李次力，程健博

1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江省普通高等學(xué)校食品科學(xué)與工程重點實驗室（哈爾濱 150076）；2. 黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司（齊齊哈爾 161005）

目前，傳統(tǒng)的雞蛋加工工業(yè)已經(jīng)不能滿足雞蛋深加工的需要，雞蛋生產(chǎn)旺季常出現(xiàn)銷售不旺、價格持續(xù)低迷的情況，這嚴(yán)重影響?zhàn)B雞業(yè)的發(fā)展[1]。通過對雞蛋蛋白質(zhì)水解工藝的研究，開發(fā)雞蛋蛋白質(zhì)水解多肽系列營養(yǎng)食品，是雞蛋進行深加工、增加雞蛋附加值的有效途徑之一[2]。我國人口眾多，食品銷量巨大，且隨著人民生活水平的提高，消費者對功能營養(yǎng)食品的需求越來越高[3]。隨著基因工程、細(xì)胞工程、酶工程等生物技術(shù)的飛速發(fā)展，功能食品研究水平得到極大的提高和加強[4]。而功能因子即生物活性物質(zhì)己成為研究的重要熱點，己確定的功能性食品基料中活性肽類己成為當(dāng)今世界最具有活力的功能食品研究和加工的新領(lǐng)域[5]。因此滿足這一需求的雞蛋蛋白質(zhì)水解多肽系列營養(yǎng)食品具有廣大的潛在市場，可迅速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

1 工藝流程論證

1.1 工藝流程設(shè)計

雞蛋蛋白多肽生產(chǎn)工藝流程：雞蛋→清洗→表層烘干→打蛋→高溫變性→調(diào)pH→保溫→酶解→滅酶→濃縮→噴霧干燥→X光機→磁選機→包裝→雞蛋肽粉。

1.2 工藝流程要點

1) 雞蛋清選：按原料驗收標(biāo)準(zhǔn)和檢驗規(guī)程，將收購的鮮雞蛋原料進行檢驗，送入全自動洗蛋機，蛋體表面烘干。

2) 打蛋：將潔蛋依次送入打蛋機，料液比按1∶4（g/mL）注水，在高剪切力的作用下呈均勻漿狀。

3) 高溫變性：于80 ℃加熱變性，經(jīng)膠體磨均質(zhì)備用。

4) 調(diào)節(jié)pH：用濃度為1 mol/L的食品級氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)酸堿度至所需pH。

5) 保溫酶解：根據(jù)選用的酶活力，準(zhǔn)確量取物料底物及堿性內(nèi)切蛋白酶加入到水解反應(yīng)罐中，并按40 r/min緩慢攪拌，在水解過程中及時加入標(biāo)準(zhǔn)食品級氫氧化鈉溶液以維持水解所需pH，在65 ℃水解60～80 min后，停止攪拌，膠體磨混合[6]。

6) 滅酶：停止攪拌后迅速加熱至85 ℃，保持5～8 min，使酶鈍化，得到雞蛋蛋白肽水解液[7]。

7) 濃縮：調(diào)整酶解液pH至7，固形物含量濃縮至50%，加熱至50～60 ℃?zhèn)溆谩?/p>

8) 噴霧干燥：將物料泵入噴霧干燥塔，進風(fēng)溫度120 ℃，出風(fēng)溫度70 ℃[8-9]。

9) X光機除雜：選擇塑料、木頭、玻璃、硅膠作為檢測塊。

10) 磁選機除雜：磁選精度2 mm[10]。

11) 包裝：噴霧干燥粉冷卻后，送入粉體包裝機包裝。

12) 產(chǎn)成品：原料粉12.5 kg/袋，每2袋包入瓦楞紙箱內(nèi)，即為終產(chǎn)成品。

2 工藝計算

工藝計算主要是應(yīng)用能量守恒定律來探究生產(chǎn)過程的物料衡算和熱量衡算問題。物料衡算和能量衡算是進行雞蛋肽工藝設(shè)計、過程經(jīng)濟評價、節(jié)能分析以及過程優(yōu)化的基礎(chǔ)。此外，還要對產(chǎn)品方案、班產(chǎn)量、生產(chǎn)人員、設(shè)備選型、生產(chǎn)用水、用汽量等做出計算。

2.1 原輔料衡算

生產(chǎn)周期為一年，旺季一天班次為3班，中季班次為2班，淡季班次為1班。因全年只有300 d的實際生產(chǎn)日，其中旺季3個月、淡季3個月、中季4個月。

