王朝海，李君江，劉玉良

（1.浙江海洋學院船舶與海洋工程學院，浙江舟山　316022；2.浙江省近海與海岸工程重點實驗室，浙江舟山　316022；3.舟山市技工學校，浙江舟山　316000）

魚皮膠原蛋白加工的高效節(jié)能技術(shù)及設(shè)計研究

王朝海1，2，李君江3，劉玉良1，2

（1.浙江海洋學院船舶與海洋工程學院，浙江舟山316022；2.浙江省近海與海岸工程重點實驗室，浙江舟山316022；3.舟山市技工學校，浙江舟山316000）

摘要：針對魚皮膠原蛋白生產(chǎn)工藝落后、占地面積大、浪費水資源等問題，提出了魚皮清洗與蒸煮相合并的技術(shù)，研究了新型洗煮罐的設(shè)計方案。新型洗煮罐設(shè)計根據(jù)舟山市某企業(yè)的節(jié)能技改要求，應用UG三維軟件畫圖，設(shè)計內(nèi)容包括洗煮罐外觀，以及攪拌器、加熱管、過濾網(wǎng)等內(nèi)置配件的尺寸、布放等。仿真結(jié)果表明，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)魚皮清洗與蒸煮要求。

關(guān)鍵詞：膠原蛋白；洗煮一體化；節(jié)能技術(shù)

膠原蛋白的主要原料是深海魚皮，又稱為魚皮膠原蛋白，是一種高分子蛋白質(zhì)，因能參與細胞的遷移、分化和增殖，能夠增強骨骼、肌腱、軟骨和皮膚的機械強度，具有很強的生物活性和營養(yǎng)價值，已作為肉制品添加劑、膠原小食品、保健食品的重要原料。膠原蛋白具有較弱的抗原性和良好的生物相容性，在燒傷、創(chuàng)傷、眼角膜疾病、美容、矯形、硬組織修復、創(chuàng)面止血等醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域也有廣泛應用。膠原蛋白的開發(fā)與利

用近年來已引起食品加工、醫(yī)藥行業(yè)的高度關(guān)注，消費市場不斷擴大。

我國魚皮膠原蛋白生產(chǎn)規(guī)模龐大，但是制備工藝長期以來更新緩慢，存在工藝落后、效率低、占地大、耗水多、工作環(huán)境惡劣等問題。本文針對以上問題，設(shè)計了一種新型魚皮膠原蛋白高效節(jié)能加工設(shè)備，通過三維畫圖和仿真驗證了預期效果。

1魚皮膠原蛋白加工流程簡介

圖1　　加工流程Fig.1　Manufacturing process

魚皮膠原蛋白加工的工藝流程，主要包括原料清洗去脂預處理、蒸煮以及酶解三個階段，詳細流程如圖1所示。

原料清洗去脂預處理階段，一般在圖2所示的洗料池中進行，可細分為5個步驟。第一步：用淡水解凍初洗，漂浮雜質(zhì)人工撈除，洗后排水，需人工疏通排水孔網(wǎng)。第二步：加堿去脂洗，去脂程度目測，完成后排水。第三步：去堿洗。清洗過程一邊注入淡水，一邊排水。第四步，加酸洗至中性。第五步：清水洗去鹽。預處理一般需要6～7 h，按照典型的洗料池計算，預處理耗水量大約150 t，而且洗料池占地面積巨大。

蒸煮階段，一般在圖3所示的蒸煮鍋中進行，需由人工把原料撈取后轉(zhuǎn)入蒸煮鍋。蒸煮鍋底為螺旋狀蒸汽管加熱，蒸煮溫度約90°C，蒸煮過程耗時8～9 h。蒸煮之后，是酶解、過濾、濃縮、固化等精加工處理。

圖2　　洗料池Fig.2　Washing pool

圖3　　蒸煮鍋Fig.3　Cooking boiler

2魚皮膠原蛋白的研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外關(guān)于魚皮膠原蛋白加工技術(shù)的研究，主要集中在去雜去脂效率及加工工藝方面，比較有代表性的有加酶、加熱、微波處理等方法。如，鐘朝輝等研究了魚鱗膠原蛋白提取工藝的優(yōu)化策略［1］，他們采用胃蛋白酶從魚鱗中提取膠原蛋白，重點研究了提取介質(zhì)、前處理、攪拌、提取次數(shù)及提取時間等對膠原蛋白提取的影響，確定了微波處理輔助去雜最佳提取工藝。林家福等［2］研究了熱水水解法提取羅非魚魚皮膠原蛋白的工藝，以及魚皮膠原蛋白的氨基酸組成的檢測方法，探討了不同溫度、pH、提取時間和液固化等因素對羅非魚魚皮膠原蛋白提取的影響，確定了羅非魚鱗膠原蛋白最佳熱水提取工藝，具體參數(shù)是溫度90℃，pH 6.0，固液比1：13，時間2 h，蛋白獲得率為21.2%，其中特征氨基酸羥脯氨酸為9.7%。上述成果已在生產(chǎn)中應用，而且取得了非?？捎^的經(jīng)濟效益，為我國魚皮膠原蛋白加工工藝的形成與完善發(fā)揮了重要作用。魚皮膠原蛋白加工過程采用洗、煮分離的方法，存在占地大、水耗多、效率低等問題，若洗、煮合并，不僅能節(jié)約大量廠房面積，還能免去從洗料池到蒸煮鍋之間出料、運料、投料等中間環(huán)節(jié)的勞動力。

