鱼皮胶原蛋白加工的高效节能技术及设计研究

王朝海，李君江，刘玉良

（1.浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山　316022；2.浙江省近海与海岸工程重点实验室，浙江舟山　316022；3.舟山市技工学校，浙江舟山　316000）

鱼皮胶原蛋白加工的高效节能技术及设计研究

王朝海1，2，李君江3，刘玉良1，2

（1.浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山316022；2.浙江省近海与海岸工程重点实验室，浙江舟山316022；3.舟山市技工学校，浙江舟山316000）

摘要：针对鱼皮胶原蛋白生产工艺落后、占地面积大、浪费水资源等问题，提出了鱼皮清洗与蒸煮相合并的技术，研究了新型洗煮罐的设计方案。新型洗煮罐设计根据舟山市某企业的节能技改要求，应用UG三维软件画图，设计内容包括洗煮罐外观，以及搅拌器、加热管、过滤网等内置配件的尺寸、布放等。仿真结果表明，该设备能够实现鱼皮清洗与蒸煮要求。

关键词：胶原蛋白；洗煮一体化；节能技术

胶原蛋白的主要原料是深海鱼皮，又称为鱼皮胶原蛋白，是一种高分子蛋白质，因能参与细胞的迁移、分化和增殖，能够增强骨骼、肌腱、软骨和皮肤的机械强度，具有很强的生物活性和营养价值，已作为肉制品添加剂、胶原小食品、保健食品的重要原料。胶原蛋白具有较弱的抗原性和良好的生物相容性，在烧伤、创伤、眼角膜疾病、美容、矫形、硬组织修复、创面止血等医药卫生领域也有广泛应用。胶原蛋白的开发与利

用近年来已引起食品加工、医药行业的高度关注，消费市场不断扩大。

我国鱼皮胶原蛋白生产规模庞大，但是制备工艺长期以来更新缓慢，存在工艺落后、效率低、占地大、耗水多、工作环境恶劣等问题。本文针对以上问题，设计了一种新型鱼皮胶原蛋白高效节能加工设备，通过三维画图和仿真验证了预期效果。

1鱼皮胶原蛋白加工流程简介

图1　　加工流程Fig.1　Manufacturing process

鱼皮胶原蛋白加工的工艺流程，主要包括原料清洗去脂预处理、蒸煮以及酶解三个阶段，详细流程如图1所示。

原料清洗去脂预处理阶段，一般在图2所示的洗料池中进行，可细分为5个步骤。第一步：用淡水解冻初洗，漂浮杂质人工捞除，洗后排水，需人工疏通排水孔网。第二步：加碱去脂洗，去脂程度目测，完成后排水。第三步：去碱洗。清洗过程一边注入淡水，一边排水。第四步，加酸洗至中性。第五步：清水洗去盐。预处理一般需要6～7 h，按照典型的洗料池计算，预处理耗水量大约150 t，而且洗料池占地面积巨大。

蒸煮阶段，一般在图3所示的蒸煮锅中进行，需由人工把原料捞取后转入蒸煮锅。蒸煮锅底为螺旋状蒸汽管加热，蒸煮温度约90°C，蒸煮过程耗时8～9 h。蒸煮之后，是酶解、过滤、浓缩、固化等精加工处理。

图2　　洗料池Fig.2　Washing pool

图3　　蒸煮锅Fig.3　Cooking boiler

2鱼皮胶原蛋白的研究现状

目前国内外关于鱼皮胶原蛋白加工技术的研究，主要集中在去杂去脂效率及加工工艺方面，比较有代表性的有加酶、加热、微波处理等方法。如，钟朝辉等研究了鱼鳞胶原蛋白提取工艺的优化策略［1］，他们采用胃蛋白酶从鱼鳞中提取胶原蛋白，重点研究了提取介质、前处理、搅拌、提取次数及提取时间等对胶原蛋白提取的影响，确定了微波处理辅助去杂最佳提取工艺。林家福等［2］研究了热水水解法提取罗非鱼鱼皮胶原蛋白的工艺，以及鱼皮胶原蛋白的氨基酸组成的检测方法，探讨了不同温度、pH、提取时间和液固化等因素对罗非鱼鱼皮胶原蛋白提取的影响，确定了罗非鱼鳞胶原蛋白最佳热水提取工艺，具体参数是温度90℃，pH 6.0，固液比1：13，时间2 h，蛋白获得率为21.2%，其中特征氨基酸羟脯氨酸为9.7%。上述成果已在生产中应用，而且取得了非常可观的经济效益，为我国鱼皮胶原蛋白加工工艺的形成与完善发挥了重要作用。鱼皮胶原蛋白加工过程采用洗、煮分离的方法，存在占地大、水耗多、效率低等问题，若洗、煮合并，不仅能节约大量厂房面积，还能免去从洗料池到蒸煮锅之间出料、运料、投料等中间环节的劳动力。

