定稿年产10万瓶营养蘑菇罐头的工厂设计.docx
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定稿年产10万瓶营养蘑菇罐头的工厂设计
年产10万瓶营养蘑菇罐头的
工厂设计
年产10万瓶营养蘑菇罐头的生产设计
摘要
蘑菇(双孢蘑菇)是高蛋白和低热量的健康食品,含有丰富的多糖、维生素、核苷酸和不饱和脂肪酸,其氨基酸种类齐全,具有一定的降血脂、抗癌等保健作用,但由于其菌盖表面没有保护的结构,与其他常见的果蔬相比,贮藏时间较短,所以罐头是目前蘑菇保鲜的主要方法之一。
本设计的营养蘑菇罐头是在传统、单一的蘑菇罐头生产工艺的基础上,添加与蘑菇功效具有协同作用的枸杞多糖、胡萝卜素等营养物质,经漂洗、分级切片、加汤、灭菌、冷却等重点工艺制成的功能性食品。
本设计在创新配方的基础上通过对工艺流程、工厂规划等的设计,完成年产10万瓶营养蘑菇罐头的目标。
通过对生产工艺的改良后进行物料衡算、生产设备选型和成本估算等,力求能降低污染、减少损耗。
关键词:
营养蘑菇罐头;枸杞多糖;胡萝卜素;工艺流程。
Annualoutputof100000bottlesofNutritionalCannedMushroomProductionFactoryDesign
Abstract
Mushroom[Agaricusbisporus(Lange)Imbach]isahealthyfoodwithhighproteinandlowcalorie.ItisrichinPolysaccharides,Vitamins,NucleotidesandUnsaturatedFattyAcids,whichisrichinallkindsofaminoacid,andithassomehealthfunctionsuchasreducingbloodlipidandanticancer.However,thelackofprotectivestructureonthesurfaceofitscap,comparedwithotherfruitsandvegetables,itsshelflifeisshorter.Atpresent,oneofthebestwaystokeepthemushroompreservate,storage,andtransportiscannedmushroom.TheNutritionalCannedMushroomcandesignedinthispaperisakindoffunctionalfood,whichisbasedonthetraditionalandsingleproductiontechnologyofcannedmushroom,addingtheWolfberrypolysaccharide,caroteneandothernutrientswhichhavesynergisticeffectwithmushroom,andmadebykeyprocessessuchasrinsing,classification,Section,addingsoup,sterilization,coolingandsoon.
Onthebasisoftheinnovativeformula,throughthedesignoftechnologicalprocessandfactoryplanning,thisdesignhasachievedthegoalofannualoutputof100000bottlesofNutritionalCannedMushroom.Aftertheimprovementofproductionprocess,materialbalance,productionequipmentselectionandcostestimationarecarriedouttoreducepollutionandloss.
Keywords:
NutritionalCannedMushroom;Wolfberrypolysaccharide;Carotene;Factorylayout.
