探捕磷蝦加工裝備清潔技術(shù)分析與展望

張軍文 鄭曉偉

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，國(guó)家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心，海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200092)

清洗是探捕磷蝦加工過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，在很多情況下直接影響著加工產(chǎn)品的食品質(zhì)量及安全。隨著我國(guó)水產(chǎn)加工技術(shù)水平的不斷提高，以探捕磷蝦船載加工裝備為對(duì)象，結(jié)合水產(chǎn)品加工通用裝備，開展裝備的自清潔技術(shù)研究、完善相關(guān)設(shè)施及結(jié)構(gòu)，將有效提升探捕資源的高值化利用和水產(chǎn)品加工的總體技術(shù)水平。

一、水產(chǎn)品加工裝備在清潔中存在的問題

1.接觸面黏附蛋白質(zhì)、油脂等污物，難以去除。魚蝦等水產(chǎn)品含有豐富的油脂和蛋白質(zhì)，在加工過程中很容易殘留在設(shè)備接觸面上，只用水沖洗很難徹底洗凈。

2.隱蔽位置或死角難以清洗。在脫殼機(jī)、蒸煮機(jī)等加工設(shè)備上或多或少會(huì)存在相對(duì)隱蔽的位置或死角，生產(chǎn)結(jié)束后難以將殘留的磷蝦徹底清除，殘留的磷蝦極易腐敗變質(zhì)影響環(huán)境衛(wèi)生。

3.清洗加工依賴人工，清潔程度難以保證。目前水產(chǎn)品加工裝備的清潔基本依賴人工，在清洗質(zhì)量和效率上難以有效地控制。

4.清洗時(shí)往往需要長(zhǎng)時(shí)間用水沖洗，整個(gè)過程耗水量較大。

5.長(zhǎng)時(shí)間放置過程中關(guān)鍵部件生銹、性能下降。設(shè)備在清洗后缺乏必要的維護(hù)，軸承等關(guān)鍵部件容易生銹而造成生產(chǎn)性能下降。

二、常用設(shè)備清洗技術(shù)分析

1.高壓水射流清洗 高壓水射流是指經(jīng)由高壓泵設(shè)備給水加壓到幾百甚至上千個(gè)大氣壓，然后通過很小出口噴射出來，而形成的帶有一定沖擊力的水流。水流噴射出來的初速度可達(dá)到每秒幾百米，具備強(qiáng)大的沖擊力度，可用于設(shè)備表面的清洗，壓力足夠高時(shí)甚至可用于鋼制材料的切割。高壓水射流技術(shù)自20世紀(jì)80年代由國(guó)外引入，已廣泛應(yīng)用于我國(guó)不同工業(yè)領(lǐng)域中。

高壓水射流清洗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有：可通過調(diào)節(jié)水壓來改變水流的速度和沖擊力，不會(huì)傷害清洗目標(biāo)；清洗介質(zhì)主要以水為主，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成污染；對(duì)設(shè)備表面結(jié)構(gòu)沒有特定要求，只要水流可以到達(dá)；清洗效率高、速度快、耗時(shí)少；較其他清洗方式成本低，耗電量少、節(jié)能；清洗水幕不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的有害物質(zhì)，有保護(hù)環(huán)境的作用。

2.超聲波清洗 超聲波清洗原理是通過換能器將聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并進(jìn)行輻射，清洗介質(zhì)在超聲波輻射的作用下產(chǎn)生微氣泡并保持振動(dòng)，即所謂的“空化效應(yīng)”，破壞污物與清洗件表面的吸附，引起污物層的疲勞破壞而被剝離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)固體表面的清洗。超聲波清洗具有清洗潔凈度高、清洗速度快等特點(diǎn)。特別適用于各種盲孔和不同幾何狀的金屬零件，獨(dú)有其他清洗手段所無法達(dá)到的洗凈效果。

3.高溫蒸汽清洗 高溫蒸汽清洗是指將高溫蒸汽經(jīng)由噴嘴噴出，利用高溫殺菌作用清潔設(shè)備表面，從而達(dá)到安全衛(wèi)生的目的。對(duì)于固體狀污物，高溫蒸汽還具有溶解、吸附碎化和浸潤(rùn)軟化的作用。由于高溫蒸汽清洗主要介質(zhì)是水蒸氣，不會(huì)對(duì)水產(chǎn)品造成污染。

