我國南極磷蝦捕撈與加工裝備科技發(fā)展研究

一、前言

南極磷蝦作為人類潛在的、巨大的蛋白質(zhì)儲庫，是地球上最大的單種生物資源，據(jù)評估南極磷蝦資源蘊(yùn)藏量近 1×109 t，年可捕撈量近 1×108 t，相當(dāng)于每年全球海洋漁業(yè)資源捕撈量的總和。南極磷蝦富含高品質(zhì)蛋白、OMEGA-3、二十二碳六烯酸（DHA）及人體必需的全部氨基酸，被譽(yù)為人類未來的蛋白資源庫和“海上人參”，具有巨大的開發(fā)和利用潛力，南極磷蝦資源與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略布局和人類對純天然的優(yōu)質(zhì)蛋白需求密切相關(guān) [1,2]。在漁業(yè)資源普遍衰退的情況下，南極磷蝦資源的開發(fā)受到世界各國越來越多的關(guān)注。近年來，隨著國際科技投入的持續(xù)增加和技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界漁業(yè)發(fā)達(dá)國家已將南極磷蝦漁業(yè)打造成由高效捕撈技術(shù)支撐、高附加值產(chǎn)品拉動、集捕撈與船載精深加工于一體的全新性海洋生物資源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)，從而激發(fā)了世界各國的投入欲望。在“藍(lán)色圈地”和資源搶占日益激烈的國際大環(huán)境下，加快我國南極磷蝦資源開發(fā)步伐，做強(qiáng)、做大南極磷蝦產(chǎn)業(yè)，對發(fā)展我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)、培育海洋生物新興產(chǎn)業(yè)、保障糧食安全和爭取南極海洋開發(fā)權(quán)益具有重大意義[3,4]。

二、 國外南極磷蝦漁船裝備技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

南極磷蝦資源商業(yè)化開發(fā)始于20世紀(jì)70年代，先后有蘇聯(lián)、日本、波蘭、韓國、俄羅斯、烏克蘭等傳統(tǒng)南極磷蝦生產(chǎn)國家參與，目前，南極磷蝦捕撈開發(fā)已進(jìn)入一個全新的發(fā)展期和資源競爭期，近幾年，從事南極磷蝦捕撈的主要有挪威、韓國、中國、智利和波蘭等國家。

（一）國外南極磷蝦漁船專業(yè)裝備技術(shù)現(xiàn)狀

1. 南極磷蝦捕撈裝備的高效性、生態(tài)性

隨著船舶與捕撈技術(shù)的不斷革新，南極磷蝦捕撈能力大幅提升，產(chǎn)品類型也日趨多元化。生產(chǎn)方式先后有舷側(cè)框架拖網(wǎng)、單船艉滑道網(wǎng)板中層拖網(wǎng)加工船，磷蝦捕撈裝備逐步體現(xiàn)高效性、生態(tài)性和自動化特點(diǎn)。南極磷蝦捕撈裝備的高效性主要體現(xiàn)在連續(xù)式吸捕，無需起網(wǎng)，利用多頂舷側(cè)拖網(wǎng)和圍拖網(wǎng)，配套高效吸魚泵，邊拖曳邊將捕獲的磷蝦及時吸捕上船。生態(tài)性主要體現(xiàn)在捕撈南極磷蝦網(wǎng)具設(shè)計的選擇性上，在拖網(wǎng)網(wǎng)身部位增加分隔網(wǎng)片和逃逸窗口，使哺乳動物和大型水生動物自然釋放，實(shí)現(xiàn)高效與生態(tài)捕撈的有效結(jié)合 [5~7]。目前，日本、韓國在高效捕撈方面采用磷蝦吸蝦泵高效捕撈技術(shù)，在磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)具的網(wǎng)形控制方面，除起、放網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電液控制自動化外，在拖網(wǎng)過程中實(shí)現(xiàn)了曳綱平衡控制及網(wǎng)具形狀控制，同時結(jié)合助漁儀器探測信號實(shí)現(xiàn)作業(yè)水層的自動調(diào)整，捕撈效率很高。挪威是目前捕撈加工效率、效益最好的國家，其建造的 SAGA Sea 船是目前世界上專業(yè)化程度最高、技術(shù)最先進(jìn)的大型磷蝦捕撈加工船，捕撈效率較傳統(tǒng)拖網(wǎng)同比高 50% 以上。水下連續(xù)泵吸捕撈技術(shù)針對南極磷蝦集群性強(qiáng)、蝦群延綿范圍大的特點(diǎn)，利用吸蝦泵和安裝于囊網(wǎng)的柔性管道在水下即可將拖網(wǎng)捕獲的鮮活磷蝦源源不斷地輸送至船上，從而避免了起、放網(wǎng)的繁瑣作業(yè)程序，既大大降低了勞動強(qiáng)度、節(jié)省了時間、提高了捕撈效能，又保證了磷蝦漁獲的品質(zhì) [8]。

