小試，是根據(jù)實驗室理論研究成果，進行初步的設計，放大一定的倍數(shù)，在實驗室的條件下進行生產(chǎn)，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(guī)模很小，易于操作。通過得到相應的工藝參數(shù)和理論依據(jù)，為以后中試做準備。

 

配方及工藝設計，是根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和工藝條件，通過試驗、優(yōu)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(guān)系。要想開發(fā)一個新產(chǎn)品，設計一個新配方，技術(shù)人員必須要有扎實的基本功，包括：

 

●食品專業(yè)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(guān)法律法規(guī)。熟悉與食品及其配料有關(guān)的法律法規(guī)，是食品研發(fā)人員必備的基礎知識，例如，食品安全法、與食品添加劑相關(guān)的GB 2760、與產(chǎn)品標簽有關(guān)的GB 7718和GB 28050、與營養(yǎng)強化劑有關(guān)的GB 14880等。

 

●熟悉原料的性能、用途及相關(guān)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(jù)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(yǎng)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(wěn)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(jù)配方中原輔料的特點，匹配合適的設備及工藝，才能發(fā)揮配方的最佳效果。

 

●具備質(zhì)量管理技能。在配方是設計階段，要根據(jù)設備性能和生產(chǎn)管理的水平確定質(zhì)量的關(guān)鍵控制點和控制參數(shù)、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(yōu)選法、多因素變換優(yōu)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(shù)據(jù)。

 

●熟練查閱各種文獻資料：查文獻可以提供相關(guān)原料及工藝的間接經(jīng)驗。

 

●多做試驗，學會總結(jié)：僅有理論知識，沒有具體的實驗經(jīng)驗，是做不出好的產(chǎn)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(tǒng)過程，不僅僅是設計本身，而是需要考慮與設計相關(guān)的任何可以促進發(fā)展的因素。通過傳播知識、交流經(jīng)驗等方法，才能觸發(fā)創(chuàng)新思想，激發(fā)創(chuàng)新熱情，才能增強吸收、轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新的能力。

 

 

●找出參考性的國標或企標，讓產(chǎn)品從設計階段就滿足標準的需要。

 

●尋找核心原料。根據(jù)配方設計中的原輔料，評估原料的品質(zhì)、成本、生產(chǎn)操作便利性、倉儲的便利性等。其中，主體原料需要根據(jù)各種食品的類別和要求，賦予產(chǎn)品基礎骨架的主要成分，體現(xiàn)食品性質(zhì)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(chǎn)品系列化，加工多元化）、經(jīng)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(tài)。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(jié)論。

 

●調(diào)香。調(diào)香設計就是將芳香物質(zhì)相互搭配在一起，由于各呈香成分的揮發(fā)性不同而呈階段性揮發(fā)，香氣類型不斷變換，有次序的刺激嗅覺神經(jīng)，使其處于興奮狀態(tài)，避免產(chǎn)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(diào)香設計就是根據(jù)各種香精、香料的特點結(jié)合味覺嗅覺現(xiàn)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(diào)味。食品的調(diào)味設計，就是在食品生產(chǎn)過程中，通過原料和調(diào)味品的科學配制，產(chǎn)生人們喜歡的滋味。調(diào)味設計過程及味的整體效果與所選用的原料有重要的關(guān)系，還與原料的搭配和加工工藝有關(guān)。

 

●調(diào)色。食品講究色、香、味、形。食品的色澤作為食品質(zhì)量指標越來越受到重視，其中，著色、發(fā)色、護色、褪色是食品加工重點研究內(nèi)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(yǎng)價值。隨著人們對食物成分和健康關(guān)系的深入了解，功能食品逐漸成為研究焦點。

 

●品質(zhì)改良。品質(zhì)改良是在主體骨架的基礎上，為改變食品質(zhì)構(gòu)進行的品質(zhì)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(tài)和質(zhì)構(gòu)，滿足營養(yǎng)食品加工的品質(zhì)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(chǎn)品的保質(zhì)期，實現(xiàn)產(chǎn)品的經(jīng)濟效益最大化。

 

●工藝設計。工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品的技術(shù)要求，其好壞直接導致最后產(chǎn)品的品質(zhì)，比如口感、穩(wěn)定性、風味等，也會影響到制造成本和產(chǎn)品成本。

 

●穩(wěn)定性觀察。小試配方初步形成后，要對體系中的顏色、穩(wěn)定劑的穩(wěn)定性、添加功能因子的穩(wěn)定性等進行觀察、評估。

 

 

中試，指為了使研究成果產(chǎn)業(yè)化，減少轉(zhuǎn)化風險，提高轉(zhuǎn)化率，進行的批量放大試生產(chǎn)、試營銷、試使用的過程。小試成熟后，進行中試，研究工業(yè)化生產(chǎn)工藝，設備選型，為工業(yè)化設計提供依據(jù)。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(shù)據(jù)，使之與其他相關(guān)技術(shù)匹配，與生產(chǎn)實際相符合，與社會需要相一致，從而使新技術(shù)順利應用到生產(chǎn)中，將新產(chǎn)品成功地推向市場。

 

