郭 彤，趙秀芳，姚海燕，陳陽，郭 瑾，羅慶恒，康 旭

（湖北工業(yè)大學生物工程與食品學院，湖北武漢 430068）

0 引言

辣椒醬是人們?nèi)粘Ｏ彩车拿牢都哑罚康角锒竟?jié)，辣椒收獲以后，人們都喜釀辣醬。辣椒醬制作工藝，以食鹽腌制為主，有些地方民間，如山西、湖南、東北輔以黃豆、小麥等原料，名義腌制辣醬，實則是一種自然接種的發(fā)酵辣醬，由于微生物發(fā)酵，賦予辣椒醬更豐富的滋味和香氣。

辣椒醬香辣可口、油而不膩，更加符合中國人的飲食習慣，我國辣椒醬市場規(guī)模預計320億元，市場規(guī)模的年增長率保持在4%以上，辣椒醬產(chǎn)業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)之一，增速達第八位。過去10年間，辣椒醬工廠的年收益漲幅達10%左右，全球辣椒醬產(chǎn)業(yè)在2013年收益首次超過10億美元。21世紀以來，美國亞裔人口擴張了45%，亞裔的增長使美國辣椒醬市場需求擴大。目前，中國依然是全球辣椒醬最大的生產(chǎn)國和消費國，擁有超過6億人的消費人群和15%遞增的銷售額。辣椒醬生產(chǎn)仍具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

從類別和品質(zhì)上進行比較，目前市面上占主導地位的是腌制辣醬，發(fā)酵辣醬比較少，較為著名且民間有傳統(tǒng)生產(chǎn)史的有湖南的永豐辣醬等產(chǎn)品。腌制辣醬主要原料是辣椒、食鹽、香辛料，若不加香辛料，主要滋味還是辣味，比較單一，香味不足；而發(fā)酵辣醬則不然，如永豐辣醬添加了優(yōu)質(zhì)小麥、黃豆、糯米等原料，小麥和糯米主要成分為淀粉，黃豆中蛋白質(zhì)的含量比較高，經(jīng)發(fā)酵過程，淀粉可以降解為麥芽糖、單糖，蛋白質(zhì)可以降解為游離氨基酸，營養(yǎng)更為豐富，易于消化吸收，風味也更加豐富。丁詩瑤等人[1]對永豐辣醬的風味成分進行了研究，共檢測到60種揮發(fā)性風味物質(zhì)，其中酯類物質(zhì)為主要揮發(fā)性成分。發(fā)酵辣醬符合消費者對低鹽、營養(yǎng)、美味、天然食品的追求，具有腌制辣醬不可比擬的市場潛力。

陜西省寶雞市是我國著名的辣椒——“秦椒”的生產(chǎn)基地，因其“身條細長，皺紋密細，色澤鮮紅，辣味佳美”四大特點，在國際市場被譽為“椒中之王”。上世紀90年代以前，“秦椒”就已打入到國際市場，遠銷到新加坡、馬來西亞等東南亞國家。寶雞地區(qū)的氣候、土壤、水利等條件特別適合種植“秦椒”；2012年，“寶雞辣椒”被國家質(zhì)檢總局正式批準為國家地理標志產(chǎn)品。據(jù)央視報道，僅湖南長沙每年就有1 000多家辣椒加工企業(yè)在寶雞收購加工剁椒產(chǎn)品。近10年來，寶雞地區(qū)辣椒種植面積已穩(wěn)定達到2萬hm2，年產(chǎn)量達21萬t，主要種植品種為陜椒“2001”、陜研“168”等系列辣椒，產(chǎn)地集中在轄區(qū)的扶風縣、岐山縣、鳳翔縣、眉縣、隴縣、千陽縣共6個縣。發(fā)酵辣醬在寶雞市尚無廠家生產(chǎn)，在自研發(fā)酵辣醬工藝的基礎(chǔ)上，選址在寶雞市扶風縣，建設(shè)年產(chǎn)2 000 t的發(fā)酵辣醬工廠，在追求企業(yè)自身發(fā)展和效益的同時，還會帶動農(nóng)民增產(chǎn)增收、助推地方經(jīng)濟騰飛。

