何遵衛(wèi)+張德權+王振宇

摘 要：本文闡述了國內外關于家禽宰后胴體自動取內臟及在線稱重分級2 項關鍵預處理技術及其裝備的研究進展及應用情況，介紹了自動取內臟和在線稱重分級裝備的工作原理、發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、應用情況和發(fā)展前景，詳細闡述了自動割肛、自動開膛、自動取內臟和自動內外清洗等裝備的工作原理，介紹了包括重量式分級和視覺分級在內的在線稱重分級技術裝備，并提出了適合我國國情的家禽自動取內臟和在線稱重分級技術裝備今后的研究方向。

關鍵詞：家禽；宰后胴體；自動取內臟；在線稱重分級；技術裝備；應用

Abstract： This paper reviews the state of the art in the development and application of automatic evisceration and online dynamic weighing-grading technologies and equipment for poultry carcasses. The working principle， history， current status， application and future prospects of automatic evisceration （including anus removal， carcass opening， evisceration and cleaning） and online dynamic weighing-grading （weight grading and visual grading） equipment are outlined. Moreover， future directions in the development of automatic evisceration and online dynamic weighing-grading technologies and equipment for poultry carcasses are presented based on Chinas national conditions.

Key words： poultry； carcass； automatic evisceration； online weighing-grading； technology and equipment； application

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201711011

中圖分類號：TS251.3 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2017）11-0065-06

我國是世界第二大禽肉生產消費國，且每年的禽肉產量仍呈增長趨勢[1]。21世紀以來，隨著人民生活水平的不斷提高，消費者對禽肉類產品的需求不斷增加，但規(guī)模化屠宰、加工禽肉的關鍵技術和裝備長期投入不足，企業(yè)缺乏能夠用于工業(yè)化生產的標準化程度高、性能穩(wěn)定的在線稱重分級技術裝備[2]。對于家禽來說，自動取內臟和在線稱重分級技術裝備是其實現(xiàn)標準化和規(guī)?；庸さ年P鍵[3]。

1 家禽自動取內臟加工技術及裝備研究

目前，我國的家禽取內臟操作主要依靠人工輔助自動取內臟裝備進行流水線作業(yè)。根據(jù)家禽屠宰工藝流程，家禽取內臟自動化作業(yè)系統(tǒng)主要包括自動割肛技術、自動開膛技術、自動取內臟技術和自動內外清洗技術[4-5]。

1.1 家禽自動取內臟加工技術

1.1.1 自動割肛技術

自動割肛技術是自動開膛技術的鋪墊，吊掛的禽體在高架輸送鏈驅動下移動，旋轉切刀對禽體肛門進行固定、切割和分離，分離后的肛門吊掛在禽體背部，隨輸送鏈進入下一加工環(huán)節(jié)。自動割肛技術的關鍵在于機械手的合理設計以及禽體肛門周圍的固定方式。目前我國個別大型企業(yè)引進了該系列的進口裝備[6]，部分企業(yè)使用的是吉林省艾斯克機電股份有限公司生產的家禽切肛機[7]，

但大部分中小型企業(yè)依然沿用傳統(tǒng)流水線人工作業(yè)方式，主要利用真空割肛槍進行人工切肛，再進行半自動化掏內臟處理[8]。

1.1.2 自動開膛技術

禽體經割肛后進入自動開膛機，開膛刀具呈剪刀狀，下沿由切口進入胸腔，與胸骨緊貼，上刀片沿某一中心軸開始擺動，沿胸骨中心切開一段，以方便取內臟作業(yè)。自動開膛技術的關鍵在于開膛切刀形狀和開膛機械手的設計，目前該技術國產設備的應用還未見報道。我國現(xiàn)擁有400多條加工能力可達8 000 只/h的大型家禽屠宰流水線，上千條加工能力為3 000～6 000 只/h的中型流水線，開膛裝備均從國外進口，國產的自動開膛技術及設備仍處于研發(fā)試驗階段[5]。

