Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

Изобретение относится к мясоперерабатывающей отрасли, может быть использовано в комбикормовой промышленности. 10% крови убойных животных используется для производства высокоэффективных белковых добавок, позволяющих значительно повысить продуктивность с.-х. животных.

Технология переработки крови включает сбор и транспортирование сырья; тепловую обработку (коагуляция, варка); отделение жидкой фазы от общей массы; сушку влажного остатка и обработку сухого продукта. Для выполнения этих операций применяют отдельные машины и аппараты. Процессы переработки крови энергоемки и связаны с потреблением большого количества электроэнергии, пара и воды.

Для тепловой обработки крови применяют конвективный и кондуктивный методы подвода теплоты. Конвективный нагрев происходит при непосредственном контакте сырья с горячей водой или острым паром, при кондуктивном - теплота подводится через стенку от глухого пара, горячей воды. При нагревании крови до определенных температур происходит коагуляция, т.е. тепловая денатурация белков, входящих в состав крови. Коагуляция начинается при температуре 56^оС и заканчивается при температуре 80^оС (денатурация). При производстве кормовой муки кровь коагулируют и частично удаляют влагу. При коагуляции температуру крови доводят до 90…95^оС для уничтожения микрофлоры. Но этот процесс периодический, длительный и трудоемкий. Кроме того, на поверхностях нагрева образуется слой коагулированных белков, который ухудшает условия теплообмена и затрудняет очистку оборудования [1, 2].

Кровяная мука является кормовым продуктом для растущих свиней и птицы. Она характеризуется высоким содержанием усваиваемого протеина (не менее 80%).

Известен способ термообработки крови убойных животных паром [3]. Согласно изобретению обработку крови паром осуществляют в магнитном поле.

Техничекский результат изобретения заключается в удлинении сроков хранения сваренной крови и снижении бактериальной обсемененности продукта.

Указанный технический результат достигается тем, что воздействия электромагнитных излучений сверхвысокочастотного и инфракрасного диапазонов в передвижных резонаторных камерах СВЧ-генератора происходят в многократном циклическом режиме, предусматривающем эндогенный нагрев, при удельной мощности 1…16 Вт/г, паузу и экзогенный нагрев, при мощности ИК-ламп 1 кВт до достижения температуры в продукте 78…80^оС, причем продолжительность паузы больше, чем продолжительность нагрева.

На фиг. 1 представлена операционно-технологическая схема производства кровяной муки.

На фиг. 2 изображена динамика нагрева крови с.-х. животных при разных удельных мощностях СВЧ-генератора: 1) 16 Вт/г; 2) 8 Вт/г; 3) 7 Вт/г; 4) 3,5 Вт/г ; 5) 2,3 Вт/г; 6) 1 Вт/г .

На фиг. 3 изображена динамика нагрева крови с.-х. животных при воздействии ИК-излучений, мощность ламп 1 кВт.

На фиг. 4 изображена динамика нагрева крови с.-х. животных при комбинированном воздействии ЭМП СВЧ и ИК-излучений: 1) Р_{уд. СВЧ} = 9,34 Вт/г; 2) Р_{уд. СВЧ} = 6,74 Вт/г; 3)Р_{уд. СВЧ} = 5,23 Вт/г; 4) Р_уд. ИК = 4,5 Вт/г.

На фиг. 5 приведено схематическое изображение динамики нагрева сырья в процессе термообработки в рабочей камере с СВЧ и ИК-энергоподводами.

На фиг. 6 представлен график изменения бактериальной обсемененности крови в процессе термообработки СВЧ и ИК-энергоподводами.

На фиг.7 представлен график изменения бактериальной обсемененности крови в зависимости от температуры нагрева СВЧ и ИК-энергоподводами.

