2.2.2 肉禽冷却

肉禽是猪牛等哺乳动物和鸡鸭等禽类动物屠宰后胴体的统称，含有丰富的蛋白质、脂肪、糖类、矿物盐类和维生素等多种营养成分，对人类有极高的营养价值。动物屠宰后其生命活动虽然停止，但是其胴体组织的新陈代谢活动并没有同时停止，各种细胞仍在进行一系列的生理和生化反应，导致肉禽的嫩度、风味、色泽等性状发生明显变化，称为排酸或成熟；另一方面其丰富的营养也是微生物的良好培养基，能够促使微生物迅速生长和繁殖，不仅导致营养成分被分解，商品质量降低，甚至变质和腐败，而且致病微生物的生长和繁殖会成为严重危害人类健康的隐患。

酶是一种能够加速生化反应速度而自身不消耗的特殊蛋白质，即生物催化剂，肉禽的生化反应都是在酶的催化下进行，这些酶包括肉禽自身固有的和外界微生物在生长和繁殖过程中分泌的。肉禽经屠宰放血，肌肉细胞的氧气供给停止，其内部氧化酶的活动减弱，自行分解酶的活动加强，在有机磷化物的参与下很快把糖原转化成乳酸，磷化物形成正磷酸，乳酸和正磷酸的积累使肉禽呈酸性反应，呈现僵直状态，坚硬干燥，不易煮烂；随着乳酸的持续增加，又使肉禽变得柔软，富有汁液，具有肉香味，较宜煮烂，这时肉禽的排酸过程完成，已经成熟。成熟的肉禽呈现酸性，能在一定程度抑制腐败细菌的生长和繁殖，但是如果温度较高，蛋白质会在蛋白酶的作用下分解，产生的氨使肉禽呈碱性，有利于腐败细菌的生长和繁殖，将引起肉禽的腐败变质。酶的活性与其温度强烈相关，在其最适宜温度时酶的催化作用最强，肉禽多在37～40℃。随着温度的升高或降低，酶的活性均下降。牛肉成熟时间与温度的关系见表2-1。

温度也是微生物生长和繁殖的重要环境条件，各种微生物都有其适宜生长和繁殖的温度范围，超出此温度范围，微生物的生长和繁殖明显减弱，微生物休眠甚至死亡，此温度范围对具体种类的微生物可分为最低、最适和最高三个区域，微生物在最适温度区的生长和繁殖速度最快。根据最适温度的界限，微生物分为嗜冷性微生物、嗜温性微生物和嗜热性微生物，对于肉禽来说，大部分腐败细菌属于嗜温性微生物，微生物对温度的适应性见表2-2。微生物一方面在生长和繁殖过程中分泌多种酶类物质，能够使肉禽内的蛋白质、脂肪等营养物质分解并产生硫化氢、氨等有毒物质，使肉禽失去食用价值；另一方面在生长和繁殖过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，例如大肠杆菌、沙门氏菌等。

肉禽成熟能够充分提升其营养和商品价值，同一种类肉禽的成熟时间主要由温度决定，同时温度也是影响微生物生长和繁殖速度的主要因素，因此肉禽冷却的实质就是通过控制肉禽及其环境的温度，进而控制肉禽成熟过程同时防止微生物危害。对于肉禽全程冷链，冷却是第一个环节，肉禽冷却的品质将在很大程度上决定其营养和商品价值，同时冷却需要相应的设施和设备，并且需要消耗能源，是肉禽生产成本的重要组成部分，因此无论从食品专业角度还是从制冷专业角度，肉禽冷却都应是一个被长期关注的环节。

2.2.2.1 行业现状

肉禽冷却包括在肉禽全程冷链的加工环节内，由肉类联合加工厂实现，现代肉类联合加工厂能够完成从活体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）、去除及处理头蹄（爪）和内脏、胴体冷却、低温分割及去骨、分割肉和副产品冻结、低温包装、入库冷藏等工序，胴体冷却是肉禽全程冷链的开始，肉禽加工环节是连接畜牧生产与肉禽冷链的唯一节点。

