不同堆放方式对冻猪肉冷藏效果的影响

刘海波　马国远　王磊

摘 要：冻猪肉在长期的冷藏过程中会由于冷藏温度不均匀导致猪肉品质下降，冷藏效果变差。为了提高冻猪肉的冷藏效果，本研究通过仿真模拟的手段，建立冻猪肉冷藏模型，分析不同堆放方式下冻猪肉的温度差异，进而获得有利于冻猪肉长期冷藏的堆放方式。结果表明：贴近壁面堆放的猪肉冷藏效果较差，集中堆放对于托盘底部猪肉的冷藏同样不利，回风口下方区域冷藏效果较差。因此，冻猪肉在冷库内应尽量远离壁面、分散堆放、避免在回风口下方堆放。

关键词：冻猪肉；冷藏效果；仿真模拟；堆放方式；温度差异

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

中圖分类号：TS205.7 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2017）06-0035-05

引文格式：

刘海波， 马国远， 王磊. 不同堆放方式对冻猪肉冷藏效果的影响[J]. 肉类研究， 2017， 31（6）： 35-39. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201706007. http：//www.rlyj.pub

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猪是中国最早被驯化的动物之一，在中国，食用家猪肉的历史可以追溯到距今约1 万年前[1]。猪肉纤维细软、结缔组织少，肌肉组织中含有较多的脂肪，经过烹调加工后味道特别鲜美[2]，猪肉在中国人的饮食结构中具有不可替代的地位。2016年前3 季度，我国的猪肉、牛肉、羊肉等禽肉产量为5 833 万t，其中猪肉产量3 690 万t[3]，中国已成为全世界最大的猪肉生产与消费大国[4]。

由于贮藏温度和成熟时间等的不同，猪肉有冷冻肉、热鲜肉及冷鲜肉之分[5]，目前市场上较受消费者欢迎的是热鲜肉和冷鲜肉[6]。然而，有专家指出只要正确解冻和合理食用，冷冻肉更卫生、新鲜、好吃、有营养。而且，作为国家储备肉的重要组成部分，冷冻猪肉还可作为应对突发事件、平抑肉价波动的重要手段[7]。目前市售的一部分冻鲜肉均为国家储备更换流动的冷藏期约为3 个月的冷冻肉。猪肉的整个生产加工环节如图1所示。在猪肉的整个生产、销售环节中，冷冻肉被贮藏的时间最长[8]，在长时间的冷藏过程中冻猪肉的品质容易受冷藏温度的影响而发生变化[9]。

通过仿真模拟与实验验证的手段预测食品在冷藏过程中的变化已经被广大学者采用[10-13]，仿真模拟方法具有成本低、能模拟较复杂和较理想过程的特点[14]。冷库内货物的冷藏过程可以通过模拟实现[15]，冷库内冷空气的气流组织变化同样可以通过模拟实现[16]，通过模拟改变冷库的设计参数和货物的包装可以实现冷藏效果的最佳化[17-18]。

本研究以提高冻猪肉库内冷藏效果为目的，建立仿真模型，对库内不同堆放方式的冻猪肉温度进行模拟，对比分析了不同堆放方式下冻猪肉冷藏效果的差异，并提出了针对冻猪肉堆放方式的建议，为更好地冷藏猪肉、保持猪肉品质、满足食品卫生要求提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

RC-4型便携式温度记录仪 江苏省精创电气股份有限公司；37000-00型风速计 美国Tri-Sense公司；

LDM-100激光测距仪 深圳华盛昌机械实业有限公司。

实验用冷库为北京市生活必需品政府储备冻猪肉专库，容量1 550 m3，由北京市篮丰五色土农副产品批发市场中心提供。

仿真模拟工具为Ansys 14.0软件，由北京市计算中心提供。

1.2 方法

本研究分为实验部分和仿真部分。实验部分获得的空库中空气温度测试值与仿真部分中获得的空库中空气温度模拟值相对照可以验证仿真冷库模型的有效性。当仿真冷库模型的有效性成立后，便可通过仿真的方式在其内部将冻猪肉按照不同方式堆放，探究冷冻猪肉在不同堆放方式下的冷藏效果。

1.2.1 实验部分

实验当日室外环境温度为10 ℃，实验用冷库为空库，使用冷风机进行强制冷却，工艺要求库内温度不高于-18 ℃。在空库内布置温度测试点，使用便携式温度记录仪记录各测试点的空气温度数值，测试点布置如图2所示。将实验测量的测试点温度与仿真模型对应位置所获得的测试点温度进行对照，验证仿真模型的有效性[19]。

冷库内安装有4 台冷风机，测量冷風机出风温度，并用风速计测量冷风机出口风速，测量方法以及布点方式按照等环面法确定[20]。

1.2.2 仿真部分

1.2.2.1 仿真模型的建立

首先建立冻猪肉储备专库的三维模型。冷库内部规格：长34 m，宽8 m，高5.7 m；回笼间规格：长3 m，宽2.5 m，高2.8 m；4 台冷风机底部距离地面3.5 m，位于库房中心位置。冷库的三维模型示意图如图3所示。

