家禽宰后胴体自动化预处理技术装备的发展与应用

何遵卫+张德权+王振宇

摘 要：本文阐述了国内外关于家禽宰后胴体自动取内脏及在线称重分级2 项关键预处理技术及其装备的研究进展及应用情况，介绍了自动取内脏和在线称重分级装备的工作原理、发展历程、研究现状、应用情况和发展前景，详细阐述了自动割肛、自动开膛、自动取内脏和自动内外清洗等装备的工作原理，介绍了包括重量式分级和视觉分级在内的在线称重分级技术装备，并提出了适合我国国情的家禽自动取内脏和在线称重分级技术装备今后的研究方向。

关键词：家禽；宰后胴体；自动取内脏；在线称重分级；技术装备；应用

Abstract： This paper reviews the state of the art in the development and application of automatic evisceration and online dynamic weighing-grading technologies and equipment for poultry carcasses. The working principle， history， current status， application and future prospects of automatic evisceration （including anus removal， carcass opening， evisceration and cleaning） and online dynamic weighing-grading （weight grading and visual grading） equipment are outlined. Moreover， future directions in the development of automatic evisceration and online dynamic weighing-grading technologies and equipment for poultry carcasses are presented based on Chinas national conditions.

Key words： poultry； carcass； automatic evisceration； online weighing-grading； technology and equipment； application

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201711011

中图分类号：TS251.3 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2017）11-0065-06

我国是世界第二大禽肉生产消费国，且每年的禽肉产量仍呈增长趋势[1]。21世纪以来，随着人民生活水平的不断提高，消费者对禽肉类产品的需求不断增加，但规模化屠宰、加工禽肉的关键技术和装备长期投入不足，企业缺乏能够用于工业化生产的标准化程度高、性能稳定的在线称重分级技术装备[2]。对于家禽来说，自动取内脏和在线称重分级技术装备是其实现标准化和规模化加工的关键[3]。

1 家禽自动取内脏加工技术及装备研究

目前，我国的家禽取内脏操作主要依靠人工辅助自动取内脏装备进行流水线作业。根据家禽屠宰工艺流程，家禽取内脏自动化作业系统主要包括自动割肛技术、自动开膛技术、自动取内脏技术和自动内外清洗技术[4-5]。

1.1 家禽自动取内脏加工技术

1.1.1 自动割肛技术

自动割肛技术是自动开膛技术的铺垫，吊挂的禽体在高架输送链驱动下移动，旋转切刀对禽体肛门进行固定、切割和分离，分离后的肛门吊挂在禽体背部，随输送链进入下一加工环节。自动割肛技术的关键在于机械手的合理设计以及禽体肛门周围的固定方式。目前我国个别大型企业引进了该系列的进口装备[6]，部分企业使用的是吉林省艾斯克机电股份有限公司生产的家禽切肛机[7]，

但大部分中小型企业依然沿用传统流水线人工作业方式，主要利用真空割肛枪进行人工切肛，再进行半自动化掏内脏处理[8]。

1.1.2 自动开膛技术

禽体经割肛后进入自动开膛机，开膛刀具呈剪刀状，下沿由切口进入胸腔，与胸骨紧贴，上刀片沿某一中心轴开始摆动，沿胸骨中心切开一段，以方便取内脏作业。自动开膛技术的关键在于开膛切刀形状和开膛机械手的设计，目前该技术国产设备的应用还未见报道。我国现拥有400多条加工能力可达8 000 只/h的大型家禽屠宰流水线，上千条加工能力为3 000～6 000 只/h的中型流水线，开膛装备均从国外进口，国产的自动开膛技术及设备仍处于研发试验阶段[5]。

1.1.3 自动取内脏技术

自动取内脏技术是实现家禽自动化联合生产作业、降低生产成本和提高家禽肉品品质的最关键技术。早在20世纪70—90年代，国外研究者就开始进行相关研究，并申请了多个专利[9-13]，我国的研究起步较晚，2000年以后才有科研单位投入到相关技术装备的研发中，但通常为自用形式，未形成工业化的体系技术装备。2010年后的相关成果有大量报道[14-16]，但目前的应用还受到一定限制。

