè)備，設(shè)備與墻之間留出適當(dāng)空隙，保證操作方便，維修與清洗方便。 21) 車間入口處設(shè)有更衣室，消毒間，緩沖間等，工人須更衣消毒后進(jìn)入車間，保證車間衛(wèi)生，且工人須穿特定工作服，鞋等。[1] 3.3.2 廠區(qū)總體布局 生產(chǎn)車間：位于全廠中心地帶。 輔助車間；（包括原料庫(kù)，成品庫(kù)，機(jī)修車間）：分布于生產(chǎn)車間周圍。 動(dòng)力設(shè)施：（鍋爐房，變電室等）：接近負(fù)荷中心，鍋爐房設(shè)在遠(yuǎn)離生產(chǎn)車間的方向。 生活輔助設(shè)施；（辦公樓，食堂等）：位于生產(chǎn)車間與動(dòng)力設(shè)施之間，辦公樓與生產(chǎn)車間連通。 廠區(qū)交通綠化：道路寬敞，可將人流物流充分分隔，避免交叉污染；廠區(qū)周圍有綠化帶，防風(fēng)阻沙，美化廠區(qū)。 3.4 總平面設(shè)計(jì)圖（附圖1） 4主要工藝設(shè)計(jì)及論證 4.1牛乳中的化學(xué)成分性質(zhì)分析 牛乳 水分 脂肪 磷脂質(zhì)：卵磷脂、腦磷脂、神經(jīng)磷脂 脂溶性維生素：維生素A、維生素D、維生素E、 維生素K、胡蘿卜素 膽固醇 蛋白質(zhì)：乳蛋白、酪蛋白、乳白蛋白、乳球蛋白、非蛋白態(tài)氮化物 糖類：乳糖、葡萄糖 礦物質(zhì)：主要含鈣、磷、鉀、氯； 少量含鈉、鎂、硫、鐵； 微量含鋅、鋁、銅、硅、碘； 痕量含錳、鉬、鋰、鍶、硼、氟 色素：胡蘿卜素、葉黃素 水溶性維生素：維生素B1、維生素B2、維生素C、泛酸 C 維生素B6、維生素B12、 維生素C、煙酸、泛酸 生物素、葉酸 酶：解脂酶、磷酸酶、過氧化氫酶、 過氧化物酶、還原酶、蛋白酶等 氣體：二氧化碳、氫 細(xì)胞：乳房?jī)?nèi)部表皮細(xì)胞、白血球等[6] 脂質(zhì) 非脂乳固體 總?cè)楣腆w 4.2 牛乳的物理性質(zhì) 牛乳的物理性質(zhì)是鑒定牛乳品質(zhì)的重要指標(biāo)，也是合理安排乳制品加工工藝流程的重要依據(jù)。 1) 乳的色澤 正常的新鮮牛乳呈不透明的乳白色或淡黃色。乳的白色是由于乳中的酪蛋白酸鈣-磷酸鈣膠粒及脂肪球等微粒對(duì)光的不規(guī)則反射所產(chǎn)生。牛乳中得脂溶性胡蘿卜素和葉黃素使乳略帶淡黃色，而水溶性的核黃素使乳清呈熒光性黃綠色。 2) 滋味與氣味 乳中含有揮發(fā)性脂肪酸及其他揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)是牛乳氣味的主要構(gòu)成成分。這種香味隨溫度的升高而加強(qiáng)，乳經(jīng)加熱后香味強(qiáng)烈，冷卻后減弱。牛乳除固有的香味以外，還很容易吸收外界的各種氣味，所以每一個(gè)處理過程都必須保持周圍環(huán)境清潔，以避免個(gè)因素的影響。 3) 酸度 新鮮乳的酸度為0.15%--0.18% （16-18T） 4) 比重和密度 乳的比重指在15攝氏度時(shí)的質(zhì)量與同溫度下同體積水的質(zhì)量之比，正常牛乳比重為1.030—1.032；乳的密度是指乳在20攝氏度時(shí)的質(zhì)量與同體積4攝氏度的水的質(zhì)量之比，正常牛乳的密度為1.028—1.030。乳的比重和密度可反映出脂肪含量，無脂干物質(zhì)含量，乳擠出的時(shí)間及是否摻假。 5) 熱學(xué)性質(zhì) 在乳中摻水可使乳的冰點(diǎn)升高，可根據(jù)冰點(diǎn)測(cè)定結(jié)果推算摻水量X=(T-T1)/T*100%。 式中X為摻水量，T為正常乳冰點(diǎn)，T1為4—3.98k被檢乳冰點(diǎn)；乳和乳品的比熱，在乳品生產(chǎn)過程中常用于加熱量和制冷量計(jì)算，牛乳為3.94—3.98kJ/(kg*K)。 6) 黏度與表面張力 牛乳的黏度隨溫度升高而降低。在乳的成分中，脂肪及蛋白質(zhì)對(duì)黏度的影響最顯著，隨著含脂率和乳固體的含量增高，黏度也增高。在加工中，黏度受脫脂，殺菌，均質(zhì)等操作的影響。[2] 4.3 UHT滅菌乳的加工工藝介紹 UHT超高溫滅菌乳是在本世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一種產(chǎn)品，首先是由英國(guó)的巴頓等研究者提出。其原理是根據(jù)牛奶在加熱中細(xì)菌的滅菌效果（SE），也就是殺孢子效率隨著溫度的上升，大大快于牛乳中的化學(xué)變化（褐變、維生素破壞、蛋白質(zhì)變性等）。 例如在溫度有效范圍內(nèi)，熱處理溫度每升高10℃，牛乳中所含細(xì)菌孢子的破壞速度性提高11-30倍（枯草桿菌孢子致死Q10=30，嗜熱脂肪芽孢子致死Q10=11，而牛乳中化學(xué)變化褐變速度僅提高2.5-3倍，Q10=2.5-3。這意味著溫度越高，其滅菌效果越大，而引起的化學(xué)變化很小。根據(jù)巴頓通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果所繪制的滅菌效果（SE）與褐變效果速率之比，對(duì)溫度之曲線來看，當(dāng)溫度上升不到135℃時(shí)兩者之比未發(fā)生急劇變化；135℃以上，滅菌效果比褐變的增長(zhǎng)要快得多；當(dāng)溫度升高至140℃，3.6秒加熱時(shí)，滅菌效果（SE）與褐變速率之比增大到2000比1，150℃， 0.36秒加熱則兩者之比增大到5000比1，從難從150℃再升高，由線與直線上升，說明再提高溫度已無多大意義；又溫度超過150℃以上，則相應(yīng)加熱時(shí)間必須隨之更加縮短，這在工藝操作上準(zhǔn)確控制這樣知的加熱時(shí)間是很困難的，因?yàn)榱魉偕晕⒂幸稽c(diǎn)波動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊憽Ｋ阅壳霸诔邷厮矔r(shí)滅菌工藝上是以150℃，0.36秒作為最高極限，一般都采用135-150℃，4-1秒。[3] 4.4 加工工藝流程 原料乳驗(yàn)收和預(yù)處理→脫氣→冷卻→儲(chǔ)奶→加熱→凈化分離（脫脂乳、稀奶油）→平衡槽→均質(zhì)→UHT滅菌→無菌灌裝→冷藏 4.5 操作要點(diǎn) 1) 原料乳的驗(yàn)收和處理 殺菌乳的質(zhì)量決定于原料乳，因此必須加強(qiáng)對(duì)原料乳的質(zhì)量控制 2) 牛乳的脫氣 牛乳中含有5.5%--7.7%非結(jié)合分散性氣體，經(jīng)貯存運(yùn)輸后期含量還會(huì)增加。這些氣體對(duì)乳的加工有破壞作用。主要是影響乳汁量的準(zhǔn)確性；增加殺菌設(shè)備中的結(jié)垢，影響乳的分離效率，不利于標(biāo)準(zhǔn)化；促使脂肪球聚合，影響奶油的產(chǎn)量；促使發(fā)酵乳中的乳清析出等。 