利用衝擊波反射進行的連續衝擊波食品處理的製作方法
2023-09-18 11:32:25
專利名稱：利用衝擊波反射進行的連續衝擊波食品處理的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用衝擊波對食品的處理，促使對食品的嫩化和/或對微生物的滅殺。
如約翰.朗的美國專利US5,273,766和5,328,403和未審定的申請中所述，利用由例如化學炸藥或兩個電極之間的電容放電導致的衝擊波(聲音或壓力脈衝)可以實現食品的嫩化或至少實現局部無菌化消毒。衝擊波以聲速(或在高強度衝擊波下略高於聲速)由爆炸點向外擴散，該衝擊波與被牆壁反射的回音一樣，將在衝擊波反射面上被反射。
衝擊波反射的條件是，視衝擊波傳播的介質而變化的聲速，在兩種介質的界面上變化。壓力波在水內的傳播速度約為1500米/秒；同樣的壓力波在不鏽鋼中的傳播速度是5800米/秒，幾乎是前者的四倍。該聲速的差接近於衝擊波速度差，所述衝擊波基本是高壓聲波；它們利用與聲音相同的機理進行傳播，但它們是尖脈衝並且通常具有比大多數聲音還要高的聲音強度或壓力升高(通常被稱作「過壓」)。
當在水中的一聲波或衝擊波遇到鋼表面時，由於傳播速度的差異(也被稱作「聲阻失配」)大多數波將被反射遠離該表面，因而僅有很小一部分波進入鋼內。根據上述的相關技術，採用衝擊波由厚鋼板表面反射的方式提高衝擊脈衝的強度。由爆炸產生的衝擊波脈衝是瞬間的，但具有明顯的長度，並且當脈衝被鋼反射時，被反射的脈衝將穿過脈衝本身，從而提高了衝擊波脈衝強度。(此作用與在海岸護坡處的情況相同，在此處被護坡反射的海浪將被濺射到護坡的很高的高度上，該高度大於在開放水域傳播時到達的高度。)在根據約翰.朗的美國專利US5,273,766和5,328,403的實施例中，肉食品被放置在塑膠袋內，塑膠袋被排放在半球形鋼釜的底部，鋼釜內充滿水，並且在幾何中心起爆。向外擴散的衝擊波大致在同時到達所有的肉食品處並且大致以相同的過壓或衝擊波強度對肉食品進行衝擊，由於鋼釜的反射，衝擊波兩次穿過包裝薄膜和肉食。(肉食和包裝袋具有接近於水的聲阻或機械阻抗，而不會對衝擊波進行明顯的反射)。
該實施例可以非常好地實現對被排放在和貼靠在釜體內壁上的肉食的嫩化和至少局部的殺菌，但其也具有一些不足之處。很顯然，該實施方式是固有的分批處理方式，並且設備非常昂貴。一個直徑為四英尺、厚度為兩英寸的不鏽鋼半球體是不便宜的，並且加之需要用於移動爆炸屏蔽、換水等的設備很複雜並且非常昂貴。肉食品的裝入和取出相當緩慢，並且出於安全的考慮不得不進一步放慢速度；例如在起爆時，工人是不能對半球容器進行裝載的。
另一個缺點是，爆炸時水將由半球釜內冒出並且必須進行補充。在採用化學炸藥的情況下，儘管水並不直接與肉食品接觸，但優選要將任何剩餘的水排出並用新鮮的未被爆炸的化學副產物汙染的水進行更換。對水的排放和更新將耗去時間並且將消耗掉大量的水。
而且在上述實施例中的爆炸力是不平衡的。設置在半球釜頂端外的爆炸氣體、蒸汽和霧的噴口將導致產生很大的反作用力，該反作用力將促使半球釜向下移動，並且必須採用大型的彈簧、緩衝器等抵消掉此反作用力，這些附加的設備也是昂貴的。為對噴口的力進行吸收，如約翰.朗的美國專利US 5841056中所述還需要蓋在半球釜上的專門的爆炸屏蔽弧形罩。
由於沿肉食品在袋內保留的任何氣泡都會起著聲學「透鏡」的作用，該「透鏡」將把衝擊波匯集在正好在氣泡另一側的肉食品上(此點與水滴對陽光的匯聚透鏡作用相似)，將導致非常高的局部壓力，該壓力有可能對肉食品「燒灼」。所產生的熱能常常還會將袋子上燒出孔洞，導致塑膠袋破損。
