2.2.2 肉禽冷卻

肉禽是豬牛等哺乳動物和雞鴨等禽類動物屠宰后胴體的統稱，含有豐富的蛋白質、脂肪、糖類、礦物鹽類和維生素等多種營養成分，對人類有極高的營養價值。動物屠宰后其生命活動雖然停止，但是其胴體組織的新陳代謝活動并沒有同時停止，各種細胞仍在進行一系列的生理和生化反應，導致肉禽的嫩度、風味、色澤等性狀發生明顯變化，稱為排酸或成熟；另一方面其豐富的營養也是微生物的良好培養基，能夠促使微生物迅速生長和繁殖，不僅導致營養成分被分解，商品質量降低，甚至變質和腐敗，而且致病微生物的生長和繁殖會成為嚴重危害人類健康的隱患。

酶是一種能夠加速生化反應速度而自身不消耗的特殊蛋白質，即生物催化劑，肉禽的生化反應都是在酶的催化下進行，這些酶包括肉禽自身固有的和外界微生物在生長和繁殖過程中分泌的。肉禽經屠宰放血，肌肉細胞的氧氣供給停止，其內部氧化酶的活動減弱，自行分解酶的活動加強，在有機磷化物的參與下很快把糖原轉化成乳酸，磷化物形成正磷酸，乳酸和正磷酸的積累使肉禽呈酸性反應，呈現僵直狀態，堅硬干燥，不易煮爛；隨著乳酸的持續增加，又使肉禽變得柔軟，富有汁液，具有肉香味，較宜煮爛，這時肉禽的排酸過程完成，已經成熟。成熟的肉禽呈現酸性，能在一定程度抑制腐敗細菌的生長和繁殖，但是如果溫度較高，蛋白質會在蛋白酶的作用下分解，產生的氨使肉禽呈堿性，有利于腐敗細菌的生長和繁殖，將引起肉禽的腐敗變質。酶的活性與其溫度強烈相關，在其最適宜溫度時酶的催化作用最強，肉禽多在37～40℃。隨著溫度的升高或降低，酶的活性均下降。牛肉成熟時間與溫度的關系見表2-1。

溫度也是微生物生長和繁殖的重要環境條件，各種微生物都有其適宜生長和繁殖的溫度范圍，超出此溫度范圍，微生物的生長和繁殖明顯減弱，微生物休眠甚至死亡，此溫度范圍對具體種類的微生物可分為最低、最適和最高三個區域，微生物在最適溫度區的生長和繁殖速度最快。根據最適溫度的界限，微生物分為嗜冷性微生物、嗜溫性微生物和嗜熱性微生物，對于肉禽來說，大部分腐敗細菌屬于嗜溫性微生物，微生物對溫度的適應性見表2-2。微生物一方面在生長和繁殖過程中分泌多種酶類物質，能夠使肉禽內的蛋白質、脂肪等營養物質分解并產生硫化氫、氨等有毒物質，使肉禽失去食用價值；另一方面在生長和繁殖過程中分泌致病性的毒素，例如霉菌，或其本身就是致病性微生物，例如大腸桿菌、沙門氏菌等。

肉禽成熟能夠充分提升其營養和商品價值，同一種類肉禽的成熟時間主要由溫度決定，同時溫度也是影響微生物生長和繁殖速度的主要因素，因此肉禽冷卻的實質就是通過控制肉禽及其環境的溫度，進而控制肉禽成熟過程同時防止微生物危害。對于肉禽全程冷鏈，冷卻是第一個環節，肉禽冷卻的品質將在很大程度上決定其營養和商品價值，同時冷卻需要相應的設施和設備，并且需要消耗能源，是肉禽生產成本的重要組成部分，因此無論從食品專業角度還是從制冷專業角度，肉禽冷卻都應是一個被長期關注的環節。

2.2.2.1 行業現狀

肉禽冷卻包括在肉禽全程冷鏈的加工環節內，由肉類聯合加工廠實現，現代肉類聯合加工廠能夠完成從活體畜禽到商品肉禽的所有加工工程，一般包括屠宰、放血、去除毛（羽）、去除及處理頭蹄（爪）和內臟、胴體冷卻、低溫分割及去骨、分割肉和副產品凍結、低溫包裝、入庫冷藏等工序，胴體冷卻是肉禽全程冷鏈的開始，肉禽加工環節是連接畜牧生產與肉禽冷鏈的唯一節點。

