王世光,呂黃珍,盧天齊,何亞凱,呂程序,楊炳南
(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083; 2.中國包裝和食品機(jī)械有限公司,北京 100083;3.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司,北京 100083)
馬鈴薯是我國僅次于玉米、水稻、小麥的第4大主糧作物。據(jù)統(tǒng)計(jì),年種植面積530多萬hm2,總產(chǎn)9 000多萬t,是世界上種植面積和產(chǎn)量第1大國,全球馬鈴薯產(chǎn)量的23%都來自中國[1-2]。馬鈴薯因具有喜涼、耐貧瘠、抗旱的生物學(xué)特性,一般種植在較為寒冷、干旱地區(qū),其種植區(qū)域與我國貧困地區(qū)重合度達(dá)到60%以上,是穩(wěn)固脫貧成果、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興的主要產(chǎn)業(yè)[3-4]。
我國馬鈴薯加工起步較晚,目前主要的加工產(chǎn)品包括淀粉、全粉等大宗工業(yè)原料,薯?xiàng)l、薯片、方便食品等休閑食品,粉絲、粉條、粉皮等中華傳統(tǒng)制品,添加馬鈴薯原料的饅頭、面包、面條、米粉、餅干等主食化產(chǎn)品,以及適合我國消費(fèi)習(xí)慣與新型消費(fèi)模式的馬鈴薯凈鮮中式菜肴預(yù)制品。據(jù)測算,我國馬鈴薯鮮銷占60%,貯藏?fù)p失20%~30%,加工量占比僅10%左右,與美國70%和歐盟40%的加工比例相比差距巨大。
1.2.1 淀粉加工仍是主流
馬鈴薯淀粉是將馬鈴薯原料銼磨粉碎(充分破碎淀粉細(xì)胞)、分離纖維及蛋白質(zhì)、提取淀粉后干燥的產(chǎn)品,主要用于工業(yè)原料,如加工變性淀粉、醫(yī)藥、鉆探、印染和食品等[5]。全國馬鈴薯淀粉年產(chǎn)能近300萬t,實(shí)際年產(chǎn)量60萬t左右,市場剛需80萬t左右。我國現(xiàn)有年產(chǎn)1萬t以上的馬鈴薯淀粉加工企業(yè)100多家,主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、河北、山西、甘肅、寧夏、青海、陜西、云南和新疆等主產(chǎn)區(qū)。規(guī)模加工企業(yè)采用全旋流加工工藝技術(shù),與歐美等發(fā)達(dá)國家技術(shù)相當(dāng)。20世紀(jì)90年代采用的設(shè)備以進(jìn)口歐美為主,經(jīng)過國內(nèi)消化吸收再創(chuàng)新,目前全套生產(chǎn)線設(shè)備以國產(chǎn)化為主。
1.2.2 全粉加工得到長足發(fā)展
馬鈴薯全粉主要分為顆粒全粉和雪花全粉。我國主要以雪花全粉為主,是將馬鈴薯原料去皮、蒸煮制泥(盡量不破壞淀粉細(xì)胞)、滾筒干燥后的產(chǎn)品,主要用于食品加工、飼料加工、化工與醫(yī)藥原料等。全國馬鈴薯全粉年產(chǎn)能約30萬t,實(shí)際年產(chǎn)量10萬t左右,市場剛需15萬t左右,產(chǎn)品價(jià)格較為穩(wěn)定(10 000~12 000元/t)。我國年產(chǎn)1萬t以上的馬鈴薯全粉加工企業(yè)20多家,主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、河北、山西、甘肅、湖北、寧夏、陜西和新疆等產(chǎn)區(qū)。加工工藝技術(shù)以滾筒干燥生產(chǎn)雪花全粉為主,800 kg/h以上大型加工生產(chǎn)線的蒸汽去皮機(jī)及滾筒干燥機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備以進(jìn)口歐洲設(shè)備為主,一般規(guī)模的生產(chǎn)線設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)全套國產(chǎn)化。
