高品質(zhì)魚粉加工裝置研究

王永鼎， 田晨曦， 董亞龍， 劉 宇

(1上海海洋大學工程學院，上海 201306；2中國石油集團濟柴動力總廠成都壓縮機廠 四川 成都 610100)

高品質(zhì)魚粉加工裝置研究

王永鼎1， 田晨曦1， 董亞龍1， 劉 宇2

(1上海海洋大學工程學院，上海 201306；2中國石油集團濟柴動力總廠成都壓縮機廠 四川 成都 610100)

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展，魚粉作為優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)飼料的原料在國內(nèi)有著很大需求。為提高魚粉生產(chǎn)的效率、提升魚粉成品的品質(zhì)，研制了一種高品質(zhì)魚粉加工裝置。該裝置優(yōu)化了加工工藝和加工設備，精準控制魚粉加工過程中蒸煮、壓榨、干燥環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，通過引入蛋白質(zhì)檢測裝置，精準控制蒸煮環(huán)節(jié)溫度，以此降低蛋白質(zhì)變質(zhì)現(xiàn)象；采用雙級干燥工藝和脂肪檢測裝置來降低魚粉的含水量和脂肪含量。成品魚粉品質(zhì)的測定試驗表明，該裝置生產(chǎn)出的魚粉與傳統(tǒng)加工裝置生產(chǎn)的魚粉相比，蛋白質(zhì)含量提高11%，脂肪含量降低17%。通過飼養(yǎng)試驗進一步驗證了魚粉品質(zhì)的優(yōu)越性。從漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度來看，高品質(zhì)魚粉加工裝置具有較好的市場前景。

魚粉加工裝置；雙級壓榨；智能調(diào)控；雙級干燥

魚粉富含蛋白質(zhì)和多種營養(yǎng)素，即含有18種氨基酸、礦物質(zhì)(鈣、磷、鎂)，還含有維生素 B、二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid，EPA)和二十二碳六烯酸(Docosahexenoic Acid，DHA)等，是動物(畜、禽、魚)養(yǎng)殖業(yè)的高級飼料，也是藥用、微生物發(fā)酵工業(yè)的原料[1]。在水產(chǎn)餌料中加入魚粉，可加快魚蝦的生長速度、縮短飼養(yǎng)周期。我國是世界第一的水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，也是水產(chǎn)飼料使用大國，水產(chǎn)飼料年總產(chǎn)量超過1 800萬t，隨著集約化養(yǎng)殖的迅猛發(fā)展，全球水產(chǎn)養(yǎng)殖以每年8%～10%的速度增長，魚粉的需求量急劇上升[2]。但由于中國沿海地區(qū)常年濫捕現(xiàn)象猖獗以及環(huán)境污染嚴重，魚粉生產(chǎn)所依賴的漁業(yè)資源逐漸減少，目前魚粉供求矛盾已成為市場上最主要的問題之一[3]。因此，在漁業(yè)資源有限的情況下，提升魚粉品質(zhì)成為亟需解決的問題。

現(xiàn)階段，魚粉加工分為干法加工和濕法加工兩種。干法加工是將雜魚或下腳料直接投入烘爐蒸干，然后粉碎即可。由于蒸爐溫度較高且蒸干時間較長，魚粉焦化、氧化嚴重，且蛋白質(zhì)容易遭到破壞[4]。濕法加工是目前國際上通用的魚粉加工方法，其主要流程包括蒸煮、壓榨、干燥、粉碎等環(huán)節(jié)[5]。采用濕法加工工藝生產(chǎn)的魚粉，不僅色澤淺、保質(zhì)期長，而且還能因降低油脂氧化所帶來的負面效應[6]?，F(xiàn)代濕法加工會使水溶性蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)流失，導致魚粉蛋白質(zhì)含量低、脂肪含量高。通過對傳統(tǒng)魚粉加工工藝的分析，本研究提出一種高品質(zhì)魚粉加工裝置。

1 傳統(tǒng)魚粉加工工藝

蛋白質(zhì)是魚粉品質(zhì)的重要指標，同時魚粉中脂肪含量不易過高，否則會引發(fā)以不飽和脂肪酸為主的魚油氧化酸敗反應，導致魚粉品質(zhì)下降[7]。因此，魚粉中蛋白質(zhì)含量越高、脂肪含量越低，魚粉品質(zhì)越好[8]。魚粉的市場價格也主要受到魚粉中粗蛋白含量的影響[9]。國家標準《GB/T 19164—2003魚粉》規(guī)定[10]：魚粉特級品粗蛋白質(zhì)量分數(shù)≥65%，一級品粗蛋白質(zhì)量分數(shù)≥60%。濕法加工過程中蒸煮、壓榨、干燥環(huán)節(jié)對魚粉品質(zhì)有較大影響[11]。

