王帥，賀羽*，李慧，陳宏昊

(1.徐州工程學(xué)院 食品(生物)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學(xué)院江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221018)

大蒜作為一種料理食物廣受大眾的喜愛，不僅因?yàn)樗?dú)特的風(fēng)味，而且更為突出的是它的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與藥理作用，可以阻斷致癌物質(zhì)物的合成，具有延緩衰老的功能等[1,2]。大蒜具有多種氨基酸，如S-丙烯基-半胱氨酸亞砜、S-丙基-半胱氨酸亞砜等，賦予其獨(dú)特的風(fēng)味[3,4]。

市場(chǎng)上海鮮醬制作原料多樣，包括貝類、海帶、紫菜系列等，具有較好的發(fā)展前景[5]。隨著人們對(duì)食品品質(zhì)要求的不斷攀升，不同系列和風(fēng)味的調(diào)味醬也相繼在市面上銷售。不同風(fēng)味海鮮醬的研究一直是海鮮類新產(chǎn)品開發(fā)和資源利用的焦點(diǎn)，海鮮醬的需求種類也不斷提高[6,7]。蒜泥海鮮醬的研制將大蒜獨(dú)特的風(fēng)味和海鮮特有的鮮味相結(jié)合，以滿足消費(fèi)者在挑選調(diào)味醬時(shí)提供更多的口味選擇。因此，本課題將大蒜、海鮮作為主要原料再加上一些輔料進(jìn)行復(fù)配，開發(fā)一種既能滿足消費(fèi)者口味需求又能滿足營(yíng)養(yǎng)需求的便捷口味醬，也可以作為早餐食用。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)產(chǎn)品的工藝流程分別繪制工藝流程圖、車間平面布置圖和車間立剖圖，完成徐州本地年產(chǎn)1000噸蒜泥海鮮醬生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)。

1 蒜泥海鮮醬研制

1.1 材料與設(shè)備

材料：生大蒜、小黃魚干、蛤蜊干、小蝦米、紫菜、鹽、糖、味精、辣椒粉、料酒、生姜、桂皮、八角。

設(shè)備：電子溫度計(jì)(上海卓卉科技有限公司)；電子天平(梅特勒-托利多)、料理機(jī)(飛利浦)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

蒜泥海鮮醬制備的工藝參考王曉茹等的方法并稍作改進(jìn)[7]，流程如下：

注意事項(xiàng)：海鮮除雜去除小黃魚干的頭部；去皮除雜后的大蒜打碎時(shí)加入10%的水量；炒制時(shí)溫度不宜過高。

1.3 蒜泥海鮮醬單因素試驗(yàn)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果，選擇大蒜、海鮮(小黃魚干、蛤蜊干、小蝦米)、糖、鹽、溫度、時(shí)間為主要因素，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 基礎(chǔ)配料表

稱取大蒜10，30，50，70，90 g，海鮮10，20，40，60，80 g，鹽0，2，4，6，8 g，糖2，4，6，8，10 g，時(shí)間5，10，15，20，25 min，溫度80，100，120，140，160 ℃分別進(jìn)行試驗(yàn)，邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香味、口感進(jìn)行感官評(píng)價(jià)[8]。

1.4 蒜蓉海鮮醬配方正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在6個(gè)因素中選擇3個(gè)較好水平的因素，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來研究鹽、大蒜、海鮮的用量對(duì)于蒜蓉海鮮醬口感的影響，從中篩選出最優(yōu)配方。

1.5 感官評(píng)定

參照《食品感官評(píng)定》的有關(guān)方法，由8人組成評(píng)審小組對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)分，評(píng)分的指標(biāo)為蒜蓉海鮮醬的口感、色澤和香氣，香氣和色澤各為30分，口感為40分。評(píng)分指標(biāo)體系及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2[9]。

1.6 結(jié)果與分析

1.6.1 蒜蓉海鮮醬配方單因素試驗(yàn)與結(jié)果

將10，30，50，70，90 g蒜泥分別與海鮮10 g，鹽0 g，糖2 g，時(shí)間5 min，溫度80 ℃進(jìn)行組合試驗(yàn)，炒制后邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香味、口感進(jìn)行感官評(píng)定，最后取得平均分，見圖1。