2. 南極磷蝦船載加工與綜合利用專業(yè)化、自動化

日本在 20 世紀(jì) 70 年代初就研制成功了南極磷蝦捕撈加工船，船上配備南極磷蝦冷凍原蝦、熟蝦、整形蝦肉、飼料級蝦粉和食品級蝦粉等多套加工生產(chǎn)設(shè)備；船上用滾桶脫殼法對南極磷蝦脫殼，效率較高，1 h 能加工 500 kg 蝦仁，在加工南極磷蝦蝦仁的同時，利用廢料生產(chǎn)餌料，并在廢水中回收蛋白質(zhì)。韓國在磷蝦加工方面，形成了冷凍原蝦、熟蝦、整形蝦肉、飼料級蝦粉、蝦油加工工藝技術(shù)及成套裝備。歐洲為適應(yīng)高效捕撈，配置了專業(yè)化精深加工成套裝備，具有較高的專業(yè)化和自動化水平，完全實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化自動流水線作業(yè)生產(chǎn)加工方式，預(yù)冷的蝦品一部分做成凍品冷藏處理，大部分進(jìn)入加工線進(jìn)行蝦粉和蝦油的深加工，或者直接制成磷蝦顆粒精飼料，其高效自動化船載加工裝備提高了挪威磷蝦捕撈船的漁獲處理能力和蝦品附加值，加工設(shè)備日處理能力達(dá)到 600 t 以上，蝦粉出粉率高達(dá) 40% 以上。

3. 南極磷蝦資源探測系統(tǒng)信息化

國外在加強(qiáng)南極磷蝦等深遠(yuǎn)海漁業(yè)資源探測調(diào)查和開發(fā)利用的同時，積極推動船舶工業(yè)技術(shù)、信息技術(shù)在專業(yè)南極磷蝦捕撈船上的應(yīng)用，利用電子信息與裝備制造技術(shù)的發(fā)展契機(jī)，其海洋漁業(yè)裝備工程技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)了與船舶工業(yè)的同步發(fā)展。以挪威專業(yè)磷蝦捕撈船“Antarctic sea”號為例，其配置了專業(yè)化的魚群探測儀器和基于衛(wèi)星通信的信息化管理系統(tǒng)。

（二）發(fā)展趨勢

目前，世界各國對南極磷蝦等極地漁業(yè)資源開發(fā)利用日益關(guān)注，在加強(qiáng)南極磷蝦資源探測調(diào)查和開發(fā)利用的同時，不斷推動南極磷蝦漁船專業(yè)裝備技術(shù)的發(fā)展，磷蝦捕撈船朝大型化、專業(yè)化、信息化方向發(fā)展。為適應(yīng)極地環(huán)保和生態(tài)管理的要求，電力推進(jìn)綜合節(jié)能技術(shù)、捕撈裝備信息化 – 三維一體探測技術(shù)以及連續(xù)式高效生態(tài)捕撈方式、專業(yè)化自動化船載精深加工生產(chǎn)模式也會不斷得到應(yīng)用。通過聲學(xué)數(shù)字化技術(shù)、多波束技術(shù)研究，進(jìn)行磷蝦遠(yuǎn)距離和深水資源探測與跟蹤。在高效生態(tài)捕撈問題方面，利用漁業(yè)選擇性捕撈和自動化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)南極保護(hù)性水生動物誤捕有效釋放以及遠(yuǎn)距離深水區(qū)磷蝦連續(xù)吸捕；采用多層往復(fù)擠壓、旋流干燥技術(shù)、低溫冷凍冷藏及自動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磷蝦專業(yè)化高效加工運(yùn)行。另外，開發(fā)生物藥品、保健品等具有高附加值的產(chǎn)品已經(jīng)成為南極磷蝦加工的發(fā)展趨勢，未來船載加工裝備也將朝著蝦初油提取、蝦粉和蝦肉精深加工方向發(fā)展。

