郭 峰 馬春輝 曲威禹 柴云坤 張奎彪

吉林省艾斯克機電股份有限公司智能化家禽加工技術(shù)科技創(chuàng)新中心 吉林四平 136000

在工廠化家禽屠宰加工過程中，為了控制禽胴體表面細菌滋生，保證分割品質(zhì)量，延長貯藏期和貨架期，需要經(jīng)過冷卻工序，使禽胴體溫度降至規(guī)定的范圍。螺旋冷卻設(shè)備已廣泛應(yīng)用于家禽屠宰的冷卻工序，在我國也有較長一段應(yīng)用歷史[1]。隨著肉品安全體系的不斷完善，家禽加工能力的不斷增大，目前已經(jīng)達到了15 000只/h[2]，尤其是GB12694-2016《食品安全國家標準畜禽屠宰加工衛(wèi)生規(guī)范》的發(fā)布執(zhí)行，掀起了禽胴體冷卻技術(shù)的創(chuàng)新熱潮，技術(shù)指標不斷刷新，新的技術(shù)指標不斷出現(xiàn)。主要技術(shù)指標有：胴體中心溫度，冷卻時間、吸水率、體水比，分布均勻度、耗水量、禽胴體滯留數(shù)量等。

1 螺旋預(yù)冷設(shè)備工作原理

家禽胴體冷卻工序一般由多臺螺旋預(yù)冷機組合而成，通過機械或人工將禽胴體投入到預(yù)冷機中，禽胴體依次通過每一臺預(yù)冷機，使其溫度逐步下降到規(guī)定數(shù)值。保持冷卻水的溫度有兩種方式：一是在每一臺預(yù)冷機禽出口附近，設(shè)置冷水或冰水加入點，預(yù)冷機內(nèi)的冷水或冰水作為冷卻介質(zhì)可使禽胴體溫度下降；二是利用紅水循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行冷卻。依照預(yù)冷機排列順序，預(yù)冷機中水的溫度也依次降低，禽胴體經(jīng)過多臺預(yù)冷機后，溫度下降到規(guī)定的溫度。

研究表明，禽胴體在冷水中靜止，其周圍形成一個小環(huán)境，影響與禽胴體的換熱效率。因此，通常采用空氣攪拌水的技術(shù)，使禽胴體在水中上下移動，與周圍的水進行熱交換，可以使片冰充分融化于水中，避免出現(xiàn)冰坨現(xiàn)象，提高禽胴體降溫效率[3]。

2 工藝條件

對愛博益佳、艾維茵、科寶、櫻桃谷、羅斯、火雞、中國土雞等多種家禽品種進行試驗。

加工能力范圍：3 000只/h～13 500只/h。

禽胴體重范圍：1.2～5kg。

預(yù)冷前禽胴體溫度：平均30℃(自動沖洗后)；36～38℃(人工清洗后)，取平均數(shù)34℃。

從加工自動化發(fā)展考慮，人工將逐步被自動化設(shè)備所取代，局部人工低溫操作工序的人員健康問題將有辦法解決。

3 螺旋預(yù)冷設(shè)備技術(shù)指標的確定

3.1 禽胴體溫度

3.1.1 國家法規(guī)對禽胴體溫度要求的變化

禽胴體溫度是家禽屠宰加工中最重要的衛(wèi)生指標之一，是HACCP必須設(shè)置的控制點。十年來，國家相關(guān)標準要求也有加大變化(見表1)[4]。

從食品安全方面考慮，胴體冷卻主要是抑制微生物的生長，降低初始細菌數(shù)。當3℃條件下，肉毒梭菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均已停止生長。溫度高于7℃，致病菌和腐敗菌的增殖機會大大增加。保持溫度在0～4℃范圍內(nèi)，最高不超過7℃，是確保肉品安全的重要措施[3]。

