Спосіб консервації харчового продукту та пристрій для його здійснення

1. Спосіб консервації харчового продукту, за яким продукт піддають обробці електромагнітним випромінюванням заданої інтенсивності, який відрізняється тим, що продукт обробляють електромагнітним випромінюванням міліметрового діапазону хвиль нетеплової інтенсивності потужністю 510 мВт/см2, причому, спочатку вимірюють рівень поглинання продукту, змінюють частоту опромінення та визначають частоту максимального поглинання, на якій опромінюють продукт, розфасо 38654 № 6), за якого продукт піддають обробці електромагнітним випромінюванням заданої інтенсивності. Крім того, електромагнітне випромінювання вибирають в ультрафіолетовому діапазоні і дозою 125-146 Вт/м2 обробляють зерно товщиною від однієї зернинки до 1,5 см, на протязі 30-35 хв. Однак поряд з підвищенням ефективності, за рахунок зниження загальної токсичності, зменшення залишкової кількості пестицидів та покращення технологічних властивостей зерна при одночасному зниженні мікробної заселеності за рахунок іонізуючої дії ультрафіолетового випромінювання (УФВ), спосіб не впливає на активність ферментів, оскільки частота УФВ значно вища частоти створення ферментно-субстратних комплексів, що знижує термін зберігання продукту або потребує додаткової стабілізації, а також має значну енергозатратність. Відомий пристрій для консервації харчових продуктів (див.: Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1989. - 272 с.), який містить в собі генератор НВЧ-енергії, під'єднаний через хвилеводи до випромінюючих антен, для рівномірного забезпечення нагрівання продукту та робочу камеру. Частотний діапазон, що використовується в НВЧгенераторах для консервації продуктів складає від 400 до 10000 МГц. Значна потужність НВЧгенератора (від 1 до 2 кВт) забезпечує швидку консервацію продуктів, однак якість продукції за рахунок високої температури, що сягає 80-100°С (див.: Косоголова Л. та ін. Мікрохвильова обробка екстрактів // Харчова переробна промисловість. – 1997. - № 3. - С. 26-27), значно погіршується внаслідок зниження вмісту вітамінів, білків та ферментів. Відомий пристрій для консервації харчових продуктів (див.: Патент США № 3263052 за 1966 р.), що має в своєму складі НВЧ-генератор, виходи якого через хвилевод під'єднаний до щілинних антен, калорифер та робочу металеву камеру. Пристрій також не забезпечує початкової якості харчових продуктів за рахунок значного теплового навантаження продукту НВЧ-опромінюванням та сухим теплим газом калорифера. Відомий також пристрій для консервації харчових продуктів (див.: Патент США № 3307010 за 1967 р.), який містить НВЧ-генератор, хвилевід, рупорну антену, робочу металеву камеру та контейнер з продуктом, причому вихід НВЧ-генератора через хвилевід під'єднані до рупорної антени, яка розташована в робочій металевій камері, на заданій відстані від контейнера з продуктом, що опромінюється. Пристрій забезпечує більш рівномірну інтенсивність опромінюючого сигналу за рахунок використання рупорної антени, під'єднаної до щілини хвилеводної лінії, однак значна потужність пристрою, яка визначається використанням магнетронного НВЧ-генератора дециметрового діапазону знижує цілісність та кількість білків і вітамінів, у порівнянні з початковим станом продукта. В основу винаходу покладена задача створення такого способу та пристрою консервації продуктів, у яких введення нового діапазону електромагнітного опромінювання, операцій вимірювання поглинання продукту та визначення частоти мак симального поглинання, введення нових елементів та зв'язків забезпечує консервацію продукту із збереженням його початкової якості та збільшенням терміну зберігання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі консервації продуктів, який полягає в обробці продукту електромагнітним випромінюванням заданої інтенсивності, згідно винаходу, продукт обробляють електромагнітним випромінюванням мм-діапазону хвиль нетеплової інтенсивності, потужністю 5-10 мВт/см2, причому, спочатку вимірюють рівень поглинання продукту, змінюють частоту опромінення та визначають частоту максимального поглинання, на якій опромінюють продукт, розфасований в радіопрозору упаковку, 1520 хв, розміщуючи його товщиною 15-20 мм. Поставлена задача вирішується також тим, що у пристрій для консервації харчових продуктів, який містить НВЧ-генератор, хвилевід, рупорну антену, робочу металеву камеру та контейнер з продуктом, причому вихід НВЧ-генератора через хвилевід