郭 峰 马春辉 曲威禹 柴云坤 张奎彪

吉林省艾斯克机电股份有限公司智能化家禽加工技术科技创新中心 吉林四平 136000

在工厂化家禽屠宰加工过程中，为了控制禽胴体表面细菌滋生，保证分割品质量，延长贮藏期和货架期，需要经过冷却工序，使禽胴体温度降至规定的范围。螺旋冷却设备已广泛应用于家禽屠宰的冷却工序，在我国也有较长一段应用历史[1]。随着肉品安全体系的不断完善，家禽加工能力的不断增大，目前已经达到了15 000只/h[2]，尤其是GB12694-2016《食品安全国家标准畜禽屠宰加工卫生规范》的发布执行，掀起了禽胴体冷却技术的创新热潮，技术指标不断刷新，新的技术指标不断出现。主要技术指标有：胴体中心温度，冷却时间、吸水率、体水比，分布均匀度、耗水量、禽胴体滞留数量等。

1 螺旋预冷设备工作原理

家禽胴体冷却工序一般由多台螺旋预冷机组合而成，通过机械或人工将禽胴体投入到预冷机中，禽胴体依次通过每一台预冷机，使其温度逐步下降到规定数值。保持冷却水的温度有两种方式：一是在每一台预冷机禽出口附近，设置冷水或冰水加入点，预冷机内的冷水或冰水作为冷却介质可使禽胴体温度下降；二是利用红水循环冷却系统进行冷却。依照预冷机排列顺序，预冷机中水的温度也依次降低，禽胴体经过多台预冷机后，温度下降到规定的温度。

研究表明，禽胴体在冷水中静止，其周围形成一个小环境，影响与禽胴体的换热效率。因此，通常采用空气搅拌水的技术，使禽胴体在水中上下移动，与周围的水进行热交换，可以使片冰充分融化于水中，避免出现冰坨现象，提高禽胴体降温效率[3]。

2 工艺条件

对爱博益佳、艾维茵、科宝、樱桃谷、罗斯、火鸡、中国土鸡等多种家禽品种进行试验。

加工能力范围：3 000只/h～13 500只/h。

禽胴体重范围：1.2～5kg。

预冷前禽胴体温度：平均30℃(自动冲洗后)；36～38℃(人工清洗后)，取平均数34℃。

从加工自动化发展考虑，人工将逐步被自动化设备所取代，局部人工低温操作工序的人员健康问题将有办法解决。

3 螺旋预冷设备技术指标的确定

3.1 禽胴体温度

3.1.1 国家法规对禽胴体温度要求的变化

禽胴体温度是家禽屠宰加工中最重要的卫生指标之一，是HACCP必须设置的控制点。十年来，国家相关标准要求也有加大变化(见表1)[4]。

从食品安全方面考虑，胴体冷却主要是抑制微生物的生长，降低初始细菌数。当3℃条件下，肉毒梭菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均已停止生长。温度高于7℃，致病菌和腐败菌的增殖机会大大增加。保持温度在0～4℃范围内，最高不超过7℃，是确保肉品安全的重要措施[3]。

表1 法规对于禽胴体预冷后温度指标要求的变化

从食品风味考虑，当温度大于4℃时，导致肌内脂肪与肌纤维严重分离或肌肉严重脱水，造成肌肉保水性差肉质干涩，严重影响风味与品质[5]。

从加工自动化发展考虑，人工将逐步被自动化设备所取代，局部人工低温操作工序的人员健康问题将有办法解决。

为此，我国近几年陆续发布了GB12694-2016《食品安全国家标准畜禽屠宰加工卫生规范》、GB51219-2017《禽类屠宰与分割车间设计规范》、GB/T19478-2018《畜禽屠宰操作规程鸡》，规定家禽胴体冷却后温度不超过4℃[6～8]。

3.1.2 实现禽胴体温度要求的设备配置

按照家禽品种，加工能力配置螺旋预冷设备。

示例：加工能力13 500只鸡/h，采用3m以上直径的大型螺旋预冷设备，分4段配置。第1段6m，出口水温应低于12℃左右，胴体温度降至24℃左右；第2段9m，胴体温度降至15～18℃；第3段12m，胴体温度降至6～8℃；4段18m，胴体温度降至4℃以下。

