摘 要：中國的水產品加工總體上仍以勞動密集型為主, 機械化、自動化程度不高, 裝備普及率較低;採用先進的加工裝備替代人工, 可顯著提高加工效率和產品穩定性, 改善加工環境, 減輕勞動強度, 已經成了水產品加工行業迫切需要解決的問題。本文闡述了發展水產品加工裝備的意義, 對國內外水產品加工裝備的研究和應用現狀進行了系統分析, 對國內外水產加工裝備水平進行了對比, 對水產品加工裝備未來發展趨勢進行了展望, 以期為水產品加工裝備的發展提供參考借鑑和方向探索。
2016年, 全國水產品總量6 901萬t, 其中水產品加工總量2 165萬t, 加工佔比例31%, 水產品加工企業數9 694家[1]。水產品加工目前總體上仍以勞動密集型為主, 機械化、自動化程度不高, 特別是前處理工序, 80%左右依賴人工, 加工效率較低, 僅有少數大型加工企業引進成套加工生產線, 大部分中小型企業基本上以手工作業為主, 部分工段採用單機設備作為輔助, 品質和工效難以保證[2]。據統計, 水產品加工企業使用的加工裝備, 約有50%還處於20世紀80年代的水平, 40%左右處於20世紀90年代水平, 只有不到10%達到目前世界先進水平[3]。
隨著人口老齡化趨勢的日益加劇, 適齡勞動人口呈不斷下降的趨勢, 同時, 由於水產品加工勞動強度大、工作環境比較惡劣, 越來越多的年輕勞動力不願意加入這一行業, 這導致水產加工企業招工越來越難, 用工成本不斷上升, 嚴重擠壓了水產加工企業的利潤, 成為制約企業發展的瓶頸。採用先進的加工裝備替代人工, 已經成了加工企業的迫切需求。相比人工處理, 加工裝備在加工效率和產品品質穩定性等方面具有明顯的優勢。通常情況下, 採用單機設備可以提高加工效率5~10倍, 部分加工裝備可以提高加工效率幾十倍甚至上百倍, 採用成套設備, 加工效率還有可能進一步提升。產品穩定性方面, 採用機械加工的產品, 大小、厚度均勻、統一, 避免了人工處理由於操作不規範造成的產品品質參差不齊, 同時還可有效防止加工過程中的二次汙染, 保障了產品安全。
與國外發達國家相比, 中國水產品加工裝備製造技術和創新能力明顯不足, 國產裝備的智能化、規模化和連續化能力相對較低, 加工工程裝備的設計水平、穩定性、可靠性及設備性能等與發達國家相比存在較大差距, 尚不能完全滿足加工企業的需求。因此, 開展水產品加工技術裝備的研究, 打破國外技術壟斷, 提升自主研發能力, 全面提升水產品加工裝備製造的整體技術水平。
1 水產品加工裝備研究與應用現狀
1.1 國外現狀
歐美、日、韓等國的水產品加工裝備研究起步較早, 技術處於國際領先水平, 裝備加工精度高, 自動化水平高。德國BAADER公司在中大型魚類加工裝備研發方面處於世界領先水平, 其研製的鱈魚去皮機, 加工質量和魚片產出率高;研發的三文魚、鮰魚等魚片加工全自動生產線、魚糜加工成套生產線, 自動化程度高、操作工人少、產品安全衛生[4]。冰島在魚片加工、魚刺檢測等設備研製方面具有較高水平。MAREL公司研發的魚片切割機, 以高壓水為切割刀, 結合X射線、計算算法以及水力噴射等技術, 能在不到1 s時間內切割出魚片;VALKA公司研發的魚片切割機能夠切除腹部魚骨, 通過事先設定的切割方式對魚片進行最優化切割, 操作工人能快速高效地對設備進行調整, 以滿足固定切割重量、長度、寬度、厚度等要求[5]。瑞典在中小型魚類加工設備方面具有豐富的經驗。ARENCO公司開發的中上層魚類加工生產線可實現自動化去鱗、切頭去尾、剖腹、去髒、去背鰭等;開發的船用全自動魚類處理系統能精確去除魚頭和魚尾, 並採用真空系統抽除魚的內臟, 開片、去皮操作全自動且可調節[6]。法國、美國、挪威等在船上保鮮與加工技術及設備方面的研究較早, 在冷海水保鮮技術與加工船設計建造方面有一定研究。目前國外加工船主要以冷海水保鮮船、船上保鮮加工船為主, 加工主要對象是金槍魚等高經濟價值漁獲物, 還有少量的船載魚、蝦粉加工設備、船上乾製品加工設備等。