年产1 000 kg牡蛎多糖车间设计初探
王炫文++石璇++佟长青++李伟
摘要：随着牡蛎养殖产量的迅速增加，对牡蛎资源进行高值化开发利用已經成为推动牡蛎产业发展的重要手段。牡蛎多糖是牡蛎中重要的活性物质，它可以作为保健食品及药品来进行开发利用，是有价值的牡蛎深加工产品，因此有必要对牡蛎多糖进行产业化开发利用。为了实现这一目标，需要设计合理可行的生产工艺。本文以太平洋牡蛎为原料，摒弃传统醇沉提取多糖的工艺方法，而只采用热水浸提、等电点沉淀及膜分离法相结合进行牡蛎多糖的提取分离，并对牡蛎多糖生产车间设计中出现的问题提出了有效的解决方案。
关键词：牡蛎多糖；车间设计；生产工艺
牡蛎是我国的重要经济养殖贝类之一。牡蛎含有丰富的营养物质，其干品中的蛋白质约占45%～57%，脂肪约占7%～11%，总糖约占19%～38%。牡蛎中的多糖具有促进细胞的新陈代谢、改善心脏、肝脏及血液循环的功能[1]。目前，我国每年牡蛎产量已居世界首位。2012年、2013年以及2014年我国牡蛎产量分别为394.9、4218及435.2万t[2]。可以看出，我国的牡蛎养殖规模呈现逐年增长的趋势。这为牡蛎的深加工提供了坚实的物质基础。
但到目前为止，以牡蛎中重要的活性成分牡蛎多糖为主要原料的保健食品还没有出现。这一方面是由于产品的名称存在是否合乎相关法规的问题，另一方面是牡蛎多糖的生产工艺存在是否适于大规模生产的问题。贝类多糖的规模化制备的研究报道极少，也未见贝类多糖相关的产品技术标准。仅有学者在鲍鱼多糖的规模化生产上进行了尝试[3]，但没有形成真正的规模化生产，主要原因是其生产工艺复杂，同时需要大量使用乙醇。多糖醇沉技术在经济性和安全性方面限制了贝类多糖产业的发展[4]。目前贝类多糖产业化制备方面严重缺乏具有实用性的安全的关键技术。因此，选择合适的生产工艺对牡蛎多糖进行制备，是牡蛎精深加工的重要的一个方面，同时也可促进贝类精深加工的发展。本文以太平洋牡蛎为原料，摒弃传统醇沉提取多糖的工艺方法，而只采用热水浸提、等电点沉淀及膜分离法[5]相结合进行牡蛎多糖的提取分离，在这些实际实验数据及操作过程基础上，进行了1 000 kg/a的牡蛎多糖生产车间初步设计。
1工艺流程
牡蛎预处理→匀浆→热水浸提→过滤→等电点沉淀→离心→上清液超滤浓缩→喷雾干燥→牡蛎多糖粉末→包装
2工艺分析及主要设备选型
2.1原料的选择
太平洋牡蛎在大连长兴农贸市场购得。
2.2牡蛎预处理
新鲜去壳牡蛎清洗，去除内脏。
2.3匀浆
将洗净的新鲜牡蛎放入匀浆机进行匀浆。
2.4热水浸提
对牡蛎提取液制备的工艺流程进行了条件优化，在热水浸提过程的单因素实验考察了提取温度、提取时间、提取次数及料液比对牡蛎多糖提取率的影响，确定热水浸提过程的最适条件为：提取温度90 ℃，提取时间5 h，提取次数4次，料液比为1∶20。
2.5过滤
用纱布初步过滤掉不可溶性固形物。
2.6等电点沉淀
等电点沉淀蛋白质的过程，分析了不同pH值（4.5、4.7、4.9、5.1及5.3）条件下沉淀蛋白质后牡蛎液中的总糖含量及蛋白含量，以总糖含量较高蛋白含量较低为指标最终确定最适pH值为5.1。
2.7离心
离心前将溶液pH调至7.0，选择流量为15 m3/h，转速为3 500 r/min的离心机进行离心。
2.8上清液超滤浓缩
选择截留分子量10 kDa的中空纤维聚砜膜分离牡蛎多糖，膜通量较好。试验结果表明，采用超滤膜分离时料液pH 7.0、料温30 ℃、压力为0.04 MPa为膜分离优化最佳工艺条件。
2.9喷雾干燥
选择蒸发能力为5 L/h的喷雾干燥机进行喷雾干燥。
2.10牡蛎多糖粉末
对牡蛎多糖粉末进行质量检测。
2.11包装
采用真空包装，每袋100 g。
2.12主要设备配套及选型要求
3生产车间设计探讨
3.1牡蛎多糖生产车间平面布置原则
按照实际的生产工艺要求布置生产车间，车间与仓库的距离不能太远，防止原料运输不便；
牡蛎多糖生产车间布置需合理，设备排列需紧凑、美观，节省投资的同时要保证操作维修方便；
货物运输与人员通行需要有各自的线路，防止不必要的交叉污染；
牡蛎多糖生产车间布置要满足食品工厂的基本要求。
牡蛎多糖生产车间平面布置示意图如图1。
1.卧式冷柜；2.解冻机；3.斩拌机；4.夹层锅；5、7.离心机；8.超滤膜组件；9.浓缩罐；10.喷雾干燥机；11.粉末包装机；12.喷码机
技术要求：1.机器按图示流程进行放置；2.单位均为：mm图1牡蛎多糖生产车间平面布置示意图
3.2建筑问题
本项目的主要原材料为新鲜的牡蛎，为了防止牡蛎腐败变质，生产车间需选址在牡蛎资源充足的地方，这样不仅可以保证牡蛎的质量，同时会很大程度上缩减运输费用，节约成本。
