Перекрестная ссылка на заявки, соответствующие данному документу
Данная заявка притязает на выгодоприобретение из предварительных заявок США №№ 60/251881 от 08 декабря 2000 г., 60/251880 от 08 декабря 2000 г., 60/292513 от 23 мая 2001 г. Содержание этих предварительных заявок полностью включено в данный документ в качестве ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к обработке мяса для тендеризации и/или уничтожения бактерий в мясе за счет того, что мясо подвергают воздействию плазменных ударных волн или импульсов, генерируемых конденсаторным разрядом между двумя электродами.
Уровень техники
Мясо можно подвергнуть тендеризации и по меньшей мере частичной стерилизации с помощью ударных волн, например, акустическими импульсами или импульсами давления от взрывов химических взрывных зарядов или от конденсаторного разряда между двумя электродами, например - согласно патентам США №№ 5273766; 5328403; 6120818 и 6168814 В1 - John Long, и также 6224476 В1 - Long et al. Ударная волна идет от места взрыва со скоростью звука или несколько большей скоростью в случае ударных волн значительной силы; и, аналогично слышимому звуку эха от стены, отразится от поверхности, отражающей ударную волну.
Условие для отражения ударной волны заключается в том, что скорость звука, изменяющаяся в зависимости от среды, в которой проходит волна, изменяется на границе перехода двух разных сред. Волна сжатия следует в воде с приблизительной скоростью 1500 м/с - быстрее скорости ее прохождения в воздухе; и та же волна проходит в нержавеющей стали со скоростью 5800 м/с - почти в четыре раза быстрее, чем в воде. Эта разница скорости звука близка к разнице скорости ударных волн, которые по сути являются звуковыми волнами сильного сжатия; и механизм их распространения тот же, что и у звука, но они представляют собой импульсы с крутыми фронтом и срезом, и обычно имеют гораздо более высокую силу звука или нарастание сжатия (иногда называемое как «сверхсжатие»), чем большинство звуков.
При столкновении звуковой или ударной волны в воде со стальной поверхностью волна большей частью отражается от этой поверхности по причине разницы скорости (иногда называемой как «рассогласование акустического сопротивления»), и при этом только небольшая часть волны входит в сталь. В некоторых упоминаемых выше патентах отражение ударных волн от толстой стальной поверхности использовано для повышения силы ударного импульса. Импульс ударных волн от взрыва краткий, но все же имеет заметную длительность; и когда импульс отражается от стали, он проходит через себя, увеличивая силу импульса ударной волны.
В предпочтительном осуществлении согласно патенту '766 и '403 (Long) мясо помещают в пластмассовые мешки, дно которых имеет полусферическую стальную оболочку; оболочку наполняли водой и взрыв создавали в геометрическом центре. Ударная волна шла наружу и достигала всего мяса примерно в одинаковое время, ударяла по нему примерно с одинаковым сверхсжатием или силой ударной волны, проходя через упаковочную пленку и мясо дважды по причине отражения от стальной оболочки. (Мясо и упаковочные мешки, имея акустическое или механическое полное сопротивление, близкое к сопротивлению воды, ударный импульс в значительной степени не отражают).
Это известное осуществление очень хорошо действует для тендеризации и по меньшей мере частичной стерилизации мяса, уложенного вдоль, или в прилегании к внутренней стенке оболочки, но имеет некоторые недостатки. Важное обстоятельство заключается в том, что это осуществление по сути является операцией отдельной производственной серии, а его оборудование - дорогостоящим. Полусфера из нержавеющей стали диаметром в четыре фута и толщиной в два дюйма недорогая, а оборудование, необходимое для перемещения предохранительных щитов для взрывных работ, устройств замены воды и др., сложное и дорогое. Упаковка и удаление мяса происходит медленно, и прочие обязательные задержки обусловлены техникой безопасности; например - рабочие не должны загружать полусферы во время установки взрывчатого вещества.
Еще один недостаток заключается в том, что вода выбивается вверх из полусферической оболочки взрывом, и ее нужно пополнять. В случае химических взрывчатых веществ: предпочтительно сливать остающуюся воду и заменять ее свежей, не имеющей химических побочных продуктов взрыва, хотя эта вода даже и не контактирует напрямую с мясом. Этот слив и пополнение занимает время и расходует много воды.
Помимо этого, сила взрыва в указанном осуществлении не является уравновешенной. Гейзер из газов взрыва, водяного пара и брызг сверху полусферы обусловливают возникновение значительной отдачи, которая толкает полусферу вниз, и эта сила отдачи должна компенсироваться крупными пружинами, демпферами и пр., и это дополнительное оборудование также стоит дорого и слишком быстро изнашивается. Для поглощения силы гейзера необходим специальный взрывозащитный купол над оболочкой согласно патенту США № 5841056.
Размещение мяса в защитных пластмассовых мешках также вызывает дополнительные проблемы, и поэтому необходимость их использования предпочтительно устранить.
Размещение мяса вплотную к поверхности, отражающей ударную волну стали, или в примыкании к ней, является причиной некоторых трудностей, упоминаемых выше известных осуществлений, и такое размещение имеет ограничения, которые препятствуют какому-либо существенному усовершенствованию. Ширина слоя мяса, которое можно тендеризировать, ограничивается длительностью ударного импульса, поскольку если все мясо нужно подвергнуть воздействию удвоенной силы, то толщина ударного импульса должна по меньшей мере в два раза превышать толщину мяса, чтобы сила импульса удвоилась по всей толщине мяса. Если импульс очень краткий, то его срез пройдет в слой мяса в момент отражения его фронта от стали, и воздействию удвоенной ударной силы подвергнется только ближайшая к стали часть мяса; остальная часть подвергнется воздействию двух прохождений неудвоенной ударной волны. Ширина ударного импульса в метрах приблизительно составляет 1500 м/с, деленные на длительность импульса в секундах.