自动取内脏技术主要是根据机械手的位置，通过计算机控制系统控制机械手伸入家禽腔体，剥离、夹持并上移将内脏完整取出。在定位機构放开禽体后，机械手放开内脏，使其通过食管挂在禽体外侧[17]。我国机械手取内脏的作业方式主要有挖取和夹取2 种[18-19]，其中挖取式主要依靠机械手的上下移动和绕转轴摆动完成取内脏作业，而夹取式主要依靠凸轮机构、四连杆机构及齿轮齿条传动机构等完成取内脏作业。该技术目前的关键点是针对目标禽体大小自动调整机械手位置以及对取出的内脏进行分离处理。

1.1.4 自动内外清洗技术endprint

自动内外清洗技术主要依靠设定的多个冲水喷头、操作台和冲洗槽等设备实施，一般冲水喷头垂直设于冲洗槽上方，每个冲水喷头对应设有一个操作台，排出槽设于冲洗槽下方，用于盛放清除的剩余内脏器残留组织和血水。此技术的应用已经相对成熟，能够满足自动化生产的需要，形成流水化作业[20]。

1.2 家禽自动取内脏装备的研究与应用

自动取内脏产业化装备主要包括自动切肛装备、自动取内脏装备、自动吸肺机、悬挂输送机和胴体内外清洗机，其中自动切肛、自动开膛和自动取内脏装备是核心装备，作业时家禽吊挂在悬挂输送线上依次经过各台装备完成取内脏加工。

1.2.1 自动割肛装备

作为家禽自动取内脏联合作业系统的关键装备，自动割肛装备的主要作用是在传输机构上将禽体周围的组织分离。荷兰Meyn公司、丹麦林肯公司和美国Johnson Food Equipment公司等企业生产的自动割肛装备都有较好的应用前景，我国目前主要有吉林省艾斯克机电股份有限公司发明的自动切肛机，其结构示意图如图1所示。

由图1可知，该装备主要由生产线动力装置、禽体输送装置、机架、切肛装置和在线调节装置组成，可自动将禽体肛门与禽体周边组织切离，不损伤肛门和禽肠，减少对禽体的污染，可用于规模化生产。该装备的工作原理为：压肛装置在下降过程中将禽肛部压住，并将禽尾尖夹住，同时下滑座开始上升，禽体定位机将禽体逐渐抱紧，中间滑座带动切肛刀逐渐下降，同时带动吸附探头下降，吸附探头逐渐从禽体肛门插入禽体内部，在吸附探头的引导下，切肛刀准确地压在禽体的肛门位置，当切肛刀下降到指定位置时便开始快速旋轉，将禽体的肛门和周边组织切离，吸附探头在上轨迹轮的控制下分别沿各自轨迹同步上升，将切下的禽体肛门和盲肠液囊从禽体内拉出，挂在禽体背部，禽体定位机构在下轨迹轮的控制下分别沿各自轨迹上下滑动将禽体松开，吸附探头自动松开已切下的禽体肛门和盲肠液囊，完成单个切肛单元操作[21]。

当家禽的品种、质量和体型变化时，禽体肛门的位置、腔内盲肠长度及腿部长度等均会相应发生变化，切肛机能够根据禽体的变化进行在线调节，同时切肛机内装有能够根据禽体大小自动调节的弹簧，通过控制弹簧压缩量能够调节对禽体背部、腿部及胸部等部位的夹紧力，以适应不同大小禽体的需要。

1.2.2 自动开膛装备

自动开膛装备的原理相对较为简单，主要为开膛刀沿禽体胸骨中心切开一段，以方便取内脏作业。21世纪以来，我国关于自动取内脏装备的研究报道较多，并有多项相关专利发布[22-23]，但实际应用到工业化生产中的很少。荷兰Meyn公司生产的自动开膛装备（图2）能够最大程度保持开膛时禽体的完整性，自动化程度和精密度较高，最多可同时运行16 个操作单元，加工能力为12 000只/h。

该装备的基本工作原理为：将自动开膛装置放置在一个180°曲线的架空输送机上，当禽体被挂在架空传送机上时，禽体正面朝向机器入口，背面处于机器的中心位置，通过设置静态和动态导向进入开膛机加工单元的下方位置，两侧结构支撑、提起禽体，并将其推到禽体两腿之间的一对中支架上，开膛刀的下半部分通过孔引导移动到禽体胸骨前，在随后的开膛刀上升过程中将禽体腹部按照设定的程序切割，最后将禽体释放，从而完成一次开膛动作。

