蒜泥海鮮醬的研制及生產車間設計

王帥，賀羽*，李慧，陳宏昊

(1.徐州工程學院 食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學院江蘇省食品資源開發(fā)與質量安全重點建設實驗室，江蘇 徐州 221018)

大蒜作為一種料理食物廣受大眾的喜愛，不僅因為它獨特的風味，而且更為突出的是它的營養(yǎng)價值與藥理作用，可以阻斷致癌物質物的合成，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，賦予其獨特的風味[3,4]。

市場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]。隨著人們對食品品質要求的不斷攀升，不同系列和風味的調味醬也相繼在市面上銷售。不同風味海鮮醬的研究一直是海鮮類新產品開發(fā)和資源利用的焦點，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特的風味和海鮮特有的鮮味相結合，以滿足消費者在挑選調味醬時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行復配，開發(fā)一種既能滿足消費者口味需求又能滿足營養(yǎng)需求的便捷口味醬，也可以作為早餐食用。在此基礎上，針對產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1000噸蒜泥海鮮醬生產車間的設計。

1 蒜泥海鮮醬研制

1.1 材料與設備

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。

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

1.2 實驗方法

蒜泥海鮮醬制備的工藝參考王曉茹等的方法并稍作改進[7]，流程如下：

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

1.3 蒜泥海鮮醬單因素試驗

根據(jù)預試驗的結果，選擇大蒜、海鮮(小黃魚干、蛤蜊干、小蝦米)、糖、鹽、溫度、時間為主要因素，基礎數(shù)據(jù)見表1。

表1 基礎配料表

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，時間5，10，15，20，25 min，溫度80，100，120，140，160 ℃分別進行試驗，邀請30人分別對色澤、香味、口感進行感官評價[8]。

1.4 蒜蓉海鮮醬配方正交試驗

在單因素試驗的基礎上，在6個因素中選擇3個較好水平的因素，采用正交試驗設計來研究鹽、大蒜、海鮮的用量對于蒜蓉海鮮醬口感的影響，從中篩選出最優(yōu)配方。

1.5 感官評定

參照《食品感官評定》的有關方法，由8人組成評審小組對產品進行綜合評分，評分的指標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。評分指標體系及評分標準見表2[9]。

1.6 結果與分析

1.6.1 蒜蓉海鮮醬配方單因素試驗與結果

將10，30，50，70，90 g蒜泥分別與海鮮10 g，鹽0 g，糖2 g，時間5 min，溫度80 ℃進行組合試驗，炒制后邀請30人分別對色澤、香味、口感進行感官評定，最后取得平均分，見圖1。

圖1 大蒜對蒜蓉海鮮醬的影響

由圖1可知，大蒜對蒜蓉海鮮醬的影響隨著大蒜含量的增加，評分由低到高再由高到低，大蒜為50 g時，評分最高，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，時間5 min，溫度80 ℃進行組合試驗，炒制后邀請30人分別對色澤、香味、口感進行感官評定，最后取得平均分，見圖2。

圖2 海鮮對蒜蓉海鮮醬的影響

由圖2可知，海鮮對蒜蓉海鮮醬的影響隨著海鮮量的增加，評分由低到高再由高到低，當海鮮量為40 g時，評分最高，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 ℃，時間5 min，糖2 g進行組合試驗，邀請30人分別對色澤、香味、口感進行感官評定，最后取得平均分，見圖3。

圖3 鹽對蒜蓉海鮮醬的影響

由圖3可知，鹽對蒜蓉海鮮醬的影響隨著鹽含量的增加，評分由低到高再由高到底，當鹽為2 g時，評分最高，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 ℃，時間5 min進行組合試驗，邀請30人分別對色澤、香味、口感進行感官評定，最后取得平均分，見圖4。