Ограничение толщины мяса означает, что размер полусферы должен увеличиваться, чтобы каждая серия обрабатываемого мяса была бы достаточно велика и общая скорость обработки не была слишком медленной. Но увеличение диаметра полусферы означает, что ударный импульс будет слабее, поскольку сила давления сферической волны слабеет приблизительно как функция куба радиуса (что соответствует расстоянию от источника(ов) взрыва).
Если мясо переместить внутрь приблизительно на 29% радиуса полусферы (точно: 1,000 - минус 0,707), то сила ударной волны разового прохождения будет точно равна удвоенной силе на внутренней поверхности полусферы, даже если энергия взрыва не возрастет. (Ударная волна пройдет наружу через мясо, и потом, отразившись от стальной поверхности, пойдет назад в направлении внутрь через мясо).
Но тогда возникает трудность удержания мяса от смещения его взрывом. Эта проблема решается в указанном патенте США 6168814 В1 за счет того, что емкость делают «акустически прозрачной», в результате чего ударная волна пройдет через емкость без значительного отклонения направления и без задержки прохождения.
Имеется несколько способов выполнения емкости акустически прозрачной. Предпочтительным способом является выполнение емкости из материала, имеющего «акустическое сопротивление», приблизительно равное сопротивлению жидкости, в которую оно погружено. Если значения сопротивления материала емкости и жидкости почти одинаковые, то ударная волна будет иметь почти ту же скорость в обоих материалах. В соответствии с принципом Гюйгенса волна при этом не будет преломляться. И она не будет отражаться от границы перехода между жидкостью и материалом емкости.
Если в качестве жидкости предпочтительно использовать воду, то емкость можно выполнить из материала, в котором скорость распространения звука аналогична его скорости в воде. Такие материалы имеются. Например, в ненаполненной резиновой смеси скорость звука только на 3% выше, чем в воде, и несколько видов более долговечных пластмасс по своему акустическому сопротивлению довольно близки к воде, и поэтому очень целесообразны для использования в емкости для мяса. Одним целесообразным и хорошо известным материалом, одобренным для использования с пищевой продукцией, является TYGON - пластифицированный виниловый полимер; прочими материалами являются полиэтилен и полипропилен. Прочие пластмассы можно в обычном порядке испытать на акустическую прозрачность и долговечность в условиях взрыва.
Но это не устранит все проблемы предшествующих осуществлений, как то: необходимость обработки партиями, соответствующая медленность и сложное оборудование. Для обеспечения либо непрерывной обработки, полунепрерывной или прерывистой обработки, или для обеспечения усовершенствованной обработки производственными сериями в более поздних осуществлениях: емкости заменены на трубопровод (например, трубка из материала TYGON), по которой мясную продукцию закачивают или транспортируют, в случае гамбургеров или т.п. (т.е. в виде суспензии), или доставляют течением воды в случае кусков мяса, например, куски куриного мяса после обвалки или завернутая в пластмассу говядина. Преимущества твердой трубы из имеющей соответствующее значение сопротивления пластмассы, по существу пропускающей ударную волну, очевидны для транспортирования пищевой продукции; эта труба также более «прозрачная» для ударных волн, чем сетка или рама. Материал TYGON и другие соответствующие виды пластмассы в виде труб промышленность выпускает.
Согласно патенту США № 6168814 В1 пластмассовый трубопровод или неподвижный держатель мяса окружены полым и приблизительно цилиндрическим отражателем ударной волны, и поэтому ударные волны отражаются внутри. Даже если геометрические формы не столь точны для того, чтобы совершенно правильно направлять отражения ударной волны, этот отражатель служит в качестве реверберационной камеры, в которой множество эхо ударной волны дает импульс квази-гидростатического сжатия.
Сущность изобретения
Хотя осуществления известного уровня техники согласно патентам Long, включая упоминаемые выше, работают очень хорошо, согласно данному изобретению обеспечиваются дальнейшие усовершенствования, включая менее дорогостоящее оборудование, повышенные кпд и эффективность. Эти усовершенствования обусловили некоторые изменения, каждое из которых дает некоторую степень усовершенствования, и которые в сочетании друг с другом обеспечивают очень значительные усовершенствования. В числе этих изменений, которые можно применять отдельно или в сочетании: (1) изменения геометрии камеры конденсаторного разряда; (2) замена трубчатой камеры, содержащей мясо, на «барабан», на котором располагается мясо и который находится в верхнем конце камеры конденсаторного разряда; (3) обеспечение несущей мясо конструкции, которая по существу удерживает мясо в нужном положении на барабане во время конденсаторного разряда, и по меньшей мере часть которой, как вариант, перемещается вместе с мясом в нескольких этапах его перемещения; (4) упрощенное поворотное загрузочное устройство периодической круговой подачи для доставки мяса в местоположение над камерой конденсаторного разряда, и для транспортирования обработанного мяса к местоположению выгрузки; (5) более эффективное обеспечение разрежения или волны отрицательного сжатия; и (6) обеспечение некоторых усовершенствований тендеризации, согласно которым мясо, особенно бескостные куриные грудки, подвергают обработке ударной волной в комбинации с прочими операциями.
Краткое описание чертежей
Особенности и преимущества данного изобретения станут более очевидными из излагаемого ниже подробного описания предпочтительного осуществления, наряду с некоторыми раскрываемыми вариантами и альтернативами, рассматриваемыми в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - частичное горизонтальное сечение предпочтительного осуществления данного изобретения, с изображением камеры конденсаторного разряда, камеры обработки мяса, несущей мясо конструкции и соответствующего устройства; Фиг.2 - увеличенное изображение сечения камеры конденсаторного разряда, с указанием предпочтительных габаритов;
Фиг. 3 - увеличенное изображение частичного сечения камеры для мяса и части камеры конденсаторного разряда;
Фиг. 4 - горизонтальное сечение транспортерной системы в соответствии с данным изобретением в виде поворотного загрузочного устройства периодической круговой подачи, имеющего четыре положения: первое положение приема мяса, второе положение обработки мяса и третье положение выхода мяса; и
Фиг. 5 - сечение по линии 5-5, указываемой на Фиг. 4.
