Микроволновая дефростация – что это?

Задержавшись еще немного на терминологии, хочу устранить одно небольшое препятствие с которым иногда сталкиваются специалисты отрасли, желающие разобраться в вопросе применения микроволн для обработки пищевого сырья. Дело в том, что помимо названия «микроволновая дефростация», вы можете встретить словосочетания «СВЧ дефростация» и «высокочастотная дефростация». Объясняю: это одно и то же! Правда, термин «СВЧ» не совсем точно отражает суть процесса, т.к. больше относится к рабочей частоте 2450 МГц, а такая частота для промышленной дефростации сырья не применяется. Но, опять же, в силу наших национальных особенностей такое название встречается не так уж редко.

А вот термин «радиочастотная дефростация» (рабочая частота 27 МГц) обозначает совсем другой процесс, не связанный с микроволнами. Но поскольку этот узкоспециализированный метод практически не применяется в мясной промышленности, не буду сейчас на нем останавливаться.

На данной иллюстрации с одной стороны видно, как возрастает передаваемая энергия в СВЧ-диапазоне по сравнению с радиочастотами, а с другой – как далеко находится СВЧ-диапазон от опасных частот ионизирующего излучения (рентгеновское, гамма-излучение).

Принцип действия

Микроволновая дефростация (МВ-Д) относится к объемным методам отепления, т.к. разогрев сырья идет одновременно по всему объему блока (куска). Этим МВ-Д выгодно отличается от других способов размораживания, при которых происходит только нагрев поверхности, а внутри блока температура повышается с большим опозданием, за счет естественного теплообмена.

Микроволны, проникая одновременно во все точки блока, воздействуют на биполярные молекулы сырья, заставляя их менять полярность с огромной скоростью (915 млн раз в секунду), что, в свою очередь, приводит к выделению большого количества энергии, превращающейся в тепло. Именно за счет этого отепление сырья происходит за считанные минуты – совершенно не достижимый результат для других методов дефростации. При этом разница температур по блоку весьма невелика, как правило, она укладывается в диапазон ±1 °С.

Разбег температуры связан с неоднородностью сырья и, соответственно, неравномерным «усвоением» микроволновой энергии частями блока, содержащими больше или меньше жира, воды, соединительной ткани и т.д.

Чем более гомогенно сырье, тем равномернее оно нагревается микроволнами.

Как уже отмечалось, МВ-Д не рассчитана на достижение температур выше уровня фазового перехода. Таким образом, вторая отличительная особенность МВ-Д – температура на выходе, как правило, находится в диапазоне -3…-1 °С.

Безусловно, ничто не мешает нам в случае необходимости получать на выходе и более низкие температуры, например, -5…-4 °С. Производительность машины при этом сильно возрастает, т.к. чем ближе мы подходим к температуре -1 °С, тем больше энергии требуется.

Однако в большинстве случаев потребители хотят иметь на выходе около -2 °С.

Такая температура позволяет непосредственно после дефростации осуществлять следующие технологические процессы:

• измельчение мясного сырья на куттере или волчке. При этом структура фарша оптимальна, а режущий инструмент меньше изнашивается;
• нарезка мясного сырья на ломтики, кубики, полоски. Температура -2 °С дает чистый рез с минимальным количеством отходов;
• переработка куриных каркасов, шеи и т.п. с помощью сепаратора для получения фарша мехобвалки;
• разделение блоков на части и перефасовка для продажи в розничной сети. Особенно актуально для таких продуктов, как говяжьи и свиные языки, печень, куриные окорочка, бедра, крылья.

Устройство микроволновых дефростеров

По принципу действия все микроволновые дефростеры делятся на камерные (циклического действия) и тоннельные (непрерывного действия). В камерные МВ-Д сырье загружается порциями через открывающуюся дверь и через нее же выгружается после процесса. Мощность микроволнового излучения в камерных машинах ограничена 75-тью киловаттами, а производительность не превышает 1 т/час.

Камерная машина

В тоннелях сырье непрерывно подается на конвейерную ленту и, пройдя через рабочую камеру (иначе называемую – камера воздействия), также непрерывно выгружается с другой стороны.

Преимущество тоннеля заключается не только в большей производительности, но и в возможности организовать с помощью системы конвейеров автоматическую подачу сырья на дефростацию и такую же автоматическую транспортировку размороженного сырья к следующим в технологической цепочке машинам, например, к волчкам или куттерам.

Тоннельная машина

Мощность излучения тоннелей кратна 75-ти киловаттам (75,150, 225 и 300 КВт), а производительность может достигать 10 т/час (в зависимости от сырья и необходимой температуры).

