鱼鳞胶原蛋白提取后残渣胶液回收系统设计

杨莉莉 梁吕保

鱼鳞胶原蛋白提取过程中剩余的鱼鳞残渣不仅会使提取的回收率降低，增加制造成本，还会加重污水处理系统的负担。因此，设计合理的鱼鳞残渣胶液回收系统，不仅可以提高提取的回收率，降低制造成本，也可以避免大量高浓度的含蛋白废水进入污水系统中，从而有效减轻污水系统的负担。

一、鱼鳞残渣固液分离方法的对比分析

常用的固液分离方法包括自然沉降、过滤分离、离心分离等。

自然沉降的原理是基于固相与液相之间的密度差，固相受自身重力作用沉降，使悬浮液分为澄清液和浓浆，从而达到固液分离的目的。自然沉降法所使用的设备比较简单，只需要设置沥水池即可，具有设备投入成本低、运行成本较低、操作简单等优势，缺点是静置分离时间长，因此导致效率低，物料在静置等待过程中容易变质。另外，还需要人工将滤渣铲起来，劳动强度也比较大，敞开式的生产操作方式也不利于控制卫生。因此，该方式不适用于鱼鳞残渣胶液的回收。

过滤分离是利用多孔性介质（如滤布）截留固-液悬浮液中的固体粒子，使固、液相分离开的一种方法。根据操作方式的不同，过滤分离可分为连续式过滤分离和间歇式过滤分离。常见的连续式过滤分离设备有真空转鼓过滤机、带式真空过滤机。试验发现，提胶后质地变软、体积变大的鱼鳞极易附着在转鼓上，鱼鳞残渣形成的滤渣层无法用刮刀完全清除，导致真空转鼓过滤机无法正常卸料，因此真空转鼓过滤机不适用于回收鱼鳞残渣胶液；带式真空过滤机体积比较大，需要比较大的操作空间，也不太适合本案例。常见的间歇式过滤分离设备如板框过滤机，虽然结构简单、价格较低，但不能连续操作，自动化水平较低，劳动强度大，生产效率低，滤布拆洗及安装所需时间长，敞开式的生产操作方式也不利于控制卫生。

离心分离是利用转鼓高速转动所产生的离心力来实现悬浮液的固液分离，工业上常见的离心分离设备有三足离心机、卧式螺旋卸料沉降离心机（以下简称“卧螺离心机”）等。三足离心机具有设备结构简单、操作维修方便、过滤时间可随意灵活调节、通用性强等特点，但需要人工上部卸料，间歇操作，工作强度大，生产效率低，不适用于本案例。卧螺离心机主机由转鼓、螺旋输送器、差速系统、轴承座、机座、罩壳、主电机、副电机以及电器系统等构成，其工作原理为：电机传动装置分别带动外转鼓和差速器进行高速旋转，在差速器的作用下，螺旋输送器产生一个略高于外转鼓转速的稳定差转速，以此实现物料在高速旋转下的螺旋卸料功能；当机器达到额定转速时，即可将需要处理的悬浮液由高位槽或输送泵送入离心机中，物料通过螺旋输送器的加速斗加速进入离心机的外转鼓内，在强大的离心力场的作用下，被分离出来的固相沉渣很快堆积在外转鼓内壁上，在螺旋输送器叶片的推动下，固相沉渣不断推向外转鼓小端锥段的干燥区内；固相在离心力的挤压下不断脱水浓缩，最后被推出外转鼓小端的排渣口，从固相收集罩壳中排出；被澄清的液相经溢流挡板位置调整后，沿螺旋槽不断流向外转鼓大端，经溢流孔从液相收集罩壳中排出。

卧螺离心机可以连续生产，生产能力强，自动化程度高，适用于工业的流水线作业。该设备采用变频控制，可进行无级调速，以达到最佳的分离效果。而且整个分离过程都在密闭转鼓内进行，不易受到污染，故而适用于管道化生产。设备中与物料接触的部分可采用耐腐蚀性316L不锈钢材质，并进行镜面抛光处理，使其符合《食品生产通用卫生规范》的要求。因此，与敞开式的三足离心机、压滤机相比，卧螺离心机更容易受到食品、制药行业的青睐。

