家禽胴體螺旋預冷技術研究進展

張奎彪 琚玉萍

（艾斯克#食品機械集團技術中心家禽加工技術研究所，吉林 四平 136000）

家禽胴體螺旋預冷技術研究進展

張奎彪 琚玉萍

（艾斯克#食品機械集團技術中心家禽加工技術研究所，吉林 四平 136000）

在一定的工藝條件下，對大容量、葉片格柵、高位出料口、階梯水位技術分階段進行研究。結果表明：螺旋預冷的禽體降溫機理主要取決于胴體腔內水的更換次數和超過500mm以上的有效位移量，其更換次數由15次提高到120次，螺旋葉片工作區達到葉片面積的1/2左右，體水比接近1∶4，可解決 “胴體走單邊”和“水流走單邊”的難題；也可解決單線12 000只/h產量時水位差過大問題；同時由于合理利用溢流水，減少注水量，減少冷能耗量，降低預冷車間棚高，可節約土建投資，降低了運行成本。總體節水18%以上，潔凈度提高20%，預冷效率提高22%。這種集成技術是螺旋預冷機的發展方向，也是今后大型家禽加工企業的優先選擇。

家禽胴體；螺旋預冷；效率；節能；階梯水位

在工廠化家禽屠宰加工過程中，螺旋預冷機是有效的預冷手段之一，已廣泛應用于家禽屠宰的預冷工序［1］，在中國也有較長的應用歷史［2，3］。由于歐盟法令對水冷方法的限制，在禽胴體水冷技術方面美洲明顯超過了歐洲［1，4］。水冷的冷卻速率快于風冷［5］，一段時期內，中國還將以水冷方式為主［4］。隨著家禽加工業的快速發展，家禽加工產量已經達到了12 000只/h的能力［6］，為此，人們圍繞著預冷的產能、效率和降耗，開展了一系列的創新活動。

1 螺旋預冷工藝

1.1 工作原理和工藝要求

預冷工序一般由多臺螺旋預冷機組合而成［1，7－9］，在每一臺預冷機的禽胴體出口附近有冷水或片冰加入點，預冷機內的冷水或冰作為冷卻介質使禽胴體溫度下降［10］。依照預冷機排列順序，其冷卻介質溫度也依次減低［8］。通過機械或人工將禽胴體投入到預冷機中，禽胴體由螺旋葉片推進，并依次通過每一臺預冷機，使其溫度逐步下降到規定數值。肉毒梭菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌在3℃條件下停止生長；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℃，最高不超過7℃，是確保肉品安全的重要措施［10］。歐盟要求分割前盡快到達4℃以下［1］，中國胴體預冷一般規定為0～4℃［8－14］。

1.2 工藝條件及工藝參數

（1）試驗材料：以愛博益加、艾維茵肉雞品種為主，雞胴體重量1.8～2.0kg；

（2）多段預冷模式，螺旋預冷機葉片直徑2.1m。

（3）預冷機基本配置（共4段）：第1段6m（以清洗為主，時間7min，水溫4～15℃）），第2段9m（冷卻10min，水溫4～8℃），第3段12m（冷卻14min，水溫2～6℃），第4段12m（冷卻14min，水溫2℃以下）。

