馬龍 李淙淙 路寶乾 宋良良 耿超 高錚

摘 要：面向速凍肉丸生產(chǎn)車間，對(duì)生產(chǎn)中關(guān)鍵質(zhì)量控制環(huán)節(jié)斬拌環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)備改造、傳感器部署等數(shù)字化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)速凍肉丸餡料斬拌過程轉(zhuǎn)速、溫度及時(shí)間等數(shù)據(jù)采集；基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，匯集斬拌工藝實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，沉淀形成斬拌工藝質(zhì)量控制模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程中斬拌工藝的有效監(jiān)控、指導(dǎo)及預(yù)警，提高了速凍肉丸產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性及生產(chǎn)車間數(shù)字化水平。

關(guān)鍵詞：速凍肉丸；斬拌；數(shù)字化；質(zhì)量控制模型

Research and Application on Quality Control Model of Chopping Process of Chopped Meat

MA Long1， LI Congcong2， LU Baoqian1， SONG Liangliang2， GENG Chao1， GAO Zheng2

（1.Inspur Yunzhou Industrial Internet Co.， Ltd.， Jinan 250000， China;

2.Inspur Industrial Internet Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： For the production workshop of quick-frozen meatball， the key quality control link in production of chopping was made a digital transformation which included equipment transformation， sensor deployment to collect data such as speed， temperature and time during the chopping process of quick-frozen meatball. Based on the Internet of Things platform， the data of chopping were aggregated， and the quality control model of chopping technology was formed through the production data， so as to realize the effective monitoring， guidance and early warning of the chopping process in the production， which improve the quality stability of the quick-frozen meatball and the digitization level of production workshop.

Keywords： quick-frozen meatball; chop; digitization; quality control model

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，速凍食品受到越來越多消費(fèi)者的喜愛。自2011年起中國(guó)速凍食品市場(chǎng)逐漸增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到1 986億元，呈現(xiàn)較大市場(chǎng)規(guī)模[1]。此外，速凍食品領(lǐng)域市場(chǎng)展現(xiàn)出較高的行業(yè)集中度，CR4（行業(yè)前四名份額集中度指標(biāo)）已經(jīng)超過60%，表現(xiàn)為龍頭企業(yè)的收益率較高[2]。因此，眾多速凍食品企業(yè)都在努力提升自身在行業(yè)市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

速凍食品按照冷凍食品的種類可以劃分為不同的類別，分別是畜產(chǎn)速凍食品、水產(chǎn)速凍食品、農(nóng)產(chǎn)速凍食品和調(diào)理類速凍食品4類[2]。其中，速凍肉丸是一種調(diào)理類速凍食品，由于其質(zhì)地鮮嫩、口感彈牙且味道鮮美，贏得了消費(fèi)者的廣泛喜愛，其適用于多種烹飪方法，已經(jīng)逐漸成為全國(guó)多地火鍋和麻辣燙等流行美食中的優(yōu)選配料。

斬拌作為速凍肉丸生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵工序，其執(zhí)行質(zhì)量對(duì)最終產(chǎn)品的品質(zhì)起著決定性的作用。斬拌能夠有效打碎肌肉纖維和脂肪，實(shí)現(xiàn)原料的均勻混合，同時(shí)在食鹽的影響下促使肌原纖維的溶脹和肌原纖維蛋白的溶出，增加肉餡的保水性、出品率、嫩度和多汁性，影響產(chǎn)品質(zhì)量及風(fēng)味[3-4]。斬拌對(duì)生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，包括斬拌順序、轉(zhuǎn)速、溫度、時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，若在生產(chǎn)過程中斬拌操作不當(dāng)，可能會(huì)引起肉餡溫度異常升高、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞或原料未能充分細(xì)化、脂肪分散不均等問題，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)析油、粘皮、脹袋等品質(zhì)缺陷[5-7]。因此，準(zhǔn)確把握斬拌工藝要點(diǎn)，規(guī)范執(zhí)行斬拌標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)對(duì)于提高速凍肉丸出品率和質(zhì)量至關(guān)重要。

