УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ
DEVICE FOR ELECTRIC PULSE PROCESSING OF RAW MEAT

Изобретение предназначено для использования в мясной промышленности и относится к устройствам для обработки мясного сырья.
Известно техническое решение, описанное в патенте России №2065282, 20.08.1996, кл. A23L 3/32 Семченко Д.А., Остриков М.М., Алексеева С.П. «Устройство для электромагнитной обработки растительного сырья», содержащее излучатель в виде электромагнита с полюсами сердечников, имеющих определенную геометрическую форму, установленного над транспортером с приводом.
Также известно устройство для обработки биологического объекта (см. патент РФ №2078490, А01С 1/00, 1997 г.) состоящее из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя в виде соленоида.
Также известен способ обработки мясного сырья (Согласно (патента RU №2489025 кл. С1 А23В 4/01, 2013, прототип) Решетняк А.И., Бебко Д.А., Нестеренко А.А., Бессалая И.И. «Способ обработки мясного сырья».
Недостатком известных технических решений является недостаточная эффективность и длительность обработки.
Техническим результатом является получение экологически чистого мясного сырья, увеличение срока хранения за счет снижения микробиальной обсемененности и времени обработки, а также улучшение качества мясного сырья и повышение усвояемости продукта.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки мясного сырья состоящем из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя в виде соленоида с использованием бифилярной обмотки проводника, которая позволяет повысить эффективность обработки, согласно изобретению в качестве источника низкочастотных электрических колебаний использован генератор униполярных треугольных импульсов с частотой 10-500 Гц, соленоид имеет ферритовый сердечник, излучатель имеет бифилярную обмотку, что повышает эффективность обработки, и создает низкочастотное электромагнитное поле с энергией более 9 ккал/моль, т.е. выше энергии разрыва водородных связей в биологической клетке.
Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что использование униполярных низкочастотных треугольных импульсов с частотой 10-500 Гц, данный диапазон частот позволяет достигнуть технического результата, в случае изменений расстояния и толщины обрабатываемого мясного сырья, с применением соленоида с бифилярной обмоткой проводника, позволяет повысить эффективность обработки и увеличить магнитную индукцию поля в 2 раза. Соответствующая резонансная частота электромагнитного поля для внутримолекулярных превращений в мясном сырье с энергией выше энергии разрыва водородных связей в биологической клетке, дает снижение время обработки, до 10 минут и эффективно воздействует на патогенные микробы, получая из мясного сырья гомогенную белковую массу с частичной денатурацией белка, обеспечивая увеличение срока хранения и улучшение качества мясного продукта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство для обработки мясного сырья, на фиг. 2 - схема генератора униполярных низкочастотных треугольных импульсов.
Устройство для обработки мясного сырья содержит в качестве источника низкочастотных электрических колебаний генератор униполярных треугольных импульсов фиг. 2; и излучатель фиг. 1 в виде соленоида, с ферритовым сердечником 1 и бифилярной обмоткой 4 создающим низкочастотное электромагнитное поле напряженностью 20-30 В/м и магнитной индукцией не более 12 мТл, обеспечивающим энергию поля более 9 ккал/моль. Под излучателем расположена платформа 5 на которую помещается мясное сырье 2, так чтобы излучение 3 попадало на мясное сырье.
Электрическая схема генератора униполярных низкочастотных треугольных импульсов состоит из двух частей: генератора импульсов и цепи управления.
Электрическая схема генератора униполярных импульсов на (фиг. 2) состоит из генератора импульсов управления и силовой части. Генератор импульсов управления может быть выполнен на базе релаксационного генератора с использованием однопереходного транзистора.
Цепь управления предназначена для управления тиристором VD10, основным элементом управления. Основной элемент, который производит управление тиристором, является однопереходный транзистор VT1. Генерация частоты происходит с цепи управления при взаимодействии с тиристором VD10, величина этой частоты до 2000 Гц. Если рассмотреть силовую часть схемы, то здесь показана цепь основанная на двухполупериодном выпрямлении, с последующим протеканием сигнала к емкостям и катушке индуктивности, соответственно С3, С4 и L1, подключенные, последовательно и параллельно тиристору VD10, и предназначенные для поддержки и усиления подаваемых импульсов в силовой части цепи, и роль фильтрующих элементов генерируемой частоты, с учетом нагрузки Rн. Данный вид цепи управления основанный на кремневом триоде (транзисторе) с одним переходом, является весьма удобным прибором для построения цепей управления тиристорами. Преимуществами этих приборов является: стабильное напряжение отпирания (переключения), очень малый ток отпирания, широкий диапазон рабочих температур и большое допустимое амплитудное значение тока эмиттера, транзистора VT1. Также схема характеризуется простотой, компактностью и небольшой мощностью потребления.
Произведем математический расчет электромагнитных параметров излучателя влияющих на биологию и гистологию мясной продукции.