1.2.3 薯片加工總量保持穩(wěn)定
馬鈴薯薯片主要分為以全粉為原料的復(fù)合薯片和馬鈴薯鮮薯油炸薯片兩種。我國主要以馬鈴薯鮮薯油炸薯片為主,是將馬鈴薯原料去皮、切片、漂燙、油炸后調(diào)味的休閑食品。以全粉為原料的復(fù)合薯片主要是合資和外資的幾家企業(yè)生產(chǎn),年產(chǎn)量25萬t左右。我國油炸薯片的消費(fèi)市場相對成熟,薯片生產(chǎn)廠家也比較多,年產(chǎn)鮮切薯片40萬t左右。比較著名的有百事食品公司的樂事薯片、上海晨光食品工業(yè)公司的上好佳薯片、北京聯(lián)化食品工業(yè)公司的卡迪娜薯片、廣東榮家香港公司的卡露芙薯片、蘇州媽咪大寶食品公司的薯片先生,福建親親食品公司的親親牌薯片、云南天使食品公司的天使牌薯片、云南子弟食品公司的子弟薯片、云南理世實(shí)業(yè)(集團(tuán))公司的嚕咪啦薯片、天津海皇食品公司的脆升升、玉溪好時(shí)多食品公司的劉師傅薯片等。一些大型薯片生產(chǎn)企業(yè)使用美國進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn),規(guī)模相對較小的一般企業(yè)使用國產(chǎn)設(shè)備較多。
1.2.4 速凍薯?xiàng)l發(fā)展較快
馬鈴薯速凍薯?xiàng)l是將馬鈴薯原料去皮、切條、漂燙調(diào)理、水分調(diào)控、油炸后深冷速凍的食品半成品。美國收獲的馬鈴薯有1/3加工成速凍薯?xiàng)l,貿(mào)易總額超過16億美元。我國速凍薯?xiàng)l的消費(fèi)市場已逐漸培養(yǎng)起來,現(xiàn)有速凍薯?xiàng)l生產(chǎn)企業(yè)10余家,年產(chǎn)能近40萬t,實(shí)際產(chǎn)量約20萬t,市場剛需25萬t左右。國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)有寧夏景譽(yù)食品公司(原北京辛普勞)、哈爾濱麥肯公司、張北雪川農(nóng)業(yè)公司、康保太美食品公司、山西藍(lán)頓旭美公司、甘肅愛味客食品公司、內(nèi)蒙古愛味客宏源食品公司、烏蘭察布藍(lán)威斯頓食品有限公司、內(nèi)蒙古凱達(dá)食品公司、北京凱達(dá)農(nóng)業(yè)發(fā)展公司等,配備的主機(jī)設(shè)備生產(chǎn)率5~10 t/h,采用進(jìn)口設(shè)備,其中荷蘭科瑞歐的設(shè)備占有率80%以上。張北雪川和內(nèi)蒙古凱達(dá)兩家公司近年來進(jìn)口設(shè)備,建立了無人化生產(chǎn)線。
國內(nèi)速凍薯?xiàng)l生產(chǎn)設(shè)備主要以小型生產(chǎn)線為主,生產(chǎn)率1~2 t/h,應(yīng)用于海皇食品(億安)公司、濰坊樂事食品公司等。從最近兩年的情況來看,小型薯?xiàng)l生產(chǎn)線具有一定的市場,逐步在國外的以色列、南非、蘇丹等客商應(yīng)用。
1.2.5 適合我國消費(fèi)習(xí)慣的制品市場逐漸顯現(xiàn)
