鲍壳体附着物去除切削工具选择及工艺参数优化

徐文其，倪 锦（农业部远洋渔船与装备重点实验室，中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，国家水产品加工装备研发分中心 上海 200092）

鲍壳体附着物去除切削工具选择及工艺参数优化

徐文其，倪 锦
（农业部远洋渔船与装备重点实验室，中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，国家水产品加工装备研发分中心 上海 200092）

为去除鲍壳体上石灰虫遗管、藤壶与寄生褶牡蛎等附着物，分别采用手持电磨（铣削）、多功能修边机（锯割）与砂轮机（切磨）等不同切削方式的电动工具进行鲍壳附着物去除试验。对比各组的去除效率与存活率，分析不同切削方式去除附着物后鲍感官品质的差异，选出合适工具。在此基础上，先后配置不同刀具（6 mm柱形圆头、6 mm锥形圆头与6 mm锥形尖头旋转锉）与设置不同转速（17 000、20 000、23 000、26 000与30 000 r/min）对工具参数进行单因素优化试验。结果表明：采用铣削方式的手持电磨去除附着物工作性能稳定，不易损伤鲍壳，存活率高；电磨配置6 mm锥形圆头旋转锉，可去除鲍壳沟槽内附着物；电磨设定转速为20 000 r/min，综合去除速率达72.69头/min，鲍加工后存活率达98.87%，加工后鲍感官品质（壳体完整度、附着物残留与鲍活力）评分分别为9.85、9.72与9.81。研究结果可为鲍壳体附着物去除技术的应用提供参考。

铣削；技术；优化；鲍；壳体附着物；去除

0 引 言

鲍作为一种单壳海洋贝类，在全球各主要海洋水体中均能发现其生活足迹。由于其肉质鲜美，且兼具药用价值，自古就是筵席上的珍馐。近年来鲍的消费需求大幅上升，使得鲍养殖产业在中国沿海的鲍主产区得到快速发展[1-2]。2015年中国鲍养殖总面积达1.36万hm2，总产量12.80万t[3-4]。随着养殖量的不断增长，鲍排泄物与饲料残渣造成养殖海区出现富营养化，水体中大量滋生微生物，吸引众多寄生生物集聚[5]。在福建闽东地区，养殖笼表面与鲍壳体上出现附着生物的现象十分普遍。附着物会大幅增加鲍壳质量，影响鲍正常活动与摄食，如附着于呼吸孔部位，则会严重影响鲍生长发育，造成其窒息死亡，致使大幅减产[6-7]。

目前养殖户多采用转移养殖海区或在养殖笼投放以寄生海蛎为食的钻蠔螺（Urosalpinx cinenea）与荔枝螺（Thais clavigera Kuster）来解决附着问题[8-9]。前者受地理区域限制，无法频繁转场，且费用成本高；而利用鲍螺共栖消除壳体附着物的方法，存在周期长，去除效果差，且仅能去除海蛎等缺点。研究发现，要彻底去除鲍壳体附着物难度大，不仅由于附着生物种类杂，附着方式多样，一般工具如剪刀无法有效去除[10-11]；另一方面，鲍通常用腹足吸附于吊笼内壁，将其逐个取下处理，费工费力，去除效率与效果又不尽如人意。本研究团队利用养殖过程中定期提取吊笼进行日常巡检与投食环节[12]，使用便携式电动工具去除鲍壳体上的附着物。通过增设此作业环节可对鲍壳附着物进行定期去除，不仅无需从笼中取出鲍，且使用的便携式电动工具去除效率高，效果较好。本文通过对比3种电动工具不同切削方式对去除鲍壳附着物的效果，选出合适的去除工具，并在此基础上进一步优化了工具配件规格与工艺参数，为鲍养殖产业的稳固发展提供必要的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验原料