根據不同的生產對象，肉類聯合加工廠主要包括牛屠宰加工、羊屠宰加工、牛羊屠宰加工、豬屠宰加工、兔屠宰加工、雞屠宰加工、鴨屠宰加工和鵝屠宰加工，加工廠一般采用半自動化的連續生產線，除牛羊能夠在一定程度上共線生產，其他生產線只能針對特定的種類。生產線明顯分成前后兩段，前段是屠宰，后段是冷卻、冷凍和冷藏，部分工廠還包括肉類制品加工，即把生產的肉禽作為原料，直接生產香腸等肉制品。隨著機械、電子和信息技術的發展，肉類聯合加工廠生產線的自動化程度越來越高，先進的生產線在冷卻環節能夠接近全自動，國內受投資及人力成本影響，目前多數采用人工和半自動生產線。生豬屠宰加工生產線和肉雞屠宰加工生產線分別如圖2-22和圖2-23所示。

受產業傳統布局的影響，肉類聯合加工廠要么建在畜禽飼養生產地區，要么建在肉禽消費地區，前者如雙匯集團在黑龍江寶泉嶺地區的200萬頭生豬屠宰加工廠（圖2-24）、山東鳳祥集團在陽谷地區的肉雞屠宰加工廠，后者如北京順鑫農業股份有限公司在順義區的生豬屠宰加工廠（圖2-25）、北京大發正大有限公司在順義區的肉雞屠宰加工廠。對于大量建設在肉禽消費地區的肉類聯合加工廠，由于肉禽產品從出廠到終端消費的時間短，在食品監管不嚴格的地區，為降低生產成本往往不再關注冷卻品質，甚至不經過冷卻直接銷售。隨著國內產業布局優化、環境保護和疫病防護工作的加強及冷鏈建設的發展，近年來肉類聯合加工廠逐漸向畜禽飼養生產地區轉移，作為消費地的大城市尤其明顯，例如北京華都集團在昌平區的肉雞屠宰加工廠的產能已經轉移至河北灤平縣肉雞飼養區，照此趨勢發展，預計不久的將來肉類聯合加工廠要在大城市消失，進而也會在作為消費地的中小城市消失，屆時肉禽將只在飼養區生產，通過國內冷鏈物流體系與消費連通，近年爆發的非洲豬瘟勢必會加快這個進程。

隨著國家經濟的持續增長，近幾年我國肉類年產量持續保持在8000多萬t，為世界第一生產和消費大國，支撐這8000多萬t產量的基礎是分散在全國各地的肉類聯合加工廠。據國家統計局2018年的數據，我國牲畜屠宰行業規模以上企業數1299家，禽類屠宰行業規模以上企業數722家，合計約2000家，至于不在統計范圍內的“小散”企業，估計還有幾千家，它們是肉禽冷鏈的“第一公里”，它們的設施、裝備、技術和管理水平決定了“第一公里”的品質。總體看，目前國內畜禽屠宰行業的集中度不高，比較分散，有雙匯、正大等一批與國際先進水平基本相當的屠宰加工企業，它們都配備了完善的肉禽冷卻設施和設備，單座肉類聯合加工廠的產能在國際上也處于領先狀態，例如豬屠宰線多在每班3000頭、甚至5000頭以上，肉雞屠宰線多在每班10萬只、甚至20萬只以上，但更多的是不在統計范圍內的“小散”企業，這些企業有的根本不配置肉禽冷卻設施和設備，有的簡單配置，根據經營需要偶爾使用，因此肉禽冷鏈“第一公里”的整體品質不容樂觀。

無論國內還是國外，肉禽冷卻都不能形成一個獨立的行業，而是從屬于肉類屠宰加工，是肉類屠宰加工行業內的一個環節，因此肉禽冷卻的規模、品質、技術、分布等行業現狀基本由肉類屠宰加工行業的現狀決定，由此導致目前國內的肉禽冷卻生產存在幾個明顯特征：一是肉禽冷卻產能低于肉禽屠宰產能，不僅不在統計范圍內的“小散”企業很少配置肉禽冷卻設施和設備，而且部分有一定規模的企業也沒有按屠宰產能配置相應的冷卻設施和設備，整個行業并不關注冷卻加工對提高肉禽商品品質的作用；二是肉禽冷卻產量遠低于肉禽屠宰產量，不僅由于肉禽冷卻產能低于肉禽屠宰產能，而且已經配置的冷卻設施和設備也未能得到充分使用，為“降低生產成本”，實際生產過程中盡量避免使用冷卻加工；三是完全按照標準進行冷卻加工的肉禽的比例并不高，原因還是為了“降低生產成本”。

