年产10吨功能益生菌冻干粉的工厂设计改

年产10吨功能益生菌冻干粉的工厂设计[20]。不同的菌种需要不同的保护剂以达到更大的保护效果。研究表明：嗜酸乳杆菌KLDSAD1的最佳组合是脱脂乳15%、蔗糖5%、海藻糖7.0%、抗坏血酸钠2.0%;两歧双歧杆菌TMC3115的最佳组合是脱脂乳12%、海藻糖12%、丙三醇1.2%、谷氨酸钠0.6%、L-半胱氨酸盐酸盐0.15%。3.5其他标准表3-5选用标准表Table3-5Selectioncriteria项目选用标准设备应符合国家标准GB12078-89的要求生产用水应符合食品安全国家标准GB5749-2006的要求生产过程应按照食品安全国家标准GB14881-2013来规范管理工厂设计应按照国家标准GB12693—2010来设计执行

4结果与讨论4.1工艺流程图4-1益生菌菌粉生产工艺流程图Fig.4-1Productionprocessflowchartofprobioticpowder4.2操作要点4.2.1菌种活化冰箱温度低，将嗜酸乳杆菌KLDSAD1从冰箱中，加入MRS培养基中，并放在37℃温度下，温度保持不变，对其培养8小时，得到新的生产菌株；将两歧双歧杆菌TMC3115从冰箱拿出，加入TPY培养基中，并放在37℃温度下，温度保持不变，对其培养6~8h，得到二新鲜的生产菌株。将新菌株培养物装入种子培养基中，混匀后，并放在37℃温度下，温度保持不变，培养18~24h，可获数量多、精力旺盛的种子液。4.2.2发酵培养10L发酵罐，装液量7L。将摇瓶培养后的嗜酸乳杆菌，根据2.5%接种发酵罐1中；将两歧双歧杆菌按照4%接种于发酵罐2。对控制发酵过程中发酵液pH，将保持在设定值，搅拌桨的速度为150-200r/min，温度始终维持在37℃，不通气发酵。值得一提的是，在将上述两菌投入发酵罐发酵前，需要判断菌种活力能否用于企业生产，由此可对细菌的理化指标检验，确保生产出合格高质量的产品。4.2.3离心收集菌体在益生菌菌粉生产中，关键技术是菌体细胞分离收集和真空冷冻干燥。生产菌粉的重要技术是菌体分离技术，和超滤技术相比，操作人员在离心分离操作上易于上手，使用效率高、完成时间快等优势，管式离心设备在设计上特别方便，易于清洗和操作，在操作人员对操作时，其有利于卫生的监控，难以感染细菌，适用于工业化生产。采用管式离心机进行浓缩，就能使菌体和代谢产物及菌体内的有害物质分离。查找文献可知，6000r/min、20min和8000r/min、10min离心效果最好，从经济效率方面考虑，选8000r/min、10min。4.2.4加入保护剂通过查阅资料及实验综合分析，确定了最佳的冻干保护剂配方，即;嗜酸乳杆菌KLDSAD1的最佳组合是脱脂乳15%、蔗糖5%、海藻糖7.0%、抗坏血酸钠2.0%;两歧双歧杆菌TMC3115的最佳组合是脱脂乳12%、海藻糖12%、丙三醇1.2%、谷氨酸钠0.6%、L-半胱氨酸盐酸盐0.15%。此配方成品活菌率高，产品品质稳定，可以达到预期效果。4.2.5真空冷冻干燥用8000r/min的速度，操作离心时长为10min，用无菌生理盐水洗涤，将离心得到的菌体用生理盐水洗两次，获得菌泥，依据比例，加入冻干保护剂，混匀得到菌悬液，先放入-70℃冰箱中，放置时长为12h，进而能够确形成细小冰晶，再真空冻干一整天。干燥后所得菌粉，需要检验，其颗粒无杂质，则可用在工业化生产。4.2.6菌粉混合将分别干燥后的菌粉按照所需比例通过混匀设备进行充分混合，以达到所需产品品质。4.2.7包装菌粉粉碎分装至铝塑袋中密封。