本试验选用处于养殖中后期的鲜活皱纹盘鲍（Haliotis discus hannailno），由福建宁德登月水产食品有限公司海上鲍养殖浮排提供。

1.2 主要设备与仪器

PT-5501I型手持电磨（转速11 000～32 000 r/min可调，配4 mm柱形圆头、6 mm柱形圆头、6 mm锥形圆头、6 mm锥形尖头钨钢旋转锉），购自台湾宝工工具公司（Pro'skit），如图1a所示；TD9511型多功能修边机（转速11 000～22 000 r/min，配30 mm直铲刀），购自TCH工具公司，如图1b所示；TWS6600砂轮机（转速11 000 r/min，配Φ105 mm百叶轮打磨片），购自罗伯特博世有限公司，如图1c所示；SJ9-2 II型电子秒表，精度0.01 s，购自上海秒表五厂；568红外接触式点温仪，购自美国福禄克公司（Fluke）。

图1 鲍壳体附着物去除试验工具Fig.1 Machines of removal fouling organisms on abalone shellfish

1.3 试验方法

1.3.1 原料处理

试验前，对存在壳体附着物的鲍进行筛选，选取腹足吸附力强，卷边反应强烈，壳体完整并无畸形的健康样品，根据试验所需总量，每10头鲍装入一个吊笼作为一组，另选区域单独养殖[13]。

1.3.2 附着物观测与统计

观察鲍壳体上附着物种类、特性与分布情况。使用手术刀与探针对附着物进行去除，了解不同附着物的壳体强度与附着情况。对鲍壳体附着物数量进行取样统计，得出各种类型附着物的数量比例。

1.3.3 试验设计

切削工具选型试验：根据切削加工原理[14]，通过筛选目前市场上各种手持电动工具，分别选取铣削模式的手持电磨（A组）、锯割模式的多功能修边机（B组）与切磨模式的手持砂轮机（C组）进行试验。操作人员挑选具有3年以上鲍养殖浮排工作经验的熟练工人，共计6人。将工人分为3组，各组分别对吸附于吊笼内部鲍的壳体附着物逐一进行去除加工。首先破碎附着物外壳体结构，剔除壳内软体，随后剔除壳体螺层生长纹沟缝内附着物，最后清除堵塞或覆盖鲍呼吸孔部位的残留。完成去除作业后进行各项指标测定。

参数优化试验：根据选型试验结果，使用优选工具，配置不同规格刀头（柱形圆头、锥形圆头与锥形尖头）旋转锉，设置不同转速重复附着物去除试验。完成去除作业后进行各项指标测定。

试验每次取样50 头鲍进行附着物去除，每组试验重复3次。

1.4 指标测定

1.4.1 综合去除速率的计算

考虑到鲍壳体附着物由多种寄生生物组成，其各自附着力与附着数量均存在差异，采用分类统计，加权平均值计算法，获得如式（1）所示的去除一组鲍壳体所有附着物的综合速率计算公式：

1.4.2 存活率的计算

将经过附着物去除的鲍放回吊笼养殖，3 d后将样品逐一从吊笼中取出，将鲍腹面向上平置于托盘，腹足无法由平伸状态变成向中央卷曲状态，即无卷边反应，活力完全消失，即判定为死亡[15]。统计鲍存活率，计算公式见式（3）：

式中R为样品中鲍的存活率，%；n0为样品中存活鲍的数量，头；N为样品中鲍总量，头。

1.4.3 鲍感官品质评价

感官评定参考文献[14]，由5名具有鲍加工生产经验的企业质检人员组成，对去除附着物后鲍壳体完整度，附着物残留以及鲍活力进行评价。感官评定标准见表1。

表1 鲍感官评定表Table 1 Sensory evaluation standard of abalone

1.4.5 数据处理

运用Microsoft Excel2010软件对试验数据进行统计分析并绘图。应用SPSS19.0.0统计软件，对数据进行方差分析，P<0.05表示差异显著，P>0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 鲍壳附着物特性

