冰淇淋生产设备

冰淇淋生产设备
第一节概述
冰淇淋是通过配料、杀菌、均质、冷却、老化、凝冻、成型等工艺过程，生产出具有可口的滋味和较高的营养的冷冻饮品。

由冰淇淋的生产工艺流程可以看出，冰淇淋生产设备主要包括配料缸、灭菌锅、均质机、老化设备、凝冻机、灌装和成型设备、硬化和贮藏设备等。

冰淇淋中不仅含有大量的水分，还含有一定量的有机酸、甜味剂、氨基酸、维生素、香精、色素、无机盐等多种化学成分。

在冰淇淋设备的设计、制造、使用、维护等方面应考虑到冰淇淋生产中原料的特殊要求。

冰淇淋的生产设备具有以下特点：
①生产的自动化高。

由于冰淇淋生产中的主要原料是水，并且生产过程中的料液易于流动，设备之间均用管道进行连接，因而易于实现自动化，自动化程度较高。

②生产能力大。

冰淇淋的生产一般属于季节性生产，在夏季需求量较大，由于生产设备的自动化程度较高，设备的生产能力也大。

③设备密封性能好。

由于生产原料中含有一些挥发性物质，如香精、香料等。

要求生产设备具有较好的密封性。

④生产设备易于洗涤，防腐、防潮湿。

由于生产原料中含有一定量的有机酸等物质，在生产过程中设备易与水、酸、碱、盐等物质接触，要求生产设备易于洗涤，并具有防腐、防潮湿，以保证设备的正常运转。

⑤易于杀菌消毒。

有于冰淇淋生产原料中含有大量的营养物质，易于细菌的繁殖增生，要求在生产过程中设备易于杀菌消毒。

近年来。

我国冰淇淋的生产得到了迅速的发展，从国外引进的设备和国内生产厂家都日益增多。

随着冰淇淋新产品的出现，新的生产设备也在不断得到更新。

第二节生产设备
一、配料设备
配料设备是指将冰淇淋的各种原料加以混合，并搅拌均匀的设备，原料混合的好坏将影响以后的各段生产。

（一）不锈钢夹层锅
1．基本结构与工作原理
不锈钢夹层锅通常由进汽、压力表、安全阀、锅体、内胆、排汽口、支柱、排液口、出料口等部分组成。

夹层中间可通入蒸汽和冷水，下部的出料口由不锈钢管连接物料泵。

溶化后的各物料经过过滤器泵入灭菌设备中。

2．主要技术参数
容积：100～600升
工作压力：0.29～0.39兆帕
受热面积：0.77～2.26平方米
出料口直径：38～50毫米
型式：立式
（二）单层立式不锈钢桶
1．基本结构与工作原理
单层立式不锈钢桶主要由桶身、搅拌装置、加热装置及排料旋塞等部分组成。

桶底与水平成一定倾斜角度，便于洗涤和排放物料。

加热蒸汽经过过滤器直接加入物料内，减速器固定安装在桶盖上，其输出轴与搅拌器连接，搅拌轴下端装有搅拌浆叶。

浆叶旋转运动，配料缸内的物料呈旋转和上下运动，从而将混合料混合均匀。

2．主要技术参数
容积：200～500升
内径：600～1200毫米
出料口直径：40～50毫米
搅拌器转速：150～1200转/分钟
3．设备操作与保养
（1）操作
①在使用前，桶体内壁、搅拌器等必须进行洗涤消毒。