圖4 糖的添加量對蒜泥海鮮醬的影響

由圖4可知，糖對蒜蓉海鮮醬的影響隨著糖量的增加，評分由低到高再由高到低，當糖為4 g時，評分最高，效果最佳。

設置溫度80，100，120，140，160 ℃分別與蒜泥50 g，海鮮40 g，鹽2 g，糖4 g，時間5 min進行組合試驗，邀請30人分別對色澤、香味、口感進行感官評定，最后取得平均分，見圖5。

圖5 溫度變化對蒜泥海鮮醬的影響

由圖5可知，溫度對蒜蓉海鮮醬的影響隨著溫度的提高，評分由低到高再由高到低，當溫度為120 ℃時，評分最高，效果最佳。

調整時間為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 ℃進行組合試驗，邀請30人分別對色澤、香氣、口感進行感官評定，最后取得平均分，見圖6。

圖6 時間變化對蒜泥海鮮醬的影響

由圖6可知，時間對蒜蓉海鮮醬的影響隨著時間的增加，評分由低到高再由高到低，當時間為10 min時，評分最高，效果最佳。

根據(jù)單因素試驗結果分析可知，當大蒜為50 g，海鮮為40 g，鹽為2 g，糖為4 g，溫度120 ℃，時間為10 min時，效果最佳。

1.6.2 蒜蓉海鮮醬正交試驗設計

蒜蓉海鮮醬的研究對產品的脆度具有較高的要求，結合單因素試驗結果，選取大蒜、海鮮、鹽3個因素進行正交試驗設計，采用Box-Behnken試驗設計分析法[10]，見表3。

表3 正交試驗設計水平因素表

1.6.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本試驗所有結果均采用平均值進行表示，小數(shù)則取整，感官評分采用30人的平均值表示。采用Excel 2016對單因素數(shù)據(jù)進行分析和繪圖。正交試驗則采用Design Expert 10.0軟件進行Box-Behnken設計，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試驗設計

根據(jù)單因素試驗結果，選擇大蒜、海鮮和鹽3個對感官評分影響較大的因素，取之前單因素最優(yōu)點兩側的數(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，分別對其打分，得到表4。

表4 產品響應指標結果

1.6.5 方差分析結果

表5 方差分析結果

由表5可知，海鮮添加量對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，當大蒜為55.9 g，海鮮為45.8 g，鹽為2.21 g時，為最優(yōu)配方。

2 車間設計

2.1 工藝流程及論證

2.1.1 產品方案調節(jié)表

產品方案調節(jié)表見表6。

表6 產品方案調節(jié)表

2.1.2 工藝流程

蒜蓉海鮮醬生產的工藝流程如下[11]：

2.1.3 工藝論證

2.1.3.1 原料精選除雜

大蒜預處理時，經過操作平臺由工作人員挑揀質量不符合的原材料，將質量合格的原材料送入全自動打蒜機。紫菜預處理時，由工作人員在水池中清洗過濾網濾水，送入粉碎機粉碎成漿。

2.1.3.2 蒜的處理

在精選除雜后得到的大蒜放入蒜蓉機中絞成蒜泥，在此過程中要嚴格控制水的用量，因為水的量會影響到蒜的味道。經過多次重復預試驗，發(fā)現(xiàn)在水分含量為30%時效果最佳。

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，不僅含有很好的營養(yǎng)價值，而且作為一種調料能起到很好的調節(jié)作用。八角、桂皮預處理，通過清洗機清洗后，經過操作平臺去除雜質，最后運送到蒸煮鍋。

2.1.3.4 海鮮的處理

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

2.1.3.5 炒制

炒制時，炒鍋溫度由低到高，緩緩增加，以免糊底。

2.1.3.6 罐裝、封蓋

通過冷卻后的產品罐裝封蓋，本次采用六角玻璃品罐裝產品，外形美觀大方，方便實用。

2.1.3.7 殺菌、冷卻

本次設計采用超高溫殺菌，殺菌率達99%。殺菌過后的產品經過冷卻機冷卻。

2.1.3.8 封箱、包裝

罐裝過后的產品通過封箱機進行封箱，封箱后，傳送帶送入成品倉庫，成品倉庫溫度調至20 ℃左右[12]。

2.2 物料衡算

2.2.1 產品方案和班產量的確定

本設計為年產1000噸蒜蓉海鮮醬的車間設計，每年工作時間按280天計算，采用每天2班制，每班8 h，其中0.5 h為上班準備時間，另外0.5 h為清洗時間，因此每班的實際工作時間為7 h，物料衡算以每班7 h為基準。