Подробное описание предпочтительного осуществления, с вариантами
Фиг. 1 предпочтительного осуществления согласно данному изобретению изображает устройство 10 обработки мяса, содержащее две основные камеры: нижнюю камеру 12 конденсаторного разряда или взрывания; и непосредственно над ней - камеру 14 переработки пищевой продукции.
Камера 12 конденсаторного разряда, заполненная водой, рассолом или другой несжимаемой текучей средой, состоит из параболической чаши 120 внизу и по существу круглой-цилиндрической верхней части 122, которая может быть несколько конической, с углом наклона стороны конуса относительно геометрической оси, не превышающим 15 градусов, предпочтительно менее 8 градусов, и наиболее предпочтительно - 0 градусов, т.е. верхняя часть 122 является предпочтительно по существу круглой-цилиндрической; и подразумевается, что круглая-цилиндрическая форма не обязательно должна быть совершенной круглой-цилиндрической.
Два электрода 124 входят в параболическую чашу 120 горизонтально и выполнены с возможностью обеспечивать разряд величиной 12-19 кДж. Геометрическая линия электродов проходит через фокус параболы. При генерировании электрического импульса ударная волна исходит сферически из параболического фокуса.
Во время распространения ударной волны каждая точка в расширяющемся фронте удара имеет и величину (сжатие), и направление. Поэтому каждую точку на расширяющейся сфере можно считать ведущей точкой вектора, проходящего через центр параболического фокуса. Поэтому лучи, отражаемые от поверхности параболической чаши 120, будут отражаться в направлении, параллельном оси параболы. Они будут следовать через отверстие, ведущее в камеру 14 обработки пищевой продукции. Любые лучи, пересекающиеся со сторонами верхней части 122, например, из-за возможного сужения менее 15 градусов пересекаются под углом менее 15 градусов и при этом теряют незначительное количество энергии.
«Барабан» 16, описываемый ниже, отделяет камеру 12 конденсаторного разряда от камеры 14 обработки пищевой продукции. В работе: мясо помещают на барабан 16 и создают электрический импульс, в результате которого ударная волна проходит от камеры 12 через барабан 16, и проходит в мясо; обусловливает его тендеризацию и уничтожает значительный процент бактерий, которые могут в нем находиться.
Круглая-цилиндрическая форма камеры 12 взрывания обеспечивает более единообразное давление на барабане 16; при этом отверстие для барабана 16 становится основным диаметром параболической чаши.
Первая серия испытаний была проведена для определения оптимального расстояния от дуги барабана 16, нужного для создания максимального сжатия. Хорошие результаты были получены с параболической частью камеры 12 взрывания диаметром около 20,3 см но без сужения верхней части 122, и поэтому верхняя часть 122 также имеет диаметр около 20,3 см, с расстоянием около 29,2 см от фокуса, в котором образуется дуга, до барабана 16.
Но когда сделали высоту камеры 12 от фокуса до барабана короче в пределах 10-20 см, были получены даже лучшие результаты. Во второй серии испытаний, с расстоянием в пределах 10-20 см и особенно 14,6 см, было обнаружено, что и курятина, и говядина получали единообразную тендеризацию с использованием лишь некоторой части полной мощности конденсаторного разряда. Поэтому желательно, чтобы высота верхней части 122 камеры 12 была меньше ее радиуса. Хотя верхняя часть желательно является круглой-цилиндрической, она может иметь некоторое упоминаемое выше отклонение, и при этом все же обеспечивать превосходные результаты. Так, угол наклона может изменяться в пределах от 8 градусов в большую сторону и 8 градусов в меньшую сторону; предпочтительно 2 градуса в большую сторону и 2 градуса в меньшую сторону; без значительного снижения эффективности, но предпочтительно - 0 градусов. В каждом случае оборудование должно стандартно испытываться для определения оптимальной высоты камеры.
Согласно иллюстрируемому осуществлению: полная мощность устройства конденсаторного разряда составляет 16 кДж. В проведенных испытаниях оптимальная мощность для обработки куриных грудок после их обвалки составляла около 12,8 кДж. Оптимальная мощность для обработки говядины составляла около 11,5 кДж. Применение слишком большой мощности может повредить мясо. Поэтому в каждом случае уровень применяемой мощности надо определять с помощью стандартных испытаний.
Эксперименты тендеризации мясной продукции с помощью ударных волн высокой степени сжатия в пределах от 30000 до 50000 фунт/кв.дюйм показали, что тендеризация происходит, когда ударные волны проходят через мясо из разных направлений, наталкиваясь на мясную продукцию. В этом случае процесс тендеризации осуществляется за счет нарушения волокон мяса в результате сдвига волокон мяса. Но когда мясная продукция, подвергаемая сжатию положительной ударной волной, резко освобождается от эффекта сжатия, эффект тендеризации в два-три раза превышает эффект, получаемый от сдвига. В этом случае мясная продукция резко расширяется, переходя через нулевое сжатие и, по причине импульса, в состояние растяжения. Это явление нарушает создающие жесткость ткани и дает размягченную продукцию и из низших сортов мяса.
