探捕磷蝦加工裝備清潔技術分析與展望

張軍文 鄭曉偉

(農業農村部遠洋漁船與裝備重點實驗室，中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，國家水產品加工裝備研發分中心，海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，上海 200092)

清洗是探捕磷蝦加工過程中不可缺少的重要環節，在很多情況下直接影響著加工產品的食品質量及安全。隨著我國水產加工技術水平的不斷提高，以探捕磷蝦船載加工裝備為對象，結合水產品加工通用裝備，開展裝備的自清潔技術研究、完善相關設施及結構，將有效提升探捕資源的高值化利用和水產品加工的總體技術水平。

一、水產品加工裝備在清潔中存在的問題

1.接觸面黏附蛋白質、油脂等污物，難以去除。魚蝦等水產品含有豐富的油脂和蛋白質，在加工過程中很容易殘留在設備接觸面上，只用水沖洗很難徹底洗凈。

2.隱蔽位置或死角難以清洗。在脫殼機、蒸煮機等加工設備上或多或少會存在相對隱蔽的位置或死角，生產結束后難以將殘留的磷蝦徹底清除，殘留的磷蝦極易腐敗變質影響環境衛生。

3.清洗加工依賴人工，清潔程度難以保證。目前水產品加工裝備的清潔基本依賴人工，在清洗質量和效率上難以有效地控制。

4.清洗時往往需要長時間用水沖洗，整個過程耗水量較大。

5.長時間放置過程中關鍵部件生銹、性能下降。設備在清洗后缺乏必要的維護，軸承等關鍵部件容易生銹而造成生產性能下降。

二、常用設備清洗技術分析

1.高壓水射流清洗 高壓水射流是指經由高壓泵設備給水加壓到幾百甚至上千個大氣壓，然后通過很小出口噴射出來，而形成的帶有一定沖擊力的水流。水流噴射出來的初速度可達到每秒幾百米，具備強大的沖擊力度，可用于設備表面的清洗，壓力足夠高時甚至可用于鋼制材料的切割。高壓水射流技術自20世紀80年代由國外引入，已廣泛應用于我國不同工業領域中。

高壓水射流清洗的技術優勢主要有：可通過調節水壓來改變水流的速度和沖擊力，不會傷害清洗目標；清洗介質主要以水為主，不會對設備造成污染；對設備表面結構沒有特定要求，只要水流可以到達；清洗效率高、速度快、耗時少；較其他清洗方式成本低，耗電量少、節能；清洗水幕不會產生污染環境的有害物質，有保護環境的作用。

2.超聲波清洗 超聲波清洗原理是通過換能器將聲能轉換成機械振動并進行輻射，清洗介質在超聲波輻射的作用下產生微氣泡并保持振動，即所謂的“空化效應”，破壞污物與清洗件表面的吸附，引起污物層的疲勞破壞而被剝離，從而實現對固體表面的清洗。超聲波清洗具有清洗潔凈度高、清洗速度快等特點。特別適用于各種盲孔和不同幾何狀的金屬零件，獨有其他清洗手段所無法達到的洗凈效果。

3.高溫蒸汽清洗 高溫蒸汽清洗是指將高溫蒸汽經由噴嘴噴出，利用高溫殺菌作用清潔設備表面，從而達到安全衛生的目的。對于固體狀污物，高溫蒸汽還具有溶解、吸附碎化和浸潤軟化的作用。由于高溫蒸汽清洗主要介質是水蒸氣，不會對水產品造成污染。

4.脈沖清洗 脈沖清洗的原理是利用可控制氣壓脈沖原理，將氣、水混合介質以快速沖擊的速度攝入管路，形成空爆射流和瞬間沖擊波，對管路內部管壁的污垢進行劇烈的沖刷和震蕩，使其迅速剝落并推出管外，達到疏通清洗管路的目的?？傮w來說，電磁脈沖清洗具有過程安全可靠、清洗效率高、使用操作方便、系統集成度高的特點。

三、水產品加工裝備清潔技術發展方向

1.封閉式罐類設備清潔 對于水產品加工過程中密閉類容器的清洗，通?？刹捎肅IP清洗技術。所謂的CIP清洗技術，即不分解設備，僅通過簡單的操作，按照一定順序的工藝流程，結合多種不同的作用原理，來實現設備內表面污物的去除。不僅能實現設備清潔，還能控制微生物的生長。CIP清洗技術已廣泛應用于食品、飲料及制藥等加工領域，但在水產品加工裝備上的應用還比較少。CIP裝置根據不同的分類有不同的組成，但一般來說通常由罐(桶)、管路、加熱器、泵、控制柜及附帶設備等組成。