本廠使用真空脫氣罐除去細(xì)小分散的氣泡和溶解氧。方法為：將牛乳預(yù)熱至68攝氏度，泵入真空罐，部分牛乳和空氣蒸發(fā)，空氣及一些非冷凝異味氣體由真空泵抽吸除去。 3) 凈化分離 分離出脫脂乳和稀奶油 4) 均質(zhì) 牛乳中脂肪球的大小一般在1—10微米之間，放置一段時(shí)間后易出現(xiàn)凝結(jié)成塊、脂肪上浮的現(xiàn)象。經(jīng)均質(zhì)后可使脂肪球直徑變小，分布均勻，口感好，有良好的風(fēng)味，不產(chǎn)生脂肪上浮現(xiàn)象。均質(zhì)效果與溫度有關(guān)。 本設(shè)計(jì)進(jìn)行高溫短時(shí)間殺菌或超高溫瞬間殺菌，均質(zhì)在預(yù)熱工序后殺菌前進(jìn)行。本工廠使用的均質(zhì)機(jī)為兩段式，預(yù)熱的牛乳經(jīng)第一段壓力調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力為176—204千克/平方厘米，而第二段壓力保持在35千克/平方厘米。均質(zhì)前牛乳必須先行預(yù)熱60攝氏度左右。 5) 殺菌 殺菌有兩個(gè)目的，一個(gè)目的是殺死引起人類疾病的所有生物，使之完全沒有致病菌。第二個(gè)目的就是盡可能地破壞除致病微生物外能影響產(chǎn)品味道和保存期的其他成分如酶類，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 本廠用磷酸酶試驗(yàn)來檢查牛乳的殺菌是否適當(dāng)，試驗(yàn)結(jié)果必須是陰性的，即必須沒有發(fā)現(xiàn)有活性的磷酸酶。脂肪含量的8%的乳制品，稀奶油發(fā)酵乳等產(chǎn)品用過氧化氫酶試驗(yàn)來代替。 本設(shè)計(jì)采用的超高溫瞬間殺菌法（UHT）是用加壓蒸汽將牛乳加熱到120—140℃保持3—4秒，然后將牛乳迅速冷卻的一種殺菌方法，該方法殺菌效率極高，可以達(dá)到滅菌的效果，一般在冷藏下可保持20天。同時(shí)與無菌包裝結(jié)合起來可以生產(chǎn)滅菌乳，保持商業(yè)無菌狀態(tài)，無需冷藏，常溫下可長(zhǎng)期保持（3—6個(gè)月）或更長(zhǎng)。 本廠采用間接加熱式超高溫瞬時(shí)殺菌設(shè)備，管式熱交換器型。工藝流程：牛乳首先經(jīng)預(yù)熱，片式加熱器經(jīng)熱回收段預(yù)熱達(dá)到66℃，經(jīng)預(yù)熱的奶在15—25MPa的壓力下均質(zhì)，接著通板式熱交換器的加熱部分使其達(dá)到135℃，經(jīng)保溫管、UHT加熱段而后同新進(jìn)入的牛乳進(jìn)行熱交換（熱回收部分），冷卻。 6) 冷卻 本廠的產(chǎn)品乳是連續(xù)性殺菌設(shè)備處理的乳直接通過熱回收部分和冷卻部分冷卻到4℃，以抑制乳中殘留細(xì)菌的繁殖，增加產(chǎn)品的保存期。同時(shí)也可以防止因溫度高而使黏度降低導(dǎo)致脂肪球膨脹、聚合上浮。 7) 灌裝 罐裝的目的主要是便于分送銷售、便于消費(fèi)者飲用。此外還能防止污染，保持殺菌乳的良好滋味和氣味，防止吸收外界異味，減少維生素等成分的損失。無菌灌裝線在市場(chǎng)上流通的保質(zhì)期較長(zhǎng)的乳主要是用塑料瓶包裝、利樂包和小房型包裝。 本設(shè)計(jì)所采用的利樂包和小房型包裝是再無菌條件下灌裝，不必采用二次滅菌，這種方式正在成為市場(chǎng)的主流。利樂包是利用專用紙為包裝材料，過氧化氫為殺菌劑。罐裝時(shí)，紙先通過一個(gè)過氧化氫層，使紙壁上涂上一層過氧化氫膜，然后卷成紙筒，熱合，在用紅外線輻射，將過氧化氫分解，并蒸發(fā)掉，然后在該滅菌的紙筒內(nèi)充填以殺好菌的乳，并熱合、封口[12]。 小房型包裝不同于利樂包，它是將一個(gè)個(gè)已制好的但沒有封底的紙筒放在灌裝機(jī)上，通過氣吹將紙筒打開，熱合封底，然后進(jìn)入無菌小室。在此向紙盒內(nèi)噴入過氧化氫進(jìn)行殺菌、加熱，是過氧化氫蒸發(fā)掉。隨后注入殺菌奶，熱封口，同時(shí)送出無菌小室。 8) 冷藏 消毒乳包裝后立即送入冷庫(kù)中貯存（庫(kù)內(nèi)溫度要求在2—10℃），采用風(fēng)冷，堆放時(shí)應(yīng)有一定間隔。[5] 4.6 消毒乳（UHT滅菌乳）的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)UHT滅菌乳必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5] （1） 感官標(biāo)準(zhǔn) 表1 UHT滅菌乳的感官指標(biāo) 項(xiàng)目 特性 滋味和氣味 具有消毒牛乳固有的純香味，無其他任何外來滋味和氣味 組織狀態(tài) 呈均勻的流體，無沉淀、凝塊、有機(jī)雜質(zhì)、粘性和濃厚現(xiàn)象 色澤 呈乳白色或稍帶為黃色 （2） 理化指標(biāo) 表2 UHT滅菌乳的理化指標(biāo) 項(xiàng)目 指標(biāo) 比重（20c） 1.028—1.030 脂肪（%）不低于 3.0 總?cè)楣腆w（%）不低于 11.2 雜質(zhì)度（ppm）不高于 2 酸度（度） 18 5 物料計(jì)算（以班產(chǎn)量為基準(zhǔn)） 表3 產(chǎn)品生產(chǎn)方案 產(chǎn)品方案 班產(chǎn)量（T） 年產(chǎn)量（T） 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 工作日/月 班次/年 UHT滅菌乳 21．05 10000 25 475 每班耗用原料量（kg/班）=單位產(chǎn)品耗用原料量（kg/t）班產(chǎn)量（t/班） UHT滅菌牛乳每班耗用原料量（kg/班）=1000/0.955（21.05）=22041（kg/班） 按每袋0.25kg計(jì)，每千克產(chǎn)品耗用包裝袋=1/0.25=4（袋/kg） 每班耗用包裝材料量（袋/班）=單位產(chǎn)品耗用包裝容器量（袋/t）班產(chǎn)量（t/班）（1+0.1%損耗）=400021.051.1=92620（袋/班） 表4 原料需求 產(chǎn)品名稱 原乳量（kg） 提取稀奶油量40%（kg） 標(biāo)準(zhǔn)乳量（kg） 成品（kg） UHT滅菌牛乳 1000 25.2 974.8 955 根據(jù)設(shè)計(jì)的班產(chǎn)量21.05t，物料流量=21.05/8=2.631（t/h） 確定管徑D，根據(jù)公式Q=π/4D2υ 式中 D—管道設(shè)計(jì)斷面處的計(jì)算內(nèi)徑，m Q—通過管道設(shè)計(jì)斷面的水流量，m3/s υ—管道設(shè)計(jì)斷面處的奶流平均速度，1m/s