根据不同的生产对象，肉类联合加工厂主要包括牛屠宰加工、羊屠宰加工、牛羊屠宰加工、猪屠宰加工、兔屠宰加工、鸡屠宰加工、鸭屠宰加工和鹅屠宰加工，加工厂一般采用半自动化的连续生产线，除牛羊能够在一定程度上共线生产，其他生产线只能针对特定的种类。生产线明显分成前后两段，前段是屠宰，后段是冷却、冷冻和冷藏，部分工厂还包括肉类制品加工，即把生产的肉禽作为原料，直接生产香肠等肉制品。随着机械、电子和信息技术的发展，肉类联合加工厂生产线的自动化程度越来越高，先进的生产线在冷却环节能够接近全自动，国内受投资及人力成本影响，目前多数采用人工和半自动生产线。生猪屠宰加工生产线和肉鸡屠宰加工生产线分别如图2-22和图2-23所示。

受产业传统布局的影响，肉类联合加工厂要么建在畜禽饲养生产地区，要么建在肉禽消费地区，前者如双汇集团在黑龙江宝泉岭地区的200万头生猪屠宰加工厂（图2-24）、山东凤祥集团在阳谷地区的肉鸡屠宰加工厂，后者如北京顺鑫农业股份有限公司在顺义区的生猪屠宰加工厂（图2-25）、北京大发正大有限公司在顺义区的肉鸡屠宰加工厂。对于大量建设在肉禽消费地区的肉类联合加工厂，由于肉禽产品从出厂到终端消费的时间短，在食品监管不严格的地区，为降低生产成本往往不再关注冷却品质，甚至不经过冷却直接销售。随着国内产业布局优化、环境保护和疫病防护工作的加强及冷链建设的发展，近年来肉类联合加工厂逐渐向畜禽饲养生产地区转移，作为消费地的大城市尤其明显，例如北京华都集团在昌平区的肉鸡屠宰加工厂的产能已经转移至河北滦平县肉鸡饲养区，照此趋势发展，预计不久的将来肉类联合加工厂要在大城市消失，进而也会在作为消费地的中小城市消失，届时肉禽将只在饲养区生产，通过国内冷链物流体系与消费连通，近年爆发的非洲猪瘟势必会加快这个进程。

随着国家经济的持续增长，近几年我国肉类年产量持续保持在8000多万t，为世界第一生产和消费大国，支撑这8000多万t产量的基础是分散在全国各地的肉类联合加工厂。据国家统计局2018年的数据，我国牲畜屠宰行业规模以上企业数1299家，禽类屠宰行业规模以上企业数722家，合计约2000家，至于不在统计范围内的“小散”企业，估计还有几千家，它们是肉禽冷链的“第一公里”，它们的设施、装备、技术和管理水平决定了“第一公里”的品质。总体看，目前国内畜禽屠宰行业的集中度不高，比较分散，有双汇、正大等一批与国际先进水平基本相当的屠宰加工企业，它们都配备了完善的肉禽冷却设施和设备，单座肉类联合加工厂的产能在国际上也处于领先状态，例如猪屠宰线多在每班3000头、甚至5000头以上，肉鸡屠宰线多在每班10万只、甚至20万只以上，但更多的是不在统计范围内的“小散”企业，这些企业有的根本不配置肉禽冷却设施和设备，有的简单配置，根据经营需要偶尔使用，因此肉禽冷链“第一公里”的整体品质不容乐观。

无论国内还是国外，肉禽冷却都不能形成一个独立的行业，而是从属于肉类屠宰加工，是肉类屠宰加工行业内的一个环节，因此肉禽冷却的规模、品质、技术、分布等行业现状基本由肉类屠宰加工行业的现状决定，由此导致目前国内的肉禽冷却生产存在几个明显特征：一是肉禽冷却产能低于肉禽屠宰产能，不仅不在统计范围内的“小散”企业很少配置肉禽冷却设施和设备，而且部分有一定规模的企业也没有按屠宰产能配置相应的冷却设施和设备，整个行业并不关注冷却加工对提高肉禽商品品质的作用；二是肉禽冷却产量远低于肉禽屠宰产量，不仅由于肉禽冷却产能低于肉禽屠宰产能，而且已经配置的冷却设施和设备也未能得到充分使用，为“降低生产成本”，实际生产过程中尽量避免使用冷却加工；三是完全按照标准进行冷却加工的肉禽的比例并不高，原因还是为了“降低生产成本”。