Для создания этого явления состояния расширения необходимо создать среду, которая обеспечит возможность резкой разгрузки волны сжатия. Ударная волна, созданная в выбранной среде, предпочтительно в воде, отразится положительно при столкновении с объектом в этой среде, если объект более плотный (с более высоким механическим полным сопротивлением), чем среда, в которой она была сформирована. В этом случае удар отразится обратно через входящую волну, и при этом создаст повышенное давление в волне. Но если объект имеет меньшее механическое полное сопротивление, то волна разгрузится, при этом создав преломленную (отрицательную, или растяжения) волну в продукте. Если положительный удар пересечет воду и достигнет воздушной межфазной границы, то волна разгрузится, создав в воде волну растяжения. Но волна не будет распространяться в воде, т.к. вода не может подвергаться растяжению. В результате произойдет кавитация в воде. Но если в мясе присутствует положительная ударная волна сжатия, и мясо находится в воздушной межфазной границе, то оно сможет выдержать растяжение; и растяжение пройдет через мясо, при этом нарушая его волокна.
Как указано выше, положительная ударная волна пройдет через любой материал в среде, в котором волна генерируется и который обладает одинаковым со средой механическим полным сопротивлением, и отразится как положительная волна от любого материала в среде, механическое полное сопротивление которой превышает это сопротивление среды, в которой волна была сформирована. Механическое полное сопротивление в материалах, используемых в данной системе, обычно регулируется плотностью материалов. Мясо и вода, и большинство пластмасс имеют близкие или по существу соответствующие значения механического полного сопротивления. Поэтому когда ударная волна проходит через мясо и затем наталкивается на сталь, она отражается и является при этом положительной волной.
Но если волна проходит через мясо и затем наталкивается на воздух, то давление волны разгружается на барьерной поверхности, и затем волна отражается обратно через уже сдавленное мясо в виде разгружающейся волны, или, иначе говоря, в виде так называемой отрицательной волны или волны разрежения. В конструкциях, в которых ударная волна проходит через мясо, затем, отражаясь от стали, и где по причине геометрии взрыва вода удаляется с поверхности мяса: волна поэтому наталкивается на смесь газов и водяных капель и разгружается в обратном направлении в виде отрицательной волны. Эта геометрия дает тендеризацию на 50-100% большую, чем при отсутствии отрицательной волны.
В экспериментах с барабанной конструкцией: куб мяса (говядины) помещали на барабан, и вокруг мяса помещали разные количества воды. В том случае, когда только верх мясного куба был не в воде, отрицательная волна шла обратно через мясо, и результаты были аналогичны результатам упоминаемых выше осуществлений известного уровня техники. Когда вода закрывала только половину мясного куба, эффект тендеризации увеличивался. Когда под мясным кубом было только небольшое количество воды (для улучшенного сцепления), то эффект тендеризации был значительно выше. В этом последнем случае сцепление происходило только на одной стороне шестистороннего куба. После прохождения ударной волны через мясо она сталкивалась с воздушной межфазной границей на пяти сторонах мясного куба. В этом случае наблюдалось улучшение тендеризации, по меньшей мере на 50% более лучшее, чем в экспериментах согласно осуществлениям известного уровня техники с применением химических взрывчатых веществ. Поскольку мясо не имеет совершенного акустического согласования с водой, поэтому небольшое усилие толкало мясо вверх. (Если бы мясо имело совершенное акустическое согласование с водой, то эффект тендеризации не произошел). Предпочтительные конструкции используют мясоловушку предпочтительно с гладкой поверхностью над мясом, чтобы удерживать мясо или отклонять мясо назад на барабан, или на выходной транспортер.
Были проведены эксперименты с куриными грудками, с использованием барабанной конструкции. В одном из экспериментов куриные грудки были уложены друг на друга в виде «линкольновой поленницы» в кубе со стороной 12,5 см. В этом эксперименте верхние грудки были тендеризованы в большей степени, чем те, которые были либо внизу, либо в центре уложенного куба. Предположительно по причине пустот между куриными грудками отрицательная волна ослабла при отражении ее обратно. Этот эксперимент повторили с грудками, уплотненными в стокинете. В этом случае все грудки были тендеризованы до торговой приемлемой нормы. Этот пример указывает, что в случае кур, т.е. куриных грудок, куски куриного мяса желательно сжимать, чтобы устранить пустоты в штабеле. Это можно сделать с помощью листа из материала Tygon, который помещают над курами и который сжимает их, и при этом воздух остается над листом из материала Tygon.
Способ "Hydrodyne Process", включая осуществления известного уровня техники и осуществления согласно данному изобретению, нарушает пучки мышечных волокон, тем самым увеличивая открытую площадь для воздействия ферментов на мясо, и указанные ферменты повышают мягкость мяса. (Тендеризация в результате выдержки обусловливается воздействием ферментов на различные мясные волокна). Помимо этого, многие ферменты попадают в клетки. Они тоже высвобождаются, когда клетки нарушаются ударной волной. Поэтому у гораздо большего числа ферментов появляется больше площади для воздействия на нее, и в результате выдержка ускоряется. Это явление, по-видимому, в случае куриного мяса проявляется сильнее, чем с говядиной.
Куриные грудки, тендеризованные очень успешным экспериментом с применением стокинета для кур, были сварены и проверены через день после обработки. Задержка варки кур на один-два дня после обработки не создаст трудностей сбыта и даже еще больше повысит мягкость. Соответственно еще одна особенность данного изобретения заключается в выдержке мяса или кур по меньшей мере на двадцать четыре часа и предпочтительно - два дня после обработки способом "Hydrodyne Process".
Для осуществления указанного явления в камере 14 обработки пищевой продукции: мясо нужно уложить плашмя на барабан 16. Поскольку это иногда сложно сделать, в зависимости от его нарезки и особенно в случае бескостных куриных грудок, то возможно, что будет желательным обеспечение очень мелкого слоя воды над барабаном 16, чтобы устранить возможность какой бы то ни было воздушной межфазной границы между входящей ударной волной и нижней поверхностью мяса, лежащего на барабане 16. Но в случае обработки говядины этот слой воды не нужен, если только мясо не упаковано заранее в пластмассовую обертку, чтобы исключить контакт между водой этого мелкого слоя и самим мясом. Причем на практике обнаружилось, что мелкий слой воды обычно не нужен, поскольку сам барабан 16 достаточно гибкий и упругий, и поэтому любые полости воздуха между нижней поверхностью мяса и барабаном в состоянии покоя заполняются за счет деформации барабана, толкаемого вверх несжимаемой текучей средой внутри камеры 12 конденсаторного разряда во время этого разряда.