日本研製的基於三維激光成像的冷凍魚切身定量分割裝置, 通過對魚片的立體監測, 準確分割出所需切身的大小和重量。蝦加工方面, 美國JONSSON公司經過幾代的改進和完善, 研製出對蝦剝殼系統, 將去頭蝦體固定在旋轉圓盤上, 完成抓蝦、壓實定位、斷尾殼、開背、去腸線、殼肉分離等蝦剝殼全部工序, 並通過不斷完善, 開發出包括剝離、清洗、分級、進料等整條生產線設備[7-8]。南極磷蝦加工方面, 國外在20世紀70年代初就研製成功南極磷蝦捕撈加工船, 船上配備南極磷蝦冷凍原蝦、熟蝦、整形蝦肉、飼料級蝦粉和食品級蝦粉等多套加工生產設備。日本和波蘭在船上用滾桶脫殼法對南極磷蝦脫殼, 1 h能加工500 kg蝦。德國漁船通過絞碎、脫殼、離心、壓榨、速凍、包裝冷藏得到南極磷蝦肉糜。挪威是目前磷蝦開發利用最成功的國家, 裝備先進, 配置了專業化精深加工成套裝備, 完全實現了工業化自動流水線作業生產加工方式, 日處理能力達到700多t[9]。貝類加工方面, 日本研製了一種無水噴霧保活裝置, 可在廂式運輸車內形成低溫高溼環境, 促進水產品在低溫下進入冬眠狀態, 降低新陳代謝水平, 使其在離水條件下長時間維持生存[10]。日本研製的扇貝自動加工設備, 通過蒸汽加熱使貝殼張開, 再利用真空管道將外套膜及周邊臟器去除, 實現機械化脫殼[11]。美國研製出超高壓扇貝加工設備, 採用600 MPa的超高壓處理約3 min後, 殼內組織可從貝殼上完整剝離開來。冰島研製的船載扇貝加工生產線, 由輸送、分級、水浴加熱、分離、冷凍隧道等部分組成, 可實現扇貝成批量加工, 產量可達100~300 kg/h, 自動化程度較高[12]。頭足類加工方面, 韓國、日本的加工裝備性能處於領先地位, 如韓國GRANDBELL公司開發的魷魚加工生產線, 可實現魷魚的脫皮、剖片、切圈和切花等機械化作業[13]。精深加工裝備方面, 國外在活性物質提取設備, 魚、蝦油精煉設備等方面具有較大的技術優勢, 如德國Haarslev、Alfa Laval等公司在熱交換、分離、純化等裝備技術在行業處於領先地位。
1.2 國內現狀
近年來, 隨著水產品產量的增加和加工產業規模的壯大, 加工企業對加工裝備的需求越來越大, 在引進國外水產加工裝備的同時, 通過對國外加工裝備製造技術的引進和消化吸收, 針對行業需要, 一大批具有自主知識產權的新型裝備被開發出來並投入使用, 大大提高了生產效率及產品質量, 並極大改善了水產品企業工人的勞動環境。
裝備研究方面, 魚類加工裝備研究取得了一些階段性成果。如通過對魚鱗與魚體的生物結合力以及去鱗方式的研究[14], 形成設計依據, 研發了彈簧刷去鱗機和臥式多滾筒去鱗機, 加工能力可達1 200條/h, 顯著提高了魚類去鱗效率。去頭設備方面, 研製了基於直線切割的圓盤刀去頭機和基於弧線切割的弧形刀去頭機。去髒設備方面, 研製了針對海水小雜魚的開腹去髒設備[15]。剖切裝備方面, 研發了剖腹機、開背機、開片機、切斷機等並應用於實際生產。保鮮物流裝備方面, 以節能提效、高效保活與信息化為重點, 開展了活魚運輸關鍵技術研究[16], 研發了活魚運輸箱水質自動控制系統[17]。魚糜加工裝備方面, 完成了冷凍魚糜生產工序模塊化設計, 創新開發了冷凍魚糜加工組合式生產工藝技術、多級回收系統、魚糜加工溫升抑制技術, 提高了魚糜加工裝備的適應性、魚糜產品品質、得率和企業的投入產出比[18-19]。魚類副產物綜合利用方面, 創新研發了魚副產物破碎、動植物蛋白複合發酵等設備, 改進和完善了酶解設備、魚粉加工成套設備[20-21]。蝦類加工裝備方面, 研發了對蝦頭尾背腹定向方法及裝置;通過對蝦頭胸部的連接力學特性研究, 確定了對蝦去頭的位置、方式與方法, 掌握了對蝦開背的切割特性, 設計了對蝦開背的試驗裝置, 研製了對蝦剝殼樣機, 但技術還並未成熟, 雖部分應用到了實際生產, 還存在得率較低、穩定性差等問題需要改進[22-26]。捕撈加工船方面, 國內有企業正在自主設計製造南極磷蝦專業捕撈加工船, 將填補我國南極磷蝦專業性捕撈加工船的空白。