馬鈴薯產(chǎn)地初加工技術(shù)提升了商品價(jià)值。馬鈴薯產(chǎn)地初加工主要指鮮薯除土、清洗、分級分選、包裝等。目前的主要模式有兩種:一是在田間地頭將馬鈴薯進(jìn)行除土清理、分級分選后銷往加工企業(yè)及蔬菜批發(fā)市場;二是在批發(fā)市場對除土的馬鈴薯進(jìn)行清洗、再分選、不同形式的包裝后銷往超市、飯店等終端市場。涉及的技術(shù)和裝備也為馬鈴薯分等貯藏提供了有效手段。馬鈴薯產(chǎn)地初加工工藝技術(shù)日臻完善,生產(chǎn)線配套設(shè)備全部國產(chǎn)化,生產(chǎn)規(guī)模較靈活,主要用于加工企業(yè)、蔬菜批發(fā)商、農(nóng)業(yè)合作社、大型種植戶等。通過初加工處理,鮮薯銷售價(jià)值提升10%以上。
馬鈴薯鮮切半成品催生了集中加工、電商配送新型消費(fèi)模式。馬鈴薯鮮切制品主要包括馬鈴薯絲、薯片、薯丁、薯?xiàng)l、薯塊等,是經(jīng)過清洗去皮、切制、殺菌護(hù)色后的預(yù)包裝半成品,貨架期一般在7 d左右,食用前根據(jù)消費(fèi)者喜好進(jìn)行烹飪即可。目前主要應(yīng)用于規(guī)模加工企業(yè)、餐飲連鎖店、商超配送企業(yè)、大專院校食堂等,基本實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化集中加工、信息化快捷配送,不僅適宜現(xiàn)代人們快節(jié)奏的生活方式,同時(shí)也符合減少城市生活垃圾的環(huán)保要求。該加工技術(shù)與裝備相對成熟,以國產(chǎn)為主。
馬鈴薯中式主食化制品工業(yè)化步伐加快。2015年我國啟動(dòng)馬鈴薯主糧化和2017年中央1號文件馬鈴薯主食化戰(zhàn)略,加快了工業(yè)化發(fā)展步伐。添加馬鈴薯原料的饅頭、面包等發(fā)酵類主食,面條、米粉、餅干等非發(fā)酵類主食,以及地方區(qū)域的馬鈴薯特色食品等制品品種達(dá)到300余種。在研究馬鈴薯全粉高占比添加的基礎(chǔ)上,又走出一條以馬鈴薯泥、馬鈴薯漿為原料的相對低成本化主食制品發(fā)展之道。馬鈴薯成分的添加改善了傳統(tǒng)米面主食營養(yǎng)結(jié)構(gòu),促進(jìn)了馬鈴薯消費(fèi)方式的多元化轉(zhuǎn)變。
馬鈴薯快餐食品獨(dú)樹一幟。馬鈴薯快餐食品包括馬鈴薯方便面、方便粉絲、方便米粉、方便米、方便粥、方便火鍋等,改傳統(tǒng)以淀粉和全粉添加為主的模式,實(shí)現(xiàn)了鮮薯為主要原料的全組分快餐食品應(yīng)用。主要采用馬鈴薯低損去皮、剪切破碎、漂燙滅酶、拌料復(fù)配、高溫高壓糊化、擠壓模壓成型等技術(shù)和設(shè)備,成為我國在該領(lǐng)域原創(chuàng)性發(fā)明。技術(shù)和裝備以國產(chǎn)化為主,典型企業(yè)有四川光友公司等,生產(chǎn)的馬鈴薯快餐食品已經(jīng)進(jìn)入日本、韓國和東南亞等市場。
我國居民馬鈴薯消費(fèi)習(xí)慣以鮮薯和菜肴為主,雖然經(jīng)過多年的研究應(yīng)用與發(fā)展,但在馬鈴薯加工過程中仍有4類主要問題需要深化解決。一是標(biāo)準(zhǔn)原料品質(zhì)制約問題。我國馬鈴薯種植區(qū)域廣,自然條件差異大、品種多而雜,原料組分很難保障一致性;馬鈴薯季節(jié)性集中收獲,大量貯藏加工原料保障均衡供應(yīng)成本高、貯藏?fù)p失和加工損耗大,貯藏品質(zhì)難以預(yù)期。二是加工技術(shù)制約問題。國內(nèi)花色制品品種多、多以廚師手工制作工藝為主,雖然具有適合地方區(qū)域消費(fèi)的鮮明特點(diǎn),但標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化加工實(shí)現(xiàn)較難;工藝技術(shù)繁雜,馬鈴薯制品難以降低生產(chǎn)成本。