1前言
1.1营养蘑菇罐头的概述
营养蘑菇罐头是在传统蘑菇罐头的生产工艺及基础上,添加具有降血脂功效的胡萝卜、枸杞等,经漂洗、分级切片、加汤、灭菌、冷却等重点工艺制成的功能性食品。
蘑菇称为双孢蘑菇,是种植栽培与最受消费者欢迎的一种食用菌。
蘑菇蛋白质含量高,但热量低,是天然的健康食品,享有“植物肉”、“素中之荤”等美誉。
双孢蘑菇含有蛋白质、维生素和其他矿物质等很全面的营养成分,其氨基酸种类齐全,含量高达菇体氨基酸总量的25%~45%,能降低血脂、增强人体的抗病、抗癌的作用,对于动脉硬化、肝硬化、心脏病、肥胖症等疾病也有一定的防治作用,是我国目前出口量最大、创汇量最高的食用菌产品[1]。
枸杞属茄科落叶灌木,含有丰富的维生素和氨基酸,枸杞是我国传统的名贵中药材,有“红宝石”的美称,枸杞中枸杞多糖主要生物活性成分之一[2],枸杞多糖主要能发挥药效的成分之一,能抗脂肪肝、抗肿瘤、调节免疫力、抗衰老、抗氧化、调节血脂和血糖等[3][4]。
胡萝卜属伞形科一年或二年生草本植物,其营养素在各类蔬菜中位于前列,营养价值及成分丰富,富含胡萝卜素和维生素,拥有“小人参”的美誉,是一种天然的保健食品,能预防中风、降低血糖、增强记忆力、防癌抗癌等[5]。
蘑菇与枸杞多糖具有协同作用。
枸杞多糖和蘑菇中的有维生素A、B6、C、D、E、K,泛酸,生物素和叶酸等物质协同作用,在抗辐射损伤时枸杞子能抗Y射线辐射,降低血脂和胆固醇的含量,有效预防高血压的形成。
蘑菇与枸杞的有效成分结合能够显著的抗辐射、抗肿瘤、提高免疫力、降血脂、降血糖等,能对预防心血管疾病有积极作用[6],提高胰岛细胞的抗氧化能力。
菌类与胡萝卜、枸杞多糖等荤素搭配,可以起到营养互补、膳食均衡的作用,特别是对降低血糖血脂有着重要的保健作用。
1.2营养蘑菇罐头的研究现状
1.2.1蘑菇保鲜护色方法的研究现状
蘑菇罐头的色泽,在市场中特别是出口市场中作为一个较为关键的品质标准之一,蘑菇罐头的色泽以洁白为最佳,并有香气。
双孢蘑菇在采后含水量高,所以呼吸能力强,新陈代谢也很旺盛,导致内部的养分消耗快,采摘后在室温下水分易蒸发,所以蘑菇从采摘到加工的过程需要进行保鲜和护色处理,避免蘑菇进一步氧化、风味变劣,从而失去商品价值。
蘑菇罐头需要的储存时间较长,通常采用化学保鲜的储存方法,分为亚硫酸钠溶液、氯化钠溶液、L-半胱氨酸、稀盐酸等。
亚硫酸钠溶液:
马国瑞等(1991)对蘑菇的护色用亚硫酸钠进行试验,得到的结果是亚硫酸钠溶液使经过处理的双孢蘑菇可在15-25℃下贮藏7天。
目前亚硫酸盐溶液仍然是蘑菇罐头护色剂的主要成分之一,在生产中多采用0.03%(低浓度)以下焦亚硫酸钠浸泡进行护色。
出品后的蘑菇及蘑菇罐头的残留量(以SO2计)≤0.05g/kg为合格[7]。
氯化钠溶液:
郑永华等(1994)对双孢蘑菇使用氯化钠和亚硫酸盐等护色,得到的结果是双孢蘑菇在在14-18℃下,用0.6%氯化钠处理蘑菇有显著的护色效果,并且优于Na2S2O2处理[7]。
L-半胱氨酸溶液:
石小琼等对双孢蘑菇的护色采用以L-半胱氨酸作为护色剂对蘑菇保鲜进行研究,得到的结果为用24mg、kgL-半胱氨酸+20mg/kgB9(浸泡30min)的蘑菇,在14-18℃下能贮藏10天,且期间不开伞,并保持色泽乳白,没有褐变,无异味,并且呼吸高峰推迟两天出现,峰值减少30%[7]。
稀盐酸:
曹工业、树英等(1990)对双孢蘑菇进行护色处理,采用用氯化钠、双孢蘑菇、抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液进行对蘑菇浸渍,有效抑制双孢蘑菇的变色[7]。
