楊滿盈，張裕中

（江南大學食品裝備工程研究中心，江蘇無錫214122）

剪切技術在鯰魚加工副產(chǎn)物超細制漿中的應用研究

楊滿盈，張裕中*

（江南大學食品裝備工程研究中心，江蘇無錫214122）

以鯰魚副產(chǎn)物中魚骨、魚皮、魚頭為研究對象，應用剪切技術進行超細粉碎制漿。通過篩網(wǎng)測得受控切割粉碎機在不同靜刀片數(shù)以及不同粉碎循環(huán)次數(shù)情況下過篩累計百分率，觀察穩(wěn)定性，并測定粘度。結果表明，在靜刀片數(shù)222和粉碎循環(huán)3次的情況下，魚骨、魚皮、魚頭漿液經(jīng)150目過篩累計百分率分別為90.00%、82.50%、88.75%；魚皮物料粉碎難度、漿液粘度均最大；魚骨漿液的穩(wěn)定性最高；隨著粉碎循環(huán)次數(shù)的增加，漿液產(chǎn)生團聚現(xiàn)象；粉碎機的靜刀片數(shù)對漿液的粒度、穩(wěn)定性、粘度的影響均大于粉碎循環(huán)次數(shù)。應用剪切技術制備鯰魚副產(chǎn)物濃漿，實驗結果滿足實際應用的需要。

鯰魚副產(chǎn)物，濕法超細粉碎，剪切技術，過篩累計百分率，穩(wěn)定性

Abstract：The fish-bone，fish-skin and fish-head of catfish by-products were studied，and the shearing technology was applied to the ultra-fine grinding and pulping.The cumulative sieving percentage of the controlled cutting grinder under different numbers of static blades and grinding cycles was measured through sieves，stability was observed，and the viscosity was measured.The result showed that，with 222 static blades and 3 grinding cycles，the cumulative sieving percentages of pulping made of the fish-bone，fish-skin and fish-head through a 150-mesh sieve reached 90.00%，82.50%，88.75%，respectively.The fish-skin was the most difficult one to grind and its pulping had the highest viscosity，pulping from the fish-bone had the highest stability，the increasing of grinding cycles would result in the agglomeration of pulping，the number of grinders’ static blades imposed a bigger impact on the pulping’s particle size，stability and viscosity compare with that of the number of grinding cycles.The experimental results of applying shearing technology to the ultra-fine pulping of catfish by-products met the needs of practical application.

Key words：catfish by-products；wet ultra-fine grinding；shearing technology；cumulative sieving percentages；stability

中國是漁業(yè)大國，2010年水產(chǎn)品總產(chǎn)量達到5350萬t，比2009年增加了230萬t。然而水產(chǎn)品的深加工面臨著諸多問題，如加工中會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品（包括魚頭、魚皮、魚鰭、魚尾、魚骨及殘留魚肉），其重量約占原料魚的40%～55%，未得到有效地利用，產(chǎn)生了資源浪費、環(huán)境污染。如何對魚副產(chǎn)品進行粉碎制漿再利用，吸引了化工、機械、食品、生物、環(huán)境、醫(yī)藥等領域研究者的重視。目前國內(nèi)魚副產(chǎn)品的利用途徑主要有：a.加工飼料魚粉；b.將魚頭、魚骨加工成魚骨糊、魚骨粉、魚香酥；c.從魚內(nèi)臟中提取魚油，提煉EPA（二十碳五烯酸）、DHA（二十二碳六烯酸）制品；d.從魚鱗中提取魚鱗膠等。國內(nèi)對魚副產(chǎn)品的粉碎加工，局限于破碎機、絞肉機、骨泥機以及冷凍粉碎設備等。粉碎過程直接影響了魚副產(chǎn)品漿液品質的高低，而其粉碎粒徑、穩(wěn)定性等是衡量漿液好壞的重要指標。基于剪切技術的受控切割粉碎機主要是對流動性好的液狀物料，具有較高的粉碎效果。其工作機理是：物料被倒入高速旋轉的葉輪中央，離心力作用使物料運動至葉輪頂端，葉輪使物料以極高速度通過靜刀片切割邊緣，物料因受到極大的剪切力而粉碎，移動過程中切割也在持續(xù)，由于葉輪速度極高，因此物料在動、靜刀片間只停留很短的時間，一次性通過靜刀片的間隙排出，達到粉碎目的。趙浩等人研究基于剪切技術的粉碎機的結構參數(shù)，推導出靜刀片數(shù)與切割深度的關系；張玲玲等人利用剪切技術對葉類物料進行濕法超細粉碎，并應用激光粒度分析儀測得粉碎粒度；陳錫春等人利用剪切技術對甜玉米進行粉碎，研究了甜玉米漿汁的穩(wěn)定性；曾程等人證明了電池漿料在超剪切快速分散設備內(nèi)能夠被強大的剪切力、摩擦力、撞擊力、射流等力剪切分散，混合分散更加均勻。這些研究為剪切技術在魚副產(chǎn)品的粉碎應用提供了可行性。本文以鯰魚魚骨、魚皮、魚頭為研究對象，應用剪切技術進行超細粉碎制漿，為魚副產(chǎn)品的加工與全利用提供新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鯰魚（魚骨、魚皮、魚頭） 各3.5kg，天津農(nóng)學院提供。

