способ и устройство для тендеризации мяса и/или уничтожения микробов в мясе

Формула изобретения

1. Способ тендеризации мяса и/или уничтожения микробов в мясе, предусматривающий воздействие на мясо ударной волной, распространяющейся через несжимаемую жидкость, причем мясо размещают в контакте с первой поверхностью диафрагмы, имеющей приблизительно такое же акустическое сопротивление, что и акустическое сопротивление несжимаемой жидкости, при этом упомянутая несжимаемая жидкость контактирует со второй поверхностью диафрагмы, а диафрагма отделяет мясо от несжимаемой жидкости, причем перемещение мяса ограничивают в период воздействия на него ударной волной, проходящей через несжимаемую жидкость, а затем через диафрагму в мясо, отличающийся тем, что перед воздействием на мясо ударной волной его заключают и герметично уплотняют в туннеле для исключения воздушных карманов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед воздействием на мясо ударной волной его заключают в туннель, имеющий металлический верх или дно, боковые стенки, по существу прозрачные для ударной волны, металлические торцы и диафрагму, через которую первоначально проходит ударная волна, причем диафрагму располагают против металлического верха или дна.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что упомянутые боковые стенки выполняют из полиуретана.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время обработки ударной волной мясо заключают в туннель, имеющий металлический верх или дно, металлические боковые стенки и торцевые стенки, и диафрагму, через которую первоначально проходит ударная волна; причем диафрагму располагают против металлического верха или дна.

5. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что диафрагму располагают над мясом, и ударная волна проходит вниз через диафрагму в мясо.

6. Устройство для тендеризации мяса и/или уничтожения микробов в мясе, содержащее камеру с несжимаемой жидкостью, имеющей первое акустическое сопротивление, и устройство для создания ударной волны в камере с несжимаемой жидкостью, диафрагму, имеющую одну поверхность, контактирующую с несжимаемой жидкостью в камере при использовании устройства, и противоположную поверхность, контактирующую с мясом при использовании устройства, причем диафрагма имеет акустическое сопротивление, приблизительно такое же, что и первое акустическое сопротивление, и конструкцию для сдерживания перемещения мяса, когда на него воздействуют ударной волной, проходящей через несжимаемую жидкость и затем через упомянутую диафрагму в мясо, отличающееся тем, что конструкция для сдерживания мяса выполнена в виде туннеля, имеющего сплошные боковые стенки и подвижные металлические торцевые стенки, при этом диафрагма расположена против его металлического верха или дна.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к усовершенствованной системе тендеризации мяса с использованием ударной волны и представляет собой вариант системы согласно заявке США Ser. №10/005,763, соответствующей опубликованной заявке США №2002-00722318-А1, содержание которой включено в данное описание путем ссылки. Заявляется приоритет предварительных заявок США №60/426825 от 18 ноября 2002 г. и №60/473921 от мая 2003 г.

Первоначальные попытки промышленного применения системы тендеризации ударной волной были основаны на управляемой детонации химических взрывчатых веществ в емкости, заполненной водой, в которую погружено мясо (Godfrey, патент США 3492688; Long, патент США 5273766). Несмотря на значительную тендеризацию, обеспечиваемую технологией химических взрывчатых веществ согласно Long 766, этот способ имеет ряд технических ограничений. В этой системе, использующей химические взрывчатые вещества, мясо упаковывают, чтобы исключить его контакт с водой, которая может содержать химические продукты взрыва; при этом вакуумная упаковка, полностью исключавшая присутствие воздуха, даже в виде мелких пузырьков, является необходимой, поскольку в противном случае создаваемое ударной волной резкое изменение давления повредит упаковку, тем самым открывая мясо для воздействия воды в емкости и продуктов сгорания взрывчатых веществ.

Также значительные издержки на оборудование и отсутствие возможности оптимизации способа для определенных типов мышц препятствовали промышленному применению системы, основанной на химических взрывчатых веществах.

Затем была разработана новая концепция, согласно которой ударную волну создавали электрическим разрядом конденсатора (например, Long, патент США 6120818). С того времени было создано несколько усовершенствований этой системы.

