年產(chǎn)10噸功能益生菌凍干粉的工廠設(shè)計(jì)改

年產(chǎn)10噸功能益生菌凍干粉的工廠設(shè)計(jì)[20]。不同的菌種需要不同的保護(hù)劑以達(dá)到更大的保護(hù)效果。研究表明：嗜酸乳桿菌KLDSAD1的最佳組合是脫脂乳15%、蔗糖5%、海藻糖7.0%、抗壞血酸鈉2.0%;兩歧雙歧桿菌TMC3115的最佳組合是脫脂乳12%、海藻糖12%、丙三醇1.2%、谷氨酸鈉0.6%、L-半胱氨酸鹽酸鹽0.15%。3.5其他標(biāo)準(zhǔn)表3-5選用標(biāo)準(zhǔn)表Table3-5Selectioncriteria項(xiàng)目選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB12078-89的要求生產(chǎn)用水應(yīng)符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006的要求生產(chǎn)過程應(yīng)按照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB14881-2013來規(guī)范管理工廠設(shè)計(jì)應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB12693—2010來設(shè)計(jì)執(zhí)行

4結(jié)果與討論4.1工藝流程圖4-1益生菌菌粉生產(chǎn)工藝流程圖Fig.4-1Productionprocessflowchartofprobioticpowder4.2操作要點(diǎn)4.2.1菌種活化冰箱溫度低，將嗜酸乳桿菌KLDSAD1從冰箱中，加入MRS培養(yǎng)基中，并放在37℃溫度下，溫度保持不變，對其培養(yǎng)8小時(shí)，得到新的生產(chǎn)菌株；將兩歧雙歧桿菌TMC3115從冰箱拿出，加入TPY培養(yǎng)基中，并放在37℃溫度下，溫度保持不變，對其培養(yǎng)6~8h，得到二新鮮的生產(chǎn)菌株。將新菌株培養(yǎng)物裝入種子培養(yǎng)基中，混勻后，并放在37℃溫度下，溫度保持不變，培養(yǎng)18~24h，可獲數(shù)量多、精力旺盛的種子液。4.2.2發(fā)酵培養(yǎng)10L發(fā)酵罐，裝液量7L。將搖瓶培養(yǎng)后的嗜酸乳桿菌，根據(jù)2.5%接種發(fā)酵罐1中；將兩歧雙歧桿菌按照4%接種于發(fā)酵罐2。對控制發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH，將保持在設(shè)定值，攪拌槳的速度為150-200r/min，溫度始終維持在37℃，不通氣發(fā)酵。值得一提的是，在將上述兩菌投入發(fā)酵罐發(fā)酵前，需要判斷菌種活力能否用于企業(yè)生產(chǎn)，由此可對細(xì)菌的理化指標(biāo)檢驗(yàn)，確保生產(chǎn)出合格高質(zhì)量的產(chǎn)品。4.2.3離心收集菌體在益生菌菌粉生產(chǎn)中，關(guān)鍵技術(shù)是菌體細(xì)胞分離收集和真空冷凍干燥。生產(chǎn)菌粉的重要技術(shù)是菌體分離技術(shù)，和超濾技術(shù)相比，操作人員在離心分離操作上易于上手，使用效率高、完成時(shí)間快等優(yōu)勢，管式離心設(shè)備在設(shè)計(jì)上特別方便，易于清洗和操作，在操作人員對操作時(shí)，其有利于衛(wèi)生的監(jiān)控，難以感染細(xì)菌，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。采用管式離心機(jī)進(jìn)行濃縮，就能使菌體和代謝產(chǎn)物及菌體內(nèi)的有害物質(zhì)分離。查找文獻(xiàn)可知，6000r/min、20min和8000r/min、10min離心效果最好，從經(jīng)濟(jì)效率方面考慮，選8000r/min、10min。4.2.4加入保護(hù)劑通過查閱資料及實(shí)驗(yàn)綜合分析，確定了最佳的凍干保護(hù)劑配方，即;嗜酸乳桿菌KLDSAD1的最佳組合是脫脂乳15%、蔗糖5%、海藻糖7.0%、抗壞血酸鈉2.0%;兩歧雙歧桿菌TMC3115的最佳組合是脫脂乳12%、海藻糖12%、丙三醇1.2%、谷氨酸鈉0.6%、L-半胱氨酸鹽酸鹽0.15%。此配方成品活菌率高，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，可以達(dá)到預(yù)期效果。