豬胴體預冷過程中霧化增濕與噴淋對干耗的影響差異性研究

張 楠,杜世偉,陳玉侖,李春保,李毅念,周光宏,*

(1.南京農業大學,江蘇南京 210095;2.江蘇省蘇食肉品有限公司,江蘇南京 210031)

豬胴體預冷過程中霧化增濕與噴淋對干耗的影響差異性研究

張 楠1,2,杜世偉1,陳玉侖1,李春保1,李毅念1,周光宏1,*

(1.南京農業大學,江蘇南京 210095;2.江蘇省蘇食肉品有限公司,江蘇南京 210031)

本研究對比了霧化增濕與霧化噴淋兩種方式對豬胴體預冷干耗的影響。采用超聲霧化加濕器來增加預冷環境濕度方式以及氣液兩相流間歇霧化噴淋的方式分別對豬胴體樣品進行預冷處理,以直接冷卻豬胴體樣品為對照組。實驗結果表明:霧化增濕組樣品最終平均干耗為1.442%,經14 h霧化噴淋處理的各樣品繼續冷卻至24 h后測得最終平均干耗為1.066%,對照組實驗樣品最終平均干耗為2.914%。霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可使豬胴體冷卻速度加快(p<0.05)。霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可有效縮短樣品干耗達到峰值的時間(p<0.05),其達到峰值時間關系為:霧化噴淋組<霧化增濕組<對照組。霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可顯著降低豬胴體預冷干耗(p<0.05);霧化噴淋冷卻處理比霧化增濕冷卻處理降低干耗效果更為理想(p<0.05)。

豬胴體,干耗,霧化增濕,霧化噴淋

豬胴體在預冷過程中,由于胴體表面水蒸汽壓力大于冷卻空氣中的水蒸汽分壓力,在蒸汽壓力差的推動下,胴體表面蒸發出來的水蒸汽不斷向冷卻空氣中擴散,從而導致豬胴體內水分散失,使胴體預冷過程產生干耗[1]。

預冷與胴體干耗的關系一直深受冷鮮肉業內的關注,歐美屠宰行業很早就注意到,畜禽胴體在預冷過程中存在較大的水分蒸發損耗[2]。在中國,豬胴體預冷通常采用常規風冷,在冷卻過程中干耗較大(1.85%～3.5%)[3-4],給企業造成很大的經濟損失,同時由于風干帶走水分[5-6],嚴重影響冷卻肉的品質和外觀。

預冷干耗受多種因素相互作用的影響[7],因而預冷方式也多種多樣。研究人員對宰后新鮮豬胴體預冷降耗方面進行了大量實驗研究,主要包括兩段式冷卻[8-10]、增濕[11]、噴淋[12-14]、套袋[15]和涂膜[16-17]等方法。研究發現,二段式冷卻比一段式冷卻水分損耗低0.1%～0.2%[9];霧化增濕方式增加冷卻環境相對濕度可在冷卻24 h后降低豬白條冷卻干耗0.237%[11];霧化噴淋冷卻方式可使胴體干耗明顯降低至1%以下[12];套袋可以有效降低預冷損耗,并且利用套袋方式冷卻豬胴體,冷卻時間為4 h更適宜[13]。

目前,在豬胴體預冷研究領域,張向前[3,13]、李紅民[5]等分別對剛屠宰后的新鮮豬胴體進行預冷庫大環境霧化噴淋處理,得出霧化噴淋預冷方法的確可以有效降低豬胴體干耗,已經被業內研究人員廣泛認可;而余忠、肖華黨等[11]人利用對豬胴體預冷環境霧化增濕的方法同樣得出可以有效降低豬胴體預冷干耗。由于不同研究人員所采用的預冷環境場所不同、豬胴體品種差異、實驗條件差異等原因,而不能比較上述兩種預冷方式在豬胴體降耗效果方面的優劣。

本文主要研究了在實驗室人工氣候箱恒定預冷溫度條件下,通過增加氣候箱內濕度到設定值,來進行霧化增濕實驗;通過氣液兩相流霧化噴淋豬胴體表面來完成霧化噴淋實驗;并將在同樣條件下不做任何加濕與噴淋處理的豬胴體樣品作為對照組。目的是將兩種預冷方式放在同樣的實驗環境下進行對比實驗,并與對照組相比較,來確定相同條件下降低豬胴體干耗的最佳預冷方式,以期對實際生產應用起到指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬胴體樣品 取自江蘇省南京六合六城生豬定點屠宰場經常規工藝屠宰后45 min內的豬胴體(“杜長大”型)取脊背部位的兩塊(各1000 g左右)作為實驗樣品(長×寬×厚:150 mm×120 mm×60 mm),并分別標號為樣品1,樣品2,置于人工氣候箱內進行冷卻實驗。

