СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ
METHOD OF HEAT TREATMENT OF BLOOD OF FARM ANIMALS

Изобретение относится к мясоперерабатывающей отрасли, может быть использовано в комбикормовой промышленности.  10% крови убойных животных используется для производства высокоэффективных белковых добавок, позволяющих значительно повысить продуктивность с.-х. животных.
Технология переработки крови включает сбор и транспортирование сырья; тепловую обработку (коагуляция, варка); отделение жидкой фазы от общей массы; сушку влажного остатка и обработку сухого продукта. Для выполнения этих операций применяют отдельные машины и аппараты. Процессы переработки крови энергоемки и связаны с потреблением большого количества электроэнергии, пара и воды.
о
о
о
Для тепловой  обработки крови применяют конвективный и кондуктивный методы подвода теплоты. Конвективный нагрев происходит при непосредственном контакте сырья с горячей водой или острым паром, при кондуктивном - теплота подводится через стенку от глухого пара, горячей воды. При нагревании крови до определенных температур происходит коагуляция, т.е. тепловая денатурация белков, входящих в состав крови. Коагуляция начинается при температуре 56С и заканчивается при температуре 80С (денатурация).  При производстве кормовой муки  кровь коагулируют и частично удаляют влагу. При коагуляции температуру крови доводят до 90…95С для уничтожения микрофлоры. Но этот процесс периодический, длительный и трудоемкий. Кроме того, на поверхностях нагрева образуется слой коагулированных белков, который ухудшает условия теплообмена и затрудняет очистку оборудования [1, 2].
Кровяная мука является кормовым продуктом для растущих свиней и птицы. Она характеризуется высоким содержанием усваиваемого протеина (не менее 80%).
Известен способ термообработки крови убойных животных паром [3]. Согласно изобретению обработку  крови паром осуществляют в магнитном поле.
Техничекский результат изобретения заключается
в удлинении сроков хранения сваренной крови и снижении бактериальной обсемененности продукта.
Указанный технический результат достигается тем,
о
что  воздействия электромагнитных излучений сверхвысокочастотного и инфракрасного диапазонов в передвижных резонаторных камерах СВЧ-генератора происходят в многократном циклическом режиме, предусматривающем эндогенный нагрев, при удельной мощности 1…16 Вт/г, паузу и экзогенный нагрев, при мощности ИК-ламп 1 кВт до достижения температуры в продукте 78…80С, причем продолжительность паузы  больше, чем продолжительность нагрева.
На фиг. 1  представлена операционно-технологическая схема производства кровяной муки.
На фиг. 2 изображена динамика нагрева крови с.-х. животных при разных удельных мощностях  СВЧ-генератора: 1) 16 Вт/г; 2) 8 Вт/г; 3) 7 Вт/г; 4) 3,5 Вт/г ; 5) 2,3 Вт/г; 6) 1 Вт/г .
На фиг. 3  изображена  динамика нагрева крови с.-х. животных  при воздействии ИК-излучений, мощность ламп 1 кВт.
уд. СВЧ
уд. СВЧ
уд. СВЧ
уд.
На фиг. 4 изображена  динамика нагрева крови с.-х. животных  при комбинированном воздействии ЭМП СВЧ  и ИК-излучений:  1) Р= 9,34 Вт/г; 2) Р= 6,74 Вт/г; 3)Р= 5,23 Вт/г; 4) РИК = 4,5 Вт/г.
На фиг. 5  приведено   схематическое изображение динамики нагрева сырья в процессе термообработки в рабочей камере с СВЧ и ИК-энергоподводами.
На фиг. 6  представлен  график изменения бактериальной обсемененности крови в процессе термообработки СВЧ и ИК-энергоподводами.
На фиг.7 представлен  график изменения бактериальной обсемененности крови в зависимости от температуры нагрева  СВЧ и ИК-энергоподводами.
Разработанная  операционно-технологическая схема производства кровяной муки  представлена на фиг.1. Схема производства кровяной муки  предусматривает следующие операции: залив крови в приемную горловину барабанного дозатора; дозирование сырья-крови в резонаторные камеры в процессе их движения, многократный эндо-, экзогенный нагрев сырья последовательно через паузу; выгрузка сваренной крови посредством опрокидывания резонаторных камер; измельчение и фасование вареной крови в специальные мешки; транспортирование в холодильную камеру; транспортирование в животноводческие хозяйства.