根据生产统计，投入3300kg/批水分为60%（w/w）的湿鱼脱灰鱼鳞，完成提取操作后罐内鱼鳞残渣的平均体积为1.41m3（罐体液位计直接读数），比重约为0.95t/m3，平均水分为90.05%（w/w），按照1：0.4的料液比向其中加入中温水（55℃）并喷淋，合计待处理的鱼鳞残渣混悬液体积约为2.1m3，pH在3左右，鱼鳞残渣混悬液的温度为70℃，须在1h内完成离心脱水。按照上述使用工况，卧螺离心机选型的主要参数详见表2。

二、鱼鳞残渣胶液回收系统的设计

鱼鳞残渣胶液回收系统的回收流程如图1所示。其中，1为提取罐，2为缓冲池，3为清洗用水，4为离心泵1，5为清洗用水，6为脱水后鱼鳞残渣出口，7为卧螺离心机，8为脱水后鱼鳞残渣回收装置，9为胶液出口，10为胶液回收桶，11为离心泵2，12为回收胶液出口。

1.向提取后的鱼鳞残渣中按照1：0.4的料液比加入中温水（55℃）及喷淋，边搅拌边排入缓冲池，缓冲池内设置有斜面冲孔板，对鱼鳞残渣内的杂物进行过滤与分散，防止其损坏后端的离心设备。缓冲池内设置液位计控制提取罐的出料阀，自动送料到缓冲池。缓冲池上方安装有冲洗的喷头，冲孔板堵塞时，可以打开喷头进行清洗。缓冲池中设置有排污口，生产结束后可以清洗排污。

2.缓冲池出口与离心泵1相连接，离心泵1可以通过变频调节送入离心机的流量。

3.混凝土浇筑卧螺离心机基础，基础的高度要便于脱水后鱼鳞残渣的装袋回收和液体回收。根据胶体回收罐内液位计对离心泵2进行控制，自动将回收的胶液抽到后端的生产工序。

4.鱼鳞残渣胶液回收系统的清洗。在提取罐中配制适量的清洗液，沿着鱼鳞残渣胶液的回收线路进行清洗，再在提取罐内加入温水冲洗掉残留清洗液。

三、鱼鳞残渣胶液回收系统项目投入统计

魚鳞残渣胶液回收系统项目投入统计情况如表2所示。鱼鳞残渣胶液回收系统的管道安装及布线由动力部完成，离心机的混凝土基础根据卧螺离心机厂家所提供的图纸，外发施工。系统整体完工后，由生产部门、动力部门、卧螺离心机厂家进行调试。

四、结果与分析

本研究以投入3300kg/批水分为60%（w/w）的湿鱼脱灰鱼鳞为例，完成提取操作后罐内鱼鳞残渣的平均体积为1.41m3（罐体液位计直接读数），比重约为0.95t/m3，平均水分为90.05%（w/w），按照1：0.4的料液比向其中加入中温水（55℃），然后边搅拌边打开罐体的喷淋，将残渣冲入缓冲池中，经由离心泵抽入卧螺离心机中。经过卧螺离心机脱水后，鱼鳞残渣的平均水分为79.98%（w/w），脱水后鱼鳞残渣的平均重量为668kg，回收胶液量平均为1.42m3，回收胶液平均浓度为1.50%（w/w），理论上每批次鱼鳞残渣胶液可以回收胶原蛋白肽粉22.85kg（按水分7%（w/w））。

鱼鳞残渣胶液回收系统的总功率为33.5kW，平均每批次回收加清洗的时间在1.5h左右。所以，每批次鱼鳞残渣胶液回收的电费为：33.5kW×0.73元/kW·h×1.5h=36.68元（电费平均按0.73元/kW·h计算）。

综上所述，采用卧螺离心机对鱼鳞残渣胶液进行回收，回收系统的自动化水平高，现场操作人员的劳动强度低，回收及清洗操作简单，容易标准化，且回收胶液全过程在密封的容器或管道内进行，不与外界环境接触，不容易被污染，回收与清洗的效率高，比较适用于工业化生产。

残渣胶液回收系统的改造投入为35万元左右，每年按生产330天、2批/天计算，每年可以回收的产量为：330天×2批/天×22.85kg/批=15081kg。由此可知，每年可以增加的产量达15.08吨，增加产值超过数十万元人民币。因此，鱼鳞残渣胶液回收系统在技术上具有可行性，在经济上也有较好的投资回报率。

作者简介：杨莉莉（1985-），女，湖北大冶人，工程师，硕士研究生，研究方向为鱼胶原蛋白肽、鱼明胶生产工艺及其应用。

梁吕保（1982-），男，广东茂名人，助理工程师，硕士研究生，研究方向为鱼胶原蛋白肽、鱼明胶生产工艺。