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论文方法大全-藜麦可溶性膳食纤维工厂化提取设计

2021-05-31 10:33:00
作者:杭州千明

  本次设计是对藜麦中可溶性膳食纤维的提取工艺进行扩大化处理,使得能够达到工业化生产的水平。通过查阅相关文献资料,了解到藜麦中含有大量不同的营养物质,具有多种多样的功能,正因为如此,人们对藜麦青睐有加。但是由于我国对藜麦研究起步较晚,因此在工业生产中,还存在很多不成熟的领域。该设计主要对藜麦中的可溶性膳食纤维进行的提取方式进行研究,并通过拟定年处理量为5000吨藜麦膳食纤维提取工艺,对工业化生产进行进一步地深入探究。通过酶解法对可溶性膳食纤维进行提取,根据生产工艺中物料衡算选择合适的设备仪器,进行合理的车间、厂房布置,并绘制了生产流程图、车间平面图、工厂平面图,此外,还对生产工艺过程所消耗的水、电、汽的量进行了估算。每日生产中主要仪器所消耗的水量351.6T,消耗电量6352.8kW,消耗汽量43.6T,且水电汽总费用为232.7万元,此外设备费用总共为174.77万元,生产过程中所需要原辅料费用总共为151.72万元。成品定价可为80元/500g,可获得纯利润252.773万元。同时根据我国对食品生产中有关建筑、能源、环保等相关规章制度,最终完成了可溶性膳食纤维生产流程的设计。

  藜麦源自南美洲安第斯山脉地区,兴盛于印加文明——古代印第安三大文明之一,距今已有大约7000年的历史,是现今存在最古老的食物。由于其原产地多为高原地区,生长环境恶劣,多为寒冷干旱地带,因此藜麦具有较好的抗旱抗寒功能。它的生长周期分为四个阶段,分别是:出苗期、幼苗期、显序期、开花期、灌浆期、成熟期。与之相对应的生长步骤分别是:播种—出苗—出现花序—显穗—开花初花—终花—籽粒开始变硬—籽粒大部分变硬。

  藜麦本身富含多种营养物质,并且含量远远高出同类型其他植物,相比起来,其口感也更能为人们所接受,被印记人称为“粮食之母”。在20世纪80年代,美国将其引入美国航天航空局(NASA),并将藜麦作为宇航员长期进行调控工作的理想食物之一。联合国粮食及农业组织(FAO)将藜麦认定为唯一一种可满足人体基本营养需求的单体植物[[]],并进行大范围的推广和宣传。在2013年,FAO定该年为“藜麦年”,并借此呼吁人们注重营养均衡以及粮食安全。

  藜麦因为其自身具有的丰富营养物质,不仅在几千年之前便深受人们喜爱,如今更是受到全世界的推崇,它商业化栽培始于南美洲的秘鲁、玻利维亚、厄瓜多尔等国家。我国在20世纪末由西藏牧学院以及西藏农学院引入研究,并进行小规模的种植,均成功获得成果。截至2017年,我国的藜麦种植面积已经达到13.5万亩,现今主要在我国甘肃、山西、青海、内蒙古等18个省、自治区种植推广。

  1.2藜麦的营养成分和功能

  1.2.1氨基酸和蛋白质

  藜麦本身富有大量的营养物质,因此获得“超级谷物”等称号。相比起来,藜麦中所含有的营养成分远高于其他谷物。例如,藜麦中含有几乎全部的天然氨基酸。不仅如此,藜麦中含有人体必需8种氨基酸以及婴幼儿所需的组氨酸,尤为突出的是,氨基酸的比例较为均衡,易于被人体所吸收。由于藜麦中富含多种氨基酸,因此也就促使了藜麦中蛋白质含量丰富,相比起来玉米等其他作物,藜麦中的蛋白质含量大约是其的两倍,而优质的藜麦中所含的蛋白质含量能够达到16%-22%,甚至和牛肉中蛋白的含量(牛肉中蛋白质含量大约在20%)旗鼓相当。Mahoney[[]]等在研究玻利维亚麦中发现,经过高温烹煮后,藜麦中的蛋白质功效会显著增加。

  1.2.2脂肪

  相比起来,藜麦中脂肪的含量也远远高于其他谷物,有研究证明,藜麦中脂肪是玉米的两倍,而且,藜麦中的所含脂肪酸大部分是不饱和脂肪酸,大约占总脂肪酸的83%。不饱和脂肪酸能够升高高浓度脂蛋白,维持膜的流动性。除此之外,藜麦中脂肪酸平均含量为5.00%-7.20%[[]],藜麦油与玉米油、大豆油等脂肪酸组成相似。

  藜麦中含有大量的不饱和脂肪酸,其中包括人类必需的几种脂肪酸:亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。亚麻酸能够促进胆固醇的转变和排泄、改善血液循环、保持血管弹性、对于防治动脉硬化和心脑血管疾病有很大的效果。同时对婴幼儿来说,能够促进组织发育以及脑细胞数量。除此之外,还能够促进人体新陈代谢,增强自身免疫力,以及在一定程度的延缓衰老。因此,藜麦现今已作为具有潜在价值的油料作物,并进行更深入地研究。

  1.2.3维生素

  维生素是人体必需的营养物质,对人体生长发育、新陈代谢、健康等有着极为重要的作用。如果长期缺乏某种维生素,将会产生一些疾病。例如孕妇长期缺乏叶酸,将会导致婴儿神经管畸形;而长期缺乏VB2,则会造成口炎症等。

  藜麦中含有丰富较多的天然维生素,例如VB1、VB2、VC、VE、叶酸等,是构成维生素良好的原料。据研究,100g的藜麦中所含有的VB1,能够满足小孩子身体每日所需的VB1的80%,100g藜麦中VB2,能够满足成人身体每日所需的40%以及小孩身体每日所需的80%[1]。藜麦中所含维生素的量远高于其他谷物,例如,藜麦中核黄素的含量是玉米、小麦的4倍;而藜麦中的叶酸是小麦和稻米的三倍之多,甚至是玉米中含量的七倍。

  1.2.4膳食纤维

  膳食纤维是的一种多糖,它包括可溶性膳食纤维,以及不溶性膳食纤维。膳食纤维不仅能够降低胆固醇、促进消化系统健康,而且还能预防直肠癌的发生。藜麦中膳食纤维平均含量达到12.9%,其中不溶性膳食纤维更能达到总量的68%-78%。据检测,藜麦中可溶性膳食纤维远远高于小麦、玉米、高粱[[]]。藜麦中血糖为35,远远低于大米的含量,因此可将其作为糖尿病人的主食。可溶性膳食纤维吸水膨胀,可形成凝胶物质,缓解糖分吸收,能够给予人们饱腹感,而不溶性膳食纤维能够吸收水分软化粪便,促进排泄。在以瘦为美的当今社会,藜麦也被作为健康的减肥食品广受欢迎。

