剪切技術(shù)在鯰魚加工副產(chǎn)物超細(xì)制漿中的應(yīng)用研究

楊滿盈，張?jiān)Ｖ?/p>

（江南大學(xué)食品裝備工程研究中心，江蘇無錫214122）

剪切技術(shù)在鯰魚加工副產(chǎn)物超細(xì)制漿中的應(yīng)用研究

楊滿盈，張?jiān)Ｖ?

（江南大學(xué)食品裝備工程研究中心，江蘇無錫214122）

以鯰魚副產(chǎn)物中魚骨、魚皮、魚頭為研究對(duì)象，應(yīng)用剪切技術(shù)進(jìn)行超細(xì)粉碎制漿。通過篩網(wǎng)測得受控切割粉碎機(jī)在不同靜刀片數(shù)以及不同粉碎循環(huán)次數(shù)情況下過篩累計(jì)百分率，觀察穩(wěn)定性，并測定粘度。結(jié)果表明，在靜刀片數(shù)222和粉碎循環(huán)3次的情況下，魚骨、魚皮、魚頭漿液經(jīng)150目過篩累計(jì)百分率分別為90.00%、82.50%、88.75%；魚皮物料粉碎難度、漿液粘度均最大；魚骨漿液的穩(wěn)定性最高；隨著粉碎循環(huán)次數(shù)的增加，漿液產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象；粉碎機(jī)的靜刀片數(shù)對(duì)漿液的粒度、穩(wěn)定性、粘度的影響均大于粉碎循環(huán)次數(shù)。應(yīng)用剪切技術(shù)制備鯰魚副產(chǎn)物濃漿，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

鯰魚副產(chǎn)物，濕法超細(xì)粉碎，剪切技術(shù)，過篩累計(jì)百分率，穩(wěn)定性

Abstract：The fish-bone，fish-skin and fish-head of catfish by-products were studied，and the shearing technology was applied to the ultra-fine grinding and pulping.The cumulative sieving percentage of the controlled cutting grinder under different numbers of static blades and grinding cycles was measured through sieves，stability was observed，and the viscosity was measured.The result showed that，with 222 static blades and 3 grinding cycles，the cumulative sieving percentages of pulping made of the fish-bone，fish-skin and fish-head through a 150-mesh sieve reached 90.00%，82.50%，88.75%，respectively.The fish-skin was the most difficult one to grind and its pulping had the highest viscosity，pulping from the fish-bone had the highest stability，the increasing of grinding cycles would result in the agglomeration of pulping，the number of grinders’ static blades imposed a bigger impact on the pulping’s particle size，stability and viscosity compare with that of the number of grinding cycles.The experimental results of applying shearing technology to the ultra-fine pulping of catfish by-products met the needs of practical application.

Key words：catfish by-products；wet ultra-fine grinding；shearing technology；cumulative sieving percentages；stability