根據表面殘留污物的特性，會應用到化學能、熱能、運動能、機械能等多種不同清洗原理。水為極性化合物，對油脂性污物幾乎無溶解作用，對碳水化合物、蛋白質、低級脂肪酸有一定的溶解作用，對電解質及有機或無機鹽的溶解作用較強?；瘜W能主要是加入其中的化學試劑產生的，它是決定洗滌效果最主要的因素。一般廠家可根據清洗對象污染性質和程度、構成材質、水質、所選清洗方法、成本和安全性等方面來選用洗滌劑。常用的洗滌劑有酸、堿洗滌劑和滅菌洗滌劑。熱能是指在一定流量下，溫度越高，黏度系數越小，雷諾數(Re)越大。溫度的上升通常可以改變污物的物理狀態，加速化學反應速度，同時增大污物的溶解度，便于清洗時雜質溶液脫落，從而提高清洗效果、縮短清洗時間。運動能的大小是由Re來衡量的。此外，由運動而產生的機械作用，如攪拌、噴射壓力、摩擦力等，也是影響清洗效果的重要因素。研究CIP，其實就是研究清洗工藝。由于水產品加工種類多樣、差異性也較大，CIP技術在實際生產中的應用也需要有不同的呈現。

2.半封閉式桶槽類設備清潔 與封閉式罐類設備不同，桶槽類設備多為開放式設計，生產過程中及生產前后并不會完全密封。清洗工藝可參考罐類設備的CIP技術，但在清洗結構的設計上應防止液體的外濺，在清潔度要求不高的情況下多采用高壓水射流的方式進行表面的清洗。目前諸如漂洗槽、均質筒等設備的清潔還主要依靠人工，隨著設備智能化程度的提高，將逐步實現自動化。除了生產前后對設備的徹底清潔，水產品加工過程中也需要進行動態化清洗，以滿足具體的生產要求。由于磷蝦含有油脂，在攪拌或漂洗過程中會產生油脂析出，形成浮沫或泡沫，一方面影響加工質量，嚴重時更可能影響相關部件的正常工作。對于蝦糜在漂洗過程中形成的浮沫，可采用溢流的方式去除。圖1是蝦糜漂洗槽中心溢流清潔結構示意圖，漂浮在水面上的油脂和浮沫經由設備中間可升降式溢流斗進行去除，初步實現油水分離。圖2是磷蝦均質筒一側的溢排水結構示意圖，磷蝦在均質筒內攪拌時會產生大量浮沫，影響觀察和穩定生產。通過側面設置帶網板的溢水口可實現海水的更換和漂浮油脂的去除。在網板附近設置壁掛式超聲振板，也有利于泡沫的消除。

圖1 蝦糜漂洗槽中心溢流清潔結構示意

圖2 探捕磷蝦均質筒側開溢排水結構示意

3.輸送類設備清洗 以探捕磷蝦高值化加工為例，輸送機是加工過程中常用的設備，根據原料性狀的不同主要包括用于輸送原料蝦、凍蝦等產品的帶式輸送機、鏈板式輸送機，以及用于輸送蝦粉的螺旋輸送機等。

其中帶式及鏈板式輸送機主要采用高壓水射流的方式進行清洗，去除輸送機表面殘留的磷蝦和其他雜質。目前帶式輸送機的清洗主要通過人工手持高壓水槍進行，在自動化程度以及清洗技術方面還需進一步提高。配置專用的水射流清洗結構，結合臭氧水、電解水、紫外線等殺菌技術，可實現帶式輸送機的高效清潔。

螺旋輸送機通常也可采用高壓水射流的方式進行清潔，清洗時需要轉動螺旋葉片以確保各個部位全面清洗。對于衛生安全要求較高的場合，高壓水清洗后還需采用高溫殺菌的方式進一步提高清洗效果。例如南極磷蝦蝦粉輸送裝袋機，其主體為一段U形螺旋式輸送機，用于蝦粉最終產品的輸送、分配及裝袋。U形輸送機上方設置密封式蓋板，便于人工清洗，末端出口及裝袋站接口也設有閘板或閥門。設備主體上預留抽真空和蒸汽接口，在進行高溫蒸汽殺菌時，將輸送機密封后抽真空形成負壓，即可注入蒸汽進行殺菌。