3.2 预冷时间

大量的试验数据表明，胴体温度降至4℃以下，在预冷机配置合理情况下，90min时间比较理想。研究发现，禽体降温主要取决于禽体膛内水的更换次数，交换次数越多，禽体上下位移距离越大，禽体温度下降就越快，平均每次禽体可将温度2℃左右。超过60min成本明显提高，效率开始降低，运行成本明显增加(见图1)。

图1 禽胴体温度与冷却时间的关系

当采用循环水冷却时，冷水温度不应高于2℃，循环量应大于禽胴体重量的2倍。

当采用槽体夹层提供冷源，槽体底部冰层厚度不得超过3mm；为保证槽内水温温度符合工艺要求，可采用空气、水流搅拌及循环水提供辅助冷源多种方式。

3.3 吸水率

3.3.1 吸水率定义

在规定的工艺条件下，预冷后与预冷前禽胴体重量之差与预冷前禽胴体重量的百分比。

3.3.2 吸水率计算方法

每30min采集一次数据，每次10只，取平均值，计算公式如下。

式中：

X—吸水率(%)；

M1—预冷前胴体重量(kg)；

M2—预冷后胴体重量(kg)。

3.3.3 吸水率控制

研究表明，禽胴体吸水率与空气搅拌强度和预冷温度有关。正常情况下，每只禽胴体吸水率在8%左右。当吸水率超过12%时，应采取“表皮锁闭”技术进行控制，第一台预冷机出口水温不超过12℃，最后一台预冷机槽出口水温不超过2℃，适度减低空气搅拌量。

研究发现：禽胴体降温主要取决于禽胴体膛内水的更换次数。因此，适度的空气搅拌可增加上下次数，禽体上下位移距离越大，禽体温度下降就越快，平均每次禽体可降温度2℃左右。

搅拌空气注入量参考下列公式计算。

Q=64×D×L

式中：

Q—空气量(m3)；

D—螺旋叶片直径(m)；

L—预冷有效长度(m)。

3.4 体水比

3.4.1 体水比定义

在规定的工艺条件下，预冷机内禽胴体的理论重量与工作水体积的比值(W/V)。

3.4.2 体水比计算方法

式中：

B—体水比(t/m3，不标注)；

W—正常工作时，预冷机槽内胴体的计算重量(t)；

V—工作水体积(m3)；

W1—平均每只胴体重量(kg)；

V1—水面上升部分平均体积(L)；

V2—空载水体积(设计盛水量)(m3)；

C—生产能力(只/h)；

H—预冷时间(h)。

第一步，计算禽胴体的平均比重ρ。

取同一批次10只鸡，剔除较大和较小的，记录胴体重量，得到平均重量W1。

用适当容器放入2℃适量的水，测量水体积，选择同一批禽胴体，剔除较大和较小的，每10只1份，分成10份，计算水面上升后体积，取平均值，得到每只禽胴体平均排水体积V0(m3)；家禽品种不同，排水体积也不同。

ρ=W1/V1(t/m3)；

第二步，计算空载水体积V2。

往预冷机槽体内注入水到工作水面，按预冷机尺寸计算出空载水体积(设计盛水量)V2(m3)。

第三步，计算工作水体积V。

按下面公式计算预冷机工作水体积V。

V=V2-ρ×C×H

第四步，计算预冷机槽内胴体总重量。

W=W1×C×H

第五步，计算体水比。

设计时最小盛水容积不应小于空载水体积；

预冷机溢流口的设置应与设计盛水量相适应。

3.4.3 体水比确定

螺旋预冷机要达到理想的预冷效果，螺旋预冷机内要有足量的冷水(冷载体)，水少了，达不到预冷效果，水多了浪费能源，适当的体水比是螺旋预冷机的重要指标。

研究表明：体水比达到1∶4时，禽体全部浸没在水中，上下移动自如，冷却效果比较好(见图2)。

图2 体水比示意图

禽胴体排水量越多，说明家禽体型就越大，肉质越厚，预冷时间就越长、体水比参见表2。

表2 体水比

3.5 禽胴体存留数量

单台螺旋预冷机长度达到十几米以上。因此，在螺旋预冷机螺旋设计时，叶片轴被分成几段，由悬挂吊梁将两段的轴连接起来。预冷机出料机构轴与螺旋叶片轴也是分开设置,在它们之间的结合部也设置有悬挂吊梁。由于螺旋叶片在悬挂吊梁处不连续，悬挂吊梁下方就形成了空挡。在预冷机工作即将结束时，预冷机内的禽胴体逐渐减少，最后的一些禽胴体失去了后续禽胴体的推动力，禽胴体会滞留在悬挂吊梁下方的空当处。为了清除滞留的禽胴体，通常操作者采取两种处理方法。