取样观察，鲍壳上附着生物以石灰虫与其固着后形成的石灰质遗管（Hydroides）、藤壶（Balanus）以及寄生褶牡蛎（Ostrea plicatula）为主[16-17]，如图2所示。在同一鲍壳上常常存在2种甚至3种附着物共同寄生，并经常覆盖、堵塞鲍壳上用于呼吸与排泄的孔洞。进一步观察，石灰质遗管一般呈弯曲条形或螺旋盘状，有互相独立附着，也有多条密集型固着。石灰质遗管质地坚硬，用手术刀刮削能破坏局部管壁，去除其中石灰虫软体，但较难彻底去除厚实残体[18]；藤壶则一般依靠自身分泌的黏液成群附着在鲍壳上[19-20]，其圆锥形壳体基部厚实，但上部壳体较薄，用探针刺破壳盖能破碎其内部；褶牡蛎体量远较前两者巨大，5～6头可完全覆盖鲍壳表面，其一旦固着自身亦无法移动。褶牡蛎外侧壳厚重，并有粗壮放射肋结构，手术刀与探针均很难撬动，故去除褶牡蛎难度最大[21-22]。

图2 鲍壳附着物Fig.2 Fouling organisms on abalone shellfish

在鲍养殖浮排随机取样500头，统计石灰虫、藤壶与褶牡蛎这3种主要附着物数量，其数量比为5∶3∶2，即石灰虫、藤壶与褶牡蛎占附着物总量（权重）依次为50%、30%、20%。

2.2 不同工具对附着物综合去除速率与鲍存活率的影响

3组不同工具（设定转速均为11 000 r/min）去除鲍壳体附着物，其各自综合去除速率与加工后鲍存活率，如图3a所示。C组综合去除速率明显高于其他2组（P<0.05），达42.67头/min；而A与B组，两者去除速率则相差不大（P>0.05）。在存活率指标上，各组差异显著（P<0.05），A组的鲍存活率达到98.00%，B组存活率比A组下降近10个百分点。降幅最显著的是C组，存活率仅为48.13%，远低于其他2组水平。

去除附着物后的各组鲍感官评价如图3b所示。3种电动工具都能将大部分鲍壳附着物去除，B、C组的附着物残留评分明显高于A组（P<0.05）。主要表现为B、C组壳体表面几乎无残留，而A组在螺层缝合与生长纹狭窄沟槽处均有附着残留。可见C组在去除效率与效果方面都具有优势。各组加工后的壳体完整度与鲍活力指标则差异显著（P<0.05），C组的这2项指标均最低，说明砂轮机切割打磨方式对具有凹凸起伏弧形壳的鲍损伤较大。主要表现在砂轮片水平切磨易将鲍壳螺肋与呼吸孔的凸起部分一并去除，造成壳体破裂并伤及内部软体组织[23-24]，引发活力丧失，影响摄食与生长，导致后期存活率大幅降低。由此确定砂轮机（C组）不适用于养殖期鲍的附着物去除加工。对比A组与B组各项指标，2组的综合去除速率差异不显著（P>0.05）；A组在存活率、壳体完整度与活力指标上优势明显（P<0.05）；B组则在附着物残留指标上明显优于A组（P<0.05）。但操作人员反映多功能修边机（B组）试验中高速往复摆动的刀头很难对准附着物目标，造成偏移，误伤鲍壳。如后续优化试验采用增大转速提高去除速率，会影响活力与存活率指标。而铣削去除附着物工作性能稳定，不易损伤鲍壳，故选用手持电磨（A组）进行后续试验。

图3 不同工具对附着物综合去除速率、鲍存活率与加工后鲍感官品质的影响Fig.3 Effects of different machines on removal speed, survival rate and quality of abalone

2.3 不同锉型对附着物综合去除速率与鲍存活率的影响

在前期试验基础上，优选手持电磨。将原有4 mm柱形圆头旋转锉分别替换为6 mm柱形圆头（D组）、6 mm锥形圆头（E组）与6 mm锥形尖头（F组）旋转锉[25]进行附着物去除试验。试验数据如图4a所示，各锉型的综合去除速率与存活率差异均不显著（P>0.05）。

图4 不同锉型对附着物综合去除速率、鲍存活率与加工后鲍感官品质的影响Fig.4 Effects of different files on removal speed, survival rate and quality of abalone

