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      貝類開殼技術與真空系統技術

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-03-03 11:41:23    瀏覽次數:7    評論:0
      導讀

      貝類肉質鮮嫩、營養豐富,富含脂質、氨基酸及活性蛋白、糖類、微量元素等營養成分,具有改善血脂、抗疲勞、提高免疫力等功效,同時又較容易捕獲,因此早在漁獵時代就已成為人類的重要食材,深受消費者的喜愛[1]。2016年,中國貝類總產量約1 529 萬t,占漁業總產量的22%,是產量最大的大宗水產品之一。貝類的生產和銷售具有

      貝類肉質鮮嫩、營養豐富,富含脂質、氨基酸及活性蛋白、糖類、微量元素等營養成分,具有改善血脂、抗疲勞、提高免疫力等功效,同時又較容易捕獲,因此早在漁獵時代就已成為人類的重要食材,深受消費者的喜愛[1]。2016年,中國貝類總產量約1 529 萬t,占漁業總產量的22%,是產量最大的大宗水產品之一。貝類的生產和銷售具有較強的地域性和季節性,呈沿海多內陸少的分布模式,90%以上的貝類分布在沿海地區,以海水養殖居多,其中以牡蠣、蛤類、扇貝和貽貝的產量最大,占貝類總產量的80%以上,而廣大內陸地區貝類的產量很低,只有淡水螺和珍珠蚌的養殖稍具規模[2-4]。由于貝類常年生活在水中或灘涂等濕潤環境中,離水后存活時間較短,鮮活流通與貯運難度大,因此在貝類肉多肥美、集中上市的季節,單純依靠鮮銷無法消耗其巨大的產量,需及時進行加工處理[5-6]。目前,貝類加工產品主要有干制品和冷凍品,少數煙熏、加工成罐頭和保健食品等,但無論加工成何種產品大多需要先進行開殼加工處理[7-8]。由于貝類具有非常強健的閉殼肌,因此將貝肉從殼中取出并不容易,加之貝類種類繁多、形狀及大小各異,且機械通用性差,研發貝類開殼新技術、研制貝類開殼新裝備是實現貝類規?;庸け仨氁鉀Q的主要問題[9-10]。

      本文對國內外貝類開殼加工技術與裝備現狀進行分析,對比傳統開殼方法的優缺點,對開殼新技術進行了介紹,并對貝類開殼技術與裝備的發展趨勢進行了展望,以期豐富貝類開殼加工理論基礎,為貝類開殼技術創新和設備研發提供參考和借鑒。

      1 貝類開殼加工現狀

      貝類開殼按照原理主要分為機械強制剝離和松弛閉殼肌2 種,機械強制剝離是通過刀具或簡易設備強行將貝殼撬開取肉的方法,多依靠人工處理;松弛閉殼肌是通過熱處理、壓力、微波等刺激手段,使閉殼肌滅活、收縮或松弛,從而使殼張開的方法。貝類開殼技術主要有熱力開殼、超高壓開殼、微波開殼、激光開殼及電擊開殼等[11];應用較多的開殼裝備主要有蒸汽開殼機和超高壓開殼機。

      1.1 傳統開殼技術

      1.1.1 人工開殼

      人工開殼是指采用刀具或特制小工具沿著貝殼的縫隙切入,再用力將貝殼撬開,把貝肉從殼體中強制分離的方法。這種開殼方法的優點是能保持貝肉的生鮮狀態,營養流失少,缺點是開殼效率低,且容易破壞邊緣殼體,部分殘殼混入貝肉中,影響其食用和后續加工。特別是對于牡蠣、扇貝等閉殼肌特別強健的大型貝類,人工開殼勞動強度大、效率較低,對工人的技巧性要求也較高;同時由于開殼工具和貝殼邊緣比較鋒利,容易劃傷工人,存在一定的危險性;此外,手工開殼的貝肉完整性不高,安全衛生性也很難保證,不能滿足規?;a要求[12]。隨著人口老齡化的日趨嚴重,加工企業用工成本不斷增加,人工開殼已經逐漸不能滿足加工企業的發展要求,迫切需要采用機械來替代人工。