根據(jù)年產量計算，生產能力為1000×1000/(280×7)=510.20 kg/h。

產品含水分30%，所以蒜蓉海鮮醬中干物質量為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，經過多次試驗發(fā)現(xiàn)每組試驗的最終重量較各干原料多出20 g左右，所以，經過計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、平臺操作損失為0.2%。

2.2.2 配方

根據(jù)正交試驗數(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算

設計每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)水分占產品的30%，重量為： 357.9×30%=107.1 kg/h。

實際產量為427.7 kg/h。

(1)包裝損失為10%，則包裝后的重量為384.93 kg/h。

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

要求成品年產量為1000噸，超過年產量500余噸。

2.3 每年原輔材料消耗表

由以上物料衡算結合產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 設備選型

設備選型具體見表9[14，15]。

表9 車間設備選型表

續(xù) 表

2.5 水、電、氣估算及勞動力計算

2.5.1 水、電、氣估算

本工廠設計中，每生產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 勞動力計算

全場定員一共45人，其中生產管理人員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計

2.6.1 廠址選擇

經過分析后，工廠廠址擬定于江蘇省徐州市經濟開發(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，是江蘇北部經濟規(guī)模最大的工業(yè)基地和高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)。距離市中心彭城廣場5.8 km，距離中國第二大鐵路編組站1.8 km，距離中國徐州觀音機場40 km，距離歐亞大陸橋東橋頭堡連云港港口1.5 h車程，104國道、310國道、京福高速公路、連霍高速公路、京杭大運河以及規(guī)劃建設的京滬高速鐵路均從區(qū)內穿過，3 h經濟圈內有32個地級以上大中城市，區(qū)位交通條件十分優(yōu)越，市場腹地非常廣闊。目前區(qū)內已建成偉世通、上好佳等大型企業(yè)，符合在新區(qū)建廠。

2.6.2 總平面設計

總平面設計是將全廠中具有不同使用功能的建筑物按照生產流程并且結合地理、風向等條件進行布置設計，這樣更加方便生產管理。

設計全廠平面布置見表10。

表10 全廠平面布置表

2.6.3 生產車間布置

生產車間應該根據(jù)工藝流程、設備選型、車間組織和相關行業(yè)規(guī)范來進行布置；

生產車間工藝布置原則[19]：

(1)車間布置應滿足生產需求；

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

(3)需做好生產車間的采光、通風、防蟲和疏散措施；

(4)車間布置要嚴格執(zhí)行相關規(guī)范。

2.7 管路設計

2.7.1 管道設計

2.7.1.1 純水管道

純水管道主要用于產品用水，大部分為湯料、炒制和清洗加水這3道工序，流量最大時為10 m3/h，水流速度為2 m/s。純水的總入水管徑為DN80，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。

2.7.1.2 自來水管道

自來水管道主要連接車間和設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。那么自來水的總入水管徑為DN100；

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。

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 生產排水及車間污水排放管道

生產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，選擇合適的管道。為了方便清洗和管道安裝，管道應該不能懸空，同時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，防止對食品質量的影響。

2.9 經濟性評價

總投資回收期指項目工程投產后，用達到設計產量的第一個整年所獲得的利潤來計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=項目總投資額；P=年利潤額；T=總投資回收期。

所以，T=總投資額/年利潤額=4332.1/2234.2=1.9年。

3 結論

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

根據(jù)配方設計的1000噸蒜蓉海鮮醬工廠，實際年產量為1508.9噸，項目工程投產后，用達到設計產量的第一個整年所獲得的利潤，來計算收回該工程項目全部投資資金所需要的年數(shù)為1.9年。