5物料衡算及生产设备5.1原辅料清单表5-1原辅料清单Table5-1listofrawandauxiliarymaterials原料价格来源嗜酸乳杆菌3000元/株市场购买两歧双歧杆菌3000元/株市场购买脱脂乳粉2万元/吨市场购买蔗糖0.54万元/吨市场购买海藻糖0.84万元/吨市场购买甘油1.2万元/吨市场购买谷氨酸钠1.1万元/吨市场购买抗坏血酸钠1.3万元/吨市场购买L-半胱氨酸盐酸盐85万元/吨市场购买5.2设备选型及说明5.2.1设备清单表5-2各设备选择型号及参数Table5-2Selectionmodelandparametersofeachequipment设备名称型号参数(mm、L)功率个数单价（万元）总费用（万元）管式离心机GQ150650KG3kW27.807.80真空冷冻干燥机BLK-FD-1010平方24kW145.6845.68方锥混合机FH-0.2160L4kW15.805.80恒温培养箱BJPX-H54540*545*565345W20.500.50真空压缩机SA-75A1125*430*1105.0kW112.8012.80摇床培养箱THZ-82A470*370220W20.500.50生产发酵罐SDL-50L50L1400W22.002.00包装机HC-800SZ390*6503.8kW14.504.50超净工作台2FD1360*690*5201500W11.981.98CIP清洗系统YPCIP-500500L3.7kW18.008.00高压灭菌器LDZX-30L30L1100W11.001.005.2.2特殊设备说明5.2.2.1管式离心机发酵液是有粘性的悬浮液，故应选用管式离心机对其进行分离。管式离心机是一种常见的离心沉淀分离设备，它的工作原理是利用不同组分密度不同，在离心力场中迅速沉淀和分层悬浮液（或乳浊液）中不同组分，以实现液体和固体或液体和液体之间的分离。这种离心机的分离效果好，可以连续运转，具有自动控制功能，操作非常安全，而且可以节省人力，占地面积小，减轻劳动强度，改善劳动条件等多个优点，同时还可以降低离心分离时的温度，大大提高了菌粉的生产品质，避免分离时高温降低菌粉的存活率，适合本生产线对设备的要求。5.2.2.2真空冷冻干燥机关于益生菌粉的生产，干燥方式现今有多种，如用气流、喷雾和冷冻等方法进行干燥，对于产品活性损失最小的就是冷冻干燥，保存程度最好，应用最广泛。经其干燥后得到的产品，在性能上是稳定的，贮存在室温下，能长时间维持生物活性。本厂所选用的真空干燥冷冻机的型号是BLK-FD-10，能保持物料原有形态，且生产的产品在复水性能上优；生产过程自动化高，操作人员易于上手，而且便于运输和安装，节省空间。5.2.2.3CIP清洗设备CIP，其是定位清洗，是不需对设备拆卸，而且能对工厂里面的全部设备进行清洗，能够彻底的完成清洁，也可以对管道完成彻底的清洁。物体表面污垢的清洗，是运用复合碱性清洗剂和复合酸性清洗剂来完成的，食品工厂清洗用的原位清洗系统，是CIP清洗设备。尤其是乳品加工的加工，其加工设备和管道在用后，其表面会出现沉积物质，如果没有彻底清洗，其产品质量会受到污染，从而难以符合国家标准。在菌粉生产中，非常容易被其他细菌污染，由此，清洗占有非常重要的地位，在生产中设备中，引入CIP清洗系统，对生产过程中残留的沉积物能彻底地清理，保证菌粉质量和品质。5.3人员配置工厂分为行政部门、财务部、营销部、原料部、生产动力部和辅助部门、后勤部共7大部门。进行人员定编时应综合考虑班次及工艺，并统筹安排，结果见表5-3表5-3厂内人员分布图Table5-3Distributionofpersonnelintheplant部门下属部门职位（负责项目）数量/人备注行政部厂长1负责工厂整体运作财务部会计1营销部销售员4质检员4原料部采购经理1生产动力部车间管理班长0由车间工人担任生产车间车间工人15每班5人，每天3班卫生清洁车间工人3每班1人，每天3班辅助部门锅炉车间工人3配电器技术工人2机修室技术工人2后勤部门卫安保2食堂食堂4合计425.4生产线技术建立要建立菌粉生产线技术，就要确保工厂生产的可行性，可根据最小的设备来评估其可行性。