蜂胶强化饼干规模化生产模拟

以蜂胶强化作为免疫调节剂的饼干规模化生产模拟

摘要

气候变化是当今面临的问题之一。气候变化引发的影响之一是免疫力下降。免疫系统的减弱由气候变化引起，可导致白细胞异常。蜂胶是蜜蜂从植物采集的一种树脂化合物，具有多种益处。其中一种作用是蜂胶对机体具有免疫调节作用。在使用过程中，蜂胶具有强烈的气味和味道。一种可用于掩盖蜂胶物理特性的方法是通过喷雾干燥将其转化为微胶囊。微胶囊的利用可通过多种方式进行，其中之一是通过食品强化来实现。本研究及模拟旨在了解以每批次10千克面粉为基础的蜂胶强化饼干的规模化生产单元、成本结构、工厂可行性以及工厂成本敏感性。模拟结果得到的生产单元包括混合机、烤箱、挤出机和皮带输送机。本次模拟的资本投资成本为2.97亿美元/年，净现值为96,000美元，内部收益率为17.89%，投资回收期为6.04年。针对产品价格波动的敏感性分析显示，产品价格下降10%将导致该投资在经济上不可行，此时内部收益率5.08%，净现值‐4.8万美元（美元）。

关键词: 蜂胶, 饼干, 免疫调节剂, 模拟, SuperPro Designer

引言

气候变化是当今面临的问题之一。由气候变化引发的影响之一是免疫力下降。气候变暖导致的免疫系统减弱可能会引起白细胞异常。根据世界卫生组织报告[1]，气候变化的影响之一是传染病模式的改变。这种疾病的影响将导致作为人类免疫系统一部分的白细胞出现异常。

蜂胶是蜜蜂从植物采集的树脂状物质。构成蜂胶的配料来源于植物周围的植物学过程[2]。蜂胶含有丰富的黄酮类化合物，使其具有作为免疫调节剂的潜力。蜂胶可将白细胞数量恢复至正常水平。蜂胶还具有其他与免疫系统相关的健康益处，其中之一是抗炎活性[3]。

蜂胶的应用受到限制，因为蜂胶具有强烈的气味和味道。一种可以用来掩盖蜂胶物理特性的方法是通过喷雾干燥将其转化为微胶囊。这种方法能够保护蜂胶中的生物活性化合物，并具有高效率[4]。微胶囊蜂胶的应用之一是用于食品强化。本研究将分析面向小型产业的蜂胶强化饼干生产的规模化。成本分析对于建立该工厂至关重要。在本研究中，将使用SuperPro Designer软件对生产成本及产品单位决策进行分析和模拟。

研究方法

使用SuperPro Designer进行生产放大模拟

规模化生产的首要步骤是制定配方。用于仿真的饼干配方参考了Krystyjan（2015）并进行了部分修改[5]。表1列出了每批次蜂胶强化饼干所用的配料。饼干规模化决策基于从实验室规模向中试批次规模的转化，相关工艺的影响将被确定[6]。

表1. 饼干配料

配料	千克
面粉	10
泡打粉	0.08
微胶囊蜂胶	0.00025
Eggs	4
糖	7.440
Salt	0.110
人造黄油	10.50
巧克力涂层	5

本研究中的模拟流程使用 SuperPro Designer 软件。以下是模拟的块流程图。进行模拟有几个步骤：第一步是确定工艺方法（例如间歇式、连续式等）；第二步是设置组件并输入其物理性质；第三步是组织工艺设备，并安排其操作；第四步是在实验室中定义设备的规格及其操作条件；第五步是确定组件价格和实验室人员工资（以美元计）；最后一步是运行模拟。

经济分析

加权平均资本成本值将决定项目的可行性。该值将在经济分析结束时与内部收益率值进行比较。加权平均资本成本值将在公式1中给出。

$$
WACC = \left(\frac{D}{V}\right) \times k_d \times (1 - T_m) + \left(\frac{E}{V}\right) \times k_e \quad (1)
$$

其中 $D/V$ 是银行贷款比例，$E/V$ 是投资者贷款比例，$k_d$ 值为银行利率，$T_m$ 为税率，$k_e$ 为权益比率。$k_e$ 值可通过公式2计算得出。

$$
k_e = r_f + \beta + r_m \quad (2)
$$

其中 $r_f$ 为无风险利率，$\beta$ 为常数因子，$r_m$ 为市场风险溢价。

利润敏感性值显示了每个参数的变化及其对经济可行性的影响。年度收益敏感性值可通过公式3计算。

$$
NPV = -I + AB(P/A, i, n) + S(P/F, i, n) - AC(P/A, i, n) \quad (3)
$$

其中：
NPV = 净现值
I = 初始投资值
S = 运营单元残值
AC = 年度成本
AB = 年度收益敏感性
i = 利率
n = 年数

结果与讨论

使用SuperPro Designer进行生产放大模拟的结果

从这次模拟来看，生产这种强化饼干有几个单元操作。第一个单元操作是使用混合罐将饼干和涂层的所有配料混合。第二个单元操作是使用输送机将产品从一个地方转移到另一个地方。接下来是挤出机，使饼干具有均匀形状。最后一个单元操作是使用烤箱烘烤饼干。此次生产模拟的结果是每批次生产14.97公斤产品。完成整个配方需要5.71小时。一年生产可总共完成4,360批次，总产量为65,227公斤。

经济分析

该项目的资本投资总额为297,000美元，年度运营成本为267,000美元。这将使单位生产净成本达到每公斤4.09美元。基于完全成本法并考虑期望利润15%的产品价格计算[7]，得出产品价格为4.70美元。该项目的加权平均资本成本值（WACC）为9.41%，并将作为可行性决策的基础。根据经济计算，本项目模拟的投资回收期为6.04年，9.41%利率下的净现值为96,000美元。该项目的内部收益率(IRR)为17.89%，高于加权平均资本成本值，因此该投资在经济上是可行的[8]。与此前在其他地点进行的经济分析相比，位于埃及的食品工厂的内部收益率(IRR)为17.65%，投资回收期为4.8年[9]。

三个方面的影响波动将导致经济参数变化产生不同结果。工资波动会使内部收益率（IRR）在15.28%至20.70%之间变动，净现值（NPV）在66,000美元至127,000美元之间变动，投资回收期（PBP）最长为6.55年，最短为5.6年。原材料成本的波动影响较前者更大。如果产品价格上涨15%，项目在经济上将不可行，净现值为‐25,000美元。产品价格作为本项目的收入来源，在此次敏感性分析中影响最大。产品价格降低10%将导致净现值为负值(‐48,000美元)，而降低15%则会使内部收益率无法计算，即进入负值区间。图2将展示这三个方面对本项目净现值的影响差异。

结论

蜂胶强化饼干的规模化模拟将使用四个操作单元，包括混合罐、烤箱、挤出机和输送机。饼干生产过程每批次需5.71小时，年产量为65,277千克。该项目的资本投资为297,000美元，单位净生产成本为4.09美元，产品价格为4.71美元。该项目模拟在经济上可行，投资回收期为6.04年，9.41%利率下的净现值为96,000美元，内部收益率为17.89%。此项投资中最敏感的参数是产品价格，若产品价格降低10%，则该项目在经济上将不可行。