劉海波　馬國遠(yuǎn)　王磊

摘 要：凍豬肉在長期的冷藏過程中會(huì)由于冷藏溫度不均勻?qū)е仑i肉品質(zhì)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(jìn)而獲得有利于凍豬肉長期冷藏的堆放方式。結(jié)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(fēng)口下方區(qū)域冷藏效果較差。因此，凍豬肉在冷庫內(nèi)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離壁面、分散堆放、避免在回風(fēng)口下方堆放。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2017）06-0035-05

引文格式：

劉海波， 馬國遠(yuǎn)， 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(dòng)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(xì)軟、結(jié)締組織少，肌肉組織中含有較多的脂肪，經(jīng)過烹調(diào)加工后味道特別鮮美[2]，豬肉在中國人的飲食結(jié)構(gòu)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(chǎn)量為5 833 萬t，其中豬肉產(chǎn)量3 690 萬t[3]，中國已成為全世界最大的豬肉生產(chǎn)與消費(fèi)大國[4]。

由于貯藏溫度和成熟時(shí)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(fèi)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(wèi)生、新鮮、好吃、有營養(yǎng)。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(yīng)對突發(fā)事件、平抑肉價(jià)波動(dòng)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(dòng)的冷藏期約為3 個(gè)月的冷凍肉。豬肉的整個(gè)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)如圖1所示。在豬肉的整個(gè)生產(chǎn)、銷售環(huán)節(jié)中，冷凍肉被貯藏的時(shí)間最長[8]，在長時(shí)間的冷藏過程中凍豬肉的品質(zhì)容易受冷藏溫度的影響而發(fā)生變化[9]。

通過仿真模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段預(yù)測食品在冷藏過程中的變化已經(jīng)被廣大學(xué)者采用[10-13]，仿真模擬方法具有成本低、能模擬較復(fù)雜和較理想過程的特點(diǎn)[14]。冷庫內(nèi)貨物的冷藏過程可以通過模擬實(shí)現(xiàn)[15]，冷庫內(nèi)冷空氣的氣流組織變化同樣可以通過模擬實(shí)現(xiàn)[16]，通過模擬改變冷庫的設(shè)計(jì)參數(shù)和貨物的包裝可以實(shí)現(xiàn)冷藏效果的最佳化[17-18]。

本研究以提高凍豬肉庫內(nèi)冷藏效果為目的，建立仿真模型，對庫內(nèi)不同堆放方式的凍豬肉溫度進(jìn)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(zhì)、滿足食品衛(wèi)生要求提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

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

LDM-100激光測距儀 深圳華盛昌機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司。

實(shí)驗(yàn)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(nóng)副產(chǎn)品批發(fā)市場中心提供。

仿真模擬工具為Ansys 14.0軟件，由北京市計(jì)算中心提供。

1.2 方法

本研究分為實(shí)驗(yàn)部分和仿真部分。實(shí)驗(yàn)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(yàn)證仿真冷庫模型的有效性。當(dāng)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(nèi)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(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)當(dāng)日室外環(huán)境溫度為10 ℃，實(shí)驗(yàn)用冷庫為空庫，使用冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，工藝要求庫內(nèi)溫度不高于-18 ℃。在空庫內(nèi)布置溫度測試點(diǎn)，使用便攜式溫度記錄儀記錄各測試點(diǎn)的空氣溫度數(shù)值，測試點(diǎn)布置如圖2所示。將實(shí)驗(yàn)測量的測試點(diǎn)溫度與仿真模型對應(yīng)位置所獲得的測試點(diǎn)溫度進(jìn)行對照，驗(yàn)證仿真模型的有效性[19]。

冷庫內(nèi)安裝有4 臺冷風(fēng)機(jī)，測量冷風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度，并用風(fēng)速計(jì)測量冷風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速，測量方法以及布點(diǎn)方式按照等環(huán)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(nèi)部規(guī)格：長34 m，寬8 m，高5.7 m；回籠間規(guī)格：長3 m，寬2.5 m，高2.8 m；4 臺冷風(fēng)機(jī)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(wǎng)格劃分

對模型的網(wǎng)格劃分以四面體網(wǎng)格為主，在適當(dāng)?shù)奈恢冒骟w、錐形和楔形網(wǎng)格，這種劃分方法雖然生成過程比較復(fù)雜，但卻有很好的適應(yīng)性，有利于提高計(jì)算精度[21]。

1.2.2.3 模型的簡化與假設(shè)

