吳永祥，劉剛，江堯，董心雨，王茵，魯彥，朱如璟，孫漢巨

(1.黃山學院 生命與環(huán)境科學學院，安徽 黃山 245041；2.黃山市胡興堂桃花流水食品有限公司，安徽 黃山 245031；3.合肥工業(yè)大學 食品與生物工程學院，合肥 230009)

臭鱖魚是我國黃山地區(qū)傳統(tǒng)發(fā)酵食品，是以新鮮鱖魚為原料，配以一定量的香辛料，經(jīng)低鹽、低溫、短期腌制發(fā)酵而成，具有“初聞有異味，深嗅奇香，肉質(zhì)白嫩如蒜瓣，入口潤滑，生津吐香”的獨特風味[1-3]。臭鱖魚深受消費者喜愛，市場接受度高，2019年單品銷售額高達30億元，其銷售量和生產(chǎn)量逐年遞增[4]。目前，黃山市臭鱖魚加工企業(yè)主要是生產(chǎn)作坊式或產(chǎn)值低于1000萬元的小企業(yè)，不能滿足市場對臭鱖魚的高產(chǎn)量、高標準和高品質(zhì)的需求[5-6]。因此，本文通過查閱資料和實地調(diào)查，確定臭鱖魚的生產(chǎn)工藝流程。根據(jù)地理位置、勞動力資源、產(chǎn)品銷售、市場、經(jīng)濟條件等因素確定廠址的選擇。按照工藝流程要求，選擇相應生產(chǎn)設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，進行了廠區(qū)平面設(shè)計、物料衡算、技術(shù)經(jīng)濟分析，完成了年產(chǎn)1000 t臭鱖魚的工廠設(shè)計，以期為臭鱖魚的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的參考。

1 產(chǎn)品方案

產(chǎn)品方案，又稱設(shè)計綱領(lǐng)，是年產(chǎn)1000 t臭鱖魚工廠設(shè)計可行性的一個推演。本文對臭鱖魚的加工特性進行分析，采用標準化的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，降低原輔料的損失，保證目標產(chǎn)量達到1000 t，使工廠在市場淡季和旺季都能均衡化生產(chǎn)。此外，為了響應環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的號召，設(shè)有臭鱖魚內(nèi)臟的加工車間，實現(xiàn)臭鱖魚副產(chǎn)物的綜合利用，提高加工副產(chǎn)物的附加值。全年臭鱖魚生產(chǎn)方案見表1。

表1 全年臭鱖魚生產(chǎn)方案Table 1 The annual production plan of stinky mandarin fish t

年產(chǎn)量：Q=1000 t。

生產(chǎn)班制：本文設(shè)計的臭鱖魚加工工廠定位于2班制，每日有效工作時間8 h/班，全年生產(chǎn)12個月，年工作時間約為300 d。

班產(chǎn)量：1000 t/年÷300 d/年÷2班/d=1.67 t/班；每小時生產(chǎn)規(guī)模：P=1000 t/年÷300 d/年÷8 h/d÷2班/d=0.21 t/h。

2 廠址選擇

本文通過查閱資料和實地調(diào)查，結(jié)合地理位置、自然環(huán)境、交通設(shè)施、勞動力資源、市場及政府相關(guān)政策等多方面因素，將廠址選在安徽省黃山市屯溪區(qū)九龍工業(yè)園。此地屬北亞熱帶濕潤性季風氣候，年平均氣溫為16.3 ℃，年平均降雨量為1670 mm，氣候溫和多雨，四季分明。此地水資源條件優(yōu)越，水質(zhì)符合GB 5749-2006標準，附近不存在環(huán)境污染源頭和工業(yè)污染源頭等。交通便利，有國道G205、省道S220，國道G3和G56相交形成的屯溪樞紐。勞動力資源豐富，并臨近多個黃山市鱖魚養(yǎng)殖基地和黃山市鱖魚市場，降低了鱖魚原料采購的時間限制及銷售運輸中的損耗。廠址選擇圖見圖1。