1.2.3 自动取内脏装备

目前国内外自动取内脏装备的研究和应用较为广泛，根据自动取内脏机械手的形式主要分为扒取、挖取和夹取3 种作业方式。扒取式和挖取式装备的结构相对简单，但取家禽内脏时的破损率较大，夹取式装备的设计较为复杂，但加工性能优越[24]。荷兰Meyn公司生产的自动取内脏装备从1992年推行至今，已被广泛接受，该装备的最大特点是最大运行单元28 个，最大加工能力13 500 只/h，可完成质量为1.2～4.0 kg的不同品种禽体的自动取内脏作业，且内脏可以被完全分离，破损率小于0.5%，不对内脏和禽体造成损伤，在生产中具有广泛的应用价值[5]，其结构示意图如图3所示。

该装备的工作原理是禽体通过移动装置被引导到机器，且禽体背部正对机器的中心，禽体处于加工单元下方，取内脏机器架在禽体颈部，机械手将颈部食道和内脏从内腔取出，并且同时从多个单元释放并进行冲洗，完成一次单元作业，胴体和内脏包提交给兽医检查员进行检查。

目前，国外家禽取内脏加工技术已较为成熟，适合各种家禽，以肉鸡为主的系列成套装备在世界各地的大中型禽类加工企业得到广泛应用，但在我国的应用率还较低。

2 家禽在线称重分级技术装备研究

目前禽类分级主要有称重分级和质量分级2 种，其中称重分级是根据活禽宰后的质量差异进行分级。质量分级装备方面，目前荷兰Meyn公司开发的家禽质量分级系统能够根据家禽腹部和背部颜色的差异对胴体进行质量分级；丹麦Linco公司生产的质量分级系统采用前、后、左、右4 个位置的相机对禽体进行拍照，在分级的同时还可以统计禽体缺陷，如羽毛残留、表皮破损、擦伤或断翅等。根据系统评定、分级后的家禽被自动送入不同的加工通道，实现深加工产品原料利用率的最大化[25-27]。

2.1 质量式分级机

传统质量分级机有称重式和弹簧式2 种，其中前者应用较多。质量式分级机可以根据目标物料（一般为水果、家禽和蛋类）的质量差异对其进行分级。质量式分级机的结构示意图如图4所示。

质量式分级机的工作原理：移动秤有40～80 个，随辊子链在轨道上移动，固定秤有若干台，根据不同质量砝码进行分级，台秤固定在机架上，托盘上装有分级砝码，当托盘到达固定秤处进行称重时，托盘的杠杆与固定秤的分离针接触，原料和砝码在杠杆的两端。若物料质量大于设定值，则分离针被抬起，托盘随杠杆转动而翻转，物料被排放到接料槽内；若物料质量小于设定值，托盘将继续前移，进入下一个计量点，原料按照固定秤的数量分为若干等级，最终实现分级的目的。endprint

如今，传统的称重装备不能满足大规模工业化生产，已经慢慢被淘汰。计算机技术的不断进步大大推动了电子式称重技术的不断发展，使其得到广泛应用[29-30]，且电子式称重技术的分级速率和分级精度不断提高，如质量分级的精度可达1 g，甚至0.1 g，尺寸分级的精度可达1 mm。

2.2 家禽称重分级装备

青岛兴仪电子设备有限责任公司研发的家禽称重分级装备示意图如图5所示。该装备通过多级变速输送装置对家禽进行多级变速输送，从而进行分离并逐步拉开间距；通过设置检测装置，自动检测家禽质量，并且在检测装置的下游设有分级摆放装置，根据检测装置检测的质量状况进行自动分级摆放，整个过程无需人工参与，检测分级准确，可应用于工业化生产中。

工作原理：当家禽经过多级变速输送装置上由2 组检测光源组成的光矩阵时，阻断了光源原有的运行路径，检测器反馈的光通量发生变化，此时检测器数据处理单元显示光通量数值发生改变，光通量经数据处理单元一一对应模拟电压，家禽通过线性光源产生不同的光通量，进而输出不同的模拟电压，数据处理单元可以通过模拟电压计算出家禽在皮带截面的长度和宽度，进而计算出其截面积。因多级变速输送装置的速度恒定，相当于数据处理单元对家禽的轮廓进行重组，从而计算出家禽的体积，根据质量=密度×体积即可计算出家禽的质量，从而最终达到对家禽质量进行分级的目的。