4.設備管路系統清潔

(1)固體顆粒類雜質的清理。例如海水中的泥沙等，容易在管路中堆積沉降進而影響管路的流動性或造成阻塞。通常在開放式管路中通過調節提升一定強度的水壓或流速，即可實現自我清潔。封閉式管道中在較低處可設置若干沉淀結構，以便于泥沙等雜質的沉淀，定期進行清理。圖3為一段連續式漂洗管道及其所設沉淀結構，即采用封閉式管道沉淀機構進行固體顆粒類雜質的去除。但在微孔噴淋管路系統中，由于噴淋孔非常小，容易被水中的雜質所堵塞而影響使用效果。可通過增加孔的數量、設置長腰孔進行緩解，長時間使用后還需對噴淋管進行拆解清洗，以達到清潔效果。

圖3 魚(蝦)糜連續式漂洗管道沉淀結構

(2)黏附類雜質的清潔。例如魚漿泵、磷蝦送料管道等，設備使用后在管路中及其內壁會存在水和魚蝦混合液的殘留?？刹捎媒橘|清洗的方式對管路進行清洗，在設備使用結束后用干凈的水、清洗劑稀釋液或酸堿清洗液等代替原物料進行泵送清洗，在清洗工藝上可參考封閉式罐類設備CIP清洗工藝。

管道里面黏附嚴重、產生結垢時，在不拆卸設備的情況下也可采用變頻脈沖清洗的方式進行清潔，例如磷蝦蒸煮、干燥、蝦肉輸送等設備中的管路系統。整個清潔系統包括多功能電脈沖發生器、空壓機、緩沖過濾器等部件。清洗時將空壓機和清洗液連接至電脈沖發生器，電脈沖發生器的輸出口與被清洗管道的入口相連通。帶有沖擊作用的氣、水混合介質通過結垢的設備管道系統進行清洗，清洗污水經過濾后排出。

5.各類復雜設備的清潔

(1)進行局部高壓清洗。即開放式定向高壓噴嘴清洗，可根據設備的特定幾何形狀裝配一套復雜的噴嘴系統來完成對設備關鍵部位的清洗。與人工水沖洗相比，在很大程度上可降低耗水量，且動力方面容易實現。通過高壓原理清洗，也節省了清洗劑和消毒劑的運行成本。與封閉式罐類設備的清潔方式不同，局部清洗必須確保從噴嘴中噴出的高壓水能到達且不超出所需要清洗的特定區域，一定程度上受限于布局空間。須根據設備的結構進行專業化的設計，確保實際清洗效果。

(2)提高結構合理性。結構設計時應充分考慮水產品加工的特點，避免各種死角或易造成原料堆積的結構。在部分關鍵結構處設計輔助清洗結構，提升設備清潔效果，降低清洗難度。

(3)設備可拆裝性。對于一些涉及設備易損件或可調節機構的清洗，可將相關部件設計成快拆式結構，便于生產人員在生產過程中或生產結束后對其進行拆卸，然后進行清洗、消毒或易損件的更換。在結構設計上需要充分考慮設備的性能及安全，同時整個拆卸過程盡量滿足單人、便捷的操作要求。

(4)機器人清洗。在未來，全自動的機器人清洗系統必將為設備的清洗提供一套全新的解決方案。不同于傳統的工業機器人，清洗機器人可配置多個自由度和移動伸展機構，當機械臂延伸時可進到罐里或特定角度進行清洗。在設計上清洗機構能按照一定的程序或路徑依次清洗多臺設備或幾條生產線，而不受需要清洗的機械和設備的幾何形狀影響，可實現全部的清洗和消毒功能。

(5)自清洗技術集成與應用。除了針對不同清洗要求選擇合適的清潔方法，還需進一步開展自動控制技術研究，形成集污染程度檢測、清洗過程控制、清洗效果評價、生產過程跟蹤的動態維護系統，實現關鍵設備在生產過程中及生產前后的自動清潔，降低設備清洗的勞動力需求，從而實現無人化、智能化生產。