Над мясом находится воздух. Положительная ударная волна проходит через жидкость в камере 12 конденсаторного разряда, через барабан 16, который акустически приблизительно соответствует жидкости, и затем - через мясо. При прохождении волны через мясо и по достижении ею воздуха она входит в воздух, создавая волну быстрой разгрузки или растяжения в мясе; и поскольку мясо может воспринимать волну растяжения, волна распространяется в мясе, тем самым увеличивая эффект тендеризации.
Как указано выше, одно из изменений, предусматриваемое данным изобретением и обеспечивающее улучшенные результаты по сравнению с результатами известных осуществлений, предполагает изменение геометрии камеры конденсаторного разряда. Таким образом, в соответствии с предпочтительным осуществлением данного изобретения и согласно приводимым выше пояснениям: камера 12 разряда имеет относительно короткую верхнюю часть 122 над параболической секцией 120. Предпочтительно круглая-цилиндрическая верхняя часть 122 также предпочтительно имеет высоту, не превышающую ее радиус, и более предпочтительно - меньше ее радиуса. Если радиус составляет около 10 см, то высота секции 122 составляет только 9,5 см. Разумеется, размер устройства можно масштабировать соответственно. Прочие размеры можно выбрать исходя из обычного экспериментирования. Этот выбор основывается на расстоянии от дуги, которое обеспечивает оптимальный эффект тендеризации мяса. На этом расстоянии цилиндр 122 оканчивается.
Поверхность, перпендикулярная оси цилиндра 122, является по существу плоской. На этой плоской поверхности помещен гибкий пластмассовый лист, соответствующий «барабану» 16. Пластмассу используют по причине ее гибкости и эластичности, для соответствия ее механического полного сопротивления с водой (которой наполнена параболическая чаша и конус), и предпочтительно по причине ее способности выдерживать неоднократные ударные волны и искажения, причиняемые несжимаемой текучей средой под нею, выталкиваемой вверх ударными волнами. Материал Tygon - несколько более эластичный вариант поливинилхлорида - оказался приемлемым как вариант полиуретана меньшей твердости. Ненаполненная резиновая смесь предпочтительна по причине большей долговечности. В отношении их приемлемости можно обычным образом испытывать прочие пластмассы и эластомеры.
Толщина в пределах 0,5-0,95 см для барабана 16 была испытана и оказалась удовлетворительной. Предпочтительным является лист ненаполненной резиновой смеси толщиной около 0,6 см. Этот барабан обычно удерживают на месте и герметизируют удерживающим кольцом из нержавеющей стали, которое привинчивается к камере 12 взрывания. Это кольцо, как вариант, может также проходить вверх на короткое расстояние, чтобы обеспечивать тонкую закраину, проходящую по периметру вокруг барабана, для удержания оптимального мелкого слоя жидкости на поверхности барабана. Как указано выше, камера взрывания заполнена водой или иной несжимаемой текучей средой, чтобы нижняя поверхность гибкого листа или барабана не контактировали с водой.
Обрабатываемое мясо помещают на барабан 16, и оно должно акустически соединяться с барабаном. Если нужно, чтобы контактируемая с барабаном поверхность мяса была неровной, то на барабане можно обеспечить указанное небольшое количество воды или другой соответствующей жидкости, чтобы улучшить сцепление, фиксируемое указанной закраиной. Гамбургеры, легко формуемые, будут обеспечивать акустически соответствующую поверхность, и поэтому для них не потребуется водяная межфазная граница. Помимо этого, как указано выше, мелкий слой воды или жидкости обычно не нужен, поскольку барабан 16 достаточно гибкий и эластичный, и поэтому под воздействием конденсаторного разряда в камере 12 движущаяся вверх несжимаемая текучая среда под барабаном 16 будет «формовать» барабан в упоре к неровным нижним поверхностям находящегося на нем мяса, тем самым обеспечивая акустическое соединение между нижней поверхностью мяса и барабаном 16.
Нужно отметить, что в этой описываемой конфигурации вода или другая несжимаемая текучая среда вокруг электродов 124 и в цилиндрической верхней части 122 камеры 12 взрывания никогда не контактируют с пищей, т.е. эта вода находится в полностью содержимой системе. В прошлых экспериментах тендеризации мяса с использованием сильных взрывчатых веществ мясо окружала та же вода, в которой находилось взрывчатое вещество. Поэтому мясо необходимо было содержать в вакуумных пластмассовым пакетах. По причине использования пакетов способ становился более дорогостоящим, и также нежелательно повышается риск нарушений в работе. При использовании барабана 16 на камере 12 взрывания какие-либо пакеты не требуются.
Мясо можно вводить в барабан 16 с помощью более или менее обычной транспортерной системы и подавать его на барабан вталкиванием мяса мясом, находящимся на транспортерной системе. Транспортер может иметь направленные вверх фланцы (не изображены), чтобы исключить скольжение мяса по поверхности транспортера; эти фланцы предпочтительно отделены друг от друга интервалом, равным диаметру барабана, при этом обрабатываемые куски мяса или курятины располагаются между этими фланцами. Другая обычная транспортерная система будет перемещать мясо от барабана и в зону выгрузки. Транспортеры могут перемещаться непрерывно или, предпочтительно, прерывисто.