若生產(chǎn)1 t雞蛋蛋白肽，則需要0.8%堿性內(nèi)切蛋白酶、0.8%復(fù)合風(fēng)味蛋白酶、0.6%枯草芽孢桿菌AS1398蛋白酶、0.6%木瓜蛋白酶，但在加工工程中會有一定的損失，其中原料檢驗篩選損失約3%，破殼打蛋工藝損失約15%，保溫酶解過程損失約3.5%，鈍化滅酶過程損失約1%，噴霧干燥過程損失約4.6%，X光機除雜損失約2%，磁選機除雜損失約2%，包裝過程中損失1%。原輔料衡算結(jié)果詳見表1。

表1 原輔料衡算表

2.2 包裝物衡算

雞蛋蛋白多肽年產(chǎn)量900 t成品，其中：12.5 kg規(guī)格真空包裝400 t；25 kg規(guī)格真空包裝500 t；瓦楞紙箱3.6萬個。包裝用量規(guī)格見表2。

表2 包裝物衡算表

2.3 最大蒸汽耗量衡算

項目總熱量可按式（1）進行計算[11]。

式中：∑Q入為輸入的熱量總和，kJ/h；∑Q出為輸出的熱量總和，kJ/h；∑Q損為損失的熱量總和，kJ/h。

總耗熱量計算公式見（2）。

式中：Q1為酶解及滅酶過程耗熱量，kg/h；Q2為噴霧干燥過程耗熱量，kg/h；Q3為濃縮過程過程耗熱量，kg/h。

使用表壓為0.3MPa的飽和蒸汽提供熱量，查飽和水蒸氣表得，I=2725.3 kJ/kg，蒸汽的熱效率η=95%，i為相應(yīng)的冷凝水焓（561.47 kJ/kg），則最高單位時間耗能Qmax=2.26×106/（3×0.95）=7.93×105kJ，每小時最大耗汽量見式（3）[11]。

式中：M為總耗汽量，kg/h；∑m為其他耗汽量，kg/h。

每小時最大蒸汽耗量衡算結(jié)果詳見表3。

表3 最大蒸汽耗量衡算表

2.4 用水量衡算

項目生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)用水主要包括潔蛋清洗、CIP清洗、加工用工藝水。據(jù)測算，包括生活用水在內(nèi)，小時平均用水量為9.49 m3，日最大用水量為227.72 m3。冷卻循環(huán)水池為一次性注入100 m3水后循環(huán)使用，按每天4 m3計算補給水，每小時最大用水量詳見表4。

表4 最大用水量衡算表

2.5 用電量衡算

生產(chǎn)用電主要包括各機械設(shè)備在生產(chǎn)時產(chǎn)生的電力消耗。酶解罐、噴霧干燥機、電加熱攪拌罐等生產(chǎn)設(shè)備合計最大用電量為49.05 kW/h。

照明用電主要包括各車間及辦公樓、倉庫及廠區(qū)街道，合計最大用電量為14.7 kW/h。

3 設(shè)備選型

3.1 電加熱攪拌罐

3.1.1 罐體體積的計算

每小時攪拌雞蛋液1.67 t，按1∶4（g/mL）的料液比加水混合并置于攪拌罐中，為保證原料同時進入攪拌罐、提高生產(chǎn)效率，罐體全容積不小于10 m3，如式（4）所示[11]。

式中：φ為貯罐填充系數(shù)，取75%；V實為實際物料量，m3；V罐為蒸煮罐的體積，m3。

將數(shù)值代入式（4）中，V罐=13.3 m3。

3.1.2 攪拌軸功率的計算

通風(fēng)攪拌罐，攪拌軸功率的計算由修正的邁凱爾公式求得率，并由此選擇電機。雞蛋混合液可視為牛頓流體。

1) 計算Rem，如式（5）所示[11]。

式中：D為攪拌軸直徑，取1.6 m；N為攪拌軸轉(zhuǎn)速，取95/60=1.58 r/s；ρ為料液密度，取980 kg/m3；μ為料液黏度，取1.9×10-3N·s/m2。

2) 攪拌軸功率P0按式（6）計算[11]。

式中：Np為在湍流攪拌狀態(tài)時的常數(shù)，其常數(shù)值為4.7；N為攪拌轉(zhuǎn)速，取95 r/min=1.58 r/s；D為攪拌器直徑，取1.6 m；ρ為料液密度，取980 kg/m3。