C-144電子計價秤 上海友聲衡器有限公司；SFJ-A型萬能粉碎機 上海申銀機械廠；HM-22A型絞肉機 安徽華菱西廚裝備股份有限公司；QDGX-18型受控切割粉碎機 無錫輕大食品裝備有限公司；NDJ-5S型數(shù)顯粘度計 上海平軒科學儀器有限公司；篩網(wǎng)：60、80、100、150目。

1.2 實驗方法

1.2.1 濃漿制備工藝流程 鯰魚（魚骨、魚皮、魚頭）→解凍（30min）→清洗→粗粉碎（萬能粉碎機3800r/min，絞肉機180r/min）→加水混合→細粉碎（受控切割粉碎機9000r/min）→超細粉碎（受控切割粉碎機9000r/min）→取樣

1.2.2 原料粗粉碎 取冷凍的魚骨放入自來水中解凍，待解凍完畢后進行兩次清洗，濾干水分，稱重并取3kg，用萬能粉碎機進行初步粗粉碎；再用絞肉機將粗粉碎得到的魚骨物料進一步粗粉碎。

魚皮、魚頭粗粉碎均按上述方法制備。

1.2.3 物料中期處理 由于受控切割粉碎機對流動性好的液狀物料具有較高的粉碎效果，再者魚骨、魚皮、魚頭三種物料本身特性很難粉碎，因此在細粉碎、超細粉碎之前需對物料進行加水混合。方法是將三種粗粉碎得到的物料按原料與水1∶3比例混合（均加水9kg），盡可能的攪拌均勻。

1.2.4 細粉碎、超細粉碎 為了探究受控切割粉碎機在不同靜刀片數(shù)（200、222）與不同粉碎循環(huán)次數(shù)（1、2、3）情況下得到樣品的粒徑以及穩(wěn)定性，采用表1的實驗方案進行細粉碎與超細粉碎，并取樣。

表1 細粉碎與超細粉碎方案Table 1 Schemes of fine and ultra-fine grinding

1.2.5 篩分 通過不同孔徑的篩網(wǎng)對漿液進行篩分，計算不同靜刀片數(shù)、不同粉碎循環(huán)次數(shù)的過篩累計百分率。將60、80、100、150目的篩網(wǎng)質量分別記為m′1、m′2、m′3、m′4，篩網(wǎng)孔徑由大到小，從上而下重疊放好，將80g漿液倒入，加水進行篩分。篩分結束再將四個篩網(wǎng)稱重，分別記為M′1、M′2、M′3、M′4，利用式（1）計算篩網(wǎng)剩余量：

式中：mi—剩余量，g；M′i—第個篩網(wǎng)總重，g；m′i—第個篩網(wǎng)凈重，g

過篩累計百分率計算公式：

式中：ηi—過篩累計百分率；M—每份樣品總重，g；mi—剩余量，g。（分別表示60、80、100、150目的篩網(wǎng)）1.2.6 靜置穩(wěn)定性觀察 漿液中含不溶性物質時由于其密度與液體密度不同，在地球引力的作用下，這些不溶性的物質會逐漸的沉淀下去，它的沉淀的速度由Stock公式計算：

式中：μ—液體的粘度，Pa·s；r—粒子的半徑，mm；g—重力加速度，m/s2；ρ1—粒子的密度，kg/m3；ρ2—液體的密度，kg/m3。

將粉碎漿液均取樣15mL放入12只試管，貼上標簽，靜置于恒定溫度（4℃）的環(huán)境下，定時記錄觀察各試管沉淀高度，比較三種物料穩(wěn)定性。

1.2.7 粘度（μ）測定 利用數(shù)顯粘度計，選用3#轉子，轉速6r/min，在10℃的恒溫下：a.測得濃度為12.5%，不同靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)（方案見表1）情況下三種漿液的粘度；b.在靜刀片數(shù)200粉碎循環(huán)次數(shù)1次情況下測得不同物料濃度為12.5%、16.7%、25.0%的漿液粘度。

