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《哈爾濱商業大學學報》2015年第三期

貝類加工并不屬于新興行業，但人工剝離貝類仍然是我國貝類加工的主要方式，加工生產環境惡劣，工人勞動繁重．即使是產量和出口量均較大的主要經濟貝類，絕大多數也止步于前處理的加工領域，僅對貝類做簡單剝離，很難完好獲取閉殼肌．國內對于雙貝殼類軟體動物的閉殼肌剝離的研究上尚屬于起步階段，貝類取肉機械研制僅限于小批量生產．當人們通過超高壓處理貝類來消滅貝類上的致病菌的同時，發現高壓處理可將閉殼肌從貝殼上完整地脫離下來，且在常溫或低溫下進行，力作用迅速均勻，較完整保留食物的營養成分及風味;工藝簡單，節約能源，無“三廢”污染．而且超高壓主要對酶以及微生物有破壞作用，對一些營養物質例如維生素等幾乎沒有破壞．因此將超高壓技術應用于貝類脫殼具有較好的應用價值與前景．然而目前對超高壓脫殼的機理分析卻寥寥無幾．本文將應用有限元法對蜆貝殼與閉殼肌受壓過程進行仿真，并通過實驗驗證，進而分析蜆貝脫殼機理．

1食品超高壓處理技術

1．1食品超高壓技術食品超高壓技術是當前備受各國重視、廣泛研究的一項食品高新技術，是將食品密封于容器中，以水或其他流體作為傳遞壓力的媒介物，利用超高壓裝置對流體的加壓，其壓力可以瞬時以同樣大小傳到系統的各個部分，其壓力一般在100MPa以上，通常為400～600MPa，并在常溫或較低溫度下(一般指在100℃以下)作用一段時間，這種處理方法是對食品風味和營養價值影響很小的一種物理加工方法．

1．2超高壓設備超高壓設備按壓力產生的方式分為2種:間接加壓(外部加壓)和直接加壓(內部加壓)．間接加壓是最常用的加壓方式，它采用高壓泵(增壓器)加壓，即將原料置于高壓容器中，壓力介質由外部管路泵入，隨著壓力介質的泵入，容器內壓力增大．直接加壓是一種較新型的高壓產生方式，其高壓裝置是由容器筒體和活塞構成，活塞用于直接產生所需的壓力，即將待加工處理的原料置于高壓容器內的媒介物中，推動活塞使媒介物產生高壓，再傳遞到原料上．這種加壓方式省去了高壓容器和增壓器之間管線系統，結構較為緊湊．本文實驗采用的HPP．L3－800/2超高壓處理設備是間接加壓方式．

2模型建立與有限元分析

2．1蜆貝物理性狀蜆貝外殼呈近部分球狀，蜆貝肉與殼的鏈接主要是依靠閉殼肌緊密連接的，閉殼肌呈圓柱形，閉殼肌的收縮使殼關閉，舒張使殼張開，張開的角度非常小，因此為分析蜆貝肉在高壓下脫殼機理，只需分析其閉殼肌與殼連接部分即可．經測量，實驗用蜆貝閉殼肌的直徑一般在11mm左右．

2．2模型建立根據蜆貝的實際物理性狀，將蜆貝殼簡化為部分球狀，閉殼肌簡化為圓柱體，模型建立如圖2所示．圖2模型建立在高壓下，由于殼的硬度遠遠大于肉，所以其變形很小，假設殼不變形，在超高壓下蜆貝閉殼肌在除接觸面外的其余表面上受均勻壓力．根據workbench接觸原則，選擇非對稱接觸，設殼為接觸面，蜆貝閉殼肌為目標面．按照實際情況將此問題簡化為線性問題處理，將蜆貝閉殼肌設定為線彈性圓柱體，網格采用自適應劃分，閉殼肌根據生物力學相關知識，其彈性模量為2．4×107Pa［5］，通常肉類變形較大，其泊松比在0．4～0．5之間，取閉殼肌的泊松比為0．45［6］．模型的建立與網格化分如圖3所示．圖3模型網格劃分