1.1.3 自動取內臟技術

自動取內臟技術是實現(xiàn)家禽自動化聯(lián)合生產作業(yè)、降低生產成本和提高家禽肉品品質的最關鍵技術。早在20世紀70—90年代，國外研究者就開始進行相關研究，并申請了多個專利[9-13]，我國的研究起步較晚，2000年以后才有科研單位投入到相關技術裝備的研發(fā)中，但通常為自用形式，未形成工業(yè)化的體系技術裝備。2010年后的相關成果有大量報道[14-16]，但目前的應用還受到一定限制。

自動取內臟技術主要是根據(jù)機械手的位置，通過計算機控制系統(tǒng)控制機械手伸入家禽腔體，剝離、夾持并上移將內臟完整取出。在定位機構放開禽體后，機械手放開內臟，使其通過食管掛在禽體外側[17]。我國機械手取內臟的作業(yè)方式主要有挖取和夾取2 種[18-19]，其中挖取式主要依靠機械手的上下移動和繞轉軸擺動完成取內臟作業(yè)，而夾取式主要依靠凸輪機構、四連桿機構及齒輪齒條傳動機構等完成取內臟作業(yè)。該技術目前的關鍵點是針對目標禽體大小自動調整機械手位置以及對取出的內臟進行分離處理。

1.1.4 自動內外清洗技術endprint

自動內外清洗技術主要依靠設定的多個沖水噴頭、操作臺和沖洗槽等設備實施，一般沖水噴頭垂直設于沖洗槽上方，每個沖水噴頭對應設有一個操作臺，排出槽設于沖洗槽下方，用于盛放清除的剩余內臟器殘留組織和血水。此技術的應用已經相對成熟，能夠滿足自動化生產的需要，形成流水化作業(yè)[20]。

1.2 家禽自動取內臟裝備的研究與應用

自動取內臟產業(yè)化裝備主要包括自動切肛裝備、自動取內臟裝備、自動吸肺機、懸掛輸送機和胴體內外清洗機，其中自動切肛、自動開膛和自動取內臟裝備是核心裝備，作業(yè)時家禽吊掛在懸掛輸送線上依次經過各臺裝備完成取內臟加工。

1.2.1 自動割肛裝備

作為家禽自動取內臟聯(lián)合作業(yè)系統(tǒng)的關鍵裝備，自動割肛裝備的主要作用是在傳輸機構上將禽體周圍的組織分離。荷蘭Meyn公司、丹麥林肯公司和美國Johnson Food Equipment公司等企業(yè)生產的自動割肛裝備都有較好的應用前景，我國目前主要有吉林省艾斯克機電股份有限公司發(fā)明的自動切肛機，其結構示意圖如圖1所示。

由圖1可知，該裝備主要由生產線動力裝置、禽體輸送裝置、機架、切肛裝置和在線調節(jié)裝置組成，可自動將禽體肛門與禽體周邊組織切離，不損傷肛門和禽腸，減少對禽體的污染，可用于規(guī)?；a。該裝備的工作原理為：壓肛裝置在下降過程中將禽肛部壓住，并將禽尾尖夾住，同時下滑座開始上升，禽體定位機將禽體逐漸抱緊，中間滑座帶動切肛刀逐漸下降，同時帶動吸附探頭下降，吸附探頭逐漸從禽體肛門插入禽體內部，在吸附探頭的引導下，切肛刀準確地壓在禽體的肛門位置，當切肛刀下降到指定位置時便開始快速旋轉，將禽體的肛門和周邊組織切離，吸附探頭在上軌跡輪的控制下分別沿各自軌跡同步上升，將切下的禽體肛門和盲腸液囊從禽體內拉出，掛在禽體背部，禽體定位機構在下軌跡輪的控制下分別沿各自軌跡上下滑動將禽體松開，吸附探頭自動松開已切下的禽體肛門和盲腸液囊，完成單個切肛單元操作[21]。