（4）預冷前胴體溫度：平均30℃（自動沖洗后），36～38℃（人工清洗后），取平均數34℃；

（5）預冷后溫度≤4℃；

（6）預冷時間：45min（鴨鵝品種或者采用“表層鎖閉”技術時，預冷時間增加）；

（7）在26條生產線中進行試驗研究，加工能力：8 000～12 000只/h。

2 預冷技術

2.1 大容量技術

2004年SSK#公司推出了“大容量預冷機”（High Capacity）技術。

普通螺旋預冷機的外殼呈半圓形，因此，稱之為半槽型預冷機。其工作水面在螺旋軸的中線上。“大容量預冷機”的殼體呈3/4包容形（見圖1），其盛水量比半槽型多40%，相當于1.5臺普通螺旋預冷機；葉片螺距也由原來900mm加大到了1 200mm，放慢了螺旋葉片的轉速；半槽型預冷機的葉片工作區僅有葉片面積的1/4左右，禽體有堆積在槽體的一邊現象，行業俗稱“胴體走單邊”，而“大容量預冷機”將螺旋葉片工作區擴大到了葉片面積的1/2左右，緩解了禽體堆積現象；體水比接近1∶4，禽體全部浸沒在水中，解決了半槽形螺旋預冷機在12 000只/h產量時的能力不足問題。本試驗表明：禽體在冷水中靜止，其周圍形成一個小環境，胴體腔內的水不能與外界水交換，影響與禽胴體的換熱效率。螺旋預冷的禽體降溫機理：主要取決于胴體腔內水的更換次數和上下的有效位移量。采用的空氣攪拌技術，可使禽體、冰片、水充分融和，并上下移動，使胴體腔內的水多次置換。片冰在氣流的攪動下充分融于水中，提高禽體降溫效率（見圖2），避免冰坨現象的發生，減少設備故障率。

圖1 大容量螺旋預冷機Figure 1 High Capacity spiral chiller

本試驗表明：胴體腔內水更換次數越多，禽體上下位移距離越大，禽體溫度下降就越快。上下移動超過500mm才能使胴體腔內的水大部分置換出來，置換次數越多禽體溫度下降的就越快，隨著預冷時間超過30min，禽體溫度每次降低數值將逐步減小。當預冷時間超過50min，效率明顯降低，運行成本明顯增加。半槽型螺旋預冷機，胴體腔內水的更換次數約15次左右，而“High Capacity”技術可達到120次以上。

圖2 大容量預冷機和半槽預冷機的預冷效率Figure 2 Cooling efficiency of the High Capacity chiller and the half tank chiller

2.2 葉片格柵技術

禽體前進由螺旋葉片推進完成，禽體集中在單側，大部分水流只能沿另一側非工作區流動，穿過工作區禽體的水流很少，禽體得不到充分的熱交換；螺旋葉片推水產生的工作水位差，使出口處出料機構的帶水量大。在12 000只/h產量時尤為突出。2005年SSK#公司推出了“葉片格柵技術”（Inlaid GrilleTM）［15］。在葉片上嵌入了透水率較高的格柵（見圖3），螺旋葉片在推進時，水流穿透格柵，增強了水的流動性，從注水處順利流到禽體入口處，并與禽體逆向接觸。這一創新，又解決了 “水流走單邊”難題，使預冷機工作區與非工作區溫差縮小到2℃，可提高槽體利用率和冷卻效率，比High Capacity預冷機節能12%左右。使家禽膛內水的交換次數略有提高，減少投冰量6%。水流動性改善，減少了死區，增加了水與禽體有效接觸，提高換熱效率8%；由于螺旋軸向前推進時，槽體中的水是逆向流動的，減少葉片的蠟脂量，禽體和槽體潔凈度提高20%。減小水位差，減輕了軸及各部件的阻力，延長了部件的使用壽命，對用戶來說，降低了成本，比半槽預冷機，長度縮短20%。

圖3 葉片格柵Figure 3 Inlaid Grille

2.3 高位出料口技術

半槽預冷機出口每次將幾十只禽胴體同時撈出，禽胴體堆積在一起（見圖4），禽胴體膛內、禽胴體之間、撈出機構與預冷機之間就存積有一定量的水，由于不能及時滲出，這些冷水被帶出預冷機，既浪費了水資源和能源，又影響下一工序正常進行，而且容易產生污染。由于禽體是間歇進入下一臺預冷機中，因此，胴體在預冷機中形成間隔堆，不利于胴體分散冷卻。SSK#公司歷時2年研究，于2010年推出了“HDTM”技術［4］，這項技術是采用高的出料口（High DischargeTM），使出料機構的帶水量減少到了最低值；預冷機直徑2 100mm，單線能力可達12 000只雞/h。每斗翻出6～8只，時間間隔僅2s，近似連續，為后序的瀝水、轉掛、輸送帶來方便。比上述預冷機效率又提高2%左右。

