年產600 t膠原蛋白肽固體飲料的工廠設計

何子睿，馬磊，李振興

中國海洋大學食品科學與工程學院（青島 266003）

膠原蛋白肽固體飲料以其營養、美味、便攜的優勢越來越受到市場的青睞[1]。產品選用鱈魚膠原蛋白，增添了美容、降血脂[2]、抗氧化[3-5]等功能；滋味酸甜的藍莓粉，富含花青素，增添了抗衰老、抗疲勞以及增強免疫力等[6]功能；使用低熱量的糖醇代替蔗糖，輕盈、美味、無負擔。同時采用噴霧干燥技術[7]，濃縮成獨立小包裝，打造一款滿足現代人高品質購物需求的美容零食。從海洋廢料鱈魚皮到優質膠原蛋白肽產品，不僅實現了資源的高效利用，更創造了海洋綠色經濟，具有良好的社會效益與環境效益。文章對年產600 t膠原蛋白肽固體飲料的工廠進行設計，可為該產品未來的生產提供借鑒。

1 廠址選擇

根據地理位置及周邊配套、自然環境、區域經濟與政策、原料及市場、水能源及交通、環保工程及三廢處理六大因素，結合設定的相關評價標準對3個預選址產業園進行橫向對比并統計分數，評分結果見表1。得出結論“山東省威海市榮成食品工業園”評分最高，最符合建廠要求。

表1 廠址評分匯總表

2 總平面設計

根據工廠設計年產量需求，估算此次建廠占地面積大約為6 650 m2（10畝），廠區分為生產區、生活區、行管區，其占地面積比例初步定為5∶1∶1。結合當地風玫瑰圖，將潔凈程度高的區域盡可能布置在上風向。工廠總平面設計圖見附圖1。

圖1 總平面布置圖

3 工藝設計

參考GB/T 29602—2013《固體飲料》[8]和QB 2732—2005《水解膠原蛋白》[9]制定魚膠原蛋白肽固體飲料的產品方案[10-11]。產品的主要原料是鱈魚皮，從中提取膠原蛋白肽，輔料為藍莓粉、木糖醇、檸檬酸及食用香精。工藝的關鍵控制點為膠原蛋白的提取及工藝優化。對比分析熱水法、酸法、堿法、鹽法以及酶法等提取方法的優缺點，最終選擇酶法[12-14]提取鱈魚皮膠原蛋白并采用活性炭進行脫色脫味。主要工藝流程包括魚皮粗處理、酶解與滅酶、脫色脫腥、噴霧干燥、添加輔料、混合填充及包裝。所制備的膠原蛋白肽干粉色澤潔白，質地均勻，松散無結塊，流動性好。沖調后易溶解，溶液澄清透明，無雜質，溶液酸甜適中，無魚腥味。

4 工藝計算

此次設計采用守恒定律進行物料衡算、熱量衡算。欲達到年產600 t膠原蛋白肽固體飲料的生產目標，總生產量應在目標基礎上提升20%，故預計生產720 t產品，盈余肽粉以袋裝膠原蛋白肽粉的形式出售。

固體飲料配方：膠原蛋白肽粉添加量66.67%，藍莓粉添加量10%，木糖醇添加量22%，檸檬酸添加量1%，食用香精0.33%。

4.1 物料衡算

依據生產基礎數據（表2）計算出相應的日數量與年數量，得到總物料衡算表（表3）。

表2 生產基礎數據表

表3 總物料衡算表

4.2 熱量衡算

列出工藝流程中涉及熱交換的各環節，逐一計算，可得總熱量衡算表（表4）。

表4 總熱量衡算表

4.3 設備選型

根據物料衡算與熱量衡算的結果進行設備選型，結果見表5。結合工藝設計與設備選型，繪制工藝流程圖（圖2）。

圖2 工藝流程圖

表5 設備一覽表

4.4 水電衡算

根據工藝設計及設備選型結果進行水電衡算，結果見表6和表7。

表6 用水量衡算

表7 耗電量衡算

5 生產車間設計

廠房主體采用鋼架結構，參照結構設計規范《最新鋼結構實用手冊》和GB 50017—2003《鋼結構設計規范》[15]，車間布局圖見圖3。

圖3 車間布置圖

6 人員定編

工廠分為行政部門、原料部、銷售部、財務部、生產部和后勤部共6大部門。進行人員定編時應綜合考慮生產班次及生產工藝，注意統籌安排，結果見表8。

表8 人員定編表

7 經濟核算

7.1 固定投資估算

預計項目固定投資為755.2萬元，其中370萬元用于建筑施工，385.2萬元用于購買并安裝設備。

7.2 產品成本估算

綜合原輔料、包裝材料、勞動力、水電等一系列成本，產品年總成本見表9。

表9 產品年總成本

7.3 經濟效益評價

工廠年產600 t膠原蛋白肽固體飲料，共8 000 000盒，定價為30元/盒（每盒3 g×30袋）。若單出售膠原蛋白肽固體飲料，按照所有產品都售出計算：

年銷售總額=8 000 000×30=240 000 000元=24 000萬元；

年毛利潤=24 000-20 170.3=3 829.7萬元；

折舊費=1 057萬元；

維修費=4萬元；

管理費=15萬元；

銷售費=120萬元；

稅收費=1 920萬元；

年凈利潤=3 829.7-1 057-4-15-120-1 920=713.7萬元；

投資回收期[16-17]=投資總額/年凈利潤+建設期=755.3/713.7+1=2年；

年投產率=BEP/年產量×100%=237.52/600×100%=39.6%。

當產量達237.52 t即年產量的39.6%時，可開始盈利。故年產600 t的生產目標可極大程度保證工廠的正常盈利。

7.4 投資安全評價

通過上述分析可以看出，該項目具有良好的發展前景，可取得較好的經濟效益（年凈利潤713.7萬元），投資回收較快（2年），故該項目投資是安全的。

8 研究結果和展望

目前，市場上雖然已有部分膠原蛋白[18]相關產品，但多為口服液形式的保健品，消費人群相對有限。膠原蛋白肽固體飲料，兼具休閑食品與保健食品的特色，有更大的消費群體。此次設計對年產600 t膠原蛋白肽固體飲料工廠進行規劃，擬選廠址于山東省威海市榮成食品工業園，建廠規模按中小型食品工廠規模設計，嚴格按照固體飲料工廠生產要求保證產品的質量安全。產品有望填補市場空缺，發展前景廣闊，工廠建設的整體可行性較強。