Способ микроволнового нагрева продуктов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК A23L3/02 

п 18 т Лс Пд д т 9

данными о конце 17с контейнера передают в вычислительную машину 12. На основании этой информации вычислительная машина при достижении контейнерами или упаковками позиции под каналами 7 для подвода микроволнового излучения осуществляет включение и отключение микроволнового излучения отдельных каналов для подвода микроволнового излучения. Причем точку

включения и точку отключения устанавливают в соответствии с длиной контейнера или упаковки, а также с осевым центром отверстия каналов для подвода микроволновой энергии. Величину подводимой к продукту мощности микроволнового излучения предварительно выставляют с помощью вычислительной машины. 1 с.п. ф-лы, 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Назначение: стерилизация продуктов с помощью СВЧ-излучения. Сущность изобретения: для равномерного и быстрого нагрева, пастеризации и стерилизации пищевых продуктов, которые находятся в контейнерах 17 или в закрытых проницаемых для микроволнового излучения упаковках, последние пропускают через продольную камеру 1 для микроволновой обработки на бесконечном ленточном транспортере 2. Начало 17с направляемого с помощью ленточного транспортера контейнера регистрируют перед входом или при входе в камеру обработки и вместе с

Изобретение относится к пищевой промышленности и может найти применение при стерилизации продуктов с помощью СВЧ-излучения.

Целью изобретения является повышение равномерности обработки.

Поставленная цель в способе достигается тем, что при микроволновом нагреве продуктов подлежащие обработке изделия размещают в открытых или закрытых контейнерах, пропускающих микроволновое излучение, перемещают их в камере обработки бесконечным ленточным транспортером непрерывного действия, подают микроволновое излучение с регулируемой интенсивностью от генераторов микроволнового излучения, каналы каждого из которых расположены по ходу движения контейнеров перпендикулярно направлению перемещения контейнеров с подлежащими обработке изделиями, осуществляют дополнительную подачу микроволнового излучения с регулируемой интенсивностью с противоположной стороны от основного потока микроволнового излучения, при этом регулирование интенсивности микроволнового излучения осуществляют в зависимости от длины контейнера с изделием перед или при его входе в камеру обработки, скорости перемещения бесконечного ленточного транспортера непрерывного действия, количества изделия в контейнере, значений его плотности и диэлектрической проницаемости, и требуемой величины температуры нагрева, а момент подачи и прекращения подачи микроволнового излучения устанавливают при совмещении соответственно начала и конца подлежащего обработке контейнера с осевым центром отверстий каналов генераторов микроволнового излучения.

Кроме того, подачу микроволнового излучения с подлежащим обработке изделиям

осуществляют дискретно с любой интенсивностью и/или в любой форме.

Поставленная цель в устройстве достигается тем, что устройство, содержащее рабочую продольную камеру обработки, проходящий через нее бесконечный ленточный транспортер непрерывного действия, генераторы микроволнового излучения, расположенные над камерой и вдоль нее,

каждый из которых имеет проходящий сверху вниз через стенку камеры канал для подвода микроволнового излучения, регистрирующий элемент для регистрации начала и конца контейнера или упаковки,

вычислительную машину, подключенную к каждому генератору для его включения и отключения и регулирования выдаваемой им мощности, и регистрирующему элементу, дополнительно снабжено датчиком скорости

движения транспортера, подключенным к вычислительной машине и дополнительными генераторами с каналами, установленными под рабочей камерой и выполненными аналогично основным и подключенным квычислительной машине, а регистрирующий элемент размещен вне камеры и установлен перед ее входом.

Причем регистрирующий элемент выполнен в виде светового затвора отраженного света, взаимодействующего с датчиком скорости движения транспортера, выдающим информацию о позиции контейнеров или упаковок на транспортере для включения и отключения отдельных генераторов

вычислительной машиной.