π—圓周率，3.14 ρ—奶的密度，1.032kg/L 管徑D=√（4Q/πυ）=√(42.631/1.032/3600/1/3.14)=0.03m≈30mm 根據(jù)設(shè)計(jì)流量，選用管徑為30mm的物料管 6 主要設(shè)備選型與能量估算 6.1設(shè)備選型原則 1) 滿足工藝要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量 2) 一般大型食品工廠應(yīng)選用較先進(jìn)的、機(jī)械化程度高的大型設(shè)備，中型廠則看具體條件，一些主要產(chǎn)品選用機(jī)械化、連續(xù)化程度高的設(shè)備，小型廠則選用較簡(jiǎn)單的設(shè)備 3) 所選設(shè)備能充分利用原料、能耗少、功率高、體積小、維修方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低，并能一機(jī)多用 4) 所選設(shè)備應(yīng)符合食品衛(wèi)生要求，易清洗裝拆，與食品接觸的材料要不易腐蝕，不致對(duì)食品造成污染 5) 設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，材料性能可適應(yīng)各種工作條件（如溫度、濕度、壓力、酸堿度等） 6) 在溫度、壓力、真空、濃度、時(shí)間、速度、流量、液位、計(jì)數(shù)和程序等方面有合理的控制系統(tǒng)，并盡量采用自動(dòng)控制方式 6.2設(shè)備選型 表5 設(shè)備選型方案 設(shè)備 型號(hào) 規(guī)格效能（臺(tái)數(shù)） 價(jià)格(萬元) 離心式奶泵 BAW150(N302) 5000kg/h（2臺(tái)） 1*2 高壓泵 3WR 1.5平方米/小時(shí)（2臺(tái)） 2*2 真空脫氣罐 JBX-G-3 3000L/h（4臺(tái)） 3*4 冷熱缸 AB-6 600L（8臺(tái)） 1*8 立式儲(chǔ)奶罐 LCH-80 80T 10*1 普通均質(zhì)機(jī) SDK-6 500L（2臺(tái)） 10*2 板式冷卻器 BP2-J-3-6(SY- P-5) 3T/h（6臺(tái)） 10*6 凈乳機(jī)及脫脂分離機(jī) 凈乳能力0.2ppm脫脂效率0.03%（2臺(tái)） 10*2 超高溫板式滅菌器 無菌均質(zhì)機(jī) BR-UHT-30 BLB-JL-NC-30 3T/h（2臺(tái)） 1T/h（2臺(tái)） 15*2 20*2 利樂包包裝機(jī) BLB-JL-30 500Ml （1臺(tái)） 50 6.3 能量估算 表6 UHT滅菌乳平均每噸成品耗水、耗汽量表 產(chǎn)品名稱 耗水量（T/T產(chǎn)品） 耗電量（度/T） 耗汽量（T/T產(chǎn)品） UHT滅菌乳 8--10 60--65 0.28—0.4 6.3.1設(shè)備用水量估算 主要用水部分：殺菌后產(chǎn)品的冷卻、包裝容器的洗滌消毒、車間的清潔衛(wèi)生和產(chǎn)品再生產(chǎn)過程中本身所需之水等。 根據(jù)設(shè)計(jì)的班產(chǎn)量21.05噸，估計(jì)生產(chǎn)（冷卻、預(yù)熱、殺菌、清洗等）總用水量約為：1021.05=210.5噸/班。 6.3.2設(shè)備用電量估算 6521.05=1368.25度/班 6.3.3 設(shè)備用汽量估算 估算耗汽量為0.421.05=8.42T/班。 7生產(chǎn)車間工藝布置 7.1生產(chǎn)車間布置原則 車間布置是工藝設(shè)計(jì)的重要部分，本設(shè)計(jì)本著既要考慮寬件工序安排，也要考慮配套工作安排，既要滿足工藝要求，考慮工藝設(shè)計(jì)的問題，也涉及非工藝設(shè)計(jì)的可操作性、合理性和先進(jìn)性，并要考慮到車間的通風(fēng)、采光等問題，對(duì)車間進(jìn)行合理布局，同時(shí)遵循以下原則： ① 設(shè)備布局要盡量按工藝流水線安排，但有些特殊設(shè)備可按相同類型作適當(dāng)集中，務(wù)必使生產(chǎn)過程占地最少、生產(chǎn)周期最短、操作最方便。 ② 在進(jìn)行生產(chǎn)車間設(shè)備布置時(shí)，應(yīng)考慮到進(jìn)行多種品種生產(chǎn)的可能，以便靈活調(diào)動(dòng)設(shè)備，并留有適當(dāng)余地，以便更換設(shè)備。同時(shí)還要注意設(shè)備相互之間和設(shè)備與建筑物的安全維修距離，既要保證操作方便，又要保證維修拆裝和清潔衛(wèi)生的方便。 ③ 生產(chǎn)車間與其他車間的各工序要相互配合，保證各物料運(yùn)輸通暢，避免重復(fù)往返。必須要注意的是：要盡可能利用生產(chǎn)車間的空間運(yùn)輸，合理安排生產(chǎn)車間各種廢料排出，人員進(jìn)出要和物料進(jìn)出分開。 ④ 必須考慮生產(chǎn)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)。 ⑤ 因注意車間的采光、通風(fēng)、采暖、降溫等設(shè)施。對(duì)散發(fā)熱量、氣味既有腐蝕性的介質(zhì)，要單獨(dú)集中布置?？梢栽O(shè)在室外的設(shè)備，盡可能設(shè)在室外，上面可加蓋簡(jiǎn)易棚。 ⑥ 要有總體設(shè)計(jì)的全局觀點(diǎn)，滿足總體設(shè)計(jì)要求。[6] 7.2 生產(chǎn)車間布置圖（附圖3） 8 輔助部門規(guī)劃 本廠除生產(chǎn)車間以外的其他部門設(shè)施，為輔助設(shè)施。本設(shè)計(jì)的輔助設(shè)施可分為三類： 生產(chǎn)性輔助設(shè)施：主要包括：原材料的接受和暫存；原料，半成品和成品的檢驗(yàn)；產(chǎn)品、工藝條件的研究和新產(chǎn)品的試制；機(jī)械設(shè)備和電氣儀器的維修；車間內(nèi)外和廠內(nèi)外的運(yùn)輸；原輔材料及包裝材料的貯存；成品的包裝和貯存等。 動(dòng)力性輔助設(shè)施：主要包括：給水排水、鍋爐房或供熱站、供電和儀表自控、采暖、空調(diào)及通風(fēng)、制冷機(jī)、廢水處理廠等。 生活性輔助設(shè)施：主要包括：辦公樓、食堂、更衣室、廁所、浴室、綠化園地等。 ⑴ 原料采集部門 農(nóng)墾公司奶牛場(chǎng)作為本廠的收奶站，奶源比較集中。收奶半徑宜在8Km左右，滿足了工廠對(duì)運(yùn)輸距離的要求，新收的原料乳可在8h內(nèi)送貨到廠。收奶站配備制冷設(shè)備和牛奶冷卻設(shè)備，使原乳冷卻至5攝氏度左右。收奶站以每日收兩次奶，日收奶量25—30T。 ⑵ 研發(fā)部 設(shè)置研發(fā)部是為了長(zhǎng)盛不衰地保持工廠生產(chǎn)的創(chuàng)新能力，從而獲取較佳的經(jīng)濟(jì)效果。研發(fā)部能更緊密本廠的生產(chǎn)實(shí)際，為本廠開拓新的市場(chǎng)作出奴隸。 ⑶ 質(zhì)檢化驗(yàn)部 本廠設(shè)立的化驗(yàn)部門是對(duì)產(chǎn)品有關(guān)原材料進(jìn)行衛(wèi)生監(jiān)督和質(zhì)量檢查，確保這些原材料和最終產(chǎn)品符合國(guó)家衛(wèi)生和有關(guān)部門的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求。 ⑷ 貯存部門 本廠的物料流量較高，僅原輔材料、包裝材料和成品這三種物料，其總量就約等于成品凈重的3—5倍，而這些物料在工廠的停留時(shí)間不會(huì)超過2星期。因此，工廠的倉(cāng)庫(kù)在全廠建筑面積中占有較大的比例。同時(shí)要求確保食品衛(wèi)生，要求防蠅、防鼠、防塵、防潮，還要要求低溫環(huán)境。 ⑸ 運(yùn)輸部門 由于運(yùn)輸設(shè)備的選型，與全廠總平面布局、建筑物的結(jié)構(gòu)形式、工藝布置及勞工生產(chǎn)率均有密切的關(guān)系，因此本設(shè)計(jì)將工廠運(yùn)輸列入設(shè)計(jì)范圍，并作為生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)。 廠外運(yùn)輸：通過公路，鮮奶原料藥是用奶槽車，并要采用冷藏設(shè)備。 廠內(nèi)運(yùn)輸：指車間外廠區(qū)的各種運(yùn)輸。由于廠區(qū)內(nèi)道路相對(duì)窄小、轉(zhuǎn)彎多，要求運(yùn)輸設(shè)備輕巧、靈活、裝卸方便，使用電瓶叉車、電瓶平板車以及各種平板手推車、升降式手推車等。 車間運(yùn)輸：車間運(yùn)輸與生產(chǎn)流程往往融為一體，工藝性很強(qiáng)。車間內(nèi)的物料流動(dòng)大部分呈水平流動(dòng)，使用帶式輸送機(jī)。輸送帶要符合食品衛(wèi)生的要求，采用不銹鋼帶。 ⑹ 機(jī)修維護(hù) 制造非標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)設(shè)備和維修保養(yǎng)所有設(shè)備。本設(shè)計(jì)只設(shè)廠一級(jí)維修，負(fù)責(zé)全廠的維修業(yè)務(wù)。 ⑺ 全廠生活設(shè)施 主要包括：辦公室、更衣室、食堂、浴室、廁所、醫(yī)務(wù)室等 ⑻ 公共系統(tǒng) 包括：給排水、供電及儀表、供汽、制冷、暖風(fēng)等5項(xiàng)工程。 對(duì)公共系統(tǒng)的要求包括：滿足生產(chǎn)需要、符合衛(wèi)生要求、運(yùn)行可靠、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。 9廠區(qū)建筑細(xì)則 9．1 廠區(qū)建筑面積 廠房高度為6米 表7 廠區(qū)建筑面積一覽 建筑物 面積/m2 建筑物 面積/ m2 建筑物 面積/ m2 全廠 53300 成品庫(kù) 430 浴室 36 車間 4200 化驗(yàn)室 20 廁所 25 辦公室 143 中心實(shí)驗(yàn)室 40 鍋爐房 15 原料庫(kù) 310 食堂 44 更衣室 50 生產(chǎn)車間面積計(jì)算：2850+1450=2100 m2 預(yù)處理車間面積計(jì)算：14100=1400 m2 辦公樓： 辦公樓建筑面積估算：F=GK1A/K2+B F—辦公樓建筑面積，m2 G—全廠職工總?cè)藬?shù)，100人 K1—全廠辦公人數(shù)比，10% K2—建筑系數(shù)，65% 每個(gè)辦公人員使用面積，6 m2/人 F=10010%6/65%+50=143 m2 倉(cāng)庫(kù)： 倉(cāng)庫(kù)面積估算：F=F1+F2=（WT）/（DK）+F2 F—倉(cāng)庫(kù)的建筑面積，m2 F1—倉(cāng)庫(kù)庫(kù)房的面積，m2 F2—倉(cāng)庫(kù)的輔助用房的建筑面積，50 m2 W—單位時(shí)間（d）的物料量，T T—存放時(shí)間,d D—單位庫(kù)房可堆放的物料凈重，T/ m2 K—庫(kù)房面積利用系數(shù)，0.65 原料倉(cāng)庫(kù)與包裝材料倉(cāng)庫(kù)面積為： F=（5110）/（30.65）+50=310 m2 成品倉(cāng)庫(kù)面積為： F=（5015）/（30.65）+50=430 m2 食堂： 食堂座位數(shù)：N=M0.85/（CK） N—座位數(shù) M—全廠最大班人數(shù)，60 C—進(jìn)餐批數(shù)，2 K—座位輪換系數(shù)，1.2 食堂座位數(shù)為：N=600.85/（21.2）=22 食堂建筑面積：F=N（D1+D2）/K、 F—食堂建筑面積，m2 N—座位數(shù) D1—每座餐廳使用面積，1 m2 D2—每座廚房及其他使用面積，0.70 m2 K—建筑系數(shù)，85% 食堂建筑面積為：F=22（1+0.70）/0.85=44 m2 更衣室 更衣室設(shè)在生產(chǎn)車間人員進(jìn)出口，設(shè)個(gè)人單獨(dú)使用的三層更衣柜，衣柜尺寸為5004001800mm，更衣室使用面積按固定工總?cè)藬?shù)每人0.6 m2計(jì)。更衣室面積為：600.6=36 m2 廁所 廁所設(shè)于車間入口外側(cè)，廁所設(shè)施衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《出口食品廠、庫(kù)最低衛(wèi)生要求》。廁所便池蹲位按最大班人數(shù)，男每40-50人設(shè)一個(gè)，女每30-35人設(shè)一個(gè)。廁所建筑面積按3 m2/蹲位估算。 廁所面積計(jì)算：（2+3）3=15 m2 9．2全廠用地計(jì)算 全廠長(zhǎng)280m，寬190m，共占地80畝。 以上計(jì)算得知，建筑物面積為：2100+1400+143+310+430+44+36+30=4493 m2 操場(chǎng)用地面積計(jì)算：14100=1400 m2 綠化面積估算：3000 m2 9．3建筑系數(shù) 建筑系數(shù)公式：J=[（Z+I）/G] 100% J—建筑系數(shù)，% Z—建筑物構(gòu)筑物面積，m2 I—倉(cāng)庫(kù)，操作場(chǎng)地，m2 建筑系數(shù)為：J=[（4493+1400）/53300] 100%=11% 食品廠的建筑系數(shù)一般為25-35%，該廠建筑系數(shù)偏小，有更大的發(fā)展空間。 