综上及研究表明,单一的护色剂并不是最佳的护色方法,复合护色剂能够更好的对鲜蘑菇进行护色,采用0.03%以下焦亚硫酸钠浸泡护色,预煮时添加0.03%焦亚硫酸钠溶液、0.6-1%食盐或0.1%柠檬酸,对双孢蘑菇罐头的护色效果良好[8]。
1.2.2枸杞抗氧化活性成分提取方法的研究现状
水提醇沉法:
该方法是使枸杞多糖溶解于热水,经过离心取上层清液,取出后加入乙醇进行醇沉。
李长江等采用宁夏枸杞进行水提醇沉法,得到枸杞多糖的含量为67.9%,枸杞多糖收率为0.7284%[9]。
用水提醇沉法提取枸杞多糖操作简单、耗能低、成本低,并能够使枸杞多糖的结构保持完整,但是因对多糖较长时间的加热也会使其发生褐变,从而了枸杞多糖的纯度[9]。
超声波辅助法:
刘树兴等对提取枸杞多糖采用了超声波辅助法,得到枸杞多糖的含量为5.65%,收率为9.92%,相比较上述水提醇沉法,此方法操作简单,并且收率较高[9]。
微波法:
严成等对枸杞多糖的提取采用了浸提法、超声波辅助法、微波法,分别得到枸杞多糖含量为16.90%、19.45%、22.62%。
结果得出,微波法提取的效果最佳,此方法提取速度快、耗能少等特点[9]。
酶解法:
Liu等用纤维素酶来提取枸杞多糖,多糖的收率达到6.3%[9]。
虽然酶解法提取的条件温和、得到的收率和纯度都较高,但成本高,不适合工厂生产。
1.3设计思路和方案
1.3.1本设计的目的与意义
本设计旨在传统、单一的蘑菇罐头生产工艺的基础上,添加与蘑菇功效具有协同作用的枸杞、胡萝卜,经漂洗、分级切片、加汤、灭菌、冷却等重点工艺制成的功能性食品,设计年产10万瓶营养蘑菇罐头生产线。
通过合理的生产技术、工艺流程和车间布局,最大程度地节能降耗和减少污染,完成年产10万瓶营养蘑菇罐头的目标。
营养蘑菇罐头以蘑菇、胡萝卜、枸杞为主要原料,荤素搭配、膳食均衡,三者都能起到降血糖、降血脂的辅助保健效果,不仅解决了传统蘑菇罐头中营养单一的问题,而且更加突出了蘑菇的药理作用(降血脂、提高免疫力等)是一款功能性的蘑菇罐头。
蘑菇、枸杞和胡萝卜都是人们有较高认知度的食品,面向对营养认识更高的消费群体,具有良好的市场前景和较高的社会意义。
1.3.2本设计应达到的技术要求
生产能力:
年产10万瓶营养蘑菇罐头的生产
工艺要求:
加入蘑菇、枸杞和胡萝卜为主要原料
质量要求:
按照GB7098-2015食品安全国家的《罐头食品》标准
1.3.3本设计应解决的主要问题
(1)使用蘑菇护色的最适复合护色剂的比例,解决传统蘑菇罐头中因色泽问题而无法销售、出口等。
(2)确定新增营养物枸杞和胡萝卜的工艺处理,避免破坏营养成分。
(3)根据生产目标,通过对生产工艺的优化后进行物料衡算、生产设备选型和经济估算等,力求能降低污染、减少损耗。
(4)对于小规模的产量,为确保工厂效益,需解决营销策略,做到小产能大收益。
2工艺流程设计
2.1工艺流程
本设计的营养蘑菇罐头的工艺流程为:
领料及原料验收、原料预处理、漂洗、护色、预煮、冷却、分级、切片、装罐、灌汤、密封、灭菌、冷却、检验成品。
2.2工艺流程图
图2.1营养蘑菇罐头工艺流程图
2.3工艺流程详述
2.3.1领料及原料验收
蘑菇验收:
从采摘到开始加工时间不超过两个小时,应选用采摘后两个小时内的新鲜蘑菇。
蘑菇色泽正常(呈乳白色)、无霉变、异味、畸形及病虫污染等,菇径在20-40mm,柄长不超过25mm,菌盖未开伞。
胡萝卜验收:
选取新鲜、外皮橘黄色、无霉变的胡萝卜。
枸杞验收:
选取偏暗红色、大小均匀的枸杞,表面无黑斑。
2.3.2原料预处理