2.2.2.2 肉禽冷却技术现状

肉禽冷却技术的专业基础是食品冷冻冷藏工艺学，食品冷冻冷藏工艺学的理论基础主要由生物化学、物理化学、物性学、传热学和传质学构成，经过多年的研究与实践，尤其是欧美国家冷链建设需求的推动，上述理论体系已经比较成熟。

生物化学通过研究肉禽肌体的构成及化学组成，揭示了屠宰后肉禽肌体生物化学反应的机理，尤其是决定肉禽商品品质的排酸机理和腐败变质机理。研究表明温度是肉禽排酸和腐败变质的关键因素，主要体现在温度是决定酶促反应速度的重要因素，在一定温度条件下酶的活性最大，导致肉禽肌体的生化反应速度也最快。同时温度也是微生物生长和繁殖的重要条件，微生物在各自的最适温度区内生长和繁殖速度最快，导致肉禽的腐败变质速度也最快，上述研究得出的结果是肉禽冷却的最基本原理。物理化学从水溶液理论入手，系统研究屠宰后肉禽肌体生物化学反应与其内部水分的关系，研究表明温度会影响食品的水分活度，温度降低时其水分活度也会降低，随着水分活度的降低，肉禽肌体内的酶促反应速度和微生物生长及繁殖速度都会受到抑制。物性学主要研究肉禽的热物理性质与测量方法，是进行冷却工艺计算和数据分析的基础，主要成果包括比热、导热系数、焓值等关键数据的计算模型和测量方法。传热学运用传导、对流和辐射等传热基础理论，建立了肉禽冷却过程的传热计算模型，能够计算和分析不同的环境条件下，不同种类肉禽产品的冷却时间和冷却温度，是肉禽冷却技术进行工程应用的基础。传质学通过研究肉禽肌体内水分的扩散和转移规律，建立了冷却过程中干耗计算和分析的数学模型，干耗是肉禽冷却技术在工程应用时不能回避的问题，不仅影响商品品质，而且影响生产成本。

为保障肉禽商品品质，国家制定了一系列的产品标准，例如《鲜、冻猪肉及猪副产品 第1部分：片猪肉》GB/T 9959.1-2019已于2019年10月1日实施、《分割鲜、冻猪瘦肉》GB/T 9959.2、《鲜、冻四分体牛肉》GB/T 9960、《鲜、冻胴体羊肉》GB/T 9961、《畜禽屠宰操作规程鸡》GB/T 19478，这些标准基于肉禽冷却理论研究的结果和生产实践，规定了肉禽产品冷却加工的过程和参数，主要包括冷却方式、冷却环境温度、冷却时间和产品终温等。对于肉禽冷却生产，上述标准的核心是冷却工艺，冷却工艺的核心是在特定的技术、经济与社会发展水平下确定品质与成本的均衡点，因此上述标准随着技术、经济与社会的发展不断修订，总的趋势是要求肉禽商品品质持续提高。

在肉禽冷链生产活动中，肉禽冷却技术主要体现在冷却装备技术和冷却设施技术两个方面，前者属于机电产品类，后者属于建筑类。无论冷却装备技术还是冷却设施技术，其追求的目标都是提高肉禽商品品质，降低肉禽商品生产成本，并且安全、环保、可靠。通过控制肉禽宰后的生化反应，从而保持、甚至提升其独特的风味和营养价值，保持其独特的色泽、形态等观感指标，避免各种污染，降低微生物生长和繁殖速度等都是提高肉禽商品品质的方法。为提高肉禽商品品质，在冷却过程中还需要包装、清洗等卫生技术的配合。生产企业主要通过降低冷却装备制造成本或降低冷却设施建造成本，减少肉禽冷却过程的损耗（尤其是干耗），减少肉禽冷却过程的能耗和物耗，提高肉禽冷却生产相关的设备、设施和工人的生产效率等措施实现降低肉禽商品生产成本的目标。这些措施有时会相互矛盾，例如采用自动化的冷却设备或设施能够提高生产效率，但是却需要增加冷却装备制造成本或增加冷却设施建造成本，这类问题在实际生产过程中有很多，是肉禽冷却技术持续研究的重要方向。安全、环保和可靠是工业生产活动的基本要求，肉禽冷却生产过程中需要使用大量的设备和设施，因此也不能例外。目前国内主要把氨和卤代烃制冷系统用于肉禽冷却生产，氨制冷系统的安全问题和卤代烃制冷系统的环保问题是技术关注的重点。综上所述，肉禽冷却装备和设施技术追求的是一个比较复杂的目标体系，各目标参数甚至完全矛盾，例如品质与成本往往具有“天然的矛盾”，环保与生产成本在多数情况下难以兼顾，这些问题是导致肉禽冷链“第一公里”的整体品质不容乐观的客观原因，也是肉禽冷却装备和设施技术在实际生产中需要重点关注的对象。