RGQ-360N型人工氣候箱 上海森信實驗儀器有限公司;YC-D209E型超聲波加濕器 北京亞都環保科技有限公司;AG-8010-4型水泵 廣州雨沃機電設備有限公司;550-2411524型無油空氣壓縮機 浙江盛源空壓機制造有限公司;JJ1000型電子稱(精確度0.01 g) 常熟市雙杰測試儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 冷卻方法 實驗豬肉樣品懸掛于人工氣候箱內。霧化增濕實驗[12]使用超聲波加濕器噴霧來增加人工氣候箱內濕度到100%并保持,通過縮小豬肉樣品表面與箱內環境水蒸汽壓差來實現降低干耗目的,霧化增濕處理14 h。霧化噴淋實驗[13]使用噴嘴氣液兩相流霧化噴淋樣品表面,噴淋間隔30 min,噴淋要均勻,以樣品下部沒有水滴落下為標準,噴淋處理14 h后繼續在氣候箱中冷卻至24 h,測得其最終質量。對照組實驗豬肉樣品不做任何增濕、噴淋處理。每組實驗重復3次。人工氣候箱內溫度控制在0～4 ℃。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 樣品干耗 樣品放入人工氣候箱前稱重一次,之后每隔0.5 h測一次樣品質量,根據公式(1)計算出樣品干耗[9]。

式(1)

式中:L為樣品干耗(%);W0為初始質量(g);W測為不同時刻測得質量(g)。

1.2.2.2 冷卻速度 參考文獻[13]的方法,樣品放入人工氣候箱前測量其中間內部4 cm處初始溫度,之后每隔0.5 h測一次溫度,記錄溫度變化情況。

1.3 數據統計分析

利用SPSS 19.0中的單因素ANOVA和LSD多重比較對數據進行統計分析,以p<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 霧化增濕對豬肉樣品干耗的影響

霧化增濕組與對照組樣品平均干耗變化曲線如圖1所示,對照組實驗所有樣品最終平均干耗為2.914%,霧化增濕組所有樣品最終平均干耗為1.442%。對照組實驗樣品自預冷開始至13 h內干耗曲線一直保持上升趨勢,但曲線斜率在逐漸減小,預冷最后1 h干耗曲線趨于穩定。霧化增濕組實驗樣品在放入氣候箱內前2 h干耗增加顯著,之后變化趨勢較平穩;樣品在冷卻至7.5 h時干耗出現峰值,之后干耗值呈現緩慢下降趨勢,但最終在冷卻至12.5 h后達到穩定值。

圖1 霧化增濕組與對照組樣品平均干耗曲線Fig.1 Average weight-loss curve of environmental humidifier and control group

余忠等[11]在濕度值為89%～94%的環境下測得豬胴體冷卻24 h干耗值為1.586%,而本次實驗兩樣品冷卻14 h干耗值為1.442%,比對照組樣品最終平均干耗降低1.472%(p<0.05)。這說明增加預冷環境濕度值,即縮小樣品表面與預冷環境間水蒸汽壓力差,可明顯降低預冷干耗。霧化增濕處理的樣品在預冷過程中的前2 h,由于樣品表面與預冷環境溫差較大,導致預冷前期干耗增加顯著,隨著溫差逐漸縮小,水蒸汽壓力差減小,樣品干耗值增加緩慢;實驗樣品干耗值在達到峰值后呈現緩慢下降趨勢,主要是因為箱內濕度過飽和[18],霧氣在箱內壁凝結產生水珠,滴至樣品表面,使樣品質量增加,干耗下降,在對箱內壁水珠進行人工清除后,發現樣品干耗最終達到穩定值。而對照組實驗樣品干耗值在趨于穩定之前,由于樣品表面與預冷環境溫差減小緩慢,使水蒸汽壓力差減小亦緩慢,導致干耗值不斷升高,直到溫差為零,干耗值才趨于穩定。

2.2 霧化噴淋對豬肉樣品干耗的影響

霧化噴淋組與對照組樣品平均干耗變化曲線如圖2所示,在進行霧化噴淋1.5 h左右時,實驗樣品平均干耗值達峰值;之后隨時間逐漸降低,冷卻至7.5 h時降至零干耗;繼續對樣品進行霧化噴淋,干耗為負。經14 h霧化噴淋處理的各樣品繼續冷卻至24 h后測得最終平均干耗為1.066%,比對照組實驗樣品最終干耗平均值降低了1.848%(p<0.05)。

