化妝品生產(chǎn)線建設(shè)要求及關(guān)鍵設(shè)備介紹

舒 航，張佳陽(yáng)，趙 揚(yáng)

(河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450042)

化妝品產(chǎn)業(yè)是美麗經(jīng)濟(jì)和時(shí)尚事業(yè)，近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展迅猛，取得了巨大的成就，同時(shí)，隨著市場(chǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外化妝品品牌不斷涌現(xiàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為了能在市場(chǎng)中生存下去，除了需要不斷原料及工藝的創(chuàng)新，合理的布局、先進(jìn)的管理、配套的設(shè)備更是新產(chǎn)品研發(fā)的重中之重。

化妝品是由多種原料按照配方及工藝經(jīng)混合、分散及物態(tài)變化等過(guò)程復(fù)配而制得的混合物，化妝品的制備由于原料種類(lèi)、配方比例、工藝參數(shù)和設(shè)備類(lèi)型等因素不同，成品種類(lèi)繁多，千差萬(wàn)別。本文以中部省份某高校最新建設(shè)的化妝品生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室為基礎(chǔ)，對(duì)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)原則、空間布局、配套設(shè)備等進(jìn)行了介紹和分析，并以沐浴露為例對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行說(shuō)明。

1 建設(shè)要求

1.1 宏觀原則

化妝品生產(chǎn)線的車(chē)間廠房建設(shè)及產(chǎn)品的生產(chǎn)需要滿足化妝品生產(chǎn)良好操作規(guī)范(GMPC)的實(shí)施和6S管理[1]，即整理(SEIRI)、整頓(SEITON)、清掃(SEISO)、清潔(SEIKETSU)、素養(yǎng)(SHITSUKE)、安全(SAFETY)，以及我國(guó)2015年版《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》和最新版《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督管理?xiàng)l例》的要求。

為例保證產(chǎn)品的衛(wèi)生及安全，可通過(guò)路線的組織形式，進(jìn)行立體化設(shè)計(jì)，在滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下，盡可能做到人流、物流分離，生產(chǎn)人員與非生產(chǎn)人員不交叉，保證時(shí)間或空間上的相對(duì)獨(dú)立，最大程度降低不同的潔凈區(qū)、物料、人員、污染物等之間相互交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

操作千萬(wàn)條，安全第一條。逃生門(mén)、救生窗、安全標(biāo)示、逃生通道指示牌、滅火器、安全說(shuō)明、安全檢查、持證上崗、專(zhuān)人專(zhuān)管、操作規(guī)范等等都是化妝品生產(chǎn)線設(shè)計(jì)建設(shè)之前必須考慮其中的因素，日常管理與維護(hù)要以預(yù)防為主，重點(diǎn)關(guān)注用水電、高溫、中毒、機(jī)械方面的安全。

生產(chǎn)安全事故中90%以上是人為因素導(dǎo)致的，這其中由于不規(guī)范的操作又占了絕大多數(shù)。我國(guó)在食品、藥品行業(yè)早已實(shí)施生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP)[3]，同時(shí)有質(zhì)量管理體系(ISO)、衛(wèi)生操作標(biāo)準(zhǔn)程序(SSOP)等保證人員安全和產(chǎn)品的質(zhì)量，但是在化妝品行業(yè)，暫時(shí)并沒(méi)有強(qiáng)制的GMPC認(rèn)證制度與法律法規(guī)，人工的操作雖然隨著設(shè)備的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，但是，專(zhuān)業(yè)的人員培訓(xùn)和持證上崗較難落實(shí)，一但發(fā)生事故只能補(bǔ)救，無(wú)法挽回，因此，強(qiáng)化車(chē)間人員的安全意識(shí)，認(rèn)真執(zhí)行操作規(guī)程尤為重要。

