我国羊屠宰加工关键技术装备现状及发展趋势

郭 楠 潘 满 王子戡 蒋俊强

中国农业机械化科学研究院 北京 100083

农业农村部《社会资本投资农业农村指引》中强调稳步推进羊肉产业发展，增加肉类市场总体供应。我国羊肉生产消费量居世界首位，羊屠宰加工业近年来得到较大发展，满足了人民美好生活需求的迫切需要。

本文阐述了我国肉羊产业现状、羊屠宰加工工艺及关键技术装备研究现状、存在问题及科技趋势，旨在为羊屠宰加工业发展提出建议。

1 我国肉羊产业现状

我国是羊肉生产第一大国，主要集中在内蒙、新疆、山东、河南等地，中西部地区的肉羊占全国50%以上[1]。随着国民生活水平和生活质量逐步提高，肉类消费结构发生变化，羊肉因含有较高的蛋白质，而脂肪和胆固醇含量却较低，成为城乡居民主要的“菜篮子”产品，更是牧区和穆斯林人民的生活必需品。“十三五”以来，中国肉羊产量持续稳步增长，羊肉进口量保持高位，羊肉价格整体呈上涨态势，羊肉生产消费量稳步提升，并呈供不应求的趋势。根据国家统计局数据汇总我国肉羊及羊肉情况如表1。

表1 中国肉羊存栏与出栏情况

由表1可知：2014～2019年我国肉羊存栏量较为稳定，出栏量逐年上涨且出栏量涨幅大于存栏量上涨幅度。截止至2019年我国肉羊存栏量、出栏量分别为30 072.14万只、31 699万只。

分析表2可知：2015～2019年我国羊肉需求旺盛，羊肉生产消费量稳步提升，2019年我国羊肉总产量487.52万t，同比增长2.6%，羊肉消费量527.04万t[2]；羊肉进口量逐年递增，出口量却呈下滑趋势且羊肉进口量远高于出口量，羊肉供给和消费国际依存度较高。一方面，羊肉产量的提升不能完全满足市场需求的上涨，需依靠进口填补羊肉需缺；另一方面，我国分割标准的修订起步较晚，羊肉优质增值技术较落后，导致羊肉出口较少。

表2 中国羊肉生产消费及进出口情况 (万t)

韩长赋[3](2020)在中国农业展望大会指出，未来10年，人口增加和消费升级将带动羊肉消费需求较快增长，预计2029年羊肉生产量将达579万t、消费量将达630万t。在肉羊产业稳步发展的背景下，班产量2 000～6 000只的大型肉羊屠宰加工需求凸显，羊屠宰加工业市场前景广阔。

2 羊屠宰加工工艺及关键技术装备研究现状

我国是羊肉生产消费大国，却不是羊屠宰加工强国。发达国家羊屠宰加工基本实现了机器代替人工，加工规范标准，产品质量高，智能屠宰、分割，工业机器人等技术广泛应用。与发达国家相比，我国规模化加工企业少，标准化程度低，产品多以鲜肉为主，种类单一；羊屠宰加工半机械化普遍存在，仍是劳动密集型产业；减损降耗、提质增效关键技术装备落后；高效扯皮、智能精准分割等先进装备缺乏。当前，我国劳动力成本上升、资源负荷与环境保护的巨大压力，羊屠宰关键技术装备的规模化、标准化和智能化已成为产业科技需求，更是羊屠宰加工企业升级的必然出路。

我国羊屠宰装备发展历程经历了从卧宰、手工屠宰到半机械化吊剥屠宰加工，再到水平预剥屠宰加工工艺的应用。目前，手工屠宰、半机械化吊剥屠宰加工仍然普遍存在，而内蒙古美洋洋、内蒙古小肥羊、环县中盛等大型屠宰加工企业，依据水平预剥屠宰加工工艺要求，引入国内领先的装备实现肉羊屠宰流水线作业过程。实现水平预剥屠宰加工工艺，是随着多线同步控制技术、机械化扯皮等技术及装备的应用而完成的。提升屠宰过程中扯皮、分割等关键环节技术水平，开发机械化、自动化装备并推广应用，是从手工屠宰演化到流水线屠宰的关键，也是企业实现减损降耗，提质增效的重要手段。这种新的屠宰加工工艺，在国内首次实现了肉羊屠宰加工的流水线作业，正逐渐取代传统的手工屠宰或吊剥屠宰加工工艺。

另外，学者贾雪晖[4](2013)在对屠宰各工序中胴体微生物的数量统计分析中得知最初污染环节为扯皮工序，提出扯皮应作为生产加工HACCP的关键控制点，还发现分割车间工具及人手的菌落总数显著高于其他环节。由此可见，扯皮、分割工序既关系着羊肉质量安全，也关系着加工人员的身体健康，是我国羊屠宰行业实现规模化、标准化的关键节点。国内已有学者重点研究了肉羊胴体分割标准，并得到多家大型肉羊屠宰加工企业应用。