4.脈沖清洗 脈沖清洗的原理是利用可控制氣壓脈沖原理，將氣、水混合介質(zhì)以快速?zèng)_擊的速度攝入管路，形成空爆射流和瞬間沖擊波，對(duì)管路內(nèi)部管壁的污垢進(jìn)行劇烈的沖刷和震蕩，使其迅速剝落并推出管外，達(dá)到疏通清洗管路的目的?？傮w來說，電磁脈沖清洗具有過程安全可靠、清洗效率高、使用操作方便、系統(tǒng)集成度高的特點(diǎn)。

三、水產(chǎn)品加工裝備清潔技術(shù)發(fā)展方向

1.封閉式罐類設(shè)備清潔 對(duì)于水產(chǎn)品加工過程中密閉類容器的清洗，通常可采用CIP清洗技術(shù)。所謂的CIP清洗技術(shù)，即不分解設(shè)備，僅通過簡(jiǎn)單的操作，按照一定順序的工藝流程，結(jié)合多種不同的作用原理，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)表面污物的去除。不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)備清潔，還能控制微生物的生長(zhǎng)。CIP清洗技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、飲料及制藥等加工領(lǐng)域，但在水產(chǎn)品加工裝備上的應(yīng)用還比較少。CIP裝置根據(jù)不同的分類有不同的組成，但一般來說通常由罐(桶)、管路、加熱器、泵、控制柜及附帶設(shè)備等組成。

根據(jù)表面殘留污物的特性，會(huì)應(yīng)用到化學(xué)能、熱能、運(yùn)動(dòng)能、機(jī)械能等多種不同清洗原理。水為極性化合物，對(duì)油脂性污物幾乎無溶解作用，對(duì)碳水化合物、蛋白質(zhì)、低級(jí)脂肪酸有一定的溶解作用，對(duì)電解質(zhì)及有機(jī)或無機(jī)鹽的溶解作用較強(qiáng)。化學(xué)能主要是加入其中的化學(xué)試劑產(chǎn)生的，它是決定洗滌效果最主要的因素。一般廠家可根據(jù)清洗對(duì)象污染性質(zhì)和程度、構(gòu)成材質(zhì)、水質(zhì)、所選清洗方法、成本和安全性等方面來選用洗滌劑。常用的洗滌劑有酸、堿洗滌劑和滅菌洗滌劑。熱能是指在一定流量下，溫度越高，黏度系數(shù)越小，雷諾數(shù)(Re)越大。溫度的上升通?？梢愿淖兾畚锏奈锢頎顟B(tài)，加速化學(xué)反應(yīng)速度，同時(shí)增大污物的溶解度，便于清洗時(shí)雜質(zhì)溶液脫落，從而提高清洗效果、縮短清洗時(shí)間。運(yùn)動(dòng)能的大小是由Re來衡量的。此外，由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的機(jī)械作用，如攪拌、噴射壓力、摩擦力等，也是影響清洗效果的重要因素。研究CIP，其實(shí)就是研究清洗工藝。由于水產(chǎn)品加工種類多樣、差異性也較大，CIP技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用也需要有不同的呈現(xiàn)。

2.半封閉式桶槽類設(shè)備清潔 與封閉式罐類設(shè)備不同，桶槽類設(shè)備多為開放式設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過程中及生產(chǎn)前后并不會(huì)完全密封。清洗工藝可參考罐類設(shè)備的CIP技術(shù)，但在清洗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上應(yīng)防止液體的外濺，在清潔度要求不高的情況下多采用高壓水射流的方式進(jìn)行表面的清洗。目前諸如漂洗槽、均質(zhì)筒等設(shè)備的清潔還主要依靠人工，隨著設(shè)備智能化程度的提高，將逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。除了生產(chǎn)前后對(duì)設(shè)備的徹底清潔，水產(chǎn)品加工過程中也需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)化清洗，以滿足具體的生產(chǎn)要求。由于磷蝦含有油脂，在攪拌或漂洗過程中會(huì)產(chǎn)生油脂析出，形成浮沫或泡沫，一方面影響加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)更可能影響相關(guān)部件的正常工作。對(duì)于蝦糜在漂洗過程中形成的浮沫，可采用溢流的方式去除。圖1是蝦糜漂洗槽中心溢流清潔結(jié)構(gòu)示意圖，漂浮在水面上的油脂和浮沫經(jīng)由設(shè)備中間可升降式溢流斗進(jìn)行去除，初步實(shí)現(xiàn)油水分離。圖2是磷蝦均質(zhì)筒一側(cè)的溢排水結(jié)構(gòu)示意圖，磷蝦在均質(zhì)筒內(nèi)攪拌時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量浮沫，影響觀察和穩(wěn)定生產(chǎn)。通過側(cè)面設(shè)置帶網(wǎng)板的溢水口可實(shí)現(xiàn)海水的更換和漂浮油脂的去除。在網(wǎng)板附近設(shè)置壁掛式超聲振板，也有利于泡沫的消除。