1.1 蒸煮環(huán)節(jié)

蒸煮的目的是使魚料中蛋白質(zhì)受熱凝固，破壞其細胞組織，促進油水與蛋白質(zhì)的分離；其次，魚體內(nèi)的酶類與附著在魚體上的微生物受熱被破壞，以此達到殺菌防腐的目的。蒸煮過程中，時間、溫度、蒸汽壓力等參數(shù)均影響魚粉的品質(zhì)。蒸煮的最適宜溫度為80℃～95℃，此溫度下，魚肉中不溶性蛋白維持較高含量[12]。蒸煮的最適宜時間為15～40 min，若蒸煮時間不足，油脂很難被分離壓出，導致魚油殘留量較高；若蒸煮時間過長，蛋白質(zhì)會被降解，也會導致魚粉品質(zhì)下降。

1.2 壓榨環(huán)節(jié)

濕法加工中將蒸煮后的魚料進行壓榨是一道必不可少的工序，其目的是從蒸煮過的原料中最大限度地壓出油脂[13]。目前普遍采用雙螺桿壓榨機進行魚料壓榨，但現(xiàn)階段雙螺桿壓榨機壓榨力較小，不能將魚料中的油脂充分壓榨出來，因此會造成壓榨環(huán)節(jié)中去油、脫脂不充分，導致魚粉脂肪含量過高[14]。同時，還會由于魚油的氧化酸敗反應引起維生素A(VA)及維生素E(VE)的缺乏，導致魚粉品質(zhì)下降[15]。

1.3 干燥環(huán)節(jié)

魚粉干燥主要有直火烘干和蒸汽干燥兩種方式。直火烘干設備的結構簡單、升溫快、能耗低，但容易使物料局部過熱，破壞營養(yǎng)成分；蒸汽干燥是以蒸汽為介質(zhì)間接烘干原料，烘干溫度一般為90 ℃～130 ℃。現(xiàn)階段普遍使用人工控制干燥環(huán)節(jié)的加工環(huán)境，若控制不當，會導致產(chǎn)生魚料的蛋白質(zhì)流失、脂肪含量過高、維生素含量不穩(wěn)定等問題[16]。

2 高品質(zhì)魚粉加工裝置

針對現(xiàn)階段魚粉加工的缺點，本研究設計了一種高品質(zhì)魚粉加工裝置，工藝流程如圖1所示。該高品質(zhì)魚粉加工裝置包括魚料倉、電磁除鐵器、螺旋輸送機、魚粉蒸煮機、雙螺桿壓榨機、螺旋輸送撕碎機、一級干燥機、二級干燥機、冷卻設備、篩分設備、粉碎機、自動包裝設備。

2.1 工藝流程

魚料倉中的魚料落入皮帶輸送機上，在輸送過程中，電磁除鐵器將魚料中含鐵雜質(zhì)析出，魚料經(jīng)過螺旋輸送機落入魚粉蒸煮機，蒸煮時間控制在15～20 min。魚粉蒸煮機的末端設有蛋白質(zhì)快速檢測裝置，該裝置將檢測的蛋白質(zhì)含量轉換成數(shù)字信號反饋到魚粉蒸煮機的蒸汽控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽輸入量來調(diào)節(jié)蒸煮溫度，以此降低魚粉在蒸煮過程中發(fā)生蛋白質(zhì)變質(zhì)現(xiàn)象。若檢測出魚粉蛋白質(zhì)含量低于65%，蒸煮機的蒸汽輸入量將會減少，從而降低蒸煮溫度，使蛋白質(zhì)含量回升并穩(wěn)定在65%左右。

魚料經(jīng)過蒸煮后被輸送到雙螺桿壓榨機中進行壓榨去除汁液，使魚油、水分與魚肉分離；魚料經(jīng)過壓榨后變成碎餅輸送到螺旋輸送撕碎機進行撕碎，以增加魚料后續(xù)處理工序的表面積；撕碎后輸送至雙螺桿壓榨機進行魚料和魚液的進一步分離。分離后的魚料進入一級干燥機(盤式干燥機)中進行初步干燥，魚料經(jīng)過30 min、70℃～80℃的盤式干燥，其含水量可降至25%～35%[17]。魚料經(jīng)過一級干燥機后被輸送至二級干燥機(圓形真空干燥機)中。二級干燥機采用低溫低壓蒸汽干燥工藝，在真空環(huán)境中將魚粉加熱到60℃～70℃，時長28～32 min，以使魚粉含水量降至8%～12%。高品質(zhì)魚粉加工裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 高品質(zhì)魚粉加工裝置工藝流程