  1.2.5矿物质

  此外,藜麦中还含有Ca、K、Mg、Mn、Fe、Zn、Se、Cu等丰富的矿物质元素,其含量远多于其他谷物,例如,藜麦中矿物质含量是小麦的两倍,甚至是玉米水稻的五倍之多。正是因为藜麦中Ca、Mg、K、P的含量比较多,能够促进机体的骨骼及牙齿的生长及发育,对于骨质疏松能够起到较好的效果。此外,其中高含量的Fe能够有效地防治缺铁性贫血的发生。藜麦的矿物质能够充分满足人体所需的营养平衡,并且对人体来说较易于吸收。

  1.3膳食纤维的定义

  膳食纤维(dietary fiber,简称DF)是指不易被人体消化吸收的,以多糖类为主的大分子物质的总称,它既不能被胃肠道消化吸收,也不具有任何能量,因此很长时间时间被人们当做是无营养之物而鲜有受到重视,但是,在饮食选择面越来越宽泛,饮食越来越精细的今天,人们因为过度摄入高热量、高脂肪等食物而造成营养失调、营养过剩等一系列文明病,例如:高血糖、脂肪肝、糖尿病以及各类肠道疾病等。因此人们对能够调节人体身体健康、防止疾病的功能性食品的研究热度日益增加。

  膳食纤维的概念首次提出是在1953年,英国科学家Hipsley[[]]将其定义为一种构成植物细胞壁的不易被人体消化酶分解的一种多糖类物质。主要成分有纤维素、半纤维素等。在1976为止,Trowell[[]]等人对膳食进行了更深入地研究,将所有不可消化的多糖,如胶质、寡糖、果胶以及改性纤维素纳入膳食纤维的范围。在2000年,美国谷物化学协会(ACCA)给膳食纤维的最新定义[[]]:膳食纤维指能抗小肠消化吸收的,而在人体大肠部分或全部发酵的可食用植物性成分、碳水化合物及相类似物质的总和,包括多糖,寡糖,木质素以及相关植物类物质。该定义受到广泛学者科学家的赞同与支持。

  1.4膳食纤维的提取

  我国在膳食纤维工业提取方面还处于起步阶段,但是目前,众多研究人员已经能够从食物例如豆类、植物蔬菜以及谷物类等中提取膳食纤维,不仅如此,更能从某些食物的外壳例如麦麸、花生壳等中提取一定的可溶性膳食纤维。由于提取的材料来源各不相同,因此提取的方式也有很多种,例如物理法、化学法、酶解法、微生物发酵法。在提取过程中,温度、时间、pH值等多种因素共同影响着可溶性膳食纤维提取得率。为了能提取到更多的膳食纤维,目前研究主要集中在提取技术和操作条件的组合优化,以便在能够在减少溶剂、时间消耗的条件下达到产品预期效果。

  1.4.1物理法提取

  物理法指用物理的方法对原料进行预处理,从而改善膳食纤维的某些性质,达到从原料中提取膳食纤维的目的。包括传统的浸提法、新兴的高压处理、新兴超声波处理、新兴微波处理等。传统的方法能够加大膳食纤维的提取率,而目前新兴的方法能够比传统浸提法达到更好的效果。姜竹茂[[]]等人利用水提法进行豆渣中可溶性膳食纤维的提取,利用正交实验,研究出在提取温度100℃、加水量为25ml/g的条件下,通过水提,能够将豆渣中可溶性膳食纤维提取率由原先的6.55%上升至11.34%。

  1.4.2化学法提取

  化学法提取是指利用酸、碱经过一系列反应能够去除原料中的杂志或者直接提取膳食纤维。化学法步骤相对简单,但是同时提取率还受到PH、温度等因素的影响。何欢[[]]通过运用酸解法,对花生壳中的膳食纤维进行了研究,最终在85℃的温度、pH值为3的条件,得到花生壳中膳食纤维的提取率能够达到18.1%。

  1.4.3酶解法提取

  酶解法是指通过一些相应的酶,对原料中杂质例如脂肪、蛋白质等物质进行分解从而获得膳食纤维的方法。利用化学法提取膳食纤维时,产品中往往会残留一定蛋白质或淀粉等物质,但是该法通过几次的酶解过程,能够充分去除杂质,从而获得更高的膳食纤维的提取率。此外,该法通过模拟肠道环境,提取出的膳食纤维能够更好地被人体所吸收利用。张建利[[]]通过正交实验以及单因素研究方法,研究出在一定条件下,马铃薯中的不溶性膳食纤维提取率能达到70.59%。魏决[[]]等人通过进行单因素研究,对苦荞麦麸皮中膳食纤维提取条件进行优化,最终发现苦荞麦麸皮中可溶性膳食纤维的提取能够达到62.85%。

  1.4.4微生物发酵法提取

  微生物发酵是指利用微生物进行发酵,将原料中杂质去除从而得到质量较高的膳食纤维的产品。该法是一种新兴的方法,操作较为方便,可以实现大批量提取膳食纤维,能够一定程度上节约成本。林德荣[[]]利用微生物发酵的方法对豆渣进行可溶性膳食纤维提取研究,发现在豆渣浓度20%、菌种浓度1:1、接种量在4%下,发酵温度为32%的条件下进行发酵,豆渣中可溶性膳食纤维提取率可达27.56%,产品品质口感较好。

  1.5膳食纤维的物化特性

  1.5.1持水力

  虽然膳食纤维不像其他营养物质能被人体所吸收,但是根据其特性,能够充分帮助人们身体代谢以及生理调节。膳食纤维之所以具有较高的持水能力主要是由于其化学结构中具有大量的亲水基团。膳食纤维包括可溶性膳食纤维以及不溶性膳食纤维,而可溶性膳食纤维具有很强的吸水性,可以吸收自己体积好几倍的水量,在人体肠道中充分吸收水分后能够形成高黏度的凝胶类物质,从而减轻人体肠道负担,增加肠道蠕动,促进代谢。

  1.5.2吸附力

  膳食纤维本身化结构中有很多活性基团,基于这些活性基团能够让膳食纤维更容易吸附胆汁酸、螯合胆固醇等有机物,不溶性膳食纤维不易被肠道中微生物发酵降解,因此可以吸附胆酸减少与无机盐的结合,并随着代谢排泄到体外,从而减少癌变的发生。除此之外,膳食纤维还能够跟葡萄糖吸附,使机体对葡萄糖的吸收减慢,从而达到降低血糖的作用。不光如此,膳食纤维还能够吸附人体中自由基。