Кроме того, регистрирующий элемент выполнен в виде механического, или оптического, или ультразвукового, или улыра- красного считывающего устройства или

пневматической трубки, или переключателя регистрации приближения.

При этом каждый проходящий вертикально сверху в рабочую камеру канал основных генераторов и дополнительных расположены друг против друга или смещены относительно других на половину расстояния, соответствующую расстоянию между каналами одного ряда.

За счет систематического сбора данных или регистрации начала и конца контейнеров на ленточном транспортере перед входом в установку осуществляется дозированный подвод мощности микроволнового излучения к каждому контейнеру без необходимости учета точного взаимного позиционирования упаковок и расстояний между ними в направлении транспортировки.

Кроме того, способ обеспечивает значительные преимущества также и в отношении экономии энергии. Необходимая для достижения заранее определенной температуры изделия энергия подводится к изделию в контейнере или к упакованному изделию только в том случае, если оно располагается ниже отверстия каналов для подвода микроволнового излучения. За счет отключения микроволнового излучения в течение того времени, когда под отверстием для подвода микроволнового излучения не находится ни одного контейнера, достигается значительная экономия энергии.

Преимущество способа заключается также в том, что в отношении каждой отдельной упаковки может поддерживаться определенная длина такта или время такта, необходимые для обеспечения равномерного распределения температуры в упаковках.

Существенные преимущества обеспечивает также регистрация контейнеров до их входа в камеру обработки. Применительно к камере обработки отпадает необходимость в использовании для тех или иных каналов для подвода микроволнового излучения датчиков позиции, подключаемых к устройству регулирования.

Расположение таких датчиков позиции, включая необходимые кабельные соединения, в работающей в условиях высоких температур (например, 150°С) камере обработки сопряжено с большими проблемами. Вследствие высоких температур в камере обработки срок службы датчиков и их соединительных кабелей значительно сокращается. В результате этого возникают отказы электропитания и заго- рания в камере обработки. К тому же необходимо использовать такие формы исполнения чувствительных элементов, которые не разрушаются под воздействием электрических полей микроволновых генераторов.

Выбор точки включения и отключения или соразмерение точки включения и точки отключения с длиной контейнера и с центром раскрыва каналов для подвода микроволнового излучения позволяет добиться индивидуального регулирования включения и отключения микроволнового излучения. Таким образом, могут выставляться самые различные величины длин упаковок и времени нагрева. Может также индивидуально определяться интенсивность микроволновой обработки (величина мощности микроволнового излучения). Если точка включения выбирается слишком ранней,

т.е. прежде чем упаковка подойдет к каналу для подвода микроволнового излучения, возникают локальные перегревы в начальных позициях упаковок. В случае слишком позднего выбора точки включения начальная область находящейся на ленточном транспортере упаковки нагревается в недостаточной мере. В результате этого возникает неравномерный нагрев.

Вывод мощности может быть остановлен до того момента, когда конец упаковки располагается перпендикулярно под выходным отверстием канала для подвода микроволнового излучения в зависимости от длины и содержимого упаковки.

Микроволновое излучение, которое подводится в области между точками включения и отключения к контейнерам или упаковкам, может подводиться по тактам в процессе транспортировки контейнера под

выходным отверстием каналов для подвода микроволнового излучения. Длительность такта подвода микроволнового излучения может быть, например, равной длительности паузы отключения микроволнового излучения. Тактовый подвод микроволновой энергии осуществляется до момента достижения точки отключения. Тактовый подвод энергии обеспечивает более равномерное распределение температуры. В частности,

за счет этого достигается предотвращение перегрева поверхности подлежащего обработке изделия и, следовательно, опасность его повреждения.

Возможность улучшения равномерности распределения температуры достигается в том случае, если осуществляется целевое управление подводом микроволнового излучения между точками включения и отключения относительно величины мощности, например, если работа начинается с мощностью 600 Вт, что соответствует 50%, а в центре контейнера или упаковки происходит повышение мощности до 100%, например, при мощности 1,2 кВт. В конечной

области упаковки мощность вновь уменьшается до 600 Вт.