під'єднані до рупорної антени, яка розташована в робочій металевій камері, на заданій відстані від контейнера з продуктом, що опромінюється, згідно з винаходом, введені напрямлений відгалужувач, приймач міліметрового діапазону, квадратичний детектор та індикатор, причому вхід напрямленого відгалужувача під'єднаний до виходу генератора через хвилевід, перший вихід напрямленого відгалужувача сполучений з рупорною антеною, а другий його вихід з'єднаний із входом приймача, вихід якого через квадратичний детектор сполучений із входом індикатора, а як НВЧгенератор використовують генератор міліметрового діапазону регульованої частоти та потужності. Саме використання електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону хвиль нетеплової інтенсивності, потужністю 5-10 мВт/см2, вимірювання рівня поглинання продукту, з допомогою напрямленого відгалужувача, приймача міліметрового діапазону, квадратичного детектора та індикатора, зміна частоти опромінення та визначення частоти максимального поглинання і опромінення продукту, розфасованого в радіо-прозору упаковку, протягом 15-20 хв, розміщуючи його шаром товщиною 15-20 мм, та використання генератора мм-діапазону, забезпечує консервацію продукту і збереження його початкової якості та збільшує термін його зберігання. На рисунку (фіг.) наведена функціональна схема пристрою по реалізації способу консервації продукції. Пристрій містить в собі генератор міліметрового діапазону 1, хвилевід 2, підключений до входу напрямленого відгалужувача 3, перший вихід якого сполучено з опромінюючою антеною 4, а другий із приймачем 7, вихід якого через квадратний детектор 8 сполучений із індикатором 9, об'єкт опромінення (продукт) 5, контейнер 6 та робоча металева камера 10. Суть способу полягає в наступному. Міліметровий діапазон хвиль (3´1010-3´1011 Гц), притаманний біологічним об'єктам та органічним структурам - клітинам і молекулам. Біологічні макромолекули та надмолекулярні системи мають власні частоти коливань, які знаходяться в ммдіапазоні хвиль. Так, взаємне пізнавання фермен 2 38654 зародків в лабораторіях Науково-дослідного центру квантової медицини "Відгук" МОЗ України та Українського державного університету харчових технологій. Приклад 1. Для експериментальної перевірки були відібрані 4 розфасовки по (1 кг) пшеничних зародків з початковою вологістю 12 % та кислотним числом 6,2 мг КОН. Одна із партій опромінювалась на резонансній частоті 53 ГГц генератором мм-діапазону Г4-142, вимірювання поглинання проводилось радіометричним приймачем (НУ-1), атестованим Держстандартом України. Одна із партій була висушена інфрачервоною сушкою при 80°С. Три партії були покладені на зберігання при температурі +20°С і одна при 0°С. Результати експерименту наведені в табл. 1 та 2. Аналіз експериментальних даних показує, що кислотне число обробленої партії пшеничних зародків електромагнітним випромінювання мм-діапазону хвиль нетеплової інтенсивності наприкінці терміну зберігання відрізняється від показника кислотного числа контрольних партій і має значення менші від контрольної партії яка зберігалась при t=+20°С на 41,4%, та від контрольної партії, що зберігалась при t=0°С, на 23,8%, а також висушених під дією інфрачервоних випромінювань на 19,6 %. Окрім того, для всіх чотирьох партій зародків визначили зміну кількісного і видового складу мікрофлори. При аналізі мікрофлори вихідного продукту встановлено, що вона представлена в основному бактеріями роду Pseudomonas (основний представник P.herbicola) та грибами Asper-gillus, Alternaria, Mukor. Результати досліджень мікрофлори пшеничних зародків на протязі двох місяців зберігання показали, що в усіх партій спостерігається зменшення бактеріальної мікрофлори, за рахунок вимирання бактерій Е. Herbicola. Характер зміни грибної флори дещо інший, так після сушіння під дією ІЧ-випромінювання вона зменшується в 1,6 рази, після опромінення хвилями мм-діапазону в 1,1 раза. А під час зберігання спостерігається ріст грибної мікрофлори, і на кінець другого місяця зберігання вона збільшується: для контрольного зразка t = +20°С - в 1,9 рази, для контрольного зразка t = 0°С - в 1,4 рази, для опроміненого зразка t = +20°С - в 1,3 рази, для зразка висушеного під дією ІЧ-випромінювання t = +20°С - в 1,2 рази. Аналіз табличних даних показав, що мікрофлора пшеничних зародків змінюється в процесі зберігання, їх опромінення під дією хвиль ммдіапазону дозволяють знизити кількість мікроорганізмів відповідно на 32% і 