4.2.5真空冷凍干燥用8000r/min的速度，操作離心時(shí)長為10min，用無菌生理鹽水洗滌，將離心得到的菌體用生理鹽水洗兩次，獲得菌泥，依據(jù)比例，加入凍干保護(hù)劑，混勻得到菌懸液，先放入-70℃冰箱中，放置時(shí)長為12h，進(jìn)而能夠確形成細(xì)小冰晶，再真空凍干一整天。干燥后所得菌粉，需要檢驗(yàn)，其顆粒無雜質(zhì)，則可用在工業(yè)化生產(chǎn)。4.2.6菌粉混合將分別干燥后的菌粉按照所需比例通過混勻設(shè)備進(jìn)行充分混合，以達(dá)到所需產(chǎn)品品質(zhì)。4.2.7包裝菌粉粉碎分裝至鋁塑袋中密封。

5物料衡算及生產(chǎn)設(shè)備5.1原輔料清單表5-1原輔料清單Table5-1listofrawandauxiliarymaterials原料價(jià)格來源嗜酸乳桿菌3000元/株市場購買兩歧雙歧桿菌3000元/株市場購買脫脂乳粉2萬元/噸市場購買蔗糖0.54萬元/噸市場購買海藻糖0.84萬元/噸市場購買甘油1.2萬元/噸市場購買谷氨酸鈉1.1萬元/噸市場購買抗壞血酸鈉1.3萬元/噸市場購買L-半胱氨酸鹽酸鹽85萬元/噸市場購買5.2設(shè)備選型及說明5.2.1設(shè)備清單表5-2各設(shè)備選擇型號及參數(shù)Table5-2Selectionmodelandparametersofeachequipment設(shè)備名稱型號參數(shù)(mm、L)功率個(gè)數(shù)單價(jià)（萬元）總費(fèi)用（萬元）管式離心機(jī)GQ150650KG3kW27.807.80真空冷凍干燥機(jī)BLK-FD-1010平方24kW145.6845.68方錐混合機(jī)FH-0.2160L4kW15.805.80恒溫培養(yǎng)箱BJPX-H54540*545*565345W20.500.50真空壓縮機(jī)SA-75A1125*430*1105.0kW112.8012.80搖床培養(yǎng)箱THZ-82A470*370220W20.500.50生產(chǎn)發(fā)酵罐SDL-50L50L1400W22.002.00包裝機(jī)HC-800SZ390*6503.8kW14.504.50超凈工作臺2FD1360*690*5201500W11.981.98CIP清洗系統(tǒng)YPCIP-500500L3.7kW18.008.00高壓滅菌器LDZX-30L30L1100W11.001.005.2.2特殊設(shè)備說明5.2.2.1管式離心機(jī)發(fā)酵液是有粘性的懸浮液，故應(yīng)選用管式離心機(jī)對其進(jìn)行分離。管式離心機(jī)是一種常見的離心沉淀分離設(shè)備，它的工作原理是利用不同組分密度不同，在離心力場中迅速沉淀和分層懸浮液（或乳濁液）中不同組分，以實(shí)現(xiàn)液體和固體或液體和液體之間的分離。這種離心機(jī)的分離效果好，可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有自動(dòng)控制功能，操作非常安全，而且可以節(jié)省人力，占地面積小，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以降低離心分離時(shí)的溫度，大大提高了菌粉的生產(chǎn)品質(zhì)，避免分離時(shí)高溫降低菌粉的存活率，適合本生產(chǎn)線對設(shè)備的要求。5.2.2.2真空冷凍干燥機(jī)關(guān)于益生菌粉的生產(chǎn)，干燥方式現(xiàn)今有多種，如用氣流、噴霧和冷凍等方法進(jìn)行干燥，對于產(chǎn)品活性損失最小的就是冷凍干燥，保存程度最好，應(yīng)用最廣泛。經(jīng)其干燥后得到的產(chǎn)品，在性能上是穩(wěn)定的，貯存在室溫下，能長時(shí)間維持生物活性。本廠所選用的真空干燥冷凍機(jī)的型號是BLK-FD-10，能保持物料原有形態(tài)，且生產(chǎn)的產(chǎn)品在復(fù)水性能上優(yōu)；生產(chǎn)過程自動(dòng)化高，操作人員易于上手，而且便于運(yùn)輸和安裝，節(jié)省空間。5.2.2.3CIP清洗設(shè)備CIP，其是定位清洗，是不需對設(shè)備拆卸，而且能對工廠里面的全部設(shè)備進(jìn)行清洗，能夠徹底的完成清潔，也可以對管道完成徹底的清潔。