Мышечная клетка имеет приблизительно диаметр волоса человека и содержит около 1000-2000 миофибрилл. После обработки согласно настоящему изобретению и согласно способам уровня техники электронные микрофотографии, полученные с увеличением в 19500 раз, показывают зазубренные линии разрыва вдоль миофибрилл, которые говорят скорее о физическом разрыве миофибрилл, чем о протеолизе. Связи белков мяса, относящихся к Z-линии и к волоконцам, по-видимому, сильно подвержены физической тендеризации ударной волной, выполняемой согласно настоящему изобретению и способам уровня техники.

Настоящее изобретение основано на системе согласно патентным заявкам США Ser. №10/005763 (публикация US-2002-0072318-А1), 60/426825 и 60/473921 (Long), содержание которых включено в данное описание путем ссылки. Неупакованное бескостное мясо пошагово подают в туннель обработки. В нем мясо находится в контакте с диафрагмой, которая отделяет туннель обработки от наполненной водой камеры, создающей разряд конденсатора и ударную волну. Диафрагма выполнена из материала, по существу не задерживающего ударную волну, как описано в US Ser. №10/005763 (Long), т.е. диафрагма имеет по существу такое же акустическое сопротивление, что и жидкость в формирующей ударную волну и обрабатывающей мясо камере; и предпочтительно выполнена из резины из натурального каучука, из полиуретана или другого синтетического эластомера. Ударная волна создается высоковольтной дугой между двумя электродами, погруженными в несжимаемую жидкость, предпочтительно - в воду. Ударная волна проходит через диафрагму и поступает в мясо. При прохождении ударной волны через мясо она передает ему энергию и разрушает связи в отдельных белках миофибрилл, ответственных за структурную целостность мышцы. Тендеризация происходит в течение доли миллисекунды.

Количество энергии, используемой для создания ударной волны, можно определить как процентную долю емкости конденсатора. Кроме того, на мясо легко воздействовать несколькими импульсами ударной волны, т.е. конденсаторы могут работать с быстрыми циклами, например, каждые две секунды.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения вслед за мясом в направлении хода ударной волны обеспечен воздушный промежуток, чтобы создавать волну напряжения или разрежения; при этом воздушный промежуток предпочтительно имеет высоту по меньшей мере 1,9 см и предпочтительно ограничен металлической пластиной, чтобы останавливать расширение мяса.

Согласно еще одному усовершенствованию мясо пропускают через по существу герметизированный «туннель». Пространство, в котором содержится мясо, снабжено вышеупомянутой диафрагмой из каучуковой резины между приходящей ударной волной и мясом, например, на дне, если ударная волна приходит снизу; металлическую стенку, противоположную стенке, образованной диафрагмой, через которую проходит ударная волна; сплошные, предпочтительно металлические, торцевые стенки; и сплошные боковые стенки (предпочтительно из полиуретана), по существу прозрачные для ударной волны, тем самым создавая волну напряжения или разрежения. Торцевые стенки, предпочтительно - металлические пластины, размещены на обоих концах туннельной камеры для помещения мяса.

Согласно еще одному варианту мясо полностью герметизируют в туннеле, снабженном сплошными боковыми стенками из отражающего ударную волну материала, предпочтительно - из прочного металла, например, из нержавеющей стали, в дополнение к металлической стенке, противоположной стенке, образованной диафрагмой, и отражающими ударную волну торцевыми стенками, таким образом обеспечивая герметизированный туннель, в котором создается волна напряжения или разрежения.

В работе, верхний и/или один, или несколько концов туннеля перемещаются, например, гидравлическим толкателем или т.п. и сжимает мясо в туннельной камере с целью удаления воздушных карманов в мясе, в результате чего эти пустоты существенно сокращаются. Тендеризация с помощью этой системы дает хорошие результаты, лучше любых известных технических решений, и при этом с меньшим повреждением мяса.

Для того чтобы по существу полностью устранить любое повреждение мяса, стенки туннельной камеры, которая ниже иногда также называется камерой обработки мяса, выполнены без зазоров между ними, предпочтительно сваркой, чтобы исключить выдавливание мяса через эти зазоры, когда на мясо воздействует ударная волна. Подвижные торцевые стенки туннеля имеют самоактивирующиеся уплотнения.

