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        食品伙伴網服務號

        說說食品開發中小試、中試、試生產、批量生產的那些事兒!

        放大字體  縮小字體 發布日期:2023-06-21  來源:食品伙伴網食品研發創新服務中心  作者:食品研發與生產
        核心提示:食品研發就是將原料加工成半成品或將原料和半成品加工成食品的工程和方法,包括了從原料到成品或將配料轉變成最終消費品所需要的加工步驟或全部過程。通常,食品的研發需要經過小試、中試和小批量試生產等研發過程。
        食品研發就是將原料加工成半成品或將原料和半成品加工成食品的工程和方法,包括了從原料到成品或將配料轉變成最終消費品所需要的加工步驟或全部過程。通常,食品的研發需要經過小試、中試和小批量試生產等研發過程。

        01、小試
         
        小試,是根據實驗室理論研究成果,進行初步的設計,放大一定的倍數,在實驗室的條件下進行生產,對于設備的要求并不嚴格,有些是可以用同類型器件代替的,規模很小,易于操作。通過得到相應的工藝參數和理論依據,為以后中試做準備。
         
        配方及工藝設計,是根據產品的性能要求和工藝條件,通過試驗、優化、評價,合理地選用原輔材料,并確定各種原輔材料的用量配比關系。要想開發一個新產品,設計一個新配方,技術人員必須要有扎實的基本功,包括:
         
        ●食品專業基礎知識。食品本身融合了物理學、化學、生物學、社會學和行為科學的知識或它們的交叉學科。使用原料是生物學的范疇、加工過程中集合了生物、化學和物理的變化。
         
        ●了解相關法律法規。熟悉與食品及其配料有關的法律法規,是食品研發人員必備的基礎知識,例如,食品安全法、與食品添加劑相關的GB 2760、與產品標簽有關的GB 7718和GB 28050、與營養強化劑有關的GB 14880等。
         
        ●熟悉原料的性能、用途及相關背景:每種原料都有其各自的特點,只有熟悉和了解原料的各項屬性,才能應用好它。在不同的配方里,根據不同的性能指標的要求,選擇不同的原料十分重要。
         
        ●熟悉營養食品添加劑的特點及使用方法:了解食品添加劑的各種特性,包括復配性、安全性、穩定性(如耐熱性、耐光性、耐微生物性、抗降解性等)、溶解性等,對配方設計尤為重要。
         
        ●熟悉設備和工藝特點:根據配方中原輔料的特點,匹配合適的設備及工藝,才能發揮配方的最佳效果。
         
        ●具備質量管理技能。在配方是設計階段,要根據設備性能和生產管理的水平確定質量的關鍵控制點和控制參數、確定食品危害的控制水平。
         
        ●熟悉實驗方法和測試方法:配方研究中常用的實驗方法有單因素優選法、多因素變換優選法、平均試驗法以及正交試驗法。配方設計人員必須熟悉實驗方法及測試方法,才能得到可靠的實驗數據。
         
        ●熟練查閱各種文獻資料:查文獻可以提供相關原料及工藝的間接經驗。
         
        ●多做試驗,學會總結:僅有理論知識,沒有具體的實驗經驗,是做不出好的產品的。多做實驗,不怕失敗,做好每次實驗的詳細記錄。
         
        ●進行資源整合:配方設計是一個系統過程,不僅僅是設計本身,而是需要考慮與設計相關的任何可以促進發展的因素。通過傳播知識、交流經驗等方法,才能觸發創新思想,激發創新熱情,才能增強吸收、轉化、創新的能力。
         
        配方設計內容
         
        ●找出參考性的國標或企標,讓產品從設計階段就滿足標準的需要。
         
        ●尋找核心原料。根據配方設計中的原輔料,評估原料的品質、成本、生產操作便利性、倉儲的便利性等。其中,主體原料需要根據各種食品的類別和要求,賦予產品基礎骨架的主要成分,體現食品性質的功用;因此要具備匹配性(符合既有設備和工藝的可能性)、多樣性(注重產品系列化,加工多元化)、經濟性(因地制宜、就地取材,原料基地化)、安全性等原則。
         