物體表面污垢的清洗，是運(yùn)用復(fù)合堿性清洗劑和復(fù)合酸性清洗劑來完成的，食品工廠清洗用的原位清洗系統(tǒng)，是CIP清洗設(shè)備。尤其是乳品加工的加工，其加工設(shè)備和管道在用后，其表面會(huì)出現(xiàn)沉積物質(zhì)，如果沒有徹底清洗，其產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)受到污染，從而難以符合國家標(biāo)準(zhǔn)。在菌粉生產(chǎn)中，非常容易被其他細(xì)菌污染，由此，清洗占有非常重要的地位，在生產(chǎn)中設(shè)備中，引入CIP清洗系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程中殘留的沉積物能徹底地清理，保證菌粉質(zhì)量和品質(zhì)。5.3人員配置工廠分為行政部門、財(cái)務(wù)部、營銷部、原料部、生產(chǎn)動(dòng)力部和輔助部門、后勤部共7大部門。進(jìn)行人員定編時(shí)應(yīng)綜合考慮班次及工藝，并統(tǒng)籌安排，結(jié)果見表5-3表5-3廠內(nèi)人員分布圖Table5-3Distributionofpersonnelintheplant部門下屬部門職位（負(fù)責(zé)項(xiàng)目）數(shù)量/人備注行政部廠長1負(fù)責(zé)工廠整體運(yùn)作財(cái)務(wù)部會(huì)計(jì)1營銷部銷售員4質(zhì)檢員4原料部采購經(jīng)理1生產(chǎn)動(dòng)力部車間管理班長0由車間工人擔(dān)任生產(chǎn)車間車間工人15每班5人，每天3班衛(wèi)生清潔車間工人3每班1人，每天3班輔助部門鍋爐車間工人3配電器技術(shù)工人2機(jī)修室技術(shù)工人2后勤部門衛(wèi)安保2食堂食堂4合計(jì)425.4生產(chǎn)線技術(shù)建立要建立菌粉生產(chǎn)線技術(shù)，就要確保工廠生產(chǎn)的可行性，可根據(jù)最小的設(shè)備來評估其可行性。由此，設(shè)計(jì)方案要合理合法，采用符合實(shí)際情況的生產(chǎn)計(jì)劃，能對質(zhì)量進(jìn)行控制，進(jìn)而使生產(chǎn)效率在數(shù)值上提高，提高品控質(zhì)量。并能對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)和能源進(jìn)行節(jié)約。在建立生產(chǎn)線技術(shù)和設(shè)計(jì)車間布局時(shí)，還應(yīng)考慮車間設(shè)備的選擇、放置和日常維護(hù)，以及能耗、衛(wèi)生管理等，提高工廠的生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，使利益最大化。5.4.1車間整體設(shè)計(jì)車間布局要合理，能夠確保產(chǎn)品能連續(xù)生產(chǎn)，車間布局和工藝流程相符的，不能相悖。車間內(nèi)應(yīng)有雙通道，分別是人流和物流，能避免生產(chǎn)浪費(fèi)，也能避免環(huán)境的污染。按照HACCP等生產(chǎn)規(guī)范。在車間出入口處，均設(shè)置消毒間，能確保產(chǎn)品的質(zhì)量是符合國家要求的。根據(jù)車間建設(shè)原則，生產(chǎn)線一般有五部分，分別是實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)車間、菌種發(fā)酵車間、成品庫和其他輔助部門，并且，實(shí)驗(yàn)室通常是與生產(chǎn)車間非常相近。為便于實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品能直接投產(chǎn)5.4.2車間整體布局車間場地規(guī)格30m×45m，總面積1350m2，具體車間布局見附件二。5.5公用系統(tǒng)公共系統(tǒng)，是和各部門和車間連接的輔助設(shè)施。對食品工廠，包括給排水等項(xiàng)目。5.5.1給排水系統(tǒng)本菌粉生產(chǎn)線用水可分為兩大類：生產(chǎn)用水和生活用水。水質(zhì)必須符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)，多用自來水。