3鱼皮洗煮罐的结构设计

本文基于第2节的研究现状分析，进行了鱼皮胶原蛋白洗、煮一体化方案及洗煮罐新设备的研究与开发，新设备外观如图4所示。新设备内置的机械搅拌器、排液疏通滤孔器和自动投料控制装置等都自行设计，通过一次性改造，能够节省厂房面积和人力成本，还能提高设备生产效率和改善工作条件。本设计方案中，从灌注洗液、传送带投料以及后续的一系列预处理过程和水解过程直至液态蛋白料液排出等，根据工作顺序其时间需求，采用时序控制技术自动完成，鱼皮蛋白预处理水解罐运行时序图如图5所示。

图4　洗蒸煮一体化设备外观图Fig.4　The integration structural modeling of washing and steaming

图5　预处理水解运行时序图Fig.5　The timing diagram of pretreatment hydrolysis tank

图6　鱼皮蛋白预处理水解罐Fig.6　The pretreatment hydrolysis tank of fish skin collagen

4洗、煮一体化作业的原理

在预处理阶段对水量需求较大，通常的料液比约1:8左右，而在水解工艺阶段，为了尽可能使鱼皮蛋白质充分水解又能获得高浓度的液态蛋白质，料液比约1:4。由于两个工艺阶段需要不同的水量，本文将罐体设计成上下两层直径不同的结构［9-11］，如图6所示。预处理阶段上下两层罐体同时运作，洗液高度最高距罐口约300 mm，此时罐的容量约16.6 m3，按1:8料液比能处理1.8 t原料。水解阶段仅在下罐体运作，其容量约8.5 m3，这样就能使原料在同一个罐内实施了两个阶段的工艺过程。

洗煮一体罐的搅拌器以电动机作为动力源，经减速箱、联轴器、传动轴传递扭矩，利用搅拌器的桨叶作用使罐内水形成流体，使原料在湍流的洗液中进行更有效的处理。在搅拌器的选择上［12］，我们选用框式搅拌器。框式搅拌器结构简单，便于装拆、清洗，搅动物料量大，其边框外缘与罐壁间隙很小，在搅拌物料时不易产生死角，且有利于传热过程的进行。在水解过程中，通过搅拌器的搅拌能使罐内温度快速趋于均衡，液料均匀性好，有助于鱼皮蛋白质加速水解。

本设计采用自动投料装置，原材料由传送带运至水解罐上方，再由导料板和投料槽导入罐体内。此方法取代了以往人工投料的方式，节约了大量人工。传送带系统采用单片机作为控制器［13］，具有应用面广，实用性强，可靠性高，操作简单等优点，在实际生产中应用效果显著。

传送带由调速异步电机驱动，且配有测速传感器，传送带的下方装有测重传感器。在传送带工作时，单片机控制器接收传感器传回信号，计算传送带上物料的瞬时流量和累计流量，将结果显示出来，并和设定的流量值进行比较，通过PID调节，输出电流控制信号，调节调速异步电机的转速，使物料流量稳定在设定值。

5结束语

本文研究针对鱼皮胶原蛋白制备工艺长期陈旧、效率低、占地大、耗水多、工作环境差等突出问题，在节约占地面积、节约耗水量和改善工作环境等问题上进行了研究。设计出了“鱼皮蛋白预处理水解罐”。使得制备工艺有了极大提升。经软件仿真效果分析，与传统生产工艺相比较，按照生产1吨蛋白粉计算，占地面积可由1 000 m3降为500 m3，用水可由400 t降为200 t，生产车间面积及用水减少50%。此工艺使自动化程度及经济效益明显提高。

参考文献：

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中图分类号：TH122

文献标识码：A

文章编号:1008-830X（2016）01-0045-03

收稿日期：2015-10-20 基金项目：地市级基金项目（2013C04005）

作者简介：王朝海（1991-），男，安徽六安人，硕士研究生，研究方向：农业机械化.E-mail:17805804464@163.com 通讯作者：刘玉良（1971-），男，河南唐河人，教授，博士，研究方向：信号处理与通信网络，智能机器人.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