1 廠址選擇

廠址選定在陜西省寶雞市扶風縣食品工業(yè)園區(qū)。扶風縣是寶雞辣椒主要原料產(chǎn)地之一，交通便捷，縣域有隴海鐵路、G30西寶高速公路、209省道、104省道，屬大陸性濕潤季風氣候，常年主導風向為東風（E）。從原料來源講，還能輻射到周圍幾個辣椒種植大縣，具有得天獨厚的條件。

2 總平面布置

主要包括廠區(qū)各部分建筑、運輸、綠化及環(huán)保設(shè)計等方面。廠區(qū)南北長102 m，東西172 m，占地面積 17 544 m2。

工廠總圖布置見圖1。

圖1 工廠總圖布置

3 發(fā)酵辣醬生產(chǎn)工藝

3.1 工藝流程

①辣椒處理：選材→清洗→精破碎→發(fā)酵；

②黃豆處理：選材→清洗→蒸煮→冷卻→精破碎→發(fā)酵；

①+②→混合發(fā)酵→調(diào)配→炒制→灌裝→成品。

3.2 操作要點

（1）辣椒處理。①選材。辣椒最好選用肉質(zhì)肥厚、辣中帶甜、顏色鮮紅的原料，并確保新鮮，無蟲蝕、無霉變。②清洗。清洗后瀝干水分。③破碎。將辣椒粗破碎至5 mm左右塊狀。④發(fā)酵。按照0.1%的添加量接種乳酸菌，將辣椒置發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時間為24 h。

（2） 黃豆處理。①黃豆必須確保干凈無雜質(zhì)，顆粒飽滿。②清洗后的黃豆放入高壓蒸煮鍋，蒸煮時間為30 min。③粗破碎。將黃豆破碎成3～5 mm大小的顆粒。④冷卻。破碎后的顆粒冷卻至30～35℃。⑤接種發(fā)酵。取2%毛霉接種到破碎后的黃豆中，發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時間為24 h，發(fā)酵過程中控制黃豆顆粒的含水量保持在20%左右。

（3）混合發(fā)酵。將上面單獨發(fā)酵完成的辣椒和黃豆按一定比例混合進行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時間為48 h。

原料配比見表1。

表1 原料配比

（4）調(diào)配。將發(fā)酵后的辣醬放入攪拌罐內(nèi)，按表1中的比例加入味精、醬油等各種調(diào)料，攪拌均勻。

（5） 炒制。將植物油加熱到130℃，加入產(chǎn)品炒制5 min左右。

（6）灌裝、滅菌。采用常壓巴氏滅菌，滅菌溫度為82℃，滅菌時間為45 min。

需要說明的是，對于發(fā)酵辣醬尚沒有國家標準或行業(yè)標準，故其理化指標均應符合GB 2718—2003醬衛(wèi)生標準和NY/T 1070—2006辣椒醬行業(yè)標準。

4 物料衡算[2-3]

4.1 產(chǎn)品方案[2]

（1） 產(chǎn)品規(guī)格。500 g/罐，12罐/箱。

（2）生產(chǎn)規(guī)模與班產(chǎn)量。寶雞辣椒成熟季節(jié)在每年10月，按保鮮時間3個月進行計算，則辣椒原料的供應時間只有10，11，12這3個月，少量可以延長至來年1月份。實行兩班制，每班工作8 h；10月，11月，12月及來年1月生產(chǎn)時間分別按25，30，25，20 d計算。

產(chǎn)量分配見表2。

表2 產(chǎn)量分配/t

4.2 原料需要量的計算

辣椒醬發(fā)酵各工序損失率見表3。

表3 辣椒醬發(fā)酵各工序損失率/%

根據(jù)原料配比（表1）及各工序物料損失率（表3），計算所有原料需要量。

物料衡算見表4。

表4 物料衡算/t

5 耗汽量計算

耗汽量主要集中在煮豆和殺菌2個階段。

5.1 煮豆階段所需熱量Q2

根據(jù)物料衡算可知，每班需要發(fā)酵黃豆2 t，蒸煮過程溫度從10℃（取扶風縣10，11，12、1月份的平均溫度）升到100℃。高壓蒸煮鍋采用夾層鍋通過蒸汽進行加熱，則加熱時所需熱量：

Q1=C黃豆·m·（T2-T1）=2.64×2×103×（100-5）=5.016×105kJ.

蒸煮時間段30 min所耗熱量按加熱段所需熱量的10%計算，鍋體加熱按其5%的熱量計算，則煮豆階段總耗熱：

Q2=Q1（1+10%+5%）=5.016×105×（1+10%+5%）=5.768 4×105kJ.