验收后的蘑菇尽快投入生产。
验收后的胡萝卜清洗去皮,切成长度为1cm、宽度为1cm的胡萝卜丁。
验收后的枸杞清洗。
2.3.3漂洗、护色
蘑菇采收后用复合护色剂(0.03%焦亚硫酸钠溶液、0.5%食盐),对新鲜蘑菇进行漂洗和护色,漂洗2-3次,避免蘑菇氧化。
漂洗时应对蘑菇进行上下翻动,洗去蘑菇内的残留杂质泥沙等,漂洗2min。
2.3.4预煮、冷却
漂洗和护色后立即进行预煮,避免蘑菇进一步氧化。
漂洗有有助于蘑菇体积收缩,使其更容易装罐。
先将0.1%柠檬酸在预煮机煮沸后再放入蘑菇,水与蘑菇的比例为3:
2,预煮8-10分钟,保持98℃,每0.5小时加一次柠檬酸。
将预煮后的蘑菇投放到10℃左右的流动冷却水中,并迅速冷却至30℃以下。
冷却后的蘑菇经过检验台进行检验。
2.3.5分级和切片
上述的预煮和冷却中会导致蘑菇的损伤和菌膜破裂。
将冷却后的蘑菇连续均匀地经过分级切片机对蘑菇进行筛选和分级,切片厚度为3.5~5.0mm。
2.3.6装罐
装罐前的空罐用85℃以上热水喷洗并消毒、沥干,确保空罐内壁涂膜完整、无变质。
将切片好的蘑菇装入罐中,装罐时间在30min以内,避免蘑菇与空气长时间接触导致变质。
2.3.7灌汤
把切好的胡萝卜丁、枸杞放入夹层锅中,使用可饮用清水,加入2.5%食盐、0.2%柠檬酸(保证色泽良好)等,调整液温度在80℃以上,煮20min。
汤汁与上述过程同步进行。
加注汤液时温度需在60℃以上,所以蘑菇装罐后立即向罐内加注汤液,每罐汤汁加至距罐口1cm处。
2.3.8密封、排气
灌汤后使用真空自动卷封机进行密封处理,真空度在35cmHg以上。
密封后进入排气箱排气,排气的温度为65-70℃。
2.3.9灭菌、冷却
将蘑菇罐头横放于篮中,在灭菌锅中采用高压蒸汽灭菌,121℃,20min。
灭菌完毕后用冷却水迅速冷却,冷却水温度在10℃左右,冷却至40℃以下。
2.3.10擦罐、风干
杀菌结束后将蘑菇罐头送至擦罐机进行擦干,并对罐头表面吹干。
2.3.11检验、成品
风干后进行检验,合格的通过打检、喷码、贴标、包装、装箱、入库、成品。
3物料衡算
物料衡算能确定工厂生产所使用的实际物料用量,并关系到所产生的成本是否合理。
3.1物料衡算的条件
由于食品生产过程中损耗率的存在,物料衡算能通过成品配方得出每种原料的实际消耗量,并通过生产时段在确定班产量以每班总产量。
3.1.1产品配方设计
表3.1营养蘑菇罐头的产品配方表(2500g)
原辅料名称
用量(g)
百分比(%)
蘑菇
1500
60
枸杞
100
4
胡萝卜
250
10
焦亚硫酸钠
0.45
0.018
食盐
39
1.56
柠檬酸
4.5
0.18
水
606.05
24.242
通过参考蘑菇罐头的实验研究和配方最适比[6][10],得出2500g的营养蘑菇罐头的各种原料的配方。
3.1.2生产班次安排
近几年来,食用菌的工厂化种植已实现一年四季的供应,全年工作300天,每日一班次,余下65天为企业设备检修日、节假日等,本设计中每班8h
工厂车间的生产安排如下表所示:
表3.2生产班次安排表
产品名称
班产量/吨
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
营养蘑菇
罐头
1.12
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
全年工作日:
T=300d;
班产量公式:
q班=q/k(T)
年产量q=250t;T=300;k=0.7—0.8,取k=0.75
则q班=250/0.75(1*300)≈1.12t/班