  1.5.3阳离子结合作用

  膳食纤维不仅能够通过范德华里对阳离子进行物理吸附,而且能够通过膳食纤维结构中的糖醛酸的羧基以及木质素中的酚酸等基团对金属离子进行束缚,从而能够起到缓解金属中毒的效果,并且膳食纤维在与K+与Na+结合后能够随代谢排出体外,从而起到降低血压的作用。有研究表明,膳食纤维在与阳离子结合的同时能够对机体中阳离子的浓度起到稀释的作用,从而降低肠胃中pH值。

  1.5.4发酵性

  膳食纤维曾因为不能被人体中吸收而被人们所忽视,其实膳食纤维虽不能像其他营养物质一样被直接人体中各种酶分解,但是其可以通过被肠道中微生物经过发酵而降解,从而产生大量的短链脂肪酸,例如乙酸、乳酸等,以便降低肠道中pH值,改良菌群生长条件,促进好气有益菌的繁殖同时抑制腐败菌的生长。该特性能够促进人体肠道黏膜的功能,对维生素供应的稳定起到有效作用。

  1.5.5无能量填充性

  因为膳食纤维本身所具有的高持水性,能够吸收肠胃中水分,使体积膨胀,以便填充胃,减少进食,此外膳食纤维不具备任何能量,能够充分满足现代人摄入低能量高营养的需求。

  1.6膳食纤维的生理功能

  1.6.1降低肠道疾病和肥胖症

  正是膳食纤维具有独特的吸收性与膨胀性,使得人们具有饱腹感并抑制进食,对减肥人士非常有帮助。同时膳食纤维能够使大便软化,增加大便体积以及刺激肠道蠕动,此外,还能够使肠道中致癌物质与废物相结合,加速排便,减少肠道癌变症状的发生。此外,膳食纤维通过自身特性能够促进机体代谢,降低机体内所沉淀的毒素含量。

  1.6.2降低血胆固醇

  通常心血管疾病的诱发因子为血清三酰甘油,有研究证明,可溶性膳食纤维能够吸收小肠中的水分而形成的黏液或黏膜层,抑制小肠对血清甘油三酯的吸收,此外膳食纤维在人体内形成的凝胶能够吸附胆酸,从而减少胆酸,使机体将胆固醇合成胆酸,增加血清甘油三酯的分解,加快脂肪的排泄。

  1.6.3降低血糖[[]-[]]

  可溶性膳食纤维能够有效地抑制小肠对葡萄糖的吸收,延缓胃的排空,在肠胃内壁形成一层薄膜,减慢人体对食物营养得消化,不溶性膳食纤维能够吸附葡萄糖降低吸收速率,从而减慢饭后血糖显著升高,使得糖尿病患者能够在饭后血糖依然平稳,有助于维持患者症状稳定。此外,膳食纤维能够减轻糖尿病患者神经末梢对胰岛素的感受性,从而能够减少患者对胰岛素的使用,减轻胰岛的负担。

  1.6.4降低结肠癌

  因为膳食纤维具有独特的吸附能力,从而使得膳食纤维能够更好的与胆汁酸、螯合胆固醇等肠道有毒物质相结合,减少次生胆酸的生成,从而降低致癌物质的生成,此外不溶性膳食纤维不能被降解吸收,因此可以通过吸附胆汁酸随着代谢排出体外,以此降低癌症的发生。不溶性膳食纤维还能影响致癌酶的活性。并且通过膳食纤维的发酵性,能够促进肠道中有益菌群的生长繁殖,减少肠道与致癌物质的接触,从而更能降低细胞的癌变概率。

  1.7小结

  藜麦比起其他谷物类食品来说,营养丰富,功能全面,藜麦中富含多种营养成分,其含量更是远超其他作物,其中富含的膳食纤维更是被称为除水、脂肪、蛋白质、碳水化合物、无机盐、维生素之外的“第七大营养素”。而我国对藜麦的研究起步较晚,虽然迄今为止已有不错的种植成果,但是对其工业化生产需要更进一步的研究。本文对藜麦中富含的膳食纤维工厂化提取进行研究,并拟定年处理量为5000吨藜麦膳食纤维提取工艺,确定利用操作简单的酶解提取法,提高企业效率,减少成本损失。

  2年处理量5000吨藜麦膳食纤维提取工艺流程设计

  2.1设计简介

  根据藜麦在不同条件下所得到的膳食纤维的得率,采用酶解工艺提取藜麦中可溶性膳食纤维。藜麦可晒干后长期存放,可在一年中平均分配处理量。因生产工艺的连续性,全年生产300天,每个月实际工作25天,每天三班连续生产,每班工作时间为8h。

  年处理量:5000T

  日处理量:5000÷300=16.67T

  班处理量:5000÷300÷3=5.56T

  小时处理量:5000÷300÷24=694.5kg

  表2.1藜麦处理量

  项目处理量工作时间

  年5000T 300天

  日16.67T 3班

  班5.56T 8h

  2.2设计原则

  在遵照《中华人民共和国食品安全法》、《生产车间卫生相关规定》等相关规定,以及关于建筑、消防、环保等方面相关标准的情况下,进行设计。

  根据具体工艺,厂房中要方便各个生产环节,同时也要注重卫生安全控制,防止生产过程出现交叉污染。

  生产过程中应选取较为先进、机械化、连续化程度较高的设备,以便达到经济实用,技术先进的目的。此外,所选设备易清洗、易拆装、体积小、效率高,并且与产品接触后不轻易被腐蚀,以免对产品造成污染。

  要有足够完善的消防安全措施,生产过程中遵循环保要求,减少成本损失,并且对于废气、废水、废渣要具有完善的处理措施,以及要遵循劳动保护等相关规定。

  严格控制产品质量,推行质量责任制加强生产监督管理,减少因人为原理而导致的产品污染。

  2.3工艺流程

  图2.3工艺流程图

  注:由于没有藜麦可溶性膳食纤维提取的数据,参考莜麦麸皮[[]]-[[]]中提取到的可溶性膳食纤维,以此进行以下工艺设计。

  2.3.1原料收集

  原料要干净新鲜,不能有发霉发臭的现象,要确保藜麦放置场所干燥,不潮湿、无虫鼠叮咬现象,达到国家卫生标准,堆放藜麦无毒害物质掺杂,确保附近没有其他物理性、化学性污染源。

  2.3.2预处理

  天然藜麦籽粒表层有皂苷等物质。皂苷味苦涩,为了不影响后续工艺加工,利用水洗将其表面皂苷以及一些杂质去除,为进行后续工艺,需要对藜麦进行干燥处理,为了能够合理利用资源,通过自然晾晒及人为力量相结合将其干燥,减少藜麦中所含水分。自然晾晒的场所要保证干净卫生,以防原料受到污染。

  2.3.3粉碎

  粉碎能够减小颗粒大小,使得物料与酶的接触面积明显增大,更能促进酶解完全反应,从而提高膳食纤维的提取率,能够得到更多的产品。在合适的细度中,藜麦颗粒越细,可溶性膳食纤维得率越高,因此,在实际生产中选择粉末颗粒为60-80目即可达到理想目的。