表1 法規(guī)對于禽胴體預(yù)冷后溫度指標要求的變化

從食品風(fēng)味考慮，當溫度大于4℃時，導(dǎo)致肌內(nèi)脂肪與肌纖維嚴重分離或肌肉嚴重脫水，造成肌肉保水性差肉質(zhì)干澀，嚴重影響風(fēng)味與品質(zhì)[5]。

從加工自動化發(fā)展考慮，人工將逐步被自動化設(shè)備所取代，局部人工低溫操作工序的人員健康問題將有辦法解決。

為此，我國近幾年陸續(xù)發(fā)布了GB12694-2016《食品安全國家標準畜禽屠宰加工衛(wèi)生規(guī)范》、GB51219-2017《禽類屠宰與分割車間設(shè)計規(guī)范》、GB/T19478-2018《畜禽屠宰操作規(guī)程雞》，規(guī)定家禽胴體冷卻后溫度不超過4℃[6～8]。

3.1.2 實現(xiàn)禽胴體溫度要求的設(shè)備配置

按照家禽品種，加工能力配置螺旋預(yù)冷設(shè)備。

示例：加工能力13 500只雞/h，采用3m以上直徑的大型螺旋預(yù)冷設(shè)備，分4段配置。第1段6m，出口水溫應(yīng)低于12℃左右，胴體溫度降至24℃左右；第2段9m，胴體溫度降至15～18℃；第3段12m，胴體溫度降至6～8℃；4段18m，胴體溫度降至4℃以下。

3.2 預(yù)冷時間

大量的試驗數(shù)據(jù)表明，胴體溫度降至4℃以下，在預(yù)冷機配置合理情況下，90min時間比較理想。研究發(fā)現(xiàn)，禽體降溫主要取決于禽體膛內(nèi)水的更換次數(shù)，交換次數(shù)越多，禽體上下位移距離越大，禽體溫度下降就越快，平均每次禽體可將溫度2℃左右。超過60min成本明顯提高，效率開始降低，運行成本明顯增加(見圖1)。

圖1 禽胴體溫度與冷卻時間的關(guān)系

當采用循環(huán)水冷卻時，冷水溫度不應(yīng)高于2℃，循環(huán)量應(yīng)大于禽胴體重量的2倍。

當采用槽體夾層提供冷源，槽體底部冰層厚度不得超過3mm；為保證槽內(nèi)水溫溫度符合工藝要求，可采用空氣、水流攪拌及循環(huán)水提供輔助冷源多種方式。

3.3 吸水率

3.3.1 吸水率定義

在規(guī)定的工藝條件下，預(yù)冷后與預(yù)冷前禽胴體重量之差與預(yù)冷前禽胴體重量的百分比。

3.3.2 吸水率計算方法

每30min采集一次數(shù)據(jù)，每次10只，取平均值，計算公式如下。

式中：

X—吸水率(%)；

M1—預(yù)冷前胴體重量(kg)；

M2—預(yù)冷后胴體重量(kg)。

3.3.3 吸水率控制

研究表明，禽胴體吸水率與空氣攪拌強度和預(yù)冷溫度有關(guān)。正常情況下，每只禽胴體吸水率在8%左右。當吸水率超過12%時，應(yīng)采取“表皮鎖閉”技術(shù)進行控制，第一臺預(yù)冷機出口水溫不超過12℃，最后一臺預(yù)冷機槽出口水溫不超過2℃，適度減低空氣攪拌量。

研究發(fā)現(xiàn)：禽胴體降溫主要取決于禽胴體膛內(nèi)水的更換次數(shù)。因此，適度的空氣攪拌可增加上下次數(shù)，禽體上下位移距離越大，禽體溫度下降就越快，平均每次禽體可降溫度2℃左右。