在設(shè)立給排水系統(tǒng)時(shí)，要保證排水正常，對排水管道需要定期清理，預(yù)防堵塞；污水廢水需經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理，其達(dá)標(biāo)后，方能排放，嚴(yán)禁將處理的污水排放。同時(shí)有綠色理念，一水多用，促進(jìn)冷卻水合理循環(huán)運(yùn)用，節(jié)約資源成本。5.5.2供電系統(tǒng)生產(chǎn)線的供電系統(tǒng)線路用380V/220V三相四線制。同時(shí)設(shè)立專門配電維修小組，定期對線路進(jìn)行檢修，防止線路老化，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)；另外，為預(yù)防停電，竟而產(chǎn)品出現(xiàn)停滯，要設(shè)應(yīng)急備用發(fā)電系統(tǒng)。5.5.3供暖系統(tǒng)為讓車間內(nèi)溫度和濕度維持在同一數(shù)值，設(shè)立供暖系統(tǒng)，為車間及生活區(qū)供暖。同時(shí)，車間內(nèi)配置檢測設(shè)備，能對有害氣體及煙霧進(jìn)行檢測，保證車間人員安全。5.6水、電等估算5.6.1用水估算配置發(fā)酵培養(yǎng)基用水量為39噸，總計(jì)用水量42噸；通過研究，預(yù)估每生產(chǎn)一批次菌粉，其生活用水量6.4噸，總計(jì)用水量87.4噸。工廠水費(fèi)每噸4.45元，則生產(chǎn)一批次菌粉水費(fèi)約389元，計(jì)劃每日一批，每批次28kg，則工作360，生產(chǎn)10t菌粉需要水費(fèi)87.4×4.45×360=140040元。5.6.2用電估算用電量主要為生產(chǎn)用電和生活用電。一、設(shè)備用電表5-6各設(shè)備功率Table5-6Powerofeachequipment設(shè)備名稱功率個(gè)數(shù)總功率管式離心機(jī)3000W26000W真空冷凍干燥24000W124000W方錐混合機(jī)4000W14000W恒溫培養(yǎng)箱345W2690W真空壓縮機(jī)5000W15000W搖床培養(yǎng)箱220W2440W生產(chǎn)發(fā)酵罐1400W22800W包裝機(jī)3800W13800W超凈工作臺1500W11500WCIP清洗機(jī)3700W13700W高壓滅菌器1100W11100W設(shè)備用電總功率為：6+24+4+0.69+5+0.44+2.8+3.8+1.5+3.7+1.1=53.03kW二、生活用電查閱資料并綜合分析可知，廠區(qū)內(nèi)照明功率約為機(jī)械設(shè)備功率5%即2.5kW，其他用電每天18kW，共20.5kW。本廠區(qū)24h三班制，生產(chǎn)10t菌粉耗電量為73.53×24×360=635299kWh，車間所在區(qū)電價(jià)為0.5592元每kWh，共消耗電費(fèi)635299.2×0.5592=3555259.3元。5.7經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析5.7.1成本計(jì)算1.車間設(shè)備投資表5-7各設(shè)備所用數(shù)量及單價(jià)Table5-7Quantityandunitpriceofeachequipment設(shè)備名稱單價(jià)（萬元）數(shù)量總費(fèi)用（萬元）管式離心機(jī)7.80215.6真空冷凍干燥機(jī)45.68145.68恒溫培養(yǎng)箱0.5021.0真空壓縮機(jī)12.80112.80搖床培養(yǎng)箱0.5021.0生產(chǎn)發(fā)酵罐2.0024.00包裝機(jī)4.5014.50超凈工作臺1.9811.98CIP清洗機(jī)8.0018.00高壓滅菌器1.0011.00方錐混合器5.815.8購買設(shè)備成本101.36萬元，安裝費(fèi)用按設(shè)備6％計(jì)算花費(fèi)6.08萬元，則設(shè)備總成本107.36萬元。勞動(dòng)力成本302.32萬元，水電消耗49.5萬元，廠區(qū)管理等其他成本以10萬元計(jì)，原材料成本487萬，生產(chǎn)10t菌粉總成本956.26萬元。土地成本1400萬元。5.7.2利潤計(jì)算及投資回收期查閱相關(guān)資料及市場分析，銷售1t菌粉價(jià)格為260萬元，生物制劑類銷售所得稅17%，所以生產(chǎn)10t菌粉總銷售額：2158萬元，總利潤1198.74萬元投資回收期=固定資本/年利潤，即（1400+107.44）/1198.74=1.25年，所以該廠在1.25年后開始盈利。