2 結果與分析

2.1 粒度分析

對于不同物料，按照同一方法，用靜刀片數(shù)200粉碎循環(huán)1次，用靜刀片數(shù)222粉碎循環(huán)1、2、3次。分別取80g進行加水篩分，計算不同靜刀片數(shù)、不同粉碎循環(huán)次數(shù)的剩余量與過篩累計百分率，實驗計算結果見表2。

由表2可知，雖然物料不同但過篩累計百分率總體變化趨勢相同：同一孔徑的篩網(wǎng)，隨著靜刀片數(shù)的增加，過篩累計百分率提高，循環(huán)次數(shù)增加，過篩累計百分率增加；對于同一靜刀片數(shù)和循環(huán)次數(shù)，隨著孔徑的減小，過篩累計百分率也相應減小。同一粉碎循環(huán)次數(shù)，不同靜刀片數(shù)得到的過篩累計百分率與同一靜刀片數(shù)不同粉碎循環(huán)次數(shù)所得到過篩累計百分率相比較，可以看出對過篩累計百分率的影響主次因素為：靜刀片數(shù)＞粉碎循環(huán)次數(shù)。

同種條件下，不同物料的粉碎效果也不同，由過篩累計百分率大小比較可知粉碎效果：魚頭＞魚骨＞魚皮。在粉碎過程中魚皮、魚頭粉碎下料慢（受控切割粉碎機的電流很容易達到25A），魚骨下料順暢，其原因由物料本身的性質決定：魚皮內(nèi)含有大量膠體、蛋白質、粘液物質及脂肪等。蛋白質主要是膠原蛋白，其最高含量可占蛋白質總量的80%以上，膠原蛋白是一種細胞外蛋白質，它是取3條肽鏈擰成螺旋形的纖維狀蛋白質。魚頭、魚骨主要含生物活性鈣、磷等。

表2 靜刀片數(shù)、循環(huán)次數(shù)與篩網(wǎng)剩余量和過篩累計百分率關系表Table 2 Relation table of static blades，grinding cycles with sieving remaining volume cumulative sieving percentages

據(jù)資料報道，1977年美國政府審查機構通過大量嚴格實驗后指出，平均直徑在110μm以下的骨粒對人體是無害的，美國對機械去骨肉中骨粒的直徑限制在460μm以下。Field等通過實驗證明平均直徑在110μm以下的骨粒在和人體胃液相同的pH下是可溶的。魚骨、魚皮、魚頭150目（106μm）的過篩累計百分率分別為90.00%、82.50%、88.75%，基本滿足食品添加、噴霧干燥等工業(yè)加工的粒度要求。

篩分結果可以看出：魚皮（222-3）最終篩網(wǎng)上殘留物料總量最高，達14g。粉碎效果并不因粉碎循環(huán)次數(shù)的增加而繼續(xù)提高：當篩網(wǎng)大于80目時，靜刀片數(shù)222的第2次與第3次過篩累計百分率相同。其原因是物料粉碎后出現(xiàn)少量絮狀物，無法進一步粉碎。因此對于不同的物料應選擇不同的加工方式：對魚皮的超細粉碎1～2次，對魚骨、魚頭超細粉碎2～3次。

2.2 物料穩(wěn)定性分析

對于魚骨、魚頭濃漿，按照同一方法，用靜刀片數(shù)200粉碎1次，用靜刀片數(shù)222粉碎1、2、3次。分別取15mL物料放入試管，將實驗樣品靜置于恒定溫度（4℃）的環(huán)境下，觀察其沉淀情況。目的是一方面探究靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)對穩(wěn)定性的影響，另一方面為物料在常溫的保藏與應用提供參考依據(jù)。

表3 沉淀高度對比表（mm）Table 3 Comparison table of sedimentary height（mm）

由表3可以看出魚骨漿液的穩(wěn)定性最高；漿液的沉淀高度與靜刀片數(shù)以及粉碎循環(huán)次數(shù)有關，前4h沉淀速度較快，靜置24h左右均達到穩(wěn)定。由魚頭漿液沉淀高度數(shù)據(jù)可以再次證明靜刀片數(shù)對物料的影響大于粉碎循環(huán)次數(shù)。

圖1 魚皮濃漿沉淀高度隨時間變化曲線Fig.1 Curve of sedimentary height with time

圖2 魚皮濃漿分散狀態(tài)對沉淀高度的影響Fig.2 Effect of the dispersion state of fish-skin on the sedimentary height