  2.3.4过筛

  经过粉碎的藜麦籽粒中不同大小的颗粒混合在一起,经过筛分,可以将物料的粒子保持一致,并且能够去除生产过程中一些杂质,有助于后续操作更好地进行,减小误差,使产品精细度更高。经过筛分,遗留的大颗粒可再次进行粉碎过筛,减小资源损失。

  2.3.5酶解

  酶解是通过在物料中加入一定量适当的酶,在合适的pH值和温度中,分解过筛后藜麦籽粒中淀粉、蛋白质等物质,以获取更高质量的可溶性膳食纤维。具体措施为,将过筛后的物料通过螺旋输送机送入酶解罐中,过筛物料与蒸馏水体积之比为1:12,待物料溶解后,加入0.5%的α-淀粉酶60℃中恒温酶解提取50min,加入0.5mol/L NaOH调节pH值,之后再加入0.4%的胰蛋白酶提取在60℃中恒温进行酶解40min,最后加入1mol/LHcl将溶液调节至中性。酶解途中需要不停地搅拌,以保证酶与物料充分接触,反应充分进行。

  2.3.6高温祛酶

  利用高温可将入料中的酶去除,以防使产品质量因为杂质而降低。因为高温可以促使膳食纤维的析出,所以直接将提取液加热至沸腾维持5min,灭酶后将溶液进行离心过滤。

  2.3.7离心过滤

  将酶和物料的混合体泵入离心机中,收集滤液。根据生产经验可得,滤液损失率为0.5%,而滤渣中含水量为40%。

  2.3.8浓缩

  在本工艺中由于处理量较大,因此为了节约乙醇使用量,减少成本,缩短醇沉所需时间,提高生产效率,故而对提取液采用浓缩,使浓缩液浓度达到20%。由于高温会影响膳食纤维的提取,浓缩温度维持在80℃。

  2.3.9醇沉

  向浓缩后的料液中加入4倍体积浓度为95%的乙醇,于静置罐中搅拌均匀后,静置12h,从而得到可溶性膳食纤维白色絮状物。

  2.3.10真空干燥

  由于膳食纤维在高温中容易分解,并且膳食纤维具有很强的吸水性以及胶体性质,因此将所得到的膳食纤维絮状物进行真空干燥,降低干燥温度,温度控制在80℃之内,保证产品质量。

  2.3.11粉碎分级

  为了使产品符合国家规定达到市场要求,需要将产品控制在品质、规格统一的标准。因为膳食纤维对热度敏感,需要使用适用于热敏材料的物料粉碎机,以达到产品预期质量。并通过筛分机,控制物料细度在20-120目筛选通过率在95%以上。

  2.3.14包装

  采用铝箔装,每袋500g,外包用纸箱。封口贴标签等。

  2.4产品质量标准

  由于我国现在并没有出台藜麦中膳食纤维相关标准,参考GBT22494-2008大豆膳食纤维粉标准[[]],藜麦中膳食纤维标准见表2.4、表2.5。

  表2.4膳食纤维理化标准

  项目指标

  水分/%≤10

  灰分/%≤5

  菌落总数/(CFU/g)≤30000

  大肠菌群/(MPN/100g)≤90

  霉菌和酵母/(CFU/g)≤50

  铅(mg/kg)≤0.5

  总砷(mg/kg)≤1.0

  致病菌(沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌)不得检出

  粒度80目(通过率)>95%

  表2.5膳食纤维质量标准

  项目指标

  形态粉末状

  口味无异味

  色泽淡黄色

  3物料衡算

  根据生产过程中,成本投入和产品输出之间的守恒原则,通过计算原料数据,利用物料耗损和产品产出之间的关系,即可得到物料衡算中所需要的数据。为设备选择及计算水电汽消耗做依据。各阶段工艺物料衡算见表3.1。

  表3.1每小时物料衡算

  工序名称处理物料量处理后质量备注

  1清洗去杂694.5kg 677.2kg藜麦中皂苷含量2.5%

  2干燥677.5kg 641.3kg处理后含水量为6%,干燥水量为35.9kg

  3粉碎641.3kg 641.3kg

  4过筛641.3kg 637.3kg筛分损耗率约为千分之七

  5酶解637.3kg 7647.6kg

  按照料液比为1:12,α-淀粉酶添加量为0.5%,胰蛋白酶添加量为0.4%

  6离心7647.6kg

  6247.6kg

  7浓缩6247.6kg 35.4kg浓缩液浓度为20%,回收冷凝水

  8醇沉13.7kg 54.8kg料液与乙醇体积之比为1:4,醇沉结束后回收乙醇,损耗约为10%

  9干燥13.7kg 7.2kg真空干燥水分的质量为6.5kg

  10包装7.2kg

  4设备选型

  根据物料衡算的结果,以及单位时间中需要物料处理量,选择符合要求以及相关规定的设备仪器。

  4.1去杂设备

  表4.1藜麦加工设备机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家曹县中星高新机械制造有限公司

  设备名称藜麦加工设备机

  产量(kg/h)600kg/h

  功率(kW)30

  主要特点:藜麦表层中含有皂苷,味苦涩,因此为了产品能够具有更佳的口感,达到预期的效果,采用此设备其中的皂苷去除。该设备集清理去石、去杂、脱壳、去皂苷等功能于一体,大大方便了了人力操作;本设备污染小,出米率高且碎米率低,操作维护方便,易清洗。

  图4.1藜麦加工设备机

  4.2干燥设备

  表4.2 JG型气流干燥机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家浙江钱江伟岸干燥设备有限公司

  设备名称JG型气流干燥机

  型号/规格JG-50

  水分蒸发量(kg/h)50

  总功率(kW)10

  主要特点:DW系列多层带式烘干机是成批生产用的干燥机,该设备结构紧凑,占地面积小。尤为适用于含水量高,对高温敏感的物料。设备自动化程度高,物料在干燥过程自动翻料,保证物料干燥均匀。劳动强度低,工作环境好,设备维护简单。箱底设计有落料斜板及快开清扫门,便于清理箱内粉料。

  图4.2 JG型气流干燥机

  4.3粉碎设备

  表4.3万能粉碎机主要参数

  项目主要参数

  生产厂家江阴市伟翔机械制造有限公司

  设备名称万能粉碎机

  规格/型号60B

  生产能力(kg/h)500-1500

  粉碎细度(mm)60-120

  主轴转速(r/min)2800

  功率(kW)11

  主要特点:为了使的后续提取工艺更加方便,要将干燥后的物料进行粉碎,使其粉末细度达到60目-80目之间,以便使产品更好的达到预期效果。该设备利用活动齿盘与固定齿盘之间相互运动,使得物料通过冲击被粉碎;此外,该设备构造符合“GMP”标准,制造材料为不锈钢,防止与物料接触而导致腐蚀,避免对对生产工艺造成损害。

