СПОСОБ СУШКИ СЫРЬЯ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F26B3/347 

Изобретение относится к деревообрабатывающей и пищевой промышленности, в частности к способам сушки сырья растительного и животного происхождения.

Известен способ непрерывной сублимационной сушки жидких продуктов, который включает вспенивание жидкого продукта, нанесение его на носители, замораживание, сушку с деструкцией высохшего слоя продукта, при этом подаваемый продукт поступает на носители послойно с различной дисперстностью каждого слоя. При этом обеспечивается равномерная пространственная структура продукта (Кретов И.Т. Антипов С.Т., Шахов С.В., Игнатов В.Е., Рязанов А.Н., Ключников А.И., Васильченко А.Н. Способ непрерывной сублимационной сушки вспененных продуктов и сушилка для его осуществления// 2148762. 99103318/06. 2000.05.10. RU F 26 B).

Способ является достаточно сложным и требует большого расхода энергии.

Известен также способ сушки растительного сырья, в процессе подготовки к которому сырье обрабатывается водным раствором солей жасмоновой кислоты со щелочными металлами или аммонием в определенном количестве и выдержке 2-5 ч (Квасенков О.И., Добровольский В.Ф. Способ производства сушеных продуктов из растительного сырья // 2000.05.10. 2148325. RU 99100259/13. А 23 В 7/022. А 23 В 7/022).

Известен способ сушки продуктов в сверхвысокочастотном поле (СВЧ) с последующим центифугированием путем изменения давления, при этом воздух, используемый для охлаждения магнетрона и источника питания, используют для нагрева герметичной камеры, а полученный пар конденсируют и в дальнейшем используют (Фролов В. А. , Пархоменко Ю. П., Аболтынь А.Я. Способ сушки // 99107115. 99107115/13. RU 2001.01.20. A 23 L 3/40).

Известен способ сушки пищевых продуктов инфракрасным излучением при пониженном давлении и температуре, который включает в себя две стадии: удаление воздуха вакуумным насосом до давления 74,7-21,3 кПа в течение 1-10 мин, подачу в сушильный агрегат азота, содержащего этонол, и повышение давления до 98,1-186,3 кПа в течение 1-10 мин (Оно Такудзи (JP), Оно Фудз Индастриал Ко., Лтд. Способ сушки пищевых продуктов инфракрасным излучением при пониженном давлении и при низкой температуре // 2152745, 98108589/13, 2000.07.20, JP 96/02953 (JP) A 23 L 3/40).

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ сушки продуктов растительного и животного происхождения, предусматривающий их нагрев и перемешивание в герметичной вакуумной камере с последующим отделением паров воды и откачиваемых газов, при этом в камере создают остаточное давление 3-5 Па, испарение воды ведут при нагреве СВЧ-энергией продукта до 70-90^o, а сушку ведут до достижения продуктом влажности 9-13%, при этом конденсацию воды осуществляют системой водяного охлаждения на атмосфере (Василенко Н.В., Ивашов Е.Н. Способ вакуумной сушки продуктов растительного и животного происхождения // 2151984, 98121029/06. 2000.06.27. RU 98121029/06 F 26 B 7/00, F 26 B 5/04, F 26 B 3/347).

Известный способ требует для придания продукту температуры 70-90^oС и обеспечения продуктом влажности 9-13% существенных затрат электроэнергии ввиду низкого коэффициента полезного действия СВЧ-генераторов, кроме того, этот способ требует значительных энергетических затрат на создание вакуума в камере, где происходит сушка продукта.

Технический результат изобретения заключается в снижении энергозатрат на процесс сушки продуктов и древесины.

Этот результат достигается тем, что сушку продуктов и древесины производят путем воздействия на него электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона (3-30 Гц) или сверхнизкочастотного диапазона (30-300 Гц), или электромагнитным полем, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, при этом частота несущей для всех видов модулированного электромагнитного поля может составлять от 30 до 10¹³ Гц, а напряженность каждого указанного электромагнитного поля составляет 10-1400 А/м, длительность воздействия 10-900 минут.

Как показал обзор патентно-технической литературы, нигде раньше для сушки продуктов и древесины не применялось электромагнитное поле крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона или амплитудно-модулированное колебаниями крайне низкочастотного или диапазона сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитное поле, частотно-модулированное колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитное поле, фазомодулированное колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ заключается в следующем. Древесина или продукты растительного или животного происхождения помещаются в устройство для сушки, представляющее собой заземленную емкость, выполненную из стали, в которой находится излучатель, расположенный так, чтобы максимальное число линий магнитной индукции электромагнитного поля пронизывало объем емкости, заполненный веществом, подвергающимся сушке. На излучатель подаются электромагнитные колебания. Воздействие производят электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона, или сверхнизкочастотного диапазона или электромагнитным полем, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, при этом частота несущей для всех видов модулированного электромагнитного поля может составлять от 30 до 10¹³ Гц, а напряженность каждого указанного электромагнитного поля составляет 10-1400 А/м, длительность воздействия 10-900 минут.

При воздействии электромагнитного поля с указанными параметрами происходит перераспределение энергии тепловых колебаний в системе ион-белок, соответственно происходит активация или ингибирование переноса протонов за счет изменения конформации Н⁺-канала и соответственно изменение высоты активационных барьеров связывания H⁺ с белками-переносчиками (Жадин М.Н., Ковалев А. Э. , Никоноров А. И. Численное решение уравнений движения иона в макромолекуле при комбинированном действии постоянного и переменного магнитного полей // Биофизика. 1998. Т.43. Вып. 2. С.253-259).