        ●設計主體方案,是主體原料的選擇和配置,形成食品最初的形態。在此階段,要重點導入成本的控制要求,在成本可控的前提下設計達成目標的各種方案,形成核心原料、糖酸比、主體風味口感等主要問題的初步結論。
         
        ●調香。調香設計就是將芳香物質相互搭配在一起,由于各呈香成分的揮發性不同而呈階段性揮發,香氣類型不斷變換,有次序的刺激嗅覺神經,使其處于興奮狀態,避免產生嗅覺疲勞,讓人們長久的感受到香氣美妙之所在。食品的調香設計就是根據各種香精、香料的特點結合味覺嗅覺現象,取得香氣和風味之間的平衡,以尋求各種香氣、香料之間的和諧。
         
        ●調味。食品的調味設計,就是在食品生產過程中,通過原料和調味品的科學配制,產生人們喜歡的滋味。調味設計過程及味的整體效果與所選用的原料有重要的關系,還與原料的搭配和加工工藝有關。
         
        ●調色。食品講究色、香、味、形。食品的色澤作為食品質量指標越來越受到重視,其中,著色、發色、護色、褪色是食品加工重點研究內容。
         
        ●功能設計。功能設計是在食品基本功能的基礎上附加特定功能,以提高食品營養價值。隨著人們對食物成分和健康關系的深入了解,功能食品逐漸成為研究焦點。
         
        ●品質改良。品質改良是在主體骨架的基礎上,為改變食品質構進行的品質改良設計,通常通過食品添加劑的復配作用,賦予食品一定的形態和質構,滿足營養食品加工的品質和工藝性能要求。
         
        ●防腐保鮮。通過添加防腐劑、滅菌等涉及,保證產品的保質期,實現產品的經濟效益最大化。
         
        ●工藝設計。工藝是實現產品的技術要求,其好壞直接導致最后產品的品質,比如口感、穩定性、風味等,也會影響到制造成本和產品成本。
         
        ●穩定性觀察。小試配方初步形成后,要對體系中的顏色、穩定劑的穩定性、添加功能因子的穩定性等進行觀察、評估。
         
        02、中試
         
        中試,指為了使研究成果產業化,減少轉化風險,提高轉化率,進行的批量放大試生產、試營銷、試使用的過程。小試成熟后,進行中試,研究工業化生產工藝,設備選型,為工業化設計提供依據。這個過程的目的在于驗證、改進、完善實驗成果,消除各種不確定性因素,取得可靠的數據,使之與其他相關技術匹配,與生產實際相符合,與社會需要相一致,從而使新技術順利應用到生產中,將新產品成功地推向市場。
         
        從實驗室研發到工業化生產過程不是簡單的放大,因此中試與小試結果之間往往存在差異,需要進一步對產品的配方及技術進行改進和完善。形成差異的因素包括:
         
        一、人的因素
         
        實驗室小試,多為有著嚴謹的職業習慣的實驗室工程技術人員,使用的儀器、設備較為精密,試樣量小,所以(每個批次間)試驗效果差異較;在生產過程中,操作人員為經過或沒有經過培訓的生產線操作員工,加之使用的稱量、加工設備精準程度稍差,且加工量較大等因素,加工出來的產品品質只能是在要求規范的合適范圍內。在人員因素的影響下,試驗 (小試、中試)的效果與生產線批量生產的效果會有差異。
         
        二、設備因素

        1、設備參數因素
         
        很多實驗室使用的試驗設備或中試生產線,多為模仿生產設備制造的,但是在設備的參數方面一定會有些差異。
         
        例如:掛面研發用的小型壓面機的轉數較生產用設備的壓輥轉數要快,壓延出來的面帶效果就會有很大差異;
         
        小麥實驗磨磨輥的齒形數據與轉數與生產用磨粉機的參數不可能完全一致,研磨出來的面粉的狀況(粉色、純度、面團特性)會有較大的差異。所以設備參數對產品效果的影響就成為重要的差異因素。
         