②在配料时必需将各种原物称量好后方可进行配料搅拌。

③桶内物料应低于桶口15～20厘米，盛放太满，在搅拌时物料的运动使边缘液面升高而外溢。

（2）保养
①在本工段结束后，应立即对配料锅进行清洗。

②随时对设备进行维修，以免在生产过程中发生故障。

二、灭菌设备
混合均匀后的冰淇淋料液即可进入杀菌工序，以杀死病原菌、细菌、霉菌等微生物，以免染菌。

冰淇淋混合料的杀菌设备有各种不同的型式和结构，一般分为间歇式和连续式两大类。

（一）间歇式杀菌器
间歇式杀菌器的加热杀菌过程是间歇的，每次处理的混合原料有一定的限量，既能加热杀菌、又能保温、冷却。

1．结构
该设备为三层圆筒形相叠的开启式容器，由减速器、温度计、贮液器、保温层、搅拌浆、放奶旋塞、物料进口、物料出口、冷媒入口、冷媒出口、蒸汽进口、冷热剩余水出口等部分组成。

2．主要参数
容积：300～2000升
物料出口直径：32～50毫米
夹层进口：1～1/4英寸（1英寸=2.54厘米）
夹层出口：2英寸（1英寸=2.54厘米）
功率：0.37～1.5千瓦
外形：φ1000毫米×1300毫米～φ1600毫米×2200毫米
3．操作与保养
①间歇式杀菌器在使用前，贮液器内必须用温水清洗干净，然后用蒸汽消毒后方可使用。

②混合物料经缸盖上的物料管进入缸内，容器内物料不宜装得太满，物料以离上口10～15厘米为宜，以免搅拌时边缘物料外溢。

③在加热杀菌时，必须关闭冷媒进口阀门，放尽夹层套内的剩余冷媒后再输入物料，开动搅拌器，然后开启蒸汽阀门，达到所需温度后，应先关闭蒸汽阀门，
过2～3分钟后再关闭搅拌器。

④物料处理结束后，应立即用温热水冲洗，刷掉粘糊的物料，然后用40～50℃的碱水全面刷洗，再用请水冲洗干净。

⑤要经常对设备进行维护、检修，对损坏的部位及时进行更换修理。

（二）连续式杀菌器
一般较普遍使用的连续式杀菌器是由若干片板式换热片叠合而成的板式换热器。

它是一种新型、高效、省能的热交换器，当冰淇淋料液用泵输送流过板式热交换器时，即可实现料液的加热、杀菌、冷却过程。

连续式杀菌器也可作为高温短时（HTST）杀菌设备，它还可以用作真空浓缩时的外加热装置等。

1．结构
板式换热器的结构由扳手、压紧螺杆、后支架、上导杆、压紧板、中间换热片、橡皮垫圈、前支架等部分组成。

它的主体部分是由许多具有花纹的热交换片依次重叠在框架上压紧而成，加热介质与料液在相邻两片间流动，通过板式换热片进行热交换，传热效果好。

2．技术参数
质量：300～630千克
换热面积：3～25平方米
外形尺寸（长×宽×高）：（780～1450）×（480～500）×1550毫米
3．优点
①有较高的传热效率。

②结构合理、紧凑、占地面积小，传热面积大。

③适应性较强。

④特别适合处理热敏性物质。

⑤热量利用率高。

⑥操作安全，劳动生产率高。

4．缺点
①当加热温度较高时，易发生脱垫情况。

②垫圈易伸长变形。

③垫圈宜老化。

④接头处易发生泄露。

（三）高温短时巴氏杀菌
冰淇淋混合料液经过煮沸或用更高的温度处理会损害它的营养价值和色香味，为了达到杀菌的目的，可采用巴氏杀菌法，在62℃加热30分钟或70℃加热15分钟，以杀死料液中的一部分微生物的营养体。

三、均质机
均质机是一种特殊的高压泵，它使混合料液在高压作用下，通过非常狭窄的间隙（一般不超过0.1毫米），料液在间隙中的流速高达150～200米/秒钟,液流受到缝隙中的强大剪切作用；液流中的脂肪球或其他大粒子与机体发生高速撞击，受到巨大的撞击作用；高速液流在通过缝隙时产生空穴作用。

