魚類去臟技術(shù)與裝備研究現(xiàn)狀與展望

歐陽杰,沈 建

(1.中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所/國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心,上海 200092;2.大連工業(yè)大學海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,遼寧大連 116034)

我國是水產(chǎn)品生產(chǎn)大國,水產(chǎn)品總產(chǎn)量連續(xù)30余年居世界第一位。2021年我國漁業(yè)總產(chǎn)量為6 690萬t,魚類是產(chǎn)量最大的一類水產(chǎn)品,產(chǎn)量為3 562萬t,占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的53.2%;其中淡水魚產(chǎn)量2 732萬t,占魚類總產(chǎn)量的76.7%,海水魚產(chǎn)量830萬t;養(yǎng)殖魚類產(chǎn)量2 824萬t,占魚類總量的 79.3%,捕撈產(chǎn)量738萬t[1],這說明我國的魚類以養(yǎng)殖和淡水魚為主。魚類因其營養(yǎng)豐富口味多樣一直備受消費者的喜愛,其作為食材登上國人的餐桌有著悠久的歷史[2]。魚類食用前,都需要進行去鱗、去內(nèi)臟等前處理,去除不可食部分,在不可食部分中,內(nèi)臟的占比最大,約占整魚重量的7.5%～15.0%[3-4],部分淡水魚內(nèi)臟占比可達魚體重的20.0%～25.0%[5],因此在魚類加工或烹飪前,都必須要進行去臟處理,是最復雜、最耗時的工序[6]。目前魚類去臟絕大多數(shù)依賴人工,存在處理效率低,環(huán)境臟亂、污染大等問題。在企業(yè)層面,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,同時由于水產(chǎn)品加工勞動強度大、工作環(huán)境往往比較惡劣,越來越多的年輕勞動力不愿意從事這一行業(yè),這導致水產(chǎn)加工企業(yè)招工越來越難,用工成本不斷上升[7];在家庭層面,很多年輕人都不會進行殺魚處理,只能購買經(jīng)預處理后的產(chǎn)品[8]。目前市場上出現(xiàn)了一些去臟的單機設(shè)備,可以一定程度上實現(xiàn)魚類的機械去臟,但存在設(shè)備穩(wěn)定性、耐用性和通用性差,內(nèi)臟去除不徹底,魚體品質(zhì)損傷等一系列問題,制約了去臟技術(shù)與設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化應用和推廣[9-11]。因此,研究新的去臟技術(shù)、研發(fā)去臟設(shè)備替代人工,提高去臟效率迫在眉睫。目前關(guān)于魚類去臟技術(shù)與裝備研究的文獻較少,關(guān)于去臟方法和裝備的對比分析還處于空白,該研究對目前國內(nèi)外魚類去臟技術(shù)和裝備的研究與應用現(xiàn)狀進行了闡述,對不同類型去臟技術(shù)和裝備進行了對比分析,對魚類去臟技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢進行了展望,旨在為魚類去臟技術(shù)的發(fā)展及裝備的研發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 去臟技術(shù)與裝備研究與應用現(xiàn)狀

魚類的種類繁多,魚體種類、體型、結(jié)構(gòu)不同,適應的去臟方法和裝備也不一樣,目前常見的去臟方法和裝備主要有去臟刀去臟、去臟輪去臟、真空吸濾去臟、高壓射流去臟、機械手去臟等,也有采用幾種去臟方法相結(jié)合的形式,以提高去臟效果。

1.1 去臟刀去臟去臟刀去臟是指采用刀具進行去臟的去臟方法,去臟操作時,腹部朝下,通過定位和固定機構(gòu)將魚體位置固定,采用刀具把魚體腹部切開,采用支撐機構(gòu)把腹部撐開,再用弧形扁平刀具插入腹部,依靠刀具的弧度和運動軌跡掏出內(nèi)臟,該方法適用于圓筒形或是厚度較大的魚類。如德國巴德公司研發(fā)的斑點叉尾鮰去臟設(shè)備,就是采用這一結(jié)構(gòu)[12]。國內(nèi)有科研機構(gòu)發(fā)明了一種魚類內(nèi)臟去除裝置,將刮刀和頂桿組件裝在可升降的機構(gòu)上,可針對不同魚體的腹腔結(jié)構(gòu)對去臟刀具運行的高度和寬度進行調(diào)節(jié),從而使去臟機構(gòu)完全符合魚體內(nèi)臟所在腹腔的結(jié)構(gòu)特征,實現(xiàn)高效、完整去臟[13-14]。該方法的優(yōu)點是去臟效率快、可連續(xù)作業(yè);缺點是魚肉損失率比較大,刀具去臟的同時會把一部分魚肉,特別是腹部肉連帶去除,從而影響產(chǎn)品的得率,此外去臟的過程中刀具可能會刮破膽囊,造成魚肉污染;難點是魚體的精準定位與刀具的配合,如果定位不準確,可能會造成魚體被刀具割傷而內(nèi)臟去除不干凈等問題[15]。