2.2.2.2 肉禽冷卻技術現狀

肉禽冷卻技術的專業基礎是食品冷凍冷藏工藝學，食品冷凍冷藏工藝學的理論基礎主要由生物化學、物理化學、物性學、傳熱學和傳質學構成，經過多年的研究與實踐，尤其是歐美國家冷鏈建設需求的推動，上述理論體系已經比較成熟。

生物化學通過研究肉禽肌體的構成及化學組成，揭示了屠宰后肉禽肌體生物化學反應的機理，尤其是決定肉禽商品品質的排酸機理和腐敗變質機理。研究表明溫度是肉禽排酸和腐敗變質的關鍵因素，主要體現在溫度是決定酶促反應速度的重要因素，在一定溫度條件下酶的活性最大，導致肉禽肌體的生化反應速度也最快。同時溫度也是微生物生長和繁殖的重要條件，微生物在各自的最適溫度區內生長和繁殖速度最快，導致肉禽的腐敗變質速度也最快，上述研究得出的結果是肉禽冷卻的最基本原理。物理化學從水溶液理論入手，系統研究屠宰后肉禽肌體生物化學反應與其內部水分的關系，研究表明溫度會影響食品的水分活度，溫度降低時其水分活度也會降低，隨著水分活度的降低，肉禽肌體內的酶促反應速度和微生物生長及繁殖速度都會受到抑制。物性學主要研究肉禽的熱物理性質與測量方法，是進行冷卻工藝計算和數據分析的基礎，主要成果包括比熱、導熱系數、焓值等關鍵數據的計算模型和測量方法。傳熱學運用傳導、對流和輻射等傳熱基礎理論，建立了肉禽冷卻過程的傳熱計算模型，能夠計算和分析不同的環境條件下，不同種類肉禽產品的冷卻時間和冷卻溫度，是肉禽冷卻技術進行工程應用的基礎。傳質學通過研究肉禽肌體內水分的擴散和轉移規律，建立了冷卻過程中干耗計算和分析的數學模型，干耗是肉禽冷卻技術在工程應用時不能回避的問題，不僅影響商品品質，而且影響生產成本。

為保障肉禽商品品質，國家制定了一系列的產品標準，例如《鮮、凍豬肉及豬副產品 第1部分：片豬肉》GB/T 9959.1-2019已于2019年10月1日實施、《分割鮮、凍豬瘦肉》GB/T 9959.2、《鮮、凍四分體牛肉》GB/T 9960、《鮮、凍胴體羊肉》GB/T 9961、《畜禽屠宰操作規程雞》GB/T 19478，這些標準基于肉禽冷卻理論研究的結果和生產實踐，規定了肉禽產品冷卻加工的過程和參數，主要包括冷卻方式、冷卻環境溫度、冷卻時間和產品終溫等。對于肉禽冷卻生產，上述標準的核心是冷卻工藝，冷卻工藝的核心是在特定的技術、經濟與社會發展水平下確定品質與成本的均衡點，因此上述標準隨著技術、經濟與社會的發展不斷修訂，總的趨勢是要求肉禽商品品質持續提高。

在肉禽冷鏈生產活動中，肉禽冷卻技術主要體現在冷卻裝備技術和冷卻設施技術兩個方面，前者屬于機電產品類，后者屬于建筑類。無論冷卻裝備技術還是冷卻設施技術，其追求的目標都是提高肉禽商品品質，降低肉禽商品生產成本，并且安全、環保、可靠。通過控制肉禽宰后的生化反應，從而保持、甚至提升其獨特的風味和營養價值，保持其獨特的色澤、形態等觀感指標，避免各種污染，降低微生物生長和繁殖速度等都是提高肉禽商品品質的方法。為提高肉禽商品品質，在冷卻過程中還需要包裝、清洗等衛生技術的配合。生產企業主要通過降低冷卻裝備制造成本或降低冷卻設施建造成本，減少肉禽冷卻過程的損耗（尤其是干耗），減少肉禽冷卻過程的能耗和物耗，提高肉禽冷卻生產相關的設備、設施和工人的生產效率等措施實現降低肉禽商品生產成本的目標。這些措施有時會相互矛盾，例如采用自動化的冷卻設備或設施能夠提高生產效率，但是卻需要增加冷卻裝備制造成本或增加冷卻設施建造成本，這類問題在實際生產過程中有很多，是肉禽冷卻技術持續研究的重要方向。安全、環保和可靠是工業生產活動的基本要求，肉禽冷卻生產過程中需要使用大量的設備和設施，因此也不能例外。目前國內主要把氨和鹵代烴制冷系統用于肉禽冷卻生產，氨制冷系統的安全問題和鹵代烴制冷系統的環保問題是技術關注的重點。綜上所述，肉禽冷卻裝備和設施技術追求的是一個比較復雜的目標體系，各目標參數甚至完全矛盾，例如品質與成本往往具有“天然的矛盾”，環保與生產成本在多數情況下難以兼顧，這些問題是導致肉禽冷鏈“第一公里”的整體品質不容樂觀的客觀原因，也是肉禽冷卻裝備和設施技術在實際生產中需要重點關注的對象。

