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针对喷淋冷却存在的不足，本文拟借助自行研制的雾化喷淋装置，通过采用前期高频、后期低频的喷淋工艺，对胴体进行增湿冷却，并测试猪胴体24h冷却干耗、表面亮度L*值及绿度a值等指标，分析各因素对干耗及色泽的影响，从而选取相对较优的喷淋冷却参数，以期为实际生产提供参考。
1、材料与方法
1.1试验材料
1.1.1试样
供试样品为江苏省食品集团有限公司按照标准化工艺屠宰的三元杂交猪胴体（杜洛克父本×（长白父本×大白母本），DYL），质量在(90±10)kg且入库前后腿中心温度为39～42℃，喷淋用水采用与所在企业人工喷淋相同的温度为23～26℃饮用水。
1.1.2试验装置及环境
预冷库长×宽×高为9m×6m×3.2m，库内纵向均匀安装8条用于悬挂胴体的轨道及9条喷淋增湿管道，冷库布置图和喷淋管道实物图如图1、2所示，每条喷淋管道上均匀布置24个气液混合型喷嘴，喷嘴间距约40cm，该喷嘴在工作水压3MPa，气压1MPa时雾滴的体积中径Dv50=221.82µm，喷雾锥角120～150°，喷嘴全部开启后所形成的水雾可覆盖所有胴体。库中安装有两台功率2.34kW、全风压28Pa、全风量24900m3/h的冷风机，轨道处的风速为0.5～2.0m/s，库内温度4～7℃，相对湿度96%～100%。
图1冷库布置图
1.冷风机2.喷淋冷却管道3.悬挂轨道安装支架4.猪胴体悬挂轨道
图2喷淋管道实物图
1.气管2.水管3.喷嘴4.猪胴体悬挂轨道
1.1.3测试仪器
便携式色差仪（型号：HP-C200，上海汉普光电科技有限公司）；电子单轨称（量程500kg，精度0.2kg，梅特勒-托利多（中国）公司）；吸湿用纸（单抽表面积(198±8)cm2，质量为(0.98±0.02)g，上海东冠华洁纸业有限公司）；电子称（量程200g，精度为0.01g，东莞南城长协电子制品厂）。
1.2试验方法
将刚屠宰的猪胴体称量记录后均匀整齐地悬挂于预冷库的轨道上冷却，每组试验样品40头（共计25组，1000头），每组试样按设计的工艺进行喷淋增湿，24h后，再次称量胴体质量、测定色泽，并计算干耗和色差。
1.2.1试验设计
根据胴体表面在不同冷却时间水分蒸发速率的不同，将整个喷淋过程分为间隔时间较短的高频段和间隔时间较长的低频段。在胴体入库前期温度较高时，适当缩短间隔时间（高频喷淋），以期及时补充其表面散失水分，该过程的喷淋参数包括高频喷淋总时长（A）、单次喷淋时长（B）和高频喷淋间歇时长（C），即在进行时长B的喷淋作业后，间歇时长C，然后再进行时长B的喷淋作业，如此循环往复。A、B、C三者满足：A=(B+C)n1，其中n1为整个高频段的喷淋作业次数；当高频段达到总时长A后，高频喷淋作业结束，此时拉长间歇时长以进行低频喷淋，同样，该过程的喷淋参数包括单次喷淋时长（B）、低频喷淋总时长（D）、低频喷淋间歇时长（E），喷淋原理与前者相同，且满足D=(B+E)n2，其中n2为整个低频段的喷淋作业次数。喷淋作业总时长T=A+D。
1）高频段因素水平A、C确定
由余忠等的研究结果可知，冷却前期2、4h的干耗约占24h总体干耗分别为49%、64%，即干耗主要是在冷却前期产生，为探究对胴体表面进行1～5h的高频喷淋的降耗效果，因素A选1、2、3、4、5h5个水平。
为能确定合适的高频喷淋间歇时长C，本研究通过吸水增重法，确定因素C试验水平，即在每次喷淋完毕后，不定时地将吸湿用面巾纸覆盖于胴体腹部，并测定其吸水质量，当面巾纸增重均值小于(1.35±0.05)g，则认为胴体表面已经干燥。从一次喷淋作业后，胴体表面完全湿润，到表面干燥所需的水分蒸发时间即为前期所需喷淋间歇时长。水分蒸发时间统计结果如表1（30min为一组），前2h内不同时段水分蒸发所需时间约为2～8min，故因素C选1、3、5、7、9min5个水平；
