南極磷蝦捕撈初期適宜擠壓脫殼工藝參數(shù)

鄭曉偉，沈　建（農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心（上海），上海 200092）

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南極磷蝦捕撈初期適宜擠壓脫殼工藝參數(shù)

鄭曉偉，沈建
（農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心（上海），上海 200092）

摘要：為了驗(yàn)證南極磷蝦擠壓脫殼設(shè)備的生產(chǎn)效果、完善并優(yōu)化船上擠壓脫殼生產(chǎn)工藝，該文開展了不同進(jìn)料速度、原料放置時(shí)間和預(yù)冷時(shí)間對(duì)得肉率和蝦殼殘留率影響的研究。結(jié)果表明，對(duì)于剛捕撈后未經(jīng)處理的磷蝦，試驗(yàn)設(shè)備脫殼效果理想，得肉率約為25%、蝦殼殘留約為5%；放置時(shí)間在120 min以內(nèi)的磷蝦均可用作脫殼磷蝦肉的生產(chǎn)，越新鮮的磷蝦脫殼后得到的磷蝦肉品質(zhì)越好；對(duì)原料進(jìn)行預(yù)冷來延長品質(zhì)保持時(shí)間是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法；冷凍后磷蝦得肉率明顯降低，實(shí)際生產(chǎn)中不建議采用。研究結(jié)果可為南極磷蝦脫殼技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化提供參考。

關(guān)鍵詞：工藝；品質(zhì)控制；漁業(yè)；南極磷蝦；脫殼；得肉率

鄭曉偉，沈建. 南極磷蝦捕撈初期適宜擠壓脫殼工藝參數(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（2）：252－257.

Zheng Xiaowei， Shen Jian. Appropriate shelling process parameters of Antarctic krill at initial stage of fishing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE）， 2016， 32（2）: 252－257. （in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.036http://www.tcsae.org

0　引　言

南極磷蝦是已知最大的單種生物資源，生物資源總量可達(dá)數(shù)億噸之多，僅年可捕撈量就接近億噸[1-3]。隨著近海漁業(yè)資源的日益匱乏，南極磷蝦作為新興的蛋白資源，越來越受到人們的重視。雖然南極磷蝦營養(yǎng)價(jià)值非常高[4-8]，但由于磷蝦氟含量高[9-13]、酶活性強(qiáng)的特性，大多被加工成冷凍餌料和飼料級(jí)蝦粉，或作為進(jìn)一步提取蝦油的原料，無法實(shí)現(xiàn)其蛋白資源的合理利用[14-18]。

由于磷蝦體內(nèi)的氟元素及活性酶集中分布于蝦殼及頭腹中，因此去除蝦殼、生產(chǎn)高品質(zhì)磷蝦肉是實(shí)現(xiàn)磷蝦高值化利用的有效途徑之一。國外早在20世紀(jì)六七十年代就開展了磷蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究[19]，日本、挪威等國家[20-21]的遠(yuǎn)洋公司先后研制并成功使用南極磷蝦脫殼設(shè)備，顯著提高了磷蝦產(chǎn)品的品質(zhì)，但出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的原因，其他國對(duì)其相關(guān)技術(shù)內(nèi)容知之甚少。中國涉足南極磷蝦產(chǎn)業(yè)的時(shí)間較晚，相關(guān)加工技術(shù)及裝備的研究更是近幾年才開展，尚處于起步階段。雖然有學(xué)者曾開展超高壓對(duì)蝦類脫殼技術(shù)的研究，但很難應(yīng)用于南極磷蝦的船上加工。除鄭曉偉等開展了南極磷蝦離心、擠壓脫殼工藝參數(shù)的研究及優(yōu)化外[22-24]，國內(nèi)未見其他南極磷蝦脫殼方面的研究報(bào)導(dǎo)。

本文在擠壓脫殼工藝參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上研制脫殼生產(chǎn)設(shè)備，通過設(shè)備試驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)該脫殼方法的可行性。重點(diǎn)對(duì)設(shè)備的進(jìn)料速度和處理能力、磷蝦原料的新鮮度以及預(yù)處理儲(chǔ)存方式等進(jìn)行試驗(yàn)研究和分析，為設(shè)備投入實(shí)際生產(chǎn)和工程化配套提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1原料與儀器