將數(shù)值代入式（6），P0′=4.7×1.583×1.65×980=196.5×103W=196.5 kW，兩檔攪拌P0=2P0′=393 kW。

3) 求電機功率P電，按式（7）計算。

式中：三角帶傳動η1=0.92，滾動軸承η2=0.99，滑動軸承η3=0.98；端面密封增加的功率為1%，將數(shù)值代入式（7），得。

3.2 清洗設(shè)備

CIP就地清洗設(shè)備主要對項目中的酶解罐、液體儲罐、三效降膜蒸發(fā)器及相關(guān)管路進行清洗，系統(tǒng)包括堿罐、酸罐、清水罐、泵、自控系統(tǒng)等。詳細(xì)計算見式（8）。

式中：V堿為堿罐體積，m3；V酸為酸罐體積，m3；V清為清水罐體積，m3；Vn為實際需要清洗量，m3；Gn為管道凈流量體積（Gn=0.16Vn），m3；η為體積系數(shù)，取0.02。

Vn為酶解罐、液體儲罐、三效降膜蒸發(fā)器體積的總和，取142.5 m3，Gn=22.8 m3，將數(shù)值代入式（8），V堿=V酸=2V清=（142.5+22.8）×0.02=3.306 m3。

備選設(shè)備參數(shù)：堿罐、酸罐2×3 m3，清水罐1×1.5 m3，離心泵流量10 t/h，離心泵最大揚程39 m，電機功率2.2 kW/2 860 r/min。

3.3 設(shè)備清單

年產(chǎn)900 t雞蛋蛋白多肽項目主要生產(chǎn)加工設(shè)備見表5[13]。

表5 主要設(shè)備一覽表

4 工程設(shè)計

4.1 土建工程設(shè)計

為滿足工藝流程，雞蛋肽生產(chǎn)及輔助設(shè)施的設(shè)置結(jié)合總平面布置，盡量做到適用、安全、美觀、經(jīng)濟節(jié)約。整個廠區(qū)的生產(chǎn)車間及輔助設(shè)施布置分區(qū)明確，生產(chǎn)工藝流程合理，廠區(qū)道路相連形成環(huán)路，符合《工業(yè)企業(yè)總平面布置設(shè)計規(guī)范》《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的要求[12]。廠區(qū)總占地面積37 500 m2，其中包括道路及綠化22 406 m2，建筑面積15 094 m2，各類建筑10棟，建筑面積16 894 m2，土建工程建設(shè)內(nèi)容詳見表6。

表6 土建工程一覽表

4.2 環(huán)保工程設(shè)計

該項目先將污水進行預(yù)處理（預(yù)處理設(shè)施由格柵、隔油池、水解酸化池、中和池、調(diào)節(jié)池、氣浮池組成），主要目的是用物理方法除去水中的油脂[14]。

廢氣污染源主要包括濃縮和干燥產(chǎn)生二次蒸汽和濕空氣廢氣，二次蒸汽進行熱回收后送入循環(huán)系統(tǒng)和濕空氣除塵，由生產(chǎn)廠房的汽樓排放至大氣中[15]。

在雞蛋多肽生產(chǎn)過程中，副產(chǎn)物大部分被利用，每年有300 t蛋殼殘渣賣給廠家用做鈣片生產(chǎn)，煤渣則采用外埋的方式處理。

5 結(jié)論

該研究的目的在于優(yōu)化雞蛋多肽加工工藝，為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)，結(jié)合雞蛋蛋白多肽的工藝流程，對模擬商業(yè)化生產(chǎn)過程進行詳細(xì)的設(shè)備設(shè)施及能源計算。結(jié)果顯示：該項目年產(chǎn)雞蛋蛋白多肽900 t，生產(chǎn)周期為一年，旺季一天班次為3班，中季班次為2班，淡季班次為1班。全年實際生產(chǎn)日300 d，其中旺季3個月、淡季3個月、中季4個月。班產(chǎn)雞蛋蛋白多肽1.67 t。最大蒸汽耗量為2780 kg/h，最大耗水量為8.53 m3/h，最大耗電量為63.75 kW/h。項目共需要各類設(shè)備19臺（套），廠區(qū)總占地面積37500 m2，其中包含道路及綠化22406 m2，廠區(qū)建筑面積15094 m2。各類建筑10棟，各類建筑面積16894 m2。