Управление формой мощности подводимого микроволнового излучения также ведет к дальнейшему повышению равномерности распределения температуры. Форма мощности может выбираться прямоугольной, трапециевидной, треугольной или синусоидальной, в зависимости от формы поверхности изделия в контейнере или упаковке. Поверхность изделия не должна нагружаться в течение слишком длительного времени слишком большой мощности микроволнового излучения, так как, например, поверхность жидкости (мясо с соусом) при слишком интенсивном подводе энергии к изделиям с уже повышенной температурой (70°С) переходит в парообразную фазу и в результате этого возникает опасность разрыва упаковки, Однородные поверхности (например, цветная капуста) являются поверхностями с большей площадью и позволяют по этой причине добиться лучшего распределения энергии в изделии. При этом микроволновое излучение проникает в изделие на большую глубину и, следовательно, достигаются лучшие условия для распределения (меньшая плотность энергии).

Форму мощности выбирают в предпочтительном случае так, что пиковая величина мощности воздействует на поверхность изделия в течение уменьшающегося по продолжительности времени (последовательность: прямоугольная, трапециевидная, синусоидальная, треугольная формы). Выбор той или иной формы мощности осуществляют в зависимости от развития температуры в изделии, в частности относительно развития температуры на поверхности изделия.

На фиг.1 показано схематическое продольное сечение микроволновой установки; на фиг.2 - схематичная форма характеристики подвода энергии; фиг.З - распределение температуры в упаковке; на фиг.4 - распределение температуры в соответствии с уровнем техники при использовании микроволнового излучения без управления работой отдельных генераторов; на фиг.5 - распределение температуры с тактированием в процессе подвода микроволнового излучения от отдельных генераторов; на фиг.6 - различные формы и величины интенсивности микроволнового излучения в совокупности с тактированием в течение процесса подвода энергии от отдельных генераторов.

Через камеру 1 обработки проводится бесконечный ленточный транспортер 2, который отклоняется роликами 3 и 4. К отклоняющему ролику 4 подключен привод 5.

В камеру обработки впадают верхние каналы 6 для подвода микроволнового

излучения и нижние каналы 7 для подвода микроволнового излучения, к которым подключены соответственно верхние генераторы 8 или нижние генераторы 9 для выработки микроволновой энергии.

Верхние генераторы 8 подключены с помощью линий 10, а нижние генераторы 9 - с помощью линий 11 к вычислительной машине 12.

Привод 5 соединен с помощью линии 13

с вычислительной машиной.

На ленточном транспортере 2 предусмотрен световой затвор 15 отраженного света, который с помощью линии 16 соединен с вычислительной машиной 12 с целью

регистрации точных позиций контейнеров 17. Кроме того, световой затвор связан с датчиком 18 пути.

Устройство работает следующим образом.

Контейнер 17а на ленточном транспортере 3, в частности начало 17в и конец 17с, определяют с помощью светового затвора 15 регистрации и информация передается в вычислительную машину 12..

Устройство регистрации представляет собой световой затвор 15 отраженного света, который работает совместно с подключенным к вычислительной машине 12 датчиком 18 пути, преобразующим движение ленты в электрические импульсы, размерность которых может быть выбрана так, что например, к вычислительной машине может поступать один импульс на один миллиметр движения ленты. При такой разрешающей способности переключительные точки для включения и отключения микроволнового излучения могут определяться с точностью до миллиметра относительно длины контейнера и центра 19 отверстия.

При точной регистрации начала 17в и конца 17с вычислительная машина 12 рассчитывает точки включения и отключения микроволнового излучения в зависимости от позиции контейнера на ленточном транспортере.

