鲜肉智能化加工车间
近日，由南京农业大学牵头开展的“高端生鲜肉智能化加工工艺创新及产业化示范”项目进行了阶段性考核，作为“十四五”国家重点研发计划之一，该项目着眼于生鲜肉智能化加工工艺、设备研发创新及其产业化示范应用等方面，旨在开发具有自主知识产权的分级分割国产化设备，探索保鲜、调理、副产物加工等技术在国内肉品龙头企业的产业化转化路线，助推国内高端生鲜肉智能化加工产业高质量发展。
创新工艺 促进肉类加工业转型升级
食品产业在经济社会发展、改善民生刚需中占有重要地位。我国作为肉类生产和消费大国，肉类产业产值近年来一直在食品产业产值中名列前茅，在国内年肉类产量约7000万吨的基础上，鲜肉消费量约为70%，是肉品产业最重要的组成部分。为保障我国消费者“舌尖上的安全”，尽量降低非洲猪瘟、疯牛病、禽流感、新冠疫情等不利影响，我国肉类加工业正经历由“运猪”向“运肉”的转型升级，高端生鲜肉日益成为消费者青睐的肉食选择。
“目前，我国鲜肉加工企业仍普遍存在加工工艺和设备落后，加工效率低；贮运过程中微生物污染严重，保质期短；产品趋于同质化、副产物利用率低等共性问题，限制了我国肉类产业的高质量发展。”南京农业大学教授、国家肉品质量安全控制工程技术研究中心主任兼首席科学家、中国畜产品加工研究会会长周光宏介绍，该项目的实施不仅可以进一步提升我国生鲜肉加工研究领域的水平和国际影响力，还将大幅度提升我国高端生鲜肉智能化加工水平，起到重点突破，辐射全国的作用。
近年来，我国在生鲜肉加工关键技术的研发方面已经取得了长足的进步，但在诸如分级分割等技术方面仍需追赶国外发达国家。在国外，以美国、德国、丹麦为代表的发达国家在生鲜肉自动化、智能化方面走在了行业前列，特别是在分级分割装备方面领先我国。
该项目以猪肉、鸡肉等为主要研究对象，重点研究并构建基于计算机视觉、深度学习技术的畜禽肉品质特性大数据库和品质等级智能识别模型，实现胴体精准分级分割；揭示生鲜肉加工过程中微生物组的时空动态变化规律，实现产品品质和保质期在线精准预测，研发基于天然抗菌剂控释、活性包装的生鲜肉冰温智能保鲜技术，显著提升产品的保质期；研发基于低温高湿、物理场辅助解冻的原料肉解冻技术，以及基于特征风味物包埋等调理肉风味强化技术，实现调理产品的多样化；研发副产物中活性物质高效分离提取技术，研发头、蹄、尾风味调制、质构重组等高值化利用技术，实现增值增效。
猪胴体智能分割装备
创新是引领发展的第一动力。该项目自立项以来，始终将工艺创新作为项目开展的首要任务，并集聚了一批代表国内肉类加工研究领域最高水平的科研院所和肉类加工产业最高水平的企业，不断致力于研发开创高端生鲜肉智能化加工新工艺。由于我国目前在肉类生产产品的相关等级和规格上并不统一，因此构建适合我国国情的畜禽肉品质大数据体系和研发智能化分级分割技术显得尤为关键。经过实验研发，该项目组已成功建立起与我国畜禽分级分割工艺相适配的数据库和技术体系，有力促进了国内生鲜肉加工的智能化发展。