5.2 殺菌階段所需熱量Q7

根據(jù)物料衡算可知，每班次需要滅菌20 t辣椒醬，溫度從30℃升到82℃，維持恒溫45 min。

發(fā)酵辣醬和植物油混合后的比熱：

C混=C發(fā)酵辣醬·百分含量+C油·百分含量=3.91×0.65+1.9×0.35=3.21 kJ/（kg·K）.

（1） 發(fā)酵辣醬上升到82℃，維持恒溫45 min，所需熱量Q4。

Q3=C混·m·（T2-T1）=3.21×20×103×（82-30）=3.384×106kJ.

維持恒溫45 min，所需熱量按加熱段的10%計算，則

Q4=（1+10%）Q3=3.384×106×（1+10%）=3.722 4×106kJ.

（2） 加熱水及設(shè)備殼體需要熱量Q6。滅菌系統(tǒng)的水浴槽長為3 m，寬為1 m，水位高為0.5 m。水初溫按10℃計。

加熱水需要熱量：

Q5=C水·m·（T2-T1）=4.18×（3×1×0.5）×103×（82-10）=4.514×105kJ.

加熱設(shè)備殼體需要熱量按Q5的10%計算，

Q6=（1+10%）Q5=（1+10%）×4.514×105=4.965 4×105kJ.

（3） 殺菌階段所需熱量Q7=Q4+Q6=3.722 4×106+4.965 4×105=4.218 9×106kJ；

總耗氣量Q總=Q2+Q7=5.768 4×105+4.218 9×106=4.795 8×106kJ.

其他工藝階段如維持發(fā)酵罐恒溫發(fā)酵所需熱量等，加上生活用熱，這部分熱量按Q總的20%計算，則所需總熱量Q總'=（1+20%）Q總=（1+20%）×4.795 8×106=5.754 96×106kJ.

5.3 耗汽量的計算

使用表壓為0.3 MPa的飽和蒸汽，h=2 725.3 kJ/kg，則每班次汽量（m）：

式中：i——相應冷凝水的焓（561.47 kJ/kg）；

η——蒸汽的熱效率，取η=95%。

則每年耗費蒸汽量為：

m'=100 m=2.764×105kg.

6 水電平衡計算

6.1 用水量計算

用水量綜合見表5。

表5 用水量綜合 /t

6.2 耗電量計算

（1） 照明用電量。照明總功率為4.4 kW，每班工作8 h，則總用電量為W1=4.4×8=35.2 kW·h/班。

（2）設(shè)備用電量。設(shè)備總功率為93.8 kW。除發(fā)酵罐每班工作12 h，其他設(shè)備每班工作8 h。發(fā)酵罐是厭氧發(fā)酵罐，不帶機械攪拌，不耗電。則用電量為 W2=93.8×8=750.4 kW·h。

（3）其他用電量。如物料輸送、辦公室電腦等用電量，按設(shè)備耗電的10%計算，即W3=75 kW·h/班。

（4） 班用電量。W=W1+W2+W3=35.2+750.4+75=860.6 kW·h/班。

（5） 年耗電量。W年=860.6×100=86 060 kW·h。

7 設(shè)備選型

設(shè)備選型按照其合理性、先進性、安全性和經(jīng)濟性的原則進行[2-3]。

（1）辣椒發(fā)酵罐。發(fā)酵辣椒生產(chǎn)的核心設(shè)備是發(fā)酵設(shè)備。辣椒發(fā)酵過程是一個無菌厭氧發(fā)酵的過程，可以采用非攪拌形式的厭氧發(fā)酵罐，罐體結(jié)構(gòu)為上面圓柱形，下面錐形，換熱形式為加套，材料采用304不銹鋼。

式中：N——發(fā)酵罐數(shù)；

n——24 h內(nèi)進行加料的發(fā)酵罐的數(shù)目，個；

t——發(fā)酵周期，h[4-5]。

發(fā)酵罐采用5 m3的發(fā)酵罐，辣椒裝料量為80%，班產(chǎn)量為20 t，發(fā)酵周期為24 h，則

（2） 黃豆發(fā)酵設(shè)備。黃豆的發(fā)酵與辣椒不同，屬于固體發(fā)酵，可以采用圓盤制曲機。圓盤制曲機與原料接觸部件采用食品級不銹鋼材料制作。發(fā)酵過程中處于密閉環(huán)境，自動控制溫度、濕度和風量[5]。