在以上三者的共同作用下，大粒子迅速破碎为2微米左右的微粒，使料液均质化。

均质机按构造分类有高压均质机、离心均质机、超声波均质机及高剪切均质机数种。

在冰淇淋制造过程中常用高压柱塞式均质机。

（一）高压均质机的基本结构
高压均质机的种类较多，但其工作原理和结构基本相同，由高压泵和均质阀
组成。

高压均质机一般采用箱式结构。

电动机安置在底座内，由三角带带动上部机体内的减速器，通过曲轴、连杆、滑块，带动高压泵中的柱塞作往复运动形成压力。

均质阀安在高压泵的左方。

高压泵产生的高压通过均质杆传给均质阀，以对料液进行均质。

1．高压泵
高压泵为三柱塞往复泵，它主要由泵体、柱塞、阀门等组成。

泵体是液力工作部分，形状为长方形，用不锈钢锻造加工而成，以保证机械强度，其中开有三个泵腔。

泵体由双头螺栓紧固在机体上，并用定位销定位。

柱塞为圆柱状，是旌高压的元件，要求有很高的硬度和耐磨性。

为防止液体泄漏及空气渗入，采用橡胶圈密封。

每个泵腔内有两只阀门，能在液体压力下自动启闭。

2．均质阀
均质阀是使料液均质化的主要工作部分，它的结构形式较多。

常见的有平面阀和双级均质阀。

（1）平面阀
它是一种单级均质阀，采用液压缸提供均质压力。

主要由阀体、均质杆、均质座等组成。

均质杆与均质座的端平面密合，构成平面阀。

均质杆系由其左边的位于液压缸中的柱塞杆加压，均质杆上的轴向压力可通过转动调压阀来调整。

该阀能起到均质作用，同进也能起到稳压泄流作用。

当料液的压力超过平面阀上的轴向压力时，料液便从阀面溢出，以保持高压泵工作压力的稳定。

当进料压力超压时，安全阀可起保护作用。

（2）双级均质阀
它有两个均质阀门，由弹簧紧压在均质阀门座上，用手柄来调节均质压力。

两级的压力高速数值不同，一般第一级压力较高，可达到20～25兆帕；第二级压力较低，约为5～10兆帕。

当料液由高压泵输入均质阀时，先进入高压级，由于压力极高，缝隙很小，料液中的脂肪球碎裂。

接着进入低压级，它使碎裂的脂肪球均匀地分散于料液中，从而得到均质化。

3．机体、底座与曲轴
底座由铸铁铸成，呈箱座式，电动机安装其内。

电动机座板以铰链式与底座连接，通过调节螺杆调节高低，以调节三角带的松紧。

机体也是一箱形结构的铸铁件，座落在底座上面。

内部安装传动轴、齿轮、曲轴、连杆、滑块等运动零件。

机体前面安有泵体，其后部及两侧开有安装孔。

齿轮、曲轴等传动件由后部孔位装入。

机体下部为油池，顶部设有顶盖，供检查及加注润滑油用。

曲轴为球墨铸铁铸成，具有三个互成120°角的曲拐，以适应三柱塞的工作需要，其轴端由滚动轴承支撑。

4．液压系统
液压系统的作用是使均质杆压紧在均质座上，以提供必要的均质压力，并给各传动部件提供润滑。

液压系统主要由滤油器、齿轮泵、减压阀、液压缸、压力表等组成。