對模型做如下假設(shè)：由于實(shí)驗(yàn)用庫房左右均有相同類型的冷庫，因此左右兩側(cè)壁面均視為絕熱；庫房地面按絕熱處理，忽略冷庫內(nèi)部管道、支架對溫度場的影響；冷庫內(nèi)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(fēng)機(jī)出口溫度、風(fēng)速按照測試值設(shè)定，出風(fēng)溫度為-21.3 ℃，風(fēng)速為測量平均值7.32 m/s，湍流強(qiáng)度按5%設(shè)置；風(fēng)機(jī)回風(fēng)口條件設(shè)為自由出流；湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，Simple算法，近壁區(qū)域流動(dòng)采用壁面函數(shù)法。

1.2.2.5 凍豬肉參數(shù)設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)λ=1.4 W/（m·K），凍豬肉溫度可根據(jù)生產(chǎn)工藝，按從其他庫房調(diào)入的凍結(jié)豬肉溫度計(jì)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(nèi)的托盤上，呈立方體狀，托盤規(guī)格為1.2 m×1.0 m×0.1 m，豬肉立方體規(guī)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(jì)160 盤，不同堆放方式下的托盤總數(shù)相同。

方式1. 豬肉均集中碼放在一起，Z方向上豬肉與兩側(cè)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(cè)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(shù)據(jù)處理

仿真實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)均采用Tecplot 360 EX軟件進(jìn)行處理，其他數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比分析

由表1可知，仿真模擬結(jié)果在理想的熱交換條件下獲得，雖然忽略了現(xiàn)實(shí)條件下冷庫內(nèi)的初始溫度場與空氣流動(dòng)狀況，但從對比結(jié)果來看，雖然模擬值與測試值存在一定誤差，經(jīng)過計(jì)算，最大相對誤差為9.76%，仍在可以接受的范圍內(nèi)[24]。因此，認(rèn)為本研究所建立的冷庫仿真模型及簡化假設(shè)具有有效性，均可用于后續(xù)研究。

2.2 不同堆放方式的仿真結(jié)果與分析

堆放方式1、2托盤兩側(cè)距離冷庫壁面的距離大于方式3、4、5，由圖5可知，當(dāng)托盤距離冷庫兩側(cè)壁面更近時(shí)，托盤上豬肉側(cè)面的冷卻效果會(huì)變差，相當(dāng)一部分區(qū)域的溫度已經(jīng)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(cè)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(cè)面的冷卻效果有所改善，高溫區(qū)域面積逐步減小。當(dāng)托盤更加接近冷庫壁面時(shí)，冷風(fēng)機(jī)吹出的冷空氣流動(dòng)受到抑制，流動(dòng)阻力加大，冷空氣在此處流動(dòng)速度變慢，空氣與豬肉間的對流換熱強(qiáng)度減小，冷卻效果變差[25]，因此遠(yuǎn)離壁面的堆放方式對于豬肉側(cè)面的冷藏效果更好。當(dāng)豬肉更加分散堆放時(shí)，豬肉與冷空氣的接觸面積增大，冷卻效果會(huì)有所提高，而且由于堆放方式的分散，原本空氣流動(dòng)相對遲滯的區(qū)域也相應(yīng)變小，冷空氣更加均勻地分布在托盤之前的空間內(nèi)。因此，分散堆放時(shí)豬肉側(cè)面的冷藏效果同樣會(huì)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(dòng)是整個(gè)冷庫中最不利的[26]。對比堆放方式1與方式3，發(fā)現(xiàn)托盤與冷庫兩側(cè)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(cè)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(jìn)一步觀察各堆放方式下貨物表面與底部的高溫區(qū)域，發(fā)現(xiàn)無論何種堆放方式，高溫區(qū)域均處于冷庫X方向的中心區(qū)域，該區(qū)域位于實(shí)驗(yàn)冷庫的冷風(fēng)機(jī)回風(fēng)口下方，由于回風(fēng)區(qū)域處于冷風(fēng)機(jī)強(qiáng)制送風(fēng)冷卻循環(huán)的末端，風(fēng)速相對較低，空氣溫度相對較高，回風(fēng)口下方區(qū)域若堆放豬肉，其冷藏溫度勢必較高[27]。因此，接近回風(fēng)口區(qū)域堆放豬肉的冷藏效果較差。

3 結(jié) 論

相同數(shù)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，對凍豬肉在庫內(nèi)的堆放方法提出以下建議：豬肉的碼放應(yīng)盡量遠(yuǎn)離冷庫壁面，否則會(huì)使靠近壁面豬肉的冷藏溫度無法達(dá)到工藝要求；盡可能分散堆放，這會(huì)使凍豬肉的冷藏效果較好；風(fēng)冷式冷藏庫在冷風(fēng)機(jī)回風(fēng)口下方的區(qū)域冷藏效果較差，因此應(yīng)避免在該區(qū)域堆放貨物。

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