不同堆放方式對凍豬肉冷藏效果的影響

劉海波　馬國遠　王磊

摘 要：凍豬肉在長期的冷藏過程中會由于冷藏溫度不均勻導致豬肉品質下降，冷藏效果變差。為了提高凍豬肉的冷藏效果，本研究通過仿真模擬的手段，建立凍豬肉冷藏模型，分析不同堆放方式下凍豬肉的溫度差異，進而獲得有利于凍豬肉長期冷藏的堆放方式。結果表明：貼近壁面堆放的豬肉冷藏效果較差，集中堆放對于托盤底部豬肉的冷藏同樣不利，回風口下方區域冷藏效果較差。因此，凍豬肉在冷庫內應盡量遠離壁面、分散堆放、避免在回風口下方堆放。

關鍵詞：凍豬肉；冷藏效果；仿真模擬；堆放方式；溫度差異

Abstract： Long-term refrigeration of frozen pork will cause deterioration of pork quality due to uneven temperature distribution. In order to improve the temperature distribution in frozen pork during refrigeration storage， a simulation model for refrigeration of frozen pork was developed to investigate the differences in the temperature distribution in frozen pork piled up in different ways and consequently to find the best way of piling frozen pork up for long-term refrigeration. The results showed that samples piled up close to the walls had good temperature distribution. Concentrated piling was unfavorable for the samples on the bottom of trays. The area beneath the air outlet provided poor temperature distribution. In a refrigeration house， frozen pork should be kept far away from the walls as much as possible and scattered piling is recommended. In addition， frozen pork should not be piled up beneath the bottom of the air outlet.

Key words： frozen pork； refrigeration effect； simulation； piling way； temperature difference

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201706007

中圖分類號：TS205.7 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2017）06-0035-05

引文格式：

劉海波， 馬國遠， 王磊. 不同堆放方式對凍豬肉冷藏效果的影響[J]. 肉類研究， 2017， 31（6）： 35-39. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201706007. http：//www.rlyj.pub

LIU Haibo， MA Guoyuan， WANG Lei. Influence of different piling ways on the temperature distribution in frozen pork during refrigeration storage[J]. Meat Research， 2017， 31（6）： 35-39. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201706007. http：//www.rlyj.pub

豬是中國最早被馴化的動物之一，在中國，食用家豬肉的歷史可以追溯到距今約1 萬年前[1]。豬肉纖維細軟、結締組織少，肌肉組織中含有較多的脂肪，經過烹調加工后味道特別鮮美[2]，豬肉在中國人的飲食結構中具有不可替代的地位。2016年前3 季度，我國的豬肉、牛肉、羊肉等禽肉產量為5 833 萬t，其中豬肉產量3 690 萬t[3]，中國已成為全世界最大的豬肉生產與消費大國[4]。

由于貯藏溫度和成熟時間等的不同，豬肉有冷凍肉、熱鮮肉及冷鮮肉之分[5]，目前市場上較受消費者歡迎的是熱鮮肉和冷鮮肉[6]。然而，有專家指出只要正確解凍和合理食用，冷凍肉更衛生、新鮮、好吃、有營養。而且，作為國家儲備肉的重要組成部分，冷凍豬肉還可作為應對突發事件、平抑肉價波動的重要手段[7]。目前市售的一部分凍鮮肉均為國家儲備更換流動的冷藏期約為3 個月的冷凍肉。豬肉的整個生產加工環節如圖1所示。在豬肉的整個生產、銷售環節中，冷凍肉被貯藏的時間最長[8]，在長時間的冷藏過程中凍豬肉的品質容易受冷藏溫度的影響而發生變化[9]。

通過仿真模擬與實驗驗證的手段預測食品在冷藏過程中的變化已經被廣大學者采用[10-13]，仿真模擬方法具有成本低、能模擬較復雜和較理想過程的特點[14]。冷庫內貨物的冷藏過程可以通過模擬實現[15]，冷庫內冷空氣的氣流組織變化同樣可以通過模擬實現[16]，通過模擬改變冷庫的設計參數和貨物的包裝可以實現冷藏效果的最佳化[17-18]。

本研究以提高凍豬肉庫內冷藏效果為目的，建立仿真模型，對庫內不同堆放方式的凍豬肉溫度進行模擬，對比分析了不同堆放方式下凍豬肉冷藏效果的差異，并提出了針對凍豬肉堆放方式的建議，為更好地冷藏豬肉、保持豬肉品質、滿足食品衛生要求提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