一級干燥機末端還設有脂肪檢測裝置(全自動水解脂肪測定儀)，能實時快速檢測一級干燥機內(nèi)魚料的脂肪含量，并將其轉換成數(shù)字信號反饋至二級干燥機的控制系統(tǒng)，若檢測到脂肪含量在12%以上，則根據(jù)脂肪含量減少干燥時間。魚粉經(jīng)過干燥后輸送到冷卻設備中進行冷卻降溫，以達到包裝前的產(chǎn)品穩(wěn)定性。冷卻后的魚粉進入篩分設備去掉粉頭，粗魚粉經(jīng)過粉碎機進行打碎處理，最后進入自動包裝設備包裝成魚粉成品。高品質(zhì)魚粉加工裝置通過對加工工藝和加工設備的優(yōu)化，精準控制魚粉加工過程中蒸煮、壓榨、干燥等環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，在提高魚粉成品蛋白質(zhì)含量的同時，降低脂肪含量。

2.2 雙螺旋壓榨機

魚料經(jīng)過蒸煮后輸送至雙螺旋壓榨機(圖2)，內(nèi)設有主動螺旋壓榨桿和從動螺旋壓榨桿(圖3)，由于螺旋壓榨桿的軸芯直徑逐漸增大，螺旋葉片的螺距逐漸減小，因此施加于魚料上的壓力逐漸增大，魚料中的水分和魚油被壓榨出來[18]。初步壓榨的魚料通過出料口進入二級壓榨組件中，二級壓榨組件包括主動壓榨輥和從動壓榨輥，魚料通過兩者之間1.5～2 cm的間隙進行二次壓榨。經(jīng)過二次壓榨后的魚料、水分和魚油進一步被壓榨出來，降低了魚料的油脂含量，進一步提高了成品魚粉的品質(zhì)。

圖2 雙螺旋壓榨機示意圖

圖3 主體結構內(nèi)部示意圖

經(jīng)過充分壓榨加工生產(chǎn)出來的魚粉不僅色澤淺、保質(zhì)期長，而且還能減少油脂氧化所帶來的負面效應，能夠獲得較為優(yōu)質(zhì)的脫脂魚粉和魚油[19]。采用二級壓榨的雙螺旋壓榨機，降低了傳統(tǒng)壓榨機的壓榨負擔，具有高壓榨率、高出油率等優(yōu)點，在提高魚粉品質(zhì)和工作效率的同時，還能夠節(jié)約能源、降低成本。

3 對照試驗

3.1 魚粉品質(zhì)試驗

魚粉品質(zhì)的對比試驗設對照組與試驗組。對照組以傳統(tǒng)魚粉加工裝置制備的魚粉成品為測試對象，試驗組以高品質(zhì)魚粉加工裝置制備的魚粉成品為測試對象。前者相對于后者的不同之處在于：蒸煮機末端無蛋白質(zhì)快速檢測裝置，壓榨裝置為單級壓榨，干燥裝置為單級干燥，且干燥裝置末端無脂肪檢測裝置。

以鳀魚魚粉為試驗對象，對照組的蒸汽干燥溫度設定為90 ℃，干燥時間20 min，其它工藝參數(shù)與高品質(zhì)魚粉加工裝置相同。魚粉的蛋白、脂肪、灰分測定均為干基測定。粗蛋白測定采用GB/T6432—1994半微量凱式定氮法；粗脂肪測定采用GB/T6433—2006索氏提取法；粗灰分測定采用GB/T6438—2007總灰分測定法[20]。

魚粉成品對照組與試驗組的測定結果見表1。一般來說，粗蛋白含量高于65%、粗灰分低于16%的魚粉被稱為特級魚粉[20-21]。從表1可以看出，試驗組魚粉粗蛋白含量與對照組相比，改善比提高了11.1%；試驗組魚粉中粗脂肪含量與對照組相比，改善比降低了17.3%；試驗組魚粉中粗灰分含量與對照組相比，改善比降低了5.5%。從測定結果可以得出，高品質(zhì)魚粉加工裝置制備的魚粉蛋白質(zhì)含量得到提升，并且脂肪含量和粗灰分含量維持較低水平，這表明該裝置生產(chǎn)的魚粉品質(zhì)更好。