三是加工裝備制約問題。大宗原料加工裝備仍需要提高效率、降低能耗,完善過程與質(zhì)量控制;淀粉低游離率和高游離率不同要求、加工過程褐變抑制、淀粉回生抑制、營養(yǎng)補(bǔ)充與強(qiáng)化等技術(shù)裝備仍需深化;低損傷清潔、低損失去皮、高效切制、符合制品特征的質(zhì)構(gòu)成型等核心設(shè)備還需提檔升級。適合中式廚房的制品數(shù)控技術(shù)和設(shè)備短缺。四是加工系統(tǒng)制約問題。需要加大原料、儲(chǔ)運(yùn)、加工、市場等環(huán)節(jié)銜接;需要系統(tǒng)優(yōu)化保質(zhì)貯藏、標(biāo)準(zhǔn)加工、品質(zhì)評價(jià)體系等;需要完善成套設(shè)備配置、工廠與信息化管控系統(tǒng)等。
歐盟的馬鈴薯淀粉加工集中化程度高,以“一國之薯”成就一家品牌企業(yè),譬如法國的羅蓋特、德國的阿姆斯蘭德、荷蘭的艾維貝、丹麥的KMC等,其加工工藝與專用薯結(jié)合,保障淀粉游離率98%以上,淀粉得率93%以上,噸料水耗1.3~1.4 t。馬鈴薯淀粉深度應(yīng)用更成熟更廣泛,如用馬鈴薯淀粉加工的“變性淀粉”就達(dá)2 000多種,具有非常高的價(jià)值和廣闊的市場前景。
我國的薄弱環(huán)節(jié)主要在磋磨提高淀粉游離率、淀粉分離提高得率和等級、廢水廢渣環(huán)保處理與綜合利用等環(huán)節(jié)。在磋磨提高淀粉游離率方面,需要優(yōu)化磋磨機(jī)的鋸條齒形、材質(zhì)與熱處理技術(shù),提高連續(xù)磋磨過程中鋸齒壽命和磋磨粒度的一致性。在保障旋流站淀粉得率和品質(zhì)方面,一是要優(yōu)化旋流管機(jī)構(gòu)、提升旋流管的材質(zhì)和制造精度;二是優(yōu)化旋流站系統(tǒng)壓力、底流濃度、溢流濃度等參數(shù)的智能化控制技術(shù)與系統(tǒng)。在廢水處理與廢渣綜合利用方面,一是優(yōu)化噸料水耗;二是優(yōu)化生物、熱絮凝等工藝技術(shù),實(shí)現(xiàn)低成本應(yīng)用;三是研究適合國情的環(huán)保政策,強(qiáng)化加工廢水與種植一體化科學(xué)解決方案與合理應(yīng)用規(guī)范;四是開展學(xué)科交叉研究,加強(qiáng)廢渣飼料化、功能化、能源化綜合利用技術(shù)開發(fā)。
美國和歐盟馬鈴薯全粉加工技術(shù)和裝備單機(jī)產(chǎn)能大,適合于季節(jié)性集中加工、降低貯藏成本的需要。在全粉加工過程中,采用蒸汽去皮降低損失、提高品質(zhì)技術(shù),蒸汽去皮機(jī)產(chǎn)能5~40 t/h,去皮損失率6%~8%,蒸汽壓力2.5 MPa,單批次循環(huán)周期45 s;滾筒干燥機(jī)產(chǎn)能0.5~0.8 t/h,蒸汽壓力1.2 MPa,工作過程自動(dòng)化控制。國內(nèi)全粉加工采用的滾筒干燥機(jī)產(chǎn)能0.3~0.5 t/h,蒸汽壓力0.8 MPa;蒸汽去皮機(jī)產(chǎn)能5~20 t/h,去皮損失率10%~12%,蒸汽壓力1.6 MPa,單罐循環(huán)周期60 s。