不同锉型加工后的鲍感官评价如图4b所示。D组与之前试验的A组相比，壳体完整度与附着物残留2项指

标均下降，这归结于增大锉径后产生的双刃效应。锉刃作业面扩大可提升去除速率，但更不利于壳体清除沟槽内附着物，如伤及壳体，形成的创面与损伤程度也会成比例增大；另一方面，E组与F组的附着物残留指标却显著上升（P<0.05），表现为目测壳体无残留附着，呼吸孔也都通畅，说明使用锥形锉锥头深入壳体各狭缝与沟槽内去除附着效果理想[26]；而E组与F组在鲍活力指标方面则差异显著（P<0.05），造成这一原因是由于F组去除沟槽内部与疏通呼吸孔周边附着时尖锐锥头常刺穿壳体伤及内部软体，而E组的钝圆锥头则可有效避免过分深入。为了最大程度保证鲍正常生长活力与后期存活率，选用锥形圆头旋转锉较为理想。

2.4 不同转速对附着物综合去除速率与鲍存活率的影响

在前期试验基础上，分别设置工具转速为17 000、

20 000、23 000、26 000、30 000 r/min进行附着物去除试验。试验数据如图5a所示。当转速在17 000 r/min时，综合去除速率在50头/min左右；随着转速继续增加，进入旋转锉转速推算表中推荐范围20 000～30 000 r/min区间内[27]，综合去除速率显著上升（P<0.05），并保持在

72 头/min左右。同时，存活率则变化不显著（P>0.05），在20 000 r/min转速下，鲍的存活率最高，达98.87%。

图5 不同转速对附着物综合去除速率、鲍存活率与加工后鲍感官品质的影响Fig.5 Effects of different rotating speed on removal speed, survival rate and quality of abalone

不同转速加工后的鲍感官评价如图5b所示。壳体完整度指标无显著变化（P>0.05）。随着转速提升，进入推荐范围后，附着物残留与鲍活力指标均有显著变化（P<0.05）。表面附着物在旋转锉刀刃高速切削作用下，彻底破碎为粉末状并被快速带离壳体表面，不会形成微小固着残骸。另一方面，在试验环境温度15 ℃时，当转速≥23 000 r/min，随锥头切削去除沟槽内附着物持续时间长短差异，鲍壳该部位有不同程度的温升现象，升温幅度可达10～30 ℃。加工后的鲍多出现生理活动紊乱，活力明显下降（P<0.05）。综上所述，当手持电磨转速进入推荐范围，旋转锉切削性能达到最佳状态，去除附着物的效果好，但随着转速逐渐增大，锥头产生的切削热量加剧，使鲍温度快速上升。而20 ℃是鲍的生理代谢转变点[28]，当温度超过20 ℃，鲍代谢率减缓，活力下降，温升幅度越高，对鲍的活力影响越大[29-30]，这与本试验结果一致。故选取转速为20 000 r/min进行加工较为合适，综合去除速率为72.69头/min，鲍加工后存活率达98.87%。鲍去除附着物后效果如图6所示，鲍壳体完整，无明显附着物，表面显现深绿本色，呼吸孔均通畅。

图6 鲍去除附着物后效果图Fig.6 Effect of abalone after removing fouling organisms

3 结 论

1）通过使用手持电磨、多功能修边机与砂轮机，这3种不同切削形式的电动工具对鲍壳附着物进行去除试验，采用切磨方式的砂轮机综合去除速率最高；附着物去除效果也最好；但对鲍壳损伤最大；且后续存活率最低。往复摆动锯割的修边机去除效果较好，但操控性差，很难在保证感官品质的同时，进一步提升加工速率。而铣削方式加工后的鲍壳体完整度最好，存活率最高，达98%。证明手持式电磨较适合用于鲍壳的附着物去除加工。

2）使用手持电磨，比较柱形圆头、锥形圆头与锥形尖头3种类型旋转锉的去除效果。同规格尺寸（锉径6 mm）的3种锉型，综合去除效率与存活率差异不明显（P>0.05）。锥形锉锥头结构在去除壳体沟槽内附着物具有优势，而锥形圆头旋转锉的钝圆锥头不会轻易刺穿壳体伤及软体，其各项感官评价指标亦较理想。

3）使用安装锥形圆头旋转锉的手持式电磨在不同转速下去除鲍壳附着物，当转速增大至推荐转速范围，综合去除速率显著提高（P<0.05），壳体完整度与附着物残留评分均处于理想值。为避免过高转速造成鲍出现热胁迫现象，造成活力下降，设定转速为20 000 r/min较合适。