三、 國內(nèi)南極磷蝦漁船裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的差距

我國專業(yè)化南極磷蝦捕撈加工船的技術(shù)研究從“十二五”時期起步，近幾年在國家財政部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、科學(xué)技術(shù)部對南極磷蝦相關(guān)課題的資助下，在南極磷蝦捕撈船專業(yè)裝備方面開展了一些關(guān)鍵技術(shù)研究和設(shè)備研發(fā)，主要研究進(jìn)展如下。

（一）捕撈技術(shù)與裝備

我國研發(fā)了 DH-256 型南極磷蝦專用拖網(wǎng)網(wǎng)具和淺表層低速磷蝦拖網(wǎng)水平擴(kuò)張網(wǎng)板，經(jīng)試用，捕撈效果較以往有明顯提升，已接近日本漁船的捕撈水平；研發(fā)的六片式結(jié)構(gòu) BAD13B00-TN01 型南極磷蝦拖網(wǎng)，平均能耗系數(shù)為 0.81（kWh/104 m3 ），但與挪威等國先進(jìn)的吸蝦泵連續(xù)捕撈技術(shù)仍有差距。圍繞南極磷蝦連續(xù)捕撈系統(tǒng)，進(jìn)行潛水式吸蝦泵原理研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過計算流體動力學(xué)（CFD）分析方法，開展吸蝦泵抽吸能力的分析與計算，并建立了南極磷蝦泵模擬實(shí)驗系統(tǒng)，驗證了技術(shù)的可行性，但技術(shù)研究還需進(jìn)一步完善，距產(chǎn)品樣機(jī)市場化還有一定距離。

（二）磷蝦船載加工技術(shù)與裝備

我國的磷蝦船載加工技術(shù)和設(shè)備比較落后，船載蝦粉加工工藝沿用陸基濕法魚粉加工工藝，加工設(shè)備則主要由魚粉加工設(shè)備改造而成，與挪威等國外南極磷蝦加工發(fā)達(dá)國家相比，在蝦粉質(zhì)量和產(chǎn)出率方面還存在較大的差距。利用魚粉加工設(shè)備改造而成的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行磷蝦粉加工，蝦粉產(chǎn)出率僅為 14∶1，約為國際先進(jìn)水平的二分之一，且蝦粉質(zhì)量較差，活性物質(zhì)損失較多，且無法獲取優(yōu)質(zhì)蝦油。在磷蝦脫殼方面，漁業(yè)機(jī)械儀器研究所開展了南極磷蝦船載脫殼加工設(shè)備的研發(fā)及工藝參數(shù)優(yōu)化研究，研制的專業(yè)化南極磷蝦蝦肉加工設(shè)備，經(jīng)多次進(jìn)行海試試驗和性能驗證，單機(jī)最高處理量達(dá)到 1000 kg/h，脫殼蝦肉平均產(chǎn)出率為 20%，形成的南極磷蝦脫殼生產(chǎn)線為國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了我國在南極磷蝦專業(yè)化加工裝備研制領(lǐng)域的空白，被上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目認(rèn)定辦公室認(rèn)定為上海市2018 年高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目。目前，該套蝦肉加工生產(chǎn)線已配置在國內(nèi)正在建造的最先進(jìn)的南極磷蝦專業(yè)捕撈加工船“深藍(lán)”號上，邁出了實(shí)現(xiàn)磷蝦加工裝備國產(chǎn)化的關(guān)鍵步伐 [9~12]。

（三）南極磷蝦探測技術(shù)

南極磷蝦資源調(diào)查與評估是隨著 20 世紀(jì) 80 年代南極科考的開展而逐步展開的，中國漁業(yè)資源聲學(xué)評估和極地遙感探測技術(shù)研究，相對比較系統(tǒng)，也不斷取得了重大成果。但支撐中國極地等深遠(yuǎn)海漁業(yè)資源探測裝備技術(shù)的研究嚴(yán)重滯后，適應(yīng)現(xiàn)代遠(yuǎn)洋捕撈魚群探測和資源評估的高端聲學(xué)探測儀器，國內(nèi)尚處于空白狀態(tài)。目前，中國南極磷蝦資源探測儀器全部依賴國外魚探儀或分類波束科學(xué)魚探儀。目前，中國開展的南極磷蝦探捕工作主要集中在漁場現(xiàn)場調(diào)查及探捕，極地生物資源的遙感探測還處于起步階段 [13~15]。