В результате воздействия электромагнитного поля с определенными параметрами клетки за счет имеющейся у них энергии высвобождают протоны во внеклеточную среду и количество воды, находящееся во внутриклеточной среде, уменьшается.

В результате по сравнению с прототипом затраты электроэнергии уменьшаются до 10³ раз.

Пример 1. Берут 1 м³ древесины ("Сосна обыкновенная"), при температуре 20^oС с влажностью 63% помещают в опытную установку и воздействуют на нее электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 2 Вт•ч.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 11 Вт•ч.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей f_н = 200 кГц, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. Глубина модуляции m=50%. При этом потребление электроэнергии составляет 5 Вт•ч.

Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей f_н=200 кГц, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. Глубина модуляции m= 50%. При этом потребление электроэнергии составляет 12 Вт•ч.

Пример 5. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 200 кГц, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 12 Вт•ч.

Пример 6. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 200 кГц, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 5 Вт•ч.

Пример 7. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 200 кГц, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 6 Вт•ч.

Пример 8. Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что на древесину воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 200 кГц, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 14 Вт•ч.

Конечная влажность древесины в примерах 1-8 одинакова и составляет порядка 20%.

Параллельно с параметрами, указанными в примере 1, подвергают сушке согласно известному (прототипу) способу, потребление электроэнергии при этом составляет 1,5 кВт•ч.

Пример 9. Берут 25 кг "Воблы каспийской" с влажностью 50%, помещают ее в опытную установку и воздействуют на нее электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 2 Вт•ч. Конечная влажность рыбы составляет 25%.

Пример 10. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" воздействуют электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 11 Вт•ч.

Пример 11. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей f_н= 400 кГц, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. Глубина модуляции m=50%. При этом потребление электроэнергии составляет 5 Вт•ч.

Пример 12. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей f_н= 900 кГц, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. Глубина модуляции m=50%. При этом потребление электроэнергии составляет 12 Вт•ч.

Пример 13. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" влздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 1200 кГц, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 5 Вт•ч.

Пример 14. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 1700 кГц, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 12 Вт•ч.

Пример 15. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 2500 кГц, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 900 минут при напряженности поля 10 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 6 Вт•ч.

Пример 16. Способ осуществляют аналогично примеру 9, кроме того, что на "Воблу каспийскую" воздействуют электромагнитным полем с частотой несущей 25000 кГц, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, в течение 10 минут при напряженности поля 1400 А/м. При этом потребление электроэнергии составляет 14 Вт•ч.

Конечная влажность рыбы в примерах 9-15 одинакова и составляет порядка 25%.

Параллельно "Воблу каспийскую" с параметрами, указанными в примере 9, подвергают сушке согласно известному (прототипу) способу, потребление электроэнергии при этом составляет 1,6 кВт•ч.

Аналогичным образом производилась сушка вишни (сорт "Памяти Вавилова"), моркови красной, капусты белокочанной (сорт Краснодарская 1), мяса говядины с первоначальной влажностью 85,5, 88,5, 90,0, 69,9% соответственно. При этом при проделанных операциях, описанных в пунктах 1-15, приведенных на примере древесины и рыбы, получены следующие данные конечной влажности: для вишни 29%, моркови 27%, капусты белокочанной 26,5% и мяса говядины 24%, энергопотребление при этом не превышало 15 Вт•ч.

Таким образом, предложенный способ позволяет уменьшить энергозатраты в 100-1000 раз.

На частоту несущей накладываются два ограничения: 1. Она должна быть на порядок больше модулирующей частоты, то есть в случае выбора модулирующей частоты из крайне низкочастотного диапазона несущая частота электромагнитного поля может лежать в сверхнизкочастотном диапазоне;
2. Частота несущей по верхней границе определяется физическими явлениями, связанными с запаздыванием поляризации молекул и, как следствие, ослаблением эффекта детектирования, то есть выделения биосистемами модулирующих колебаний. Указанные явления ощутимо начинают сказываться при частотах несущих, лежащих в оптическом диапазоне электромагнитного спектра. Таким образом частота несущей может лежать в диапазоне от 30 до 10¹³ Гц.

Изобретение относится к деревообрабатывающей и пищевой промышленности, в частности к способам сушки древесины и продуктов растительного и животного происхождения. Способ сушки древесины, продуктов растительного и животного происхождения заключается в том, что сушку древесины, рыбы, мяса, вишни, моркови и т. д. производят путем воздействия на сырье электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, при этом частота несущей для всех видов модулированного электромагнитного поля может составлять 30 - 10¹³ Гц, а напряженность каждого указанного электромагнитного поля составляет 10-1400 А/м, длительность воздействия 10-900 мин. Этот способ позволяет снизить энергозатраты по сравнению с известными способами до 10³ раза.

Способ сушки сырья растительного и животного происхождения, отличающийся тем, что сушку производят путем воздействия на него электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, частотно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, или электромагнитным полем, фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона или сверхнизкочастотного диапазона, при этом частота несущей для всех видов модулированного электромагнитного поля может составлять 30 - 10¹³ Гц, а напряженность каждого указанного электромагнитного поля составляет 10-1400 А/м, длительность воздействия 10-900 мин.