由此，设计方案要合理合法，采用符合实际情况的生产计划，能对质量进行控制，进而使生产效率在数值上提高，提高品控质量。并能对环境进行保护和能源进行节约。在建立生产线技术和设计车间布局时，还应考虑车间设备的选择、放置和日常维护，以及能耗、卫生管理等，提高工厂的生产效率，减轻工人负担，使利益最大化。5.4.1车间整体设计车间布局要合理，能够确保产品能连续生产，车间布局和工艺流程相符的，不能相悖。车间内应有双通道，分别是人流和物流，能避免生产浪费，也能避免环境的污染。按照HACCP等生产规范。在车间出入口处，均设置消毒间，能确保产品的质量是符合国家要求的。根据车间建设原则，生产线一般有五部分，分别是实验室、生产车间、菌种发酵车间、成品库和其他辅助部门，并且，实验室通常是与生产车间非常相近。为便于实验室产品能直接投产5.4.2车间整体布局车间场地规格30m×45m，总面积1350m2，具体车间布局见附件二。5.5公用系统公共系统，是和各部门和车间连接的辅助设施。对食品工厂，包括给排水等项目。5.5.1给排水系统本菌粉生产线用水可分为两大类：生产用水和生活用水。水质必须符合食品安全国家标准，多用自来水。在设立给排水系统时，要保证排水正常，对排水管道需要定期清理，预防堵塞；污水废水需经污水处理系统处理，其达标后，方能排放，严禁将处理的污水排放。同时有绿色理念，一水多用，促进冷却水合理循环运用，节约资源成本。5.5.2供电系统生产线的供电系统线路用380V/220V三相四线制。同时设立专门配电维修小组，定期对线路进行检修，防止线路老化，进而引发火灾；另外，为预防停电，竟而产品出现停滞，要设应急备用发电系统。5.5.3供暖系统为让车间内温度和湿度维持在同一数值，设立供暖系统，为车间及生活区供暖。同时，车间内配置检测设备，能对有害气体及烟雾进行检测，保证车间人员安全。5.6水、电等估算5.6.1用水估算配置发酵培养基用水量为39吨，总计用水量42吨；通过研究，预估每生产一批次菌粉，其生活用水量6.4吨，总计用水量87.4吨。工厂水费每吨4.45元，则生产一批次菌粉水费约389元，计划每日一批，每批次28kg，则工作360，生产10t菌粉需要水费87.4×4.45×360=140040元。5.6.2用电估算用电量主要为生产用电和生活用电。一、设备用电表5-6各设备功率Table5-6Powerofeachequipment设备名称功率个数总功率管式离心机3000W26000W真空冷冻干燥24000W124000W方锥混合机4000W14000W恒温培养箱345W2690W真空压缩机5000W15000W摇床培养箱220W2440W生产发酵罐1400W22800W包装机3800W13800W超净工作台1500W11500WCIP清洗机3700W13700W高压灭菌器1100W11100W设备用电总功率为：6+24+4+0.69+5+0.44+2.8+3.8+1.5+3.7+1.1=53.03kW二、生活用电查阅资料并综合分析可知，厂区内照明功率约为机械设备功率5%即2.5kW，其他用电每天18kW，共20.5kW。本厂区24h三班制，生产10t菌粉耗电量为73.53×24×360=635299kWh，车间所在区电价为0.5592元每kWh，共消耗电费635299.2×0.5592=3555259.3元。5.7经济技术分析5.7.1成本计算1.