油液经滤油器过滤后，由齿轮泵加压，经减压阀进入液压缸。

减压阀可调整进入液压缸的压力。

该系统管路结构简明，工作可靠，性能稳定，调整方便。

（二）清洗与消毒
均质机在使用前，应彻底进行清洗与消毒，平时每周至少消毒1～2次，以防止微生物繁殖，其方法可按下列程序进行。

①将均质阀及相关管路全部拆下，用温水将污垢刷洗干净。

②将各零件用热碱水（65℃左右）刷洗一遍，再用温水冲洗除去碱渍。

③将洗净的零件及机身有关部分用蒸汽直接喷射一遍，然后将零件装妥。

④开动电动机，将沸水蒸气200升左右吸入均质机，进行10分钟左右的循环灭菌，再排净积水。

（三）操作
①启动前，检查运动部件是否有卡阻及松动现象，各紧固件是否紧固，油箱内油位是否正常，并接通冷却水管路。

②检查电气装置，无误后可启动，核对大带轮的转动方向。

③打开进、出料管上的阀门，启动电动机，经进水放气后，调整各处压力至正常值，运转一段时间，确认一切正常后即可正常运行。

④停车前，放松压力调节阀，降低压力，然后关闭电动机，待泵停止工作后，再关进、出阀门。

⑤停机后应立即进行清洗，可用温水、碱水依次循环清洗，再用90℃左右的热水消毒10分钟。

长期不用时，应进行彻底的清洗消毒。

四、老化设备
经过杀菌、均质的混合料，必须迅速冷却到老化温度（2℃～4℃），并贮存一段时间，以便脂肪凝结物、蛋白质和稳定剂发生水合作用，提高混合料的粘度和凝冻时的膨胀率。

这个过程俗称成熟或老化，即物理上的成熟阶段。

老化设备目前都采用有载冷剂冷却、带搅拌器的间歇式老化缸，以适应冷饮生产物料数量大、老化时间长的特点。

老化缸与前述的间歇式杀菌器基本相似。

老化缸的载冷剂较多使用氯化钙溶液，温度控制在-5～-15℃，溶液相对密度为1.2～1.25。

近来趋向于采用1℃的冰水作为载冷剂，以消除氯离子对设备的腐蚀。

物料在老化时，载冷剂经泵沿着内胆的外壁面自上而下地流动，以冷却和维持物料的恒温，载冷剂出口处一般不装阀门，出口液面要高于载冷剂贮液槽的最高液面。

当载冷剂为上进下出的沉浸式冷却且缸内物料小于1/2时，载冷剂的液压会使内胆的底和壁出现上下凹及将搅拌轴顶弯等破坏设备的现象。

搅拌器大都使用平桨式叶轮，慢速搅拌（小于30转/分钟），速度过高对物料和操作不利，大型操作时在老化缸内设置温度自动报警和温度自动记录仪表。

五、凝冻机
在冰淇淋生产中，凝冻是很重要的工序之一，它是将经配料、杀菌、均质、老化后的混合料在冷冻的同时，均匀地混入空气，使物料体积逐渐膨胀，逐步凝冻成半固体状。

凝冻机是冰淇淋整个工艺装备中最复杂，也是最关键的设备，其按结构形式不同可分为间歇式凝冻机与连续式凝冻机，近冷却介质不同可分为盐水凝冻机、氨液凝冻机及氟里昂凝冻机，按凝冻筒的安装形式不同又可分为立式凝冻机与卧式凝冻机。