圖2 霧化噴淋組與對照組樣品平均干耗曲線Fig.2 Average weight-loss curve of spray-chilling and control group

在開始冷卻的1.5 h內,由于樣品表面與箱內環境溫差較大,蒸汽壓差大,導致間隔霧化噴淋量不足以抵消樣品質量損失量,干耗值增加顯著;隨著溫差縮小,水蒸汽壓差減小,樣品質量散失量小于霧化噴淋附著量,樣品質量增加,干耗逐漸降低;隨著霧化噴淋時間增加,樣品干耗降為零,甚至達到負值,樣品質量超過其初始質量。

2.3 冷卻速度差異

3組實驗所有樣品冷卻速度曲線如圖3所示,預冷過程中樣品內部溫度關系為:對照組>霧化增濕組>霧化噴淋組,并且霧化增濕組和霧化噴淋組樣品均先于對照組達到穩定值(p<0.05)。這主要因為霧化噴淋組直接將水汽噴淋于樣品表面,形成一層致密均勻的水膜覆蓋于樣品表面,水膜在氣流場的作用下開始氣化形成水蒸氣,帶走大量熱量[19-20],使霧化噴淋組樣品冷卻速度加快,霧化增濕組樣品冷卻速度次之,對照組冷卻速度最慢。由此說明霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可使胴體內部溫度冷卻速度加快。

圖3 冷卻速度對比曲線Fig.3 The contrast curve of cooling rate

2.4 兩種預冷方式降耗效果差異顯著性分析

由表1可見,對照組分別與霧化噴淋組、霧化增濕組平均干耗值差異顯著(p<0.05),大小關系為:對照組>霧化增濕組>霧化噴淋組。霧化噴淋組與霧化增濕組對豬胴體樣品平均干耗值影響亦具有顯著差異(p<0.05)。實驗結果表明:霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可顯著降低豬胴體預冷干耗(p<0.05);霧化噴淋冷卻處理比霧化增濕冷卻處理降低干耗效果更為理想(p<0.05)。

表1 不同預冷方式對豬胴體樣品干耗的影響Table 1 Effect of different cooling methods on the weight-loss of pig carcasses samples

注:同一列內不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.5 兩種冷卻方式干耗值與溫度的關系曲線

根據霧化增濕組中一樣品、霧化噴淋組中一樣品及對照組一樣品所測干耗數據與內部中心溫度的關系曲線分別如圖4a～圖4c所示。

圖4 3組實驗某一樣品干耗值與內部中心溫度關系曲線Fig.4 The relative curve between the weight-loss of pig carcasses and internal temperature in three group

根據圖4a可見,在對照組實驗中,預冷開始第1 h內樣品內部溫度下降幅度最大為10.5 ℃,同時樣品干耗值接近線性增加,達到0.76%,占最終總干耗的26.17%;之后干耗曲線一直保持上升趨勢,但曲線斜率在逐漸減小,預冷最后1 h干耗曲線趨于穩定,同時,樣品內部溫度達到穩定值1.5 ℃。

根據圖4b可以看出,在霧化增濕實驗中,預冷開始第1 h內樣品內部溫度下降幅度最大為14 ℃,同時樣品干耗值接近線性增加,達到0.89%,占最終總干耗的66.42%;第2 h內樣品內部溫度下降幅度為7 ℃,同時樣品干耗值達到1.18%,占最終總干耗的88.06%;第3 h內樣品內部溫度下降幅度為4 ℃,同時樣品干耗值達到1.31%,占最終總干耗的97.76%;之后干耗曲線增長較為緩慢,在預冷第7 h時,樣品內部溫度達到穩定值1.5 ℃,樣品干耗值達到最大值1.49%,比對照組樣品提前6 h達到最大干耗值。隨后干耗曲線呈現緩慢下降趨勢,但最終趨于穩定。

根據圖4c可以看出,在霧化噴淋實驗中,預冷開始第1 h內樣品內部溫度下降幅度最大為14.5 ℃,與霧化增濕組樣品溫度降相差不大,經總體樣本統計分析后可知此兩種預冷方式在預冷初期1 h內對溫度下降影響不顯著(p<0.05),但樣品干耗值為0.55%,比霧化增濕組樣品干耗低0.34%;在預冷開始第1.5 h時樣品干耗即達到最大值0.67%,比霧化增濕組樣品提前5.5 h達到最大干耗值,之后開始逐漸降低。

