УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ
DEVICE FOR MEAT RAW MATERIAL TREATMENT

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, A01C 1/00, 1997 г. - прототип) состоящее из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя в виде соленоида.
Недостатком известных технических решений является недостаточная эффективность обработки.
Техническим результатом является получение экологически чистого мясного сырья, увеличение срока хранения за счет снижения микробиальной обсемененности и снижение материальных затрат и электроэнергии при приготовлении готовой продукции.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки мясного сырья состоящем из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя в виде соленоида, согласно изобретению в качестве источника низкочастотных электрических колебаний использован генератор униполярных треугольных импульсов с частотой 10-200 гц соответствующей резонансной частоте внутримолекулярных превращений в мясном сырье, а соленоид имеет ферритовый сердечник, создающий низкочастотное электромагнитное поле с энергией более 4,5 ккал/моль выше энергии разрыва водородных связей в биологической клетке.
Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что использование униполярных низкочастотных треугольных импульсов с частотой 10-200 гц соответствующей резонансной частоте внутримолекулярных превращений в мясном сырье и низкочастотное электромагнитное поле с энергией выше энергии разрыва водородных связей в биологической клетке для обработки мясного сырья позволяет эффективно воздействовать на патогенные микробы и получить из мясного сырья гомогенную белковую массу, что обеспечивает увеличение срока хранения и уменьшение материальных и энергетических затрат при приготовлении готовой продукции.
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 1 и излучатель в виде соленоида 2 с ферритовым сердечником 3 создающим низкочастотное электромагнитное поле напряженностью 10-15 В/м и магнитной индукцией не более 6 мТл, обеспечивающим энергию поля более 4,5 ккал/моль. Под излучателем расположена платформа 4 на которую укладывают мясное сырье 5, так чтобы излучение 6 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.
cp
a
cр
a
По осциллограмме на рисунке 3, нам известно, что частота сигнала составляет f=280-300 Гц, длительность импульса t=2 мс, период сигнала Т=20 мс, напряжение в импульсе от U=30 B до U=60B, ток в импульсе от I=1,5 А до I=30 А сопротивление излучающего устройства r=2 Ом.
Определим скважность сигнала:
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>T</mi><mi>t</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>20</mn></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>10,</mn><mtext>          </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
Определим мощность среднюю и амплитудную
cp
cp
cp
P=I×U=30×1.5=45 Вт,
a
a
a
P=I×U=60×30=1800 Вт.
Найдем энергию одного импульса среднюю и амплитудную
ср
cp
-3
Е=P×t=45×2×10=0.09×с=0.09 Дж,
a
a
-3
E=P×t=1800×2×10=3.6 Вт×с=3.6 Дж.
Так как в 1 Дж - 2,39 ккал, то при пересчете на 4,5 ккал, 3,6 Дж=7,2 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 eV=1.602×10 Дж, тогда
ср
17
Е=5.617×10 eV
a
19
E=2.247×10 eV
Произведем расчет диапазона изменения энергии сигнала электромагнитно-импульсного воздействия
ср.сиг.
ср
17
20
Е=Е×f=5.617×10×280=1.573×10 eV
а.сиг
a
19
21
Е=E×f=2.247×10×300=6.741×10 eV
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 L=300 см, сечение провода d=0,025 см, тогда объем медного провода равен
3
V=300×0.025=7.5 см
Найдем количество электронов в данном объеме провода
в
22
25
n=7.5×615×10=4.613×10 шт.
Найдем энергию одного фотона излученного от излучающей установки для этого, используем среднюю и амплитудную энергии
<mrow><msub><mi>Е</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>ф</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1.573</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>20</mn></mrow></msup></mrow><mrow><mn>4.613</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>25</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>3.4</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>6</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><mi>e</mi><mi>V</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>Е</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>a</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>6.741</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>21</mn></mrow></msup></mrow><mrow><mn>4.613</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>25</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1.46</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>4</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><mi>e</mi><mi>V</mi></mrow>
-24
8
Определим диапазон длин волн излучения фотона, используя постоянную Планка h=6.626×10, и скорость света C=2.9979×10 м/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 и напряжение. Через несколько минут после включения генератора униполярных треугольных импульсов 1 и излучателя 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 10-200 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 200 Гц, где очевидно проявился резонансный режим воздействия на биологию и гистологию мясного продукта. Эксперимент по воздействию на мясную продукцию (говядина) предусматривал продолжительность воздействия 60 минут на каждую биологическую единицу с диапазоном частот от 10 до 200 Гц, в результате были получены следующие данные по биологии и гистологии мясной продукции, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1
Количество колониеобразующих единиц в зависимости от параметров электромагнито-импульсной обработки
№ образца
Время обработки, мин
Частота (f), Гц
Масса образца до обработки
Масса после обработки
КМАФАнМ, КОЕ/г (-3)
БГКП, в 0,001 г.
к
60
-
-
-
7,9×10<sup>4</sup>
Обнар.
1
60
10
18,85
18,58
2,6×10<sup>4</sup>
Обнар.
2
60
100
18,45
18,13
2,1×10<sup>4</sup>
Обнар.
3
60
200
22,73
22,12
3,0×10<sup>4</sup>
Не обнар.
4
30
30
19,76
19,54
3,7×10<sup>4</sup>
Обнар.
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.
Эти изменения указывают на то, что использование предлагаемого устройства для обработки поперечно-полосатой мышечной ткани и речении действительно оказывает воздействие на поверхностные и глубокие структуры, что подтверждает эффективность обработки сырья животного происхождения НЧ ЭМП для ускорения биохимических превращений и снижения микробиальной обсемененности.