年產(chǎn)1 000 kg牡蠣多糖車間設(shè)計初探

王炫文++石璇++佟長青++李偉

摘要：隨著牡蠣養(yǎng)殖產(chǎn)量的迅速增加，對牡蠣資源進(jìn)行高值化開發(fā)利用已經(jīng)成為推動牡蠣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要手段。牡蠣多糖是牡蠣中重要的活性物質(zhì)，它可以作為保健食品及藥品來進(jìn)行開發(fā)利用，是有價值的牡蠣深加工產(chǎn)品，因此有必要對牡蠣多糖進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要設(shè)計合理可行的生產(chǎn)工藝。本文以太平洋牡蠣為原料，摒棄傳統(tǒng)醇沉提取多糖的工藝方法，而只采用熱水浸提、等電點沉淀及膜分離法相結(jié)合進(jìn)行牡蠣多糖的提取分離，并對牡蠣多糖生產(chǎn)車間設(shè)計中出現(xiàn)的問題提出了有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：牡蠣多糖；車間設(shè)計；生產(chǎn)工藝

牡蠣是我國的重要經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖貝類之一。牡蠣含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，其干品中的蛋白質(zhì)約占45%～57%，脂肪約占7%～11%，總糖約占19%～38%。牡蠣中的多糖具有促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝、改善心臟、肝臟及血液循環(huán)的功能[1]。目前，我國每年牡蠣產(chǎn)量已居世界首位。2012年、2013年以及2014年我國牡蠣產(chǎn)量分別為394.9、4218及435.2萬t[2]。可以看出，我國的牡蠣養(yǎng)殖規(guī)模呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。這為牡蠣的深加工提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

但到目前為止，以牡蠣中重要的活性成分牡蠣多糖為主要原料的保健食品還沒有出現(xiàn)。這一方面是由于產(chǎn)品的名稱存在是否合乎相關(guān)法規(guī)的問題，另一方面是牡蠣多糖的生產(chǎn)工藝存在是否適于大規(guī)模生產(chǎn)的問題。貝類多糖的規(guī)模化制備的研究報道極少，也未見貝類多糖相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。僅有學(xué)者在鮑魚多糖的規(guī)模化生產(chǎn)上進(jìn)行了嘗試[3]，但沒有形成真正的規(guī)模化生產(chǎn)，主要原因是其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，同時需要大量使用乙醇。多糖醇沉技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面限制了貝類多糖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]。目前貝類多糖產(chǎn)業(yè)化制備方面嚴(yán)重缺乏具有實用性的安全的關(guān)鍵技術(shù)。因此，選擇合適的生產(chǎn)工藝對牡蠣多糖進(jìn)行制備，是牡蠣精深加工的重要的一個方面，同時也可促進(jìn)貝類精深加工的發(fā)展。本文以太平洋牡蠣為原料，摒棄傳統(tǒng)醇沉提取多糖的工藝方法，而只采用熱水浸提、等電點沉淀及膜分離法[5]相結(jié)合進(jìn)行牡蠣多糖的提取分離，在這些實際實驗數(shù)據(jù)及操作過程基礎(chǔ)上，進(jìn)行了1 000 kg/a的牡蠣多糖生產(chǎn)車間初步設(shè)計。

1工藝流程

牡蠣預(yù)處理→勻漿→熱水浸提→過濾→等電點沉淀→離心→上清液超濾濃縮→噴霧干燥→牡蠣多糖粉末→包裝

2工藝分析及主要設(shè)備選型

2.1原料的選擇

太平洋牡蠣在大連長興農(nóng)貿(mào)市場購得。

2.2牡蠣預(yù)處理

新鮮去殼牡蠣清洗，去除內(nèi)臟。

2.3勻漿

將洗凈的新鮮牡蠣放入勻漿機(jī)進(jìn)行勻漿。

2.4熱水浸提

對牡蠣提取液制備的工藝流程進(jìn)行了條件優(yōu)化，在熱水浸提過程的單因素實驗考察了提取溫度、提取時間、提取次數(shù)及料液比對牡蠣多糖提取率的影響，確定熱水浸提過程的最適條件為：提取溫度90 ℃，提取時間5 h，提取次數(shù)4次，料液比為1∶20。