牡蛎多糖生产车间的地址需要具备适宜的气温、湿度、降水量等，空气清新，车间附近不得有垃圾站、污水处理站以及大气污染等。远离铁路、机场、矿物工厂等容易产生灰尘和有害气体的地方，并远离居民区、公共生活场所，以免对居民的生活产生影响，进而引发一系列不必要的纠纷。
牡蛎多糖生产车间所在地需要有充足的燃料动力和丰富的水资源，保证生产环节有序平稳地进行。牡蛎多糖生产车间需配备中型冷库，方便原料的储存。由于牡蛎处理过程中会有大量的废弃物需要处理，所以排污设施必须齐全，保证不会对环境造成污染。而且牡蛎预处理的过程需要人工去除牡蛎内脏，所以充足的人力资源是保证生产的重要前提。
3.3物料衡算
物料衡算主要包括所需牡蛎原料、盐酸等原辅料和包装材料的计算。通过物料衡算，可以确定各种主要物料的采购运输量和仓库储备量，并对生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计算依据。因此，物料衡算在工艺设计中是一项重要的工作，通过物料衡算，选择规格合适的设备，进行车间布置，对劳动力进行合理安排，同时为经济技术分析提供可靠保障。生产牡蛎多糖的主要原料是新鲜去壳的太平洋牡蛎，辅料为胰蛋白酶，生产过程中会用到盐酸及氢氧化钠。包装材料为塑料包装袋。
3.4牡蛎多糖年产量
根据提取实验数据可知，牡蛎肉占牡蛎总重（湿重）的73%，牡蛎多糖的平均得率占牡蛎肉的0.8%，所以年产量为1 t时，年消耗牡蛎肉125 t，则年消耗牡蛎171 t，全年实际生产天数按200天计，则每天需加工牡蛎855 kg，故牡蛎多糖班产量5.0 kg，每天1班，每班工作10 h。
3.5生产原辅料
本设计物料衡算以班产量计算。年产1 000 kg牡蛎多糖，每年实际生产天数按照200 d计算，可确定日产5.0 kg，每日1班，即班产为50 kg。
每班需要牡蛎855 kg，去内脏得牡蛎肉625 kg。
辅料（试剂）消耗量：
调节pH的盐酸，30 kg牡蛎需要盐酸10 mL，则每班需要的盐酸285 mL，则每年需要盐酸为57 L。
根据牡蛎液提取正交结果及实际生产中节约用水的前提下，選择料液比为1∶10计，故每班热水浸提消耗的饮用水为：625 kg×10=6 250 kg=6.25 t
3.6牡蛎多糖包装材料
包装袋的损耗量一般为0.1%。每袋装牡蛎多糖100 g，因此每班包装袋的数量为：
N=（5 kg/100 g）×（1+0.1%）=50个包装袋
3.7水电估计
在车间设计时，合理准确的估算水、电、汽十分重要，既要满足生产的需求，也要符合卫生的要求，确保数据可靠，为经济技术分析提供依据。
3.7.1用水量估计
生产车间用水主要是热水提取、喷雾干燥、设备清洗等。
热水提取：每班的加水量为6.25 t，则每年热水提取加水量W1=1 250 t。
设备清洗：每班清洗设备用水量800 L，则每年设备清洗用水量为W2=160 t。
生活用水：生活用水主要包括洗手间用水、饮用水及清洗地坪用水，每班生活用水量约为W3=30 L，则每年生活用水量W3=6 t
4结论
本文以太平洋牡蛎为原料，采用热水浸提、等电点沉淀及膜分离法相结合进行牡蛎多糖的提取分离，进行了年产1 000 kg牡蛎多糖生产车间设计，主要内容包括车间平面设计；物料衡算；设备选型；水、电估算；组织管理与劳动定员及经济技术分析。针对牡蛎多糖的产品制定了相应的食品安全企业标准并成功进行备案。项目选址符合国家政策，周边环境良好，基础设施完善。交通便利，有利于原料的采买和产品的外销，基地建设严格依照HACCP体系和IS9001体系，全面实施QS食品质量安全市场准入机制，确保了产品的安全性。本项目建成后不仅可以为项目承担企业带来良好的经济效益，更为牡蛎多糖产业化提供了新思路。
参考文献：
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王刚.苗艳丽.牡蛎的养殖、开发和利用[J].特种经济动植物， 2002（10）： 15-16
[2] 农业部渔业渔政管理局.中国渔业统计年鉴[M].北京：中国农业出版社， 2015
[3] 赵二永.分子筛变温变压吸附技术生产无水乙醇工艺探讨[J].酿酒科技， 2013（4）： 71-73
[4] 张月红，姜波，刘长建，等.鲍鱼多糖提取工艺的研究[J].中央民族大学学报（自然科学版），2011（03）：20-23
[5] 宋伟杰，王星丽，翟亮，等.膜分离技术在食用菌多糖分离纯化中的应用研究进展[J].食用菌，2015（06）：1-5