2.1 羊屠宰加工工艺流程

目前，肉羊屠宰工艺要求相似，工艺方案较完善，电击晕、吊挂、水平预剥等加工工艺可减小肉羊应激反应，提高屠宰企业经济效益，符合动物福利屠宰要求[5，6]，常见的羊屠宰加工工艺如图1所示。

图1 羊屠宰加工工艺流程图

2.2 水平预剥工艺

潘满[7](2016)在冷鲜羊肉屠宰加工工艺及关键因素分析中提出，水平预剥工艺实现了羊屠宰加工流水线作业，是屠宰加工的主要发展方向，近年来应用广泛。水平预剥是指胴体的四条腿处于同一水平高度，胴体处于水平吊挂状态下完成后腿、前腿、胸部、肩部等部位的羊皮预剥。根据工艺要求主要配置设备包括：机械扯皮机、刺杀沥血输送线、后腿预剥输送线、前腿预剥输送线、取内脏输送线、落地卫检输送线、头蹄输送线及冲淋及排酸手推线等。其中刺杀沥血、后腿预剥、前腿预剥、取内脏、落地卫检和头蹄六条输送线，在加工过程中须保持同步，以顺利完成肉羊屠宰加工水平预剥工艺作业要求。现水平预剥工艺已成为冷鲜羊肉屠宰加工过程中不可取代的加工工艺，还可极大提升冷冻羊肉屠宰加工过程中的产量，从而实现肉羊屠宰加工的流水线作业。

2.3 羊扯皮技术装备研究现状

扯皮作为羊屠宰加工中的关键环节，它决定了肉羊屠宰加工最大产量及规模。传统羊屠宰多为人工扯皮，其效率极低且劳动强度较大。目前新建较大规模肉羊屠宰加工生产线普遍采用机械扯皮，因此该设备品质将直接影响产量、皮张带肉率和皮张破损率。为提供生产效率，需提升扯皮机的产量；屠宰过程中应尽量减少皮张伤残以提高羊皮附加值；降低皮张带肉率以减少经济损失。目前国内常见扯皮机有倾斜随动式和固定式(滚筒式、摆臂式)，见图2。

图2 扯皮机

王洪燕[8](2015)在羊扯皮机发展现状中指出，固定式扯皮机存在扯皮元件与胴体加工线运行速度不一致，羊胴体受力倾斜致使皮张带肉率高等问题。潘满[9](2016)在基于ADAMS倾斜式羊扯皮机运动仿真中，分析了倾斜随动式羊扯皮机的工作原理，采用四轴卷皮方式进行扯皮，电动机带动减速机驱动卷轴正反转动实现卷/卸皮动作，移动小车随倾斜支架上下运动，扯皮时移动小车下行，与此同时随倾斜支架向前移动，水平方向运动与胴体运动曲线接近程度更高，且能保证与羊胴体加工线同步，可通过加快输送线速度提高生产规模，更适合用于连续化、规模化屠宰生产线，性能及扯皮效果为国内领先水平。

澳大利亚羊屠宰生产线中，常采用旋转式多工位高效扯皮机，扯皮机由机架、旋转扯皮单元、液压控制系统和自动控制系统组成(见图3)。

图3 多工位高效羊扯皮机

扯皮工位由围绕设备主轴作360°圆周运动，依次自动顺序完成对羊皮的夹紧、旋转扯皮、卸皮以及复位的作业流程。多工位设计，连续作业工作效率高；卷皮部件在实现卷皮的同时，能够自动夹紧和自动卸皮，节省劳动力；扯皮作业柔性好，皮张完整且皮张带肉率低。与发达国家相比，我国扯皮设备存在扯皮效率低、皮张带肉率、破损率高等问题。借鉴国外先进扯皮技术，研制成本低效率高的扯皮设备并推广应用，产业化前景广阔，不仅可以替代进口，还可出口东南亚、非洲等国家，具有良好的经济效益。

2.4 羊胴体分割标准、技术研究现状

鉴于烹饪方式、饮食习惯的不同，各国羊胴体分割标准存在差异。新西兰、澳大利亚作为世界羊肉主要出口国，其羊肉加工产业处于国际领先水平，初次分割方式与美国相似，再次分割更加细分且要求较高，呈个体肌肉分类切割趋势。而我国羊胴体分割标准的修订起步较晚，羊肉加工技术落后于发达国家，羊肉产品缺乏国际竞争力。2007年，我国首次发布农业行业标准《羊肉分割技术规范》[10]，将分割羊肉分为带骨和去骨两类，其中带骨分割羊肉25种，去骨分割羊肉13种。徐晨晨[11](2017)在胴体分割与羊肉品质的关系研究中表明胴体分割对提高食用、营养和经济价值具有重要作用，在满足消费需求下保证羊肉的优质优价，但不同的分割技术也会影响羊肉品质。