表1前2h胴体中部水分蒸发时间
2）低频段因素D、E水平的确定
部分研究关于喷淋总时长和间隔时长选取值如表2所示，且相关结果表明，喷淋增湿总时长超过12h，猪胴体表面菌落总数和大肠杆菌总数均会显著增长，为保证胴体表面各菌落指标能满足卫生要求，试验取最大喷淋总时长T为13h。由于本研究中T=A+D，且前期高频喷淋总时长A选取的水平为1～5h，则因素D取4～8h，即取水平为4、5、6、7、8h，可保证两者相加得到的T为5～13h；参照表2中各文献所选取的低频喷淋间隔时长，为使该因素水平更全面，参数E取10、20、30、40、50min。
表2文献中所采用的雾化喷淋参数
3）单次喷淋时长B的确定
在喷淋过程中观察胴体表面水分状况并记录时长，将胴体表面大体形成一层水膜用时作为基准，完全形成水膜后，胴体表面开始有水滴滴落至地面，此时无需再继续喷淋。由喷淋装置作业特点知，从胴体表面初步形成水雾到完全形成水膜约需10～50s，为探讨喷淋量对干耗及色泽的影响，因素B选10、20、30、40、50s5个水平。
1.2.2试验方案
针对本研究所取的因素和水平，若进行全面试验，则需进行55次，不仅工作量极大，还存在周期长、成本高等问题。正交试验以部分试验代替全面试验，通过分析正交试验结果可了解全面试验情况，实现工艺优化[23]。本试验选取5因素，5水平，各因素水平表如表3，相应选取正交表L25(56)进行正交试验，其中L表示正交表，25为试验次数，5为水平，6为因素（本文为5因素，闲置1因素）。
表3正交试验因素水平设计
1.2.3指标测定
干耗:在入库前将猪胴体依次编号并称取其质量，待预冷24h后再称取其出库质量，干耗R的计算公为：R=[(WI-WO)/WI]×100%，式中WI为胴体的入库总质量（kg）；WO为出库总质量（kg）。
色泽:冷却完全后的胴体（后腿中心温度低于7℃[5]）会根据消费需求进行分割处理，即将整猪大体分割成后腿、排骨、前腿等部位[24]，为能更全面的研究喷淋工艺对这些部位表面色泽的影响，分别取臀部中心（厚度165～185mm）、腹部中心（厚度45～52mm）、前腿中心（厚度106～130mm）表面作为色差测定点，并依据猪胴体悬挂特点（倒置），自上而下分别标记为上部、中部、下部（图3）。将经过24h冷却的猪胴体置于冷库外（温度为14～20℃）暴露10min，选取猪胴体的上部、中部、下部表面，参照文献[25-26]，测定其脂肪表面的L*和a值，L*值范围为0～100，L*越大表明所测样品表面越亮，a值范围为–128～127，a正呈红色，a负呈绿色，a值的绝对值越大表明红色或绿色越深，每组试验取10头试验样品进行色差测定并取均值。
图3猪胴体表面测定点分布图
1.2.4数据处理
采用SPSS22.0软件进行直观分析和方差分析得到各因素对干耗，L*值和a值影响的主次效应和影响程度，并分析各显著性因素与干耗的线性回归关系。
2、结果与分析
根据正交试验因素及水平，各试验样品按设计的喷淋工艺进行喷淋冷却后，结果如表4所示。以第一组试验为例，其喷淋工艺为：单次喷淋10s，前期每次间歇1min，持续1h，后期每次间歇10min，持续4h，喷淋总时长为5h，其他组依此类推。
2.1各因素对干耗、L*值、a值的影响
2.1.1各因素对干耗的影响