圖1 廠址選擇圖Fig.1 Site selection map

3 廠區(qū)平面設(shè)計

3.1 廠區(qū)平面設(shè)計說明

本文確定廠址后，結(jié)合生產(chǎn)工藝，進行了工廠布局的設(shè)計。將相關(guān)部門安排在同一區(qū)域，不僅促進了相關(guān)部門之間的相互協(xié)作和防止了不同部門之間出現(xiàn)不必要的交叉，而且能做到節(jié)約用地[7]。全廠面積7200 m2，工廠分為三大區(qū)域：生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、綜合區(qū)?？紤]到屯溪區(qū)地處北半球，受到季風氣候的影響，故臭鱖魚加工工廠為南北朝向，設(shè)計“穿堂風”組織，有利于采光和通風。此外，為實現(xiàn)保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，需做好廢物、廢水的處理與排放以及副產(chǎn)物的綜合利用，減少工廠環(huán)境污染[8]。廠區(qū)平面設(shè)計圖見圖2。

圖2 廠區(qū)平面設(shè)計圖Fig.2 Plane design drawing of factory area

3.1.1 生產(chǎn)區(qū)

該區(qū)域主要為生產(chǎn)車間及庫房，生產(chǎn)車間總面積為1800 m2。臭鱖魚發(fā)酵時間為7～9 d，故需要設(shè)計較大的成品庫用來儲存臭鱖魚產(chǎn)品，防止產(chǎn)品滯銷帶來的不利影響，成品庫總面積為750 m2。

3.1.2 輔助生產(chǎn)區(qū)

該區(qū)域主要分為配電間、機修間、污水處理間、副產(chǎn)物處理間。

配電間：70 m2；機修間：70 m2；污水處理間：70 m2；副產(chǎn)物處理間：70 m2。

3.1.3 綜合區(qū)

門衛(wèi)室：12 m2；辦公樓：400 m2。

員工宿舍：450 m2；員工食堂：75 m2；超市：75 m2；停車場：200 m2；運動場：200 m2。

3.2 生產(chǎn)車間平面設(shè)計說明

生產(chǎn)車間總占地面積為1800 m2，用于生產(chǎn)的占地面積為1390 m2。

3.2.1 更衣室

更衣室分為男更衣室和女更衣室，二者占地面積均為30 m2，共60 m2。

3.2.2 消毒室

員工進入生產(chǎn)車間前需要進行消毒處理，防止自身攜帶的雜菌污染鱖魚發(fā)酵，消毒室占地面積為70 m2。

3.2.3 冷藏間

生姜等輔料需進行冷藏，冷藏間占地面積為100 m2。

3.2.4 冷凍儲藏間

為合理安排生產(chǎn)時間，將鱖魚原材料進行冷凍儲藏，冷凍儲藏間占地面積為130 m2。

3.2.5 鱖魚解凍間

為滿足年產(chǎn)1000 t臭鱖魚的生產(chǎn)需要，鱖魚解凍間占地面積為150 m2。

3.2.6 鱖魚清理間

為對鱖魚進行清洗、去鰓、去鱗和去內(nèi)臟等，鱖魚清理間占地面積為150 m2。

3.2.7 輔料處理間

輔料處理車間內(nèi)包含輔料清理以及預料處理，其占地面積為80 m2。

3.2.8 鱖魚發(fā)酵間

在滿足日產(chǎn)量的前提下，臭鱖魚發(fā)酵間占地面積為450 m2。

3.2.9 殺菌車間

殺菌車間占地面積為100 m2。

3.2.10 包裝車間

包裝車間分為臭鱖魚產(chǎn)品真空包裝和裝箱處理，其占地面積為100 m2。

4 工藝流程

4.1 生產(chǎn)工藝流程

臭鱖魚的生產(chǎn)工藝流程見圖3。

圖3 臭鱖魚生產(chǎn)工藝流程Fig.3 Production process flow of stinky mandarin fish

4.2 加工技術(shù)要求及操作要點

4.2.1 原輔料采購

采購的鱖魚應嚴格執(zhí)行GB 2733-2015《鮮、凍動物性水產(chǎn)品》，確定原料來源、供應商的相關(guān)證件是否齊全，進場前由車間質(zhì)檢部門進行驗收。冷凍貯存于-18 ℃以下，且要求溫度穩(wěn)定。