從實驗室研發(fā)到工業(yè)化生產(chǎn)過程不是簡單的放大，因此中試與小試結(jié)果之間往往存在差異，需要進一步對產(chǎn)品的配方及技術(shù)進行改進和完善。形成差異的因素包括：

 

 

實驗室小試，多為有著嚴謹?shù)穆殬I(yè)習慣的實驗室工程技術(shù)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�。辉谏�產(chǎn)過程中，操作人員為經(jīng)過或沒有經(jīng)過培訓的生產(chǎn)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(chǎn)品品質(zhì)只能是在要求規(guī)范的合適范圍內(nèi)。在人員因素的影響下，試驗 （小試、中試）的效果與生產(chǎn)線批量生產(chǎn)的效果會有差異。

 

 

很多實驗室使用的試驗設備或中試生產(chǎn)線，多為模仿生產(chǎn)設備制造的，但是在設備的參數(shù)方面一定會有些差異。

 

例如：掛面研發(fā)用的小型壓面機的轉(zhuǎn)數(shù)較生產(chǎn)用設備的壓輥轉(zhuǎn)數(shù)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(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)數(shù)與生產(chǎn)用磨粉機的參數(shù)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(shù)對產(chǎn)品效果的影響就成為重要的差異因素。

 

 

無論是實驗室小試還是已經(jīng)成型的中試生產(chǎn)線，其設備規(guī)模都不可能與正式生產(chǎn)用的設備加工規(guī)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(chǎn)品的口感、外觀有不同）、饅頭（不同規(guī)模的醒發(fā)過程和蒸煮過程對產(chǎn)品效果的影響）等產(chǎn)品，生產(chǎn)設備的規(guī)模對生產(chǎn)出的產(chǎn)品效果會有一定的影響。

 

 

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(chǎn)實踐中，加工量大，尤其是農(nóng)產(chǎn)品加工時，受原料來源的影響，品質(zhì)差異會很大（小麥加工就是最典型的例證）。

 

 

受加工量和工作環(huán)境的影響，實驗室的操作和生產(chǎn)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(chǎn)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(huán)境相對穩(wěn)定，相對精準，而生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)環(huán)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(chǎn)生影響。

 

 

有些試驗中，實驗者忽略了細小的工藝細節(jié)。例如：有面粉開發(fā)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(jié)果差異的不確定性。

 

 

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(chǎn)三皮三心小麥實驗磨粉機，在試驗過程中的研磨參數(shù)（齒形角、斜度、齒頂?shù)龋┖秃Y理參數(shù)（篩網(wǎng)孔徑配置、輔助清理配置和回轉(zhuǎn)半徑參數(shù)等）與生產(chǎn)中的工藝參數(shù)狀態(tài)不可能完全等同，導致生產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)（各理化及面團特性指標）有著較大的差異。

 

 

小批量生產(chǎn)，是從小試實驗、中試到工業(yè)化生產(chǎn)必經(jīng)的過渡環(huán)節(jié)。產(chǎn)品批量生產(chǎn)前，安排使用所有正式生產(chǎn)工裝、過程、裝置、環(huán)境、設施和周期來生產(chǎn)適當?shù)男∨鷶?shù)量產(chǎn)品，以驗證產(chǎn)品設計的合理性和產(chǎn)品的可制造性。

 

 

任何一個開發(fā)團隊都有自己的管理體系。那么為了減少研發(fā)試驗與生產(chǎn)加工結(jié)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(fā)控制程序，通過開發(fā)計劃書、開發(fā)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(jié)報告等一系列過程控制方法規(guī)范研發(fā)過程的管理行為。同時，在產(chǎn)生差異時，通過這些控制方法檢查出問題產(chǎn)生的原因，便于后續(xù)工作中的調(diào)整。每一個階段的工作結(jié)束，要及時進行必要的總結(jié)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。

 

 

在開發(fā)設計中，要預判可能產(chǎn)生的不確定因素，對于這些因素進行可靠的控制；按照生產(chǎn)設備與工藝的現(xiàn)狀進行工藝設計，試圖模仿可能實現(xiàn)的生產(chǎn)狀態(tài)，設計研發(fā)工藝，安排研發(fā)工藝，以期實現(xiàn)生產(chǎn)的“再現(xiàn)”，排除可能出現(xiàn)的差異。對于生產(chǎn)過程的控制，在工藝及操作技術(shù)規(guī)范時做出必要的要求，求得試驗與生產(chǎn)狀態(tài)的“一致性”。

 

另外，在開發(fā)試驗的全過程（小試、中試及小批量試生產(chǎn)）中，每組試驗的所有數(shù)據(jù)（包括一些暫時看起來用不上的數(shù)據(jù)和人們常常忽略的環(huán)境條件數(shù)據(jù)）一定要記錄清楚，為產(chǎn)生問題的系統(tǒng)分析做好數(shù)據(jù)積累。

 

 

在配備研發(fā)設備時，要盡可能與生產(chǎn)設備的效果相對應。即便試驗結(jié)果出現(xiàn)差異，研發(fā)人員也可以通過經(jīng)驗進行矯正，對研發(fā)試驗與生產(chǎn)的結(jié)果的差異做出預測性調(diào)整。

 

來源：食品伙伴網(wǎng)食品研發(fā)創(chuàng)新服務中心