5.8管理體系5.8.1GMP標(biāo)準(zhǔn)GMP標(biāo)準(zhǔn)，是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，用于制藥等行業(yè)，要求企業(yè)在原料、人員、質(zhì)量控制等方面遵守嚴(yán)格遵循國家法規(guī)，確保衛(wèi)生質(zhì)量。此標(biāo)準(zhǔn)還要求企業(yè)，自行制定可操作的作業(yè)規(guī)范，進(jìn)而能夠改善環(huán)境問題，并能對生產(chǎn)中存在的問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改善。在制造中，必須確保原材料和輔助材料符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)嚴(yán)格遵守生產(chǎn)規(guī)范，以避免交叉感染、微生物等污染發(fā)生。在運(yùn)輸和貯存成品中，須有預(yù)防措施，防止害蟲侵入。車間工作人員需保持個(gè)人衛(wèi)生和健康，以確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最終要求。5.8.2HACCP體系HACCP體系表示危害分析的關(guān)鍵控制點(diǎn)。確保食品在消費(fèi)的生產(chǎn)等過程中的安全，通過監(jiān)視和控制加工過程，減輕危害發(fā)生的概率。在菌粉的加工和貯藏過程中，會(huì)出現(xiàn)下列等隱患，如包裝破損、貯藏溫度不適等隱患，會(huì)出現(xiàn)雜菌污染、品質(zhì)下降等問題，由此，需對菌粉生產(chǎn)線中的關(guān)鍵操作步驟研究分析，并采取相應(yīng)安全控制措施，保證產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定，質(zhì)量高。5.8.3SSOP體系SSOP，衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)操作程序，是實(shí)施HACCP的基礎(chǔ)和前提。執(zhí)行SSOP的目的是為消除與衛(wèi)生有關(guān)的危害，如生產(chǎn)用水等。SSOP的要求有以下幾點(diǎn)，如保證與食品接觸的表面的清潔度；由專門的洗衣房對工作制服清洗消毒；生產(chǎn)車間要定期進(jìn)行消毒等。5.8.4檢驗(yàn)方法凍干存活率按下式計(jì)算。凍干存活率

6結(jié)論6.1可行性分析益生菌對于維持動(dòng)物腸道正常生理功能、提高免疫力、緩解維生素相關(guān)腹瀉、降低血糖、控制體重、抑制炎癥等有重要作用，并且有相關(guān)研究表明目前對益生菌功效的研究主要集中在嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌。國內(nèi)的益生菌產(chǎn)品品質(zhì)良莠不齊，同時(shí)缺乏規(guī)?；囊嫔鄣纳a(chǎn)車間，菌粉大量依靠進(jìn)口，大大增加了系列產(chǎn)品的成本。本設(shè)計(jì)旨在建立年產(chǎn)10噸益生菌凍干粉的工廠，補(bǔ)充當(dāng)前菌粉工廠設(shè)計(jì)的空白。本工廠采用的生產(chǎn)方案及工藝流程較為合理，能夠滿足市場的部分需求，具有較強(qiáng)的發(fā)展前景。6.2綜合性評價(jià)本設(shè)計(jì)建立出了年產(chǎn)10t的嗜酸乳桿菌與兩歧雙歧桿菌混合型益生菌凍干粉的工廠，通過文獻(xiàn)與實(shí)驗(yàn)確定適合的生產(chǎn)工藝流程及車間平面布局，并繪制了CAD圖紙。通過利潤計(jì)算及物料衡算判斷，本設(shè)計(jì)投資回報(bào)較高，在正式生產(chǎn)1.25年完成投資回收，收益率較高。產(chǎn)出的菌粉將豐富益生菌制品的市場，為我國乳制品企業(yè)及益生菌相關(guān)企業(yè)提供一種國產(chǎn)發(fā)酵菌粉，在一定程度上促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展。

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