本試驗(yàn)所用冷凍磷蝦由遼寧遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司“福榮海”輪于2014年4月在南極CCAMLR 轄區(qū)48.1區(qū)拖網(wǎng)捕撈所得，?20℃低溫冷凍，試驗(yàn)前流水化凍。所用新鮮磷蝦由上海開創(chuàng)遠(yuǎn)洋漁業(yè)公司“開利”輪于2015年4月在南極CCAMLR 轄區(qū)48.1區(qū)拖網(wǎng)捕撈所得。上述試驗(yàn)原料蝦為體長在36～44 mm的南極大磷蝦，倒入平板凍結(jié)機(jī)專用凍盤并稱量以備用，每盤磷蝦原料質(zhì)量10 kg。以6凍盤原料為一組進(jìn)行脫殼試驗(yàn)，每次3組，取其平均值。其中，鮮蝦脫殼試驗(yàn)在船上完成，冷凍蝦脫殼為對(duì)照組，在岸上實(shí)驗(yàn)室加工。

試驗(yàn)儀器：SJ9-2Ⅱ型電子秒表，精度0.01s；Marel CP9140型電子稱，精度0.01 kg；VICTOR 303B型紅外線測溫儀，購自深圳市勝利高電子科技有限公司；（0～150）mm帶表游標(biāo)卡尺，精度0.01 mm。

1.2脫殼設(shè)備

試驗(yàn)用南極磷蝦脫殼設(shè)備，如圖1所示。由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所研制，設(shè)備基本參數(shù)見表1。原料蝦在滾軸的擠壓下實(shí)現(xiàn)殼肉的分離，蝦殼通過擠壓送至滾軸下側(cè)，蝦肉在水流的作用下從滾軸上側(cè)端面排出。

圖1　南極磷蝦脫殼設(shè)備Fig.1　Antarctic krill shelling equipment

表1　南極磷蝦脫殼設(shè)備基本參數(shù)表Table 1　Basic parameters of antarctic krill shelling equipment

圖2　南極磷蝦脫殼生產(chǎn)線Fig.2　Antarctic krill shelling production line

1.3脫殼生產(chǎn)線及工藝流程

考慮到設(shè)備的結(jié)構(gòu)和船上的空間布局，簡化后的脫殼生產(chǎn)線配置如圖2所示，主要包括：磷蝦原料均勻性裝置、布料裝置和脫殼設(shè)備。

生產(chǎn)工藝說明：由人工控制投料速度，將原料小批量持續(xù)均勻地投入料槽；磷蝦與水?dāng)嚢杈鶆蚝笥杀盟椭撩摎C(jī)進(jìn)行脫殼；脫殼后得到的蝦仁置于紗布上濾水2 min，再由人工進(jìn)行分揀，將蝦肉中殘留的蝦殼去除；最后稱量并冷凍。

1.4試驗(yàn)方法

1.4.1數(shù)據(jù)測量

物料質(zhì)量：使用電子稱分別對(duì)試驗(yàn)原料蝦、脫殼并濾水后的蝦肉以及人工分檢后得到的蝦仁進(jìn)行稱量，數(shù)值精確到0.01 kg。

處理時(shí)間：使用秒表記錄每組6盤磷蝦原料的進(jìn)料時(shí)間，以控制投料速度。記錄磷蝦捕撈后在原料倉的放置時(shí)間以及在平板凍結(jié)機(jī)內(nèi)的預(yù)冷時(shí)間，數(shù)值精確到1 min。

1.4.2指標(biāo)測定方法

得肉率：分揀后蝦仁的質(zhì)量與原料質(zhì)量的比值即為得肉率。

蝦殼殘留率：人工分揀出殘留蝦殼的質(zhì)量與分揀前蝦肉質(zhì)量的比值即為蝦殼殘留率。

1.4.3影響因素選擇

在設(shè)備參數(shù)固定的條件下，進(jìn)料速度和原料新鮮度是影響脫殼蝦肉品質(zhì)的主要可控因素。由前期試驗(yàn)可知，進(jìn)料速度大于70 kg/h時(shí)，脫殼效果較差，應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)料速度。而南極磷蝦在捕撈上岸后2 h后便會(huì)迅速酶解，因此捕撈后放置時(shí)間應(yīng)控制在2 h以內(nèi)。平板凍結(jié)是船上保持磷蝦新鮮度的有效方法，為避免原料完全凍結(jié)，預(yù)冷時(shí)間也不易過長。