  图4.3万能粉碎机

  4.4过筛设备

  表4.4 zs-1000筛分机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家江阴市伟翔机械制造有限公司

  设备名称zs-1000筛分机

  型号zs-1000

  生产能力(kg/h)500-3500

  过筛目数(mesh)12-200

  振动频率(time/min)1500

  功率(kW)1.1

  主要特点:该机能够单层或是多层分级使用。其结构紧密,噪音低,运行平稳,处理量大且细度小。是用于粉尘及粗小颗粒比例不等且连续出料的理想设备。

  图4.4 zs-1000筛分机

  4.5酶解设备

  表4.5酶解罐主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家温州市东顶机械制造有限公司

  设备名称酶解罐

  规格/型号MJ-10

  公称容积10000L

  搅拌功率(kW)5.5

  搅拌转速(r/min)127

  工作压力(MPa)夹套:0.08-0.3MPa,内罐体:常压-0.15MPa

  工作温度(℃)夹套:<138℃,内罐体:≤121℃

  适用pH值2-12

  主要特点:该设备有较好的耐酸耐碱性能,充分满足生产工艺要求;可加热、冷却、保温及搅拌功能,并且能够在反应结束后,在该设备夹层中通入蒸汽升温至80-100℃间进行灭酶;可在线CIP清洗、SIP灭菌,操作简便,方便卫生;该设备运行平稳,隔热保温,既能够节约热能,也能防止工作人员烫伤。

  图4.5酶解罐

  4.6离心设备

  表4.6 LW卧式螺旋沉降离心机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家无锡福乐离心机械有限公司

  设备名称LW卧式螺旋沉降离心机

  型号LW400-1750

  最高转速(mm)3400

  分离因素2580

  生产能力(m3/h)5-15

  最大排渣能力(m3/h)1.4

  电机功率(kW)18.5-22

  主要特点:通过离心机能够有效地将酶解后的物料固液分离,去除不溶性膳食纤维,为后续工艺减轻操作负担。该设备为新型离心机,适用于化工、轻工、环保及制药、食品等行业;且自动化程度高,操作方便;此外该设备结构紧凑,占地面积小,维护安装较为便捷;更为重要的是,该设备与物料接触部分均为不锈钢材质,以防生产工艺过程中产生不必要的污染。

  图4.6 LW卧式螺旋沉降离心机

  4.7浓缩设备

  表4.7多效降膜蒸发器主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家常州嘉强机械制造有限公司

  设备名称多效降膜蒸发器

  规格/型号三效

  蒸发量(kg/h)3000-15000

  蒸汽压力(Mp)0.3

  蒸汽耗量/蒸发量(带热泵)0.28

  冷却水耗量(进水20℃出水40℃)8

  蒸发温度(℃)45-90

  杀菌温度(℃)90-110

  功率(kW)50

  主要特点:该设备非常适用于热敏性、黏滞性、发泡性等物料,其加热系统由蒸汽加热均匀、料液为液膜式流动蒸发,因此具有传热效率高、加热时间短的效果;除此之外,物料在蒸发过程中处于真空状态,不仅保证了环保要求,更是降低了蒸发温度;并且物料成膜状蒸发,料液加热时间非常短,因此大大地减少了产物中营养成分的流失。

  图4.7多效降膜蒸发器

  4.8醇沉设备

  表4.8醇沉罐的主要参数

  项目主要参数

  生产厂家合肥小牛轻工机械有限公司

  设备名称醇沉罐

  规格/型号JC1000

  容积(m3)1

  夹层压力(MPa)≤0.25

  罐内压力(MPa)常压

  搅拌转速(r/min)0-100

  电机功率(kW)1.1

  主要特点:该设备全部采用不锈钢制作,能够减少工业过程中与物料接触产生腐蚀污染等情况;该装置中装有自动出液浮球,使得出液过程可自行完成,从而减轻人力;其中还配有液视镜,能够人为控制沉淀物等不被抽出,保证产品得率;此外,该设备底部装有蒸汽管道,能够通入蒸汽使沉淀物软化,以便使沉淀物加快排出速率,提高工作效率。根据处理料液的量,一台醇沉罐可以配备一台或多台静置罐,以此可以降低能耗,减少成本。

  图4.8醇沉罐

  4.9真空干燥设备

  表4.9低温真空液体带式干燥机主要参数

  项目主要参数

  生产厂家常州市长江干燥设备有限公司

  设备名称低温真空液体带式干燥机

  规格/型号ZD4-2

  加热面积(m2)4

  加热温度(℃)20-120

  水蒸发量(kg/h)3-4

  配套热源蒸汽

  主机功率(kW)4

  主要特点:由于乙醇具有可燃性,并且膳食纤维有较强的吸水性和胶质性,因此选择真空带式干燥机。该设备符合GMP卫生要求,干燥温度可以人为操控,以免热敏性物质变性;该设备连续出料,使产品具有较高的收率;不仅如此,该设备还采用CIP自动清洗装置,能够在工艺结束后彻底清洗仪器,减少污染,并且该设备自动化程度较高,能够大大降低人力操作,非常适合大批量、连续化、自动化作业。

  图4.9低温真空液体带式干燥机

  4.10粉碎装置

  表4.10 WFJ-15型超微粉碎机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家江阴市佳科机械制造有限公司

  设备名称WFJ-15型超微粉碎机

  规格/型号WFJ-15

  生产能力(kg/h)10-100

  出料粒度(目)80-450

  主转速(r/min)6000

  总功率(kW)13.5

  主要特长:该设备结构紧凑,技术性能完整,较少产生粉尘;该设备集物料粉碎分级于一体,并且各自独立运行,互不影响;更重要的是,物料的粉碎、分级是在一密闭空间中完成的,经过除尘处理,对环境不做污染,符合保护环境的要求。

  表4.10 WFJ-15型超微粉碎机

  4.11包装设备

  表4.11立式全自动粉剂包装机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家佛山市云科海兰科技有限公司

  设备名称立式全自动粉剂包装机

  规格/型号DBIV-8250-PV

  制袋长度(mm)

  (L)500

  制袋宽度(mm)

  (W)250-400

  包装速度(bags/min)5-50

  气压(MPa)0.65

  耗气量(m3/min)0.8

  功率(kW)5

  表4.11立式全自动粉剂包装机

  4.12输送装置

  表4.12 U型螺旋输送机主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家新乡市大拇指机械设备有限公司

  设备名称U型螺旋输送机

  规格/型号DMZ-100

  输送量(t/h)8

  电机功率(kW)2.2

  主要特点:该设备输送量大,隔热效果好;其运行平稳,并且隔振性能好,噪音小;结构简单,有利于安装和维修,调试方便;此外,该设备可以全封闭输送,有利于减少物料在干燥后所产生的粉尘污染,以免生产中造成环境污染。