      1.1.2 熱力開殼

      熱力開殼是通過加熱的方式使閉殼肌松弛或滅活而開殼的方法,主要包括蒸煮開殼和蒸汽直噴開殼2 種方式[13]。經加熱處理的貝類不僅容易開殼,而且還能起到滅菌的作用,保證貝類的食用安全,是比較快速、效果較好的閉殼肌脫離方法;其缺點是蒸煮過程會導致部分營養和呈味物質流失、活性物質受到破壞、蛋白質變性及肌肉縮水等,造成貝肉的品質和口感下降,影響其后續加工[14-15]。開殼溫度和時間是影響熱力開殼效率和貝肉品質最重要的參數,溫度太低、時間太短無法完成脫殼,溫度太高、時間太長則會導致貝肉過度熟化。陳錚等[16]的研究表明,當開殼溫度達70 ℃時,牡蠣閉殼肌肌原纖維蛋白中約有80%的α-螺旋結構被破壞。因此,采用熱力開殼需嚴格控制加熱時間和溫度,盡量保持貝肉的生鮮度,避免貝肉熟化[17]。張靜等[18]的研究表明,當蒸汽溫度為120 ℃、噴射時間為5~10 s時,扇貝的脫殼效果較好;劉志杰等[19]研究認為牡蠣內部最終溫度為38~50 ℃、噴射時間20 s、加熱總時間60 s、噴射距離10 cm時的開殼效果最佳;Martin等[20-21]發明了一種先蒸汽加熱再低溫液氮快速冷卻的牡蠣開殼方法,脫殼率超過85%。

      關于熱力開殼設備,美國在20世紀30年代發明了蒸汽貝類脫殼機;1969年發明了扇貝蒸汽脫殼機,通過蒸汽對扇貝進行噴射,然后利用振動篩將肉殼分離[23]。日本研制的扇貝自動脫殼機采用過熱蒸汽對扇貝進行快速加熱,再用真空吸盤使扇貝強制開口,然后通過真空吸力將閉殼肌周邊的臟器吸除,最后將扇貝殼及其他物質去除,僅留取閉殼肌。該設備能自動分離扇貝殼、閉殼肌、裙邊及內臟,自動化程度高,但只適用于蝦夷扇貝等殼面平整的大體型扇貝,不適用于小個體扇貝[11]。中國于20世紀60年代研制成功了針對蛤類的脫殼機械,采用加熱蒸煮開殼后通過機械振動、水流重力等原理進行殼肉分離[24]。河北農業大學發明了一種蒸汽式扇貝開殼裝置,可以實現扇貝開殼的連續加工[25]。有專利公開了一種夾持式貝類蒸煮機,通過夾持蒸煮有效防止貝肉過早脫離貝殼,避免貝肉與貝殼間的反復摩擦,保證貝肉完整[26-27];大連經濟技術開發區正水設備廠發明了一種貝類蒸煮加工自動生產線,通過可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)控制,配合相應的傳感器,可實現給料、蒸煮、出料、殼肉分離及漂洗等工序的全程自動化[28]。

      1.1.3 微波開殼

      微波開殼是利用微波的穿透性和熱效應,通過微波高頻振蕩使貝肉中的水分子無規則劇烈運動,摩擦產生大量的熱量而使貝類的溫度迅速升高,從而使閉殼肌受熱變性與殼體分離的技術,本質上也屬于熱力開殼[29-31]。微波開殼研究始于20世紀60年代,最初的設備需首先對貝類閉殼肌進行定位,然后再將微波集中輻射到閉殼肌處,實現肉殼分離。隨著技術的不斷進步,發明了隧道式微波連續脫殼系統,無需進行定位,將貝類置于輸送帶上,輸送帶上方安裝有微波發生器,利用產生的微波使貝肉受熱開殼,實現連續自動化作業[32]。