1.4.4脫殼效果感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)定由5名具有南極磷蝦船上生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的船員組成，對(duì)脫殼后蝦肉的完整度、蝦殼殘留、飽滿度及潔凈度進(jìn)行評(píng)價(jià)。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.5數(shù)據(jù)分析與處理

用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)磷蝦基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)及感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪圖。應(yīng)用SPSS19.0.0統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，P＜0.05表示差異顯著，P＞0.05表示差異不顯著。

表2　南極磷蝦感官評(píng)定表Table 2　Sensory evaluation standard of antarctic krill

2　結(jié)果與分析

2.1進(jìn)料速度對(duì)得肉率和蝦殼殘留率的影響

以得肉率和蝦殼殘留率為指標(biāo)，分別在30、40、50、 60、70 kg/h的進(jìn)料速度下比較剛捕獲、未經(jīng)放置和預(yù)冷的磷蝦的脫殼效果，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。不同進(jìn)料速度下得肉率差異不顯著（P＞0.05），而不同進(jìn)料速度下蝦殼殘留率差異顯著（P＜0.05）。總體而言，脫殼效果比較理想，隨著進(jìn)料速度的提升，蝦肉間摩擦的增加使得肉率緩慢下降，當(dāng)進(jìn)料速度控制在50 kg/h以下時(shí)，保持在25%左右。同時(shí)，隨著進(jìn)料速度的提升，脫殼蝦肉的蝦殼殘留率呈上升趨勢。當(dāng)進(jìn)料速度高于60 kg/h時(shí)，由于超出了設(shè)備的處理能力，殘留率的上升幅度明顯增加，從4%陡增至30%以上。

圖3　進(jìn)料速度對(duì)得肉率和蝦殼殘留率的影響Fig.3　Effects of feed rate on yield and residual rate

不同進(jìn)料速度下脫殼蝦肉的感官評(píng)價(jià)如圖4所示。在不同進(jìn)料速度下，蝦肉的完整度均能達(dá)到比較理想的水平，差異不顯著（P＞0.05），潔凈度次之。蝦殼殘留受進(jìn)料速度的影響最為明顯（P＜0.05），尤其在脫殼速度大于60 kg/h以后，蝦殼殘留顯著增加。主要表現(xiàn)為蝦肉表面仍然帶有整段的蝦殼，無法通過人工進(jìn)行快速分離，且?guī)のr肉的數(shù)量明顯增多，嚴(yán)重影響分檢效率。這與圖3中得肉率和蝦殼殘留率數(shù)值的變化趨勢基本一致，說明試驗(yàn)所用的具有八組滾軸的磷蝦脫殼設(shè)備額定處理能力約為60 kg/h。若要獲得高品質(zhì)磷蝦肉，進(jìn)料速度應(yīng)控制在50 kg/h左右。

圖4　進(jìn)料速度對(duì)脫殼蝦肉感官品質(zhì)的影響Fig.4　Effects of feed rate on quality of shrimp

2.2放置時(shí)間對(duì)得肉率和蝦殼殘留率的影響

在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，指定進(jìn)料速度為50 kg/h，將捕撈上來的磷蝦放置在加工間原料倉并保持一定時(shí)間，分別對(duì)捕撈后放置0、30、60、90、120 min后的磷蝦進(jìn)行脫殼試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示。南極磷蝦的得肉率和蝦殼殘留率均在合理的范圍內(nèi)浮動(dòng)，不同放置時(shí)間下得肉率和蝦殼殘留率差異均不顯著（P＞0.05）。

不同放置時(shí)間下脫殼蝦肉的感官評(píng)價(jià)如圖6所示。不同放置時(shí)間下脫殼蝦肉的完整度差異不顯著（P＞0.05），而蝦殼殘留率、飽滿度和潔凈度都有顯著變化（P＜0.05）。主要表現(xiàn)為蝦肉逐漸由透明轉(zhuǎn)為乳白色，蝦肉的彈性及表面光滑度也明顯下降。此外，由于油脂和可溶性蛋白的析出，使蝦肉表面容易附著大量的微小氣泡，難以有效濾除，明顯影響脫殼磷蝦肉的產(chǎn)品質(zhì)量?？傮w而言，放置時(shí)間在120 min以內(nèi)的磷蝦均可用作脫殼磷蝦肉的生產(chǎn)，可獲得理想的得肉率和蝦殼殘留率。越新鮮的磷蝦，脫殼后得到的磷蝦肉感官品質(zhì)越好。而放置時(shí)間超過120 min的磷蝦由于容易產(chǎn)生蝦肉酶解和氟元素轉(zhuǎn)移的問題[2]，不建議用于脫殼生產(chǎn)。