當家禽的品種、質量和體型變化時，禽體肛門的位置、腔內盲腸長度及腿部長度等均會相應發(fā)生變化，切肛機能夠根據(jù)禽體的變化進行在線調節(jié)，同時切肛機內裝有能夠根據(jù)禽體大小自動調節(jié)的彈簧，通過控制彈簧壓縮量能夠調節(jié)對禽體背部、腿部及胸部等部位的夾緊力，以適應不同大小禽體的需要。

1.2.2 自動開膛裝備

自動開膛裝備的原理相對較為簡單，主要為開膛刀沿禽體胸骨中心切開一段，以方便取內臟作業(yè)。21世紀以來，我國關于自動取內臟裝備的研究報道較多，并有多項相關專利發(fā)布[22-23]，但實際應用到工業(yè)化生產中的很少。荷蘭Meyn公司生產的自動開膛裝備（圖2）能夠最大程度保持開膛時禽體的完整性，自動化程度和精密度較高，最多可同時運行16 個操作單元，加工能力為12 000只/h。

該裝備的基本工作原理為：將自動開膛裝置放置在一個180°曲線的架空輸送機上，當禽體被掛在架空傳送機上時，禽體正面朝向機器入口，背面處于機器的中心位置，通過設置靜態(tài)和動態(tài)導向進入開膛機加工單元的下方位置，兩側結構支撐、提起禽體，并將其推到禽體兩腿之間的一對中支架上，開膛刀的下半部分通過孔引導移動到禽體胸骨前，在隨后的開膛刀上升過程中將禽體腹部按照設定的程序切割，最后將禽體釋放，從而完成一次開膛動作。

1.2.3 自動取內臟裝備

目前國內外自動取內臟裝備的研究和應用較為廣泛，根據(jù)自動取內臟機械手的形式主要分為扒取、挖取和夾取3 種作業(yè)方式。扒取式和挖取式裝備的結構相對簡單，但取家禽內臟時的破損率較大，夾取式裝備的設計較為復雜，但加工性能優(yōu)越[24]。荷蘭Meyn公司生產的自動取內臟裝備從1992年推行至今，已被廣泛接受，該裝備的最大特點是最大運行單元28 個，最大加工能力13 500 只/h，可完成質量為1.2～4.0 kg的不同品種禽體的自動取內臟作業(yè)，且內臟可以被完全分離，破損率小于0.5%，不對內臟和禽體造成損傷，在生產中具有廣泛的應用價值[5]，其結構示意圖如圖3所示。

該裝備的工作原理是禽體通過移動裝置被引導到機器，且禽體背部正對機器的中心，禽體處于加工單元下方，取內臟機器架在禽體頸部，機械手將頸部食道和內臟從內腔取出，并且同時從多個單元釋放并進行沖洗，完成一次單元作業(yè)，胴體和內臟包提交給獸醫(yī)檢查員進行檢查。

目前，國外家禽取內臟加工技術已較為成熟，適合各種家禽，以肉雞為主的系列成套裝備在世界各地的大中型禽類加工企業(yè)得到廣泛應用，但在我國的應用率還較低。

2 家禽在線稱重分級技術裝備研究

目前禽類分級主要有稱重分級和質量分級2 種，其中稱重分級是根據(jù)活禽宰后的質量差異進行分級。質量分級裝備方面，目前荷蘭Meyn公司開發(fā)的家禽質量分級系統(tǒng)能夠根據(jù)家禽腹部和背部顏色的差異對胴體進行質量分級；丹麥Linco公司生產的質量分級系統(tǒng)采用前、后、左、右4 個位置的相機對禽體進行拍照，在分級的同時還可以統(tǒng)計禽體缺陷，如羽毛殘留、表皮破損、擦傷或斷翅等。根據(jù)系統(tǒng)評定、分級后的家禽被自動送入不同的加工通道，實現(xiàn)深加工產品原料利用率的最大化[25-27]。