中國是漁業(yè)大國，2010年水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)到5350萬t，比2009年增加了230萬t。然而水產(chǎn)品的深加工面臨著諸多問題，如加工中會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品（包括魚頭、魚皮、魚鰭、魚尾、魚骨及殘留魚肉），其重量約占原料魚的40%～55%，未得到有效地利用，產(chǎn)生了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。如何對(duì)魚副產(chǎn)品進(jìn)行粉碎制漿再利用，吸引了化工、機(jī)械、食品、生物、環(huán)境、醫(yī)藥等領(lǐng)域研究者的重視。目前國內(nèi)魚副產(chǎn)品的利用途徑主要有：a.加工飼料魚粉；b.將魚頭、魚骨加工成魚骨糊、魚骨粉、魚香酥；c.從魚內(nèi)臟中提取魚油，提煉EPA（二十碳五烯酸）、DHA（二十二碳六烯酸）制品；d.從魚鱗中提取魚鱗膠等。國內(nèi)對(duì)魚副產(chǎn)品的粉碎加工，局限于破碎機(jī)、絞肉機(jī)、骨泥機(jī)以及冷凍粉碎設(shè)備等。粉碎過程直接影響了魚副產(chǎn)品漿液品質(zhì)的高低，而其粉碎粒徑、穩(wěn)定性等是衡量漿液好壞的重要指標(biāo)?；诩羟屑夹g(shù)的受控切割粉碎機(jī)主要是對(duì)流動(dòng)性好的液狀物料，具有較高的粉碎效果。其工作機(jī)理是：物料被倒入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中央，離心力作用使物料運(yùn)動(dòng)至葉輪頂端，葉輪使物料以極高速度通過靜刀片切割邊緣，物料因受到極大的剪切力而粉碎，移動(dòng)過程中切割也在持續(xù)，由于葉輪速度極高，因此物料在動(dòng)、靜刀片間只停留很短的時(shí)間，一次性通過靜刀片的間隙排出，達(dá)到粉碎目的。趙浩等人研究基于剪切技術(shù)的粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，推導(dǎo)出靜刀片數(shù)與切割深度的關(guān)系；張玲玲等人利用剪切技術(shù)對(duì)葉類物料進(jìn)行濕法超細(xì)粉碎，并應(yīng)用激光粒度分析儀測得粉碎粒度；陳錫春等人利用剪切技術(shù)對(duì)甜玉米進(jìn)行粉碎，研究了甜玉米漿汁的穩(wěn)定性；曾程等人證明了電池漿料在超剪切快速分散設(shè)備內(nèi)能夠被強(qiáng)大的剪切力、摩擦力、撞擊力、射流等力剪切分散，混合分散更加均勻。這些研究為剪切技術(shù)在魚副產(chǎn)品的粉碎應(yīng)用提供了可行性。本文以鯰魚魚骨、魚皮、魚頭為研究對(duì)象，應(yīng)用剪切技術(shù)進(jìn)行超細(xì)粉碎制漿，為魚副產(chǎn)品的加工與全利用提供新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鯰魚（魚骨、魚皮、魚頭） 各3.5kg，天津農(nóng)學(xué)院提供。

C-144電子計(jì)價(jià)秤 上海友聲衡器有限公司；SFJ-A型萬能粉碎機(jī) 上海申銀機(jī)械廠；HM-22A型絞肉機(jī) 安徽華菱西廚裝備股份有限公司；QDGX-18型受控切割粉碎機(jī) 無錫輕大食品裝備有限公司；NDJ-5S型數(shù)顯粘度計(jì) 上海平軒科學(xué)儀器有限公司；篩網(wǎng)：60、80、100、150目。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 濃漿制備工藝流程 鯰魚（魚骨、魚皮、魚頭）→解凍（30min）→清洗→粗粉碎（萬能粉碎機(jī)3800r/min，絞肉機(jī)180r/min）→加水混合→細(xì)粉碎（受控切割粉碎機(jī)9000r/min）→超細(xì)粉碎（受控切割粉碎機(jī)9000r/min）→取樣

1.2.2 原料粗粉碎 取冷凍的魚骨放入自來水中解凍，待解凍完畢后進(jìn)行兩次清洗，濾干水分，稱重并取3kg，用萬能粉碎機(jī)進(jìn)行初步粗粉碎；再用絞肉機(jī)將粗粉碎得到的魚骨物料進(jìn)一步粗粉碎。

魚皮、魚頭粗粉碎均按上述方法制備。

1.2.3 物料中期處理 由于受控切割粉碎機(jī)對(duì)流動(dòng)性好的液狀物料具有較高的粉碎效果，再者魚骨、魚皮、魚頭三種物料本身特性很難粉碎，因此在細(xì)粉碎、超細(xì)粉碎之前需對(duì)物料進(jìn)行加水混合。方法是將三種粗粉碎得到的物料按原料與水1∶3比例混合（均加水9kg），盡可能的攪拌均勻。

1.2.4 細(xì)粉碎、超細(xì)粉碎 為了探究受控切割粉碎機(jī)在不同靜刀片數(shù)（200、222）與不同粉碎循環(huán)次數(shù)（1、2、3）情況下得到樣品的粒徑以及穩(wěn)定性，采用表1的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行細(xì)粉碎與超細(xì)粉碎，并取樣。