9．4廠區(qū)場(chǎng)地利用系數(shù) 廠區(qū)場(chǎng)地利用系數(shù)公式為：Y=[（Z+I+T+D）/G] 100% Y—廠區(qū)場(chǎng)地利用系數(shù)，% T—鐵路、道路、綠化等占地面積，m2 D—地上、地下工程管線占地面積，m2 本設(shè)計(jì)廠區(qū)場(chǎng)地利用系數(shù)為：Y=（4493+1400+3000+1700）/53300100%=20% 食品廠廠區(qū)場(chǎng)地利用系數(shù)一般取35-45%，本設(shè)計(jì)系數(shù)偏低，場(chǎng)地利用度偏小，發(fā)展空間較大。 9.5結(jié)構(gòu)及材料 結(jié)構(gòu)： 1) 地面：車間地面采用瓷磚，排水坡度2:1000，排水溝間距為7m。 2) 內(nèi)墻面：轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)成圓弧形，墻裙采用白瓷磚貼面，高度為1.7m，墻面采用白水泥砂漿粉刷。 3) 通風(fēng)將溫設(shè)施：車間凈高6m,車間跨度14m，通風(fēng)降溫措施采用吊板引流，并配備抽風(fēng)機(jī)。 4) 建筑結(jié)構(gòu)：屋面處理、樓板及大梁外形平整，樓板采用預(yù)置裝配式結(jié)構(gòu)。采用框架結(jié)構(gòu)，梁、柱、屋架、基礎(chǔ)均采用鋼筋混凝土。 10 勞動(dòng)力編制 10.1人員錄用原則 1) 企業(yè)具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)的技術(shù)人員和具有生產(chǎn)及組織能力的管理人員，專職技術(shù)人員的比例是職工總數(shù)的5%。 2) 主管技術(shù)的負(fù)責(zé)人具有大專以上相應(yīng)學(xué)歷，并具有保健食品生產(chǎn)及質(zhì)量，衛(wèi)生管理經(jīng)驗(yàn)。 3) 有專職的質(zhì)檢人員，采購(gòu)人員。采購(gòu)人員具有掌握鑒別原料是否符合質(zhì)量，衛(wèi)生要求的知識(shí)和技能。 4) 從業(yè)人員上崗前要先經(jīng)過衛(wèi)生法規(guī)教育及相應(yīng)技術(shù)培訓(xùn)。 5) 生產(chǎn)和品質(zhì)管理部門負(fù)責(zé)人必須是專職人員，具有與所從事專業(yè)相適應(yīng)的大專以上相應(yīng)學(xué)歷，能夠按GMP的要求組織生產(chǎn)或進(jìn)行品質(zhì)管理，有能力對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)和品質(zhì)管理中出現(xiàn)的實(shí)際問題作出正確的判斷和處理。 6) 從業(yè)人員須進(jìn)行健康檢查，取得健康證后方可上崗，以后每年進(jìn)行一次健康檢查。 7) 從業(yè)人員須按GB14881的要求作好個(gè)人衛(wèi)生：a.保持衣帽整齊；b.重視操作衛(wèi)生；c.培養(yǎng)良好的衛(wèi)生習(xí)慣。 10.2人員編制 表8 人員編制 部門 人數(shù) 年薪（萬元） 總計(jì)（萬元） 總經(jīng)理 1 6 6 副總經(jīng)理 1 3 3 行政部 2 1.8 3.6 人事部 2 1.8 3.6 財(cái)務(wù)部 2 1.44 2.88 生產(chǎn)部 4 1.8 7.2 研發(fā)部 2 1.8 3.6 品控部 3 1.44 4.32 采購(gòu)部 2 1.2 2.4 銷售部 4 1.44 5.76 工程部 3 1.2 3.6 鍋爐工 2 0.96 1.92 電工 2 0.96 1.92 司機(jī) 3 1.2 3.6 車間工人 20 0.84 16.8 后勤 6 0.84 5.04 總計(jì) 68 26.88 59.44 11 經(jīng)濟(jì)效益分析 總投資=設(shè)備投資+土地投資+流動(dòng)資金 主生產(chǎn)車間設(shè)備資金預(yù)計(jì)人民幣256萬元， 車間、廠房、辦公樓、公共系統(tǒng)等先期投資預(yù)計(jì)人民幣3600萬元， 流動(dòng)資金預(yù)計(jì)人民幣1200萬元。 總計(jì)5056萬元人民幣。 生產(chǎn)成本計(jì)算： 表9 產(chǎn)品銷售額 產(chǎn)品 年產(chǎn)量（T） 產(chǎn)品單價(jià)（元/kg） 銷售額（萬元） UHT滅菌乳 10000 4 4000 表10 原料成本 主要原料 用量（T/年） 單價(jià)（元/T） 成本總計(jì)（萬元） 原料乳 10471 1600 1675．36 產(chǎn)品成本核算： 生產(chǎn)總成本=原料費(fèi)+包裝材料費(fèi)+煤、水、電費(fèi)+管理費(fèi) 原料費(fèi)預(yù)計(jì)人民幣1675．36萬元，包裝材料費(fèi)預(yù)計(jì)人民幣200萬元，煤、水、電費(fèi)預(yù)計(jì)人民幣80萬元，管理費(fèi)預(yù)計(jì)人民幣100萬元。 總計(jì)2057.36萬元。 工資核算： 總工資=基本工資+獎(jiǎng)金、津貼 工廠全年工資總和為59.44萬元，津貼、獎(jiǎng)金總和預(yù)計(jì)為人民幣27萬元。 總計(jì)86.44萬元人民幣。 土地使用： 土地使用年限為50年，設(shè)備使用年限為10年 土地及設(shè)備等年折舊費(fèi)用=土地投資/土地使用年限+設(shè)備投資/設(shè)備使用年限 =2700/50+1000/10=154萬元 利潤(rùn)估算 1) 凈利潤(rùn)=毛利潤(rùn)-稅金=4000-2057.36-400017%=1262.64 2) 利潤(rùn)率=凈利潤(rùn)/年投資總額=1262.64/(2057.36＋154)=57.10% 3) 回收期=項(xiàng)目總投資/年利潤(rùn)額=5056/1262.64=4 即4年可以收回成本。 【參 考 文 獻(xiàn)】 [1] 駝承癢. 乳與乳制品工藝學(xué)[M]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社. 1999 [2] 金世林. 乳品工業(yè)手冊(cè)[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社. 1987 [3] 郭成宇. 現(xiàn)代乳品工程技術(shù)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2004 [4] 趙晉府. 