鹽：食用鹽應符合GB 2721-2015《食用鹽》的規(guī)定。

生姜：應選用瓣粗大，曲折不大，表皮薄而透明，纖維少的生姜。

辣椒粉以及其他香辛料：品質(zhì)純正，新鮮，無異味。

4.2.2 解凍

鱖魚解凍可采用空氣解凍或流水解凍等方式，解凍過程中鱖魚溫度不宜超過7 ℃。

空氣解凍：環(huán)境溫度不宜超過18 ℃，時間控制在16 h。

流水解凍：水體溫度不宜超過20 ℃，時間控制在6～8 h。

4.2.3 清理

鱖魚應去鰓、去鱗，清除內(nèi)臟。

4.2.4 清洗

鱖魚清理后，用流動水清洗干凈。加工用水應符合GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》的規(guī)定。

4.2.5 發(fā)酵

采用水腌法腌制鱖魚，加入的粗鹽量宜為鱖魚重量的 2%～3%。食用鹽的選擇應符合GB 2721-2015《食用鹽》的規(guī)定。

將鱖魚按層級碼放在發(fā)酵容器內(nèi)，碼放方式應使鱖魚之間縫隙最小，撒香辛料，倒入鹽水至完全浸沒鱖魚。

向發(fā)酵罐中接種0.01%～0.3%活化后的乳酸菌(所述菌種為如下至少一種：清酒乳桿菌LactobacillussakeiATCC 15521、乳酸乳球菌LactococcuslactisATCC 49032、干酪乳桿菌LactobacilluscaseiATCC393，菌濃度為100～500億CFU/g)，攪拌均勻。

碼放完成后應均勻加壓，壓石重量與鱖魚重量比為 1∶1。

恒溫發(fā)酵，環(huán)境溫度控制為 15～32 ℃，濕度控制為65%～75%。

當鱖魚出現(xiàn)臭鱖魚特有的腌鮮氣味時，停止發(fā)酵。發(fā)酵過程應每天檢查和記錄環(huán)境溫度及發(fā)酵狀況。

4.2.6 浸置

將發(fā)酵后的臭鱖魚瀝去表面液體，浸沒在植物抑菌組合液(即為香薷提取液7%～15%、桑葉提取液5%～12%、黃精提取液10%～15%的復配)，處理時間為15 min。

4.2.7 殺菌

將臭鱖魚放入超高壓加壓艙，設(shè)定加壓壓力為250～350 MPa，保壓時間為5～15 min，超高壓設(shè)備所采用的溫度為室溫(即20～25 ℃)，傳壓介質(zhì)為水(超高壓設(shè)備的水)。達到設(shè)定的保壓時間后，在3 s內(nèi)，快速卸掉壓力。本次設(shè)計采用植物組合液聯(lián)合超高壓殺菌技術(shù)，殺菌率可達到99%。