1.2 空間布局

圖1 化妝品生產(chǎn)線人流圖

圖2 化妝品生產(chǎn)線物流圖

圖3 化妝品生產(chǎn)線車(chē)間平面圖

以實(shí)際情況為依據(jù)，具體平面及人流圖、物流如圖1～3所示。

1.3 配套設(shè)施

化妝品生產(chǎn)線車(chē)間的用水主要是常規(guī)自來(lái)水和純凈水兩種，兩者均需要滿足不斷流動(dòng)及定期清洗、消毒或滅菌的需求；水分配系統(tǒng)中應(yīng)維持持續(xù)的“湍流式”循環(huán)，符合流體力學(xué)設(shè)計(jì)原則；管路設(shè)計(jì)應(yīng)使管道的總長(zhǎng)度為最短。工業(yè)級(jí)用電通常為380 V，總功率需達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備同時(shí)開(kāi)啟時(shí)的負(fù)荷，為設(shè)備、照明、空調(diào)、紫外等提供動(dòng)力。氣體方面包括溫度、濕度調(diào)節(jié)、壓差、凈化等級(jí)、新風(fēng)系統(tǒng)等。清潔工具、消防工具、防護(hù)服、消毒面具等也是必不可少的配套物資。

2 關(guān)鍵設(shè)備

2.1 材料

化妝品生產(chǎn)設(shè)備對(duì)材料的要求較高，通常使用最多的材質(zhì)為304#不銹鋼，可滿足力學(xué)性能及衛(wèi)生等標(biāo)準(zhǔn)，聚四氟乙烯主要用于攪拌槳的刮板及設(shè)備摩擦的連接處，保溫棉用于包裹蒸汽及加熱設(shè)備出口管道，塑料和橡膠在氣路管道和傳輸帶等使用。

2.2 稱(chēng)量計(jì)量設(shè)備

秤、天平、量筒等常規(guī)稱(chēng)量計(jì)量工具即可滿足使用的要求。

2.3 配制設(shè)備

2.3.1 真空乳化機(jī)

真空乳化機(jī)是生產(chǎn)化妝品的主要設(shè)備[4]，可制備膏、霜、乳、液各類(lèi)黏度產(chǎn)品，功能齊全，能較好滿足產(chǎn)品流變性的需求。其主要包括水相鍋、油相鍋、主乳化鍋、真空泵、油壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成，水相鍋與油相鍋的物料先充分溶解，經(jīng)負(fù)壓被吸入主乳化鍋進(jìn)行混合、均質(zhì)乳化。其原理為物料在真空的狀態(tài)下，利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的均質(zhì)頭，將一相物料均勻的分布至另一個(gè)連續(xù)相中，物料在2～3 mm定、轉(zhuǎn)子間的狹隙中，承受剪切、離心、沖撞、亂流等綜合力學(xué)作用，短時(shí)間內(nèi)均勻分散乳化，迅速破碎成200 nm～2 μm的微粒，在攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡被及時(shí)抽走，再經(jīng)過(guò)高頻循環(huán)過(guò)程，即可得到穩(wěn)定的O/W或W/O體系產(chǎn)品。

2.3.2 均質(zhì)攪拌鍋

均質(zhì)攪拌鍋適用于不同物料的混合攪拌，如生產(chǎn)洗發(fā)水、沐浴露、洗衣液、洗潔精、洗手液等中低黏度流體的互混、溶解，具有加熱、攪拌、均質(zhì)、溫控、冷卻等功能，是日化和化妝品生產(chǎn)企業(yè)中必不可少的設(shè)備。

2.3.3 皂化釜

皂化釜是在傳統(tǒng)反應(yīng)釜的基礎(chǔ)上增加了回流冷凝系統(tǒng)，保證生產(chǎn)中的高溫反應(yīng)、急冷、皂化、加壓、均勻等幾個(gè)主要的工藝過(guò)程，主要用來(lái)完成脂類(lèi)及有特殊溫度、壓力需要產(chǎn)品的制備。

2.4 儲(chǔ)存設(shè)備

2.4.1 移動(dòng)儲(chǔ)罐

移動(dòng)儲(chǔ)罐是可將成品與半成品轉(zhuǎn)移至異地的潔凈貯存設(shè)備。在化妝品生產(chǎn)過(guò)程中，儲(chǔ)罐配備呼吸閥，能消除物料由于溫度、工藝等原因產(chǎn)生的體積膨脹與收縮效應(yīng)。

2.4.2 配料桶

配料桶又名攪拌罐、配料罐，具有可加熱自動(dòng)控溫、保溫、攪拌功能。其具有傳熱快、適應(yīng)溫差大、清洗方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、制藥、日化等行業(yè)，可做為中間緩沖、儲(chǔ)液、攪拌、稱(chēng)量載體和調(diào)配設(shè)備。

2.5 灌裝設(shè)備

2.5.1 半自動(dòng)氣動(dòng)灌裝機(jī)

