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冷鲜肉精准保鲜数字物流技术创新与应用

中国农业科学院农产品加工研究所 肉品科学与营养工程创新团队 侯成立

      来源:《肉类产业资讯》    2022年第11期
 
内容摘要:很高兴组委会能够安排给我一次机会,我代表农研所肉品科学与营养工程创新团队向大家报告冷鲜肉精准保鲜数字物流技术创新与应用。
  大家下午好!
  很高兴组委会能够安排给我一次机会,我代表农研所肉品科学与营养工程创新团队向大家报告冷鲜肉精准保鲜数字物流技术创新与应用。
  下面主要从三个方面进行汇报:
  一、生鲜肉产业现状与科技需求
  上午有几位专家谈到了,我们国家是世界上肉类生产及消费国,下边这张图是展示我国七十年在1999年之前我国肉类负增长,可以说当时人们对肉的需求量很大,生产跟不上;到了2000年我国肉类总产量相对稳定,在8000万吨上下。
  肉品生产消费现状与趋势

数据来源:联合国粮食及农业组织,国家统计局
  生鲜肉减损保供是“国之大者”
  作为世界肉类生产与消费第一大国,我国生鲜肉占比达80%,肉类加工、贮藏、流通环节损耗高达8-10%,远高于发达国家1-3%的水平;冷链流通率40%、冷链运输率55%,远低于发达国家95%以上的水平;生鲜肉仓储物流保鲜直接影响其有效供给,关乎百姓一日三餐、国家安全。
  智能仓储物流是产业发展方向
  人口红利逐渐消失,“招工难”已成普遍现象,智能化技术加速产业摆脱传统生产要素制约,引领产业重构。
  质量安全由被动应付变为主动保障
  肉品品质、食源性致病菌、多元危害物在线快速检测、监控技术,大数据、人工智能、区块链风险分析预警技术等正不断推动质量安全主动保障肉品供应链发展。
  新型冷链物流技术装备推动产业升级
  高效节能、安全环保、精准环控和信息化是冷链物流装备技术发展的大趋势。
  环节冷加工冷冻冷藏冷藏运输冷藏销售冷链环节单位耗能总耗能
 
 
  * 能耗高,储运过程温度波动造成品质下降问题。
  * 涉氨冷库安全问题;HCFC类制冷剂(R22)破坏臭氧层受限;HFC类制冷剂(R404A、 R507A)高GWP将受限。
  * 冷链物流信息感知能力弱、信息“断链”;设备与预测或决策模型耦合度低、设备智能化程度低。
  肉品冷链物流市场规模持续增加
  未来30年我国冷链物流产业将蓬勃发展,国家“十四五”规划、国办、发改委、交通部、农业农村部及连续几年的中央一号文件中均强调建设冷链物流设施的必要性!预计2022年我国冷链物流市场规模将达到4550亿元。
  二、冷鲜肉减损保鲜数字物流技术进展
  1. 抑僵直保质技术
  超快速冷却抑僵直保质技术:确证了冷却速度大于15℃/h、冷却终点为-2~0℃,能通过阻断宰后僵直进程实现抑僵直,冷却损耗降至1%以下。
  宰后早期包装技术:明确了生鲜肉专用包装膜最低标准要求,确证了宰后早期6h内真空、气调包装可以延缓肌肉能量代谢进程,进而抑制僵直过程,研发了生鲜肉专用高阻隔包装膜,可使生鲜肉货架期延长1倍以上。
生鲜肉专用包装膜最低标准要求
  高阻隔包装膜 氧气透过量 < 10 cm3/m2·day
水蒸气透过量 < 10 g/m2·day
贴体包装膜  贴合率 ≥ 99%
热收缩包装膜 热收缩率 ≥ 30%
  冷冻抑僵直技术:宰后直接冷冻,解冻损失最大;宰后12h冷冻,解冻损失最小;宰后越早冷冻,肉的嫩度相对越高;宰后越早冷冻,解冻后的肉更适合做中式产品,品质越高。
  2. 冰温/超冰温保鲜技术
  明确了不同畜禽品种、部位生鲜肉的冰点和过冷点,发现物理场辅助可显著拓宽冰温/超冰温贮藏温区2~3℃,研发了电场辅助保鲜技术,有效抑制生鲜肉贮藏过程汁液损失,提升肌肉持水性,改善肌肉嫩度。