  表4.12 U型螺旋输送机

  4.13螺杆泵

  表4.13 G型螺杆泵主要参数表

  项目主要参数

  生产厂家永嘉县正邦泵阀有限公司

  设备名称G型单螺杆泵

  规格/型号G35-2

  转速(r/min)960

  流量(m3/h)8

  压力(MPa)1.2

  电机功率(kW)4

  主要特点:在生产过程中,为产生大量的固液混合物料,因此采用该设备。G型螺杆泵中定子由多种弹性材料制成,因此该设备能够输送高黏度流体和含有硬直悬浮颗粒介质,以及含有纤维介质;此外,该设备对介质适应能力强,流量平稳,自吸能力强,能够更好地完成生产要求,减少污染。

  表4.13 G型螺杆泵

  5水电汽估算

  本项目对生产工艺过程中所需水、电、汽的量进行估算,并没有实际考量具体生产过程中所产生的损失,因此具有较大的误差性。

  表5.1生产主要设备清单

  序号设备名称规格/型号生产能力功率(kW)台数

  1藜麦加工设备--600kg/h 30 2

  2 JG型气流干燥机JG-50 50kg/h 10 1

  3万能粉碎机60B 500-1500kg/h 11 1

  4 ZS-1000筛分机zs-1000 500-3500kg/h 1.1 1

  5酶解罐MJ-12 10000L 7.58 4

  6 LW卧式螺旋沉降离心机LW400-1750 5-15m3/h 20 1

  7多效降膜蒸发器三效3000-15000kg/h 50 1

  8醇沉罐JC-1000 1000L 1.1 1

  9静置罐1000L 1000L 0.5 4

  10低温真空带式干燥ZD4-2 3-4kg/h 4 2

  11 WFJ-15型超微粉碎机WFJ-15 10-100kg/h 13.5 1

  12立式全自动分级包装机DBIV-8250-PV 50bags/min 5 1

  13 U型螺旋输送机DMZ-100 8T/h 2.2 2

  14 G型螺杆泵G35-2 8m3/h 4 12

  5.1主要设备每班耗水量

  5.1.1酶解耗水量

  酶解罐耗水量:酶解时需添加12倍料液体积的蒸馏水。

  每小时耗水量:637.3kg×12=7.65T

  每班耗水量:7.65T×8=61.2T

  每日耗水量:61.2×3=183.6T

  5.1.2浓缩耗水量

  根据多效降膜蒸发器主要参数可知,浓缩每时用水量8t/h

  每班耗水量:7×8=56T

  每日耗水量:56×3=168T

  主要设备每班耗水量为:61.2+56=117.2T

  主要设备每日耗水量:183.6+168=351.6T

  5.1.3其他

  (1)车间清洗用水

  根据经验,车间中每40㎡每班清洗时所用水量为0.3T,因此可知:

  每班车间清洗耗水量为:31.8×17.5÷40×0.3=4.2T

  每日车间清洗耗水量为:4.2×3=12.6T

  (2)设备清洗用水

  根据经验,10m3酶解罐清洁时用水0.1T,共4台;单个静置罐清洁时用水0.5T,共4台;离心机清洗用水0.3T,共1台。因此可知:

  每班设备清洗用水为:0.1×4+0.5×4+0.3=2.7T

  每日设备清洗用水为:2.7×3=8.1T

  (3)生活用水

  根据经验,每人平均每天用水量0.6T,共有29人。因此车间中每天生活用水为:0.6×29=17.4T。

  5.2主要设备每班耗电量

  表5.2生产主要设备每时耗电量

  项目功率(kW)台数总功率(kW)

  藜麦加工设备30 2 60

  DW型多层带式干燥机10 1 10

  万能粉碎机11 1 11

  ZS-1000筛分机1.1 1 1.1

  酶解罐7.4 4 30.6

  LW卧式螺旋沉降离心机20 1 20

  多效降膜蒸发器50 1 50

  醇沉罐1.1 1 1.1

  静置罐0.5 4 2

  低温真空带式干燥4 2 8

  WFJ-15型超微粉碎机13.5 1 13.5

  立式全自动分级包装机5 1 5

  U型螺旋输送机2.2 2 4.4

  G型螺杆泵4 12 48

  合计264.7

  主要设备每班耗电量:264.7×8=2117.6kW

  主要设备每日耗电量:2117.6×3=6352.8kW

  此外根据《食品企业通用卫生规范》相关规定,每日需在夜间条件或采光条件不良时,按每日照明8h、6w/m2要求进行照明。因此车间中照明所需电量为:31.8×17.5×8×6=26712wh=26.712kwh。

  5.3主要设备每班耗汽量

  5.3.1酶解罐耗汽量

  酶解罐利用蒸汽获取酶解时所需要温度,并维持酶解过程处于恒温状态。该工艺酶解阶段分别用到α-淀粉酶和胰蛋白酶,因此根据酶解时需要不同温度,其耗气量分开计算。

  耗热量公式为:

  Q=G×C(T1-T2)

  (5.1)

  式中:Q--加热物料总质量,7695.6kg

  C--物料比热容,取水的比热容为4.2kJ/kg·℃

  T1--初始温度取20℃

  T2--酶解温度

  添加α-淀粉酶时,T2-酶解温度为37℃。

  Q=7695.6kg×4.2kJ/kg·℃×(37℃-20℃)=549465.84kJ

  添加胰蛋白酶时,T2-酶解温度为65℃

  Q=7695.6kg×4.2kJ/kg·℃×(65℃-20℃)=1454468.4kJ

  耗汽量:

  G=Q/(i1-i2)

  (5.2)

  式中:i1--0.3MPa时蒸汽的热焓为27255kJ/kg

  i2--0.3MPa时T2温度下水的热焓

  添加α-淀粉酶时,T2-酶解温度为37℃,该温度下水的热焓为154.96kJ/kg

  G=549465.84/(27255-154.96)≈20.3kg

  添加胰蛋白酶时,T2-酶解温度为65℃,该温度下水的热焓为272.08kJ/kg

  G=1454468.4/(27255-272.08)≈53.9kg

  每小时酶解罐总耗气量为:20.3kg+53.9kg=74.2kg

  每班酶解罐总耗气量为:74.2×8=593.6kg

  每天酶解罐总耗气量为:593.6×3=1780.8kg

  5.3.2浓缩耗汽量

  根据多效降膜蒸发器可知,每时耗汽量:0.28×6212.2=1739.4kg

  每班耗气量:1739.4×8=13915.2kg

  每日耗气量:13915.2×3=41745.6kg

  每日主要设备总耗气量为:1780.8+41745.6=43526.4kg≈43.6T

  6环境安全与人员健康

  6.1人员技术安全

  (1)根据产品的种类以及产量,分配适当的工作人员以合适的岗位,以便符合生产车间要求。[[]]