车间设备投资表5-7各设备所用数量及单价Table5-7Quantityandunitpriceofeachequipment设备名称单价（万元）数量总费用（万元）管式离心机7.80215.6真空冷冻干燥机45.68145.68恒温培养箱0.5021.0真空压缩机12.80112.80摇床培养箱0.5021.0生产发酵罐2.0024.00包装机4.5014.50超净工作台1.9811.98CIP清洗机8.0018.00高压灭菌器1.0011.00方锥混合器5.815.8购买设备成本101.36万元，安装费用按设备6％计算花费6.08万元，则设备总成本107.36万元。劳动力成本302.32万元，水电消耗49.5万元，厂区管理等其他成本以10万元计，原材料成本487万，生产10t菌粉总成本956.26万元。土地成本1400万元。5.7.2利润计算及投资回收期查阅相关资料及市场分析，销售1t菌粉价格为260万元，生物制剂类销售所得税17%，所以生产10t菌粉总销售额：2158万元，总利润1198.74万元投资回收期=固定资本/年利润，即（1400+107.44）/1198.74=1.25年，所以该厂在1.25年后开始盈利。5.8管理体系5.8.1GMP标准GMP标准，是强制性标准，用于制药等行业，要求企业在原料、人员、质量控制等方面遵守严格遵循国家法规，确保卫生质量。此标准还要求企业，自行制定可操作的作业规范，进而能够改善环境问题，并能对生产中存在的问题及时发现并改善。在制造中，必须确保原材料和辅助材料符合卫生标准，同时严格遵守生产规范，以避免交叉感染、微生物等污染发生。在运输和贮存成品中，须有预防措施，防止害虫侵入。车间工作人员需保持个人卫生和健康，以确保产品质量达到最终要求。5.8.2HACCP体系HACCP体系表示危害分析的关键控制点。确保食品在消费的生产等过程中的安全，通过监视和控制加工过程，减轻危害发生的概率。在菌粉的加工和贮藏过程中，会出现下列等隐患，如包装破损、贮藏温度不适等隐患，会出现杂菌污染、品质下降等问题，由此，需对菌粉生产线中的关键操作步骤研究分析，并采取相应安全控制措施，保证产品的品质稳定，质量高。5.8.3SSOP体系SSOP，卫生标准操作程序，是实施HACCP的基础和前提。执行SSOP的目的是为消除与卫生有关的危害，如生产用水等。SSOP的要求有以下几点，如保证与食品接触的表面的清洁度；由专门的洗衣房对工作制服清洗消毒；生产车间要定期进行消毒等。5.8.4检验方法冻干存活率按下式计算。冻干存活率

6结论6.1可行性分析益生菌对于维持动物肠道正常生理功能、提高免疫力、缓解维生素相关腹泻、降低血糖、控制体重、抑制炎症等有重要作用，并且有相关研究表明目前对益生菌功效的研究主要集中在嗜酸乳杆菌和双歧杆菌。国内的益生菌产品品质良莠不齐，同时缺乏规模化的益生菌粉的生产车间，菌粉大量依靠进口，大大增加了系列产品的成本。本设计旨在建立年产10吨益生菌冻干粉的工厂，补充当前菌粉工厂设计的空白。本工厂采用的生产方案及工艺流程较为合理，能够满足市场的部分需求，具有较强的发展前景。6.2综合性评价本设计建立出了年产10t的嗜酸乳杆菌与两歧双歧杆菌混合型益生菌冻干粉的工厂，通过文献与实验确定适合的生产工艺流程及车间平面布局，并绘制了CAD图纸。通过利润计算及物料衡算判断，本设计投资回报较高，在正式生产1.25年完成投资回收，收益率较高。产出的菌粉将丰富益生菌制品的市场，为我国乳制品企业及益生菌相关企业提供一种国产发酵菌粉，在一定程度上促进相关产业的持续高效发展。

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