Источником микроволн в обоих типах машин служат магнетроны – электровакуумные приборы, установленные в генераторах. Электрическая энергия в магнетронах преобразуется в волны частотой 915 МГц. Волны от генераторов передаются по волноводам к рабочей камере. Волноводы имеют строго рассчитанную конфигурацию, зависящую от расположения генераторов, и изготавливаются из специального сплава алюминия.

Магнетрон

Для справки. Магнетрон был изобретен еще в начале XX-го века, и хотя его конструкция в течение последующих нескольких десятков лет изменялась и совершенствовалась, принцип действия остается неизменным. Он основан на влиянии электрического и магнитного поля на траекторию движения электронов. Интересующиеся подробностями могут найти в интернете массу материалов об устройстве и работе этого интересного прибора. Для остальных скажем, что, по сути, промышленный магнетрон – это подобие большой и мощной радиолампы, состоящей из комбинированного корпуса (металл и керамика), анода, катода, резонатора и системы водяного охлаждения. Впервые для нагрева пищевых материалов магнетрон был использован в 1945 году американским инженером Перси Спенсером.

Генератор

Генераторы могут быть установлены по желанию клиента, как на одном уровне с самим тоннелем (рядом или за стенкой), так и на специальной платформе над тоннелем или на техническом этаже – для экономии площадей.

Генератор хорошо защищен от внешнего воздействия прочным корпусом из нержавеющей стали и системой датчиков безопасности, отключающих высокое напряжение и работу магнетрона при несанкционированном открытии двери. Эффективная система охлаждения защищает электронные компоненты генератора от перегрева.

Генераторы

В рабочую камеру микроволновая энергия подается с помощью антенн двух видов. В более старых системах установлены роторные антенны, сверху и снизу рабочей камеры. За счет вращения роторные антенны «разбрасывают» волны по камере для более равномерного распределения. Такое устройство антенн имеет ряд недостатков, проявляющихся со временем в необходимости дорогостоящего ремонта не только самих роторных узлов, но и связанных с ними других компонентов машины.

Этих недостатков абсолютно лишены запатентованные американской компанией Ferrite антенные системы SPC, в которых отсутствуют механические части. Закручивание волн в них происходит с помощью поляризатора, а сами антенны устанавливаются только в верхней части камеры. При этом равномерность распределения энергии даже выше, чем в традиционных роторных системах.

Распределение энергии

Микропроцессорное управление позволяет задавать и контролировать параметры работы МВ-Д. Динамическая визуализация процессов дает возможность оператору в режиме реального времени отлеживать такие показатели как заданная и реальная мощность излучения, скорость конвейера, заполнение рабочей камеры продуктом и т.д.

Русскоязычный интерфейс очень удобен и понятен, управление машиной быстро осваивает даже не самый квалифицированный персонал. Однако для рядовых операторов доступны только основные функции: включение/выключение, пауза, изменение текущей мощности и скорости ленты без сохранения в памяти, режим мойки. Корректировка программ с сохранением возможно только после введения пароля технолога, а изменение и настройка технических параметров – после введения сервисного пароля. Предусмотрен и удаленный доступ через интернет для диагностики машины специалистами завода-изготовителя.

В системах Ferrite на экране также можно увидеть мощность отраженной волны – т.е. энергия не поглощенная продуктом. Измеряет обратную мощность специальный блок. Это позволяет правильно настроить программы дефростации и снизить потери электроэнергии, т.к. отраженная волна преобразуется в бесполезное тепло с помощью циркулятора – устройства, перехватывающего обратную волну и перенаправляющего ее в водяной контур, где микроволновая энергия превращается в тепловую и выводится во вне. Наиболее совершенные циркуляторы с цельнолитым корпусом и полностью медной системой охлаждения на сегодняшний день производит та же компания Ferrite. Их эффективность заметно выше и они не требуют замены раз в пять лет, как циркуляторы конкурентов.

Циркулятор

Кроме того, запатентованные циркуляторы Ferrite надежнее защищают магнетроны, а значит, продлевают срок службы этого не самого дешевого компонента.

Не все отраженные волны уходят обратно к генератору. Часть излучения движется из рабочей камеры к входу и выходу конвейера. Для того, чтобы предотвратить выход микроволн из тоннеля наружу с обеих сторон, к рабочей камере примыкают входная и выходная секции. Внутри корпусов этих секций из нержавеющей стали установлены пластиковые (т.е. проницаемые для микроволн) резервуары, через которые с помощью насоса постоянно прокачивается водяной раствор пропиленгликоля. Он поглощает микроволны, «прорвавшиеся» из рабочей камеры, и в виде тепла уносит их в систему водоохлаждения.

Остается сказать, что в зависимости от поставленных задач тоннель может иметь от одной до четырех рабочих камер и от одного до четырех генераторов. Причем, в большинстве случаев к одной рабочей камере может быть подсоединено до трех генераторов.