2.5過濾

用紗布初步過濾掉不可溶性固形物。

2.6等電點沉淀

等電點沉淀蛋白質(zhì)的過程，分析了不同pH值（4.5、4.7、4.9、5.1及5.3）條件下沉淀蛋白質(zhì)后牡蠣液中的總糖含量及蛋白含量，以總糖含量較高蛋白含量較低為指標(biāo)最終確定最適pH值為5.1。

2.7離心

離心前將溶液pH調(diào)至7.0，選擇流量為15 m3/h，轉(zhuǎn)速為3 500 r/min的離心機(jī)進(jìn)行離心。

2.8上清液超濾濃縮

選擇截留分子量10 kDa的中空纖維聚砜膜分離牡蠣多糖，膜通量較好。試驗結(jié)果表明，采用超濾膜分離時料液pH 7.0、料溫30 ℃、壓力為0.04 MPa為膜分離優(yōu)化最佳工藝條件。

2.9噴霧干燥

選擇蒸發(fā)能力為5 L/h的噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥。

2.10牡蠣多糖粉末

對牡蠣多糖粉末進(jìn)行質(zhì)量檢測。

2.11包裝

采用真空包裝，每袋100 g。

2.12主要設(shè)備配套及選型要求

3生產(chǎn)車間設(shè)計探討

3.1牡蠣多糖生產(chǎn)車間平面布置原則

按照實際的生產(chǎn)工藝要求布置生產(chǎn)車間，車間與倉庫的距離不能太遠(yuǎn)，防止原料運輸不便；

牡蠣多糖生產(chǎn)車間布置需合理，設(shè)備排列需緊湊、美觀，節(jié)省投資的同時要保證操作維修方便；

貨物運輸與人員通行需要有各自的線路，防止不必要的交叉污染；

牡蠣多糖生產(chǎn)車間布置要滿足食品工廠的基本要求。

牡蠣多糖生產(chǎn)車間平面布置示意圖如圖1。

1.臥式冷柜；2.解凍機(jī)；3.斬拌機(jī)；4.夾層鍋；5、7.離心機(jī)；8.超濾膜組件；9.濃縮罐；10.噴霧干燥機(jī)；11.粉末包裝機(jī)；12.噴碼機(jī)

技術(shù)要求：1.機(jī)器按圖示流程進(jìn)行放置；2.單位均為：mm圖1牡蠣多糖生產(chǎn)車間平面布置示意圖

3.2建筑問題

本項目的主要原材料為新鮮的牡蠣，為了防止牡蠣腐敗變質(zhì)，生產(chǎn)車間需選址在牡蠣資源充足的地方，這樣不僅可以保證牡蠣的質(zhì)量，同時會很大程度上縮減運輸費用，節(jié)約成本。

牡蠣多糖生產(chǎn)車間的地址需要具備適宜的氣溫、濕度、降水量等，空氣清新，車間附近不得有垃圾站、污水處理站以及大氣污染等。遠(yuǎn)離鐵路、機(jī)場、礦物工廠等容易產(chǎn)生灰塵和有害氣體的地方，并遠(yuǎn)離居民區(qū)、公共生活場所，以免對居民的生活產(chǎn)生影響，進(jìn)而引發(fā)一系列不必要的糾紛。

牡蠣多糖生產(chǎn)車間所在地需要有充足的燃料動力和豐富的水資源，保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)有序平穩(wěn)地進(jìn)行。牡蠣多糖生產(chǎn)車間需配備中型冷庫，方便原料的儲存。由于牡蠣處理過程中會有大量的廢棄物需要處理，所以排污設(shè)施必須齊全，保證不會對環(huán)境造成污染。而且牡蠣預(yù)處理的過程需要人工去除牡蠣內(nèi)臟，所以充足的人力資源是保證生產(chǎn)的重要前提。