由于特性差别较大，不同种类的肉禽适用不同的冷却装备技术或冷却设施技术。猪、牛和羊等肉类由于胴体尺度较大，排酸时间比较长，适宜采用建筑类的冷却间冷却，冷却间内配置吊轨和冷风机，胴体悬挂在吊轨上，冷风机通过降低冷却间内空气的温度使胴体降温，如图2-26所示。鸡鸭等禽类由于胴体尺度较小，排酸时间比较短，适宜采用冰水预冷机（池），如图2-27所示。

肉禽冷却间设置在屠宰加工车间内部，位于屠宰线的末端和分割线的前端之间，一般情况下分成多间设置，建筑形式采用土建或钢结构。土建结构冷却间的墙和屋顶多采用聚氨酯喷涂保温，钢结构冷却间的墙和屋顶多采用聚氨酯金属夹芯保温板保温，无论土建结构还是钢结构，地坪保温方式完全相同，目前多数采用预制的挤塑聚苯保温板，少量采用聚氨酯现场喷涂。冷却间内配置吊轨，肉禽胴体通过挂钩悬挂在吊轨上，挂钩能够顺着吊轨移动，电动或人工推动肉禽胴体进出冷却间，目前国内绝大多数采用人工推动。冷却间内采用冷风机降温，冷风机布置在吊轨的上方或冷却间地面，冷却间要求冷风机不仅要具备充足的制冷量，而且其气流要能够均匀通过肉禽胴体，由于肉禽胴体散湿量大，还要求冷风机能够及时除霜。冷却间属于建筑类设施，因此其建造需要符合建筑工程规范和标准，目前与冷却间工程设计相关的规范主要有《冷库设计规范》GB 50072、《猪屠宰与分割车间设计规范》GB 50317、《牛羊屠宰与分割车间设计规范》GB 51225、《禽类屠宰与分割车间设计规范》GB 51219，这些规范和标准对与冷却间建设相关的工艺、建筑、设备等所有专业都进行了规定，是肉禽产品标准在工程领域要贯彻执行的。除工程标准，工程领域还一直围绕肉禽冷却工艺持续研究相关的建筑和设备技术，例如对冷却间内气流组织的研究，不仅要使肉禽胴体能够均匀冷却，而且要减少干耗，减少气流循环所消耗的能量，例如猪胴体分段冷却技术，能够使冷却阶段的干耗减少30%～50%。目前建造常规冷却间所需的设备、材料和技术都能够国产化，如果要求提升自动化水平、进一步降低物耗和能耗，部分设备和元件还是需要进口。