Технологическая схема термообработки крови с.-х. животных  разработана с учетом нижеприведенных требований к процессу. 1. Термообработка крови происходит за счет многократного последовательного воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и инфракрасных излучений через паузу. 2. Установка работает в непрерывном режиме. 3. Кровь  животных подается в передвижные резонаторные камеры дозированно, в автоматическом режиме. 4. Выгрузка вареной крови происходит за счет опрокидывания соответствующих резонаторных камер. Непрерывный режим воздействия  обеспечивается  за счет передвижных резонаторных камер СВЧ-генератора.
о
о
Экспериментальные исследования динамики эндогенного нагрева крови животных начальной температурой 15С (фиг.2) показывают, что приращение температуры на 63…65С в продукте при удельных мощностях генератора 16 Вт/г, 8 Вт/г, 3,5 Вт/г достигается за промежуток времени 30 с, 60 с,  180 с соответственно. Динамика нагрева крови с.-х. животных  при воздействии ИК-излучений приведена на фиг.3. Динамика нагрева крови с.-х. животных  при комплексном воздействии ЭМП СВЧ и ИК-излучений приведена на фиг.4.
о
Эмпирические зависимости температуры нагрева (С) крови с.-х. животных (далее сырье) от продолжительности эндогенного нагрева при разной удельной мощности СВЧ-генератора:
∆T = 71,95 Ln(τ) +17,37 (16 Вт/г); ∆T =  54, 763 Ln (τ)+ 15,448(8 Вт/г);
∆T = 45,137 Ln (τ)+ 14,341(7 Вт/г); ∆T = 30,704 Ln (τ)+ 16,035 (3,5 Вт/г);
∆T = 25,214 Ln (τ)+ 15,578(2,3 Вт/г); ∆T = 18,852 Ln (τ)+ 15,041(1 Вт/г).
(4.1)
Из анализа температурных кривых, представленных на фиг.2 следует, что применение низкой удельной мощности СВЧ-генератора обеспечивает большую равномерность теплового воздействия в течение всего процесса. Заметим, что чрезмерное увеличение температуры в сырье при использовании СВЧ-энергоподвода может привести к возникновению объемного напряженного состояния внутри продукта, связанного с неравномерным распределением влаги, образованием трещин (за счет возникновения большого градиента влагосодержания) и разрушением структуры продукта. Следует отметить, что повышение СВЧ-мощности позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс термообработки крови. С повышением температуры происходит уменьшение коэффициента диэлектрических потерь, что, в свою очередь, приводит к снижению количества теплоты, генерируемой в продукте. Однако согласно закону Джоуля-Ленца  эффективность  преобразования энергии переменного электромагнитного поля  в теплоту пропорциональна квадрату напряженности ЭМП, поэтому увеличение подводимой СВЧ-мощности способствует увеличению кпд процесса трансформации СВЧ-энергии.
W
Т
Q
1
Пользуясь методикой активного планирования трехфакторного эксперимента и программой «Statistic V5.0», построены поверхность отклика и их двумерные сечения в изолиниях моделей.  Эмпирические выражения, описывающие модели энергетических затрат (), приращение температуры крови  (∆),  производительности установки ()  следующие:
1
2
1
2
2
∆Т = -21,769 + 6,045·х+29,827 ·х- 0,213 ·х - 6,173 ·х(1)
1
2
1
2
1
2
2
2
Q = 678, 8 - 77,591 ·х- 275,645 ·х+1,176 ·х + 7,741 ·х + 61, 31·х ·х           (2)
1
2
1
2
1
2
-7
2
-14
2
W = 0,024 - 0,0029 ·х- 0,0172 ·х+ 8,88 ·10·х + 4,1 ·10 ·х +0,0288·х·х  (3)
1
2
3
1
2
3
1
2
3
где х- удельная мощность СВЧ-генератора в кодированных единицах; х- общая продолжительность воздействия электромагнитных излучений в кодированных единицах; х- мощность ИК-излучений. Значение фактора хна нулевом уровне  равно 8,5 Вт/г, х- 108 с;  х- 2 кВт; интервал варьирования фактора х= 7,5 Вт/г, х= 0,9 мин, х= 0,4 кВт.
.
о
о
о
3
В ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Чувашской Республике» проведена оценка вареной крови опытного и контрольного образцов на основе органолептических, фи-зико-химических и микробио-логических по-каза-телей (протокол испытаний №1097 от 15.08.2013 г.)  Испытано 4 образца в 4-кратной повторности: исходная кровь - 1 образец; кровь подвергали воздействию эндо-, экзогенного нагрева  по предложенной технологии  с помощью разработанной установки:  в течение 45 с до 69С - 2 образец; в течение 60 с до температуры 76С - 3 образец; в течение 75 с до температуры 81С - 4 образец. По результатам исследований микробиологических показателей (КМАФАнМ) по ГОСТ 10444.15.94 построены  графики зависимости ОМЧ (КОЕ/см) от продолжительности воздействия ЭМИ  (фиг.6) и температуры нагрева продукта  (фиг.7).