Если упаковка 17а с ее точкой 20 включения проходит под центром 19 отверстия канала для подвода микроволнового излучения, то вычислительная машина 12 включает

микроволновое излучение. Включение микроволнового излучения происходит на основании расчета пройденного упаковкой на ленточном транспортере 3 пути до достижения позиции, расположенной под центром

19 отверстия канала 6а для подвода микроволнового излучения.

После достижения точки отключения под центром 19 отверстия вычислительная машина 12 прерывает вывод микроволнового излучения из канала 6а при достижении точки 21 отключения перед концом контейнера.

Этот процесс выполняется без необходимости считывания начала 17в или конца 17с упаковки в камере 1. Вычислительная машина рассчитывает точный момент времени начала и завершения вывода микроволнового излучения для каждого отдельного канала 6 и 7 и для каждой отдельной упаковки исключительно посредством регистрации позиции упаковки 17 на ленточном транспортере 3 перед входом в камеру обработки. Неизменное расположение каналов 6 для подвода микроволнового излучения и расстояния 22 между ними также учитываются вычислительной машиной 12 при прохождении упаковок 17 через камеру 1 обработки.

Каждый подключенный к каналу 6 или 7 генератор 8 и 9 работает с управлением от вычислительной машины 12 в отношении своей мощности, а также своего времени включения. Управление осуществляется на основании регистрации с помощью светового затвора 15 отраженного света независимо от скорости движения ленточного транспортера 3 или в соответствии с вводом величин для длины упаковки, содержимого упаковки, массы и плотности подлежащего обработке продукта, диэлектрическими характеристиками продукта и необходимыми повышением температуры дельта-Т.

Управление выводом микроволновой энергии генераторов 8 и 9 для каждого отдельного канала 6 и 7 для подвода микроволнового излучения и для каждой отдельной упаковки осуществляется вычислительной машиной 12 на основании указанных параметров. По этой причине не имеет значения то располагаются ли упаковки на ролике ленточного транспортера 3 на одинаковом расстоянии другот друга или нет. Каждая упаковка регистрируется индивидуально и осуществляется соответствующее управление длительностью такта микроволнового излучения генераторов для каждой упаковки. При этом не имеет значения то расположены ли на ленточном транспортере упаковки и с большой или малой длиной, с большим или малым расстоянием между ними.

Позиционирование содержимое контейнера может также равномерно нагреваться, например, с распределением в

направлении транспортировки по трем различным продуктам питания, например рис + +мясо с соусом + овощи, посредством приданного предельного параметрам изделий

задания точки включения и отключения микроволнового излучения, несмотря на различные плотности, массу и диэлектрические характеристики отдельных компонентов. На фиг.2 схематически изображен пред0 почтительный пример осуществления способа, который обеспечивает еще более рентабельную работу и более равномерный нагрев упаковок и краев упаковок.

Находящийся на ленточном транспор5 тере 2 контейнер движется в направлении стрелки 23 через камеру обработки.

Сначала контейнер проходит под каналом 6а для подвода микроволнового излучения. Точка 20 отключения микроволнового

0 излучения устанавливается в зависимости от длины контейнера и осевого центра 19 раскрыва канала 6а для подвода микроволнового излучения и зависит от подлежащего пастеризации продукта в контейнере.

5 Отрезок пути, который прошел контейнер до момента отключения энергии, маркирован цифрой 24. Отрезок пути, тождественный времени включения для длительности такта подвода микроволновой

0 энергии в зависимости от скорости движения ленточного транспортера, обозначен цифрой 25. Отрезок 26 соответствует пути, который контейнер прошел на ленточном транспортере 2 с целью выхода из области

5 каналов 6 и 7 для подвода микроволнового излучения.