1.2 去臟輪去臟去臟輪去臟是指采用去臟輪進行去臟的去臟方法,其原理和主體機械結(jié)構(gòu)和去臟刀相似,去臟執(zhí)行機構(gòu)由刀具變更為轉(zhuǎn)輪,去臟過程中,將轉(zhuǎn)輪伸入魚體腹腔,通過輪子的轉(zhuǎn)動將內(nèi)臟帶出,轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)可分為齒輪形和刷輥形等,該方法適用于中小型海水魚類,如紅娘魚、小黃魚、小型大黃魚等,此類魚的內(nèi)臟體積小、和腹腔的結(jié)合緊密度較低,內(nèi)臟相對比較容易去除,該方法的優(yōu)點是可連續(xù)作業(yè),對魚體損傷較小,難點是由于魚體型小,定位和固定比較難[16]。有科研機構(gòu)研發(fā)了一種小型魚類去臟加工的除臟輪裝置及其去臟方法,針對不同的魚類,配置相應齒形結(jié)構(gòu)的去臟輪,去臟輪包括至少3個齒輪狀的輪齒,每個輪齒上均設(shè)有通孔噴水/氣,輔助輪齒對魚內(nèi)臟進行除臟加工,解決了小型魚類機械化去臟加工的多品種廣適性難題,能夠高效率實現(xiàn)小型魚類去臟加工機械化,顯著提高機械去臟加工的除凈率[17]。

1.3 真空吸濾去臟真空吸濾去臟是指通過真空泵等抽真空設(shè)備,形成一定的負壓,利用壓力差將魚的內(nèi)臟吸出體外的去臟方法,這種去臟方法廣泛應用于家禽的去臟,近年來在魚類的去臟中也有研究和應用,但較少應用于實際生產(chǎn)[18]。該方法適用于體型比較大的魚類,如三文魚、鱈魚等,挪威的三文魚加工有部分采用這種方法。淡水魚(如四大家魚)由于內(nèi)臟與喉管相連,很難吸除干凈,因此在吸除之前需要先將喉管切斷才能實施。有研究機構(gòu)發(fā)明了一種真空吸取式魚臟清理機,利用真空負壓原理,采用吸取方式清除魚的內(nèi)臟;利用分離器將吸取后的內(nèi)臟分離出來,進入收集箱;利用腳踏擋板控制負壓產(chǎn)生,解放操作者雙手,具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、省力、效率高等特點[19]。

1.4 高壓射流去臟高壓射流去臟是指利用高壓水噴射去除內(nèi)臟的方法。去臟操作時,先將魚體的腹部切開,再將高壓水碰頭對準魚體的腹腔進行噴射,依靠射流的壓力去除內(nèi)臟,此種去臟方法適用于中小型海水魚類,此類魚的內(nèi)臟體積小、和腹腔的結(jié)合力較小,內(nèi)臟相對比較容易去除,此方法的優(yōu)點是可連續(xù)作業(yè),同時還能起到去鱗和清洗的效果,缺點是去臟不是特別干凈,需要消耗大量的水,環(huán)境污染也比較大;難點是由于水的沖擊力,影響魚體的定位和固定[20-23]。有研究機構(gòu)發(fā)明了一種高壓水去魚內(nèi)臟裝置,平臺上對稱設(shè)置2組傳輸帶輪,每組傳輸帶輪上套有輸送皮帶,待處理魚從2組傳輸帶輪之間入口進入,被2條輸送皮帶夾緊,通過帶輪轉(zhuǎn)動將魚傳送至出口,在2條輸送皮帶之間的上方設(shè)有開肚旋轉(zhuǎn)切刀,開肚旋轉(zhuǎn)切刀能夠在魚體向出口輸送時通過高速旋轉(zhuǎn)切開魚腹,在出口處上方設(shè)有去內(nèi)臟高壓噴頭,通過去內(nèi)臟高壓噴頭向魚腹腔內(nèi)噴射,可實現(xiàn)魚類高效、低損去內(nèi)臟[24-25]。單純采用高壓射流去臟會有較多的殘留,因此常與去臟刀、去臟輪、毛刷等其他去臟機構(gòu)進行組合使用,以提高去臟效果。