RC-4型便攜式溫度記錄儀 江蘇省精創電氣股份有限公司；37000-00型風速計 美國Tri-Sense公司；

LDM-100激光測距儀 深圳華盛昌機械實業有限公司。

實驗用冷庫為北京市生活必需品政府儲備凍豬肉專庫，容量1 550 m3，由北京市籃豐五色土農副產品批發市場中心提供。

仿真模擬工具為Ansys 14.0軟件，由北京市計算中心提供。

1.2 方法

本研究分為實驗部分和仿真部分。實驗部分獲得的空庫中空氣溫度測試值與仿真部分中獲得的空庫中空氣溫度模擬值相對照可以驗證仿真冷庫模型的有效性。當仿真冷庫模型的有效性成立后，便可通過仿真的方式在其內部將凍豬肉按照不同方式堆放，探究冷凍豬肉在不同堆放方式下的冷藏效果。

1.2.1 實驗部分

實驗當日室外環境溫度為10 ℃，實驗用冷庫為空庫，使用冷風機進行強制冷卻，工藝要求庫內溫度不高于-18 ℃。在空庫內布置溫度測試點，使用便攜式溫度記錄儀記錄各測試點的空氣溫度數值，測試點布置如圖2所示。將實驗測量的測試點溫度與仿真模型對應位置所獲得的測試點溫度進行對照，驗證仿真模型的有效性[19]。

冷庫內安裝有4 臺冷風機，測量冷風機出風溫度，并用風速計測量冷風機出口風速，測量方法以及布點方式按照等環面法確定[20]。

1.2.2 仿真部分

1.2.2.1 仿真模型的建立

首先建立凍豬肉儲備專庫的三維模型。冷庫內部規格：長34 m，寬8 m，高5.7 m；回籠間規格：長3 m，寬2.5 m，高2.8 m；4 臺冷風機底部距離地面3.5 m，位于庫房中心位置。冷庫的三維模型示意圖如圖3所示。

1.2.2.2 網格劃分

對模型的網格劃分以四面體網格為主，在適當的位置包含六面體、錐形和楔形網格，這種劃分方法雖然生成過程比較復雜，但卻有很好的適應性，有利于提高計算精度[21]。

1.2.2.3 模型的簡化與假設

對模型做如下假設：由于實驗用庫房左右均有相同類型的冷庫，因此左右兩側壁面均視為絕熱；庫房地面按絕熱處理，忽略冷庫內部管道、支架對溫度場的影響；冷庫內空氣為理想不可壓縮氣體；室外溫度恒定[22]。

1.2.2.4 邊界條件和初始條件的確定

冷風機出口溫度、風速按照測試值設定，出風溫度為-21.3 ℃，風速為測量平均值7.32 m/s，湍流強度按5%設置；風機回風口條件設為自由出流；湍流模型采用標準k-ε模型，Simple算法，近壁區域流動采用壁面函數法。

1.2.2.5 凍豬肉參數設定[23]

凍豬肉密度取平均密度1 000 kg/m3，比熱容Cp=1 340J/（kg·K），導熱系數λ=1.4 W/（m·K），凍豬肉溫度可根據生產工藝，按從其他庫房調入的凍結豬肉溫度計算，取-15 ℃。

1.2.2.6 豬肉的不同堆放方式

將豬肉碼放在冷庫內的托盤上，呈立方體狀，托盤規格為1.2 m×1.0 m×0.1 m，豬肉立方體規格為1.2 m×1.0 m×2.0 m。5 種不同的堆放方式如圖4所示，各種堆放方式均碼放2 層托盤，共計160 盤，不同堆放方式下的托盤總數相同。

方式1. 豬肉均集中碼放在一起，Z方向上豬肉與兩側墻壁間留有1.6 m間隙；方式2. 將堆放方式1在X方向上均分為2 堆，間距3 m；方式3. 將堆放方式1在Z方向上均分為2 堆，間距2 m，豬肉與兩側墻壁間留有0.6 m間隙；方式4. 將堆放方式3在X方向上均分為4 堆，X方向上間距3 m；方式5. 將堆放方式4在X方向上均分為8 堆，X方向上間距2 m。

1.3 數據處理

仿真實驗所獲得的數據均采用Tecplot 360 EX軟件進行處理，其他數據使用Microsoft Excel 2010軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 實驗結果與仿真結果的對比分析