食品工藝學(xué)[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社. 2001 [5] 李宇. 乳品加工技術(shù)[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社. 2004 [6] 張洪泉. 食品加工技術(shù)設(shè)備[M]．中國(guó)食品出版社. 1987 [7] 天津海河乳業(yè)周報(bào). 2005年7月，2-3 [8] 陳學(xué)謙. 天津海河乳業(yè)生產(chǎn)工藝流程手冊(cè) 12-15 致 謝 在我四年大學(xué)生活中很多的老師和同學(xué)給了我難忘的經(jīng)歷，我在此衷心的感謝在校期間給了我巨大支持的劉金福主任和班主任苗穎老師，感謝在學(xué)業(yè)上一直不斷教誨我的甄老師，張老師，馬老師等，尤其感謝王浩田老師在我寫論文期間的無微不至的幫助和教導(dǎo)和在制圖方面給我巨大幫助的梁鵬老師，還有感謝其他幫助過我的所有的同學(xué)們。大學(xué)生活是人生中最難以忘記的美好時(shí)光，正因?yàn)橛辛四鷤兊闹С治业拇髮W(xué)生活才活如此多彩。 附錄一 相關(guān)外文文獻(xiàn)原文： 附錄二 相關(guān)外文文獻(xiàn)譯文 乳制品補(bǔ)充 總結(jié)：研究背景：大體來說，骨骼的礦物密度（BMD）是由基因決定的。在骨骼迅速生長(zhǎng)的兒童時(shí)期和青春期末期，這種基因的影響是最為明顯的，然而，除了基因因素之外，外界因素，例如體育鍛煉和飲食中鈣的攝入，也會(huì)對(duì)骨骼的礦物密度產(chǎn)生影響，而且這種影響可能會(huì)達(dá)到百分之二十。 研究目的：此項(xiàng)研究的研究對(duì)象是處于青春期末期的健康女生，目的旨在檢測(cè)乳制品中高鈣量的吸收對(duì)于她們骨骼礦物密度，身體結(jié)構(gòu)，體液和生化機(jī)能的影響及益處。研究的另一目的旨在觀測(cè)，處于這一年齡階段的青少年是否可以接受長(zhǎng)期食用乳制品。 研究方法：此項(xiàng)研究的對(duì)象是91個(gè)處于青春期的女生，她們?cè)?jīng)參加過一項(xiàng)為期兩年的，關(guān)于乳制品對(duì)于青春期末期女生的飲食方式，身體結(jié)構(gòu)，和骨骼密度的影響的隨機(jī)控制研究。在研究中斷一年后，研究者對(duì)于她們的身體狀況進(jìn)行評(píng)估，以檢測(cè)停止攝入乳制品對(duì)她們骨骼礦物密度，飲食習(xí)慣，各個(gè)生化指標(biāo)，身體結(jié)構(gòu)和血液的影響。骨骼礦物密度和骨骼礦物成分主要針對(duì)髖骨，脊椎骨和全身骨骼進(jìn)行評(píng)估。研究步驟主要包括收集統(tǒng)計(jì)人體測(cè)量數(shù)據(jù)，研究被測(cè)者飲食習(xí)慣，偏好，測(cè)量體液剖面圖，氫氧脯氨酸分泌量，尿液含鈣量，以及鈉的分泌量。 研究結(jié)果：通過對(duì)攝入和不攝入乳制品的兩組研究對(duì)象的觀察得出，她們?cè)谏砀吆腕w重上并沒有明顯的差異。 在乳制品攝入階段，攝入組體內(nèi)的鈣，磷和蛋白質(zhì)含量明顯高于非攝入組（p<0.001）；而在攝入結(jié)束一年后的再次測(cè)量中，兩組之間則沒有明顯差異。 在運(yùn)動(dòng)量和對(duì)乳制品的偏好和接受度，體液和骨骼指標(biāo)三方面，兩組沒有明顯差異。 攝入組在乳制品攝入期間，體內(nèi)鈣含量增加，同時(shí)，她們的轉(zhuǎn)節(jié)，腰椎，腿骨的骨骼礦物密度（p<0.05）也大大增加，增加度分別為4.6%,1.5%,4.8%；轉(zhuǎn)節(jié)和腰椎的骨骼礦物含量增加（p<0.05），但是含量的增加不是非常明顯。各個(gè)階段的研究結(jié)果都顯示，骨骼的長(zhǎng)度和寬度并沒有發(fā)生變化，說明乳制品攝入并不能影響骨骼大小。 研究結(jié)論：這個(gè)為期三年的研究表明（包括兩年乳制品攝入和一年的跟蹤研究），年齡在15-18周歲的青春期少女，當(dāng)她們通過攝入乳制品而使得平均攝入鈣達(dá)到1160mg/d時(shí)，她們的轉(zhuǎn)節(jié)，腰椎，腿骨的骨骼礦物密度將大幅增加。此外，轉(zhuǎn)節(jié)上的骨骼礦物含量有著明顯變化，腰椎上的骨骼礦物含量也有一定的變化，但比轉(zhuǎn)節(jié)上的變化稍小一些。通過飲食攝取的鈣不會(huì)對(duì)人的體重，體內(nèi)脂肪，礦物含量，血液剖面圖產(chǎn)生有害影響。在乳制品攝入停止12個(gè)月后，女孩的飲食又將恢復(fù)，由此可見，自覺維持高乳制品攝入的飲食是非常困難的。 關(guān)鍵詞：骨骼礦物密度（BMD）,骨骼礦物含量（BMC）,青少年，鈣攝取，女性 簡(jiǎn)介 骨質(zhì)疏松癥是一種由于骨質(zhì)下降和骨組織微觀結(jié)構(gòu)的惡化所導(dǎo)致骨質(zhì)易碎性增大以及一系列骨斷裂危險(xiǎn)增加的疾病[1]。大約有80%的礦物質(zhì)骨密度（BMD）得來自遺傳。而骨骼生長(zhǎng)最快時(shí)期發(fā)生在兒童期和青少年期，這一時(shí)期的生長(zhǎng)大約占骨骼物質(zhì)增長(zhǎng)的30%到40%。 環(huán)境因素，例如體育鍛煉和飲食中鈣的吸收可以影響B(tài)MD中20%的成分[2]。更年期前婦女的骨質(zhì)最高值已經(jīng)成為了其隨后骨質(zhì)疏松癥病情發(fā)展的主要決定因素[3-5]。 有兩種途徑可以預(yù)防骨質(zhì)疏松癥，最主要的一種策略是在骨骼成熟時(shí)增大骨質(zhì)的最大值，另一種策略是減少更年期之后的骨質(zhì)損失率[6]。 飲食中充足的鈣質(zhì)的吸收對(duì)青少年達(dá)到骨骼成熟具有重要的意義。骨骼中95%物質(zhì)的生長(zhǎng)是在18歲之前完成的，而成下的5%的成分是在30歲之前獲得的[6，7]。一項(xiàng)基于現(xiàn)有資料的研究證實(shí)，18至50歲的女性中，青少年時(shí)期的充足的鈣質(zhì)的吸收與骨質(zhì)的生長(zhǎng)之間存在正比的關(guān)系[8]。 隨機(jī)抽取的臨床案例顯示鈣質(zhì)的補(bǔ)充補(bǔ)給能夠增加青少年的骨質(zhì)生長(zhǎng)[9-14]，同時(shí)也作用于成年期的早期和三十歲時(shí)期[6，7]。如果鈣質(zhì)吸收沒有能夠維持在實(shí)驗(yàn)中的水平狀態(tài)的話，那么，當(dāng)骨質(zhì)補(bǔ)充停止，其作用于BMD的有益影響也隨之消失[15-17]。 對(duì)于青少年中女孩子來說，建議飲食中的鈣要達(dá)到每天1200-1500克[18，19]以達(dá)到骨質(zhì)的最大遺傳潛力。