农业农村部食物与营养发展研究所周琳[12](2019)在肉类全产业链损耗研究数据中表明，分割环节损耗达1.36%，冷冻储藏损耗0.92%，运输损耗0.83%，产业链减损降耗存在较大提升空间，肉类损耗的主要原因是企业加工分割技术水平较低。分割作为羊屠宰加工减损降耗、提质增效的关键环节，设备直接影响肉品损耗率和加工效率。发达国家羊胴体分割技术向着自动化、信息化和智能化方向发展，而我国羊胴体分割仍以人工辅助流水线作业为主，存在分割效率低、劳动强度大、肉品损耗多、卫生安全等问题，严重制约分割加工水平的提升。国内学者在羊胴体分割技术开展初步探索，中国农业科学院农产品加工研究所张德权[13](2018)提出一种羊胴体计算机视觉辅助分割系统，通过胴体信息数据库和模块间的数据交互完成羊胴可视化体分割，覆盖我国46个主要肉羊品种，分割出25类带骨和13类去骨225种精细分割产品，分割准确率95%，分割效率3 000只/d，实现由经验分割向标准化分割跨越。

华中农业大学团队在羊分割方面有较为系统的研究：(1)洪祖维[14](2019)设计了羊劈半胴体自动分割装置，机械结构主要包括胴体推动装置、多点式胴体夹具及分割机械手；基于KEIL开发了分割机械手和多点式家畜胴体夹具的控制程序。(2)李振强[15](2020)提出基于机器视觉和机器学习的羊骨架自动分割方法，以羊骨架躯体、腰椎、颈部、胸腔为特征点，利用图像处理技术提取坐标参数，采用Lasso、SVR和GBDT作为个体学习器，模型预测精度较高、泛化能力较强；在多关节机器人分割试验中，轨迹预测精度3.4mm，理论效率413只/h，效率约提升37.9%。(3)采用6轴多关节机器人及铣削式末端执行机械手构建羊胴体/骨架机器人智能分割系统，采用3D扫描、深度学习手段快速提取部位肉特征信息以合理规划分割路径[16]。中国农业大学周艳青[17](2018)、内蒙古大学李魏魏[18](2017)等将机器视觉、图像分析技术应用于羊体征识别、去腿分割。此外，超高压水切分作为一种非接触、低肉损、加工范围广的冷态肉类加工技术，可解决传统刀锯的热损伤及肉损耗率高的问题。依据被切分物的表面特性(肉/带骨肉/骨)调整压力、速度等工艺参数，实现提高切割效率，确保切缝小、切割面平整的目标。上述成果处于实验室理论研究阶段，距离工业化生产仍有一段距离。学习借鉴国外智能化精细化分割技术，细化并完善羊肉分割标准，加快推进技术应用落地，对于推进我国分割加工产业技术升级，提高肉品品质具有重要意义。

3 羊屠宰加工关键技术装备科技趋势

《中国制造2025》[19]提出，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，作为五大重点工程之一的智能制造工程，要推进制造过程智能化。建设智能工厂/数字化车间，加快人机智能交互、工业机器人等技术和装备在生产过程中的应用。未来10年，绿色、营养、健康食品的可视化与体验将是消费者对饮食的最大需求，也是我国肉品加工科技创新发展的必经之路。紧密结合我国羊肉加工现状和发展趋势，高效屠宰、智能分割、绿色安全将是我国羊肉加工科技创新的方向。

3.1 高效屠宰加工装备

开展数字化控制、信息感知、仿真优化等新方法，研究高效自动扯皮等核心技术装备，推广应用智能化、信息化屠宰加工装备。设备标准化，依据工艺制定设备标准，使工艺与装备配套，实现有序排列连续生产；设备多样化，将先进的技术应用于多对象、多环境，实现便携稳定使用[20]。在此基础上开发连续化、自动化和工程化成套加工装备，为羊屠宰加工装备升级换代提供支撑。

3.2 智能分割机器人

建立适合中国膳食习惯的羊肉分割体系标准。针对屠宰分割的个体差异和复杂性，以实现智能识别与定位、自主规划路径、柔性控制为目标，将机器人学习与认知、人机交互等前沿技术与机器视觉、力觉反馈、图像分析处理、人工神经网络技术[21]应用于改造传统屠宰产业，为羊屠宰分割提供新的技术途径，推进智能分割机器人产业化，实现分割环节机器代替人工。

4 结语

以提高羊扯皮、分割等关键屠宰加工环节技术水平为抓手，以学习借鉴国外先进设备为手段，以减损降耗、提质增效为目标，拟实现羊屠宰加工自动化、规模化、智能化。加快实现我国羊屠宰加工产业技术升级和安全水平提升，提升产业层次，延伸产业链，促进产品结构、技术结构调整，以满足人民日益增长的生活需求，支撑创新型国家建设。