      微波開殼的優點是加熱時間短、升溫速率快、開殼效率高,開殼率可達98%~100%;缺點是微波開殼后的貝肉熟化程度高、汁液流失較多、縮水較嚴重,因此,采用微波進行開殼時需對微波的功率和時間進行優化,微波功率不宜太高,加熱時間不宜過長。

      1.2 前沿開殼技術

      1.2.1 超高壓開殼

      超高壓開殼法是將貝類放置在密閉的超高壓容器中,利用超高壓力迫使貝類閉殼肌纖維和組織變性,致使肉與殼的結合緊密度下降,閉殼力受損,從而使閉殼肌從貝殼上脫落的開殼方法,可以在不借助外力的條件下實現貝的殼肉分離[33-35]。He等[36]的研究表明,在200 MPa以上的壓力下加壓2 min即可實現貝殼與貝肉的自動分離,脫殼完好,且不需太長的保壓時間;經超高壓處理后,貝肉的新鮮度、色澤、口感等均變化不大,且能有效降低貝肉中的微生物數量,延長新鮮貝肉的保質期[37-42]。李學鵬等[43]通過對脫殼效果、得肉率和貝肉品質進行研究,認為壓力300 MPa、保壓時間1 min為牡蠣開殼的最佳工藝條件;易俊潔等[44]將鮑魚在300 MPa的超高壓力下處理,100%完成開殼,比人工開殼節省72%的時間,同時經超高壓處理的鮑魚菌落總數顯著降低,持水性明顯提高;王敏[45]將貽貝在300 MPa的壓力下保壓處理2 min,脫殼效果較好,且能改善貝肉的質構;蘆新春等[11]的研究表明,溫度也是影響超高壓開殼的因素,在適宜的溫度條件下進行超高壓加工可有效降低壓力值、縮短保壓時間。

      按照壓力產生的方式,超高壓設備可分為間接加壓設備和直接加壓設備,貝類開殼一般采用間接加壓,即將原料置于高壓容器中,通過從外部管路泵入壓力介質,使容器內壓力增大,完成對物料的加壓,壓力介質一般為水或油[46]。目前,超高壓設備與技術日趨成熟,最高壓力可達800~1 000 MPa,但存在連續化程度低、處理量少、設備昂貴等缺點,僅停留在實驗室應用階段,未實現規?;瘧?。

      1.2.2 激光開殼

      激光開殼法是將激光束直接對準閉殼肌,在激光的熱作用下使閉殼肌完全從貝殼上脫落的方法。激光開殼對貝肉營養的破壞較小,開殼率高達100%,適用于扇貝、牡蠣等個體較大的貝類。蘆新春等[11]的研究表明,70 W激光輻射1 min左右就能使扇貝閉殼肌脫落[11]。由于激光開殼需通過人工或機械視覺、圖像處理等技術對閉殼肌進行定位,開殼效率較低,因此較難實現連續化與規?;?,在實際生產中應用較少[47-48]。

      1.2.3 電擊開殼

      電擊開殼是利用高壓脈沖電壓對貝類進行強刺激,導致貝類心臟因受電擊瞬間停止跳動而死亡,從而使閉殼肌失去作用而開殼的技術[49]。電擊開殼可分為直接電擊和導電液間接電擊2 種,直接電擊是直接將貝類置于高壓脈沖電源的正負極之間,直接通電開殼,優點是能使貝肉保持生鮮狀態,缺點是需對閉殼肌進行定位,開殼效率低,操作時存在一定的安全隱患;導電液間接電擊可以提高開殼效率,安全性方面也更可靠,但電擊后的貝類開殼間隙通常較小,還需要借助其他工具或方法進一步開殼,較難實現連續開殼。

      1.2.4 冷凍開殼

      冷凍開殼時先將貝類凍結,然后放入轉動的開孔滾筒中,經碰撞使貝類的后部韌帶、閉殼肌與貝殼分離,在離心力的作用下使解凍的肉與空殼分離,體積較小的貝肉從滾筒的開孔中掉入收集箱,殼從滾筒的另一端出來,實現連續開殼。冷凍開殼的缺點一是開殼率還有待提高,因為一部分貝類經碰撞轉動無法實現殼肉分離;二是冷凍會造成貝肉蛋白質不同程度的變性,影響其口感,且不利于后續加工;三是開殼過程中會有部分碎殼混入貝肉中,需要進行進一步的殼肉分離[50]。