3魚皮洗煮罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文基于第2節(jié)的研究現(xiàn)狀分析，進行了魚皮膠原蛋白洗、煮一體化方案及洗煮罐新設(shè)備的研究與開發(fā)，新設(shè)備外觀如圖4所示。新設(shè)備內(nèi)置的機械攪拌器、排液疏通濾孔器和自動投料控制裝置等都自行設(shè)計，通過一次性改造，能夠節(jié)省廠房面積和人力成本，還能提高設(shè)備生產(chǎn)效率和改善工作條件。本設(shè)計方案中，從灌注洗液、傳送帶投料以及后續(xù)的一系列預處理過程和水解過程直至液態(tài)蛋白料液排出等，根據(jù)工作順序其時間需求，采用時序控制技術(shù)自動完成，魚皮蛋白預處理水解罐運行時序圖如圖5所示。

圖4　洗蒸煮一體化設(shè)備外觀圖Fig.4　The integration structural modeling of washing and steaming

圖5　預處理水解運行時序圖Fig.5　The timing diagram of pretreatment hydrolysis tank

圖6　魚皮蛋白預處理水解罐Fig.6　The pretreatment hydrolysis tank of fish skin collagen

4洗、煮一體化作業(yè)的原理

在預處理階段對水量需求較大，通常的料液比約1:8左右，而在水解工藝階段，為了盡可能使魚皮蛋白質(zhì)充分水解又能獲得高濃度的液態(tài)蛋白質(zhì)，料液比約1:4。由于兩個工藝階段需要不同的水量，本文將罐體設(shè)計成上下兩層直徑不同的結(jié)構(gòu)［9-11］，如圖6所示。預處理階段上下兩層罐體同時運作，洗液高度最高距罐口約300 mm，此時罐的容量約16.6 m3，按1:8料液比能處理1.8 t原料。水解階段僅在下罐體運作，其容量約8.5 m3，這樣就能使原料在同一個罐內(nèi)實施了兩個階段的工藝過程。

洗煮一體罐的攪拌器以電動機作為動力源，經(jīng)減速箱、聯(lián)軸器、傳動軸傳遞扭矩，利用攪拌器的槳葉作用使罐內(nèi)水形成流體，使原料在湍流的洗液中進行更有效的處理。在攪拌器的選擇上［12］，我們選用框式攪拌器。框式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，便于裝拆、清洗，攪動物料量大，其邊框外緣與罐壁間隙很小，在攪拌物料時不易產(chǎn)生死角，且有利于傳熱過程的進行。在水解過程中，通過攪拌器的攪拌能使罐內(nèi)溫度快速趨于均衡，液料均勻性好，有助于魚皮蛋白質(zhì)加速水解。

本設(shè)計采用自動投料裝置，原材料由傳送帶運至水解罐上方，再由導料板和投料槽導入罐體內(nèi)。此方法取代了以往人工投料的方式，節(jié)約了大量人工。傳送帶系統(tǒng)采用單片機作為控制器［13］，具有應用面廣，實用性強，可靠性高，操作簡單等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中應用效果顯著。

傳送帶由調(diào)速異步電機驅(qū)動，且配有測速傳感器，傳送帶的下方裝有測重傳感器。在傳送帶工作時，單片機控制器接收傳感器傳回信號，計算傳送帶上物料的瞬時流量和累計流量，將結(jié)果顯示出來，并和設(shè)定的流量值進行比較，通過PID調(diào)節(jié)，輸出電流控制信號，調(diào)節(jié)調(diào)速異步電機的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在設(shè)定值。

5結(jié)束語

本文研究針對魚皮膠原蛋白制備工藝長期陳舊、效率低、占地大、耗水多、工作環(huán)境差等突出問題，在節(jié)約占地面積、節(jié)約耗水量和改善工作環(huán)境等問題上進行了研究。設(shè)計出了“魚皮蛋白預處理水解罐”。使得制備工藝有了極大提升。經(jīng)軟件仿真效果分析，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比較，按照生產(chǎn)1噸蛋白粉計算，占地面積可由1 000 m3降為500 m3，用水可由400 t降為200 t，生產(chǎn)車間面積及用水減少50%。此工藝使自動化程度及經(jīng)濟效益明顯提高。

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中圖分類號：TH122

文獻標識碼：A

文章編號:1008-830X（2016）01-0045-03

收稿日期：2015-10-20 基金項目：地市級基金項目（2013C04005）

作者簡介：王朝海（1991-），男，安徽六安人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)機械化.E-mail:17805804464@163.com 通訊作者：劉玉良（1971-），男，河南唐河人，教授，博士，研究方向：信號處理與通信網(wǎng)絡，智能機器人.E-mail:13957208678@163.com

The Research of Energy-Efficient Process Technology and Application with Fish Skin Collagen

WANG Chao-hai1，2，LI Jun-jiang3，LIU Yu-liang1，2
（1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Zhejiang Ocean University，Zhoushan316022；2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Offshore and Coastal Engineering，Zhoushan316022；3.Zhoushan Technical School，Zhoushan316000，China）

Abstract:Aiming at the problem of the drggle，wasting water and space of the fish skin collagen process，the technology of cleaning and cooking be combined of fish skin collagen and the new equipment be proposed. The new equipment's design according to the production requirements of a company in Zhoushan.Application of UG 3D software drawing，the design includes shape，structure and mixer，pipe heater，size of filter mesh，position.Simulation results show that the equipment can realize the task of cleaning and cooking.

Key words:collagen；integration；energy saving technology