新西蘭已經(jīng)采取了這一標(biāo)準(zhǔn)，并建議澳大利亞的飲食規(guī)定采用，15-18歲年齡組的飲食攝?。≧DI）中，鈣要達(dá)到每天800-1000克的規(guī)定。在對(duì)新西蘭青少年的飲食調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，15到18歲的青少年中的女孩子的平均鈣攝取量為每天607克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于RDI中的數(shù)量[21]。另一項(xiàng)在新西蘭青少年中平均年齡在16.4歲的女孩子中展開的研究顯示，被測(cè)組中60%的對(duì)象飲食中的鈣攝取量低于每天800克[22]。 這一研究的目的在于測(cè)試從乳品中攝取的較高量的鈣對(duì)于青少年末期發(fā)育健康的女孩子在礦物質(zhì)骨密度，骨骼結(jié)構(gòu)，脂質(zhì)和生化機(jī)能的影響和益處。第二個(gè)目的在于確定乳品中攝取的高量的鈣是否適合這個(gè)年齡階段的青少年以及長(zhǎng)期的生長(zhǎng)。 方法對(duì)象 205名年齡在15-16歲的當(dāng)?shù)貙W(xué)校的女孩被選擇和被要求來完成一份研究調(diào)查問卷。其中184名被抽取的名額中有105人達(dá)到了研究的要求并自愿協(xié)助完成調(diào)查。沒有達(dá)到要求的對(duì)象由于出現(xiàn)一下癥狀：甲狀腺失調(diào)，腎臟受損，肝功能障礙，懷孕，月經(jīng)稀少，閉經(jīng)，系統(tǒng)性疾病，飲食紊亂，厭食癥，注射唐皮質(zhì)激素，抗驚厥藥物或噻嗪類利尿藥物的使用。調(diào)查對(duì)象被隨即分配為對(duì)照組或補(bǔ)充組在基準(zhǔn)線使用前臂BMD來完成分層。補(bǔ)充組每天補(bǔ)充至少1000克乳制食物，每?jī)芍苎a(bǔ)充一次。乳制食品包括牛奶，特別口味的牛奶，乳制甜點(diǎn)，奶酪或者酸奶，此外低脂產(chǎn)品也設(shè)在實(shí)驗(yàn)食物之內(nèi)。女孩們自主選擇她們喜歡的食物。其中有91名女孩完成了開始兩年的實(shí)驗(yàn)。14名女孩（10名在實(shí)驗(yàn)組，4名在對(duì)照組）沒有能夠完成實(shí)驗(yàn)。在試驗(yàn)組中，有6名超過了試驗(yàn)?zāi)挲g范圍，3名患上濕疹或周期性偏頭痛，另有1名沒有能夠堅(jiān)持完成實(shí)驗(yàn)。在對(duì)照組中，有4名超過了年齡范圍。 參加了為期兩年的關(guān)于乳制品食物的補(bǔ)充在飲食，身體成分和骨密度方面對(duì)青春期末期的少女的影響的試驗(yàn)的91名青少年女生，在中斷試驗(yàn)一年之后，又被召回參加了關(guān)于乳制品食物補(bǔ)充中斷對(duì)礦物質(zhì)骨密度，飲食習(xí)慣，生物化學(xué)標(biāo)記，身體成分和血脂的測(cè)試。 這一研究于1993年通過了新西蘭南部地區(qū)衛(wèi)生局倫理委員會(huì)（坎特伯雷）的認(rèn)證。并得到了參與試驗(yàn)的女生本人和家長(zhǎng)的正式同意。 調(diào)查所有女生在試驗(yàn)之初都經(jīng)過了測(cè)試，然后相關(guān)測(cè)試在隨后的兩年中每半年做一次；正如之前所描述的[23，24]，所有參加的對(duì)象在那之后的12個(gè)月中都嚴(yán)格地完成了補(bǔ)充物質(zhì)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)。 飲食攝取評(píng)估紀(jì)錄包一個(gè)有效的3天食物紀(jì)錄和一份含鈣食物攝取頻率的調(diào)查問卷；試驗(yàn)對(duì)象在填寫所有的評(píng)估表格之前還要統(tǒng)一接受飲食專家的訪問。3天的食物紀(jì)錄除了提供了能量總量的攝取量，還提供了營(yíng)養(yǎng)攝取量的對(duì)比。骨密度是由基準(zhǔn)來決定的，分別是12個(gè)月，18個(gè)月，24個(gè)月和36個(gè)月；而身高和體重也是按照以上時(shí)間的基準(zhǔn)來測(cè)量的。通過靜脈穿刺的方式來采取血液樣本，也是按照24個(gè)月和36個(gè)月的標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)試血脂和鈣含量。和采血樣相仿的，還要進(jìn)行夜間禁食尿樣和24小時(shí)尿樣的采集，以收集羥基脯氨酸，肌氨酸酐，尿鈣和納排泄的含量作為骨物質(zhì)循環(huán)的測(cè)量。鍛煉水平是在基準(zhǔn)時(shí)間測(cè)試的，并在36個(gè)月中使用新西蘭的特制的調(diào)查問卷[25]。青春期階段則是通過自我管理的Tanner調(diào)查問卷來測(cè)試的。飲食服從補(bǔ)充組兩周一次食用要求的乳制品食物。每一個(gè)女孩都是在飲食專家的指導(dǎo)下選擇食物，以便達(dá)到每天1000克鈣攝取量這一最少要求。所有參試者都要求在第6、12、18和24個(gè)月的時(shí)候分別填寫服從情況調(diào)查問卷，以便確定乳制品的消費(fèi)量。一項(xiàng)偏愛調(diào)查問卷也在試驗(yàn)中完成，其目的在于比較女孩子們對(duì)乳制品的偏愛。 步驟 飲食紀(jì)錄要通過計(jì)算機(jī)軟件程序（DIET 1）[27]進(jìn)行總能量，鈣，蛋白質(zhì)，脂肪，維生素D，磷和鎂的分析，這一分析中的成分基于新西蘭食物組成成分表。礦物質(zhì)骨密度，BMC和身體成分的分析是由雙能量X光液體吸氣計(jì)來完成的（DPX-L; Lunar Radiation Corp., Madison, Wisconsin）。礦物質(zhì)骨密度和礦物質(zhì)在骨骼中的含量是通過整個(gè)身體，腰椎脊柱和臀部的測(cè)試進(jìn)行的；瘦肌肉和脂肪則是通過全身掃描測(cè)試完成的。腰椎脊柱反復(fù)掃描的參數(shù)系數(shù)為1%，股骨結(jié)系數(shù)為2.5%，全身系數(shù)為0.5%。同樣的參數(shù)數(shù)值反映在瘦肌肉部分為1.1%,脂肪為1.9%[28]。使用酵素方法和參數(shù)系數(shù)分析得到的生化指數(shù)為3%[29]。 統(tǒng)計(jì)分析 通過對(duì)變量的反復(fù)分析來比較兩個(gè)組別在礦物質(zhì)骨密度，礦物質(zhì)骨質(zhì)，骨骼大小和身體成分方面的差異。當(dāng)比較顯著性時(shí)，所有的p值都顯現(xiàn)出了雙尾特點(diǎn)。使用的統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)為SYSTAT（30）。 