攪拌空氣注入量參考下列公式計算。

Q=64×D×L

式中：

Q—空氣量(m3)；

D—螺旋葉片直徑(m)；

L—預(yù)冷有效長度(m)。

3.4 體水比

3.4.1 體水比定義

在規(guī)定的工藝條件下，預(yù)冷機內(nèi)禽胴體的理論重量與工作水體積的比值(W/V)。

3.4.2 體水比計算方法

式中：

B—體水比(t/m3，不標注)；

W—正常工作時，預(yù)冷機槽內(nèi)胴體的計算重量(t)；

V—工作水體積(m3)；

W1—平均每只胴體重量(kg)；

V1—水面上升部分平均體積(L)；

V2—空載水體積(設(shè)計盛水量)(m3)；

C—生產(chǎn)能力(只/h)；

H—預(yù)冷時間(h)。

第一步，計算禽胴體的平均比重ρ。

取同一批次10只雞，剔除較大和較小的，記錄胴體重量，得到平均重量W1。

用適當容器放入2℃適量的水，測量水體積，選擇同一批禽胴體，剔除較大和較小的，每10只1份，分成10份，計算水面上升后體積，取平均值，得到每只禽胴體平均排水體積V0(m3)；家禽品種不同，排水體積也不同。

ρ=W1/V1(t/m3)；

第二步，計算空載水體積V2。

往預(yù)冷機槽體內(nèi)注入水到工作水面，按預(yù)冷機尺寸計算出空載水體積(設(shè)計盛水量)V2(m3)。

第三步，計算工作水體積V。

按下面公式計算預(yù)冷機工作水體積V。

V=V2-ρ×C×H

第四步，計算預(yù)冷機槽內(nèi)胴體總重量。

W=W1×C×H

第五步，計算體水比。

設(shè)計時最小盛水容積不應(yīng)小于空載水體積；

預(yù)冷機溢流口的設(shè)置應(yīng)與設(shè)計盛水量相適應(yīng)。

3.4.3 體水比確定

螺旋預(yù)冷機要達到理想的預(yù)冷效果，螺旋預(yù)冷機內(nèi)要有足量的冷水(冷載體)，水少了，達不到預(yù)冷效果，水多了浪費能源，適當?shù)捏w水比是螺旋預(yù)冷機的重要指標。

研究表明：體水比達到1∶4時，禽體全部浸沒在水中，上下移動自如，冷卻效果比較好(見圖2)。

圖2 體水比示意圖

禽胴體排水量越多，說明家禽體型就越大，肉質(zhì)越厚，預(yù)冷時間就越長、體水比參見表2。

表2 體水比

3.5 禽胴體存留數(shù)量

單臺螺旋預(yù)冷機長度達到十幾米以上。因此，在螺旋預(yù)冷機螺旋設(shè)計時，葉片軸被分成幾段，由懸掛吊梁將兩段的軸連接起來。預(yù)冷機出料機構(gòu)軸與螺旋葉片軸也是分開設(shè)置,在它們之間的結(jié)合部也設(shè)置有懸掛吊梁。由于螺旋葉片在懸掛吊梁處不連續(xù)，懸掛吊梁下方就形成了空擋。在預(yù)冷機工作即將結(jié)束時，預(yù)冷機內(nèi)的禽胴體逐漸減少，最后的一些禽胴體失去了后續(xù)禽胴體的推動力，禽胴體會滯留在懸掛吊梁下方的空當處。為了清除滯留的禽胴體，通常操作者采取兩種處理方法。

第一種方法：操作者用長鉤子將禽胴體勾出來。這種方法鉤子容易掉落在池體中，或者夾在螺旋葉片縫隙中，發(fā)生鉤子被葉片硬性接觸現(xiàn)象，造成設(shè)備損壞。

第二種方法：操作者下到預(yù)冷機池內(nèi)人工拾取禽胴體。由于池體內(nèi)部遍布油脂，非常光滑，下到預(yù)冷機池體中拾取禽胴體的操作者容易滑倒受傷。如果是大型的螺旋預(yù)冷機，底部距上沿高度達2.5m以上，人不容易出來，如果螺旋葉片軸轉(zhuǎn)動，極易發(fā)生人身事故。