При использовании этой системы мясо содержится по существу внутри металлической коробки, действующей как камера обработки мяса, по существу без пустот, и верх и низ, и две торцевые стенки которой металлические, причем две боковые стенки сформированы из материала, достаточно прочного, чтобы выдерживать нагрузку, но пропускающего ударную волну, или также выполнены из металла; причем стенка против металлического верха или дна имеет диафрагму (упомянутую выше), которая пропускает ударную волну к мясу, когда срабатывают расположенные перед диафрагмой электроды. Это техническое решение обеспечивает хорошую тендеризацию с незначительным повреждением мяса или без его повреждения.

Согласно настоящему изобретению наполненная водой, создающая ударную волну камера предпочтительно расположена над диафрагмой, а туннель обработки находится под ней. В результате пузырьки, возникающие в воде от создающей ударную волну высоковольтной дуги, не собираются у диафрагмы; напротив, потребуется удалять эти пузырьки для поддержания высокой эффективности тендеризации в случае непредпочтительной компоновки, в которой создающее ударную волну устройство находится под диафрагмой и мясом.

Также предусмотрена система доставки и удаления мяса. Мясо, произвольно ориентированное, как оно поступает с транспортера, подают в один конец и затем сначала пропускают через рабочее место, на котором мясо выравнивают, располагая в нужной ориентации, например, в варианте три куска мяса укладывают рядом друг с другом, с интервалом около одного фута (30,5 см) между рядами мяса. Это расстояние в данном варианте выбрано так, чтобы система могла принимать куски мяса длиной около двух футов (61 см), например - филейные части свиньи; и, разумеется, меньшие куски мяса, такие как вырезка длиной около одного фута (30,5 см). Также возможна другая укладка и размеры.

Мясо транспортируют продольно транспортером в первое положение, затем толкают вбок под углом 90° во второе положение, чтобы обеспечить боковое сжатие мяса и выжать воздушные пузырьки, а затем перемещают продольно, толкая его в зону обработки в исходном направлении перемещения. В зоне обработки мясо сжимают между двух торцевых стенок. После обработки мясо толкают в продольном направлении в четвертую зону, а затем толкают вбок под углом 90° в пятую зону, где оно отводится вторым транспортером. В этом варианте мясо перемещают в четырехсекундных циклах между импульсами ударной волны, но, разумеется, можно выбрать и другие циклы.

Фиг.1 - вид сверху в сечении первого варианта выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2 - схематичный вид сбоку в сечении устройства по изобретению, в котором камера конденсаторного разряда расположена над мясом, а не под ним; и

Фиг.3 - схематичный вид сверху в сечении еще одного варианта выполнения изобретения.

На Фиг.1 показано, при виде сверху, сечение первого варианта устройства 10 по изобретению, которое соответствует системе согласно упомянутой заявки US-2002-0072318-А1, но имеет следующие дополнительные признаки и/или модификации. Зона 12 обработки мяса имеет две полиуретановые стенки 14, за каждой из которых установлен соответствующий плоский держатель или удерживающая пластина 16 из такого прочного материала, как сталь, с обеспечением позади нее воздушного промежутка 18, имеющего предпочтительную толщину по меньшей мере 1,5 см, и еще более предпочтительнее - по меньшей мере 2 см.

Предусмотрены две торцевые стенки 20 и 20', способные перемещаться в продольном направлении и приводимые в действие соответствующими гидравлическими или пневматическими толкателями (не показаны) или электродвигателем или другим соответствующим средством (не показано) посредством штоков 22. Когда мясо помещено в зону 12 обработки мяса, боковые стенки сдавливают мясо, чтобы удалить или по меньшей мере свести к минимуму воздушные пузырьки в мясе и сформировать камеру обработки мяса. Чтобы мясо не выдавливалось в зазоры между краями концевых стенок 20, 20', обеспечены соответствующие уплотнения 24, выполненные, например, из полос полиуретана. Торцевые пластины 20, 20' предпочтительно выполнены из нержавеющей стали и имеют толщину по меньшей мере полдюйма (около 1,25 см). Согласно одному из осуществлений концевые пластины 20, 20' имеют ширину в один фут (около 30,5 см) и высоту три дюйма (около 7,6 см).