圖5　放置時(shí)間對(duì)得肉率和蝦殼殘留率的影響Fig.5　Effects of storage time on yield and residual rate

圖6　放置時(shí)間對(duì)脫殼蝦肉感官品質(zhì)的影響Fig.6　Effects of storage time on quality of shrimp

2.3預(yù)冷時(shí)間對(duì)得肉率和蝦殼殘留率的影響

在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，指定進(jìn)料速度為50 kg/h，將捕撈上來的磷蝦放置在船上?18℃冷庫內(nèi)進(jìn)行速凍預(yù)冷，分別對(duì)預(yù)冷0、30、60、90 min后的磷蝦流水解凍后進(jìn)行脫殼試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。不同預(yù)冷時(shí)間下的得肉率和蝦殼殘留率差異不顯著（P＞0.05），南極磷蝦的得肉率和蝦殼殘留率分別在24%和5%左右，與新鮮磷蝦的脫殼效果相差不大，生產(chǎn)效果理想。

不同預(yù)冷時(shí)間下脫殼蝦肉的感官評(píng)價(jià)如圖8所示。完整度、飽滿度等感官指標(biāo)均無顯著變化（P＞0.05）、處于較穩(wěn)定和理想的狀態(tài)，說明對(duì)原料進(jìn)行預(yù)冷具有保持脫殼蝦肉品質(zhì)、提升產(chǎn)品質(zhì)量的作用。但由于預(yù)冷工序會(huì)增加勞動(dòng)力及生產(chǎn)成本，實(shí)際生產(chǎn)中若能持續(xù)捕撈新鮮磷蝦用于生產(chǎn)，則無需采用預(yù)冷工序。而當(dāng)原料緊缺或無法連續(xù)捕撈時(shí)，對(duì)部分原料進(jìn)行短時(shí)間預(yù)冷來加長品質(zhì)保持時(shí)間則是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。由于磷蝦的最佳加工時(shí)間為捕撈后2 h內(nèi)，為了最大程度保證磷蝦的加工質(zhì)量，捕撈后放置或預(yù)冷時(shí)間均不宜過長。

圖7　預(yù)冷時(shí)間對(duì)得肉率和蝦殼殘留率的影響Fig.7　Effects of pre-cooling on yield and residual rate

圖8　預(yù)冷時(shí)間對(duì)脫殼蝦肉品質(zhì)的影響Fig.8　Effects of pre-cooling on quality of shrimp

2.4冷凍南極磷蝦脫殼效果

根據(jù)船上脫殼設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果，選擇進(jìn)料速度為50 kg/h，在岸上用相同的工藝流程對(duì)長時(shí)間冷凍后的磷蝦進(jìn)行脫殼試驗(yàn)，解凍及脫殼過程中所用的水均為淡水，不容易產(chǎn)生氣泡。平均得肉率為16.8%，蝦殼殘留率＜1%，蝦殼殘留少、蝦肉泛白略帶紅色。

南極磷蝦在長達(dá)數(shù)月的冷凍過程中品質(zhì)不斷下降，蝦肉由新鮮時(shí)候的半透明變?yōu)槿榘咨?，與用新鮮磷蝦加工25%左右的得肉率相比，冷凍后磷蝦平均得肉率明顯降低。但由于蝦肉的蛋白變性及蝦殼的軟化，脫殼后蝦殼殘留率卻有所降低。因此，用冷凍后的磷蝦進(jìn)行脫殼加工無明顯優(yōu)勢，不建議采用。

3　結(jié)　論

1）試驗(yàn)所用的8滾軸組的磷蝦擠壓脫殼設(shè)備能有效地去除蝦殼，進(jìn)料速度在30～70 kg/h時(shí)新鮮南極磷蝦的得肉率隨著進(jìn)料速度的提升而緩慢下降（P＞0.05），當(dāng)進(jìn)料速度在50 kg/h以下時(shí)，得肉率相對(duì)比較穩(wěn)定，保持在25%左右。隨著進(jìn)料速度的提升，脫殼蝦肉的蝦殼殘留率呈上升趨勢，當(dāng)進(jìn)料速度高于60 kg/h時(shí)，殘留率上升幅度明顯增加（P＜0.05）；