圖1 大蒜對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響

由圖1可知，大蒜對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響隨著大蒜含量的增加，評(píng)分由低到高再由高到低，大蒜為50 g時(shí)，評(píng)分最高，效果最佳。

稱取海鮮10，20，40，60，80 g分別與蒜泥50 g，鹽0 g，糖2 g，時(shí)間5 min，溫度80 ℃進(jìn)行組合試驗(yàn)，炒制后邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香味、口感進(jìn)行感官評(píng)定，最后取得平均分，見圖2。

圖2 海鮮對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響

由圖2可知，海鮮對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響隨著海鮮量的增加，評(píng)分由低到高再由高到低，當(dāng)海鮮量為40 g時(shí)，評(píng)分最高，效果最佳。

稱取鹽0，2，4，6，8 g分別與海鮮40 g，蒜泥50 g，溫度80 ℃，時(shí)間5 min，糖2 g進(jìn)行組合試驗(yàn)，邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香味、口感進(jìn)行感官評(píng)定，最后取得平均分，見圖3。

圖3 鹽對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響

由圖3可知，鹽對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響隨著鹽含量的增加，評(píng)分由低到高再由高到底，當(dāng)鹽為2 g時(shí)，評(píng)分最高，效果最佳。

稱取糖2，4，6，8，10 g分別與蒜泥50 g 海鮮40 g，鹽2 g，溫度80 ℃，時(shí)間5 min進(jìn)行組合試驗(yàn)，邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香味、口感進(jìn)行感官評(píng)定，最后取得平均分，見圖4。

圖4 糖的添加量對(duì)蒜泥海鮮醬的影響

由圖4可知，糖對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響隨著糖量的增加，評(píng)分由低到高再由高到低，當(dāng)糖為4 g時(shí)，評(píng)分最高，效果最佳。

設(shè)置溫度80，100，120，140，160 ℃分別與蒜泥50 g，海鮮40 g，鹽2 g，糖4 g，時(shí)間5 min進(jìn)行組合試驗(yàn)，邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香味、口感進(jìn)行感官評(píng)定，最后取得平均分，見圖5。

圖5 溫度變化對(duì)蒜泥海鮮醬的影響

由圖5可知，溫度對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響隨著溫度的提高，評(píng)分由低到高再由高到低，當(dāng)溫度為120 ℃時(shí)，評(píng)分最高，效果最佳。

調(diào)整時(shí)間為5，10，15，20，25 min，分別與蒜泥50 g，海鮮40 g，鹽2 g，糖4 g，溫度120 ℃進(jìn)行組合試驗(yàn)，邀請(qǐng)30人分別對(duì)色澤、香氣、口感進(jìn)行感官評(píng)定，最后取得平均分，見圖6。

圖6 時(shí)間變化對(duì)蒜泥海鮮醬的影響

由圖6可知，時(shí)間對(duì)蒜蓉海鮮醬的影響隨著時(shí)間的增加，評(píng)分由低到高再由高到低，當(dāng)時(shí)間為10 min時(shí)，評(píng)分最高，效果最佳。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果分析可知，當(dāng)大蒜為50 g，海鮮為40 g，鹽為2 g，糖為4 g，溫度120 ℃，時(shí)間為10 min時(shí)，效果最佳。

1.6.2 蒜蓉海鮮醬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

蒜蓉海鮮醬的研究對(duì)產(chǎn)品的脆度具有較高的要求，結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取大蒜、海鮮、鹽3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析法[10]，見表3。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平因素表

1.6.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本試驗(yàn)所有結(jié)果均采用平均值進(jìn)行表示，小數(shù)則取整，感官評(píng)分采用30人的平均值表示。采用Excel 2016對(duì)單因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和繪圖。正交試驗(yàn)則采用Design Expert 10.0軟件進(jìn)行Box-Behnken設(shè)計(jì)，得到方差分析表，得到最優(yōu)參數(shù)的數(shù)據(jù)。