由于我國南極磷蝦產(chǎn)業(yè)起步晚，科研積累少，基礎(chǔ)研究薄弱，加之知識產(chǎn)權(quán)壁壘，所以我國南極磷蝦船以引進(jìn)國外二手大型拖網(wǎng)船為主，經(jīng)簡單改造而投入磷蝦捕撈產(chǎn)業(yè)，缺乏專業(yè)化的系統(tǒng)技術(shù)與裝備，產(chǎn)品研發(fā)與市場開發(fā)落后，船上加工生產(chǎn)的核心技術(shù)不能全部掌握，生產(chǎn)工藝落后，捕撈效率和加工能力遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家。綜上所述，經(jīng)過我國磷蝦漁業(yè)啟動以來近 10 年來的研究，已對南極磷蝦產(chǎn)業(yè)的基本情況、關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢有了基本的了解，在若干環(huán)節(jié)上取得了一定進(jìn)展，并積累了一些經(jīng)驗，但與國際先進(jìn)水平相比仍有巨大差距，亟需奮起直追。

四、 我國南極磷蝦漁船捕撈加工裝備的重點(diǎn)發(fā)展方向

圍繞制約我國南極磷蝦資源規(guī)模化開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備問題，進(jìn)行捕撈和船載加工一體化設(shè)計，重點(diǎn)研究南極磷蝦新型高效生態(tài)捕撈設(shè)備、磷蝦船載高值精深加工工藝開發(fā)以及磷蝦資源探測與信息化保障技術(shù)。

（一）南極磷蝦新型高效捕撈設(shè)備

圍繞南極磷蝦高效生態(tài)捕撈問題，結(jié)合流體傳動、空氣動力學(xué)和自動化控制技術(shù)，開展選擇性捕撈技術(shù)、磷蝦拖網(wǎng)自動控制技術(shù)以及無損傷連續(xù)吸捕技術(shù)的研究和裝備開發(fā)，通過系統(tǒng)集成，提高南極磷蝦資源的高效開發(fā)和利用能力。

（二）磷蝦船載高值精深加工工藝

圍繞南極磷蝦船載加工高值化利用問題，采用多層往復(fù)擠壓、旋流干燥、低溫冷凍冷藏及自動控制等技術(shù)，開展磷蝦脫殼采肉、蝦粉蝦油高效加工和高效冷凍關(guān)鍵技術(shù)的研究與成套系統(tǒng)裝備集成開發(fā)，構(gòu)建磷蝦專業(yè)化高效加工運(yùn)行模式，進(jìn)一步提高南極磷蝦產(chǎn)業(yè)的綜合效益。

（三）南極磷蝦資源探測評估與信息化保障

研究突破南極磷蝦等新資源數(shù)字化聲學(xué)探測關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)極地等深遠(yuǎn)海漁業(yè)資源三維一體的精準(zhǔn)化探測和魚群預(yù)報；通過集成魚群探測與預(yù)報、物流保障、捕撈船隊裝備與作業(yè)人員管理、捕撈日志、漁獲物可追溯等信息，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的南極磷蝦漁船物流保障與信息化管理系統(tǒng)。

五、對策建議

（一）加強(qiáng)合作，創(chuàng)新加快南極磷蝦專業(yè)化漁船與裝備國產(chǎn)化

加強(qiáng)與國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的合作，創(chuàng)新研發(fā)模式，建立混合制研發(fā)模式，提升我國在南極磷蝦專業(yè)船舶裝備領(lǐng)域的科研能力和設(shè)計水平。通過引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新方法，加快南極磷蝦等大型專業(yè)化漁船與裝備的國產(chǎn)化，加強(qiáng)國家科研支持與產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合。

（二）政策引導(dǎo)，鼓勵科研機(jī)構(gòu)及漁業(yè)裝備制造企業(yè)自主創(chuàng)新

加大科研投入和實(shí)驗支撐條件建設(shè)，提高科研能力，盡快解決制約磷蝦高效開發(fā)與利用的關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備；強(qiáng)化南極磷蝦“產(chǎn)學(xué)研用”合作模式，發(fā)揮企業(yè)與科研單位協(xié)同創(chuàng)新；盡快實(shí)現(xiàn)專業(yè)化南極磷蝦漁船工程示范，帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（三）實(shí)施人才強(qiáng)漁戰(zhàn)略，加快人才培養(yǎng)

強(qiáng)化專業(yè)人才隊伍建設(shè)、培養(yǎng)外向型和復(fù)合型人才；建立專業(yè)化的磷蝦漁船設(shè)計、建造工藝和規(guī)范研究隊伍；加快培訓(xùn)漁業(yè)專業(yè)從業(yè)人員，提高漁業(yè)從業(yè)人員的科研水平和專業(yè)技能，為我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)發(fā)展提供人才支撐。