Разработанная операционно-технологическая схема производства кровяной муки представлена на фиг.1. Схема производства кровяной муки предусматривает следующие операции: залив крови в приемную горловину барабанного дозатора; дозирование сырья-крови в резонаторные камеры в процессе их движения, многократный эндо-, экзогенный нагрев сырья последовательно через паузу; выгрузка сваренной крови посредством опрокидывания резонаторных камер; измельчение и фасование вареной крови в специальные мешки; транспортирование в холодильную камеру; транспортирование в животноводческие хозяйства.

Технологическая схема термообработки крови с.-х. животных разработана с учетом нижеприведенных требований к процессу. 1. Термообработка крови происходит за счет многократного последовательного воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и инфракрасных излучений через паузу. 2. Установка работает в непрерывном режиме. 3. Кровь животных подается в передвижные резонаторные камеры дозированно, в автоматическом режиме. 4. Выгрузка вареной крови происходит за счет опрокидывания соответствующих резонаторных камер. Непрерывный режим воздействия обеспечивается за счет передвижных резонаторных камер СВЧ-генератора.

Экспериментальные исследования динамики эндогенного нагрева крови животных начальной температурой 15^оС (фиг.2) показывают, что приращение температуры на 63…65^оС в продукте при удельных мощностях генератора 16 Вт/г, 8 Вт/г, 3,5 Вт/г достигается за промежуток времени 30 с, 60 с, 180 с соответственно. Динамика нагрева крови с.-х. животных при воздействии ИК-излучений приведена на фиг.3. Динамика нагрева крови с.-х. животных при комплексном воздействии ЭМП СВЧ и ИК-излучений приведена на фиг.4.

Эмпирические зависимости температуры нагрева (^оС) крови с.-х. животных (далее сырье) от продолжительности эндогенного нагрева при разной удельной мощности СВЧ-генератора:

∆T = 71,95 Ln(τ) +17,37 (16 Вт/г); ∆T = 54, 763 Ln (τ)+ 15,448(8 Вт/г);

∆T = 45,137 Ln (τ)+ 14,341(7 Вт/г); ∆T = 30,704 Ln (τ)+ 16,035 (3,5 Вт/г);

∆T = 25,214 Ln (τ)+ 15,578(2,3 Вт/г); ∆T = 18,852 Ln (τ)+ 15,041(1 Вт/г). (4.1)

Из анализа температурных кривых, представленных на фиг.2 следует, что применение низкой удельной мощности СВЧ-генератора обеспечивает большую равномерность теплового воздействия в течение всего процесса. Заметим, что чрезмерное увеличение температуры в сырье при использовании СВЧ-энергоподвода может привести к возникновению объемного напряженного состояния внутри продукта, связанного с неравномерным распределением влаги, образованием трещин (за счет возникновения большого градиента влагосодержания) и разрушением структуры продукта. Следует отметить, что повышение СВЧ-мощности позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс термообработки крови. С повышением температуры происходит уменьшение коэффициента диэлектрических потерь, что, в свою очередь, приводит к снижению количества теплоты, генерируемой в продукте. Однако согласно закону Джоуля-Ленца эффективность преобразования энергии переменного электромагнитного поля в теплоту пропорциональна квадрату напряженности ЭМП, поэтому увеличение подводимой СВЧ-мощности способствует увеличению кпд процесса трансформации СВЧ-энергии.

Пользуясь методикой активного планирования трехфакторного эксперимента и программой «Statistic V5.0», построены поверхность отклика и их двумерные сечения в изолиниях моделей. Эмпирические выражения, описывающие модели энергетических затрат (W), приращение температуры крови (∆Т), производительности установки (Q ₁) следующие:

∆Т = -21,769 + 6,045·х₁ +29,827 ·х₂ - 0,213 ·х² ₁ - 6,173 ·х₂ (1)

Q = 678, 8 - 77,591 ·х₁ - 275,645 ·х₂ +1,176 ·х²  ₁ + 7,741 ·х²  ₂ + 61, 31·х₁ ·х₂ (2)