圖1 蝦糜漂洗槽中心溢流清潔結(jié)構(gòu)示意

圖2 探捕磷蝦均質(zhì)筒側(cè)開溢排水結(jié)構(gòu)示意

3.輸送類設(shè)備清洗 以探捕磷蝦高值化加工為例，輸送機(jī)是加工過程中常用的設(shè)備，根據(jù)原料性狀的不同主要包括用于輸送原料蝦、凍蝦等產(chǎn)品的帶式輸送機(jī)、鏈板式輸送機(jī)，以及用于輸送蝦粉的螺旋輸送機(jī)等。

其中帶式及鏈板式輸送機(jī)主要采用高壓水射流的方式進(jìn)行清洗，去除輸送機(jī)表面殘留的磷蝦和其他雜質(zhì)。目前帶式輸送機(jī)的清洗主要通過人工手持高壓水槍進(jìn)行，在自動(dòng)化程度以及清洗技術(shù)方面還需進(jìn)一步提高。配置專用的水射流清洗結(jié)構(gòu)，結(jié)合臭氧水、電解水、紫外線等殺菌技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的高效清潔。

螺旋輸送機(jī)通常也可采用高壓水射流的方式進(jìn)行清潔，清洗時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋葉片以確保各個(gè)部位全面清洗。對(duì)于衛(wèi)生安全要求較高的場(chǎng)合，高壓水清洗后還需采用高溫殺菌的方式進(jìn)一步提高清洗效果。例如南極磷蝦蝦粉輸送裝袋機(jī)，其主體為一段U形螺旋式輸送機(jī)，用于蝦粉最終產(chǎn)品的輸送、分配及裝袋。U形輸送機(jī)上方設(shè)置密封式蓋板，便于人工清洗，末端出口及裝袋站接口也設(shè)有閘板或閥門。設(shè)備主體上預(yù)留抽真空和蒸汽接口，在進(jìn)行高溫蒸汽殺菌時(shí)，將輸送機(jī)密封后抽真空形成負(fù)壓，即可注入蒸汽進(jìn)行殺菌。

4.設(shè)備管路系統(tǒng)清潔

(1)固體顆粒類雜質(zhì)的清理。例如海水中的泥沙等，容易在管路中堆積沉降進(jìn)而影響管路的流動(dòng)性或造成阻塞。通常在開放式管路中通過調(diào)節(jié)提升一定強(qiáng)度的水壓或流速，即可實(shí)現(xiàn)自我清潔。封閉式管道中在較低處可設(shè)置若干沉淀結(jié)構(gòu)，以便于泥沙等雜質(zhì)的沉淀，定期進(jìn)行清理。圖3為一段連續(xù)式漂洗管道及其所設(shè)沉淀結(jié)構(gòu)，即采用封閉式管道沉淀機(jī)構(gòu)進(jìn)行固體顆粒類雜質(zhì)的去除。但在微孔噴淋管路系統(tǒng)中，由于噴淋孔非常小，容易被水中的雜質(zhì)所堵塞而影響使用效果?？赏ㄟ^增加孔的數(shù)量、設(shè)置長(zhǎng)腰孔進(jìn)行緩解，長(zhǎng)時(shí)間使用后還需對(duì)噴淋管進(jìn)行拆解清洗，以達(dá)到清潔效果。

圖3 魚(蝦)糜連續(xù)式漂洗管道沉淀結(jié)構(gòu)