在螺旋預(yù)冷機懸掛吊梁處采用禽胴體滯留的噴射裝置和坡道式結(jié)構(gòu)可以有效的減少禽胴體滯留，提高預(yù)冷機工作結(jié)束操作效率，提高人員和設(shè)備安全性。采用防止禽胴體滯留的噴射裝置和坡道式結(jié)構(gòu)可以有效的控制每臺預(yù)冷機胴體存留數(shù)量不超過1只[9，10]。

3.6 分布均勻度

禽胴體在螺旋預(yù)冷機內(nèi)分布均勻度對比見圖3。

圖3 禽胴體在螺旋預(yù)冷機內(nèi)分布示意圖

研究表明，禽體要實現(xiàn)上下移動，在槽體內(nèi)要有一定的活動空間?？諝鈹嚢枧c水流攪拌結(jié)合，使禽胴體在工作區(qū)占比與非工作區(qū)占比應(yīng)盡量控制均勻一致，工作區(qū)占比60%，非工作區(qū)占比40%。

3.7 耗水量

3.7.1 預(yù)冷水耗量

耗水量是一個雙重指標，要保證衛(wèi)生指標，還要節(jié)約用水。預(yù)冷水耗量，按胴體重量計算，《SBJ15-2008》要求：冷卻水耗水量不少于2.5L/kg產(chǎn)品；按只數(shù)計算，每只雞的換水量不得低于2.5L。在整個冷卻過程中，水的最小流量應(yīng)保證：2.5kg以下的胴體每只2.5L，2.5kg～5kg的胴體，每只4L，5kg以上的胴體每只6L。

3.7.2 耗水量控制方法

采用上階梯技術(shù)和紅水循環(huán)過濾方法有效控制耗水量[11]。第1段在保證衛(wèi)生的條件下，可以使用循環(huán)水，耗水量參考表3。

表3 耗水量

3.8 出料均勻度

螺旋輸送工作特性，決定了螺距與螺距之間存在間歇性出料現(xiàn)象。當出料均勻度超過15只/min范圍時，分割生產(chǎn)線產(chǎn)生不連續(xù)現(xiàn)象，造成生產(chǎn)率下降，嚴重影響經(jīng)濟效益。出料均勻度不超過15只/min時，分割轉(zhuǎn)掛工序可以采取存貨的辦法，人工將禽胴體均勻分配到各條分割懸掛輸送線上，不會影響禽胴體分割。

減小螺距、雙螺距、較少的分段軸、合理布置空氣攪拌位置、多槳葉出料斗都是控制出料均勻度的有效方法。

3.9 排水時間

工作完畢后，預(yù)冷機內(nèi)的水需要排放，排水時間關(guān)系到設(shè)備清洗時間，員工下班時間。每臺預(yù)冷機在閥門全部開啟時，排水時間控制在45min以內(nèi)。

一般情況下，預(yù)冷機工作結(jié)束排水是遞進式的。在掏膛區(qū)工作即將結(jié)束時，提前30min，第一臺預(yù)冷機開始排水，掏膛區(qū)工作結(jié)束后，開始按順序正式排水，按下面規(guī)定進行。

預(yù)冷機入口排水閥開啟20%，出口排水閥開啟50%。當水位低于預(yù)冷機主軸底面時，關(guān)閉入口排水閥，出口排水閥開啟70%，當水位低于池底空氣孔時，出口排水閥開啟100%至結(jié)束。

4 結(jié)語

家禽屠宰加工是一個系統(tǒng)工程，工序之間高度關(guān)聯(lián)，一環(huán)扣一環(huán)，一個環(huán)節(jié)的變化可能對后續(xù)環(huán)節(jié)有很大影響[12]。隨著家禽胴體冷卻技術(shù)的不斷進步，完善家禽產(chǎn)品基礎(chǔ)設(shè)施，提高加工工藝，提高家禽胴體螺旋預(yù)冷設(shè)備的技術(shù)指標，加快家禽產(chǎn)品加工的現(xiàn)代化進程[13]。