年產(chǎn)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(yǎng)、美味、便攜的優(yōu)勢越來越受到市場的青睞[1]。產(chǎn)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(shù)[7]，濃縮成獨立小包裝，打造一款滿足現(xiàn)代人高品質(zhì)購物需求的美容零食。從海洋廢料鱈魚皮到優(yōu)質(zhì)膠原蛋白肽產(chǎn)品，不僅實現(xiàn)了資源的高效利用，更創(chuàng)造了海洋綠色經(jīng)濟，具有良好的社會效益與環(huán)境效益。文章對年產(chǎn)600 t膠原蛋白肽固體飲料的工廠進行設計，可為該產(chǎn)品未來的生產(chǎn)提供借鑒。

1 廠址選擇

根據(jù)地理位置及周邊配套、自然環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟與政策、原料及市場、水能源及交通、環(huán)保工程及三廢處理六大因素，結(jié)合設定的相關(guān)評價標準對3個預選址產(chǎn)業(yè)園進行橫向?qū)Ρ炔⒔y(tǒng)計分數(shù)，評分結(jié)果見表1。得出結(jié)論“山東省威海市榮成食品工業(yè)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(jù)工廠設計年產(chǎn)量需求，估算此次建廠占地面積大約為6 650 m2（10畝），廠區(qū)分為生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、行管區(qū)，其占地面積比例初步定為5∶1∶1。結(jié)合當?shù)仫L玫瑰圖，將潔凈程度高的區(qū)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(chǎn)品方案[10-11]。產(chǎn)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(guān)鍵控制點為膠原蛋白的提取及工藝優(yōu)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(yōu)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(zhì)地均勻，松散無結(jié)塊，流動性好。沖調(diào)后易溶解，溶液澄清透明，無雜質(zhì)，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(chǎn)600 t膠原蛋白肽固體飲料的生產(chǎn)目標，總生產(chǎn)量應在目標基礎上提升20%，故預計生產(chǎn)720 t產(chǎn)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(jù)生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)（表2）計算出相應的日數(shù)量與年數(shù)量，得到總物料衡算表（表3）。

表2 生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)，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(jù)物料衡算與熱量衡算的結(jié)果進行設備選型，結(jié)果見表5。結(jié)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(jù)工藝設計及設備選型結(jié)果進行水電衡算，結(jié)果見表6和表7。

表6 用水量衡算

表7 耗電量衡算

5 生產(chǎn)車間設計

廠房主體采用鋼架結(jié)構(gòu)，參照結(jié)構(gòu)設計規(guī)范《最新鋼結(jié)構(gòu)實用手冊》和GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)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(chǎn)部和后勤部共6大部門。進行人員定編時應綜合考慮生產(chǎn)班次及生產(chǎn)工藝，注意統(tǒng)籌安排，結(jié)果見表8。

表8 人員定編表

7 經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品年總成本見表9。

表9 產(chǎn)品年總成本

7.3 經(jīng)濟效益評價

工廠年產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)率=BEP/年產(chǎn)量×100%=237.52/600×100%=39.6%。

當產(chǎn)量達237.52 t即年產(chǎn)量的39.6%時，可開始盈利。故年產(chǎn)600 t的生產(chǎn)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(fā)展前景，可取得較好的經(jīng)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(jié)果和展望

目前，市場上雖然已有部分膠原蛋白[18]相關(guān)產(chǎn)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(chǎn)600 t膠原蛋白肽固體飲料工廠進行規(guī)劃，擬選廠址于山東省威海市榮成食品工業(yè)園，建廠規(guī)模按中小型食品工廠規(guī)模設計，嚴格按照固體飲料工廠生產(chǎn)要求保證產(chǎn)品的質(zhì)量安全。產(chǎn)品有望填補市場空缺，發(fā)展前景廣闊，工廠建設的整體可行性較強。