生鲜肉的“智能化加工”一直是该项目的研究重点，主要包括“分级分割的智能化”和“保鲜技术的智能化”两个方面。其中，在分级技术上，项目组研发了猪半胴体新型分割工艺，可将前、后段胴体的五花肉同中段五花肉完整分割，并基于深度学习YOLOv5目标识别模型研发了分割点位识别算法及系统关键技术，突破了猪肉胴体切割点位视觉定位技术，准确率达到99%以上，超过人工操作识别率。在分割技术上，项目组利用机器视觉和深度学习的猪胴体胸腔区域分割模型开发了胸骨末端特征点自动定位算法，其中建立的用于分割猪胴体胸腔区域的深度学习模型分割精度可达92.68%，搭建的胸骨末端特征点识别算法程序响应时间小于0.5秒，开发了鸡胴体缺陷自动检测装置离心式输送模块，提出了针对专用生产线的鸡胴体图像软触发采集算法，解决了鸡胴体体表损伤因局部遮挡等原因无法准确获取的问题。
食材保鲜是保障食品安全的重要基础，在保鲜方面，该项目组主要进行新型包装技术和智能保鲜技术、设备的研发工作。包括运用8mT静磁场结合分阶段降温技术将猪肉超冰温贮藏温度降至-4℃，并使生鲜猪肉在-4℃贮藏下长时间保持“冷而不冻”的临界状态；创新研发了4mT静磁场辅助-3℃贮藏生鲜肉超冰温贮藏保鲜技术，研制了能够在制冷设备中使用的低成本、高可靠性的微型磁场发生装置，实现了生鲜肉在制冷设备中7—10天过冷态存储，研制出生鲜肉超冰温智能保鲜设备；研发抗菌包装膜材制备、复合包装柔性组合保鲜、智能包装等生鲜肉包装技术，明确复合包装保鲜技术超快速冷却+气调包装能够延长猪肉货架期10天以上，超快速冷却+真空包装能够延长猪肉货架期30天以上。
“基于平行流的智能制冷技术与装备示意图”
产业化示范 打通科技成果转化“最后一公里”
生产和应用永远是技术研发最好的试金石。项目组在已有成果的基础上砥志研思，研制出智能化胴体分割、冷冻恒温终端存储制冷等设备，并将以上关键技术与设备进行柔性化对接，在国内肉品龙头企业进行产业化示范。
“我们目前的工作重点在于如何将实验室研发的关键技术和装备在企业的生产线上进行实施落地，打通科技成果向生产力转化的‘最后一公里’。”周光宏介绍，项目组通过派驻研发人员到企业进行长期对接，建立信息和技术层面的实时交流渠道，及时调整和改进工艺及装备等方式，总结出深入一线、集中攻关、构建技术转移体系等重要实践经验，不断推进技术和装备在企业生产中落地应用。
截至目前，该项目组已推出猪胴体智能化分级分割示范线、猪胴体智能分割和品质保鲜示范线、黄羽鸡智能分级分割示范线、生鲜肉智能保鲜终端存储设备生产总装流水线、生鲜肉调理加工智能生产示范线、副产物高值化利用示范线等6条示范线，广泛分布在河南省南阳市、漯河市，广东省云浮市，山东省青岛市等地，显著提升了产品加工的智能化水平和生产效率。
其中，猪胴体智能化分级分割示范线集成应用了猪胴体背膘厚度检测位置定位技术、猪胴体智能三段分割技术及装备、自动劈半设备、自动称重系统等，三段分割智能化率提升67%。猪胴体智能分割和品质保鲜示范线集成应用了基于机器视觉与深度学习的猪胴体智能分级技术、自动去皮去膘装置、分割品自动称重贴标系统等，生产效率提升42%。黄羽鸡智能分级分割示范线集成应用了鸡胴体损伤智能分级、自动预冷技术、微酸性电解水技术、自动称重分级技术等，并依托示范线采集了禽肉品质和加工特性数据库的数据，生产效率提升40%。生鲜肉调理加工智能生产示范线集成应用了智能变温解冻、生鲜调理肉腌制-预加热的级联加工、原辅料精准定量调控等技术，实现以智能化操作代替部分人工升级转型，生产效率提升60%。副产物高值化利用示范线示范应用了“水-热”选择性同步提取、脏器味消减技术、复合酶法增香等技术，实现了骨、头、蹄、尾、大肠等部位的全利用，副产物利用率提高65%以上。