60%. Таким чином, проведені досліди показали, що опромінювання пшеничних зародків хвилями ммдіапазону нетеплової інтенсивності стабілізує якість і подовжує термін їх зберігання. Запропонований спосіб консервації та пристрій для його здійснення забезпечують збереження поживних речовин (білків, вуглеводів та вітамінів), практично на рівні значень необробленого продукту із зменшенням енергозатрат на один порядок. тів та субстрату, їх зближення, створення ферментно-субстратних комплексів характеризуються часовими проміжками 10-8-10-9 с, що відповідає частотам 108-109 Гц, біомембрани та молекули води мають характеристичні частоти в діапазоні 109-1010 Гц. Органічні сполуки –COO-, -NH3+ та ін., які відіграють важливу роль у функціонуванні білкових молекул - 1010-1011 Гц, локальні мікрохімічні зміни в активних центрах молекул та клітин характеризуються частотою 1010-1011 Гц (див.: Исмайлов Е.Ш. Биофизическое действие СВЧизлучений. – М.: Энергоатомиздат, 1987. - 143 с.). Під дією частот мм-діапазону в біологічних структурах виникає резонансне нетеплове поглинання. Максимум поглинання визначається умовою резонансу, коли частота зовнішнього поля збігається з частотою власних коливань біологічних структур. Розглядаючи продукти, що підлягали тільки механічній обробці, як органічні залишки біологічних структур, макромолекул і надмолекулярних систем, що мають власні характеристичні частоти в діапазоні мм-хвиль, можна чекати на прояв стабілізуючого впливу електромагнітного випромінювання в залежності від дози енергії, яка поглинається продуктом. Найбільший стабілізуючий ефект (С) відповідає частоті максимального поглинання продукту ¦р. Потужність, що поглинається продуктом можна визначити виразом: Pп=PG–PV, (1) де: PG - потужність сигналу на виході генератора 1; PV - відбита потужність, що вимірюється приймачем 7; РП - потужність, що поглинається продуктом. З урахуванням (1), стабілізуючий ефект: СºРП (2) Продукти, що консервуються, розміщують в зоні дії міліметрового електромагнітного випромінювання, потужністю 5-10 мВт/см2 та вимірюють потужність відбитого сигналу. Потім зміною частоти мм-випромінювання знаходять частоту мінімального відбиття, що свідчить про максимальне поглинання випромінювання продуктом. На цій частоті проводять опромінення продукту шаром товщиною 15-20 мм на протязі 15-20 хв. Під дією міліметрового випромінювання на резонансних частотах проходить стабілізація ферментносубстратних комплексів продукту, що забезпечує збереження його початкових характеристик, консервує та збільшує термін зберігання. Пристрій працює наступним чином. На виході генератора мм-діапазону 1 установлюють мінімальну частоту робочого діапазону генератора ¦min та вихідну потужність 8-12 мВт, щоб забезпечити в зоні продукту інтенсивність сигналу 510 мВт/см2. Під антену 4 в контейнері 6 розміщують продукт 5, що консервується. та за допомогою вимірювального приймача 7 фіксують значення відбитої потужності PV. За формулою (1) розраховують потужність. що поглинається продуктом - Рп. Надалі змінюючи частоту генератора від ¦min до ¦max визначають резонансну частоту максимального поглинання. На визначеній ¦p проводять опромінення розфасованої партії продуктів, періодично перевіряючи значення поглинання Рп. Перевірка способу та пристрою для консервації продуктів проводилась на партії пшеничних 3 38654 Таблиця 1 Зміна якості пшеничних зародків в процесі зберігання Зразок Контрольний Контрольний Опромінений хвилями мм-діапазону Сушений під дією ІЧвипромінювання (80°С) Т Вихідне Вокислотне Зберілогіст число, мг гання, 10 ь,% КОН °С 12 6,2 +20 10,66 12 6,2 0 7,94 Тривалість зберігання, діб 15 20 12,1 9,45 14,82 12,05 25 30 35 40 45 50 46,43 18,95 13,14 14,17 19,46 15,53 20,41 16,03 21,29 16,97 22,41 17,25 12 6,2 +20 7,42 8,88 9,34 9,80 10,29 11,22 12,34 12,98 13,14 4 6,2 +20 8,14 9,5 10,99 11,86 12,55 13,19 14,54 15,04 1636 Таблиця 2 Зміна мікробіологічного стану пшеничних зародків в процесі зберігання Зразок Контрольний Контрольний Опромінений хвилями ммдіапазону Сушений під дією ІЧвипромінювання (80°С) Т зберіган- Кількість мікроорганізмів пшеничного зародку при зберіганні, сут. 0 30 60 ня, °С бактерії гриби бактерії гриби бактерії гриби +20 1,6·103 06·103 1,4·103 0,6·103 1,3·103 1,14·103 0 1,6·103 0,6·103 1,4·103 0,6·103 1,2·103 0,84·103 +20 1,4·103 0,5·103 1,2·103 0,5·103 1,0·103 0,65·103 +20 1,2·103 0,3·103 0,8·103 0,3·103 0,6·103 0,36·103 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4