1.6.4 Box-Beknken試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇大蒜、海鮮和鹽3個(gè)對(duì)感官評(píng)分影響較大的因素，取之前單因素最優(yōu)點(diǎn)兩側(cè)的數(shù)值得到3因素3水平，通過軟件分析得到所需要的17組試驗(yàn)，分別對(duì)其打分，得到表4。

表4 產(chǎn)品響應(yīng)指標(biāo)結(jié)果

1.6.5 方差分析結(jié)果

表5 方差分析結(jié)果

由表5可知，海鮮添加量對(duì)蒜泥海鮮醬的影響最為顯著，食鹽、蒜的添加量最為顯著，根據(jù)軟件得出，當(dāng)大蒜為55.9 g，海鮮為45.8 g，鹽為2.21 g時(shí)，為最優(yōu)配方。

2 車間設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程及論證

2.1.1 產(chǎn)品方案調(diào)節(jié)表

產(chǎn)品方案調(diào)節(jié)表見表6。

表6 產(chǎn)品方案調(diào)節(jié)表

2.1.2 工藝流程

蒜蓉海鮮醬生產(chǎn)的工藝流程如下[11]：

2.1.3 工藝論證

2.1.3.1 原料精選除雜

大蒜預(yù)處理時(shí)，經(jīng)過操作平臺(tái)由工作人員挑揀質(zhì)量不符合的原材料，將質(zhì)量合格的原材料送入全自動(dòng)打蒜機(jī)。紫菜預(yù)處理時(shí)，由工作人員在水池中清洗過濾網(wǎng)濾水，送入粉碎機(jī)粉碎成漿。

2.1.3.2 蒜的處理

在精選除雜后得到的大蒜放入蒜蓉機(jī)中絞成蒜泥，在此過程中要嚴(yán)格控制水的用量，因?yàn)樗牧繒?huì)影響到蒜的味道。經(jīng)過多次重復(fù)預(yù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在水分含量為30%時(shí)效果最佳。

2.1.3.3 湯底的制作與處理

選用八角、桂皮作為湯底的主要原料，不僅含有很好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且作為一種調(diào)料能起到很好的調(diào)節(jié)作用。八角、桂皮預(yù)處理，通過清洗機(jī)清洗后，經(jīng)過操作平臺(tái)去除雜質(zhì)，最后運(yùn)送到蒸煮鍋。

2.1.3.4 海鮮的處理

小黃魚干頭部、眼睛處的白色物質(zhì)會(huì)影響到蒜蓉海鮮醬的色澤效果，而且多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)會(huì)影響到受試者的食欲，投入生產(chǎn)后，通過清洗機(jī)清洗后，經(jīng)過操作平臺(tái)去除雜質(zhì)，將質(zhì)量合格的原料送入粉碎機(jī)，打成漿。

2.1.3.5 炒制

炒制時(shí)，炒鍋溫度由低到高，緩緩增加，以免糊底。

2.1.3.6 罐裝、封蓋

通過冷卻后的產(chǎn)品罐裝封蓋，本次采用六角玻璃品罐裝產(chǎn)品，外形美觀大方，方便實(shí)用。

2.1.3.7 殺菌、冷卻

本次設(shè)計(jì)采用超高溫殺菌，殺菌率達(dá)99%。殺菌過后的產(chǎn)品經(jīng)過冷卻機(jī)冷卻。

2.1.3.8 封箱、包裝

罐裝過后的產(chǎn)品通過封箱機(jī)進(jìn)行封箱，封箱后，傳送帶送入成品倉(cāng)庫(kù)，成品倉(cāng)庫(kù)溫度調(diào)至20 ℃左右[12]。

2.2 物料衡算

2.2.1 產(chǎn)品方案和班產(chǎn)量的確定

本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)1000噸蒜蓉海鮮醬的車間設(shè)計(jì)，每年工作時(shí)間按280天計(jì)算，采用每天2班制，每班8 h，其中0.5 h為上班準(zhǔn)備時(shí)間，另外0.5 h為清洗時(shí)間，因此每班的實(shí)際工作時(shí)間為7 h，物料衡算以每班7 h為基準(zhǔn)。

