餡料斬拌工藝質量控制模型研究與應用

馬龍 李淙淙 路寶乾 宋良良 耿超 高錚

摘 要：面向速凍肉丸生產車間，對生產中關鍵質量控制環節斬拌環節進行設備改造、傳感器部署等數字化升級，實現速凍肉丸餡料斬拌過程轉速、溫度及時間等數據采集；基于物聯網平臺，匯集斬拌工藝實時生產數據，沉淀形成斬拌工藝質量控制模型，實現了對生產過程中斬拌工藝的有效監控、指導及預警，提高了速凍肉丸產品質量穩定性及生產車間數字化水平。

關鍵詞：速凍肉丸；斬拌；數字化；質量控制模型

Research and Application on Quality Control Model of Chopping Process of Chopped Meat

MA Long1， LI Congcong2， LU Baoqian1， SONG Liangliang2， GENG Chao1， GAO Zheng2

（1.Inspur Yunzhou Industrial Internet Co.， Ltd.， Jinan 250000， China;

2.Inspur Industrial Internet Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： For the production workshop of quick-frozen meatball， the key quality control link in production of chopping was made a digital transformation which included equipment transformation， sensor deployment to collect data such as speed， temperature and time during the chopping process of quick-frozen meatball. Based on the Internet of Things platform， the data of chopping were aggregated， and the quality control model of chopping technology was formed through the production data， so as to realize the effective monitoring， guidance and early warning of the chopping process in the production， which improve the quality stability of the quick-frozen meatball and the digitization level of production workshop.

Keywords： quick-frozen meatball; chop; digitization; quality control model

隨著我國社會經濟的快速發展，速凍食品受到越來越多消費者的喜愛。自2011年起中國速凍食品市場逐漸增長，預計2024年將達到1 986億元，呈現較大市場規模[1]。此外，速凍食品領域市場展現出較高的行業集中度，CR4（行業前四名份額集中度指標）已經超過60%，表現為龍頭企業的收益率較高[2]。因此，眾多速凍食品企業都在努力提升自身在行業市場中的競爭力。

速凍食品按照冷凍食品的種類可以劃分為不同的類別，分別是畜產速凍食品、水產速凍食品、農產速凍食品和調理類速凍食品4類[2]。其中，速凍肉丸是一種調理類速凍食品，由于其質地鮮嫩、口感彈牙且味道鮮美，贏得了消費者的廣泛喜愛，其適用于多種烹飪方法，已經逐漸成為全國多地火鍋和麻辣燙等流行美食中的優選配料。

斬拌作為速凍肉丸生產過程中的一項關鍵工序，其執行質量對最終產品的品質起著決定性的作用。斬拌能夠有效打碎肌肉纖維和脂肪，實現原料的均勻混合，同時在食鹽的影響下促使肌原纖維的溶脹和肌原纖維蛋白的溶出，增加肉餡的保水性、出品率、嫩度和多汁性，影響產品質量及風味[3-4]。斬拌對生產過程中的工藝參數要求嚴格，包括斬拌順序、轉速、溫度、時間等關鍵參數，若在生產過程中斬拌操作不當，可能會引起肉餡溫度異常升高、蛋白質結構破壞或原料未能充分細化、脂肪分散不均等問題，進而導致產品出現析油、粘皮、脹袋等品質缺陷[5-7]。因此，準確把握斬拌工藝要點，規范執行斬拌標準工藝參數對于提高速凍肉丸出品率和質量至關重要。

作為我國重要的生產性行業，食品加工業與人們的健康息息相關，因此食品加工過程中的嚴格生產管理和控制顯得尤為關鍵[8]。隨著信息技術的持續進步，數字化轉型為食品行業開辟了新的增長機遇，數字技術與實體食品企業的深度融合正逐步塑造出一種數字化食品的新型產業生態[9]。調研發現，不少食品企業仍面臨依賴人為經驗指導生產、生產數據難以得到有效監測和應用等問題。因此，本研究基于對速凍肉丸斬拌車間數字化改造升級，通過對速凍肉丸加工斬拌工藝數據的采集轉化，研究形成斬拌工藝質量控制模型；借助質量控制模型提高企業生產管控能力，保障速凍肉丸生產效率、產品質量，推動企業數字化轉型升級。

1 材料和方法

1.1 材料

雞肉、水、淀粉、食用香精、食用色素、調味料和其他食品添加劑。

1.2 儀器與設備

斬拌機、工業面板、斥候工業網關、交換機、溫控表、變頻器和轉速傳感器。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

速凍肉丸的加工工藝如圖1所示。

1.3.2 斬拌工藝數據采集方法

如圖2所示，在斬拌工藝車間，通過設備溫控表和變頻器的模擬量輸出接口采集斬拌機斬拌轉速、斬拌溫度、斬拌時間等設備運行參數及生產過程數據，并借助斥候工業網關和數據轉換模塊通過協議解析將采集的數據上傳至物聯網平臺。