4.2.8 包裝

瀝干后，選用無毒無害、性能穩(wěn)定的食品包裝材料進行臭鱖魚的包裝，排除包裝袋中的空氣，封嚴袋口。

4.2.9 貯存

將檢驗后的成品貼標簽，可貯存于常溫條件下。

4.3 產(chǎn)品質(zhì)量標準

于成品庫中每批次隨機抽取10個臭鱖魚產(chǎn)品進行檢測分析，其質(zhì)量標準應滿足感官指標、理化指標和微生物指標三大類。部分指標限量見表2和表3。

表2 理化指標Table 2 Physicochemical indicators

表3 微生物指標Table 3 Microbial indicators

5 物料衡算

5.1 鱖魚原料所需量估算

本工廠設(shè)計的日產(chǎn)量記為A。

殺菌、包裝及檢驗過程中臭鱖魚的損失率約為1%，則包裝、殺菌和檢驗前鱖魚原料記為A1，故A1=A÷(1-1%)，即日所需鱖魚原料量。

臭鱖魚發(fā)酵前期需要加入食鹽和香辛料，與發(fā)酵后臭鱖魚自身水分流失的質(zhì)量相互抵消，則發(fā)酵后臭鱖魚的質(zhì)量記為不變，為A2，故A2=A1÷(1-0%)。

鱖魚進行清洗，去除雜質(zhì)后，損失約為3%，則清洗前所需要鱖魚原料記為A3，故A3=A2÷(1-3%)。

將鱖魚去鰓、去鱗、去內(nèi)臟造成的損失約為25%，則清除前所需鱖魚原料記為A4。故A4=A3÷(1-25%)。

原料驗收：解凍鱖魚中存在不符合標準的殘次品，損失約為2%，則原料驗收前所需鱖魚原料記為A5，故A5=A4÷(1-2%)。

綜上所述，加工成品率為：(1-2%)×(1-25%)×(1-3%)×(1-1%)=70.58%；由日產(chǎn)量A≈3.3333 t可知，A1≈3.3670 t，A2≈3.3670 t，A3≈3.4711 t，A4≈4.6281 t，A5≈4.7226 t；日所需鱖魚原料量為4.7226 t，年所需鱖魚原料量為1416.78 t。

5.2 輔料用量估算

根據(jù)前面計算所得每日所需鱖魚原料量為4.7226 t，以各流程的損耗率計算得出每日需要腌制的鱖魚用量為：4.7226 t×(1-2%)×(1-25%)×(1-3%)=3.3670 t，輔料用量計算如下：

食用鹽的添加量為3%，則日用量為3.3670 t×3%=0.10101 t，年用量為0.10101 t×300 d=30.303 t；

生姜的添加量為1.2%，則日用量為3.3670 t×1.2%=0.040404 t，年用量為0.040404 t×300 d=12.1212 t；

辣椒粉以及其他香辛料的添加量為0.2%，則日用量為3.3670 t×0.2%=0.006734 t，年用量為0.006734 t×300 d=2.0202 t。

5.3 包裝估算

5.3.1 包裝材料的選擇

臭鱖魚屬于發(fā)酵水產(chǎn)品，需真空包裝，故選擇阻氣性好、適用于真空包裝的材料，包裝袋尺寸為320 mm×200 mm。

5.3.2 每日包裝袋的用量計算

每只臭鱖魚重500 g左右，每日臭鱖魚產(chǎn)量為3.3333 t，通過計算可知每日所需包裝袋個數(shù)為3333.3 kg÷0.5 kg=6667個，則一年需要包裝袋2000100個。

5.3.3 每日紙箱的用量

每個紙箱中存放50袋臭鱖魚，每日所需紙箱數(shù)量為6667袋÷50袋/箱=134個，則一年需要紙箱40200個。

6 設(shè)備選型

6.1 選擇原則

根據(jù)實際生產(chǎn)計劃和工藝流程，選擇符合食品安全衛(wèi)生生產(chǎn)標準的設(shè)備，確定其型號和數(shù)量[9]，保證臭鱖魚產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