ср
a
ср
a
По осциллограмме на фиг. 3, нам известно, что частота сигнала составляет f=290-500 Гц, длительность импульса t=2 мс, период сигнала Т=20 мс, напряжение в импульсе от U=70 В до U=90 B, ток в импульсе от I=1 А до I=25 А сопротивление излучающего устройства r=4 Ом. Определим скважность сигнала:
Определим мощность среднюю и амплитудную
cp
cp
cp
P=I×U=70×1=70 Вт,
a
a
a
P=I×U=90×25=2250 Вт.
Найдем энергию одного импульса среднюю и амплитудную
сp
cp
-3
E=P×t=70×2×10=0.14×c=0.14 Дж,
a
a
-3
E=P×t=2250×2×10=4.5 Вт×с=4.5 Дж.
Так как в 1 Дж - 2,39 ккал, то при пересчете на ккал, 4,5 Дж=10,75 ккал., т.е полученная величина энергии больше энергии разрыва водородных связей в биологической клетке.
-19
В дальнейшее чтобы рассчитать энергию электромагнитного излучения, произведем перевод энергетических показателей в электрон-вольты известно, что еV=1.602×10Дж, тогда
cp
17
E=8.739×10eV
a
19
E=2.808×l0eV
Произведем расчет диапазона изменения энергии сигнала электроимпульсного воздействия
cp.cиг
сp
17
20
E=E×f=8.739×l0×290=2.534×10eV
a.сиг
a
19
22
E=E×f=2.808×l0×500=1.404×10eV
3
2
По данным расчета произведем расчет энергии излучаемого фотона в данном процессе, для этого воспользуемся справочными данными о количестве содержания электронов в 1 см=615×1022 шт. Рассчитаем объем используемого медного провода в излучаемой установке на рисунке 2 обозначенный по 1. Известно, что длина медного провода равна для бифилярной обмотки L=600 см, сечение провода d=0,025 см, тогда объем медного провода равен
3
V=600×0.025=15 см
Найдем количество электронов в данном объеме провода
B
22
25
n=15×6 15×10=9.225×10 шт.
Найдем энергию одного фотона излученного от излучающей установки для этого, используем
Е с р. ф=2.534×10 20/ 9.225×10 25=2.7×10 - 6 е V
Еа. ф=1.404×10 22 9.225×10 25=1.52×10-4eV
-24
8 м
Определим диапазон длин волн излучения фотона, используя постоянную Планка h=6.626×10, и скорость света С=2.9979×10/с
Полученные данные длины волны излучения фотона согласно [Кожаева Д.К. Обеззараживание мяса птицы сверхвысокочастотной энергией / Д.К. Кожаева // Вестник ветеринарии. - 1998 №9(3). - С. 42-44.] входят в диапазон рентгеновского излучения по длине волны, это предположительно и является основным фактором воздействия на биологию и гистологию мясных продуктов.
Устройство для обработки мясного сырья работает следующим образом.
В зависимости от расстояния до обрабатываемого объекта устанавливают заданные частоту электроимпульсов. Через несколько минут после включения генератора униполярных треугольных импульсов фиг. 2, фиг. 1 и излучателя в виде соленоида с бифилярной обмоткой 4 фиг. 1 процесс приобретает установившийся характер. После обработки мясное сырье проверяют на наличие патогенных бактерий и его структуру, и отправляют обработанное мясное сырье для приготовления готового продукта.
При электромагнитно-импульсном воздействии на мясное сырье низкочастотным электромагнитным полем создаваемый униполярными импульсами треугольной формы с частотой 10-500 Гц, осуществляется обеззараживание мясного сырья. Из биологических и химических исследований известно, что каждая нативная единица имеет свою частоту электромагнитного излучения, поэтому если создать условия резонанса внешних электромагнитных воздействий с внутренними излучениями клетки, то может произойти внутреннее разрушение биологической единицы. Экспериментально использовались сигналы треугольной формы, которые показанные на фиг. 3.
Из осциллограммы видно, что в импульсе напряжение равно 60 вольт, частотный диапазон исследовался от 10 до 500 Гц, где очевидно проявился резонансный режим воздействия на биологию и гистологию мясного продукта. Эксперимент по воздействию на мясную продукцию (говядина) предусматривал продолжительность воздействия до 10 минут на каждую биологическую единицу с диапазоном частот от 10 до 500 Гц, в результате были получены следующие данные по биологии и гистологии мясной продукции, которые представлены в таблице 1.
При гистологическом исследовании «обработанной» поперечно-полосатой мышечной ткани у всех видов имелись структурные изменения в мышечных волокнах, которые характеризовались лизисом миофибрилл. Соединительная ткань между мышечными волокнами и между мышечными пучками была в состоянии распада и представляла гомогенную белковую массу, которая практически не окрашивалась.