表1 不同工藝方法對鳀魚魚粉品質(zhì)的影響

3.2 魚粉飼養(yǎng)試驗

粗蛋白含量是評價魚粉品質(zhì)的重要指標之一，利用粗蛋白指標對魚粉營養(yǎng)價值進行評價必須結合其他指標同時進行[22]。最理想的評價方法是通過養(yǎng)殖試驗測定魚的體長增長率及體重增長率。取人工繁殖孵化的46日齡半滑舌鰨稚魚為試驗對象。試驗前用5天時間使稚魚逐步適應試驗配合飼料，隨機分于6個規(guī)格為50 cm×40 cm×40 cm 的水箱中，每箱60尾，分2組進行對照試驗。試驗開始時的稚魚干重為(14.63 ±1.81) mg，水溫(24 ±1) ℃，每日早上清污，流水養(yǎng)殖，每日投餌4次，投喂量以飽食為準。每7 d取樣3尾/箱，進行體長及體重測定。試驗結束后將魚貯存于-80 ℃，以備生化指標測定。

在飼料中分別添加由高品質(zhì)和傳統(tǒng)兩種魚粉加工裝置制備的魚粉，飼料配方為：魚粉60份、蝦粉20份、魚油5份、磷脂2份、甜菜堿0.3份、淀粉1份、水解魚蛋白10份，將各種原料粉碎并用螺旋擠壓機擠壓成型，分別制成試驗飼料與對照飼料。

動物生長指標測定：

L= (L1-L0)/L0×100%

(1)

W= (W1-W0)/W0×100%

(2)

式中：L0—試驗開始時體長，mm；L1為試驗結束時體長, mm；W0為試驗開始時體重，g；W1為試驗結束時體重，g。

半滑舌鰨稚魚的生長情況見表2。飼養(yǎng)21 d后，無論是試驗組還是對照組，半滑舌鰨稚魚的體長、體重均有明顯增長。對照組中，稚魚體長增長率最大為13.99%，最小為9.67%；試驗組中，稚魚體長增長率最大為23.99%，最小為19.23%。對照組中，稚魚體重增長率最大為156.97%，最小為139.73%；試驗組中，稚魚體重增長率最大為283.48%，最小為252.82%。試驗組中，半滑舌鰨稚魚體長增長率與體重增長率均優(yōu)于對照組，且組間差異具有顯著性(P<0.05)。因此，試驗組魚粉飼養(yǎng)效果優(yōu)于對照組。結果表明，高品質(zhì)魚粉加工裝置制備的魚粉在水產(chǎn)養(yǎng)殖中效果顯著。

表2 飼養(yǎng)21 d后半滑舌鰨稚魚的生長情況

注：*表示與對照組相比差異具有顯著性(P<0.05)

4 結論

研制的一種高品質(zhì)魚粉加工裝置，采用二級壓榨工藝，可降低魚粉含水量和脂肪含量；通過對一級干燥后的魚粉脂肪含量檢測，能有效控制二級干燥時間，保證加工魚粉質(zhì)量的穩(wěn)定性。該裝置生產(chǎn)出的魚粉與傳統(tǒng)加工裝置生產(chǎn)的魚粉相比，蛋白質(zhì)含量增加11%，脂肪含量降低17%。魚粉飼養(yǎng)試驗驗證了高品質(zhì)魚粉在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的顯著效果。通過優(yōu)化加工工藝及加工設備，在生產(chǎn)出高品質(zhì)魚粉的同時，還降低了污染物排放和能源消耗。該高品質(zhì)魚粉加工裝置具有較好的生產(chǎn)經(jīng)濟性與市場發(fā)展前景。

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Study on high quality fish meal processing equipment

WANG Yongding1, TIAN Chenxi1, DONG Yalong1, LIU Yu2

(1 College of Engineering Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;2 CNPC Ji-chai Power Equipment Company Chengdu Compressor Plant, Chengdu 610100, China )

With the rapid development of aquaculture, fish meal is in great demand at home as the raw material of high quality aquatic feed. In order to improve the efficiency of fish meal production and the quality of fish meal as well, a kind of high quality fish meal processing equipment is developed. By optimizing process and equipment, the process parameters of cooking, pressing and drying are controlled accurately. By introducing protein detection device, the temperature in cooking process is controlled accurately, which reduces protein denaturation. Two-stage drying process and fat detection device are used to reduce water and fat content. Through the test of the quality of fish meal, compared with traditional processing equipment, the protein content of fish meal produced by high quality fish meal processing equipment is increased by 11% and the fat content decreased by 17%. The quality of fish meal is further verified through feeding experiment. From the perspective of sustainable development, high quality fish meal processing equipment has a good market prospect.

fish meal processing equipment; two-stage pressing; intelligent control; two-stage drying

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.04.011

2017-04-23

上海市科技興農(nóng)重點攻關項目(滬農(nóng)科攻字(2014)第6-3號)

王永鼎(1963—)，男，教授，研究方向：海洋裝備。E-mail: ydwang@shou.edu.cn

S985.1+3

A

1007-9580(2017)04-068-05