由表1可知，仿真模擬結果在理想的熱交換條件下獲得，雖然忽略了現實條件下冷庫內的初始溫度場與空氣流動狀況，但從對比結果來看，雖然模擬值與測試值存在一定誤差，經過計算，最大相對誤差為9.76%，仍在可以接受的范圍內[24]。因此，認為本研究所建立的冷庫仿真模型及簡化假設具有有效性，均可用于后續研究。

2.2 不同堆放方式的仿真結果與分析

堆放方式1、2托盤兩側距離冷庫壁面的距離大于方式3、4、5，由圖5可知，當托盤距離冷庫兩側壁面更近時，托盤上豬肉側面的冷卻效果會變差，相當一部分區域的溫度已經高于冷藏工藝要求的-18 ℃。堆放方式3、4、5中，在托盤與冷庫兩側壁面距離相同的情況下，隨著堆放方式更加分散，托盤上豬肉側面的冷卻效果有所改善，高溫區域面積逐步減小。當托盤更加接近冷庫壁面時，冷風機吹出的冷空氣流動受到抑制，流動阻力加大，冷空氣在此處流動速度變慢，空氣與豬肉間的對流換熱強度減小，冷卻效果變差[25]，因此遠離壁面的堆放方式對于豬肉側面的冷藏效果更好。當豬肉更加分散堆放時，豬肉與冷空氣的接觸面積增大，冷卻效果會有所提高，而且由于堆放方式的分散，原本空氣流動相對遲滯的區域也相應變小，冷空氣更加均勻地分布在托盤之前的空間內。因此，分散堆放時豬肉側面的冷藏效果同樣會有所提高。

由圖6可知，底部豬肉的溫度更高，這是由于底部豬肉的冷卻僅僅依靠托盤空隙間的冷空氣與豬肉自身間的熱交換，而底部托盤間的空氣流動是整個冷庫中最不利的[26]。對比堆放方式1與方式3，發現托盤與冷庫兩側壁面的距離對豬肉底部的冷藏效果并無明顯影響，說明托盤與冷庫兩側壁面的距離并不是影響豬肉底部冷藏效果的主要因素。然而隨著托盤堆放方式的分散，豬肉底部溫度場逐漸改善，對比堆放方式5與方式1，表明冷藏效果已明顯提升。因此，分散堆放能夠改善托盤底部豬肉的冷藏效果。

進一步觀察各堆放方式下貨物表面與底部的高溫區域，發現無論何種堆放方式，高溫區域均處于冷庫X方向的中心區域，該區域位于實驗冷庫的冷風機回風口下方，由于回風區域處于冷風機強制送風冷卻循環的末端，風速相對較低，空氣溫度相對較高，回風口下方區域若堆放豬肉，其冷藏溫度勢必較高[27]。因此，接近回風口區域堆放豬肉的冷藏效果較差。

3 結 論

相同數量的豬肉在冷藏條件相同、堆放方式不同的情況下，其冷藏效果有明顯差異。對比各堆放方式并對冷庫結構特點進行分析，對凍豬肉在庫內的堆放方法提出以下建議：豬肉的碼放應盡量遠離冷庫壁面，否則會使靠近壁面豬肉的冷藏溫度無法達到工藝要求；盡可能分散堆放，這會使凍豬肉的冷藏效果較好；風冷式冷藏庫在冷風機回風口下方的區域冷藏效果較差，因此應避免在該區域堆放貨物。

參考文獻：

[1] 任樂樂， 董廣輝. “六畜”的起源和傳播歷史[J]. 自然雜志， 2016， 38（4）： 257-262. DOI：10.3969/j.issn.0253-9608.2016.04.005.

[2] 好好. 豬肉[J]. 啟蒙（0～3歲）， 2016（2）： 42. DOI：10.3969/j.issn.1004-4973.2016.02.027.

[3] 中華人民共和國國家統計局. 前三季度國民經濟運行穩中有進、穩中提質[EB/OL]. （2016-10-19） [2017-01-17]. http：//www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201610/t20161019_1411224.html.

[4] 胡國良. 我國養豬業規?；l展的幾點思考[J]. 飼料與畜牧·規模養豬， 2013（12）： 1.

[5] 袁先群， 賀稚非， 李洪軍， 等. 不同貯藏溫度托盤包裝冷鮮豬肉的品質變化[J]. 食品科學， 2012， 33（6）： 264-268.

[6] 金鑫， 禹迎迎， 徐幸蓮， 等. 不同溫度貯藏熱鮮豬肉品質變化比較[J]. 食品科學， 2012， 33（16）： 261-265.