發(fā)現(xiàn) 在91個(gè)完成補(bǔ)充研究的女孩子中有73個(gè)被繼續(xù)跟蹤測(cè)試。18個(gè)研究對(duì)象被撤回的原因包括超過了測(cè)試范圍（n=9），沒有能夠保持聯(lián)系（n=7），另有兩個(gè)放棄了測(cè)試。但是這并沒有影響測(cè)試和研究的繼續(xù)進(jìn)行和完成。 兩個(gè)組別并沒有在基準(zhǔn)，補(bǔ)充末期或者在隨后一年中對(duì)體重，身高，體脂肪和瘦肌肉方面表現(xiàn)出明顯差異（見表一）。兩個(gè)組別再試驗(yàn)之初都與Tanner階段特征吻合。 補(bǔ)充組在全部補(bǔ)充試驗(yàn)階段在鈣攝取上（p<0.001）比比照組高（見表二）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)看，蛋白質(zhì)和磷水平再補(bǔ)充末期也比較顯著。而在每日攝取的平均能量，脂肪，維生素D和鎂則無差異。在補(bǔ)充結(jié)束后的12個(gè)月中，兩個(gè)組別在營(yíng)養(yǎng)方面則沒有顯著差別。在補(bǔ)充階段的研究中顯示，女孩們似乎在飲食中減少了烘烤食物數(shù)量以次來消耗更多的乳制品食物，這一發(fā)現(xiàn)在補(bǔ)充結(jié)束后的12個(gè)月中顯示出相反的結(jié)果。 在鍛煉水平上則沒有明顯差別（基準(zhǔn)時(shí)間17.41.6 相對(duì)于 20.12.3 小時(shí)，連續(xù)時(shí)間22.91.9 相對(duì)于26.62.5 小時(shí)），兩個(gè)組別對(duì)乳制品的偏好或者接收也在補(bǔ)充結(jié)束后的12個(gè)月消失。 血液結(jié)果和骨骼指標(biāo)并沒有明顯的不同和變化（Table 3）,在乳制品攝入后，兩組的肌氨酸含量明顯不同。（p<0.05） 乳制品補(bǔ)充后，轉(zhuǎn)節(jié)，腰椎，腿骨的骨骼密度明顯增加（p<0.05），這種補(bǔ)充停止12個(gè)月后，對(duì)骨骼的影響將會(huì)消失。（fig1） 乳制品連續(xù)補(bǔ)充兩年后，轉(zhuǎn)節(jié)骨骼礦物含量明顯增加，（table 4）腰椎的骨骼礦物含量也有所增加，但增量并不顯著（p=0.054）一年后的跟蹤調(diào)查顯示所有骨骼的BMC都沒有變化。通過對(duì)比骨骼的長(zhǎng)度和寬度得出，補(bǔ)充乳制品和不補(bǔ)充乳制品兩組骨骼大小并沒有差異。 討論：我們的研究表明對(duì)于處于青春期的女生來說，乳制品可以提高她們骨骼的鈣含量，提高骨骼礦物密度，對(duì)健康十分有益。這種益處在分隔骨，也就是腿骨,轉(zhuǎn)節(jié)，脊椎表現(xiàn)的最為明顯，分別為4.8%，4.6%和1.5%.(p<0.05) 眾所周知，骨骼在童年，少年和青年時(shí)期會(huì)增長(zhǎng)一倍，每年增長(zhǎng)7-8%，[31]，增長(zhǎng)速度在女生11-14周歲期間達(dá)到最高點(diǎn)。[32]骨骼密度達(dá)到最高點(diǎn)的年齡一直備受爭(zhēng)議，但是很多專家認(rèn)為是23歲[33]，甚至是29歲[7]，此項(xiàng)研究認(rèn)為骨骼密度在青少年17歲時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，最高點(diǎn)存在于股骨和轉(zhuǎn)節(jié)中，在脊椎中，骨骼密度會(huì)一直增長(zhǎng)至18歲。 和骨骼礦物濃度相比，骨骼礦物含量更能體現(xiàn)骨骼中礦物質(zhì)的增加。在攝入乳制品兩年后中，這組中的成員的轉(zhuǎn)節(jié)的骨骼礦物含量仍呈明顯增加，腰椎中的含量也有一定程度的增加，但增量并不明顯。然而骨骼的長(zhǎng)度和寬度并無明顯變化，也顯示出，在這一年齡階段，鈣含量并不能影響骨骼大小。 據(jù)研究，攝入鈣較少的女性的股關(guān)節(jié)骨折率較高[1]。先前的研究運(yùn)用鈣含量來顯示骨骼密度的增加。一項(xiàng)以9到13歲女生為對(duì)象的調(diào)查顯示，在12個(gè)月之后，48個(gè)被調(diào)查者的脊椎和全身骨骼的密度增加；另一項(xiàng)針對(duì)82個(gè)11-12歲女生的調(diào)查顯示，使用類似的牛奶攝入法，股關(guān)節(jié)和脊椎的密度同樣顯著增加。 在停止鈣攝入一年之后進(jìn)行的跟蹤調(diào)查表明，當(dāng)鈣攝入不能一直維持一定的攝入量的時(shí)候，其對(duì)BMD的積極影響將會(huì)消失。[15 16] 這個(gè)為期三年的研究表明（包括兩年乳制品攝入和一年的跟蹤研究），年齡在15-18周歲的青春期少女，當(dāng)她們通過攝入乳制品而使得平均攝入鈣達(dá)到1160mg/d時(shí)，她們的轉(zhuǎn)節(jié)，腰椎，腿骨的骨骼礦物密度將大幅增加。此外，轉(zhuǎn)節(jié)上的骨骼礦物含量有著明顯變化，腰椎上的骨骼礦物含量也有一定的變化，但比轉(zhuǎn)節(jié)上的變化稍小一些。通過飲食攝取的鈣不會(huì)對(duì)人的體重，體內(nèi)脂肪，礦物含量，血液剖面圖產(chǎn)生有害影響。在乳制品攝入停止12個(gè)月后，女孩的飲食又將恢復(fù)，由此可見，自覺維持高乳制品攝入的飲食是非常困難的。在補(bǔ)充研究階段，補(bǔ)充組鈣的吸收與監(jiān)控組有很大區(qū)別（1155毫克/天 比 684毫克/天）。在補(bǔ)充研究結(jié)束后12個(gè)月該數(shù)值回到相似水平（695毫克/天 比 652毫克/天）。并且很明顯的是，在補(bǔ)充組的女孩的飲食回到了她們當(dāng)初的基本飲食；因此我們不可以對(duì)她們的奶制品射入做出絕對(duì)的影響。其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（蛋白質(zhì)和磷）在補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)期間也同樣比往常大大高出。 在以往的研究中，奶制品做補(bǔ)充物質(zhì)的時(shí)候，維生素D的增長(zhǎng)與鈣、磷、蛋白質(zhì)及熱量的增長(zhǎng)水平相當(dāng)；然而，新西蘭的奶制品生產(chǎn)卻并沒有提高維生素D的含量，并且這種情況也并不會(huì)改變。盡管我們知道熱量、鈣、磷、蛋白質(zhì)以及維生素D與骨骼健康有關(guān)，但卻不能肯定在奶制品做補(bǔ)充物質(zhì)時(shí)哪種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組合與BMD的改變有關(guān)。如果磷射入保持低水平，那