在全粉加工方面,薄弱環(huán)節(jié)主要在去皮和干燥兩個(gè)環(huán)節(jié)。在蒸汽去皮方面,一是蒸汽壓力需要提升;二是快速進(jìn)氣和瞬間泄壓爆皮所使用的閥門方面,提高閥門開閉合速度,解決閥門密封精度和耐磨性難題。在滾筒干燥方面,一是提高大型滾筒高承壓能力,應(yīng)達(dá)到1.2 MPa以上;二是開發(fā)大型化滾筒干燥設(shè)備,應(yīng)達(dá)到700 kg/h以上;三是優(yōu)化自動(dòng)預(yù)熱、進(jìn)料量與寬幅均勻薄層布膜、蒸汽壓力調(diào)控與冷凝水及時(shí)排出、滾筒轉(zhuǎn)速與全粉干燥度耦合調(diào)控、柔性脫膜與快速換刀等重要參數(shù)在線耦合智能調(diào)控技術(shù)及部件系統(tǒng)。馬鈴薯生粉加工剛剛開始研究,淀粉低游離率破碎、低溫脫水與節(jié)能干燥技術(shù)等相結(jié)合的組合工藝技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備需要進(jìn)行工業(yè)化優(yōu)化,成套裝備需要經(jīng)過工程應(yīng)用,改善提升效能和降低能耗。
速凍薯?xiàng)l是舶來品,歐美發(fā)達(dá)國家在馬鈴薯速凍薯?xiàng)l加工方面有著上百年的研發(fā)應(yīng)用歷史。荷蘭的科瑞歐公司、美國BMA公司(布倫瑞克機(jī)械公司)、Florigo弗洛瑞哥等成套設(shè)備廠家,以及凱技KEY公司、淘朗TOMRA公司等關(guān)鍵單機(jī)供應(yīng)商,在速凍薯?xiàng)l設(shè)備制造方面都擁有成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累,是行業(yè)的領(lǐng)跑者。我國1998年開始自主研發(fā)相關(guān)技術(shù)與裝備,產(chǎn)能1~3 t/h。國內(nèi)規(guī)模薯?xiàng)l生產(chǎn)廠家主要以進(jìn)口設(shè)備為主,近年張北雪川公司和內(nèi)蒙凱達(dá)公司已經(jīng)進(jìn)口了無人化生產(chǎn)線。
在速凍薯?xiàng)l加工方面,薄弱環(huán)節(jié)在專用薯保障和切條、色選、綜合利用配套等環(huán)節(jié)。在專用薯方面,支持薯?xiàng)l專用品種擴(kuò)繁,適宜區(qū)域種植,保障原料品質(zhì)和供應(yīng)。在保障品質(zhì)的切條方面,優(yōu)化水力切條技術(shù)與裝備,重點(diǎn)解決關(guān)鍵部件塊狀物料泵和組合刀具存在的沖擊損傷物料導(dǎo)致切條斷條率高、刀片不耐磨壽命短、易傷刃,切面毛糙的缺陷問題。在薯?xiàng)l色選方面,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光學(xué)在線識別與不合格品快速剔除技術(shù)和裝備。在綜合利用技術(shù)方面,研究與薯?xiàng)l生產(chǎn)線配套的不合格薯?xiàng)l的薯泥、薯餅等加工技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。在大型薯?xiàng)l生產(chǎn)線方面,優(yōu)化蒸汽去皮、控溫漂燙、控濕調(diào)理、淺油層預(yù)炸和深冷速凍等組合成型設(shè)備及生產(chǎn)過程智能化控制技術(shù)與系統(tǒng)。
目前我國馬鈴薯油炸薯片切片裝備完全依賴進(jìn)口。需要重點(diǎn)解決薄片切制均勻性、切面平整度難題,攻克刀盤整體化精密制造技術(shù)和精度,切刀材料與熱處理工藝技術(shù),提高耐磨程度和使用壽命,集成開發(fā)切片裝備,替代進(jìn)口。
研究分析農(nóng)機(jī)購機(jī)補(bǔ)貼政策,在馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)瞄準(zhǔn)種植大戶、集中物流、產(chǎn)業(yè)園區(qū)和大型加工企業(yè)等,加大對貯藏設(shè)施和貯藏環(huán)境控制技術(shù)系統(tǒng)、除土凈理、分級分等、病害檢測、低損去皮、高效切分、滅酶殺菌等提高商品化的初加工設(shè)備的購置和使用補(bǔ)貼力度。