作為我國(guó)重要的生產(chǎn)性行業(yè)，食品加工業(yè)與人們的健康息息相關(guān)，因此食品加工過程中的嚴(yán)格生產(chǎn)管理和控制顯得尤為關(guān)鍵[8]。隨著信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，數(shù)字化轉(zhuǎn)型為食品行業(yè)開辟了新的增長(zhǎng)機(jī)遇，數(shù)字技術(shù)與實(shí)體食品企業(yè)的深度融合正逐步塑造出一種數(shù)字化食品的新型產(chǎn)業(yè)生態(tài)[9]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不少食品企業(yè)仍面臨依賴人為經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)難以得到有效監(jiān)測(cè)和應(yīng)用等問題。因此，本研究基于對(duì)速凍肉丸斬拌車間數(shù)字化改造升級(jí)，通過對(duì)速凍肉丸加工斬拌工藝數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)化，研究形成斬拌工藝質(zhì)量控制模型；借助質(zhì)量控制模型提高企業(yè)生產(chǎn)管控能力，保障速凍肉丸生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 材料和方法

1.1 材料

雞肉、水、淀粉、食用香精、食用色素、調(diào)味料和其他食品添加劑。

1.2 儀器與設(shè)備

斬拌機(jī)、工業(yè)面板、斥候工業(yè)網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、溫控表、變頻器和轉(zhuǎn)速傳感器。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

速凍肉丸的加工工藝如圖1所示。

1.3.2 斬拌工藝數(shù)據(jù)采集方法

如圖2所示，在斬拌工藝車間，通過設(shè)備溫控表和變頻器的模擬量輸出接口采集斬拌機(jī)斬拌轉(zhuǎn)速、斬拌溫度、斬拌時(shí)間等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并借助斥候工業(yè)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊通過協(xié)議解析將采集的數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

2 結(jié)果與分析

在速凍肉丸實(shí)際生產(chǎn)中，斬拌多依賴于操作人員憑借工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工藝參數(shù)控制及斬拌程度判斷。因此，確定合適的斬拌工藝數(shù)據(jù)采集點(diǎn)十分關(guān)鍵。通過考察速凍肉丸生產(chǎn)車間并結(jié)合相關(guān)研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，適宜的斬拌轉(zhuǎn)速、斬拌時(shí)間和溫度是生產(chǎn)出具有致密結(jié)構(gòu)、脆嫩口感、良好彈性和不滲油等優(yōu)質(zhì)品質(zhì)肉餡的關(guān)鍵因素[3，10]。①斬拌速度對(duì)肉餡斬拌效果具有較大的影響。速度過慢不足以有效破碎肌肉組織和促進(jìn)肌原纖維蛋白的釋放，進(jìn)而引起產(chǎn)品析油；速度過快則使肉餡溫度迅速上升，減少肌原纖維蛋白的溶出，不利于形成穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)，從而影響肉餡的保水性和保油性[10-11]。②斬拌時(shí)間對(duì)于形成優(yōu)良的乳化結(jié)構(gòu)和保證乳化穩(wěn)定性至關(guān)重要，斬拌時(shí)長(zhǎng)通常為2～5 min[12]。斬拌時(shí)間過短將導(dǎo)致肌肉未能充分粉碎、肌原纖維蛋白溶解不充分以及脂肪分散不均，進(jìn)而影響肉餡的凝膠性能[3]；斬拌時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致肉餡的溫度上升和黏度下降。③斬拌過程中的溫度控制對(duì)乳化效果至關(guān)重要，溫度的過高或過低都會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的溶解性產(chǎn)生不利影響。溫度過高會(huì)導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)發(fā)生變性，減弱蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，影響產(chǎn)品硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性，降低出品率并縮短產(chǎn)品貨架期[3，13-15]。因此，本研究選取斬拌轉(zhuǎn)速、溫度和時(shí)間為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，通過監(jiān)測(cè)斬拌車間生產(chǎn)情況匯集斬拌工藝數(shù)據(jù)。