Как указано выше, поскольку мясо не имеет совершенного согласования с водой с точки зрения акустического или механического полного сопротивления, по которой ударная волна передается через барабан 16 и затем в мясо, поэтому небольшое усилие двигает мясо вверх. В этом случае необходимо предусмотреть соответствующую поверхность мясоловушки, чтобы отклонять мясо назад на поверхность барабана.
Но обнаружено, что усилие, продвигающее мясо вверх, иногда слишком велико и поэтому наносит поверхностное повреждение мясу, в результате чего его потом трудно продать или можно продать только по пониженной цене. Хотя мясные волокна, по-видимому, с точки зрения акустического или механического полного сопротивления соответствуют воде, но ткани, создающие жесткость, не соответствуют; и именно эти ткани нарушает энергия ударной волны, чтобы придать мясу мягкость. В результате этого более жесткие сорта мяса, т.е. сорта с большим содержанием тканей, акустически не согласующихся с водой, двигаются вверх со значительным усилием с барабана 16, когда подвергаются обработке. В одном примере: незакрепленное мясо на барабане было откинуто вверх до потолка в помещении высотой 9 м.
Обеспечение металлических ограничителей на мясе, когда оно лежит на барабане, препятствует образованию нужной отрицательной ударной волны. Поэтому ограничители должны иметь механическое полное сопротивление, приблизительно совпадающее с механическим полным сопротивлением воды. Одно из решений этой проблемы заключается в том, что обеспечивают держатель мяса в виде поворотного колеса, содержащего накаченный тороид, т.е. кольцеобразное устройство, которое касается барабана. Использовавшийся в некоторых испытаниях тороид был обычной камерной шиной, предпочтительно из натурального каучука и накаченной воздухом; каучук имеет механическое полное сопротивление, соответствующее воде. Можно использовать разные каучуки, включая вулканизированную чистую ненаполненную резиновую смесь или полиуретановый каучук. Для определения целесообразности их применения можно также испытать и прочие каучуки.
Толщина стенки каучука не должна превышать приблизительно 0,95 см и предпочтительно должна быть по возможности как можно тоньше сообразно обеспечению достаточной долговечности. Толщина свыше 0,95 см не должна применяться, поскольку повышенная толщина в нежелательной степени уменьшит отрицательную ударную волну. Внутренняя камера, использованная в первоначальных испытаниях, имела толщину стенки около 0,32 см.
Вместо указанной камеры шины можно использовать другие конструкции, например, валик из пенопласта или из каучука, например, валик из вспененного полиуретана, с покрытием или без такового. Но такая пенопластовая конструкция, содержащая более твердый материал, чем накаченный тороид или т.п., как указано выше, даст меньшую, чем желательную, отрицательную ударную волну.
В случае использования держателя мяса: его, например, бескостные куры или говядину, подают на барабан подающим транспортером, на котором их захватывают и удерживают на месте накаченным держателем мяса, и в этот момент по мясу «стреляют» разрядом от электродов 124, позволяя ударной волне пройти через воду над электродами, через барабан 16 и через мясо. Когда ударная волна достигает накаченный держатель мяса, она проходит через его стенки и к воздуху. Волна затем возвращается через стенку камеры и мясо в виде отрицательной волны, нарушая большее количество жесткой соединительной ткани мяса, придающей жесткость мясу, тем самым обеспечивая тендеризованное мясо.
При прохождении положительной ударной волны через мясо, и по той причине, что жесткая соединительная ткань (мышечно-волоконная ткань) с точки зрения акустического сопротивления или механического полного сопротивления не соответствует воде или мясным волокнам, мясо двигается вверх, обусловливая мгновенную деформацию накаченного держателя мяса. Но давление воздуха в держателе мяса и его упругость быстро возвращает мясо в барабан. Это перемещение вверх и возвращение занимает около 30 мс.
Чтобы мясо не выпало с барабана при перемещении вверх или при падении вниз, желательно обеспечить боковые направляющие. Если мясо должно было касаться боковых направляющих до передачи ударной волны через мясо, то боковые направляющие нужно будет изготовить из материала, имеющего механическое полное сопротивление, приблизительно соответствующее воде; в ином случае отраженная волна от боковых направляющих будет положительной, тем самым аннулируя нужную отрицательную волну, возвращающуюся сверху. Соответственно, боковые направляющие предпочтительно выполняют из пластмассы, имеющей соответствующее воде механическое полное сопротивление, например Tygon, полиэтилен, полиуретан, полипропилен или ненаполненная резиновая смесь. Соответствующие пластмассы можно испытать обычными способами. Согласно одному из осуществлений используются листы из материала Tygon толщиной около 0,64 см, закрепленные в металлической прямоугольной раме по периметру каждого из листов.
Необходимость применения боковых направляющих можно исключить за счет использования держателя мяса соответствующей формы. Так, вместо камеры шины круглого поперечного сечения можно использовать валик прямоугольного поперечного сечения, или с обращенной к мясу поверхностью с поперечным сечением вогнутой конфигурации; и при этом противоположные края поворотного держателя мяса удерживают мясо на месте.
Выше упоминается, что мясо можно вводить на барабан более или менее обычной транспортерной системой и вталкивать мясо на барабан мясом, находящимся на транспортерной системе. Но эта система не обеспечивает нужную надежность. Например, куриные грудки иногда нагромождаются и проходят вбок, затрудняя регулирование толщины их штабеля на барабане. Применение валика или накаченной камеры шины в соответствии с приводимым выше описанием решает эту проблему за счет положительного поворота ведомого колеса, выполняемого с окружной скоростью контактирующей с мясом поверхности, соответствующей скорости транспортерных лент. Направленное вниз усилие от держателя мяса, равное около 3 фунт/кв.дюйм, будет транспортировать штабель мяса по поверхности барабана, хотя, разумеется, можно использовать более высокие значения давления и даже меньшие значения давления с несколько меньшей эффективностью. Как упоминалось выше, колесо, на котором установлен держатель мяса, приводится в действие и регулируется в соответствии с нужным числом оборотов в мин.