關鍵裝備開發方面, 漁業機械儀器研究所創新研發了南極磷蝦脫殼設備, 脫殼效果良好, 但在加工能力、進料均勻性等方面還需進一步完善[27-28]。蟹類加工方面, 建立了滾軸擠壓、皮帶擠壓、真空吸濾等實驗平臺, 成功研製了河蟹殼肉分離專用設備並應用於實際生產[29-30]。貝類加工方面, 研製了蛤類清洗分級設備和牡蠣組合式高效清洗設備, 可提高清洗效率30倍以上[31-35]。海藻前處理加工方面, 研製了基於PLC控制夾持力的海帶自動上料機, 以及基於懸鏈線理論的海帶打結機[36]。海參加工方面, 開發了預檢篩分、連續蒸煮及整形等關鍵裝備, 集成了國內第一條海參機械化前處理生產線[37-40]。副產物綜合利用方面, 研製了車陣式和履帶式連續發酵裝置, 提高了發酵過程的均衡性, 研發黏性物料流化乾燥設備, 集成成套生產線[41]。
1.3 國內外對比分析
國內應用的水產品加工裝備以前處理和初加工裝備居多, 以機械替代人工為主要目的, 精深加工裝備水平比較落後, 如活性物質提取、魚油精煉、自動稱量包裝等大型生產線, 除部分單機已國產化外, 核心裝備還依賴進口, 國外發達國家則非常重視精深加工裝備的發展, 注重產品附加值的提升。國產裝備在加工效率、精度、連續性、穩定性、自動化程度等方面與國外相比還存在比較大的差距[42-46]。在系統構建與集成方面, 國內水產品加工裝備以單機設備為主, 成套設備研發、工藝創新與集成能力與國外還存在較大差距, 如中國遠洋捕撈船載加工裝備集成能力落後, 南極磷蝦船載蝦粉加工主要沿用陸基的溼法魚粉生產技術及設備, 針對磷蝦特性的蝦粉加工工藝研究與裝備開發能力不足, 國外專業化捕撈加工船上配備的加工裝備, 針對性強, 自動化程度高, 可以精準實現去頭、去皮、去髒、開片、冷凍包裝及品質控制, 系統性集成研究水平很高。此外, 國內的加工裝備研發在相當長的時間內都是以引進和消化吸收國外先進技術為主, 近年來逐漸開始重視自主研發, 但創新能設計能力還有待進一步提高。
隨著現代漁業產業結構調整、產業鏈的延伸, 水產品加工產業迅速發展, 水產加工裝備的需求量越來越大, 如替代人工的機械化加工裝備、提升產品附加值的精深加工裝備、注重工藝裝備結合的創新型裝備, 突出自動化和信息化的智能型裝備、與遠洋捕撈相結合的船載加工裝備等, 在高需求和新技術的刺激下, 將迎來新的發展。
2 水產品加工裝備的發展趨勢
機械化、精深化、智能化是水產食品加工裝備發展的三個主要階段, 也是水產品加工實現規模化發展、保證產品品質、提高生產效率、應用現代科技的必然趨勢。目前, 我國水產食品加工還處於機械化的發展階段, 加工裝備在部分企業或部分工序得到了應用, 但仍未普及。未來的水產品加工將呈機械化快速普及、自動化逐步推進、智能化逐步顯現的發展趨勢, 加工裝備將朝專業化、連續化、自動化、節能化方向發展, 生產規模和處理量都將有很大的提升, 裝備設計和研發向多品種、多規格方向發展, 以適應市場需求和競爭需要。
2.1 水產品加工機械化快速普及
水產品加工裝備按照加工可分為保鮮保活、前處理、初加工、精深加工、船載加工、綜合利用等環節。要全面實現加工機械化, 則在各個環節都必須採用機械替代人工, 開發出成套設備普及機械化生產。具體來說, 保鮮保活方面, 通過製冰設備、水處理系統、無水保活系統、冰溫保鮮裝備等的推廣, 配套殺菌、水質淨化、充氧等設備聯合應用, 完善冷鏈物流系統, 開發保活運輸車、船、箱, 形成海陸空全方位保鮮儲運模式, 使水產品保鮮保活朝高效、節能和可控方向發展。前處理方面, 通過清洗機、分級機、去頭機、去鱗機、去內臟機、去皮機等裝備的應用及前處理生產線的集成與推廣, 減少操作工人數量, 實現水產品工廠化、規模化前處理, 既提高處理效率, 又保證品質和安全性, 方便副產物的集中收集和處理。初加工方面, 通過開片機、開背機、蝦剝殼機、貝類生鮮開殼、冷凍魚糜加工生產線等裝備的全面推廣, 提高加工效率, 減少加工過程中的二次汙染, 減輕企業用工負擔。精深加工方面, 通過研發和改進加工設備, 提高產品附加值、減少活性物質損失、節能降耗是發展趨勢。綜合利用裝備發麵方面, 產品高值化、零廢棄、加工過程零排放將是發展趨勢。