所選設(shè)備的生產(chǎn)能力需要大于實際生產(chǎn)能力，防止鱖魚原料積壓以及設(shè)備超負荷運轉(zhuǎn)。

以企業(yè)自身經(jīng)濟實力為出發(fā)點，盡量選擇性能好、工作效率高、耗能低、簡單易操作、安全性能高的設(shè)備[10-11]。

需配備備用設(shè)備，防止出現(xiàn)突發(fā)情況，避免不必要的損失。

6.2 主要生產(chǎn)設(shè)備

6.2.1 原輔料儲存設(shè)備

冷藏庫：用于生姜、八角等香辛料的儲藏，冷藏庫的外形尺寸為3000 mm×2000 mm×2500 mm，每臺可冷藏1.5 t輔料。

冷凍庫：用于鱖魚原料的儲藏，冷凍庫的外形尺寸為4000 mm×2500 mm×2500 mm，每臺可冷凍儲藏3.4 t鱖魚。

6.2.2 鱖魚前處理工序設(shè)備

全自動殺魚機：此設(shè)備具有開魚肚、去魚鱗的功能，可節(jié)省處理鱖魚的時間和人力，加工效率為10 s/條。為滿足正常的生產(chǎn)需要，共需全自動殺魚機10臺。

6.2.3 滅菌設(shè)備

立式食品冷等靜壓機：通過超高壓力對臭鱖魚進行非熱殺菌處理，本技術(shù)處理后的臭鱖魚產(chǎn)品與傳統(tǒng)的熱殺菌和冷藏處理臭鱖魚產(chǎn)品相比，其產(chǎn)品品質(zhì)、感官風味和質(zhì)構(gòu)特性得到明顯改善，可在常溫下儲存，滿足了消費者的需求。此設(shè)備的加工效率：150 kg/批，工作時間：10 min/批。

6.2.4 包裝工序設(shè)備

自動拉伸真空包裝機：利用此設(shè)備的傳送帶輸送臭鱖魚產(chǎn)品，并進行真空包裝，此設(shè)備輸送載重：50 kg，包裝速度：50袋/min，能夠滿足日常的生產(chǎn)需求。

主要生產(chǎn)設(shè)備見表4。

表4 生產(chǎn)設(shè)備選型Table 4 Equipment selection for production

7 勞動組織

通過實地調(diào)研，參考臭鱖魚工廠生產(chǎn)的實際情況，對不同崗位員工進行科學的組織規(guī)劃，合理分配勞動力，某些工段的員工不忙時，可以分配到其他工段中，最大程度地發(fā)揮工廠的生產(chǎn)力。行政管理人員共41人，其分配為廠長室2人、人事部3人、財務部4人、行政部4人、市場銷售部20人、生產(chǎn)管理部6人、消防保衛(wèi)部2人；生產(chǎn)操作人員共24人，其勞動力人員分配見表5。

表5 勞動力人員分配一覽表Table 5 List of labor allocation

8 水電衡算

8.1 用水量估算

8.1.1 生產(chǎn)用水

主要用于鱖魚的清理、發(fā)酵用水、設(shè)備清洗以及清潔等。去魚鱗、去魚鰓、去內(nèi)臟的用水量與鱖魚重量之比為1∶1，則此工段用水量為4.6281 t；發(fā)酵鱖魚的用水量與鱖魚重量之比為1∶4，則此工段用水量為3.3670 t×0.25=0.8418 t；1臺食品冷等靜壓機的用水量為0.1 t，每次工作結(jié)束卸壓后排水0.01 t，由物料衡算可知需要滅菌的臭鱖魚產(chǎn)品為3.3670 t，滅菌設(shè)備一批次可滅菌150 kg，則此工段用水量：0.1 t+3367/150×0.01 t=0.3245 t；每日生產(chǎn)后清洗一次設(shè)備及地面，用水量為1.5 t。