3.2物料衡算
实际物料的班消量与各工序的收率有关,每班营养蘑菇罐头各个工序的如下:
表3.3每批营养蘑菇罐头各工序收率
收率(%)
原辅料
易拉罐
罐盖
外包
纸箱
原料预处理
99.0
漂洗、护色
99.5
预煮
95.0
分级切片
95.0
装罐
99.8
99.0
灌汤
95.0
99.8
密封
99.8
99.8
99.0
灭菌
98.8
99.8
99.8
风干
99.8
99.8
99.8
外包
99.8
99.8
99.8
99.0
装箱
99.8
99.8
99.8
99.8
99.0
3.2.1原辅料消耗
每班原辅料的总收率=灌汤×密封×灭菌×风干×外包×装箱
=0.95×0.998×0.998×0.998×0.998×0.998=0.9405
原辅料班需求量=班产量/总收率=1.12/0.9405=0.9405t
每班营养蘑菇罐头罐数理论量=每班产量/每罐营养蘑菇罐头重量
=1.12×
/2.5=448罐
1、原辅料实际耗用量:
蘑菇班需求量=每班罐数理论量×每罐蘑菇含量/原辅料总收率
=448×1500/0.9405/0.990/0.995/0.95/0.95/0.998/
=0.8037t
枸杞班需求量=每班罐数理论量×每罐枸杞含量/原辅料总收率
=448×100/0.9405/0.990/
=0.0481t
胡萝卜班需求量=每班罐数理论量×每罐胡萝卜含量/原辅料总收率
=448×250/0.9405/0.990/
=0.1203t
焦亚硫酸钠班需求量=每班罐数理论量×每罐焦亚硫酸钠含量/原辅料总收率
=448×0.45/0.9405/0.995/
=0.0002t
食盐班需求量=每班罐数理论量×每罐食盐含量/原辅料总收率
=448×39/0.9405/0.995/
=0.0187t
柠檬酸班需求量=每班罐数理论量×每罐柠檬酸含量/原辅料总收率
=448×4.5/0.9405/0.95/
=0.0023t
水班需求量=每班罐数理论量×每罐水含量/原辅料总收率
=448×606.05/0.9405/0.990/0.995/0.95/0.95/0.998/
=0.3254t
2、各原辅料实际年耗量:
通过上述计算,得出各原辅料实际年耗量:
表3.4各原辅料实际年耗量
原辅料名称
实际班需求量(t)
总班数
实际年需求量(t)
蘑菇
0.8037
300
241.1064
枸杞
0.0481
300
14.4340
胡萝卜
0.1203
300
36.0851
焦亚硫酸钠
0.0002
300
0.0646
食盐
0.0187
300
5.6010
柠檬酸
0.0023
300
0.6769
水
0.3254
300
97.6102
3.2.2包装材料消耗
1、内包装材料衡算
本设计的营养蘑菇罐头为2.5kg易拉罐装,所以需要采用2500g易拉罐,
q班=1.12t/班,1罐=2500g。
营养蘑菇罐头易拉罐理论班需耗量=1.12×
/2500=448瓶
营养蘑菇罐头易拉罐的总收率=装罐×灌汤×密封×灭菌×风干×外包×装箱
=0.990×0.998×0.998×0.998×0.998×0.998×0.998=0.9782
罐盖理论班需求量=1.12×
/2500=448个
罐盖的总收率=密封×灭菌×风干×外包×装箱
=0.990×0.998×0.998×0.998×0.998×0.998=0.9821
营养蘑菇罐头易拉罐实际班需求量=营养蘑菇的易拉罐理论班需求量/其总收率
=448/0.9782=458瓶
营养蘑菇罐头的罐盖实际班需求量=罐盖理论班需求量/其总收率