2.2 水產品加工裝備朝精深化不斷延伸
2016年, 我國的水產加工品中, 水產冷凍品佔比接近65%, 精深加工產品少, 附加值較低。隨著精深加工技術的發展, 人們對精深加工產品需求的增加以及勞動力成本的不斷上升, 水產品加工領域對深加工裝備的需求越來越大, 各種精深加工產品的加工都將逐漸從小作坊式勞動密集型向機械化、自動化、智能化的技術密集型轉變, 要提升產品的附加值、提高經濟效益, 就必須大力發展精深加工, 而水產品精深加工要實現連續化、規模化的生產, 高值化、安全化流通, 離不開加工與流通裝備的研發與應用, 需要有可靠的、先進的精深加工裝備來支撐。發展水產品精深加工裝備系統, 如魚糜製品油炸、蒸煮設備優化系統。開發海參蒸煮、乾製、醃漬加工、乾製品覆水等規模化加工成套設備, 開發智能化包裝設備;開發魚糜膨化設備, 魚糜發酵設備。開發水產品的低溫熱泵乾燥、液燻、噴霧醃製加工設備;開發水產品電子束冷殺菌、微波場殺菌、超高壓殺菌等快速殺菌設備。
2.3 水產品加工裝備與工藝結合日益緊密
水產品加工裝備的研發依託加工工藝而存在, 加工工藝的應用和推廣又必須依靠加工裝備來實現, 兩者是一個有機統一的整體, 相輔相成, 相互影響。目前水產品加工實際生產中, 大多還處於先研發或引進加工裝備, 然後再開展工藝研究, 通過工藝優化使之與加工裝備相匹配, 這種模式可以較快地使加工裝備應用到實際生產, 但存在工藝不夠先進、創新工藝少等缺點。由於加工工藝的研發週期要短於加工裝備, 加工工藝的創新要比加工裝備更快、更新。因此, 未來的發展趨勢將是加工工藝與加工裝備結合更緊密, 通過加工工藝來引領加工裝備, 先研發形成一種新的工藝, 再根據工藝的要求, 開發出適應新工藝的加工裝備, 這種模式的優點是能確保加工工藝的先進性, 同時也能促進加工裝備的加速更新換代。
2.4 水產品加工裝備智能化逐步推進
我國水產品加工裝備, 最初是通過開關控制, 每臺單機設備旁邊裝有開關, 控制裝備的運行。隨著控制技術的不斷髮展, 逐漸發展到電控櫃控制形式, 整條生產線可以通過一個電控櫃進行集中控制, 目前, 大多數加工設備還是採用這種形式。近年來, 隨著PLC技術的不斷成熟, 部分加工裝備逐漸向自動化發展, 可通過變頻器、傳感器、三維激光、紅外定位、機器視覺等技術進行信息採集和定位, 通過控制模塊進行自動控制, 實現加工裝備的自動化。智能化是指由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術彙集而成的應用, 是水產品加工過程智能感知、數字化分析與智慧決策結果在加工裝備上的具體體現, 如只需事先設定好整套加工生產線的工藝流程、工藝參數等內容, 即可實現自動運轉。
3 結論
發展水產品加工裝備, 是提升水產品加工核心競爭力的必然選擇, 是實現漁業現代化的重要組成部分, 可以促進水產加工轉方式調結構, 推動水產加工從粗放型朝集約型轉變, 促進水產品加工朝規模化、精準化、標準化方向發展, 顯著提升加工效率, 節約勞動力成本, 提高企業經濟效益, 真正起到提質增效的作用。發展水產品加工裝備也是推動水產行業去產能, 提升水產品加工能力最重要的手段, 既可以實現去產能, 刺激對水產原料的需求, 帶動上游的養殖、捕撈業發展, 又可以提升產品的附加值, 帶動下游流通和消費的發展, 從而促進整個水產行業的發展。發展水產品加工裝備, 特別是船載加工裝備和冷鏈物流裝備, 可以最大限度地保持水產品的營養與風味, 保障品質與安全, 對促進水產品加工業又好又快發展具有非常重要的意義。
作者：歐陽傑 沈建 鄭曉偉 黃一心 徐皓
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