對(duì)標(biāo)工藝參數(shù)，在速凍肉丸生產(chǎn)車間斬拌設(shè)備上部署轉(zhuǎn)速傳感器，每3 s實(shí)時(shí)采集速凍肉丸生產(chǎn)過程中斬拌機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，通過斥候工業(yè)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將斬拌轉(zhuǎn)速及斬拌時(shí)間匯總到生產(chǎn)管控物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（圖3）。通過工業(yè)面板的生產(chǎn)管控物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)界面實(shí)時(shí)顯示斬拌工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行情況，有效解決斬拌設(shè)備轉(zhuǎn)速不可視、人工統(tǒng)計(jì)設(shè)備各轉(zhuǎn)速執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)復(fù)雜、速凍肉丸產(chǎn)品品質(zhì)存在一定批次差異等問題，在數(shù)據(jù)維度記錄斬拌標(biāo)準(zhǔn)工藝執(zhí)行情況，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝可視化，保障生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行。

通過采集處理多批次、多種速凍肉丸產(chǎn)品斬拌工藝數(shù)據(jù)，形成不同斬拌轉(zhuǎn)速和時(shí)間的工藝質(zhì)量控制模型。根據(jù)速凍肉丸B斬拌轉(zhuǎn)速與時(shí)間模型（圖4）可知，斬拌工藝呈現(xiàn)大致平均的用時(shí)及相似的轉(zhuǎn)速規(guī)律，通過質(zhì)量控制模型能有效改善速凍肉丸斬拌參數(shù)、斬拌程度多靠工人根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)判斷的情況，通過數(shù)字化的方式合理控制斬拌時(shí)間和轉(zhuǎn)速來防止水分和脂肪分離問題。此外，依靠模型可以準(zhǔn)確識(shí)別斬拌過程中的異常情況，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍，提升工藝執(zhí)行管控能力，保證肉餡斬拌

質(zhì)量。

通過部署溫度傳感器，每3 s實(shí)時(shí)采集斬拌過程中的溫度數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)斬拌中溫度變化情況。根據(jù)匯集的多類、多鍋次速凍肉丸餡料斬拌數(shù)據(jù)，沉淀形成不同斬拌溫度和時(shí)間的斬拌工藝質(zhì)量控制模型。根據(jù)速凍肉丸C斬拌溫度與時(shí)間模型（圖5）可以看出，該產(chǎn)品斬拌溫度隨著斬拌時(shí)間的變化存在一定的波動(dòng)情況，斬拌溫度基本控制在4～12 ℃，呈現(xiàn)鍋次規(guī)律性。通過溫度與時(shí)間模型在速凍肉丸實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)置斬拌溫度閾值，可及時(shí)識(shí)別溫度過高情況并進(jìn)行預(yù)警，提示操作人員通過添加碎冰、冰水等形式調(diào)整工藝，防止蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致的餡料品質(zhì)降低。

因此，通過對(duì)斬拌車間進(jìn)行數(shù)字化改造，可匯集沉淀產(chǎn)品生產(chǎn)過程中斬拌轉(zhuǎn)速、斬拌時(shí)間、溫度等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，綜合形成斬拌工藝質(zhì)量控制模型，根據(jù)質(zhì)量工藝控制模型指導(dǎo)車間管理標(biāo)準(zhǔn)工藝執(zhí)行，準(zhǔn)確識(shí)別生產(chǎn)過程中的異常斬拌情況并進(jìn)行設(shè)備預(yù)警，以便及時(shí)調(diào)整工藝操作，打造集數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用于一體的數(shù)字化斬拌車間，保障斬拌質(zhì)量。

3 結(jié)論

速凍肉丸的質(zhì)量管控是保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和工序可靠性的重要舉措，是保障食品安全的重要要求。本研究針對(duì)速凍肉丸生產(chǎn)斬拌車間進(jìn)行設(shè)備改造與傳感器部署，實(shí)現(xiàn)斬拌環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、分析，積累形成斬拌工藝質(zhì)量控制模型，借助“數(shù)據(jù)+模型”專業(yè)服務(wù)指導(dǎo)生產(chǎn)提質(zhì)增效，減少生產(chǎn)中人為操作因素造成的質(zhì)量問題，及時(shí)預(yù)警生產(chǎn)設(shè)備狀況，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備問題造成的損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性。同時(shí)，依托生產(chǎn)過程數(shù)字化，以數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精益管理，提升企業(yè)生產(chǎn)協(xié)同能力。研究結(jié)果為食品企業(yè)提高智能制造水平、保障產(chǎn)品質(zhì)量安全、實(shí)現(xiàn)降本增效提供了參考。

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