目前，吉林省艾斯克机电股份有限公司开发了皮带称重、线上称重、胴体间歇称重和胴体转盘排序称重4 种称重分级生产线，可实现多级别、智能化和精准化分级。胴体称重系统能够完成肉鸡胴体的连续分批自动称重、自动计数，加工能力为10 000 只/h，稱量范围0～100 kg/批。该公司最近推广的直线称重分级生产线非常适合土鸡胴体的称重分级，每一个家禽品种可以设置8 个级别，根据工艺卸载到指定地点进行包装[32-33]。

2.3 视觉分级装备

荷兰Meyn公司开发的视觉分级装备示意图如图6所示，该装备可以结合禽类不同的特征类型设定质量等级，分辨率高，分级速度快，无需人工操作便可实现无损分级的目的，大大提高了分级效率，具有很高的应用和推广价值。

该装备的分级将不同禽体的类型特征相结合，使用者可以决定每个质量水平的范围和对典型的缺陷特征进行描述。禽体的质量和品质分级体系由Meyn公司开发的M5软件进行控制管理，图像采集系统基于禽体的颜色差异来识别，最多可以设定7 个不同的等级，当确定禽体在一个质量等级范围内时，将数据记录在一个MDB（message driven bean）文件中，使用Microsoft软件可以随时访问数据，且可以实现实时显示，给操作者带来极大的便捷[34]。

3 结 语

3.1 家禽自动取内脏及称重分级装备及技术的不足

当活禽屠宰时大小不均一时，自动取内脏装备不能根据禽体大小进行自动调节，导致取内脏不完整、禽体肋骨被折断等，造成禽体不完整，影响肉品品质。另外，取内脏装备的机械结构较为复杂，容易造成禽体腹腔内部污染，给后续工序带来不便，影响副产物的经济效益[35-36]。

称重分级是取内脏之后的一个关键工艺，通常按照原料的品质、形状和质量进行分级。家禽进行质量分级后，对不同等级禽肉各个部位的质量、色泽、持水性、嫩度、蒸煮损失、水分含量及蛋白质含量等关键指标间差异的研究尚处于空白，均可以作为之后的研究方向。根据上述指标建立的数据库将能够为科研单位及相关企业提供参考，推动家禽行业的发展[37-38]。

3.2 基于智能化传感器的技术装备研发

近年来，随着信息科技的迅猛发展，图像技术的专业化迅速提升，计算机视觉、超声分析、近红外扫描等技术逐渐应用到家禽、果蔬等农副产品的分级检测中。这些技术除了可以根据原料的外部品质（大小、形状、颜色和表面缺陷等）对其进行检测分级外，还可以对原料内部进行无损检测分级，且检测速度可满足商业化生产，大大提高了产品品质，可以作为一种辅助分级手段[39-41]。

计算机视觉系统采用的电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）照相机能够通过对图像进行检测，并将其转化为数字信号，信号经计算机处理得到所需要的各种图像的特征值，实现模式识别，再根据识别结果显示图像、输出数据、发出指令，配合执行机构完成位置调整、优劣筛选、数据统计等自动化流程。将这些技术逐渐应用到家禽的自动化分级与检测中能够排除人为主观因素及操作的干扰，且有足够的应变能力适应农产品品质的变化，拥有不言而喻的优越性，具有广阔的市场价值和应用前景[42-43]。

3.3 家禽自动取内脏及分级技术的装备标准研发

目前，家禽自动取内脏、分级技术装备还缺乏行业标准，不同装备生产加工的禽肉制品、同种装备加工的不同品种禽肉产品的品质存在差异。我国大型家禽屠宰企业大多采用国外进口的自动取内脏生产线，装备品牌和家禽养殖条件不统一等因素均限制了家禽屠宰及分级分割的标准化[24]。随着禽肉产品需求的持续增长，肉品安全备受关注，因此制定我国家禽行业自动取内脏技术与装备的相关标准对规范行业标准具有重要作用，同时能够为装备的研发、技术的更新、人员的培训等方面提供相应的参考标准，为实现家禽自动化工业生产提供强有力的保障。

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