（一）盐液间歇式凝冻机
盐液间歇式凝冻机的冷冻剂为氯化钙溶液，盐液可循环使用，故应用较广，其型式又可分为立式与卧式两种。

卧式盐液间歇式凝冻机的基本组成部分是铸铁机座、带夹套的圆形凝冻筒、装有刮刀的搅拌器、传动装置以及浊给予原料的贮槽等。

圆形凝冻筒外包隔热层，凝冻筒夹套中有螺旋状的沟槽，冷冻用的盐水沿此沟槽流动；搅拌器由装在轴上左右搅动的打泡沫器和刮刀组成；刮刀与凝冻筒内壁的距离为0.3毫米。

（二）间歇式氨液凝冻机
氨液凝冻机是有氨液直接蒸发冷却的一种凝冻机，其型式亦可分为立式和卧
式两种，一般采用卧式氨液凝冻机。

氨液凝冻机的基本组成部分与盐液凝冻机相似，最大的不同在于凝冻筒夹套内是用循环流动的氨液蒸发，并把混合原料从2～5℃冷冻至-3～-6℃。

刮刀与搅拌器是逆向旋转的，冷冻时刮刀将冻结的混合原料刮下，由搅拌器搅拌，将空气搅入混合原料中，使料液体积膨胀而成疏松的冰淇淋。

六、成形和灌装机械与设备
凝冻后的冰淇淋为了符合贮藏、运输和销售的需要，必须将其按产品品种的形态要求，用成形设备进行分装成型。

（一）冰砖灌装机
一般大、中冰砖是采用定量灌装机将冰淇淋装入包装纸盒内的。

灌装机由贮料斗、阀门、定量筒及传动变速装置等组成。

与冰淇淋物料相接触的部分均用不锈钢制成。

料斗的下端连接阀门，在阀门的后侧连接定量筒。

定量筒内的活塞由联动杆连接于变速装置的轮上。

开启电动机后，活塞在定量筒体内前后移动，当活塞后退时，阀门与料斗接通，冰淇淋则被子吸入定量筒内。

当活塞往前移动时，调节阀门则转过角与料隔开，将筒内的冰淇淋挤出料口，使其通过冰砖模管灌入冰砖的纸盒中。

（二）冰淇淋自动切块机
随着冷饮工业的发展，冰淇淋无论是从成分还是开头上来说，都越来越趋向于多品种，多规格，其色，香，味俱全，对消费者更具有吸引力，花脸雪糕自动切块机正是随着这种形势而产生的。

由两台连续式冰淇淋凝冻机生产出来的两种不同色泽或风味的冰淇桫，经压制模具切割成一定厚度经自动插棒后置于托盘上，再经速冻库速成冻，经包装后即成成品送入冷藏库保存。

（三）纸杯灌装机
纸杯或塑料杯冰淇淋是采用纸杯灌装机进行分装的。

纸杯灌装机由料斗、定量筒、传送链带、机座以及传支变速装置等组成。

料斗下端连接着两个定量筒，当定量筒内原活塞后退时，冰淇淋由料斗被吸入定量筒；当活塞向前推进时，则将冰淇淋通过注射器挤入正通过传送链带或回转圆盘传送来的纸杯或塑料杯中。

每杯冰淇淋的容量，可通过调节活塞冲程来控制。

此机若与冰淇淋凝冻机配合工作，可以成为一生产线。

该机传动部分由变频无级调速电机带动，通过槽轮间隙机构带动输送链和控制轴，再由控制轴上的双片轮控制电磁换向阀换向以实现气缸的往复运动，从而完成间隙输送与灌装的同步性。