对正交试验结果进行直观分析与方差分析得表5，其中，由直观分析得到极差可反映因素水平的变化对指标影响范围的大小，极差大，表明该因素对指标的影响大，极差小则表明影响小，方差分析可判断因素对指标最终结果影响的显著性[27]。由极差结果可知，影响干耗的主次因素顺序依次为：A、C、E、B、D。随着因素A水平的增加，干耗迅速下降，其他因素相比于因素A的降耗程度明显较小。由方差分析结果可知，因素A对干耗有极显著的影响（P<0.01），因素B、C、E对干耗有显著影响（P<0.05），因素D对干耗影响不显著。
表4L25(56)设计表及试验结果
2.1.2各因素对L*值、a值影响
以正交试验得到的干耗为横坐标，对应的各部位的L*、a值为纵坐标，可得到不同部位的L*、a值随干耗的变化情况如图4所示，由图4a可知，在相同的干耗下，中部的L*值相对其他部位大，且图4b可看出中部的a值相对较小，结合试验现象，该部位相对于其他部位极易出现表面发白、色泽变差的情况，所以对干耗变化最敏感，故本文以中部的L*、a值作为研究对象进行直观分析和方差分析。
影响中部L*值的主次因素顺序依次为：A、E、C、D、B，其中因素A对L*值有极显著的影响（P<0.01），E对L*值有显著影响（P<0.05），B、C、D对L*值影响不显著；影响a值的主次因素顺序依次为：A、C、E、B、D，因素A对a值有显著影响（P<0.05），B、C、D、E对a值影响不显著。
2.2显著因素与干耗的回归模型及喷淋参数优选
回归分析是在研究现象之间相关分析的基础上，对自变量和因变量的变动趋势拟合数学模型进行数量推算的一种统计分析方法，得到拟合表达式后，对拟合的回归方程进行显著性检验，最后利用所求得的关系式进行推算和预测[28]。为确定各喷淋参数与干耗的的回归关系，以便为喷淋参数选择提供依据，以正交试验的结果为数据源，选择对干耗影响显著（P<0.05）的因素A、B、C、E为自变量，运用SPSS22.0统计软件进行线性回归分析，得干耗R（%）与各显著因素之间的线性回归方程为：R=1.326-0.165A-0.004B+0.027C+0.004E。回归模型拟合优度检验的决定系数R2=0.886，拟合程度高；显著性水平Sig.=0<0.05，整体显著；参数估算显著性检验值均小于等于0.013，在给定显著性水平α=0.05的条件下非常显著。回归模型整体数据反映回归方程拟合度高。
表5干耗和色差直观分析与方差分析表
注：Ki为因素结果之和的均值，极差R为Ki中的最大值减去最小值，其中i=1、2、3、4、5；**表示影响极显著（P<0.01），*表示影响显著（P<0.05）。
图4胴体表面不同部位L*、a值随干耗的变化情况
结合正交试验直观分析和方差分析结果及回归方程，进行参数选取。以夏季企业的期望干耗1%左右为例，由于高频喷淋总时长对干耗影响极显著，可将其设定为2h，高频喷淋间隔时长调整为5～9min；而单次喷淋时长、低频喷淋间歇时长对干耗的影响较小，可将两者分别设定为10～20s和30～50min，以减少设备开闭次数并节约水电开支；鉴于低频喷淋总时长对干耗无显著影响，所以可将其缩短至4h甚至更短，以减少人工作业和设备运行时间。
3、讨论