圖4 普通出料口堆積現象Figure 4 Accumulation in the ordinary discharge port

2.4 階梯水位技術

傳統的預冷機組排列方法是：沿著禽胴體通過的方向看，預冷機螺旋軸的中心線高度依次降低，也就是說，預冷機整體一臺比一臺低（見圖5）。每臺預冷機中的水是逆著家禽胴體前進方向流動的［8，13，16，17］，水從每一臺預冷機溢流口流出。這種排列方法有如下缺點：① 預冷機之間落差不能太小，否則，禽胴體不利于滑到下一臺預冷機中，積累落差使首臺預冷機設置很高。加工能力越大，預冷機臺數越多，落差累計就越大，預冷車間棚頂也越高，空間浪費、土建投資就越大，冷量散失就增多。② 由于前一臺預冷機高，水不能自然從后一臺預冷機流到前一臺預冷機中，溢流水白白流走。③由于預冷機之間有落差，首臺預冷機支腿較高，給制造、運輸、安裝都帶來不便。歐美對預冷機組合形式研究很少，US 6397622［18］描述的只是預冷機的冷水與外部制冷機組循環的方法，其中提到的“機組”是指預冷機與制冷機的組合。US 5868000［19］、US 4860554［20］、US 5484615［21］也只是對單機冷卻效果、冷卻水循環、殼體形狀的研究。

“階梯水位”（Stepped water levelTM）［22］技術的實現，解決了多年來，家禽屠宰加工預冷的溢流水合理利用和能源消耗問題。這是一種新的排列方式，即沿著禽胴體通過方向，每臺預冷機的設置方式是呈上階梯式、逐步增高的設置方式。預冷機之間設置有水橋，將溢流水導流到前一臺預冷機中（見圖6中的序號9、10）。這樣僅需要很小的增高就能夠使下一級預冷機中的水流入上一級預冷機中，最終流到禽體進入預冷工序的第一臺預冷機中。比前者節水10%。

圖6 上階梯式預冷機的組合方式Figure 6 Combination of up the steps chiller

3 螺旋預冷技術的優勢

Stepped Water LevelTM是在 High Capacity、Inlaid GrilleTM、High DischargeTM技術基礎之上發展而來的，這些技術的集成，給螺旋預冷機帶來了前所未有的優勢，與半槽預冷機相比：

（1）預冷效率提高22%；

（2）節水18%，合理利用溢流水，減少注水量，片冰充分融于水中；

（3）降低運行成本10萬元/年，減少冷能耗量，減少冷量散失；

（4）潔凈度提高20%，減少污染；

（5）實現了單線能力12 000只/h，占地面積減少50%；預冷車間棚高降低1m，節約土建投資，有足夠的空間與其它工序設備配套，使整個工廠廠房布局美觀大方；

（6）節省安裝費用和安裝時間；

（7）預冷機規格統一，有利于生產制造。

4 預冷技術創新與工藝指標的變化

家禽屠宰加工是一個系統工程，工序之間高度關聯，一環扣一環，一個環節的變化可能對后續環節的效率有很大影響［4］。預冷指標與工作條件、環境、前區工序的工藝指標密切相關。采用“表層鎖閉”技術可以控制胴體吸水率≤12%。首臺預冷機胴體入口處水溫≤12℃［23］，末臺預冷機胴體出口處水溫≤2℃。用循環水冷卻時，冷水溫度應≤2℃［17］，循環量應大于禽胴體重量的2倍。隨著預冷技術的不斷進步，螺旋預冷機葉片直徑已經達到了3m［4］，注水點位置、投冰點位置和投入量都發生了變化，國家標準的基礎性指標應該一致，并且及時修訂［24］。

5 展望

胴體預冷主要是抑制微生物的生長，降低初始細菌數，延長加工時間，是家禽屠宰加工中最重要的工序之一，是HACCP必須設置的控制點。采用大容量、葉片格柵、高位出料口、階梯水位集成預冷技術，是螺旋預冷機的發展方向，也是今后大型家禽加工企業的優先選擇。

1 馮憲超，徐幸蓮，李虹敏，等.生鮮禽生產中常用的預冷方式［J］.食品工業科技，2009（4）：363～365.

2 張奎彪.我國肉雞加工設備現狀與發展趨勢［J］.中國禽業導刊，2000，17（7）：5～6.

3 張先達，葉金鵬.2000年我國家禽加工技術發展戰略［C］//中國機械工程學會包裝與食品分會.2000年全國包裝和食品機械及相關技術發展研討會論文集.天津：［出版者不詳］，2000：192～196.