表1 細(xì)粉碎與超細(xì)粉碎方案Table 1 Schemes of fine and ultra-fine grinding

1.2.5 篩分 通過不同孔徑的篩網(wǎng)對(duì)漿液進(jìn)行篩分，計(jì)算不同靜刀片數(shù)、不同粉碎循環(huán)次數(shù)的過篩累計(jì)百分率。將60、80、100、150目的篩網(wǎng)質(zhì)量分別記為m′1、m′2、m′3、m′4，篩網(wǎng)孔徑由大到小，從上而下重疊放好，將80g漿液倒入，加水進(jìn)行篩分。篩分結(jié)束再將四個(gè)篩網(wǎng)稱重，分別記為M′1、M′2、M′3、M′4，利用式（1）計(jì)算篩網(wǎng)剩余量：

式中：mi—剩余量，g；M′i—第個(gè)篩網(wǎng)總重，g；m′i—第個(gè)篩網(wǎng)凈重，g

過篩累計(jì)百分率計(jì)算公式：

式中：ηi—過篩累計(jì)百分率；M—每份樣品總重，g；mi—剩余量，g。（分別表示60、80、100、150目的篩網(wǎng)）1.2.6 靜置穩(wěn)定性觀察 漿液中含不溶性物質(zhì)時(shí)由于其密度與液體密度不同，在地球引力的作用下，這些不溶性的物質(zhì)會(huì)逐漸的沉淀下去，它的沉淀的速度由Stock公式計(jì)算：

式中：μ—液體的粘度，Pa·s；r—粒子的半徑，mm；g—重力加速度，m/s2；ρ1—粒子的密度，kg/m3；ρ2—液體的密度，kg/m3。

將粉碎漿液均取樣15mL放入12只試管，貼上標(biāo)簽，靜置于恒定溫度（4℃）的環(huán)境下，定時(shí)記錄觀察各試管沉淀高度，比較三種物料穩(wěn)定性。

1.2.7 粘度（μ）測定 利用數(shù)顯粘度計(jì)，選用3#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速6r/min，在10℃的恒溫下：a.測得濃度為12.5%，不同靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)（方案見表1）情況下三種漿液的粘度；b.在靜刀片數(shù)200粉碎循環(huán)次數(shù)1次情況下測得不同物料濃度為12.5%、16.7%、25.0%的漿液粘度。

2 結(jié)果與分析

2.1 粒度分析

對(duì)于不同物料，按照同一方法，用靜刀片數(shù)200粉碎循環(huán)1次，用靜刀片數(shù)222粉碎循環(huán)1、2、3次。分別取80g進(jìn)行加水篩分，計(jì)算不同靜刀片數(shù)、不同粉碎循環(huán)次數(shù)的剩余量與過篩累計(jì)百分率，實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2可知，雖然物料不同但過篩累計(jì)百分率總體變化趨勢相同：同一孔徑的篩網(wǎng)，隨著靜刀片數(shù)的增加，過篩累計(jì)百分率提高，循環(huán)次數(shù)增加，過篩累計(jì)百分率增加；對(duì)于同一靜刀片數(shù)和循環(huán)次數(shù)，隨著孔徑的減小，過篩累計(jì)百分率也相應(yīng)減小。同一粉碎循環(huán)次數(shù)，不同靜刀片數(shù)得到的過篩累計(jì)百分率與同一靜刀片數(shù)不同粉碎循環(huán)次數(shù)所得到過篩累計(jì)百分率相比較，可以看出對(duì)過篩累計(jì)百分率的影響主次因素為：靜刀片數(shù)＞粉碎循環(huán)次數(shù)。

同種條件下，不同物料的粉碎效果也不同，由過篩累計(jì)百分率大小比較可知粉碎效果：魚頭＞魚骨＞魚皮。在粉碎過程中魚皮、魚頭粉碎下料慢（受控切割粉碎機(jī)的電流很容易達(dá)到25A），魚骨下料順暢，其原因由物料本身的性質(zhì)決定：魚皮內(nèi)含有大量膠體、蛋白質(zhì)、粘液物質(zhì)及脂肪等。蛋白質(zhì)主要是膠原蛋白，其最高含量可占蛋白質(zhì)總量的80%以上，膠原蛋白是一種細(xì)胞外蛋白質(zhì)，它是取3條肽鏈擰成螺旋形的纖維狀蛋白質(zhì)。魚頭、魚骨主要含生物活性鈣、磷等。