Ниже мяса расположена диафрагма, а под диафрагмой находится конденсаторная камера, выполненная согласно опубликованной заявке US-2002-00722318-А1. Над мясом находится металлическая пластина (не показана), способная перемещаться вниз подобно торцевым стенкам 20, 20' - также для сжатия мяса и сведения к минимуму или устранению воздушных пузырьков из мяса.

При использовании эта система работала хорошо, но стенки должны быть прочными. В результате единственного взрыва торцевые стенки 20, 20' из нержавеющей стали толщиной в полдюйма (около 1,25 см) выгнулись приблизительно на 1,6 см. Поэтому желательны более толстые стенки, например, толщиной в один дюйм (2,54 см). Полиуретановые боковые стенки 14 не повреждались. Эти результаты говорят о том, что усилие было создано ударной волной, а не гидростатическим давлением вследствие перемещения диафрагмы вверх. Использование этой системы обеспечило отличную тендеризацию мяса.

В варианте или в другом осуществлении боковые стенки 14 (см. Фиг.3), аналогичные торцевым стенкам 20, 20', выполнены из металлических пластин, предпочтительно - из нержавеющей стали, также толщиной более 1,25 см, например, 2,54 см. Согласно этому альтернативному выполнению какая-либо стенка после диафрагмы не является прозрачной для ударной волны, и поэтому разрежение или напряжение не создается.

На Фиг.2 схематично показано усовершенствование, которое можно использовать с вариантами по Фиг.1, или Фиг.3, или с любыми выполнениями уровня техники, включая выполнение, описанное в опубликованной заявке US-2002-0072318-А1. В варианте, представленном на Фиг.2, камера конденсаторного разряда расположена над диафрагмой и камерой обработки мяса, и поэтому масса жидкости в камере конденсаторного разряда толкает вниз диафрагму, которая в свою очередь толкает мясо. Этот вариант имеет то преимущество, что исключается собирание у диафрагмы пузырьков, образующихся в воде в результате высоковольтной дуги, создающей ударную волну; и вместо этого пузырьки поднимаются к верху камеры конденсаторного разряда, где они не оказывают вредного воздействия.

Вариант выполнения по Фиг.1 показан схематично на Фиг.3, на которой подобные части, соответствующие частям на Фиг.1, имеют те же позиции.

В варианте по Фиг.3 мясо подается в систему по транспортеру 30 через исходную секцию 32 туннеля в первую зону 34 в продольном направлении. В первой зоне 34 мясо затем толкается вбок толкателем 36 с гидравлическим, пневматическим, или электрическим, или иным приводом во вторую зону 38, смежную передней торцевой стенке 20, описанной выше в связи с Фиг.1, в положение, показанное пунктиром на Фиг.3. Торцевая стенка 20 затем толкает мясо в зону 12 обработки, где оно заключено между предпочтительно металлическими боковыми стенками 14', торцевой стенкой 20 и торцевой стенкой 20', которая переместилась из положения, показанного пунктиром.

После обработки мяса торцевая стенка 20' перемещается назад в положение, показанное пунктиром, и торцевая стенка 20 продвигается дальше вперед и толкает мясо в четвертую зону 40. Затем в действие приводится еще один толкатель 42, который толкает мясо из зоны 40 в пятую зону 44 и на другой транспортер 46, который отводит обработанное мясо.

Пример 1: Результаты по говядине и свинине

Представленные ниже результаты получены на нескольких модификациях системы согласно уровню техники и согласно настоящему изобретению. Тендеризации подвергали разные части говяжьей туши. Верхняя часть говяжьего бедра повысила нежность на 19-28% (Таблица 1, на которой «ОУВ» обозначает обработку ударной волной согласно изобретению и согласно уровню техники).