Вместо описываемого выше ведомого колеса можно удлинить держатель мяса в направлении перемещения мяса, например, сообразно накаченной транспортерной ленте.
В соответствии с более предпочтительным осуществлением данного изобретения, иллюстрируемого на Фиг. 1, 3 и 4: полость 14 для обработки мяса ограничена кольцом 140 фиксирования мяса, которое формирует боковую стенку камеры 14 обработки мяса; и вторым барабаном 142, который формирует крышу камеры 14 обработки мяса; при этом и барабан 142, и кольцо 140 фиксирования мяса имеют механическое сопротивление, приблизительно одинаковое с водой, например, Tygon, полиуретан, полиэтилен, полипропилен или ненаполненная резиновая смесь. В частности, верхний барабан 142, являющийся частью вертикально возвратно-поступательной мясоловушки 144, предпочтительно выполнен из того же материала, что и нижний барабан 16, и имеет одинаковый с ним размер.
Фиксирующее мясо кольцо 140 предпочтительно выполнено из полиуретана. Толщина стенки и форма несущего мясо кольца 140 не имеют существенной важности, за тем исключением, что его толщина должна быть соответствующей, чтобы выдерживать усилия, которым оно подвергается во время обработки мяса; толщина стенки около 1,5 см для полиуретана оказалась соответствующей в первоначальных испытаниях.
Согласно Фиг.1 и 5: воздушная ниша или полость 146 находится над верхним барабаном 142. Над воздушной полостью 146 может также располагаться один или несколько каучуковых или пенопластовых слоев 148 согласно Фиг.5, хотя эти слои пенопласта 148 не являются обязательными, и поэтому не являются предпочтительными. Воздушная ниша или полость 146 в этом осуществлении существенно важна по указанным выше причинам, т.е. после прохождения ударной волны через мясо и верхний барабан 142, она достигает воздуха, и затем возвращается через верхний барабан 142 и мясо в виде отрицательной волны.
Хотя вместо воздушной полости 146 можно использовать пенопластовую набивку, эта пенопластовая набивка будет содержать дополнительный твердый материал, который создаст меньшую отрицательную ударную волну, как упоминалось выше.
Желательная высота воздушной полости 146 в описываемом осуществлении - около 2 см, хотя этот габарит не является особо важным, но функционально высота должна быть минимально достаточной, чтобы создать эффективную отрицательную волну, и, как максимум, предотвратить нецелесообразное растягивание барабанов 16 и 142. Прочие габариты можно определить обычными испытаниями.
Согласно простому виду осуществления согласно Фиг.1: мясо помещают в камере 14 обработки пищевой продукции, и пневматический или гидравлический цилиндр перемещается вниз в изображаемое положение, в котором верхний барабан 142 только касается мяса, или мясо слегка сжимается между верхним барабаном 142 и нижним барабаном 16. Электроды 124 затем срабатывают с образованием ударной волны, которая проходит вверх через камеру 12 взрывания, как упоминалось выше, затем через нижний барабан 16, через мясо, и затем - через верхний барабан 142, где ударная волна доходит до воздуха в воздушной полости 146 и возвращается в виде отрицательной волны. Когда ударная волна первоначально наталкивается на мясо, она передвигает мясо вверх, и за ним следует нижний барабан 16. Перемещение ограничивается высотой воздушной полости 146.
Более предпочтительно: описываемое выше устройство входит в состав поворотного кругового транспортера - наглядно изображено на Фиг.4 и 5. В изображаемой на Фиг.4 системе: поворотный круговой транспортер 150 имеет четыре положения, через каждые 90 градусов друг от друга, три положения из которых являются функциональными. Круговой транспортер 150 имеет четыре несущих мясо кольца 140. Согласно Фиг.4: в состоянии покоя во время прерывистого или шагового действия каждое из колец 140 расположено в одном из четырех положений. На уровне, соответствующем нижней поверхности каждого из несущих мясо колец 140, расположена неподвижная пластина 152, предпочтительно из нержавеющей стали, и поворотная пластина 154 периодической круговой подачи, которая выполнена с возможностью поворота и приводится в действие двигателем периодической круговой подачи согласно изображению на Фиг.5; при этом пластина 154 периодической круговой подачи имеет четыре отверстия, в которые посажены четыре несущих мясо кольца 140.
Мясо подают с верха первого положения 160, в результате чего оно располагается на неподвижной пластине 152 в одном из несущих мясо колец 140. Двигатель периодической круговой подачи затем поворачивает пластину периодической круговой подачи, в результате чего мясо и несущее мясо кольцо 140 скользят по неподвижной пластине 142 во второе положение 162, которое является положением взрывания - Фиг.1-3 и 5. В этом положении неподвижная пластина 152 имеет сквозное отверстие, в котором установлена конструкция камеры 12 взрывания. Когда мясо в несущем мясо кольце 140 достигает второго положения 162 кругового транспортера, тогда пневматический или гидравлический цилиндр опускает мясоловушку 144 в положение, изображаемое на Фиг.1 и 5, и в мясо «выстреливают» разрядом электродов 124.
Затем пневматический или гидравлический цилиндр поднимает мясоловушку 144, и двигатель периодической круговой подачи поворачивает пластину 154 периодической круговой подачи для перемещения обрабатываемого мяса и несущего мясо кольца 140 в третье положение 164, в котором неподвижная пластина 152 имеет еще одно сквозное отверстие, в результате чего обрабатываемое мясо падает через это отверстие в неподвижной пластине 152 в зону приема обработанного мяса, например транспортер удаления мяса или станция упаковки.
Согласно наглядному изображению на Фиг.4: в иллюстрируемом осуществлении каждое разовое перемещение превышает 90 градусов и четвертое положение не является функциональным. Очевидна возможность значительных изменений, например, можно обеспечить три положения, в которых периодическая круговая подача происходит через 120 градусов, а не 90 градусов; либо пять положений с периодической круговой подачей через 72 градуса, а не 90 градусов.