  (2)操作人员上岗之前需进行相关专业知识以及安全教育的培训,以便了解各仪器设备使用方式以及相关规章制度。操作人员还应当参加GMP基本知识等相关考核,考核通过得到相应上岗证后方可上岗。

  (3)在生产过程中,车间厂房内需保持时刻干净,防止生产时遭到污染以破坏产品质量。每日需对生产环境进行消毒。工作人员需按规定穿着消毒服装并进行消毒后方可进入生产车间。[[]]

  (4)定期进行工作人员风险意识以及对相关法律法规的培训,对工作尽责,严格按照相关规定对产品进行质量把关,加强对生产中间环节的重视,以保证能够获得质量良好的产品。[20]

  (5)需每日对设备仪器进行相关检查,防止因漏电、漏气、漏水等原因造成生产事故。

  6.2生产劳动定员

  根据从藜麦中生产可溶性膳食纤维的生产工艺,以及各个工艺阶段物料的处理量、相关设备操作要求,对各生产阶段进行人员分配。生产过程中,每班劳动人员分配见表6.1。

  表6.1生产车间每班劳动定员表

  项目人数

  去皂苷5

  干燥2

  粉碎1

  筛分2

  酶解4

  离心1

  浓缩1

  醇沉2

  烘干1

  粉碎1

  包装1

  成品入库2

  化验2

  仓库管理1

  各级管理3

  合计29

  7车间及工厂平面设计

  7.1车间布局原则[[]]-[[]]

  生产车间是生产的重要环节,既要符合相关规定,又要经济实用,还要节约空间,因此在设计车间时,要遵循以下原则:

  (1)各生产设备应按照主要生产流程设置,以便生产路线无交叉而链状排列,减少人工干预输送,以此减少管道长度,避免因输送过长而造成材料损失,防止产品产率下降,以及减少厂房面积和空间。要将车间与运输系统等结合成一个有机体,避免某步骤出现脱节现象。

  (2)车间中各生产工序要相互配合,并且人流通道及物流通道要分开,不能存在交叉、重复往返等情况,且工作人员在设备之间行走较短,以保证车间内交通运输方便畅通,此外以便事故时,人员能迅速安全疏散。

  在车间生产中,尽量采用节能设计,保证能源来源以及其稳定性,以确保生产可持续性。

  为保证车间中具备良好的劳动条件,需要考虑并充分利用车间中自然采光、通风条件以及根据需要进行适当的温度调节。对具有刺激性气味、易燃易爆等物质要注意其集中布置。

  (3)充分考虑生产过程环境卫生以及对劳动人员的保护措施。时刻注意车间厂房的干燥洁净,避免出现潮湿、腐烂、发霉等情况,同时也要注重虫鼠等防治。要确保各车间设备在生产时正常运行,各个设备要配有防潮及消防设施。

  设备不得安置在建筑物的伸缩缝或沉降缝之间;放置设备时,要注重设备与设备、设备与墙体、设备与墙柱之间间距,以确保安全。同时,要充分利用车间的生产面积,不得剩余死角。

  (4)根据GMP、HACCP等相关规定,需要对车间或者生产工艺中进行卫生等级的划分,并采取相应的分离措施,各个卫生等级中的不同物料不得接触,否则会对生产工艺造成不同程度的污染。

  7.2车间平面布置

  由于工艺要求和实际生产情况的不同,因此将车间进行不同领域的划分。

  7.2.1原料室

  藜麦籽粒易于保存,将其放置在高温室中,温度为0-10℃,根据季节变化环境温度,调节高温室是否开启。此外,设置α-淀粉酶、胰蛋白酶、食品级NaOH及食品级盐酸专门储藏仓库。由于NaOH与盐酸用途较广,因此对这二者储藏柜实行双人双锁模式,并进行相关记录。

  7.2.2生产车间

  生产车间为生产中起着至关重要的作用,是工厂中设计重点,因此其中包括多种功能的单个车间。分别为:预处理车间;酶解车间;醇沉车间;包装车间。在预处理车间中,对藜麦籽粒进行除杂、去皂苷以及干燥、粉碎筛分处理,由于在生产过程中,会产生大量的粉尘污染,因此该车间要具有良好的通风条件。在酶解车间中,对原料进行酶解反应,此外还将对料液采取离心措施,废渣将会转移并得到清理。在醇沉车间中,对离心后的可溶性膳食纤维溶液进行浓缩,并将浓缩液进行沉淀,由于乙醇是可挥发性易燃物质,因此醇沉车间务必要有良好的通风措施,以及防火防爆相关措施。在包装车间中,将生产好的成品进行包装,并直接入库,避免与其他物流接触,造成产品污染。

  7.2.3化验室

  该室主要对原料及产品进行检验分析,去除废品。该室靠近生产车间。

  7.2.4产品仓库

  该室与包装车间相连。为了保证产品质量及储存时间,仓库需要具备防潮、防虫鼠条件。

  7.2.5更衣室及消毒间

  为了避免外来污染,男女更衣室需分别设于各车间的入口,且处于不同卫生等级领域的工作人员需要从不同的通道进入车间。进入车间时需经过消毒室进行不同程度的消毒,以达到车间生产卫生相关标准。值得注意的是,人流入口与物料入口需设立在不同的方位,以防止交叉污染的情况出现。

  7.3车间防火防爆处理[[]]-[[]]

  由于在生产过程中会产生粉尘,以及在醇沉车间中会利用大量乙醇作为生产介质,因此对该车间要进行防火防爆处理。

  (1)根据《建筑设计防火规范》规定,生产车间中醇沉车间为甲类火灾危险性厂房[19]。建造醇沉车间时,应采用轻质屋盖、轻质墙体、轻质门窗等,框架结构以钢筋混凝土为主,采用该材质,若生产中发生爆炸,钢筋混凝土有利于扩大厂房的泄压面积,而轻质材料会在发生爆炸后造成较轻的破坏及损失,但是值得注意的是,泄压面积的布置不能面对人员集中及交通通道,以免发生事故时,造成各大的人员伤亡。

  (2)由于醇沉车间设于生产车间内,因此为了避免事故所造成的危害,应尽量将该车间靠外墙设置,并且窗户以特制易向外开为主,以便解决泄压面积,同时,也有利于扑灭事故所引起的火灾。

  (3)醇沉车间与相邻车间之间应采取坚固的防火墙(钢筋混凝土墙或砖墙)。为了缩小爆炸影响,应在防火墙上设置双门,并且使两门错开,以此来减小爆照所引起的冲击波的威力。该车间中均选用安装不同类型的防爆型电气装置。除此之外,还要避免因外界环境的干扰而引起的爆炸,例如雷电、静电火花等情况。该车间及其周围都应安装独立的避雷装置,防止雷击而造成事故。