根據(jù)工藝和班次安排可知，每天需黃豆20-16.7=3.3 t，選用1臺圓盤制曲機，每次最大制曲量為3 000 kg，滿足生產(chǎn)需要。

設(shè)備選型一覽表見表6。

表6 設(shè)備選型一覽表

其他設(shè)備選型及個數(shù)、規(guī)格見表6[6-7]。

8 車間平面布置圖

按照GMP規(guī)范繪制車間平面布置圖[2-3]。

車間平面布置圖見圖2。

圖2 車間平面布置圖

9 技術(shù)經(jīng)濟分析[8]

9.1 投資費用估算及利潤分析

（1）生產(chǎn)車間建筑費用。包括生產(chǎn)車間、原料庫、成品庫、配電室、鍋爐房、辦公樓等，約需要300萬元（詳細計算略）。

（2）設(shè)備費用。設(shè)備購置費用約需380萬元（詳細計算略）；加上安裝費用（一般為設(shè)備費用的10%，）即380×10%=38萬元。設(shè)備費用總計418萬元。

（3）水電成本分析。

水電成本見表7。

表7 水電成本

（4） 利潤分析。

利潤分析見表8。

表8 利潤分析

9.2 項目的不確定性分析

（1）盈虧平衡分析。盈虧平衡分析的目的主要是根據(jù)盈虧平衡點來判斷項目風險的大小和風險承受能力[9]。一般情況下，BEP越低，項目對市場變化的適應能力越大，抗風險能力也就越強。

盈虧平衡點（BEP）產(chǎn)量：

41.8萬元為設(shè)備折舊，按年10%計算。

生產(chǎn)能力利用率：

由上述計算所得，BEP的值較低，說明該項目對市場變化的適應能力較大，抗風險的能力較強。

（2）經(jīng)營安全性分析。

30%為安全線。實踐中經(jīng)營安全率的數(shù)值越大，說明企業(yè)經(jīng)營活動越安全。由計算結(jié)果可知，該設(shè)計經(jīng)營狀態(tài)很安全，抗風險能力很強。

10 結(jié)論

工廠選址在“寶雞辣椒”的主產(chǎn)地之一陜西省扶風縣，從原料和產(chǎn)品品質(zhì)都有較大優(yōu)勢。通過計算，生產(chǎn)2 000 t發(fā)酵辣醬需要黃豆200 t，辣椒1 008 t，植物油600.6 t；年耗水量2 810 t，耗電量86 060度。核心設(shè)備為發(fā)酵罐，選用了11個3 000 L發(fā)酵罐和1臺圓盤制曲機。生產(chǎn)車間建筑投資費用約需300萬元，設(shè)備費用需418萬元，工廠定員30人，可實現(xiàn)年凈利潤1 609.5萬元，具有較好的市場前景。生產(chǎn)能力利用率E0為2.6%，經(jīng)營安全率為97.4%，抗風險能力很高。廠區(qū)占地面積17 544 m2，主要生產(chǎn)車間占地面積1 404 m2，車間采用潔凈廠房設(shè)計。發(fā)酵辣醬廢水主要為洗菜和洗黃豆用水，設(shè)計了污水處理站；廢氣主要為鍋爐用氣，鍋爐采用燃氣爐，達到國家要求的排放標準；廢渣主要為霉變或蟲蝕辣椒，可作為廚余垃圾處理。

由于辣椒生產(chǎn)的季節(jié)性很強，該設(shè)計全年生產(chǎn)期只有10，11，12月及來年的1月共4個月時間，如何最大程度發(fā)揮設(shè)備的使用價值，保證員工工作穩(wěn)定不流失，一年四季都能生產(chǎn)，產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益，常用的設(shè)計方法是在保證食品安全衛(wèi)生且互不影響的前提下，盡可能做到一條生產(chǎn)線或者一機多用。當然，不同產(chǎn)品工藝會有差別，少量添加專用設(shè)備也是必須的，新產(chǎn)品可以考慮生產(chǎn)酵素、醬油、醋、豆豉等，酵素是市場新寵，食醋在扶風民間有悠久的釀造歷史和穩(wěn)定市場。