1.2.2.2 网格划分

对模型的网格划分以四面体网格为主，在适当的位置包含六面体、锥形和楔形网格，这种划分方法虽然生成过程比较复杂，但却有很好的适应性，有利于提高计算精度[21]。

1.2.2.3 模型的简化与假设

对模型做如下假设：由于实验用库房左右均有相同类型的冷库，因此左右两侧壁面均视为绝热；库房地面按绝热处理，忽略冷库内部管道、支架对温度场的影响；冷库内空气为理想不可压缩气体；室外温度恒定[22]。

1.2.2.4 边界条件和初始条件的确定

冷风机出口温度、风速按照测试值设定，出风温度为-21.3 ℃，风速为测量平均值7.32 m/s，湍流强度按5%设置；风机回风口条件设为自由出流；湍流模型采用标准k-ε模型，Simple算法，近壁区域流动采用壁面函数法。

1.2.2.5 冻猪肉参数设定[23]

冻猪肉密度取平均密度1 000 kg/m3，比热容Cp=1 340J/（kg·K），导热系数λ=1.4 W/（m·K），冻猪肉温度可根据生产工艺，按从其他库房调入的冻结猪肉温度计算，取-15 ℃。

1.2.2.6 猪肉的不同堆放方式

将猪肉码放在冷库内的托盘上，呈立方体状，托盘规格为1.2 m×1.0 m×0.1 m，猪肉立方体规格为1.2 m×1.0 m×2.0 m。5 种不同的堆放方式如图4所示，各种堆放方式均码放2 层托盘，共计160 盘，不同堆放方式下的托盘总数相同。

方式1. 猪肉均集中码放在一起，Z方向上猪肉与两侧墙壁间留有1.6 m间隙；方式2. 将堆放方式1在X方向上均分为2 堆，间距3 m；方式3. 将堆放方式1在Z方向上均分为2 堆，间距2 m，猪肉与两侧墙壁间留有0.6 m间隙；方式4. 将堆放方式3在X方向上均分为4 堆，X方向上间距3 m；方式5. 将堆放方式4在X方向上均分为8 堆，X方向上间距2 m。

1.3 数据处理

仿真实验所获得的数据均采用Tecplot 360 EX软件进行处理，其他数据使用Microsoft Excel 2010软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 实验结果与仿真结果的对比分析

由表1可知，仿真模拟结果在理想的热交换条件下获得，虽然忽略了现实条件下冷库内的初始温度场与空气流动状况，但从对比结果来看，虽然模拟值与测试值存在一定误差，经过计算，最大相对误差为9.76%，仍在可以接受的范围内[24]。因此，认为本研究所建立的冷库仿真模型及简化假设具有有效性，均可用于后续研究。

2.2 不同堆放方式的仿真结果与分析

堆放方式1、2托盘两侧距离冷库壁面的距离大于方式3、4、5，由图5可知，当托盘距离冷库两侧壁面更近时，托盘上猪肉侧面的冷却效果会变差，相当一部分区域的温度已经高于冷藏工艺要求的-18 ℃。堆放方式3、4、5中，在托盘与冷库两侧壁面距离相同的情况下，随着堆放方式更加分散，托盘上猪肉侧面的冷却效果有所改善，高温区域面积逐步减小。当托盘更加接近冷库壁面时，冷风机吹出的冷空气流动受到抑制，流动阻力加大，冷空气在此处流动速度变慢，空气与猪肉间的对流换热强度减小，冷却效果变差[25]，因此远离壁面的堆放方式对于猪肉侧面的冷藏效果更好。当猪肉更加分散堆放时，猪肉与冷空气的接触面积增大，冷却效果会有所提高，而且由于堆放方式的分散，原本空气流动相对迟滞的区域也相应变小，冷空气更加均匀地分布在托盘之前的空间内。因此，分散堆放时猪肉侧面的冷藏效果同样会有所提高。

由图6可知，底部猪肉的温度更高，这是由于底部猪肉的冷却仅仅依靠托盘空隙间的冷空气与猪肉自身间的热交换，而底部托盘间的空气流动是整个冷库中最不利的[26]。对比堆放方式1与方式3，发现托盘与冷库两侧壁面的距离对猪肉底部的冷藏效果并无明显影响，说明托盘与冷库两侧壁面的距离并不是影响猪肉底部冷藏效果的主要因素。然而随着托盘堆放方式的分散，猪肉底部温度场逐渐改善，对比堆放方式5与方式1，表明冷藏效果已明显提升。因此，分散堆放能够改善托盘底部猪肉的冷藏效果。

進一步观察各堆放方式下货物表面与底部的高温区域，发现无论何种堆放方式，高温区域均处于冷库X方向的中心区域，该区域位于实验冷库的冷风机回风口下方，由于回风区域处于冷风机强制送风冷却循环的末端，风速相对较低，空气温度相对较高，回风口下方区域若堆放猪肉，其冷藏温度势必较高[27]。因此，接近回风口区域堆放猪肉的冷藏效果较差。

3 结 论

相同数量的猪肉在冷藏条件相同、堆放方式不同的情况下，其冷藏效果有明显差异。对比各堆放方式并对冷库结构特点进行分析，对冻猪肉在库内的堆放方法提出以下建议：猪肉的码放应尽量远离冷库壁面，否则会使靠近壁面猪肉的冷藏温度无法达到工艺要求；尽可能分散堆放，这会使冻猪肉的冷藏效果较好；风冷式冷藏库在冷风机回风口下方的区域冷藏效果较差，因此应避免在该区域堆放货物。

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