4 張奎彪.中國家禽屠宰加工技術及裝備在“十二五”期間的發展目標［J］.肉類工業，2011（2）：8～10.

5 馮憲超，陳琳，徐幸蓮，等.風冷和水冷生鮮雞肉品質的比較［J］.南京農業大學學報，2009，32（4）：172～175.

6 張寧，馮禹.家禽加工懸掛輸送線的同步控制［J］.肉類工業，2010（9）：3～7.

7 中華人民共和國農業部.NY/T1174——2006肉雞屠宰質量管理規范［S］.北京：中國標準出版社，2006.

8 中華人民共和國商務部.SBJ15——2008禽類屠宰與分割車間設計規范［S］.北京：中國標準出版社，2009.

9 中國國家認證認可監督管理委員會.澳大利亞肉類衛生法規標準匯編［M］.北京：中國計量出版社，2006：131.

10 李滿林.肉類加工機械［M］.北京：化學工業出版社，2006：81.

11 孔保華.畜產品加工儲藏新技術［M］.北京：科學出版社，2007：40～43.

12 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T20094——2006屠宰和肉類加工企業衛生注冊管理規范［S］.北京：中國標準出版社，2006.

13 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T22469——2008禽肉生產企業獸醫衛生規范［S］.北京：中國標準出版社，2008.

14 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/Z21701——2008出口禽肉及制品質量安全控制規范［S］.北京：中國標準出版社，2008.

15 吉林省艾斯克機電集團有限公司.一種家禽預冷機專用螺旋推進裝置：中國，ZL 2005 2 0029667.0［P］.2007－02－27.

16 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T19478——2004肉雞屠宰操作規程［S］.北京：中國標準出版社，2004.

17 中華人民共和國農業部.NY/T330——1997肉用仔雞加工技術規范［S］.北京：中國標準出版社，1998.

18 Cooling ＆ Applied Technology，Inc.Water flow auger type poultry chiller：United States，US6397622B1［P］.2002－06－04.

19 Morris ＆ Associates.Auger type poultry chiller with clumping prevention：United States，US5868000［P］.1999－02－02.

20 Robert S.Innes.Counter－flow poultry chiller：United States，US4860554［P］.1998－08－29.

21 Maple leaf Farms，Inc.Apparatus and method for microbiologcal decontamination of poultry：United States，US 5484615［P］.1996－06－16.

22 吉林省艾斯克機電集團有限公司.上階梯式禽胴體預冷機組：中國，201010510658.9［P］.2011－06－15.

23 馮憲超，李虹敏.家禽胴體的預冷卻［J］.肉類工業，2008（11）：32～37.

24 張奎彪.論家禽屠宰加工規范性指標的一致性［J］.肉類工業，2011（4）：4～7.

Research progress on spiral chilling technology in poultry carcass

ZHANG Kui－biaoJU Yu－ping

（Institute of Poultry Processing Technology，Technology Center，SSK Food Machinery Group，Siping，Jilin136000，China）

Under some technological conditions，there is a result from the grading research for high capacity，inlaid grille，high discharge and Stepped water level.It showed that the mechanism of poultry cooling which used in Spiral pre－cooling is determined by carcass interior water＇s replaced number and the effective displacement which above 500mm.When the replaced number is enhanced from 15times to 120times，the active region of spiral vane is reached a half of total area，and ratio of Body－water close to 1∶4，the problem of"in oneside body"and"in one－side flow"can be solved.And it also can solve the trouble of that when the single line＇s yield achieve to 12 000 birds/h，the water level distance is so big.At the same time，as a result of using overflow water reasonably，injection cutback，and reduce the cooling energy consumption，it could reduce the operation cost.Cut down the height of chilling room can save construction cost.The water saving more than 18%，the cleanliness increase 20%，and the pre－cooling efficiency enhance 22%，the technology of above is the development direction of Spiral pre－cooling，it will be the preference choice of the large－scale poultry Processing plant.

poultry carcass；spiral chilling；efficiency；energy saving；stepped water level

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.070

四平市科技發展計劃項目（編號：2004－021）

張奎彪（1960－），男，艾斯克#食品機械集團高級工程師。E－mail：zhangkuibiao＠yaho.com.cn

2011－12－10