[7] 舒安麗. 中央儲備凍豬肉收儲政策及其對市場的影響[J]. 中國動物保健， 2014（5）： 9-10. DOI：10.3969/j.issn.1008-4754.2014.05.004.

[8] ZHONG Qing. Research on partially frozen storage of pork in circulation[J]. Times Agricultural Machinery， 2016（9）： 69； 102.

[9] ALONSO V， MUELA E， TENAS J， et al. Changes in physicochemical properties and fatty acid composition of pork following long-term frozen storage[J]. European Food Research and Technology， 2016， 242（12）： 2119-2127. DOI：10.1007/s00217-016-2708-y.

[10] BARBON A P A C， BARBON S， Jr， MANTOVANI R G， et al. Storage time prediction of pork by computational intelligence[J]. Computers and Electronics in Agriculture， 2016， 127： 368-375.

[11] KIM H W， JEONG J Y， SEOL K H， et al. Effects of edible films containing procyanidin on the preservation of pork meat during chilled storage[J]. Korean Journal for Food Science of Animal Resources， 2016， 36（2）： 230-236.

[12] 孫海亭， 周軻， 楊艷青， 等. 利用CFD模型研究蘋果冷藏庫內的空氣流動[J]. 保鮮與加工， 2014（4）： 27-33.

[13] 周軻， 王瑞華， 孫海亭， 等. CFD模擬兩種風機位置的蘋果冷藏庫的溫度場[J]. 中國農機化學報， 2016， 37（7）： 75-79； 105.

[14] XIE Jing， TANG Yi， WANG Jinfeng， et al. Numerical simulation on temperature distributions to cold store[J]. Applied Mechanics and Materials， 2012， 217/219（62）： 1460-1464.

[15] ARJONA-ROM?N J L， HERN?NDEZ-GARC?A R P， NAVARRO-LIM?N I， et al. Heat capacity prediction during pork meat thawing： application of artificial neural network[J]. Journal of Food Process Engineering， 2016， 40（2）： e12399. DOI：10.1111/jfpe.12399.

[16] LI Shuo， WANG Shucai， CHENG Fang， et al. Numerical simulation of the gas flow field in the cold storage and freezing process of procambarus clarkii[J]. Advance Journal of Food Science and Technology， 2015， 7（6）： 3243-3256.

[17] ZHOU Dan， YUAN Aimin， LI Shuang， et al. Numerical simulation on effects of stacks on flow distribution in solid cold storage with down flow air coolers[J]. Refrigeration and Air-Conditioning， 2016（1）： 35-40.

[18] ZHONG Xiaohui， ZHAI Yuling， GOU Yunjun. Numerical simulation of small cold storage[J]. Applied Mechanics and Materials， 2011， 50/51： 896-900. DOI：10.4028/www.scientific.net/AMM.50-51.896.

[19] 季阿敏. 果蔬氣調貯藏冷卻階段溫度變化的數值模擬及驗證[J]. 農業工程學報， 2006， 22（5）： 24-27.

[20] 方修睦. 建筑環境測試技術[M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2002： 135-137.

[21] 謝晶， 湯毅， 王金鋒， 等. 三維流體力學預測風機不同布置形式對冷庫氣流的影響[J]. 食品工業科技， 2011， 32（11）： 349-351； 419.

[22] 劉清江， 章瑩， 申江， 等. 高大空間冷庫氣流的模擬研究[C]//第七屆全國食品冷藏鏈大會論文集. 青島： 中國制冷學會， 2010： 139-141.

[23] 中華人民共和國商務部. 冷庫設計規范[M]. 北京： 中國計劃出版社， 2010.

[24] 甄仌， 王磊. 臥式敞開式食品冷藏陳列柜出風口設計參數優化[J]. 食品工業科技， 2016， 37（9）： 273-276. DOI：10.13386/j.issn1002-0306.2016.09.044.

[25] XIE Jing， MIAO Chen， TANG Yi， et al. Computational fluid dynamics simulation of influence of different intervals of product to the huge cold store[J]. Advanced Materials Research， 2013， 740： 226-231.

[26] 胡耀華， 蔣國振， 熊來怡， 等. 獼猴桃冷庫內流場的CFD模擬[J]. 農機化研究， 2012， 34（5）： 155-159. DOI：10.3969/j.issn.1003-188X.2012.05.039.

[27] MIAO Chen， XIE Jing. Unsteady state numerical simulation and verification of flow field of air curtain in cold stores[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2013， 29（7）： 246-253. DOI：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.07.031.