2 結果與分析

在速凍肉丸實際生產中，斬拌多依賴于操作人員憑借工作經驗進行工藝參數控制及斬拌程度判斷。因此，確定合適的斬拌工藝數據采集點十分關鍵。通過考察速凍肉丸生產車間并結合相關研究文獻發現，適宜的斬拌轉速、斬拌時間和溫度是生產出具有致密結構、脆嫩口感、良好彈性和不滲油等優質品質肉餡的關鍵因素[3，10]。①斬拌速度對肉餡斬拌效果具有較大的影響。速度過慢不足以有效破碎肌肉組織和促進肌原纖維蛋白的釋放，進而引起產品析油；速度過快則使肉餡溫度迅速上升，減少肌原纖維蛋白的溶出，不利于形成穩定的凝膠結構，從而影響肉餡的保水性和保油性[10-11]。②斬拌時間對于形成優良的乳化結構和保證乳化穩定性至關重要，斬拌時長通常為2～5 min[12]。斬拌時間過短將導致肌肉未能充分粉碎、肌原纖維蛋白溶解不充分以及脂肪分散不均，進而影響肉餡的凝膠性能[3]；斬拌時間過長會導致肉餡的溫度上升和黏度下降。③斬拌過程中的溫度控制對乳化效果至關重要，溫度的過高或過低都會對蛋白質的溶解性產生不利影響。溫度過高會導致部分蛋白質發生變性，減弱蛋白質的穩定性，影響產品硬度、彈性、內聚性和咀嚼性，降低出品率并縮短產品貨架期[3，13-15]。因此，本研究選取斬拌轉速、溫度和時間為數據采集點，通過監測斬拌車間生產情況匯集斬拌工藝數據。

對標工藝參數，在速凍肉丸生產車間斬拌設備上部署轉速傳感器，每3 s實時采集速凍肉丸生產過程中斬拌機轉速數據，通過斥候工業網關和數據轉換模塊將斬拌轉速及斬拌時間匯總到生產管控物聯網平臺（圖3）。通過工業面板的生產管控物聯網平臺界面實時顯示斬拌工藝參數及設備運行情況，有效解決斬拌設備轉速不可視、人工統計設備各轉速執行時長復雜、速凍肉丸產品品質存在一定批次差異等問題，在數據維度記錄斬拌標準工藝執行情況，實現生產工藝可視化，保障生產工藝標準化執行。

通過采集處理多批次、多種速凍肉丸產品斬拌工藝數據，形成不同斬拌轉速和時間的工藝質量控制模型。根據速凍肉丸B斬拌轉速與時間模型（圖4）可知，斬拌工藝呈現大致平均的用時及相似的轉速規律，通過質量控制模型能有效改善速凍肉丸斬拌參數、斬拌程度多靠工人根據自身工作經驗判斷的情況，通過數字化的方式合理控制斬拌時間和轉速來防止水分和脂肪分離問題。此外，依靠模型可以準確識別斬拌過程中的異常情況，及時調整生產節拍，提升工藝執行管控能力，保證肉餡斬拌

質量。

通過部署溫度傳感器，每3 s實時采集斬拌過程中的溫度數據，監測斬拌中溫度變化情況。根據匯集的多類、多鍋次速凍肉丸餡料斬拌數據，沉淀形成不同斬拌溫度和時間的斬拌工藝質量控制模型。根據速凍肉丸C斬拌溫度與時間模型（圖5）可以看出，該產品斬拌溫度隨著斬拌時間的變化存在一定的波動情況，斬拌溫度基本控制在4～12 ℃，呈現鍋次規律性。通過溫度與時間模型在速凍肉丸實際生產中設置斬拌溫度閾值，可及時識別溫度過高情況并進行預警，提示操作人員通過添加碎冰、冰水等形式調整工藝，防止蛋白質變性導致的餡料品質降低。

因此，通過對斬拌車間進行數字化改造，可匯集沉淀產品生產過程中斬拌轉速、斬拌時間、溫度等實時生產數據，綜合形成斬拌工藝質量控制模型，根據質量工藝控制模型指導車間管理標準工藝執行，準確識別生產過程中的異常斬拌情況并進行設備預警，以便及時調整工藝操作，打造集數據感知、數據管理、數據處理、數據應用于一體的數字化斬拌車間，保障斬拌質量。

3 結論

速凍肉丸的質量管控是保障產品質量穩定性和工序可靠性的重要舉措，是保障食品安全的重要要求。本研究針對速凍肉丸生產斬拌車間進行設備改造與傳感器部署，實現斬拌環節實時生產數據采集、分析，積累形成斬拌工藝質量控制模型，借助“數據+模型”專業服務指導生產提質增效，減少生產中人為操作因素造成的質量問題，及時預警生產設備狀況，降低生產環節設備問題造成的損失，保證產品質量一致性。同時，依托生產過程數字化，以數據實現精益管理，提升企業生產協同能力。研究結果為食品企業提高智能制造水平、保障產品質量安全、實現降本增效提供了參考。

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