第一种方法：操作者用长钩子将禽胴体勾出来。这种方法钩子容易掉落在池体中，或者夹在螺旋叶片缝隙中，发生钩子被叶片硬性接触现象，造成设备损坏。

第二种方法：操作者下到预冷机池内人工拾取禽胴体。由于池体内部遍布油脂，非常光滑，下到预冷机池体中拾取禽胴体的操作者容易滑倒受伤。如果是大型的螺旋预冷机，底部距上沿高度达2.5m以上，人不容易出来，如果螺旋叶片轴转动，极易发生人身事故。

在螺旋预冷机悬挂吊梁处采用禽胴体滞留的喷射装置和坡道式结构可以有效的减少禽胴体滞留，提高预冷机工作结束操作效率，提高人员和设备安全性。采用防止禽胴体滞留的喷射装置和坡道式结构可以有效的控制每台预冷机胴体存留数量不超过1只[9，10]。

3.6 分布均匀度

禽胴体在螺旋预冷机内分布均匀度对比见图3。

图3 禽胴体在螺旋预冷机内分布示意图

研究表明，禽体要实现上下移动，在槽体内要有一定的活动空间。空气搅拌与水流搅拌结合，使禽胴体在工作区占比与非工作区占比应尽量控制均匀一致，工作区占比60%，非工作区占比40%。

3.7 耗水量

3.7.1 预冷水耗量

耗水量是一个双重指标，要保证卫生指标，还要节约用水。预冷水耗量，按胴体重量计算，《SBJ15-2008》要求：冷却水耗水量不少于2.5L/kg产品；按只数计算，每只鸡的换水量不得低于2.5L。在整个冷却过程中，水的最小流量应保证：2.5kg以下的胴体每只2.5L，2.5kg～5kg的胴体，每只4L，5kg以上的胴体每只6L。

3.7.2 耗水量控制方法

采用上阶梯技术和红水循环过滤方法有效控制耗水量[11]。第1段在保证卫生的条件下，可以使用循环水，耗水量参考表3。

表3 耗水量

3.8 出料均匀度

螺旋输送工作特性，决定了螺距与螺距之间存在间歇性出料现象。当出料均匀度超过15只/min范围时，分割生产线产生不连续现象，造成生产率下降，严重影响经济效益。出料均匀度不超过15只/min时，分割转挂工序可以采取存货的办法，人工将禽胴体均匀分配到各条分割悬挂输送线上，不会影响禽胴体分割。

减小螺距、双螺距、较少的分段轴、合理布置空气搅拌位置、多桨叶出料斗都是控制出料均匀度的有效方法。

3.9 排水时间

工作完毕后，预冷机内的水需要排放，排水时间关系到设备清洗时间，员工下班时间。每台预冷机在阀门全部开启时，排水时间控制在45min以内。

一般情况下，预冷机工作结束排水是递进式的。在掏膛区工作即将结束时，提前30min，第一台预冷机开始排水，掏膛区工作结束后，开始按顺序正式排水，按下面规定进行。

预冷机入口排水阀开启20%，出口排水阀开启50%。当水位低于预冷机主轴底面时，关闭入口排水阀，出口排水阀开启70%，当水位低于池底空气孔时，出口排水阀开启100%至结束。

4 结语

家禽屠宰加工是一个系统工程，工序之间高度关联，一环扣一环，一个环节的变化可能对后续环节有很大影响[12]。随着家禽胴体冷却技术的不断进步，完善家禽产品基础设施，提高加工工艺，提高家禽胴体螺旋预冷设备的技术指标，加快家禽产品加工的现代化进程[13]。