冰水预冷机（池）仅用于禽类，国内曾经大量使用技术要求不高、造价低廉的冰水预冷池，近年随着肉禽生产对效率和品质要求的提高，以及设备国产化带来的成本降低，新建肉禽加工厂几乎全部采用螺旋预冷机。螺旋预冷机采用不锈钢制造，总体分两段，前段的主要功能是清洗禽胴体，后段的功能是冷却，每段的构造基本相同。螺旋预冷机主体是水平放置的顶部开敞的扇形截面水槽，内部从头至尾设置一个螺旋输送器，清洗段水槽内灌注常温水，冷却段水槽内灌注冰水，禽胴体在螺旋输送器的推动下完成清洗和冷却过程，常温水和冰水的流动方向与禽胴体的输送方向相反，一方面能够提升清洗效果，另一方面能够加强降温效果。禽类的冰水冷却工艺要求降温时间短和产品终温低，两者是一对矛盾，因此降低冰水温度是冰水冷却工艺的关键技术。理论上0℃的冰水效果最好，以往多采用冷却段水槽内加片冰的方法，但是在动态换热的情况下冰水很难接近0℃，禽胴体中心温度也很难降到4℃，并且制取片冰的蒸发温度通常需要-20℃以下，能效相对较低，为解决上述问题，近年红水冷却器开始快速推广。红水冷却器本质上是能够精准控制冰水温度的管壳换热器，循环泵把螺旋预冷机冷却段水槽内前端的冰水输入红水冷却器内降温，降温后的冰水返回到螺旋预冷机冷却段水槽的后端内，经过红水冷却器冷却的冰水温度可接近0.5～1℃，蒸发温度一般高于-10℃，因此不仅冷却效果好，而且能效高。红水冷却器最初是美国MORRIS公司的产品，中文名称是Red water chiller的意译，“红水”指冰水内混合着禽类屠宰后残留的血液，由于使用效果优良，目前国内制冷设备制造商也推出类似产品，如图2-28所示。除循环使用的冰水，禽类冷却过程中还需要补充新鲜的冰水，理论上也是越接近0℃效果越好，通常采用蓄冰水箱或冰水机组（图2-29）。蓄冰水箱的出水温度能够接近1～2℃，并且能够充分利用夜晚的谷电蓄冰，从而降低运行成本，但是蓄冰水箱体积庞大，需要提前制取冰水。冰水机组采用板式换热器，制取速度快，设备体积小，为防止水在板式换热器内冻结导致事故，出水温度一般不能低于4℃。

2.2.2.3 行业发展存在的问题

随着近十几年国内肉禽屠宰加工行业的快速发展，肉禽冷却的总量、总体品质和总体技术水平都取得了长足的进步，消费市场对高品质冷却肉禽产品的接受度也越来越高，但是相对于肉禽总产量的发展水平，整个行业在肉禽冷却工艺研究、标准制订、装备与设施技术研发、生产运营等方面还存在比较多的问题。

肉禽行业的工艺研究机构主要分散在农林、食品专业类的高校和科研院所，以及少量的肉类生产和设备制造企业。由于历史上欧美等发达国家冷链建设的推动，肉禽冷却工艺的基础研究已经比较完备，继续深入研究并取得突破的难度很大，因此研究工作主要集中在应用技术领域。但是基础研究过程的缺失导致应用技术研究很难取得对行业有重大影响的突破，例如猪屠宰加工，之前的两段冷却技术和近期的三段冷却技术都是欧美发达国家的研究成果，到目前为止国内只是在应用和模仿，其核心技术还没有完全掌握。

国内的标准体系比较完备，存在的问题主要是缺少以实验和实践数据支撑的原创性，实质上还是基础研究缺失导致的问题。另外标准体系不够协调，有不同标准对同一参数要求不一致的情况，例如《鲜、冻片猪肉》GB 9959.1—2001的4.2.2.1条要求“冷却片猪肉，屠宰后24h内，其后腿肌肉中心温度不高于4℃”，而《猪屠宰与分割车间设计规范》GB 50317—2009的7.1.1条要求“出冷却间的二分胴体（片猪肉）中心温度不应高于7℃”。

我国在装备制造和工程建设领域具有比较完整的产业链，肉禽冷却相关的装备与设施也不例外，几乎能够生产所有装备、建设所有设施，问题主要是整体技术水平不高，尤其是技术研发和创新不足。例如禽类冰水冷却装备制造技术全部来源于欧美等发达国家，国内到目前为止在技术方面没有实质性的创新。

生产运营方面问题更多，如前文所述，出于生产成本的考虑，国内肉禽冷却生产存在肉禽冷却产能低于肉禽屠宰产能、肉禽冷却产量远低于肉禽屠宰量、冷却加工的肉禽产品完全符合标准的比例较低等突出问题，最终导致肉禽产品整体的品质不高，甚至存在食品安全隐患。