Точка отключения подвода микроволнового излучения обозначена цифрой 27. Процесс включения реализуется в этом случае

0 при достижении точки включения под/над центром 19 отверстия каналов для подвода микроволнового излучения. Это состояние изображено для нижнего канала 7в для подвода микроволнового излучения. Точка 27

5 отключения располагается за центром отверстия нижнего канала 7в для подвода микроволнового излучения. В зависимости от подлежащего обработке изделий может различным образом выбираться точка 27 от0 ключения, т.е. путь включения (длительность такта).

Если целесообразным является использование меньшего количества микроволновой энергии, удлиняются участки 24 и 26

5 пути, в результате чего сокращается длительность такта, т.е. длительность обработки. Длительность такта выбирается в соответствии с длиной контейнера 17. Та или иная длительность такта выбирается в соответствии с длиной контейнера 17. Та

или иная длина отрезка 24 или 26 пути имеет значение для лучшего распределения температуры в контейнерах.

В случае использования определенного содержимого контейнера, например готового блюда с относительно большой долей соуса (долей воды), может оказаться целесообразным совместное определение точки 28 включения в начале контейнера и точки 27 отключения в конце контейнера.

Точки 28 и 27 включения и отключения выбирают в каждом отдельном случае, т.е. в зависимости от подлежащего обработке продукта и длины контейнера, однако постоянно относятся к длине контейнера и центру 19 раскрыва каналов для подвода микроволнового излучения.

Управление подводом микроволнового излучения осуществляется на основании регистрации позиции контейнера 17 на ленточном транспортере 2, а именно перед входом в камеру i обработки. На основании соответствующего программирования вычислительной машины 12 с учетом скорости движения ленточного транспортера 1, длины контейнера, желаемого времени 29 такта и количества энергии осуществляется управление выводом мощности каждого отдельного канала 6 и 7 для подвода микроволнового излучения. Вычислительная машина 12 может подразделяться при этом такте на отдельные приданные устройствам магнетрон микропроцессоры и управляющую вычислительную машину.

Если подводимое между точками включения и отключения микроволновое излучение вводится по тактам, то.достигается дальнейшее улучшение равномерности распределения температуры.

При длительности такта, например, 4 с и паузе длительностью также 4 с достигается возможность нагрева центральной части продукта (фиг.4), температура которой при обычной длительности мощности в соответствии с уровнем техники ниже приблизительно на 20°С, до температуры, равной температуре краевых зон (фиг.5).

В соответствии с результатами, изображенными на фиг,4 и 5, при использовании данного способа (импульсная мощность микроволнового излучения) однородное температурное поле в обрабатываемом материале должно достигаться также при медленной скорости движения транспортера. Кроме того, в случае использования закрытых посредством термосварки пластиковых упаковок раздувание термосварной пленки под воздействием внутреннего избыточного давления является ничтожно малым, В течение такта приложения мощности через

несколько секунд начинается расширение головного пространства, которое приблизительно через 5 с достигает критического размера. За счет имеющей ту же длительность

паузы в подводе энергии это расширение вновь исчезает и при новом импульсе мощности вновь начинается расширение с нулевой отметки.

Вместе с определенным и в соответ0 ствии с длиной упаковки включением и оключением этого импульсного режима обеспечивается, таким образом, равномерный нагрев продукта.

Кроме того, за счет тактирования энер5 гии между точками 28 и 27 включения и отключения в отличие от режима длительности мощности в соответствии с уровнем техники, существенно повышается скорость проникновения мощности микроволнового

0 излучения в продукт, в результате чего поверхность продукта перегревается в меньшей степени.

На фиг.6 изображена форма импульсов микроволновой мощности, которая подво5 дится между точкой включения и точкой отключения к контейнеру 17 через каналы 6 и 7 для подвода микроволнового излучения.

Форма импульсов мощности оказывает влияние на температуру поверхности

0 продукта. Пик мощности должен воздействовать в условиях повышающейся температуры поверхности продукта на поверхность продукта в течение менее продолжительного времени.