預冷前期溫度差較大,由胴體內部向外傳遞熱量較大,產生的溫度降也較大,該過程中熱量傳遞的同時伴隨著質量的傳遞,結果使胴體干耗顯著增加。隨著冷卻時間延長,溫度差逐漸縮小,推動作用減弱,干耗值增加緩慢。當樣品內部溫度達到1.5 ℃,即內部溫度與外界預冷環境溫度達到平衡時干耗值達到最大值。

通過對3組實驗結果進行總體樣本統計分析可知,霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可有效縮短樣品干耗達到峰值的時間,其達到峰值時間關系為:霧化噴淋組<霧化增濕組<對照組,提前使樣品內部所含水分不再散失,從而使降低干耗效果顯著(p<0.05)。

3 結論與討論

通過以上實驗分析可知,霧化噴淋處理與霧化增濕處理與對照組相比均可有效降低豬胴體預冷干耗,并且霧化噴淋與霧化增濕兩種預冷方式降耗效果差異顯著(p<0.05)。霧化噴淋冷卻處理降耗效果要優于霧化增濕冷卻處理,同時可以加速胴體內部溫度冷卻,提前達到樣品干耗峰值。因此在豬胴體霧化噴淋冷卻技術的實際應用中,應優先采用霧化噴淋方式對豬胴體進行冷卻,且采用間歇式噴淋方法。由于預冷初期的2～3 h內胴體內部溫度與預冷環境之間溫度差較大,冷卻速率較快,向外散熱量大,帶走的水分比較多[21],應該適當縮短對豬胴體的霧化噴淋間隔,以補充胴體對外散失的水分,噴淋后期逐漸擴大霧化噴淋間隔。

霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可顯著降低豬胴體預冷干耗(p<0.05);霧化噴淋冷卻處理比霧化增濕冷卻處理降低干耗效果更為理想(p<0.05)。霧化噴淋預冷方式可將豬胴體24 h干耗控制在1.066%左右,比霧化增濕方式平均干耗值低0.376%,比對照組平均干耗值低1.848%(p<0.05)。霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可加速豬胴體冷卻,使胴體內部溫度提前達到穩定值(p<0.05)。霧化噴淋冷卻處理與霧化增濕冷卻處理均可有效縮短樣品干耗達到峰值的時間,其達到峰值時間關系為:霧化噴淋組<霧化增濕組<對照組,提前使樣品內部所含水分不再散失,從而使降低干耗效果顯著(p<0.05)。

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Difference of effects of environmental humidifier and spray-chilling on weight-loss of pig carcasses in cooling process

ZHANG Nan1,2,DU Shi-wei1,CHEN Yu-lun1,LI Chun-bao1,LI Yi-nian1,ZHOU Guang-hong1,*

(1.Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;2.Jiangsu Food Group,Nanjing 210031,China)

In this study,effects of cooling process on the weight-loss of pig carcasses under environmental humidifier condition and spray-chilling condition were compared. Cooling process of pig carcasses were conducted under the environmental humidifier condition by ultrasonic atomization humidifier increasing environment humidity and under spray-chilling condition by gas-liquid two-phase flow intermittently spraying,and experiment sample without humidification and spray treatment was regarded as control group. The experiment results indicated that the final average weight-loss of samples under environmental humidifier condition(humidity 100%)was 1.442%,and the final average weight-loss of samples under spray-chilling condition for 14 h and then cooling to 24 h was 1.066%,and the final average weight-loss of samples for control group was 2.914%. Spray-chilling and environmental humidifier cooling treatment can increase the cooling velocity of pig carcass(p<0.05). The spray-chilling treatment and environmental humidifier treatment can reduce effectively the weight-loss peak time(p<0.05). Relationship of the weight loss peak time for three groups is spray-chilling

pig carcass;weight-loss;environmental humidifier;spray-chilling

2016-07-28

張楠(1981-)，男，博士研究生，研究方向為畜產品加工與質量控制，E-mail：zhangyulun@163.com。

*通訊作者:周光宏(1960-)，男，博士，教授，研究方向：畜產品加工與質量控制，E-mail：ghzhou@njau.edu.cn。

“十二五”國家科技支撐計劃(2014BAD19B01)。

TS251.1

A

:1002-0306(2017)03-0322-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.03.054