2）放置時(shí)間在120 min以內(nèi)的磷蝦均可用作脫殼磷蝦肉的生產(chǎn)，得肉率最高約為25%，蝦殼殘留率＜14%。越新鮮的磷蝦，脫殼后得到的磷蝦肉感官品質(zhì)越好；

3）在0～90 min的預(yù)冷時(shí)間下，南極磷蝦的得肉率和蝦殼殘留率分別在24%和5%左右，與新鮮磷蝦的脫殼效果相差不大（P＞0.05），生產(chǎn)效果理想。當(dāng)原料緊缺或無法連續(xù)捕撈時(shí)，對(duì)部分原料進(jìn)行短時(shí)間預(yù)冷來加長品質(zhì)保持時(shí)間則是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法；長時(shí)間冷凍后磷蝦得肉率明顯降低（P＜0.05）。

4）推薦的生產(chǎn)條件為：進(jìn)料速度60 kg/h，放置時(shí)間＜120 min，預(yù)冷時(shí)間＜90 min。放置時(shí)間盡可能短，原料蝦充足時(shí)無需預(yù)冷。

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Appropriate shelling process parameters of Antarctic krill at initial stage of fishing

Zheng Xiaowei, Shen Jian
（Key Lɑborɑtory of Fishery Equipment ɑnd Engineering， Ministry of Agriculture， Fishery Mɑchinery ɑnd Instrument Reseɑrch Institute，Chinese Acɑdemy of Fishery Sciences， Nɑtionɑl R＆D Brɑnch Center For Aquɑtic Product Processing Equipment， Shɑnghɑi 200092， Chinɑ）

Abstract:The Antarctic krill is a marine organism with a large number. It has great value of development and utilization. As a new protein resource， Antarctic krill will get more and more attention since the offshore fishery resources are dwindling. Although the Antarctic krill has a high value of nutrition， it is hard to process because of its high fluorine content and strong enzyme activity. The krill has to be processed within 2 h on the ship after fishing in order to maintain its quality. Shelling is one of the effective methods to improve the quality of krill product. In previous studies peeling method was researched in order to get integral meat of Antarctic krill. Parameters such as body length and body weight of Antarctic krill that was just caught up were also measured. And we know that the peeling process conditions got from the response surface for Antarctic krill had a certain value in use and the method could be used on the ship. So the shelling prototype was developed and tested on the ship. In order to verify the krill shelling equipment and improve the production process， the research focused on the impacts of feeding rate， storage time and pre-cooling on shelling yield and residual rate， which would provide the bases for the practical production. The production process was considered carefully. Feeding speed was controlled by manpower in order to put the krill into a trough evenly. Then the krill would be pumped to the shelling machine after evenly mixing with water. The shrimp was put on the gauze for 2 min to filter the water after shelling， and then residual shells in shrimp were removed by manpower. The last processes were weighing， packaging and frozen. Test equipment unit was designed as 8 groups of rollers with reciprocating rotation. Yield was one of the most important indices for the evaluation of equipment ability， and residual rate was the other. The product quality of shrimp meat needed to be judged by sensory evaluation. The sensory evaluation team was made up of 5 seafarers who had a lot of experience of krill production on board. The comprehensive point was based on the integrity of shrimp， shell residue， plumpness and cleanliness. The results showed that the yield was about 24% and the residual rate was about 5%， and the shelling equipment was reliable. The yield of shelling from fresh Antarctic krill reduced slowly with the increasing of the feeding speed. It was relatively stable when the feeding speed was under 50 kg/h. And the residual rate was on the rise with the increasing of the feeding speed. When the feeding speed was higher than 60 kg/h， the residual rate of shrimp shell increased significantly. The krill with the storage time of less than 120 min could be used for production. Freshness is the most important factor in the quality of shrimp meat. Pre-cooling is an effective way to maintain shrimp quality. Frozen shrimp is not recommended to be used because the yield of shrimp meat will become lower significantly.

Keywords:processing; quality control; fisheries; Antarctic krill; shelling; meat yield

作者簡介：鄭曉偉，男，副研究員，主要從事水產(chǎn)品加工技術(shù)裝備的研究。上海市赤峰路63號(hào)中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，200092。Email：zhengxiaowei@fmiri.ac.cn

基金項(xiàng)目：國家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（2011AA090801）

收稿日期：2015-08-12

修訂日期：2015-12-26

中圖分類號(hào)：TS254.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-6819（2016）-02-0252-06

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.036 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.036http://www.tcsae.org