由圖1魚皮濃漿沉淀高度隨時間變化曲線可以看出，一開始200-1、222-1、222-3物料沉淀很快，而222-2沉淀相對較慢，其高度分別為h222-2＞h222-1＞h220-1＞h222-3。經(jīng)24h左右靜置以后物料最終穩(wěn)定，其高度分別為h220-1＞h222-1＞h222-3＞h222-2。其原因由圖2、式（3）可知，200-1試管物料由于是細粉碎，有一部分的物料粒徑很大，沉淀速度較快，靜置后所占體積較大，故結果沉淀高度最高；222-1、222-2經(jīng)過超細粉碎后，粒徑逐漸縮小，其沉淀速度逐漸減小，靜置后體積逐漸縮小。而222-3最終沉淀高度卻略高于222-2，是由于在粉碎過程中物料吸收了大量的機械能或熱能，因而使新生的超細顆粒表面具有相當高的表面活化能，粒子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。粒子為了降低表面活化能，使其趨于穩(wěn)定狀態(tài)，往往通過相互聚集靠攏而達到穩(wěn)定狀態(tài)。因而引起粒子團聚，粒徑變大。

2.3 粘度（μ）分析

應用剪切技術的受控切割粉碎機制備魚骨、魚皮、魚頭濃漿，探討不同的加工過程、物料粒徑、濃度對物料粘度的影響，為食品添加、骨粉制備等一系列工程生產(chǎn)過程控制、技術設計提供相關數(shù)據(jù)。不同的靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)以及物料的濃度對物料粘度的影響如圖3～圖4所示。

圖3 靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)與粘度關系Fig.3 Relation of viscosity with static blades and the number of cycles

圖4 濃度與粘度關系Fig.4 Relation of viscosity with concentrations

由圖3可知，魚皮的粘度遠大于魚骨、魚頭的；靜刀片數(shù)的增加、物料粒徑的減小，則粘度增加；粉碎循環(huán)次數(shù)對粘度有一定的影響，通常情況下隨著粉碎循環(huán)次數(shù)的增加，粘度也增加，而圖3中魚頭粘度在222-3情況下卻有所減少，因為其產(chǎn)生團聚現(xiàn)象，粒徑增大。

由圖4可知，物料在200-1情況下的粘度隨著物料的濃度增加而增加。魚皮粘度變化幅度大，原因是由于魚皮物料本身性質決定，物料粉碎后出現(xiàn)絮狀物，在測量粘度時則會纏繞轉子，產(chǎn)生一定的誤差，但整體變化趨勢不變。

為了減小物料的粒徑，需增加靜刀片數(shù)與粉碎循環(huán)次數(shù)，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，物料產(chǎn)生了團聚現(xiàn)象；為了增加漿液穩(wěn)定性，需增加物料濃度（減少加水量），但減少加水量會產(chǎn)生粉碎時進料不暢。針對這些原因，因此在實際生產(chǎn)過程中，對于不同的物料，需不同的加工方式。

3 結論

本文運用剪切技術對鯰魚副產(chǎn)物（魚骨、魚頭、魚皮）進行超細粉碎制漿，通過測定漿液的篩分剩余量、過篩累計百分率、沉淀高度、粘度，觀察穩(wěn)定性，研究受控切割粉碎機的靜刀片數(shù)、粉碎循環(huán)次數(shù)以及濃度對其影響。結果發(fā)現(xiàn)受控切割粉碎機的靜刀片數(shù)對漿液的粒度、穩(wěn)定性、粘度的影響大于粉碎循環(huán)次數(shù)；不同的物料應選取不同的靜刀片數(shù)與粉碎循環(huán)次數(shù)。由于初次運用剪切技術對鯰魚副產(chǎn)物超細粉碎制漿，因此僅在粒徑、穩(wěn)定性等方面上進行研究，今后應進一步研究剪切技術對鯰魚副產(chǎn)物的品質、提取物的提取率的影響。實驗得到的漿液，其粒度滿足實際應用的需要，為生產(chǎn)過程提供相關數(shù)據(jù)，為魚副產(chǎn)物全利用提供全新的加工方法。

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Study on ultra-fine pulping of catfish by-products with shearing technology

YANG Man-ying，ZHANG Yu-zhong*
（Research Center of Food Equipment，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

TS254.9

A

1002-0306（2012）16-0302-04

2012－02－01 *通訊聯(lián)系人

楊滿盈（1985-），男，碩士研究生，研究方向：食品裝備技術。

江蘇省科技型創(chuàng)新資金項目（BC2010031）。