根據(jù)年產(chǎn)量計(jì)算，生產(chǎn)能力為1000×1000/(280×7)=510.20 kg/h。

產(chǎn)品含水分30%，所以蒜蓉海鮮醬中干物質(zhì)量為510.20×(1-30%)=357.14 kg/h，炒制前大蒜、海鮮、鹽、糖量的比例為30∶25∶1∶1，經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每組試驗(yàn)的最終重量較各干原料多出20 g左右，所以，經(jīng)過計(jì)算可以得到大蒜含量187.9 kg/h，海鮮含量156.6 kg/h，鹽含量6.3 kg/h，糖含量6.3 kg/h，辣椒粉含量122.50 kg/h,紫菜含量10 kg/h。其中包裝損失為0.5%，大蒜損失為1%，殺菌、平臺(tái)操作損失為0.2%。

2.2.2 配方

根據(jù)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得最佳配方比例，見表7。

表7 配方表

2.2.3 物料衡算和包裝材料計(jì)算

設(shè)計(jì)每1 h處理大蒜114.3 kg；

(1)大蒜除雜脫皮去重2%后重量為：114.3×(1-2%)=112.0 kg/h。

(2)海鮮除雜去重10%后重量為：116.7×(1-10%)=105.3 kg/h。

(3)水分占產(chǎn)品的30%，重量為： 357.9×30%=107.1 kg/h。

實(shí)際產(chǎn)量為427.7 kg/h。

(1)包裝損失為10%，則包裝后的重量為384.93 kg/h。

(2)全年實(shí)際生產(chǎn)蒜蓉海鮮醬總量：384.9×7×2×280=1508.9噸。

要求成品年產(chǎn)量為1000噸，超過年產(chǎn)量500余噸。

2.3 每年原輔材料消耗表

由以上物料衡算結(jié)合產(chǎn)品配方可算出每年原輔材料消耗量，各種原輔材料消耗見表8。

表8 年原輔材料消耗表

2.4 設(shè)備選型

設(shè)備選型具體見表9[14，15]。

表9 車間設(shè)備選型表

續(xù) 表

2.5 水、電、氣估算及勞動(dòng)力計(jì)算

2.5.1 水、電、氣估算

本工廠設(shè)計(jì)中，每生產(chǎn)1噸蒜蓉海鮮醬消耗水為1噸，每日生活水等消耗水為40噸，而每生產(chǎn)1噸蒜蓉海鮮醬所要消耗的氣約為0.2噸，大概估算每1噸煤可產(chǎn)6噸蒸汽。那么水消耗量：日消耗水量為41噸，年耗水量為14965噸，生產(chǎn)日耗水量=7×0.6×1×3=12.6噸，每日總耗水量=12.6+40=52.6噸。氣消耗量：日耗氣量約為7噸，年耗氣量約為2555噸[16-18]。

2.5.2 勞動(dòng)力計(jì)算

全場(chǎng)定員一共45人，其中生產(chǎn)管理人員19人，輔助人員13人，廠區(qū)管理人員13人。

2.6 廠址選擇及總平面設(shè)計(jì)

2.6.1 廠址選擇

經(jīng)過分析后，工廠廠址擬定于江蘇省徐州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。位于徐州市銅山縣，區(qū)劃面積152.8 km2，目前已開發(fā)10 km2左右，位于徐州市的東北方向，是江蘇北部經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大的工業(yè)基地和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。距離市中心彭城廣場(chǎng)5.8 km，距離中國(guó)第二大鐵路編組站1.8 km，距離中國(guó)徐州觀音機(jī)場(chǎng)40 km，距離歐亞大陸橋東橋頭堡連云港港口1.5 h車程，104國(guó)道、310國(guó)道、京福高速公路、連霍高速公路、京杭大運(yùn)河以及規(guī)劃建設(shè)的京滬高速鐵路均從區(qū)內(nèi)穿過，3 h經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)有32個(gè)地級(jí)以上大中城市，區(qū)位交通條件十分優(yōu)越，市場(chǎng)腹地非常廣闊。目前區(qū)內(nèi)已建成偉世通、上好佳等大型企業(yè)，符合在新區(qū)建廠。