表2 靜刀片數(shù)、循環(huán)次數(shù)與篩網(wǎng)剩余量和過篩累計(jì)百分率關(guān)系表Table 2 Relation table of static blades，grinding cycles with sieving remaining volume cumulative sieving percentages

據(jù)資料報(bào)道，1977年美國政府審查機(jī)構(gòu)通過大量嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)后指出，平均直徑在110μm以下的骨粒對(duì)人體是無害的，美國對(duì)機(jī)械去骨肉中骨粒的直徑限制在460μm以下。Field等通過實(shí)驗(yàn)證明平均直徑在110μm以下的骨粒在和人體胃液相同的pH下是可溶的。魚骨、魚皮、魚頭150目（106μm）的過篩累計(jì)百分率分別為90.00%、82.50%、88.75%，基本滿足食品添加、噴霧干燥等工業(yè)加工的粒度要求。

篩分結(jié)果可以看出：魚皮（222-3）最終篩網(wǎng)上殘留物料總量最高，達(dá)14g。粉碎效果并不因粉碎循環(huán)次數(shù)的增加而繼續(xù)提高：當(dāng)篩網(wǎng)大于80目時(shí)，靜刀片數(shù)222的第2次與第3次過篩累計(jì)百分率相同。其原因是物料粉碎后出現(xiàn)少量絮狀物，無法進(jìn)一步粉碎。因此對(duì)于不同的物料應(yīng)選擇不同的加工方式：對(duì)魚皮的超細(xì)粉碎1～2次，對(duì)魚骨、魚頭超細(xì)粉碎2～3次。

2.2 物料穩(wěn)定性分析

對(duì)于魚骨、魚頭濃漿，按照同一方法，用靜刀片數(shù)200粉碎1次，用靜刀片數(shù)222粉碎1、2、3次。分別取15mL物料放入試管，將實(shí)驗(yàn)樣品靜置于恒定溫度（4℃）的環(huán)境下，觀察其沉淀情況。目的是一方面探究靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響，另一方面為物料在常溫的保藏與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

表3 沉淀高度對(duì)比表（mm）Table 3 Comparison table of sedimentary height（mm）

由表3可以看出魚骨漿液的穩(wěn)定性最高；漿液的沉淀高度與靜刀片數(shù)以及粉碎循環(huán)次數(shù)有關(guān)，前4h沉淀速度較快，靜置24h左右均達(dá)到穩(wěn)定。由魚頭漿液沉淀高度數(shù)據(jù)可以再次證明靜刀片數(shù)對(duì)物料的影響大于粉碎循環(huán)次數(shù)。

圖1 魚皮濃漿沉淀高度隨時(shí)間變化曲線Fig.1 Curve of sedimentary height with time

圖2 魚皮濃漿分散狀態(tài)對(duì)沉淀高度的影響Fig.2 Effect of the dispersion state of fish-skin on the sedimentary height

由圖1魚皮濃漿沉淀高度隨時(shí)間變化曲線可以看出，一開始200-1、222-1、222-3物料沉淀很快，而222-2沉淀相對(duì)較慢，其高度分別為h222-2＞h222-1＞h220-1＞h222-3。經(jīng)24h左右靜置以后物料最終穩(wěn)定，其高度分別為h220-1＞h222-1＞h222-3＞h222-2。其原因由圖2、式（3）可知，200-1試管物料由于是細(xì)粉碎，有一部分的物料粒徑很大，沉淀速度較快，靜置后所占體積較大，故結(jié)果沉淀高度最高；222-1、222-2經(jīng)過超細(xì)粉碎后，粒徑逐漸縮小，其沉淀速度逐漸減小，靜置后體積逐漸縮小。而222-3最終沉淀高度卻略高于222-2，是由于在粉碎過程中物料吸收了大量的機(jī)械能或熱能，因而使新生的超細(xì)顆粒表面具有相當(dāng)高的表面活化能，粒子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。粒子為了降低表面活化能，使其趨于穩(wěn)定狀態(tài)，往往通過相互聚集靠攏而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因而引起粒子團(tuán)聚，粒徑變大。