1.5 機械手去臟機械手去臟是指采用機械手裝置模擬人手工掏除內(nèi)臟的動作進行去臟的方法,去臟操作時,先確定魚的種類,再通過機器視覺、深度學習等手段,掌握魚體的腹腔結(jié)構(gòu),確定機械手去臟的操作路徑,設(shè)置好程序并指導機械手完成去臟動作[26]。有研究機構(gòu)發(fā)明了一種掏膛機械手、臂以及方法,采用裝在機械手末端上的傳感器來感知壓力大小,從而控制抓取的壓力,來降低其破損率,同時采用空間直角坐標系下步進電機驅(qū)動機械手,運動時只需要前進,升降和伸縮就可以達到掏膛的目的[27]。該方法適用于大個體的魚類,如三文魚等,優(yōu)點是自動化程度高,缺點是前期需要進行大量的建模與數(shù)據(jù)分析工作,此外去臟效率相比人工提升效果不是很顯著,成本也比較高,因此,在實際生產(chǎn)中應用比較少,挪威三文魚加工中有采用機械手和真空吸除組合的方式進行去臟。

2 國內(nèi)外去臟技術(shù)與裝備對比分析

由于消費習慣的不同,國外消費者喜歡食用魚片、魚糜制品等加工后無刺的產(chǎn)品,如三文魚片、鮰魚片、羅非魚片、魚丸等,加工對象比較單一和固定,有利于機械設(shè)備的研發(fā),如三文魚、鮰魚的去臟都已經(jīng)實現(xiàn)全自動加工,羅非魚片通常從中國和東南亞進口,開片時不需要進行去臟處理,直接開片去皮即可;而我國幾千年來形成了喜食活魚的傳統(tǒng),而且食用的魚種類較多,只能以人工去臟為主,機械去臟難度比較大[28-30]。 國內(nèi)外去臟技術(shù)與裝備對比見表1。

表1 國內(nèi)外去臟技術(shù)與裝備對比

3 去臟技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢

3.1 去臟技術(shù)和裝備朝連續(xù)化發(fā)展未來的去臟技術(shù)與裝備將朝連續(xù)化方向發(fā)展,現(xiàn)有的去臟設(shè)備大多依賴人工進料,需要人工將魚體保持一定的姿勢送入設(shè)備內(nèi)。未來通過魚體形態(tài)識別與調(diào)整技術(shù)的應用,可以在去臟之前,自動將魚體的頭尾、腹背保持一致,再將魚體角度調(diào)整到最適合裝備進料的位置,從而實現(xiàn)連續(xù)進料和連續(xù)生產(chǎn)。同時,可通過銜接設(shè)備,將去臟前后的加工工序如去頭、去鱗等連接起來,構(gòu)建成完整的生產(chǎn)線,從而實現(xiàn)連續(xù)化和規(guī)模化加工[31-32]。

3.2 裝備的通用性不斷提高目前的去臟技術(shù)和裝備通用性比較差,只適用于一種或體型相似的幾種魚類。未來,通過模塊化的設(shè)計,將加工裝備設(shè)計成多個可拆分和組合的模塊,針對不同的魚種,只需要更換或調(diào)整相應的模塊或機構(gòu),即可實現(xiàn)多魚種的加工,從而提高技術(shù)和裝備的通用性,同時也可以節(jié)省設(shè)備成本,提高設(shè)備的應用率和普及率。

3.3 自動化和智能化水平不斷提升隨著自動控制與人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展,工業(yè)領(lǐng)域智能制造產(chǎn)業(yè)也將為水產(chǎn)加工智能化裝備的發(fā)展提供堅實的發(fā)展基礎(chǔ)。未來的去臟裝備將不斷吸收和整合新的技術(shù),通過對魚體腹腔結(jié)構(gòu)特征研究,建立魚體幾何形態(tài)與腹腔結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建魚體體型與去臟路徑關(guān)系模型;去臟時通過圖像識別獲取輸送狀態(tài)下魚體的位置及狀態(tài),從而引導去臟機構(gòu)的運行,并可通過圖像等信息變化實時指導調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)智能化去臟[33-34]。