2.6.2 總平面設(shè)計(jì)

總平面設(shè)計(jì)是將全廠中具有不同使用功能的建筑物按照生產(chǎn)流程并且結(jié)合地理、風(fēng)向等條件進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，這樣更加方便生產(chǎn)管理。

設(shè)計(jì)全廠平面布置見表10。

表10 全廠平面布置表

2.6.3 生產(chǎn)車間布置

生產(chǎn)車間應(yīng)該根據(jù)工藝流程、設(shè)備選型、車間組織和相關(guān)行業(yè)規(guī)范來進(jìn)行布置；

生產(chǎn)車間工藝布置原則[19]：

(1)車間布置應(yīng)滿足生產(chǎn)需求；

(2)設(shè)備布置要按照工藝流程進(jìn)行安排，每種設(shè)備之間留有小段距離，方便維修清洗；

(3)需做好生產(chǎn)車間的采光、通風(fēng)、防蟲和疏散措施；

(4)車間布置要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范。

2.7 管路設(shè)計(jì)

2.7.1 管道設(shè)計(jì)

2.7.1.1 純水管道

純水管道主要用于產(chǎn)品用水，大部分為湯料、炒制和清洗加水這3道工序，流量最大時(shí)為10 m3/h，水流速度為2 m/s。純水的總?cè)胨軓綖镈N80，湯料蒸煮的管道管徑為DN50，炒制的管道管徑為DN20。純水管道選用不銹鋼材質(zhì)。

2.7.1.2 自來水管道

自來水管道主要連接車間和設(shè)備的清洗和生活用水。流量約為50 m3/h，水流速度為1.5 m/s。那么自來水的總?cè)胨軓綖镈N100；

總管道的管徑為DN100，車間管道的管徑為DN80，食堂管道的管徑為DN20，洗手盆、廁所管道的管徑為DN40；自來水管管道選用不銹鋼材質(zhì)。

2.7.1.3 蒸汽管道

蒸汽主要用于消毒室和研發(fā)中心，流量大約為0.2 m3/h，蒸汽管道管徑為DN20。

2.7.1.4 生產(chǎn)排水及車間污水排放管道

生產(chǎn)排水及車間污水管道管徑為DN200；選用PE管。

2.7.2 管道安裝

按照工藝需求和管道輸送的介質(zhì)，選擇合適的管道。為了方便清洗和管道安裝，管道應(yīng)該不能懸空，同時(shí)需要選擇合適的管道連接方式。

2.8 環(huán)境與衛(wèi)生工程

嚴(yán)格按照食品行業(yè)通用規(guī)范建立環(huán)境衛(wèi)生管理制度，防止對(duì)食品質(zhì)量的影響。

2.9 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

總投資回收期指項(xiàng)目工程投產(chǎn)后，用達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量的第一個(gè)整年所獲得的利潤(rùn)來計(jì)算收回該工程全部投資金額所需要的年數(shù)。

靜態(tài)回收投資期：T=K/P。

K=項(xiàng)目總投資額；P=年利潤(rùn)額；T=總投資回收期。

所以，T=總投資額/年利潤(rùn)額=4332.1/2234.2=1.9年。

3 結(jié)論

本課題將大蒜和不同品種的海鮮進(jìn)行搭配，以多種香辛料和調(diào)味品為輔料，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，選擇最優(yōu)配方。結(jié)果表明：當(dāng)大蒜、海鮮、鹽和糖的配比為30∶25∶1∶1時(shí)，在120 ℃，炒制10 min左右，感官評(píng)分最高。

根據(jù)配方設(shè)計(jì)的1000噸蒜蓉海鮮醬工廠，實(shí)際年產(chǎn)量為1508.9噸，項(xiàng)目工程投產(chǎn)后，用達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量的第一個(gè)整年所獲得的利潤(rùn)，來計(jì)算收回該工程項(xiàng)目全部投資資金所需要的年數(shù)為1.9年。