作为研发计划的“揭榜挂帅”项目之一，项目组在解决制约生鲜肉产业发展中的关键技术和核心装备问题上，对技术的成熟度和落地性提出了更高的要求。为确保项目顺利开展，项目组采用了目标管理、过程管理和风险控制相结合的组织实施方式。项目组多次组织所在领域的专家组，对项目所有课题的进展和重大技术问题等提供咨询和建议；定期组织课题和项目的线上线下交流会，确保各课题间的高效协作；组织项目参与人员赴企业进行参观交流，促进技术和装备的落地，并对项目专项资金的拨付和支出进行严格管理管控。相关参与企业为项目提供配套经费，以及新技术落地、新设备应用、新产品研发等项目成果转化所需的条件。
截至目前，项目已研发新技术12项，申请发明专利27件(4件授权)，获得软件著作权2件，研创新设备1台、形成示范线6条，开发新产品17种，发表论文18篇。研发静磁场辅助生鲜肉超冰温智能保鲜、智能化分割、水热同步提取等6项技术，并在河南双汇投资发展股份有限公司、海尔集团公司等企业进行应用。其中，静磁场辅助生鲜肉超冰温智能保鲜技术和生鲜肉智能储藏技术用于海尔BCD-650WGHFD12STU1型号高端冷冻恒温设备的生产，解决了磁场强度控制较难，磁场均匀性、稳定性不高等难题，结合精准温度控制，实现了生鲜肉在家用冰箱中7—10天过冷态存储，大幅提升了生鲜肉的存储品质和时间。目前，此技术已应用于终端存储制冷设备，并建立生产总装流水线和检测站(设备)，引领了整个制冷设备市场的发展趋势，对整个行业在该领域的发展提升起到巨大推进作用。
合理的考核机制是项目取得预期效果的重要保障，在项目开展过程中，示范线技术的应用效果考察以及项目成员的一线调研情况不仅是技术设备产业化示范的必须要求，也是该项目的重要考核标准之一。
项目组成员除了对“‘揭榜挂帅’项目里程碑考核”中的各项指标(新技术、新装备、新产品、示范线、数据库、智能预测模型)进行考核外，还着重强调对技术应用效果的现场考核，如项目专家深入生产一线对示范线技术应用的实际效果考察等，这与项目产业化集成示范的初衷相一致。但指标是否完成仅仅是考核的第一步，指标完成的质量如何才是科技部工作人员和专家现场考核的重中之重。自项目开展以来，专家组在项目成果是否转化成实际生产力，是否促进了相关企业和产业的发展等方面进行了客观、严格、细致的综合评判。
“项目目前已经进行至中期，主要技术研发已经基本完成，工作的重心在于技术的熟化落地和装备的进一步研发调试。”周光宏表示，当前项目的难点在于分级分割装备的改进和最终的国产化，项目组将进一步加强与智能化装备制造企业的交流合作，不断推进分级分割装备的实施落地，努力突破国产化分级分割装备制造技术壁垒，打破美国、丹麦等国企业在分级分割装备领域的垄断，推动肉类加工业的高质量发展。
下一步，项目组将紧密围绕任务目标，在分级分割技术和装备、保鲜技术和装备、一体化高效调理技术、副产物高值化利用技术4个方面继续进行研发工作。进一步开发国产化分级分割技术和装备;加强智能化生鲜肉保鲜膜材的产业化落地;完善技术和装备在示范线上的柔性化对接，实现机械柔性、工艺柔性、产品柔性、生产力柔性、维护柔性和拓展柔性。同时，推进建立技术转移体系，强化成果转化基地建设，完善绩效考核，强化目标管理，提升工作绩效，完善成果转化应用体制机制，为我国高端生鲜肉智能化加工产业发展作出更大贡献。
本刊记者：郭鑫
通讯员：李春保（南京农业大学食品科技学院)