畜禽肉冰点和过冷点范围
  创建了夹层蜂巢气流循环智能温控系统,研制生鲜肉冰温/超冰温库,温度精度±0.5℃、均匀度小于1℃,解决了货架期短损耗高的问题。
  3. 电场辅助低温高湿变温解冻技术
  可有效减小冰晶尺寸,增加其分布均匀性,减少对肌细胞不可逆损伤,有效抑制生鲜肉贮藏过程汁液损失,提升肌肉持水性,改善肌肉嫩度。
电场冻结/解冻后肌肉电镜结果
指标 自然解冻 电场辅助解冻
解冻损失(%) 5.01 0.83
红度值a*  16.49 18.39
剪切力(kg) 9.32 7.75
  4. 靶向抑菌包装保鲜技术
  系统阐明了包装、气体等复杂环境下生鲜肉致腐微生物的消长机制,研发了生鲜肉高阻隔包装保鲜技术,筛选了靶向抑制生鲜肉腐败菌的纳米二氧化钛、壳聚糖等活性物质。
  创新了乙烯-乙烯醇共聚物为高阻隔核心层、填充N2和CO2为隔热层、纳米TiO2和Ag/Au/Ag为抗菌层设计,开发了高阻隔气调、贴体、热收缩、活性四大系列23种生鲜肉专用保鲜膜材,性能优于国外先进产品。
类型 指标 国际先进技术 本项目技术 对比
气调包装膜 O2透过量 cm3/m2•day ≤5 ≤2 提高60%
H2O透过量  g/m2•day ≤5 ≤3 提高40%
贴体包装膜 贴体温度窗口oC 135-200 100-220 拓宽近一倍
热收缩包装膜 纵、横热收率% ≥45、50 ≥56 提高12%
热收缩包装膜 抑菌效果 lgCFU/g 3 >3 同等水平
  5.柔性组合保鲜技术
  研发了“超快速冷却+新型包装+冰温/超冰温贮藏”的柔性组合保鲜技术,满足了不同烹饪加工方式对生鲜肉保鲜的要求,生鲜肉仓储物流损耗降至3%以下,货架期最长可达120天。
类 别 常规冷却+气调+冷藏 常规冷却+ 贴体+冷藏 两段冷却+ 热收缩+冰温 超快冷却+ 热收缩+超冰温
货架期/天 10 21 90 120
  托盘包装结合冰温贮藏18天、超冰温贮藏36天的生鲜肉挥发性盐基氮小于15mg/100g;超冰温结合热收缩包装,货架期最长可达120天。
类别 真空+冷藏 贴体+冷藏 热收缩+超冰温
货架期 14天 35天 120天
不同包装羊肉结合超冰温贮藏货架期
  6.品质数字化检测监测
  畜禽品种快速鉴别技术:建立了不同畜种鉴别以及同一畜种不同品种鉴别技术,不同畜种鉴别准确率达100%,同一畜种不同品种鉴别模型误差<5%、精度>95%、速度<1.5s。
前处理方法  组别 校正集
样本量
验证集
样本量
SVM法
RMSE
CV
判别正
确率%
 1阶导
+SNV
羊肉 74 24  0.562959 98.6
鸡肉混羊肉 50 17 94.0
鸭肉混羊肉 72 24 95.8
猪肉混羊肉 73 24 93.2
畜禽品种鉴别模型预测效果
  产地鉴别技术:构建了基于100-2500nm近红外光谱的山东、河北、内蒙、宁夏、新疆 、青海、河南、甘肃8个产地生鲜羊肉的SIMCA、SVM、ANN等溯源鉴别模型,正确分类率达98%以上。
  羊肉掺假鉴别技术:利用高光谱成像技术研发了肉品质实时可视化检测技术,利用波长比值去噪算法,构建了羊肉掺杂不同比例鸭肉的定性定量模型,决定系数大于0.99。
  多品质同步检测设备:构建了生鲜肉色泽、嫩度、挥发性盐基氮、菌落总数等15个品质指标精准预测模型,研创便携式多品质同步检测近红外仪,开发了配套软件。
  三、生鲜肉减损保鲜冷链物流科技创新趋势
  趋势一:绿色化
  研发高效低碳制冷新技术、绿色减损保鲜新方法、环境友好包装新材料等成为发展方向,支撑冷链物流绿色可持续发展。
  基于生物技术的肉品品质劣变和损耗控制技术;肉品冷链新型制冷技术和品质耦合控制技术;基于生物质的可全降解绿色包装材料。
  趋势二:数字化、智能化
  基于原料肉大数据、精准算法/模型、自动传感、立体输送等技术,构建生鲜肉智慧物流保质保鲜技术体系,提高效率并实现精准供给,基于大数据分析和AI技术的个性化推送成为新的关注点。
* 生鲜肉适温冷链物流技术体系
* 生鲜肉贮藏环境精准耦合控制装备
* 生鲜肉冷链物流智能化感控及大数据追溯
* 智能监控管理新手段
* 基于大数据的生鲜肉物流终端精准推送 
* 从物理、化学、生物等方面对原料肉品质特性多维分析,为建立肉品冷链技术体系提供数据支撑
* 将原料肉品质特性转变为数字化大数据库,与肉品冷链物流技术研发实现互联互通

 

  趋势三:安全主动保障
  * 非靶向筛查、多元危害物快速识别与检测、智能化监管、实时追溯等技术不断革新
  * 食品安全监管向智能化、检测溯源向组学化、产品质量向国际化方向发展
 趋势四:平台化
  冷链物流运营数字化平台、全流程可视化的智能温控平台、数字化服务平台、车辆调度及配送平台等快速发展,冷链物流平台化将成新型商业模式。
 
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