6
3
3
Основным критерием при обосновании режимов работы установки является изменение бактериальной обсемененности крови в процессе термообработки. Результаты исследований микробиологических показателей крови 4-х образцов приведены в табл. 1 и 2. Первый образец - контрольный вариант, второй - термообработка крови до 40°С, третий - термообработка крови до 60°С, четвертый - термообработка крови до 75°С. Исследование микробиологических параметров крови с исходной бактериальной обсемененностью 4,4 ·10КОЕ/смпоказало, что при термообработке до 75°С с СВЧ и ИК-энергоподводами, общее микробное число в продукте снизилось до 10 000 КОЕ/см (фиг.7).
Таблица 1 - Результаты исследований микробиологических показателей крови контрольного и опытного образцов
Определяемые показатели
Результаты исследований
Единица измерения
НД на метод исследования
БГКП (колиформы)
1;2;3;4 - не обн.
в 0,1 см<sup>3 </sup>
ГОСТ Р 52816 -07
Сульфитредуцирующие клостридии
1;2;3;4 - не обн.
в 1,0 см<sup>3</sup>
ГОСТ 29185-91
S. aureus
1;2;3;4 - не обн.
в 1,0 см<sup>3</sup>
ГОСТ Р 52815-07
Патогенные в т.ч. сальмонеллы
1;2;3;4 - не обн.
в 25 см<sup>3</sup>
ГОСТ Р 52814-07
Таблица 2  - Результаты исследований количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) контрольного и опытного образцов
№образцов
Продолжительность воздействия, с
Температурапродукта, ºС
ОМЧКОЕ/см<sup>3</sup>
Норма, КОЕ/см<sup>3</sup>
1
Контроль
20
4·4·10<sup>6</sup>
10<sup>5</sup>
2
45
69
1·10<sup>5</sup>
3
60
76
5·10<sup>4</sup>
4
75
81
1·10<sup>4</sup>
2
Зависимость микробиологических параметров крови от температуры нагрева описывается эмпирическим  выражением:  y = 748,35x - 114326x + 4E+06.
Результаты исследований органолептических и физико-химических показателей образцов приведены в табл. 3.
Таблица 3 - Результаты исследований органолептических и физико-химических показателей вареной крови
№
Показатель
Характеристика и норма
Баллы
Опыт
Контроль
1
Внешний вид
Продукт с чистой сухой поверхностью, без повреждений и  серых пятен, крупных пустот, слипов
9
7
2
Консистенция
Плотная, слегка мажущаяся
5
4
3
Вид продукта на разрезе
Продукт некрошливый
6
4
4
Цвет продукта на разрезе
От темно-красного до коричневого
6
4
5
Вкус и запах
Вкус приятный, свойственный изделиям из крови, без постоянного привкуса и запаха
9
7
Итого баллов
35
26
6
Влага, %, не более
81
75
81…85
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
7
Наличие патогенныхорганизмов
не допускается
не обнаружено
При балльной оценке качества продуктов из крови использовали 9 - балльные шкалы, представленные в соответствии с требованиями ГОСТ 9959-91. Из результатов исследований вытекает, что органолептические показатели опытного образца лучше контрольного на  9 баллов.
Схематическое изображение динамики нагрева сырья в процессе термообработки в рабочей камере установки с СВЧ и ИК-энергоподводами представлено на фиг.5. В результате термической обработки крови КРС воздействием СВЧ и ИК-излучений в разработанной установке в течение 288 секунд, получена продукция,  влажностью 66%, при начальной влажности 81%. При этом  величина сухого остатка крови  составила 19%. В процессе эксперимента не наблюдалось коробления и растрескивания продукта. Такой процесс термообработки крови существенно сокращает продолжительность и энергозатраты на получение продукта из крови в виде кровяной муки.
Общая продолжительность обработки 288 с: из них нагрев с СВЧ-энергоподводом 27 с, ИК-энергоподводом 27 с, пауза 216 с, выгрузка  9 с,  загрузка 9 с.
Источники информации
1. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности.Ч.1. Оборудование для убоя и первичной обработки. - М.: Колос, 2001. - С. 322…323.
2. Бредихин С.А. Технологическое оборудование мясокомбинатов. - М.: Колос, 2000. - С. 266.
3. Патент РФ 2133574. Способ переработки крови убойных животных.