Устройство для обработки мясного сырья

Изобретение предназначено для использования в мясной промышленности и относится к устройствам для обработки мясного сырья. Устройство состоит из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя в виде соленоида. В качестве источника низкочастотных электрических колебаний использован генератор униполярных треугольных импульсов с частотой 10-200 Гц, соответствующей резонансной частоте внутримолекулярных превращений в мясном сырье. Соленоид имеет ферритовый сердечник, создающий низкочастотное электромагнитное поле с энергией более 4,5 ккал/моль выше энергии разрыва водородных связей в биологической клетке. Устройство обеспечивает получение экологически чистого мясного сырья, увеличение его срока хранения за счет снижения микробиальной обсемененности и снижение материальных затрат и электроэнергии при приготовлении готовой продукции. 1 табл., 3 ил.

 

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.

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_cp=30 B до U_a=60B, ток в импульсе от I_cр=1,5 А до I_a=30 А сопротивление излучающего устройства r=2 Ом.

Определим скважность сигнала:

$$S=\frac{T}{t}=\frac{20}{2}=\mathrm{10,}\left(\text{1}\right)$$

Определим мощность среднюю и амплитудную

P_cp=I_cp×U_cp=30×1.5=45 Вт,

P_a=I_a×U_a=60×30=1800 Вт.

Найдем энергию одного импульса среднюю и амплитудную

Е_ср=P_cp×t=45×2×10^-3=0.09×с=0.09 Дж,

E_a=P_a×t=1800×2×10^-3=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.

В дальнейшее чтобы рассчитать энергию электромагнитного излучения, произведем перевод энергетических показателей в электрон-вольты известно, что eV=1.602×10^-19 Дж, тогда

Е_ср=5.617×10¹⁷ eV

E_a=2.247×10¹⁹ eV

Произведем расчет диапазона изменения энергии сигнала электромагнитно-импульсного воздействия

Е_ср.сиг.=Е_ср×f=5.617×10¹⁷×280=1.573×10²⁰ eV

Е_а.сиг=E_a×f=2.247×10¹⁹×300=6.741×10²¹ eV

По данным расчета произведем расчет энергии излучаемого фотона в данном процессе, для этого воспользуемся справочными данными о количестве содержания электронов в 1 см³=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 см², тогда объем медного провода равен

V=300×0.025=7.5 см³

Найдем количество электронов в данном объеме провода

n_в=7.5×615×10²²=4.613×10²⁵ шт.

Найдем энергию одного фотона излученного от излучающей установки для этого, используем среднюю и амплитудную энергии

$${Е}_{ср.ф}=\frac{1.573\times {10}^{20}}{4.613\times {10}^{25}}=3.4\times {10}^{-6}eV$$

$${Е}_{ср.a}=\frac{6.741\times {10}^{21}}{4.613\times {10}^{25}}=1.46\times {10}^{-4}eV$$

Определим диапазон длин волн излучения фотона, используя постоянную Планка h=6.626×10^-24, и скорость света C=2.9979×10⁸ 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	-	-	-	7,9×104	Обнар.
1	60	10	18,85	18,58	2,6×104	Обнар.
2	60	100	18,45	18,13	2,1×104	Обнар.
3	60	200	22,73	22,12	3,0×104	Не обнар.
4	30	30	19,76	19,54	3,7×104	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.

Устройство для обработки мясного сырья, состоящее из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя в виде соленоида, отличающееся тем, что 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.