以加工龍頭企業(yè)為主體,在財(cái)政支持主食化加工與方便食品加工方面,支持以鮮薯為原料的加工技術(shù)與裝備、廢棄物綜合處理與應(yīng)用。開展馬鈴薯凈鮮半成品、馬鈴薯方便面、馬鈴薯方便粉絲、馬鈴薯方便米粉、區(qū)域特色馬鈴薯制品等示范與應(yīng)用。建議把馬鈴薯薯泥、薯漿、生干薯片、冷凍制品作為國家戰(zhàn)略儲(chǔ)備物資,按照國家統(tǒng)一部署,支持產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化加工技術(shù)優(yōu)化升級、加工工程建設(shè),開展產(chǎn)品儲(chǔ)備,以降低儲(chǔ)藏帶來的高能量消耗、腐爛發(fā)芽等損失、減輕不可控的品質(zhì)劣化等。
為適應(yīng)市場發(fā)展需要,世界各國重點(diǎn)把選育不同加工需要的品種確定為優(yōu)先發(fā)展目標(biāo),如將馬鈴薯品種分為食品專用型、淀粉專用型、油炸專用型、全粉專用型、菜肴專用型、烤制專用型等。長期以來,我國以保障產(chǎn)量為主要目標(biāo),適合于工業(yè)化加工的專用型品種嚴(yán)重缺少,要推動(dòng)從注重產(chǎn)量向注重產(chǎn)量與加工品質(zhì)并重方向發(fā)展。同時(shí),加強(qiáng)專用化品種原料基地建設(shè)以及配套全程生產(chǎn)機(jī)械化和產(chǎn)地商品化設(shè)備設(shè)施。
為提高市場競爭力,發(fā)達(dá)國家均建立了規(guī)模化的大型企業(yè),以獲得規(guī)模效益。如荷蘭的20多家馬鈴薯加工企業(yè)中,5家大型企業(yè)的生產(chǎn)能力就占了全國加工總量的50%以上。加大主產(chǎn)區(qū)馬鈴薯初加工產(chǎn)業(yè)集群和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園加工業(yè)務(wù)建設(shè),圍繞主消費(fèi)區(qū)域開展消費(fèi)終端產(chǎn)品加工示范,形成產(chǎn)地初加工商品化供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)原料與廢水廢渣集中化處理、城市群邊深加工增大消費(fèi)的產(chǎn)業(yè)格局。
國外馬鈴薯加工業(yè)飛速發(fā)展的主要原因是高新技術(shù)在關(guān)鍵問題與關(guān)鍵環(huán)節(jié)上發(fā)揮了重要的作用。支持和鼓勵(lì)加工企業(yè)采用高新技術(shù)和裝備,使大宗馬鈴薯制品加工向節(jié)水、節(jié)能、高效、高得率等方面發(fā)展,使適合我國消費(fèi)需求的廚師級美味制品向方便化、多樣性、標(biāo)準(zhǔn)化的中央廚房式加工方向發(fā)展。
發(fā)達(dá)國家馬鈴薯加工業(yè)大都采用了全程質(zhì)量控制體系,以確保產(chǎn)品質(zhì)量和食物安全。推行從田間“第一工廠”到餐桌的GMP(良好的操作規(guī)范)、HACCP(危害分析及關(guān)鍵控制點(diǎn))和SS0P(衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)操作程序)等規(guī)范管理,加大標(biāo)準(zhǔn)化、檢驗(yàn)檢測技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用,真正發(fā)揮消費(fèi)馬鈴薯制品的健康功效。