由于特性差別較大，不同種類的肉禽適用不同的冷卻裝備技術或冷卻設施技術。豬、牛和羊等肉類由于胴體尺度較大，排酸時間比較長，適宜采用建筑類的冷卻間冷卻，冷卻間內配置吊軌和冷風機，胴體懸掛在吊軌上，冷風機通過降低冷卻間內空氣的溫度使胴體降溫，如圖2-26所示。雞鴨等禽類由于胴體尺度較小，排酸時間比較短，適宜采用冰水預冷機（池），如圖2-27所示。

肉禽冷卻間設置在屠宰加工車間內部，位于屠宰線的末端和分割線的前端之間，一般情況下分成多間設置，建筑形式采用土建或鋼結構。土建結構冷卻間的墻和屋頂多采用聚氨酯噴涂保溫，鋼結構冷卻間的墻和屋頂多采用聚氨酯金屬夾芯保溫板保溫，無論土建結構還是鋼結構，地坪保溫方式完全相同，目前多數采用預制的擠塑聚苯保溫板，少量采用聚氨酯現場噴涂。冷卻間內配置吊軌，肉禽胴體通過掛鉤懸掛在吊軌上，掛鉤能夠順著吊軌移動，電動或人工推動肉禽胴體進出冷卻間，目前國內絕大多數采用人工推動。冷卻間內采用冷風機降溫，冷風機布置在吊軌的上方或冷卻間地面，冷卻間要求冷風機不僅要具備充足的制冷量，而且其氣流要能夠均勻通過肉禽胴體，由于肉禽胴體散濕量大，還要求冷風機能夠及時除霜。冷卻間屬于建筑類設施，因此其建造需要符合建筑工程規范和標準，目前與冷卻間工程設計相關的規范主要有《冷庫設計規范》GB 50072、《豬屠宰與分割車間設計規范》GB 50317、《牛羊屠宰與分割車間設計規范》GB 51225、《禽類屠宰與分割車間設計規范》GB 51219，這些規范和標準對與冷卻間建設相關的工藝、建筑、設備等所有專業都進行了規定，是肉禽產品標準在工程領域要貫徹執行的。除工程標準，工程領域還一直圍繞肉禽冷卻工藝持續研究相關的建筑和設備技術，例如對冷卻間內氣流組織的研究，不僅要使肉禽胴體能夠均勻冷卻，而且要減少干耗，減少氣流循環所消耗的能量，例如豬胴體分段冷卻技術，能夠使冷卻階段的干耗減少30%～50%。目前建造常規冷卻間所需的設備、材料和技術都能夠國產化，如果要求提升自動化水平、進一步降低物耗和能耗，部分設備和元件還是需要進口。