Применение микроволновой дефростации

Две основные особенности МВ-Д (сверхскорость отепления и температура на выходе в районе -2 °С) определяют сферы применения данной технологии в мясопереработке:

1. Дефростация больших объемов сырья для непосредственной подачи его в волчки или куттеры при производстве фарша для колбасных изделий или полуфабрикатов.

Преимущества:

• ритмичность подачи сырья в дальнейший технологический процесс, т.к. оно выходит из МВ-Д непрерывно с одинаковой скоростью;
• равномерность и стабильность температуры, что стандартизирует процесс фаршесоставления;
• температура –2…-3 °С идеальна для получения четкой структуры фарша при резке и оптимальна для защиты режущего инструмента от быстрого износа.

2. Дефростация больших объемов куриного сырья при производстве фарша МДМ.

Преимущества:

• ритмичность подачи сырья в дальнейший технологический процесс;
• равномерность и стабильность температуры;
• температура –2…-1 °С оптимальна для достижения баланса производительности и качества готового фарша.

3. Перефасовка различных продуктов (части птицы, мясо крупный кусок, печень и т.д.) для продажи в розницу.

Преимущества:

• температура –4…-3 °С позволяет легко разделить блоки на составные части для перефасовки в пакеты или выкладывания в холодильные витрины, при этом продукт не размораживается полностью, что благотворно влияет на его качество;
• значительное снижение брака (повреждение продукта) при разделении блоков;
• снижение трудозатрат и площадей.

Микроволновая дефростация также может применяться для подготовки сырья к другим процессам – обвалке, жиловке, инъектированию… Однако для применения в таких процессах, требующих плюсовых температур, сырье после микроволновой дефростации, все-таки, требует передержки в течение 3-6 часов или интенсивного дополнительного отепления, например, в массажере-дефростере.

Если говорить о выгоде, которую приносит микроволновый метод дефростации предприятиям мясной промышленности, то, в первую очередь, необходимо отметить полное отсутствие потерь веса сырья при дефростации. Экономический эффект от этого свойства МВ-Д дает возможность окупить оборудование за год-полтора и в дальнейшем получать весомую прибыль! Даже скромный показатель потерь мясного сока в 5% от общей массы сырья при традиционной дефростации оборачивается десятками миллионов убытка в год.

Кроме того, к несомненным плюсам МВ-Д можно отнести:

• улучшение микробиологического состояния готового сырья;
• стандартизация технологического процесса за счет стабильного качества сырья;
• улучшение санитарного состояния цеха дефростации;
• экономия площадей;
• сокращение трудозатрат и эксплуатационных расходов.

Где еще применяются микроволновые установки?

Использование микроволновых установок в пищевой промышленности не ограничивается только дефростацией. Вот некоторые сферы их применения:

• жарка бекона (очень популярно в странах с большим потреблением данного продукта);
• доведение полуфабрикатов (например, котлет) до кулинарной готовности после предварительной обжарки;
• варка овощей для салатов, варка капусты для производства мясных голубцов;
• сушка мяса или рыбы при производстве мясных чипсов;
• пастеризация готовых блюд и холодца в упаковке.

Американская компания Ferrite около 40 лет конструирует и производит микроволновые компоненты и комплексные системы для различных отраслей промышленности, науки, медицины и космической связи.
Ferrite Microwave Technologies в 1983 году преобразовалась в самостоятельную компанию из подразделения Raytheon Group, с 1948 года занимающуюся вопросами микроволновой энергии. Первоначально она сфокусировалась на производстве компонентов для микроволновых установок, использующихся в различных отраслях. К 1993 году в состав Ferrite вошли несколько компаний из бывших членов группы Raytheon, и в 1994 году начался выпуск промышленных микроволновых систем.
В 2003 году Ferrite приобрела промышленное подразделение компании Amana, и с этого момента производит машины для пищевой промышленности, каждый год совершенствуя их конструкцию.
В 2020 году Ferrite путем присоединения Mega Industries, Micro Communications и FXR Dummy Loads создает группу компаний Microwave Techniques LLC.
На сегодняшний день созданная Ferrite группа компаний является лидером своего сектора рынка по количеству внедренных инноваций и объему поставок. Весь ассортимент продукции выпускается исключительно в США с использованием компонентов ведущих производителей США, Европы и Японии.
Официальным представителем Ferrite в России и странах ЕАС c 2019 года является компания «Адопус-Консалт», имеющая большой опыт работы на рынке технологического оборудования для мясной промышленности.

Адопус-Консалт
+7 (495) 799-91-91
www.ferrite-rus.ru
www.adopus-consult.ru
info@adopus-consult.ru