將肉食放置抵壓在衝擊波反射鋼板面上或在後者附近，如上所述是伴隨上述實施例產生的一些問題的根源，並且這种放置方式限制了任何實質性改進的實現。可以被嫩化的肉層的寬度受衝擊脈衝寬度的限制，這是因為如果所有肉食品要經受是衝擊脈衝厚度兩倍的強度，則衝擊脈衝的寬度必須至少是肉食品厚度的兩倍，從而使在整個肉食品厚度上實現兩倍的脈衝強度。如果脈衝的寬度很短，則正好當脈衝的前沿被鋼板反射時，而脈衝的後沿將進入肉層，並且僅最接近反射鋼板的肉食品部分經受雙衝擊強度；而其餘部分將經受非雙倍的衝擊波的兩次穿透。衝擊脈衝的寬度(單位米)除以脈衝寬度(單位秒)約為1500米/秒。
對肉食品厚度的限制意味著，如果每一批有待處理的肉食量非常之大，就必須增大半球釜的尺寸，以便使整個加工處理率不致過於緩慢。但增大半球釜的直徑將意味著，衝擊脈衝較弱，這是因為球形波的壓力強度大致要下降到半徑(相當於與源或爆炸源的距離)的三次方。
如果並不堅持上述實施例的兩倍的強度，則肉片可以進一步遠離半球釜的衝擊波反射內面，並且衝擊波較大的強度可以使強度翻番。如果肉食品向內移動約半球半徑的29％(精確地說，1.000-0.707)，則單向衝擊波強度的大小正好與半球內面上的雙倍的強度相同，甚至在不提高爆炸能的情況下，也是如此。(衝擊波向外穿過肉食品並接著在由鋼板表面反射後，向內返回穿過肉食品。)此點表明，將肉食品直接放置抵住反射面或接近反射面並不是關鍵。
而且接著還會產生如何對肉食品進行固定克服由於爆炸導致的移動的問題。本發明採用一種容納肉食的容器，與厚的不鏽鋼板不同，該容器具有儘可能低的反射性，從而使衝擊波可以不受阻礙地穿過容器。可以將該容器作成「聲音可以穿透的」，即其機械或聲阻大致與水相同，因而聲波或衝擊波可以通過容器，而不會明顯地改變方向或出現通過遲延。
有多種可以將容器作成聲音可以穿透的方案。一種是採用金屬絲製作的容器，聲音(和衝擊波)可以穿過該容器，但金屬絲容器在任何情況下都不能實現對肉食品的充分的支撐，並且視製成容器的金屬絲或線材的規格將對衝擊波有所幹擾。一優選的途徑是採用具有與肉食品浸入的液體相同的「聲阻」的材料製作容器。如果容器材料和液體的聲阻大致相同，則衝擊波在兩種材料中具有大致相同的傳播速度。根據黑根斯原理，波不會因折射而彎曲。波也不會在液體和容器材料間的界面被反射。
(與光波類似。如果一種固體物，其「反射係數」(光阻)接近於水，浸入水中，則該固體物幾乎是看不見的，這是因為光線穿過該固體物，而不會出現彎曲。例如一塊冰或玻璃在水中比空氣更不容易被看見，這是因為兩者的反射係數差很小的緣故。)如果優選採用水作為液體，則可以採用在其中的聲速與水類似的材料製作容器。這種材料是可以獲得的。例如在樹脂橡膠中的聲速僅比水高3％，並且幾種更為耐久的塑料的聲阻特別接近於水，所以它們非常適於作為肉食品容器。一種已經得到批准用於食品的適用的和已知的材料是太根(TYGON)，太根是一種塑化乙烯聚合物；其它的還有聚乙烯和聚丙烯。也可以對其它塑料進行常規的聲音穿透性和爆炸環境的耐久性的測試。如果由太根等製成的半球食品容器同心懸掛在半球釜內，可對肉食實現嫩化，而不需要進行上述討論的反射。
但此方案並不能消除伴隨上述實施例產生的問題，即需要分批處理和連帶的速度的放慢以及需要配套設備。為實現連續的處理，半連續的處理或間歇的處理或改進的分批處理，本發明將上述半球的幾何形狀改變成基本圓柱形的幾何形狀，同時在一些實施例中將用於分批處理的容器改變成導管(太根管)，肉類產品被泵入或在碎肉沫(肉泥)的情況下被傳送或在肉塊的情況下，例如去骨雞塊或塑料膜包的牛肉時，通過流動的水被傳送過導管。由具有相應的聲阻的、衝擊波基本可以穿透的塑料製成的堅固的管子，可與由細網製成的導管類似，就食品的輸送而言，其優點是很明顯的；而且這種管子與篩網或框架相比，更易於被衝擊波穿透。而且太根和其它塑料的管子也是可以獲得的。
替代根據已有技術的實施例的鋼製的半球，本發明提出一種大致成中空圓柱形的衝擊反射器，該反射器圍繞導管或靜止的肉食固定器和一個或多個爆炸點，從而可以實現衝擊波在內部的反射。甚至當幾何形狀不特別精確，使衝擊波反射分布不是最佳均勻分布時，則在作為反射室的反射器內許多衝擊波回波也會產生準液壓脈衝。