      1.2.5 化學溶液浸泡開殼

      化學溶液浸泡開殼是利用一些化學溶液能夠抑制動物的神經活動的原理,使貝類閉殼肌松弛而開殼的技術。將牡蠣浸漬于與海水相同浸透壓的鎂溶液中1 h后,40%的牡蠣開殼,2 h后開殼率達60%;將鎂溶液的濃度提高1 倍后,浸漬2 h后的開殼率可達80%;將開殼的牡蠣再浸泡于海水中,剝肉的牡蠣可收縮恢復原狀[51]。采用一定濃度的氫氧化鈉或氫氧化鉀處理扇貝時,由于氫氧化物處理會造成部分內臟和起連接作用的薄膜組織發生腐爛變質,因此后續脫殼會更容易、更有效。由于在化學溶液中浸泡的時間較長,因此怎樣將滲透進貝肉中的化學物質排出、殘留在貝肉中的化學物質是否對人體有不利影響等問題還有待繼續深入研究。

      不同開殼方法的開殼情況對比如表1所示。

      表1 不同開殼方法開殼情況對比
      Table 1 Comparison of different shellfish shucking methods

      2 貝類開殼技術與裝備發展趨勢

      隨著貝類加工比例的逐年增加以及消費者對脫殼貝肉新鮮度要求的不斷提高,貝類加工企業對貝類開殼新技術和裝備的需求進一步增長。未來貝類開殼技術與裝備的發展將以生鮮開殼為目標,不斷突破超高壓、電擊開殼等技術瓶頸,逐步取代熱力開殼和微波開殼等傳統開殼技術,研制可實現保持貝類生鮮、連續和智能開殼的設備,以滿足產業發展需求[52-55]。

      2.1 生鮮開殼技術與裝備

      目前,可實現生鮮開殼的超高壓、電擊開殼等方法均還只停留在實驗室階段或小試階段,處理能力比較低,距離產業化應用還需要較長時間。需在掌握貝類開殼機理的基礎上,對超高壓開殼、電擊開殼等技術和工藝參數進行更進一步的研究,優化脫殼工藝和技術,研制生鮮開殼設備,開展中試實驗并逐漸放大應用,最終實現生鮮快速開殼。

      2.2 連續開殼技術與裝備

      連續開殼是實現貝類開殼工業化生產的前提。生鮮開殼后的貝類不像熱力開殼后的貝類一樣貝殼完全張開,而通常只是微微張開或開口較小,要實現連續開殼還需要經過一道或多道工序,使貝殼完全張開,再進行殼肉分離。在保證貝肉生鮮狀態的前提下實現連續開殼是貝類開殼技術與裝備產業化應用的難點與重點。

      2.3 智能開殼技術與裝備

      現有脫殼設備的精準化和智能化程度較低,未來的發展趨勢將是通過結合三維激光定位技術、多光譜視覺檢測技術等高新技術,精準定位閉殼肌位置,并根據閉殼肌的特點自動選擇適宜的刺激方式對閉殼肌進行精準刺激,通過機械視覺等技術自動判定開殼完成時間點,防止過度刺激,從而形成完整、精準、智能型開殼模式,研發可實現智能開殼的關鍵設備,并集成自動化生產線,使貝類脫殼達到規?;庸?、自動化控制和智能化管理的先進水平。

      3 結 語

      創新貝類開殼技術、研發高效開殼裝備是提高貝類加工水平、提升貝類加工效率、保持貝肉品質及保障貝類食用安全的重要途徑。我國的貝類開殼技術與裝備研究雖然取得了一定的進展和成果,但產業化應用還存在較大難度,尚不能滿足加工企業的需求,需持續加大科研投入,注重技術革新,提高裝備性能,促進貝類加工產業的發展。

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      關鍵詞: 開殼吸盤 農業
      (文/小編)
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