По сравнению с данными, представленными в National Beef Tenderness Survey за 1998 г., это снижение усилия разрезания даже превысило разницу усилия разрезания между сортами говядины Select и Choice (0,34) по классификации Министерства сельского хозяйства США.Таблица 1
Средние значения, в кг, усилия разрезания по Уорнеру-Брацлеру, и нормативные отклонения для верхней части говяжьего бедра и филейной части свиньи
	Отдельные мышцы
Вид мяса и отруб	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Сред.	% изм.
Говяжье бедро
Контрольная группа	5,4	5,6	3,3	6,4	4,7	7,1	6,2	5,1	6,6	-	-	-	5,6
ОУВ 76%, 1 импульс	5,0	4,7	3,9	5,1	4,0	6,7	2,7	4,2	4,4	-	-	-	4,5	19,2
Контрольная группа	5,7	6,2	5,9	6,1	4,2	5,1	5,9	4,4	-	-	-	-	5,4
ОУВ 72%, 3 импульса	3,1	4,7	3,1	5,1	3,8	3,8	4,4	3,3	-	-	-	-	3,9	28,0
Филейная часть свиньи
Контрольная группа	3,1	4,9	3,5	5,3	5,8	3,2	4,5	5,0	3,3	2,7	3,6	4,9	4,2
ОУВ 72%, 2 импульса	1,8	2,5	2,2	6,2	3,6	1,7	3,1	4,2	2,5	2,4	2,7	2,9	3,0	28,1
Усилие разрезания по Уорнеру-Брацлеру на образцах диаметром 1/2 дюйма

Еще один показатель, используемый для определения приемлемости нежности - усилие разрезания менее 4,6 кг. Поэтому средняя нежность верхней части говяжьего бедра повысилась от неприемлемой до приемлемой. Вырезка повысила нежность в среднем на 18,6-29% (усилие разрезания у контрольных образцов - в среднем 4,5 кг по сравнению с 3,4-3,7 кг у мяса, тендеризированного ударной волной) в зависимости от числа импульсов. Приложение ударной волны (60% энергии, один импульс) повысило среднюю нежность говяжьих филейных краев (усилие разрезания у контрольных образцов - в среднем 4,5 кг по сравнению с 3,4 кг у мяса, обработанного ударной волной) до уровня, по меньшей мере равного механической (ударной) тендеризации (3,5 кг), но без риска микробиального загрязнения.

Обработка говядины ударной волной повысила нежность говяжьих вырезок (усилие разрезания у контрольных образцов - в среднем 4,1 кг по сравнению с мясом, обработанным ударной волной - 3,2 кг). Без регулировок инжектора после его установки на 10% обработанная ударной волной говяжья вырезка впитала 15% жидкости, например, рассола, по сравнению с контрольными образцами. См. PCT/US03/02514. При этом снизились потери вследствие вытекания (контрольный образец - 3,6% по сравнению с образцом, обработанным ударной волной - 2,6%). Говядина, обработанная ударной волной, была менее красной (CIEa* значения), что скорее всего объясняется лучшей инжекцией, т.к. в свежей говядине различия не наблюдались. Аналогичные результаты были получены с нижней частью говяжьего бедра и верхней частью говяжьего бедра, использовавшихся для обработки. Также были проведены эксперименты, которые показали, что тендеризация является равномерной по длине жаркого, так же как и в вертикальных направлениях в жарком.

Свежую свинину тендеризовали в среднем на 28% обработкой ударной волной (Таблица 1). Одиннадцать из двенадцати филейных частей дали положительный результат при тендеризации ударной волной. Причем нежность свинины, обработанной ударной волной, была более равномерной. Еще одна группа (n=10) свежей свинины, от разных упаковщиков и обработанная ударной волной (80% энергии, однократный импульс), показала 20-процентное уменьшение усилия разрезания (у контрольных образцов - в среднем 3,4 кг по сравнению с образцами, обработанными ударной волной - 2,7 кг). Предварительные данные говорят о том, что предлагаемая система может повысить количество инжектированного рассола (контрольный образец - 14,8% по сравнению с образцом, обработанным ударной волной, - 17,0%) и снизить потери вследствие вытекания (1,8% по сравнению с 1,5%) обработанных порционных кусков свинины.