  (4)因生产过程中会用到大量的乙醇,而乙醇具有挥发性,为了避免挥发的乙醇大量堆积,因此要做到及时通风处理,利用防爆轴流风机加强机械全面通风。由于乙醇蒸汽密度大于空气密度,因此要尽量设计排风口贴地,利用流风机,通风均匀,以免乙醇蒸汽在死角出聚集。

  (5)车间中要设置能够检测泄露或产生的可燃气体的相关装置,能够直接观测到爆炸混合物的浓度,以便采取迅速有效的安全措施,降低事故危害性。此外,各个车间中应该配置足够成套的消防设施及灭火系统,例如:烟雾报警器、干粉灭火剂、二氧化碳灭火器、固定式雨淋喷水灭火系统、固定式低倍数泡沫灭火系统及消防栓、消防泵等。以便出现小型火灾或事故时能够积极有效地应对,将损失控制在可控范围内。[19]

  7.4三废处理设施

  工业生成过程中,难免会产生废气、废水、废渣等污染性物质,为了保证生态可持续发展,需要对三废进行相关处理,以达到环境保护的要求。在该工艺生产设计过程中,酶解反应会使用大量的水,但经过后续工艺离心步骤时,全部滤液将进入浓缩阶段,在浓缩过程中,所耗费的水分多为冷凝水,因此相比之下,产生地污染较少,故而采用一般污水处理设施。离心过后的残渣可做回收处理,可考虑再次提取其中不溶性膳食纤维等工艺,将残渣重复利用,减少生产成本。此外,通过塔式吸收,将生产过程中产生的废气进行过滤,减少其中含有的有毒有害气体及粉尘浓度,过滤后在进行废气的排放。

  7.5工厂设计原则

  设计应该从实际出发,充分考虑工厂规模、周围环境的适宜度、厂房合理确定规模及设计成本,此外工厂设计应该严格遵循清洁生产要求,并采取多种合适的方法对成本进行节约。妥善利用全场场地面积,设计合理的运输道路、管道及绿化。[21]

  8收支概算

  为了让该设计更加的完整,全面评价该项目,因此对该工艺进行简单的收支概算,该厂的成本预估包括材料成本预估、设备仪器成本预估、水电汽成本预估。本章初步完对该车间成本预算,为全场的经济核算提供参考。

  8.1原料费用

  (1)藜麦

  根据市场平均售价,设定藜麦收购价为300元/吨,该设计目的为年处理量为5000吨藜麦膳食纤维的提取,因此藜麦总成本为:300×5000=150万元。

  (2)酶

  酶解工艺中,需添加0.5%α-淀粉酶以及0.4%胰蛋白酶以达到工艺要求。生产工艺中选用河南吉乾生物科技有限公司的α-淀粉酶,成本费用为20元/kg。选用河南今麦芒商贸有限公司提供的胰蛋白酶,成本费用为240元/kg。因此该过程中每小时总成本为:641.3×0.5%×20+641.3×0.4%×240=679.8元。

  (3)乙醇

  生产过程中会利用乙醇来推进工艺的进行,在醇沉结束后会对乙醇进行回收,其损耗率大约为10%,根据市场乙醇售价为5400元/吨,得知乙醇每小时总成本为:0.00041×5400=2.2元

  (4)水

  生产过程中每小时用水量为7695.6kg,根据相关规定,工业用水费用为1.7元/m3,因此每小时总成本为:7.6956×1.7=13.1元。

  (5)包装袋

  包装带规格为150g/bag,其费用为0.2元/个,按照需求,一小时需要48个包装袋,因此其成本费用为:0.2×48=9.6元。

  表8.1生产过程中每小时主要原辅料费用

  序号项目单价每小时使用量总价

  1α-淀粉酶20元/kg 3.2kg 64元

  2胰蛋白酶240元/kg 2.6kg 615.6元

  3 NaOH(食用级)2500元/吨4L 10元

  4 31%Hcl(食用级)520元/吨1L 0.52元

  5乙醇(食用级)5400元/吨4.1kg 2.2元

  6水1.7元/m37695.6kg 13.1元

  7包装0.2元/个48个9.6元

  8合计715元

  工艺每天原辅材料总成本为:715×24=17160.5元≈1.72万元

  工艺每年原辅材料总成本为:1.72×300+150=151.72万元

  8.2设备费用

  表8.2主要设备费用

  序号设备名称规格/型号单价(万元)台数总价(万元)

  1藜麦加工设备--0.12 2 6.8

  2 JG气流干燥机JG-50 1.1 1 1.1

  3万能粉碎机60B 3.8 1 3.8

  4 ZS-1000筛分机zs-1000 0.35 1 0.35

  5酶解罐MJ-12 13.55 4 54.2

  6 LW卧式螺旋沉降离心机LW400-1750 7.2 1 7.2

  7多效降膜蒸发器三效65 1 65

  8醇沉罐JC-1000 3.8 1 3.8

  9静置罐1000L 1.2 4 9.6

  10低温真空带式干燥ZD4-2 6 2 12

  11 WFJ-15型超微粉碎机WFJ-15 5 1 5

  12立式全自动分级包装机DBIV-8250-PV 1.58 1 1.58

  13 U型螺旋输送机DMZ-100 0.88 2 1.76

  14 G型螺杆泵G35-2 0.215 12 2.58

  15总计174.77

  8.3水电汽费用

  8.3.1车间水费估算

  根据生产工艺需求,车间中主要设备每日耗水约为351.6T,除去提取过程用水183.6T,其余工艺步骤耗水为168T,其他用水为45.3T。按照工业用水费用1.7元/m3计算可知:

  车间每日用水耗费为:(168+45.3)×1.7=362.61元

  车间每年用水耗费为:362.6×300=108780元

  8.3.2车间电费估算

  根据工艺需求车间中主要设备每日耗电约为6352.8kW,照明用电26.712kwh,按照每度0.8元计算可知:

  车间每日电量耗费为:(6352.8+26.712)×0.8=5103.6元。

  车间每年电量耗费为:5103.6×300=153.08万元。

  8.3.3车间汽费估算

  根据工艺需求每日耗汽约43.6T,按照每吨60元计算可知:

  每天蒸汽耗费为:43.6×60=2616元

  生产工艺每年蒸汽耗费为:2616×300=78.48万元。

  总计车车间每年水电汽耗费为:1.0878+153.08+78.48≈232.7万元

  8.4产品收入

  年处理量为5000吨藜麦,经过工艺提取每年可获得51840kg可溶性膳食纤维,定价为80元/500g,因此可获得收入:51840×80×2=829.44万元。

  8.5获得利润

  设备投资总额为174.77万元,其折旧时间按照十年计算,则设备的折旧费用为:174.77÷10=17.477万元。

  纯利润=收入-设备折旧费用-车间水电汽费用-设备费用-原辅材料费用=829.44-17.477-232.7-174.77-151.72≈252.773万元。