Данное изобретение можно осуществить совместно с другими видами обработки. Например, в случае переработки мяса кур: куриные грудки без костей и кожи являются важной продукцией. Обнаружено, что куриное мясо нельзя отделять от грудины по меньшей мере в течение 6 часов после убоя, и на многих фабриках битую птицу держат в охлажденном виде сутки на льду. При трупном окоченении мяса кур оно коробится, но если оно еще остается на кости, то его прикрепление к кости не дает ему коробиться. Но по завершении трупного окоченения, то есть после, приблизительно, 6 часов, мясо можно снять с кости, и оно тогда относительно мягкое. Но если куриное мясо снять до окончания трупного окоченения, то это приведет к тому, что называется «резиновой курицей», которую, пока не было системы Hydrodyne, никакой известный способ не смог тендеризовать.Если держать куриные грудки в течение 6 часов или сутки после убоя, то для этого потребуются значительные складские помещения, и также лед и затраты на энергию охлаждения, и по этой причине стоимость подготовки мяса значительно возрастет. Поэтому птицефабрики искали способы устранить необходимость хранения куриных грудок до их снятия с кости. Одной из целесообразных операций известного уровня техники была электростимуляция, которая заключалась в том, что птицу поражали электротоком в момент убоя. Это электростимулирование ускоряет трупное окоченение, и поэтому вместо 6-10 часов оно завершалось всего за 1-2 часа. Электростимулирование применяли на птицефабриках, с ранней обвалкой через 1-2 часа после убоя. Но результаты были неудовлетворительные, поскольку только 60-70% грудок были мягкими, и поэтому применение электростимуляции оставили.
В соответствии с еще одной особенностью данного изобретения обнаружено, что электростимуляция эффективна, если ее использовать вместе с системой Hydrodyne, включая осуществления известного уровня техники или осуществления, раскрываемые выше. Если кур подвергать электростимуляции, например, при 190 вольт в течение 10 секунд, то трупное окоченение мяса проходит через 1-2 часа вместо обычных 6-8. Электростимулированное таким образом куриное мясо можно снимать с кости вскоре после электростимуляции, и затем подвергать обработке по способу Hydrodyne, например, в соответствии с раскрываемыми выше осуществлениями. Таким образом приготовленные куриные грудки являются полностью мягкими, и обычные 6-8 часов для выдержки на льду не нужны.
Приводимое выше описание конкретных осуществлений полностью раскрывает общие особенности изобретения, которое, на уровне обычных сегодняшних знаний, легко видоизменить и/или адаптировать для различных применений этих конкретных осуществлений, без ненужного экспериментирования, и не выходя за рамки общей концепции; и поэтому эти адаптирования и модификации следует понимать в рамках концепции и диапазона эквивалентов раскрываемых осуществлений. Необходимо отметить, что применяемая здесь фразеология и терминология используется в описательных целях и не для ограничения. Средства, материалы и операции для выполнения различных раскрываемых функций могут иметь разные альтернативные формы в рамках данного изобретения.
Поэтому выражения «средство, чтобы...» и «средство для ...», или формулировки операций способа в приводимом выше описании и/или формуле, за которыми следует изложение функции, предназначены для определения и включения в них любых конструкционных, физических, химических или электротехнических элементов или конструкций, или операций способа, которые могут иметься сейчас или в будущем и которые выполняют указываемую функцию; будь то точный или неточный эквивалент осуществления или осуществлений, раскрываемых в излагаемом выше описании, т.е. можно использовать другие средства или операции для выполнения тех же функций; и предполагается, что эти выражения даны в их самом широком истолковании.
Изобретение относится к обработке мяса для тендеризации и уничтожения в нем бактерий. Мясо подвергают воздействию ударной волны, распространяющейся через несжимаемую текучую среду. При этом мясо помещают в прилегании к первой поверхности диафрагмы в форме барабана, имеющей акустическое сопротивление, приблизительно одинаковое с акустическим сопротивлением несжимаемой текучей среды. Несжимаемая текучая среда находится в прилегании ко второй поверхности диафрагмы в форме барабана, которая отделяет мясо от несжимаемой текучей среды. При этом ограничивают перемещение мяса, когда подвергают его воздействию ударной волны, проходящей через несжимаемую текучую среду, а затем через диафрагму в форме барабана и в указанное мясо. Используют камеру генерирования ударной волны для содержания в ней несжимаемой текучей среды, имеющей первое акустическое сопротивление. Используют устройство генерирования ударной волны в несжимаемой жидкости в указанной камере. Используют диафрагму в форме барабана, расположенную в прилегании к камере. Диафрагма в форме барабана имеет одну поверхность, выполненную с возможностью контактирования с несжимаемой жидкостью, когда устройство находится в работе. При этом диафрагма в форме барабана имеет противоположную поверхность, выполненную с возможностью контактирования с мясом, когда устройство находится в работе. Диафрагма в форме барабана имеет акустическое сопротивление, приблизительно одинаковое с первым акустическим сопротивлением. Также используют средство для ограничения излишнего перемещения мяса, когда оно подвергается воздействию ударной волны. Изобретение позволяет усовершенствовать тендеризацию мяса при уничтожении в нем бактерий. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Приоритет по пунктам и признакам:
| US 3492688 A, 03.02.1970 | |||
| US 5328403 A, 12.07.1994 | |||
| US 6120818 A, 19.09.2000 | |||
| Способ посола мяса | 1987 |
|
SU1521426A1 |
| Устройство для исследования удель-НОгО уСилия РАзРушЕНия СТРуКТуРыпищЕВыХ пРОдуКТОВ | 1979 |
|
SU822023A1 |