冰水預冷機（池）僅用于禽類，國內曾經大量使用技術要求不高、造價低廉的冰水預冷池，近年隨著肉禽生產對效率和品質要求的提高，以及設備國產化帶來的成本降低，新建肉禽加工廠幾乎全部采用螺旋預冷機。螺旋預冷機采用不銹鋼制造，總體分兩段，前段的主要功能是清洗禽胴體，后段的功能是冷卻，每段的構造基本相同。螺旋預冷機主體是水平放置的頂部開敞的扇形截面水槽，內部從頭至尾設置一個螺旋輸送器，清洗段水槽內灌注常溫水，冷卻段水槽內灌注冰水，禽胴體在螺旋輸送器的推動下完成清洗和冷卻過程，常溫水和冰水的流動方向與禽胴體的輸送方向相反，一方面能夠提升清洗效果，另一方面能夠加強降溫效果。禽類的冰水冷卻工藝要求降溫時間短和產品終溫低，兩者是一對矛盾，因此降低冰水溫度是冰水冷卻工藝的關鍵技術。理論上0℃的冰水效果最好，以往多采用冷卻段水槽內加片冰的方法，但是在動態換熱的情況下冰水很難接近0℃，禽胴體中心溫度也很難降到4℃，并且制取片冰的蒸發溫度通常需要-20℃以下，能效相對較低，為解決上述問題，近年紅水冷卻器開始快速推廣。紅水冷卻器本質上是能夠精準控制冰水溫度的管殼換熱器，循環泵把螺旋預冷機冷卻段水槽內前端的冰水輸入紅水冷卻器內降溫，降溫后的冰水返回到螺旋預冷機冷卻段水槽的后端內，經過紅水冷卻器冷卻的冰水溫度可接近0.5～1℃，蒸發溫度一般高于-10℃，因此不僅冷卻效果好，而且能效高。紅水冷卻器最初是美國MORRIS公司的產品，中文名稱是Red water chiller的意譯，“紅水”指冰水內混合著禽類屠宰后殘留的血液，由于使用效果優良，目前國內制冷設備制造商也推出類似產品，如圖2-28所示。除循環使用的冰水，禽類冷卻過程中還需要補充新鮮的冰水，理論上也是越接近0℃效果越好，通常采用蓄冰水箱或冰水機組（圖2-29）。蓄冰水箱的出水溫度能夠接近1～2℃，并且能夠充分利用夜晚的谷電蓄冰，從而降低運行成本，但是蓄冰水箱體積龐大，需要提前制取冰水。冰水機組采用板式換熱器，制取速度快，設備體積小，為防止水在板式換熱器內凍結導致事故，出水溫度一般不能低于4℃。

2.2.2.3 行業發展存在的問題

隨著近十幾年國內肉禽屠宰加工行業的快速發展，肉禽冷卻的總量、總體品質和總體技術水平都取得了長足的進步，消費市場對高品質冷卻肉禽產品的接受度也越來越高，但是相對于肉禽總產量的發展水平，整個行業在肉禽冷卻工藝研究、標準制訂、裝備與設施技術研發、生產運營等方面還存在比較多的問題。

肉禽行業的工藝研究機構主要分散在農林、食品專業類的高校和科研院所，以及少量的肉類生產和設備制造企業。由于歷史上歐美等發達國家冷鏈建設的推動，肉禽冷卻工藝的基礎研究已經比較完備，繼續深入研究并取得突破的難度很大，因此研究工作主要集中在應用技術領域。但是基礎研究過程的缺失導致應用技術研究很難取得對行業有重大影響的突破，例如豬屠宰加工，之前的兩段冷卻技術和近期的三段冷卻技術都是歐美發達國家的研究成果，到目前為止國內只是在應用和模仿，其核心技術還沒有完全掌握。

國內的標準體系比較完備，存在的問題主要是缺少以實驗和實踐數據支撐的原創性，實質上還是基礎研究缺失導致的問題。另外標準體系不夠協調，有不同標準對同一參數要求不一致的情況，例如《鮮、凍片豬肉》GB 9959.1—2001的4.2.2.1條要求“冷卻片豬肉，屠宰后24h內，其后腿肌肉中心溫度不高于4℃”，而《豬屠宰與分割車間設計規范》GB 50317—2009的7.1.1條要求“出冷卻間的二分胴體（片豬肉）中心溫度不應高于7℃”。

我國在裝備制造和工程建設領域具有比較完整的產業鏈，肉禽冷卻相關的裝備與設施也不例外，幾乎能夠生產所有裝備、建設所有設施，問題主要是整體技術水平不高，尤其是技術研發和創新不足。例如禽類冰水冷卻裝備制造技術全部來源于歐美等發達國家，國內到目前為止在技術方面沒有實質性的創新。

生產運營方面問題更多，如前文所述，出于生產成本的考慮，國內肉禽冷卻生產存在肉禽冷卻產能低于肉禽屠宰產能、肉禽冷卻產量遠低于肉禽屠宰量、冷卻加工的肉禽產品完全符合標準的比例較低等突出問題，最終導致肉禽產品整體的品質不高，甚至存在食品安全隱患。