2.3 粘度（μ）分析

應(yīng)用剪切技術(shù)的受控切割粉碎機(jī)制備魚骨、魚皮、魚頭濃漿，探討不同的加工過程、物料粒徑、濃度對(duì)物料粘度的影響，為食品添加、骨粉制備等一系列工程生產(chǎn)過程控制、技術(shù)設(shè)計(jì)提供相關(guān)數(shù)據(jù)。不同的靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)以及物料的濃度對(duì)物料粘度的影響如圖3～圖4所示。

圖3 靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)與粘度關(guān)系Fig.3 Relation of viscosity with static blades and the number of cycles

圖4 濃度與粘度關(guān)系Fig.4 Relation of viscosity with concentrations

由圖3可知，魚皮的粘度遠(yuǎn)大于魚骨、魚頭的；靜刀片數(shù)的增加、物料粒徑的減小，則粘度增加；粉碎循環(huán)次數(shù)對(duì)粘度有一定的影響，通常情況下隨著粉碎循環(huán)次數(shù)的增加，粘度也增加，而圖3中魚頭粘度在222-3情況下卻有所減少，因?yàn)槠洚a(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，粒徑增大。

由圖4可知，物料在200-1情況下的粘度隨著物料的濃度增加而增加。魚皮粘度變化幅度大，原因是由于魚皮物料本身性質(zhì)決定，物料粉碎后出現(xiàn)絮狀物，在測量粘度時(shí)則會(huì)纏繞轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生一定的誤差，但整體變化趨勢不變。

為了減小物料的粒徑，需增加靜刀片數(shù)與粉碎循環(huán)次數(shù)，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，物料產(chǎn)生了團(tuán)聚現(xiàn)象；為了增加漿液穩(wěn)定性，需增加物料濃度（減少加水量），但減少加水量會(huì)產(chǎn)生粉碎時(shí)進(jìn)料不暢。針對(duì)這些原因，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對(duì)于不同的物料，需不同的加工方式。

3 結(jié)論

本文運(yùn)用剪切技術(shù)對(duì)鯰魚副產(chǎn)物（魚骨、魚頭、魚皮）進(jìn)行超細(xì)粉碎制漿，通過測定漿液的篩分剩余量、過篩累計(jì)百分率、沉淀高度、粘度，觀察穩(wěn)定性，研究受控切割粉碎機(jī)的靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)以及濃度對(duì)其影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)受控切割粉碎機(jī)的靜刀片數(shù)對(duì)漿液的粒度、穩(wěn)定性、粘度的影響大于粉碎循環(huán)次數(shù)；不同的物料應(yīng)選取不同的靜刀片數(shù)與粉碎循環(huán)次數(shù)。由于初次運(yùn)用剪切技術(shù)對(duì)鯰魚副產(chǎn)物超細(xì)粉碎制漿，因此僅在粒徑、穩(wěn)定性等方面上進(jìn)行研究，今后應(yīng)進(jìn)一步研究剪切技術(shù)對(duì)鯰魚副產(chǎn)物的品質(zhì)、提取物的提取率的影響。實(shí)驗(yàn)得到的漿液，其粒度滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，為生產(chǎn)過程提供相關(guān)數(shù)據(jù)，為魚副產(chǎn)物全利用提供全新的加工方法。

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Study on ultra-fine pulping of catfish by-products with shearing technology

YANG Man-ying，ZHANG Yu-zhong*
（Research Center of Food Equipment，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

TS254.9

A

1002-0306（2012）16-0302-04

2012－02－01 *通訊聯(lián)系人

楊滿盈（1985-），男，碩士研究生，研究方向：食品裝備技術(shù)。

江蘇省科技型創(chuàng)新資金項(xiàng)目（BC2010031）。