Пример 2: Результаты по куриному мясу

Первоначально обработка ударной волной в основном предназначалась для того, чтобы предприятия переработки мяса птицы могли устранить необходимость выдержки грудок бройлеров. Результаты показали, что приемлемый уровень нежности достигался для куриных грудок, которые были сразу обвалены и обработаны ударной волной после окоченения мышцы (Таблица 2, группа 2). Грудки ранней обвалки, с обработкой ударной волной через 6 часов после забоя, были очень близки к приемлемому пороговому значению (6,0 кг). Сочетание электростимуляции с обработкой ударной волной обеспечивает возможность устранения необходимости выдержки грудок бройлеров.

Таблица 2
Значения средней нежности грудок с ранней обвалкой (на выходе из охладителя), обработанных ударной волной при помощи разных импульсов, значений энергии и через разные сроки после забоя
	Группа 1		Группа 2
	Контрольный образец	Обработка ударной волной, 80% 2 импульса 6 часов после убоя	Контрольный образец	Обработка ударной волной, 80% 2 импульса 24 часа после убоя
Среднее значение	17,2	6,9	13,4	4,1
Станд. отклонение	5,1	3,2	4,9	1,7
Усилия разрезания получены для грудок, приготовленных в духовке (конвекционной печи) и нарезанных полосами шириной 1,9 см.

Еще один аспект, заслуживающий внимания, заключается в том, что даже на птицефабриках, на которых выдерживают передние половинки цыплят перед обвалкой, нежность продаваемого мяса бывает неодинаковой и несоответствующей требованиям. На разных птицкомбинатах используют разные периоды выдержки перед обвалкой. Помимо этого, общая тенденция заключается в том, что птицекомбинаты продолжают стремиться к максимальному сокращению периодов выдержки, чтобы экономить пространство для хранения. Более короткое хранение повышает процент грудок с недостаточной нежностью, т.е. с нежелательной жесткостью («резиновые» цыплята). Если нежность куриного мяса обычного производства не соответствует желательному уровню, то обработка ударной волной может повысить мягкость.

Обработка ударной волной имеет много преимуществ, и настоящее изобретение повышает удобство и равномерность обработки ударной волной. Потребители и сейчас предпочитают постные сорта мяса. Но это мясо нередко недостаточно нежное. Обработка ударной волной повышает нежность постной свежей бескостной говядины, для которой не требуется выдержка и которая не ухудшает поверхностную целостность мяса (например, проникновение бактерий). Тендеризацию можно оптимизировать по сортам мяса путем выбора силы ударной волны и количества импульсов, воздействию которых подвергается мясо. Нежность свинины, говядины, кур и пр. видов улучшается.

Благодаря обработке мяса ударной волной можно повысить количество рассола, воспринимаемое обработанной говядиной и свининой. См. PCT/US03/02514.

Тендеризация обеспечивается без изменения прочих желательных показателей качества мяса (например, цвет, внешний вид, текстура, вкус).

Вся система может быть установлена на существующих линиях переработки мяса и на специализированных объектах. Устройство согласно настоящему изобретению занимает площадь около 9,2 кв.м и обрабатывает приблизительно 6135 кг мяса в час.

Приводимое выше описание конкретных вариантов полностью раскрывает общую концепцию изобретения, поэтому исходя из уровня техники его можно легко модифицировать и/или адаптировать для различных применений этих конкретных вариантов, причем без лишнего экспериментирования и в объеме изобретения; поэтому такая адаптация и модификация будет находиться в пределах эквивалентов раскрытых вариантов. Нужно отметить, что используемая здесь терминология служит только пояснительным целям, а не для ограничения изобретения. Средства, материалы и стадии осуществления различных раскрытых функций могут принимать различные альтернативные формы в рамках настоящего изобретения.

Например, такие фразы, как «средство, которое...» и «средство для...», или термины, поясняющие стадии способа в приведенном выше описании и/или в прилагаемой формуле изобретения, с указанием их функций, предназначены для определения и включения в это понятие любых конструкционных, физических, химических или электрических элементов или структур, или любой стадии способа, которые могут быть в наличии сейчас или в будущем и которые выполняют упоминаемую функцию, независимо от того, являются ли они или нет точным эквивалентом варианта или вариантов, раскрытых в приведенном выше описании, т.е. для выполнения тех же функций можно использовать другие средства или стадии; и предполагается, что эти выражения нужно истолковывать в самом широком смысле.