W = 0,024 - 0,0029 ·х₁ - 0,0172 ·х₂ + 8,88 ·10^-7 ·х²  ₁ + 4,1 ·10 ^-14 · х²  ₂ +0,0288·х₁ ·х₂ (3)

где х₁ - удельная мощность СВЧ-генератора в кодированных единицах; х₂ - общая продолжительность воздействия электромагнитных излучений в кодированных единицах; х₃ - мощность ИК-излучений. Значение фактора х₁ на нулевом уровне равно 8,5 Вт/г, х₂ - 108 с; х₃ - 2 кВт; интервал варьирования фактора х₁ = 7,5 Вт/г, х₂ = 0,9 мин, х₃ = 0,4 кВт.

В ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Чувашской Республике» проведена оценка вареной крови опытного и контрольного образцов на основе органолептических, фи-зико-химических и микробио-логических по-каза-телей (протокол испытаний №1097 от 15.08.2013 г.). Испытано 4 образца в 4-кратной повторности: исходная кровь - 1 образец; кровь подвергали воздействию эндо-, экзогенного нагрева по предложенной технологии с помощью разработанной установки: в течение 45 с до 69^оС - 2 образец; в течение 60 с до температуры 76^оС - 3 образец; в течение 75 с до температуры 81^оС - 4 образец. По результатам исследований микробиологических показателей (КМАФАнМ) по ГОСТ 10444.15.94 построены графики зависимости ОМЧ (КОЕ/см³) от продолжительности воздействия ЭМИ (фиг.6) и температуры нагрева продукта (фиг.7).

Основным критерием при обосновании режимов работы установки является изменение бактериальной обсемененности крови в процессе термообработки. Результаты исследований микробиологических показателей крови 4-х образцов приведены в табл. 1 и 2. Первый образец - контрольный вариант, второй - термообработка крови до 40°С, третий - термообработка крови до 60°С, четвертый - термообработка крови до 75°С. Исследование микробиологических параметров крови с исходной бактериальной обсемененностью 4,4 ·10⁶ КОЕ/см³ показало, что при термообработке до 75°С с СВЧ и ИК-энергоподводами, общее микробное число в продукте снизилось до 10 000 КОЕ/см³ (фиг.7).

Таблица 1 - Результаты исследований микробиологических показателей крови контрольного и опытного образцов

Таблица 2 - Результаты исследований количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) контрольного и опытного образцов

Зависимость микробиологических параметров крови от температуры нагрева описывается эмпирическим выражением: y = 748,35x² - 114326x + 4E+06.

Результаты исследований органолептических и физико-химических показателей образцов приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Результаты исследований органолептических и физико-химических показателей вареной крови

При балльной оценке качества продуктов из крови использовали 9 - балльные шкалы, представленные в соответствии с требованиями ГОСТ 9959-91. Из результатов исследований вытекает, что органолептические показатели опытного образца лучше контрольного на 9 баллов.

Схематическое изображение динамики нагрева сырья в процессе термообработки в рабочей камере установки с СВЧ и ИК-энергоподводами представлено на фиг.5. В результате термической обработки крови КРС воздействием СВЧ и ИК-излучений в разработанной установке в течение 288 секунд, получена продукция, влажностью 66%, при начальной влажности 81%. При этом величина сухого остатка крови составила 19%. В процессе эксперимента не наблюдалось коробления и растрескивания продукта. Такой процесс термообработки крови существенно сокращает продолжительность и энергозатраты на получение продукта из крови в виде кровяной муки.

Общая продолжительность обработки 288 с: из них нагрев с СВЧ-энергоподводом 27 с, ИК-энергоподводом 27 с, пауза 216 с, выгрузка 9 с, загрузка 9 с.

Источники информации

1. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности.Ч.1. Оборудование для убоя и первичной обработки. - М.: Колос, 2001. - С. 322…323.

2. Бредихин С.А. Технологическое оборудование мясокомбинатов. - М.: Колос, 2000. - С. 266.

3. Патент РФ 2133574. Способ переработки крови убойных животных.