(2)黏附類雜質(zhì)的清潔。例如魚漿泵、磷蝦送料管道等，設(shè)備使用后在管路中及其內(nèi)壁會(huì)存在水和魚蝦混合液的殘留?？刹捎媒橘|(zhì)清洗的方式對(duì)管路進(jìn)行清洗，在設(shè)備使用結(jié)束后用干凈的水、清洗劑稀釋液或酸堿清洗液等代替原物料進(jìn)行泵送清洗，在清洗工藝上可參考封閉式罐類設(shè)備CIP清洗工藝。

管道里面黏附嚴(yán)重、產(chǎn)生結(jié)垢時(shí)，在不拆卸設(shè)備的情況下也可采用變頻脈沖清洗的方式進(jìn)行清潔，例如磷蝦蒸煮、干燥、蝦肉輸送等設(shè)備中的管路系統(tǒng)。整個(gè)清潔系統(tǒng)包括多功能電脈沖發(fā)生器、空壓機(jī)、緩沖過濾器等部件。清洗時(shí)將空壓機(jī)和清洗液連接至電脈沖發(fā)生器，電脈沖發(fā)生器的輸出口與被清洗管道的入口相連通。帶有沖擊作用的氣、水混合介質(zhì)通過結(jié)垢的設(shè)備管道系統(tǒng)進(jìn)行清洗，清洗污水經(jīng)過濾后排出。

5.各類復(fù)雜設(shè)備的清潔

(1)進(jìn)行局部高壓清洗。即開放式定向高壓噴嘴清洗，可根據(jù)設(shè)備的特定幾何形狀裝配一套復(fù)雜的噴嘴系統(tǒng)來完成對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部位的清洗。與人工水沖洗相比，在很大程度上可降低耗水量，且動(dòng)力方面容易實(shí)現(xiàn)。通過高壓原理清洗，也節(jié)省了清洗劑和消毒劑的運(yùn)行成本。與封閉式罐類設(shè)備的清潔方式不同，局部清洗必須確保從噴嘴中噴出的高壓水能到達(dá)且不超出所需要清洗的特定區(qū)域，一定程度上受限于布局空間。須根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行專業(yè)化的設(shè)計(jì)，確保實(shí)際清洗效果。

(2)提高結(jié)構(gòu)合理性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮水產(chǎn)品加工的特點(diǎn)，避免各種死角或易造成原料堆積的結(jié)構(gòu)。在部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)處設(shè)計(jì)輔助清洗結(jié)構(gòu)，提升設(shè)備清潔效果，降低清洗難度。

(3)設(shè)備可拆裝性。對(duì)于一些涉及設(shè)備易損件或可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的清洗，可將相關(guān)部件設(shè)計(jì)成快拆式結(jié)構(gòu)，便于生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中或生產(chǎn)結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行拆卸，然后進(jìn)行清洗、消毒或易損件的更換。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要充分考慮設(shè)備的性能及安全，同時(shí)整個(gè)拆卸過程盡量滿足單人、便捷的操作要求。

(4)機(jī)器人清洗。在未來，全自動(dòng)的機(jī)器人清洗系統(tǒng)必將為設(shè)備的清洗提供一套全新的解決方案。不同于傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，清洗機(jī)器人可配置多個(gè)自由度和移動(dòng)伸展機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)械臂延伸時(shí)可進(jìn)到罐里或特定角度進(jìn)行清洗。在設(shè)計(jì)上清洗機(jī)構(gòu)能按照一定的程序或路徑依次清洗多臺(tái)設(shè)備或幾條生產(chǎn)線，而不受需要清洗的機(jī)械和設(shè)備的幾何形狀影響，可實(shí)現(xiàn)全部的清洗和消毒功能。

(5)自清洗技術(shù)集成與應(yīng)用。除了針對(duì)不同清洗要求選擇合適的清潔方法，還需進(jìn)一步開展自動(dòng)控制技術(shù)研究，形成集污染程度檢測(cè)、清洗過程控制、清洗效果評(píng)價(jià)、生產(chǎn)過程跟蹤的動(dòng)態(tài)維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備在生產(chǎn)過程中及生產(chǎn)前后的自動(dòng)清潔，降低設(shè)備清洗的勞動(dòng)力需求，從而實(shí)現(xiàn)無人化、智能化生產(chǎn)。