5 Прямоугольная форма 30 импульсов мощности обуславливает максимальное влияние на поверхность продукта, Трапециевидная форма 31 импульсов мощности уменьшает это влияние, а треугольная фор0 ма 32 импульсов мощности ведет к дальнейшему уменьшению поверхностного воздействия на продукт.

Если дополнительно к выбору синусоидальной формы 33 импульсов мощности осу5 ществляется уменьшение величины мощности от 100 до 80%, то в этом случае достигаются весьма хорошие результаты.,

За счет импульсного режима работы установки, т.е. импульсного ввода энергии

0 микроволнового излучения (между точками включения и отключения) было установлено, что упакованные посредством термосварки упаковки при температурах продукта 85-95°С более не раздуваются.

5 П р и м е р. В пищевую упаковку, выполненную, например, из глубокотянутой и прошедшей термосварку пластмассовой пленки, вводится предварительно приготовленное блюдо лезань, которое должно быть подвергнуто пастеризации с целью

уничтожения микроорганизмов для удлинения срока хранения или сохранности.

Упаковки имеют следущие размеры:

длина190мм,

ширина140мм,

высота28 мм,

масса400 г .

С целью достижения желаемой для процесса пастеризации температуры продукта 80°С для времени обработки рассчитывается необходимая величина энергии 0,025 кВт/ч на одну упаковку массой 400 г, причем при этом исходят из одинаковых размеров упаковок и температуры продукта на входе 40°С.

Вычислительная машина 12 программируется следующим образом:

а) все верхние генераторы 8 и нижние генераторы 9 программируются на вывод мощности по 1,2 кВт, в результате чего снизу и сверху через соответствующие каналы б и 7 для подвода микроволновой энергии совместно на каждую упаковку блюда в течение длительности 29 такта выдается мощность 1,2 кВт микроволнового излучения.

б) Присутствуют семь верхних и семь нижних каналов 6 и 7 для подвода микроволнового излучения. Общее время нагрузки длительностью одна минута подразделяется на 8,5 с для верхнего и нижнего отверстий для подвода микроволнового излучения, т.е. длительностью 29 такта для упаковки с блюдом составляет от точки 28 включения до точки 27 отключения 8,5с.

Таким образом, реализуется время воздействия общей энергии 7x8,5 с, что соответствует приблизительно минуте при постоянной выдаче мощности микроволнового излучения 1,2 кВт, а именно при использовании полной необходимой мощности 1,2 кВт для магнетрона и упаковки.

Расстояние от выходного отверстия каналов 7 и б для вывода микроволнового излучения до поверхности продукта составляет 50 мм.

Для использования оказалась пригодной микроволновая установка, которая работает с длиной волны от 12 см до 120 мм (частота 2,450 ГГц).

Типичное распределение температуры в упаковке изображено на фиг.З.

Из изображенного на фиг.З видно, что разность температур в упаковке, в частности, относительно краевой зоны к центру является незначительной, в результате чего предотвращается подгорание краевой зоны. Было установлено весьма равномерное уничтожение микроорганизмов по всей поверхности,

Формула изобретения

0 с противоположной стороны от основного потока микроволнового излучения, при этом регулирование интенсивности микроволнового излучения осуществляют в зависимости от длины контейнера,устанавливаемой

5 путем фиксации начала и конца контейнера с изделием перед или при его входе в камеру обработки, скорости перемещения бесконечного ленточного транспортера непрерывного действия, количества изделия в

0 контейнере, значений его плотности и диэлектрической проницаемости, и требуемой величины температуры нагрева, а момент подачи и прекращения подачи микроволнового излучения устанавливают при созме5 щении соответственно начала и конца подлежащего обработке контейнера с осевым центром отверстий каналов генераторов микроволнового излучения.

0

5

отдельных генераторов вычислительной машиной.

83°W73°

8f °65°81е

8tf73°78°

Фиг. 4

63°6Ьв63°

61,°65°6 «0

61 °63°63°

фиг. 5

100% %