=448/0.9821=456个
2、外包装材料衡算
对营养蘑菇罐头进行二次包装,两个蘑菇罐头为一组。
(1)外包装盒
外包装盒的总收率=外包×装箱=0.998×0.998=0.996
外包装盒的理论班需耗量=营养蘑菇罐头易拉罐理论班需求量/每箱罐数
=448/2=224个
外包装盒实际班需耗量=外包装盒理论班需求量/外包装盒的总收率
=224/0.996=225个
(2)纸箱:
一个纸箱可以装两个2盒的罐头。
纸箱班理论耗量=外包装盒班理论耗量/2=225/2=112个
纸箱班实际耗量=纸箱班理论耗量/纸箱收率=112/0.998=113个
3、各包装材料实际年耗量:
通过上述计算,得出各包装材料实际年耗量:
表3.5各包装材料实际年耗量
包装名称
实际班需求量(个)
总班数
实际年需求量(个)
易拉罐
458
300
137398
罐盖
456
300
136849
外包装盒
225
300
67500
纸箱
225
300
33900
3.2.3物料衡算总图
4生产设备选型
4.1设备选型原则
生产设备根据物料衡算和工艺流程来进行选型,为了产品达到更好的质量要求以及为工厂的水、电和汽等的提供用量计算依据。
选择设备时将按照下列原则进行:
(1)设备应符合生产效率和经济效益,根据生产情况来确定食品加工设备。
(2)设备之间具有协调性,生产设备之间相互作用,确保加工生产的稳定性。
并保证生产的产品质量和产量,设备各类参数都应能满足工艺的要求;
(3)设备选择需考虑经济性和实用性,一机多用、机械化、连续化程度高,最大效益化,尽可能选用技术先进的加工设备,以免后期的运行维护和配件供应。
(4)选择的设备应经过验证使用年限和安全性能,所用设备耐腐蚀不对产品质量造成污染,保证加工人员的人身安全及加工产品的安全性。
4.2清洗设备
由于蘑菇、胡萝卜和枸杞在采摘和运输途中受到外界的环境污染,如残留的农药或者粘附的泥土等。
蘑菇和枸杞分开时间使用气泡清洗机1台,胡萝卜使用多功能毛辊清洗机1台(去皮)。
主要技术技术指标下表所示:
表4.1气泡清洗机
设备名称
气泡清洗机
产地
山东诸城市瑞泓机械有限公司
型号
QPX-3000
功率(kw)
3.2
外形尺寸(长*宽*高)(mm)
3000*1500*1400
表4.2毛辊清洗机
设备名称
气泡清洗机
产地
山东诸城市瑞泓机械有限公司
型号
MGJ-800
功率(kw)
1.5
产量(kg/h)
800
外形尺寸(长*宽*高)(mm)
1450*880*760
4.3斗式提升机
蘑菇经预煮、冷却、检验、分级的过程需要(倾斜式)的斗式提升机,共4台。
表4.3斗式提升机
设备名称
斗式提升机
产地
河北沧州衡泰重工机械有限公司生产
型号
TD250
功率(kw)
6.6
产量(t/h)
3
4.4连续预煮机
连续预煮机可对蘑菇进行预煮,能够钝化酶使蘑菇不易氧化,需要预煮机1台。
表4.4连续预煮机
设备名称
连续预煮机
产地
山东诸城市华远机械有限公司
型号
HY-6000
功率(kw)
3
外形尺寸(长*宽*高)(mm)
6000*1000*800
4.5常温水冷却机
预煮后的蘑菇需要迅速冷却,采用常温水冷却机1台。
表4.5常温水冷却机
设备名称
常温水冷却机
产地
山东省博兴县亿友诚食品机械厂
型号
-
功率(kw)
0.75
外形尺寸(长*宽*高)(mm)
4500*1300*1250
4.6滚筒式分级机
滚筒式分级机一台,用于对蘑菇
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