3.3物料衡算

物料衡算主要包括所需牡蠣原料、鹽酸等原輔料和包裝材料的計算。通過物料衡算，可以確定各種主要物料的采購運輸量和倉庫儲備量，并對生產(chǎn)過程中所需的設(shè)備和勞動力定員的需要量提供計算依據(jù)。因此，物料衡算在工藝設(shè)計中是一項重要的工作，通過物料衡算，選擇規(guī)格合適的設(shè)備，進(jìn)行車間布置，對勞動力進(jìn)行合理安排，同時為經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析提供可靠保障。生產(chǎn)牡蠣多糖的主要原料是新鮮去殼的太平洋牡蠣，輔料為胰蛋白酶，生產(chǎn)過程中會用到鹽酸及氫氧化鈉。包裝材料為塑料包裝袋。

3.4牡蠣多糖年產(chǎn)量

根據(jù)提取實驗數(shù)據(jù)可知，牡蠣肉占牡蠣總重（濕重）的73%，牡蠣多糖的平均得率占牡蠣肉的0.8%，所以年產(chǎn)量為1 t時，年消耗牡蠣肉125 t，則年消耗牡蠣171 t，全年實際生產(chǎn)天數(shù)按200天計，則每天需加工牡蠣855 kg，故牡蠣多糖班產(chǎn)量5.0 kg，每天1班，每班工作10 h。

3.5生產(chǎn)原輔料

本設(shè)計物料衡算以班產(chǎn)量計算。年產(chǎn)1 000 kg牡蠣多糖，每年實際生產(chǎn)天數(shù)按照200 d計算，可確定日產(chǎn)5.0 kg，每日1班，即班產(chǎn)為50 kg。

每班需要牡蠣855 kg，去內(nèi)臟得牡蠣肉625 kg。

輔料（試劑）消耗量：

調(diào)節(jié)pH的鹽酸，30 kg牡蠣需要鹽酸10 mL，則每班需要的鹽酸285 mL，則每年需要鹽酸為57 L。

根據(jù)牡蠣液提取正交結(jié)果及實際生產(chǎn)中節(jié)約用水的前提下，選擇料液比為1∶10計，故每班熱水浸提消耗的飲用水為：625 kg×10=6 250 kg=6.25 t

3.6牡蠣多糖包裝材料

包裝袋的損耗量一般為0.1%。每袋裝牡蠣多糖100 g，因此每班包裝袋的數(shù)量為：

N=（5 kg/100 g）×（1+0.1%）=50個包裝袋

3.7水電估計

在車間設(shè)計時，合理準(zhǔn)確的估算水、電、汽十分重要，既要滿足生產(chǎn)的需求，也要符合衛(wèi)生的要求，確保數(shù)據(jù)可靠，為經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析提供依據(jù)。

3.7.1用水量估計

生產(chǎn)車間用水主要是熱水提取、噴霧干燥、設(shè)備清洗等。

熱水提取：每班的加水量為6.25 t，則每年熱水提取加水量W1=1 250 t。

設(shè)備清洗：每班清洗設(shè)備用水量800 L，則每年設(shè)備清洗用水量為W2=160 t。

生活用水：生活用水主要包括洗手間用水、飲用水及清洗地坪用水，每班生活用水量約為W3=30 L，則每年生活用水量W3=6 t

4結(jié)論

本文以太平洋牡蠣為原料，采用熱水浸提、等電點沉淀及膜分離法相結(jié)合進(jìn)行牡蠣多糖的提取分離，進(jìn)行了年產(chǎn)1 000 kg牡蠣多糖生產(chǎn)車間設(shè)計，主要內(nèi)容包括車間平面設(shè)計；物料衡算；設(shè)備選型；水、電估算；組織管理與勞動定員及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。針對牡蠣多糖的產(chǎn)品制定了相應(yīng)的食品安全企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并成功進(jìn)行備案。項目選址符合國家政策，周邊環(huán)境良好，基礎(chǔ)設(shè)施完善。交通便利，有利于原料的采買和產(chǎn)品的外銷，基地建設(shè)嚴(yán)格依照HACCP體系和IS9001體系，全面實施QS食品質(zhì)量安全市場準(zhǔn)入機(jī)制，確保了產(chǎn)品的安全性。本項目建成后不僅可以為項目承擔(dān)企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，更為牡蠣多糖產(chǎn)業(yè)化提供了新思路。

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