2．3仿真與結果分析設定蜆貝殼部分為全部約束，即為剛體不變形，分別對閉殼肌外表面施加200、210…300MPa壓力，得出閉殼肌與殼的接觸應力分布云圖，見圖4、6、8．結果顯示，在閉殼肌與殼接觸的中間位置附近其接觸應力最大，隨著壓力的增大，接觸應力以從中間位置逐漸向邊緣擴張的形式增加．基于實際實驗貝類一般在300MPa壓力下即將完全脫殼［7］，因此由模型可知在300MPa壓力情況下閉殼肌與殼接觸的邊緣處的接觸應力為2．049×109Pa，而且此處的壓力值為閉殼肌與殼接觸部分的最小接觸應力，通過施加不同壓力分析得到接觸應力分布云圖，如圖5、7、9所示，其縱坐標為接觸應力值，橫坐標表示接觸部分直徑，起點和終點即為接觸邊緣處圖中深色區域為接觸壓力大于2．049×109Pa部分的直徑．圖10為不同壓力下對應蜆貝閉殼肌與殼接觸應力大于2．049×109Pa的最大直徑曲線圖．

3超高壓蜆貝脫殼實驗

3．1實驗設備與材料實驗采用HPP．L3－800/2型超高壓處理設備、熱封機、新鮮蜆貝，塑料袋、純凈水、游標卡尺．

3．2蜆貝脫殼實驗取一蜆貝，放入塑料袋內并在袋內注入適量的水，在保證袋內沒有氣泡后用熱封機密封好，如圖11所示．再放入超高壓處理設備容器中，在常溫狀態下，分別施加200、210……300MPa壓力，保壓2min，卸載壓力，取出蜆貝，用游標卡尺測量蜆貝閉殼肌與殼脫離部分的最大直徑．

3．3實驗結果用游標卡尺測量在不同壓力下處理后蜆貝閉殼肌與殼脫離部分的最大直徑，實驗結果顯示，其閉殼肌與殼脫離部分是從中心處分離，且隨著壓力加大，中心處分離區域直徑逐漸增大，當壓力大于300MPa時，閉殼肌與殼全部脫離，如圖12所示．

4仿真與實驗結果討論

從蜆貝脫殼仿真結果可知，施壓后閉殼肌中心處接觸應力最大，接觸應力隨施加的壓力增大以逐漸向邊緣擴大的方式增大．由實驗得知當壓力達到一定值時，閉殼肌中心處最先與殼體分離，隨著施加壓力的增高，中心處分離面積逐漸擴大，當施加壓力超過在300MPa時，閉殼肌與殼完全脫離．結合仿真與實驗結果分析可知，在用超高壓設備對蜆貝施加壓力過程中，閉殼肌與殼接觸處產生很大的接觸應力，當應力達到一定值時，導致閉殼肌蛋白質變性失活，生物結合力降低，從而產生分離脫殼．由仿真結果可知，閉殼肌中心處接觸應力最大，在外壓作用下中心處最先達到脫殼所需的壓力，當該處接觸應力達到脫殼所需的應力后，該處開始脫殼，因此導致閉殼肌從中心處開始脫殼，隨著施加壓力的增大閉殼肌與殼接觸區域達到脫殼所需的接觸應力部分面積的直徑逐漸增大，當閉殼肌與殼接觸區域的應力均達到脫殼所需接觸應力時，導致閉殼肌全部脫殼．超高壓脫殼同時能改善貝類肉的持水性，不影響其感官品質，且能有效降低微生物數量，可謂一舉兩得．因此，超高壓脫殼總體效果優于熱燙脫殼和手工脫殼，是一種較為理想的脫殼技術．

作者：楊綺云 鮑振東 孟爽 單位：哈爾濱商業大學 輕工學院