2.1 質量式分級機

傳統(tǒng)質量分級機有稱重式和彈簧式2 種，其中前者應用較多。質量式分級機可以根據(jù)目標物料（一般為水果、家禽和蛋類）的質量差異對其進行分級。質量式分級機的結構示意圖如圖4所示。

質量式分級機的工作原理：移動秤有40～80 個，隨輥子鏈在軌道上移動，固定秤有若干臺，根據(jù)不同質量砝碼進行分級，臺秤固定在機架上，托盤上裝有分級砝碼，當托盤到達固定秤處進行稱重時，托盤的杠桿與固定秤的分離針接觸，原料和砝碼在杠桿的兩端。若物料質量大于設定值，則分離針被抬起，托盤隨杠桿轉動而翻轉，物料被排放到接料槽內；若物料質量小于設定值，托盤將繼續(xù)前移，進入下一個計量點，原料按照固定秤的數(shù)量分為若干等級，最終實現(xiàn)分級的目的。endprint

如今，傳統(tǒng)的稱重裝備不能滿足大規(guī)模工業(yè)化生產，已經慢慢被淘汰。計算機技術的不斷進步大大推動了電子式稱重技術的不斷發(fā)展，使其得到廣泛應用[29-30]，且電子式稱重技術的分級速率和分級精度不斷提高，如質量分級的精度可達1 g，甚至0.1 g，尺寸分級的精度可達1 mm。

2.2 家禽稱重分級裝備

青島興儀電子設備有限責任公司研發(fā)的家禽稱重分級裝備示意圖如圖5所示。該裝備通過多級變速輸送裝置對家禽進行多級變速輸送，從而進行分離并逐步拉開間距；通過設置檢測裝置，自動檢測家禽質量，并且在檢測裝置的下游設有分級擺放裝置，根據(jù)檢測裝置檢測的質量狀況進行自動分級擺放，整個過程無需人工參與，檢測分級準確，可應用于工業(yè)化生產中。

工作原理：當家禽經過多級變速輸送裝置上由2 組檢測光源組成的光矩陣時，阻斷了光源原有的運行路徑，檢測器反饋的光通量發(fā)生變化，此時檢測器數(shù)據(jù)處理單元顯示光通量數(shù)值發(fā)生改變，光通量經數(shù)據(jù)處理單元一一對應模擬電壓，家禽通過線性光源產生不同的光通量，進而輸出不同的模擬電壓，數(shù)據(jù)處理單元可以通過模擬電壓計算出家禽在皮帶截面的長度和寬度，進而計算出其截面積。因多級變速輸送裝置的速度恒定，相當于數(shù)據(jù)處理單元對家禽的輪廓進行重組，從而計算出家禽的體積，根據(jù)質量=密度×體積即可計算出家禽的質量，從而最終達到對家禽質量進行分級的目的。

目前，吉林省艾斯克機電股份有限公司開發(fā)了皮帶稱重、線上稱重、胴體間歇稱重和胴體轉盤排序稱重4 種稱重分級生產線，可實現(xiàn)多級別、智能化和精準化分級。胴體稱重系統(tǒng)能夠完成肉雞胴體的連續(xù)分批自動稱重、自動計數(shù)，加工能力為10 000 只/h，稱量范圍0～100 kg/批。該公司最近推廣的直線稱重分級生產線非常適合土雞胴體的稱重分級，每一個家禽品種可以設置8 個級別，根據(jù)工藝卸載到指定地點進行包裝[32-33]。

2.3 視覺分級裝備

荷蘭Meyn公司開發(fā)的視覺分級裝備示意圖如圖6所示，該裝備可以結合禽類不同的特征類型設定質量等級，分辨率高，分級速度快，無需人工操作便可實現(xiàn)無損分級的目的，大大提高了分級效率，具有很高的應用和推廣價值。