本機(jī)采用活塞式推拉桿結(jié)構(gòu)，工作時(shí)由氣缸產(chǎn)生強(qiáng)大的推拉力來(lái)帶動(dòng)活塞頭。當(dāng)主氣缸往回拉活塞頭時(shí)進(jìn)料口閥門(mén)打開(kāi)，出料口閥門(mén)關(guān)閉，由于料缸內(nèi)存在壓差，物料會(huì)被吸進(jìn)到料缸內(nèi)，此為吸料行程。吸料行程完成后，主氣缸就會(huì)往外推動(dòng)活塞頭，此時(shí)進(jìn)料口閥門(mén)關(guān)閉，出料口閥門(mén)打開(kāi)，物料被活塞頭推出料缸，通過(guò)出料口灌裝至容器，此為灌裝行程。設(shè)備采用氣缸和活塞式推拉桿結(jié)構(gòu)，由于工作時(shí)料缸內(nèi)能夠形成真空腔，負(fù)壓吸取物料，所以能夠有效灌裝粘稠的、流動(dòng)性差的物料。

2.6 傳輸設(shè)備

2.6.1 不銹鋼傳送帶

本設(shè)備采用全不銹鋼制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整潔美觀、操作方便、輸送平穩(wěn)、工作噪音小；輸送帶使用高級(jí)進(jìn)口高強(qiáng)度復(fù)合尼龍帶，具有經(jīng)久耐用、耐腐蝕、承載力度大等特點(diǎn)；電機(jī)使用RV型立式電機(jī)和JWB型臥式電機(jī)，美觀大方、規(guī)格可選、調(diào)速便捷。

2.6.2 傳遞窗

傳遞窗主要用于潔凈區(qū)與潔凈區(qū)之間、潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間小件物品的傳遞，以減少潔凈室的開(kāi)門(mén)次數(shù)，最大限度的降低潔凈區(qū)的污染。

2.7 包裝設(shè)備

2.7.1 超聲波封尾機(jī)

早期軟管的接合是使用膠黏劑或電加熱熔接，這些方法效率低、外觀差，接合面容易老化，產(chǎn)品的殘差率高，有損人體健康，一定程度污染環(huán)境，超聲波技術(shù)的應(yīng)用，解決了這些難題。超走波封尾焊接機(jī)采用電子程序控制，自動(dòng)化程度高，操作容易，內(nèi)置電子保護(hù)電路。其工作原理是：機(jī)器將高頻電能通過(guò)換能器轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能，該能量通過(guò)工具頭傳導(dǎo)到軟管工件上，以每秒兩萬(wàn)次的超聲頻率及一定的振幅，使軟管工件的接合面產(chǎn)生劇烈摩擦后熔化，瞬間完成膠粘過(guò)程，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為超聲波軟管焊接。常用于牙膏、化妝品、藥品、食品、工業(yè)用品等各類(lèi)軟管封尾。

2.7.2 膜包機(jī)

膜包機(jī)是可將被包裝物形成三維六面體折疊封包的設(shè)備[5]。其工作流程是利用汽缸推動(dòng)堆垛被包裝物，經(jīng)折疊-一次熱封-成型-二次熱封-展平一系列動(dòng)作完成包裝過(guò)程。

2.8 清洗消毒設(shè)備

2.8.1 CIP清洗機(jī)

CIP清洗的工作原理為化學(xué)作用與機(jī)械作用，化學(xué)作用是決定洗滌效果最主要因素，其主要由加入的化學(xué)洗滌劑所產(chǎn)生，常用1%～2%的硝酸溶液，1%～3%的氫氧化鈉溶液，使用溫度為65～80℃。溫度的上升可以改變污物的物理狀態(tài)，加快化學(xué)反應(yīng)速度，同時(shí)增大污物的溶解度，便于清洗時(shí)雜質(zhì)脫落，從而增強(qiáng)清洗效果、縮短清洗時(shí)間；機(jī)械作用由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，如攪拌、噴射清洗液產(chǎn)生的撞擊、壓力和摩擦力等。清洗效果的影響因素有設(shè)備清潔程度、殘留物性質(zhì)及產(chǎn)品生產(chǎn)工藝等，提高清洗劑濃度可適當(dāng)縮短清洗時(shí)間或彌補(bǔ)清洗溫度的不足。其主要工藝循環(huán)流程為水洗-堿液洗-水洗-酸液洗-水洗。