试验结果表明，前期对猪胴体进行高频喷淋可有效降低其24h预冷干耗，且高频喷淋总时间越长，降耗效果越显著。全部试验的24h冷却干耗为0.52%～1.42%，不仅能将文献中所述的胴体干耗1.85%-3.5%降低到较低水平，且优于该企业采用喷雾杆通过每间隔约1h喷淋10s（喷淋作业总时间约9h）的人工喷淋工艺得到的1.5%、车海栋等人工喷淋方法1.72%、时美英等套袋法1.42%和Vladimir等、李春等采用二段式冷却法的分别得到的1.4%、1.66%的冷却干耗，与张向前等、Jones等、Greer等采用传统喷淋方法需8～12h才能将干耗降低至1%左右相比，本研究中采用前2h喷淋50s间歇1min，后5h间歇40min的喷淋工艺，只需7h即可将干耗降低到0.91%（第10组试验），可缩短喷淋时间1～5h。主要原因在于：冷却前期猪胴体温度较高，表面水分蒸发较快，高频喷淋通过适时补充胴体表面散失的水分，有效抑制了内部水分向外的传导；随着胴体温度降低，水分蒸发变慢，尤其是当猪胴体表皮温度降至9～12℃后，再进行高频喷淋或延长喷淋时长，不仅降耗效果不明显，还会使表面色泽变差。
就影响消费者感官及肉品价格的胴体表面色泽而言，随着干耗的降低，胴体表面的L*值增加，a值减小，表面出现变亮、变灰的现象，这与张向前等、Jones等、Greer等的研究结果一致，同时，他们的研究还发现，干耗与喷淋总时长呈线性关系(R2=0.875)，而本研究的试验结果得到两者的线性关系不明显(R2=0.522)，这可能与喷淋方式有关：传统喷淋采用固定频率方式，随着喷淋总时间增长，干耗呈线性趋势降低，而本试验在前期高频喷淋降耗效果显著，后期低频喷淋对干耗影响不大，故与喷淋总时长线性关系不明显。通过方差分析结果可知，干耗主要与高频喷淋总时长有关，同时受单次喷淋时长、高频喷淋间歇时长、低频喷淋间歇时长的影响，且这些因素与干耗的线性回归方程拟合度较好(R2=0.886)。由于不同的猪品种表面色泽存在较大差异[7-8,30]，针对试验品种的猪胴体的色泽，通过邀请企业从事销售人员和喷淋技术人员10名，共同选出较优色泽的猪胴体10头作为样本，并用色差仪测取中部的色差值，得到L*值为72～78，a值为-0.5～3。由试验结果知，高频喷淋总时长对L*值有极显著影响（P<0.01）、对a值有显著影响，其他因素对L*值（除低频喷淋间歇时长）及a值影响不显著。因此，要达到满意的L*值，高频喷淋总时长不宜过长，以1～2h为佳，此时a值也较优。
针对不同季节对冷却干耗的不同要求，实际生产中可依据各显著性因素与干耗R（%）的回归方来进行选取，本文依据企业需求，优选参数为：高频喷淋总时长2h，高频喷淋间隔时长5～9min、单次喷淋时长10～20s、低频喷淋间歇时长30～50min。为验证理论较优喷淋参数的正确性，选取前期高频喷淋总时长2h、单次喷淋时长10s、高频喷淋间歇时长9min、低频喷淋总时长4h、低频喷淋间歇时长40min，测得胴体24h干耗为1.07%，符合预期的1%降耗目标，且中部L*值为77.95，a值为–0.05，均在企业满意的色差范围内。
4、结论
1）影响冷却干耗的主次因素依次为：高频喷淋总时长、高频喷淋间歇时长、低频喷淋间歇时长、单次喷淋时长、低频喷淋总时长，其中高频喷淋总时长对干耗有极显著的影响（P<0.01），同时，高频喷淋总时长对L*、a值分别有极显著（P<0.01）和显著影响（P<0.05），其他因素对L*（除低频喷淋间歇时长）、a值影响不显著；
2）为达到不同的降耗需求，同时满足试验品种的胴体表面L*值约72～78、a值约-0.5～3以利于销售的色泽效果，依据正交试验直观分析和方差分析结果及回归方程，优选参数为：高频喷淋总时长2h，高频喷淋间歇时长5～9min，单次喷淋时长10～20s、低频喷淋间歇时长30～50min，低频喷淋总时长可缩短至4h，甚至更短；
3）猪胴体冷却过程中，采用分段式喷淋工艺，不仅可满足生产降耗要求，还可获得利于销售的胴体色泽，与传统的喷淋冷却工艺相比，该工艺可缩短喷淋作业时间1～5h。
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