8.1.2 員工生活用水

每日有65名員工進行日常的生產(chǎn)工作，按每人10 L/d來算，則每日員工用水量為0.010 t×65=0.65 t。

全年用水量W=(4.6281+0.8418+0.3245+1.5+0.65) t/d×300 d=2383.32 t。

8.2 用電量估算

工藝用電：全自動殺魚機的工作能力為10 s/條，則1臺去鱗機每日工作時間最少為6667×10/3600≈18.52 h，耗電量為1.5 kW×18.52 h=27.78 kW·h；1臺冷藏庫每日耗電量為2.2 kW×24 h=52.8 kW·h；1臺冷凍庫每日耗電量為：4 kW×24 h=96 kW·h；1臺食品冷等靜壓機每批次可以處理150 kg臭鱖魚產(chǎn)品，則此設(shè)備處理時間為3367/150×10/60≈3.7411 h，每日耗電量為：41.8 kW×3.7411 h=156.378 kW·h；包裝機的工作效率為50袋/min，共有6667袋臭鱖魚產(chǎn)品，則一臺包裝機每日工作時間最少為(6667/50/60) h≈2.22 h，每日耗電量為12 kW×2.22 h=26.64 kW·h。

生活用電以每天6.5 kW計。

全年耗電量為(27.78+52.8+96+156.378+26.64+6.5) kW·h/d×300 d=109829.4 kW·h。

9 技術(shù)經(jīng)濟分析

9.1 臭鱖魚原輔料及包材成本估算

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合物料衡算，得出每日生產(chǎn)計劃中原輔料和包材成本及年成本，結(jié)果見表6。

表6 原輔料及包材成本估算Table 6 Cost estimation of raw and auxiliary materials and packaging materials

9.2 技術(shù)經(jīng)濟分析

本工廠主營的臭鱖魚產(chǎn)品售價為75元/條，結(jié)合物料衡算，水、電、氣衡算，確定的勞動力成員，對年產(chǎn)1000 t臭鱖魚工廠進行經(jīng)濟技術(shù)分析，結(jié)果見表7。

表7 技術(shù)經(jīng)濟分析表Table 7 Technical and economic analysis table

由表7可知，年產(chǎn)1000 t臭鱖魚的生產(chǎn)成本為10152.0571萬元，利潤總額為4848.6929萬元，凈利潤率為28.12%，可見工廠的建設(shè)可以帶來較高的利潤和經(jīng)濟效益。從社會發(fā)展的角度考慮，臭鱖魚加工工廠的建立對鱖魚的養(yǎng)殖業(yè)、運輸業(yè)、包裝材料制造業(yè)、印刷業(yè)和餐飲業(yè)均有極大的促進作用，能帶動當?shù)爻赭Z魚產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有一定的社會示范性[12]。

9.3 項目投資回收期

建設(shè)總投資總額=設(shè)備投資總額+其他固定資產(chǎn)投資總額=333.172+509.04=842.212萬元。

項目原始投資總額=建設(shè)投資總額+流動資金(以建設(shè)總投資50%計)=842.212+421.106=1263.318萬元。

工廠建設(shè)期為1年，第2年達到正常生產(chǎn)能力的50%，則出現(xiàn)正值年份的凈現(xiàn)金流量為845.86345萬元。

項目投資回收期=(累計凈現(xiàn)金流量開始出現(xiàn)正值的年份數(shù)-1)+上一年累計凈現(xiàn)金流量的絕對值/出現(xiàn)正值年份凈現(xiàn)金流量=(1-1)+|-1263.318|/845.86345≈1.49年。

10 結(jié)論

鑒于臭鱖魚生產(chǎn)的特點，通過查閱資料和實地調(diào)查，主要進行了年產(chǎn)1000 t臭鱖魚的產(chǎn)品方案、廠址選擇、廠區(qū)平面規(guī)劃、工藝流程、物料衡算、設(shè)備選型、勞動組織、水電衡算、技術(shù)經(jīng)濟分析等環(huán)節(jié)的工廠設(shè)計。設(shè)計遵循國家的部門規(guī)定，創(chuàng)新研制了臭鱖魚加工新技術(shù)，廠區(qū)規(guī)劃和設(shè)備選型科學合理，產(chǎn)品安全性高、品質(zhì)穩(wěn)定。通過分析，工廠進入正常生產(chǎn)后2年可盈利，方案可行、具有一定的經(jīng)濟效益，為黃山臭鱖魚工業(yè)化生產(chǎn)與發(fā)展提供了一定的理論指導與實踐經(jīng)驗。