該裝備的分級將不同禽體的類型特征相結合，使用者可以決定每個質量水平的范圍和對典型的缺陷特征進行描述。禽體的質量和品質分級體系由Meyn公司開發(fā)的M5軟件進行控制管理，圖像采集系統(tǒng)基于禽體的顏色差異來識別，最多可以設定7 個不同的等級，當確定禽體在一個質量等級范圍內時，將數(shù)據(jù)記錄在一個MDB（message driven bean）文件中，使用Microsoft軟件可以隨時訪問數(shù)據(jù)，且可以實現(xiàn)實時顯示，給操作者帶來極大的便捷[34]。

3 結 語

3.1 家禽自動取內臟及稱重分級裝備及技術的不足

當活禽屠宰時大小不均一時，自動取內臟裝備不能根據(jù)禽體大小進行自動調節(jié)，導致取內臟不完整、禽體肋骨被折斷等，造成禽體不完整，影響肉品品質。另外，取內臟裝備的機械結構較為復雜，容易造成禽體腹腔內部污染，給后續(xù)工序帶來不便，影響副產物的經濟效益[35-36]。

稱重分級是取內臟之后的一個關鍵工藝，通常按照原料的品質、形狀和質量進行分級。家禽進行質量分級后，對不同等級禽肉各個部位的質量、色澤、持水性、嫩度、蒸煮損失、水分含量及蛋白質含量等關鍵指標間差異的研究尚處于空白，均可以作為之后的研究方向。根據(jù)上述指標建立的數(shù)據(jù)庫將能夠為科研單位及相關企業(yè)提供參考，推動家禽行業(yè)的發(fā)展[37-38]。

3.2 基于智能化傳感器的技術裝備研發(fā)

近年來，隨著信息科技的迅猛發(fā)展，圖像技術的專業(yè)化迅速提升，計算機視覺、超聲分析、近紅外掃描等技術逐漸應用到家禽、果蔬等農副產品的分級檢測中。這些技術除了可以根據(jù)原料的外部品質（大小、形狀、顏色和表面缺陷等）對其進行檢測分級外，還可以對原料內部進行無損檢測分級，且檢測速度可滿足商業(yè)化生產，大大提高了產品品質，可以作為一種輔助分級手段[39-41]。

計算機視覺系統(tǒng)采用的電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）照相機能夠通過對圖像進行檢測，并將其轉化為數(shù)字信號，信號經計算機處理得到所需要的各種圖像的特征值，實現(xiàn)模式識別，再根據(jù)識別結果顯示圖像、輸出數(shù)據(jù)、發(fā)出指令，配合執(zhí)行機構完成位置調整、優(yōu)劣篩選、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等自動化流程。將這些技術逐漸應用到家禽的自動化分級與檢測中能夠排除人為主觀因素及操作的干擾，且有足夠的應變能力適應農產品品質的變化，擁有不言而喻的優(yōu)越性，具有廣闊的市場價值和應用前景[42-43]。

3.3 家禽自動取內臟及分級技術的裝備標準研發(fā)

目前，家禽自動取內臟、分級技術裝備還缺乏行業(yè)標準，不同裝備生產加工的禽肉制品、同種裝備加工的不同品種禽肉產品的品質存在差異。我國大型家禽屠宰企業(yè)大多采用國外進口的自動取內臟生產線，裝備品牌和家禽養(yǎng)殖條件不統(tǒng)一等因素均限制了家禽屠宰及分級分割的標準化[24]。隨著禽肉產品需求的持續(xù)增長，肉品安全備受關注，因此制定我國家禽行業(yè)自動取內臟技術與裝備的相關標準對規(guī)范行業(yè)標準具有重要作用，同時能夠為裝備的研發(fā)、技術的更新、人員的培訓等方面提供相應的參考標準，為實現(xiàn)家禽自動化工業(yè)生產提供強有力的保障。

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