2.8.2 蒸汽發(fā)生器

生產(chǎn)線所用蒸汽發(fā)生器由密閉蒸汽容器、全自動(dòng)電控系統(tǒng)、高壓進(jìn)水泵、法蘭式不銹鋼電熱管組件、內(nèi)置式水位觀測(cè)液位計(jì)、安全閥等部分組成，通過(guò)電加熱原件加熱密閉容器里的軟化水來(lái)產(chǎn)生高壓蒸汽。

2.8.3 紫外燈

紫外燈可以產(chǎn)生紫外線，紫外線分為UVA、UVB、UVC、UVD四個(gè)波段，UVC波段具有殺菌作用，采用紫外燈發(fā)出254 nm波長(zhǎng)的光線，與微生物細(xì)胞中DNA或RNA的吸收光譜吻合，從而破壞分子結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞死亡，最終達(dá)到殺菌消毒的效果。

2.9 其他

2.9.1 水處理系統(tǒng)

本生產(chǎn)線與純水生產(chǎn)線相鄰，符合飲用標(biāo)準(zhǔn)的水源可直接由純水生產(chǎn)線引入。

2.9.2 噴碼機(jī)

噴碼機(jī)是一種通過(guò)軟件控制，使用非接觸方式在產(chǎn)品上進(jìn)行標(biāo)識(shí)的設(shè)備。本生產(chǎn)線采用小字符噴碼機(jī)，可進(jìn)行34點(diǎn)陣噴印，墨水系統(tǒng)和噴嘴經(jīng)過(guò)改良，可適應(yīng)多種不同的墨水需求。

2.9.3 貼標(biāo)機(jī)

貼標(biāo)機(jī)的工作原理：產(chǎn)品流經(jīng)貼標(biāo)裝置，傳感器檢測(cè)到產(chǎn)品經(jīng)過(guò)，傳回信號(hào)到貼標(biāo)控制系統(tǒng)，在適當(dāng)位置控制系統(tǒng)控制送出標(biāo)簽，標(biāo)簽貼附在產(chǎn)品待貼標(biāo)位置上，一張標(biāo)簽的貼附動(dòng)作完成。操作過(guò)程為產(chǎn)品放置-產(chǎn)品輸送-產(chǎn)品分距-產(chǎn)品貼標(biāo)-產(chǎn)品收集。

3 生產(chǎn)工藝實(shí)例

以沐浴露為例，其配方如表1所示。

表1 配方組成

沐浴露的制備工藝如下：

①將月桂酸加熱熔化并升溫至80℃；

②將去離子水加入攪拌鍋，再將KOH溶解，升溫至80℃，邊攪拌邊緩慢加入已熔化好的月桂酸，保持80℃皂化30 min，調(diào)節(jié)pH值為9～9.5，繼續(xù)攪拌，冷卻至40℃待用；

③依次將AES、6501、CAB加入攪拌鍋，升溫至50℃并攪拌均勻，再將配方量50%的水加入，繼續(xù)加入EDTA、珠光片、檸檬酸并攪拌均勻；

④將皂基、剩余的水緩慢加入，升溫至75℃恒溫30 min，使全部物料分散均勻；

⑤開(kāi)啟冷卻水，攪拌冷卻至45℃，保持降溫速率0.5～1℃/min，加入香精、防腐劑、色素等輔料，攪拌均勻并繼續(xù)冷卻至30℃；

⑥靜置消泡，出料，檢測(cè)合格后至下一步工序。

4 結(jié)語(yǔ)

化妝品生產(chǎn)線是一個(gè)系統(tǒng)工程，設(shè)備的發(fā)展更趨于自動(dòng)化，同時(shí)，對(duì)安全與衛(wèi)生的要求也越來(lái)越高，其中每一個(gè)環(huán)節(jié)與設(shè)備都會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，以上介紹的設(shè)備及流程能基本滿足小規(guī)模化妝品的生產(chǎn)需求，作為高校的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，亦能完全滿足師生的教學(xué)與科研工作。現(xiàn)在全國(guó)具有同等級(jí)規(guī)模的化妝品生產(chǎn)線在高校并不多見(jiàn)，因此，本生產(chǎn)線可給其他高校乃至化妝品生產(chǎn)企業(yè)的建設(shè)提供有價(jià)值的參考。