        2、設備規模因素
         
        無論是實驗室小試還是已經成型的中試生產線,其設備規模都不可能與正式生產用的設備加工規模相比擬。在很多食品加工中,諸如面粉(在單位研磨長度上碾壓的力度有較大差異)、餅干(不同位置的烘焙效果對產品的口感、外觀有不同)、饅頭(不同規模的醒發過程和蒸煮過程對產品效果的影響)等產品,生產設備的規模對生產出的產品效果會有一定的影響。
         
        三、原輔料因素

        1、原料品質差異
         
        實驗室對于原料的選擇,由于用量少,所以預處理比較精細,但是選擇的余地小,代表性較差;但是在生產實踐中,加工量大,尤其是農產品加工時,受原料來源的影響,品質差異會很大(小麥加工就是最典型的例證)。
         
        2、投料精準程度差異
         
        受加工量和工作環境的影響,實驗室的操作和生產性操作的投料精準程度會有較大差異。其主要來源在于:實驗室的小試和中試時,需要的稱樣量少,計量設備精準程度高,操作精細,而生產中的計量設備精度相對較低,稱樣量大,所以所投物料的相對比例會有差異;實驗室中稱樣、投料環境相對穩定,相對精準,而生產過程中,生產環境的流動氣流、空氣中的粉塵和投料時的動作都會對投料的精準程度產生影響。
         
        四、工藝因素

        1、工藝路線差異
         
        有些試驗中,實驗者忽略了細小的工藝細節。例如:有面粉開發試驗人員在應用實驗磨做制粉試驗時,小麥清理后省略了潤麥過程,直接進行取粉試驗。這樣,制得的面粉中大量存在麩星。有些實驗者在面團特性檢測中忽略了水分測定,直接稱取300g面粉進行檢測,豈知存在結果差異的不確定性。
         
        2、工藝參數差異
         
        仍然以面粉加工為例,實驗室使用的無論是進口的布拉班德小型實驗磨粉機還是國產三皮三心小麥實驗磨粉機,在試驗過程中的研磨參數(齒形角、斜度、齒頂等)和篩理參數(篩網孔徑配置、輔助清理配置和回轉半徑參數等)與生產中的工藝參數狀態不可能完全等同,導致生產出的產品品質(各理化及面團特性指標)有著較大的差異。
         
        03、小批量試生產
         
        小批量生產,是從小試實驗、中試到工業化生產必經的過渡環節。產品批量生產前,安排使用所有正式生產工裝、過程、裝置、環境、設施和周期來生產適當的小批數量產品,以驗證產品設計的合理性和產品的可制造性。
         
        04、減少研發各階段差異的對策

        一、管理規范
         
        任何一個開發團隊都有自己的管理體系。那么為了減少研發試驗與生產加工結果的差異,就應該建立相對應的管理體系。
         
        首先建立面粉及其制品研發控制程序,通過開發計劃書、開發任務書、樣品試制記錄表、工藝方案、小批試制準備情況檢查表、小批試制總結報告等一系列過程控制方法規范研發過程的管理行為。同時,在產生差異時,通過這些控制方法檢查出問題產生的原因,便于后續工作中的調整。每一個階段的工作結束,要及時進行必要的總結與分析,避免其中更多的不確定性問題帶到下一過程工作中。
         
        二、技術規范
         
        在開發設計中,要預判可能產生的不確定因素,對于這些因素進行可靠的控制;按照生產設備與工藝的現狀進行工藝設計,試圖模仿可能實現的生產狀態,設計研發工藝,安排研發工藝,以期實現生產的“再現”,排除可能出現的差異。對于生產過程的控制,在工藝及操作技術規范時做出必要的要求,求得試驗與生產狀態的“一致性”。
         
        另外,在開發試驗的全過程(小試、中試及小批量試生產)中,每組試驗的所有數據(包括一些暫時看起來用不上的數據和人們常常忽略的環境條件數據)一定要記錄清楚,為產生問題的系統分析做好數據積累。
         
        三、設備規范
         
        在配備研發設備時,要盡可能與生產設備的效果相對應。即便試驗結果出現差異,研發人員也可以通過經驗進行矯正,對研發試驗與生產的結果的差異做出預測性調整。
         
        來源:食品伙伴網食品研發創新服務中心
        編輯:fmt1592210117

         
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