4）推荐的鲍壳附着物去除工艺：使用手持电磨，配置6 mm锥形圆头旋转锉，设定转速为20 000 r/min，进行去除加工较为适宜。此时，综合去除速率为72.69头/min，鲍加工后存活率达98.87%。

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Selection of cutting machine on removing fouling organisms on abalone shellfish and technological parameter optimization

Xu Wenqi，Ni Jin
(Key Laboratory of Ocean Fishing Vessel and Equipment, Ministry of Agriculture, Fishery Machinery and Instrument Research Institute, Chinese Academy of Fishery Science, National R＆D Branch Center For Aquatic Product Processing Equipment, Shanghai 200092, China)

Abalone is a main commercial shellfish in China. Fouling organisms such as Hydroides, Balanus and Ostrea plicatula are harmful for shellfish cultivation. It’s common to see lots of fouling organisms adhering on abalone shellfish in Fujian cultivation areas. Fouling organisms will increase the burden and make activities and feeding of abalone hard. The breathing holes are blocked by fouling organisms, which is another danger and may cause abalone suffocation. In this study removal technology was researched to keep the growth of abalone well. We know electric machines such as milling machine, electric motor saw and grinding machine have a certain value in use and the method could be used on removing fouling organisms. In order to verify the optimal machine and improve the removal process, the research focused on the impacts of removal method by machine and its parameters. Survival rate was one of the most important indices for the evaluation of removal processing, and removal speed was the other. The quality of removed shellfish of abalone needed to be judged by sensory evaluation. The comprehensive point was based on shellfish integrity, fouling organisms remained and abalone vitality. Hand held milling machine, electric motor saw and grinding machine were tested separately to remove the fouling organisms. The effects of different machines on removal speed and survival rate were compared, and the effects of different machines on sensory evaluation standard of abalone were analyzed simultaneously to select the optimal machine on removal. Then, the selected machine was tested to make follow-up testing. Different rotary files with the diameter of 6 mm (cylindrical round head, conical round head and conical tip) and different rotating speeds (17 000, 20 000, 23 000, 26 000 and 30 000 r/min) were tested respectively to get the optimal parameters. The results indicated that the optimal machine is hand held milling machine because it could provide stable performance of removal and keep a high survival rate. Although the fouling organisms were removed quickly and thoroughly by grinding machine, the survival rate of abalone was declined significantly after removing. The removal speeds of electric motor saw and hand held milling machine were very close. The score of fouling organisms remained increased significantly because the fouling organisms in the shellfish ditch were removed completely by milling machine with conical round head file. When the milling machine rotating speed was at 20 000-30 000 r/min, the removal speed increased significantly. The temperature of abalone was on the rise when the rotating speed was higher than 23 000 r/min, but the abalone vitality declined quickly with the increasing of the temperature of abalone. Through the test of using the optimal machine to remove fouling organisms, the optimal combination of the parameters above was obtained, which are using hand held milling machine with 6 mm diameter conical round head file, and its rotating speed is 20 000 r/min. Under this condition, the removal speed is 72.69 fouling organisms per minute, the survival rate is 98.87%, and the score of shellfish integrity, fouling organisms remained and abalone vitality is respectively 9.85, 9.72 and 9.81. The study provides reference for application of removal technology of fouling organisms on abalone shellfish.

milling; technology; optimization; abalone; fouling organisms; removal

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.038

S985.3

A

1002-6819(2017)-16-0293-06

徐文其，倪 锦. 鲍壳体附着物去除切削工具选择及工艺参数优化[J]. 农业工程学报，2017，33(16)：293-298.

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.038 http://www.tcsae.org

Xu Wenqi, Ni Jin. Selection of cutting machine on removing fouling organisms on abalone shellfish and technological parameter optimization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(16): 293 -298. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.038 http://www.tcsae.org

2017-03-30

2017-07-12

现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-49）

徐文其，男，副研究员，主要从事水产品加工技术装备的研究。上海市赤峰路63号中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，200092。

Email：xuwenqi@fmiri.ac.cn