灌装机原操作：冰淇淋灌装机在灌装前，成型设备用氯不和沸水消毒。

氯水浓度掌握在，沸水消毒分钟，冰淇淋灌装后应立即封口，送硬化室进行硬化，当盒外沾有冰淇淋时，需用以氯水浸湿的毛巾擦净。

七、硬化和贮藏设备
当冰淇淋制品离开灌装机时，其温度为，这也是凝冻机通常的出口温度。

在此温度下约有的混合原料中的水分被冻结。

为了确保冰淇淋产品的稳定和凝冻后留下的大部分水分冻结成极微小的冰昌晶粒以及便于贮藏、运输和销售，必须迅速地将分装后的冰淇淋进行速冻硬化，然后转入冷库贮藏。

冰淇淋硬化的优劣，对产品的最后品质有着至关重要的影响。

硬化迅速则融化少，组织中的冰晶细，成品细腻润滑；若硬化缓慢，则部分融化，冰的结晶水，成品粗糙，品质就低劣。

冰淇淋的硬化设备有硬化室、快速冻结设备和盐水喷淋速冻机等。

工厂广泛
采用的是硬化室和快速冻结设备，现介绍如下。

1．硬化室
硬化室也称速冻库或冻间，它属于生产性质的冷库，具有与生产工艺相适应的冷加工能力，一般硬化室布置在靠近凝冻、分装、灌注机械与设备附近并和贮藏冷库邻接。

库内温度控制在-23～-25℃，相对湿度85%～90%，室内的恒温一般是靠由氨或氟里昂作为制冷剂的制冷设备和绝热建筑来达到的。

小型硬化室可建于生产车间内，需因地制宜。

硬化室应具有一定厚度的绝热层和良好的防潮屋。

硬化室的隔热和防潮性能之优劣，直接影响着室内产品的硬化过程和制冷设备的冷负荷。

硬化室应有一个回笼间。

货物的出入一般应通过小门，室的中间或在恰当原位置应放置温度计或自动记录的温度计。

照明电灯必须装置玻璃罩，防止灯泡玻璃落入产品内。

库门必须装有风幕，以养活库门开启时的冷量损耗。

蒸发器通常设置为搁架式排管产品装入盒、箱放在搁架上。

搁架间距咯大于盒、箱的高度。

矩形管制成的搁加相思病圆形管接触面大，传热泪盈眶效果好。

制冷剂采用泵送，强制供应循环，以提高蒸发器的传热系数和易于系统的操作、控制。

硬化室内空气的流动一般也采用风机强制循环，风速取左右，风向以垂直通过蒸发管和产品为好。

产品的硬化时间依室内空气温度及其循环状况，冰淇淋的温度、组织，包装容器的规格、材质和形状而异。

例如采用直径为230毫米的金属圆管，在空气流动缓慢的硬化室内进行硬化时，在4～5小时内筒内产品的中心温度将不会发生明显的变化；在经12～14小时后，筒内产品的中心温度才能达到-18℃。

如将冰淇淋模盘直接置于搁架上，可缩短硬化时间约5～6小时。

半成品在室内堆装时，要注意空气能在它四周流动，不能堆积过多，以防止负荷过载和已经硬化的成品解冻融化。

较合理的堆装密度为每平方米100～125千克。

2．速冻隧道
在大批量生产的工厂里，为了加速硬化和保证产品质量，可采用快速冻结设备——速冻隧道硬化室。

利用环形传送带系统，将冰淇淋产品放置于该系统的载物托盘上，托盘事实丰产品进入低落是室硬化，并将硬化好的产品送出室外的一种高效快速、高产的冰淇淋硬化设备。

硬化室内采用冷风内循环对流降温，风机使冷风以一定速度吹地产品，使产品冻结，制冷剂采用或氟里昂。

影响硬化的条件包括：
①包装容光焕发器的大小及形状：容器大时，一般硬化所需时间长。

而其形态与硬化速度有关系，若同一容量而叶扁平的就硬化迅速。

②空气的循环：强制送风循环比静止空气可缩短硬化时间。

冰淇淋在硬化室内的堆积状况应使每一个容器间有空隙以便于使空气能充分流通。

③空气的温度：标准为，其温度俞低，则硬化愈快。

④室内制品的位置：在空气静止的硬化室内，近于天花板或地板的制品的硬化速度快，而近于氨配管者的硬化时间更能缩短。

⑤搅冻机刮出时的温度：此时温度于0.55℃时，硬化时间将增加10%～15%。

⑥混合料的成分：脂肪率高而冻结点高时，硬化时间将缩短，反之则被延长。

⑦膨胀率：随着膨胀率的增高，硬化时间有微增倾向。

3．贮藏库
冰淇淋从硬化设备输出后，应立即装箱，运至冷库贮藏，待检验合格即可作
为成品投放市场销售。

冰淇淋的贮藏温度应不高于-18℃，库内的相对湿度为85%～90%，产品贮藏时的库温不可忽高忽低。

冷库蒸发器设计为单、双排顶管和墙管。

如能采用氨泵强制供液，则蒸发器的传热系数提高，蒸发面积可减少，以节约初装费。

产品堆放时要注意分期、分批和品种的不同。

堆放高度一般不超过1.2～1.4米。

为了提高库位利用率，在库的四周和中间设堆货木架。

贮藏时较合理的堆装量为每平方米150千克。

也应有回笼间、风幕等设施。