在一個連續的系統中，當肉食品被泵入通過塑料導管時，在導管附近以很短的間隔反覆地起爆，使所有通過導管的肉食品受到衝擊波處理。衝擊波所有的反射優選來自一距塑料導管和肉食品有一間距的表面。
在這種連續處理中的肉食品優選經受多個以很短的間隔產生的衝擊波穿過，該衝擊波將導致準液壓波的疊加脈衝效應，此點或者是由於衝擊波的疊加和衝擊強度的持續增強，或者由於肉食或肉食中細菌的衰減，從而可以在下一個衝擊迅速到達之前由一個衝擊進行「恢復」。衝擊波或者直接地、通過反射，或者在圓柱形的反射室內的多個面段的多次反射後匯集在肉食品上。
本發明人的臨時申請中披露了多爆炸設置，該設置應用多個炸藥或電極。多爆炸設置具有許多優點，其中包括採用消除爆炸脈衝的方法去掉反作用力和適於連續處理。如果衝擊波必須擊中塑料管並且同時穿過肉食，則採用多點爆炸將導致必需對爆炸精確的定時。定時對實現所需的準液壓嫩化是特別重要的。如果炸藥或電極與導管的距離是相同的，則定時的要求是爆炸必須精確地同步。
如果採用單獨一個爆炸避免具有多個爆炸源，則可解決高度精確的爆炸定時的固有的問題，該單爆炸衝擊波由於衝擊波的反射(或折射)將匯集在導管上。在此情況時，唯一的定時要求是大致要求爆炸充分頻繁和有規律地進行，以便所有通過導管的肉食品都可以接受衝擊波的處理。
由單爆炸開始一圓形衝擊波迅速並均勻地擴散，直至其遇到聲阻的變化並被反射或折射。通過對反射面相應的設置由單爆炸擴散的圓形的衝擊波將改變方向和反射，從而使反射波在短時間內由多個方向匯集到肉食品上。
當所有「輻射」(垂直于波前表面移動的波前端部分)通過相同的距離到達導管時，則波將會同時匯集到導管內的肉食品上。
本發明通過將衝擊波反射面進一步移離肉食品並採用一聲音可穿透的導管對肉食品進行設置和固定並通過實現一圓柱形等形狀的衝擊波反射面，大幅度地促進了對肉食品(或其它產品)的處理。因此本發明可以實現改進處理的主要目的，並且還可以克服上述已有技術的實施例中的其它問題。
下面將結合附圖對照實施例對本發明上述目的和其它目的以及特徵和優點加以說明。圖中示出
圖1為本發明的局部示意立體圖；圖2為垂直於本發明第一實施例的導管軸的剖視圖；圖3a和3b為本發明的第二實施例的示意圖；圖4為本發明的第三實施例的示意圖；圖5a為在圓柱-半球形罐體內的圓柱反射器的俯視圖；圖5b為圖5a的設置視圖；圖5c為在圓柱反射器內的肉食品容器的俯視圖；圖5d為圖5c容器的視圖；圖5e為爆炸條側視圖；和圖5f為爆炸條正視圖；圖6a為帶有移動的圓柱形反射器的罐體俯視圖；和圖6b為圖6a的設置視圖。
通常交替應用「衝擊波」、「音頻脈衝」、「壓力脈衝」等。上述所有波或脈衝統稱為以聲速(或高於聲速)傳播的聲波或壓力波。「衝擊波」的定義還包括高能矩形波、正弦波和由揚聲器和水下警報器產生的波。具有一定頻率的聲音僅僅是衝擊波的重複，根據付裡葉定律衝擊波由頻率構成。本發明旨在通過以非連續的脈衝或連續的脈衝的高強度聲音對食品產品的處理；和圓錐段的通用的定義是圓的、橢圓的、拋物面等形狀。
圖1為本發明的示意和理論綜合視圖。一種食品產品P例如可以是如圖所示的在水中的去骨雞塊，或半固體的碎肉沫，即肉泥，順大箭頭所示方向A移動通過塑料或其它聲音可以穿透的導管100，所述肉泥被與饋送管路110連接的攪拌器/泵120推進。水W被容納在環圍導管的罐400內；出於明了起見，僅繪出罐400的一角。導管100的截面端與另一管路(未示出)或其它的用於將來自罐400內的食品產品P傳送進一步處理的設備。
如上所述，導管100優選由塑料或其它的其聲阻與作為優選液體的水匹配的材料製成。在導管100內的食品產品或食品塊和水的混合物，其本身大部分是水構成的。因此，導管100區段或是由水或是由其聲學特性與水類似的物質構成並因此該區段的聲學特性基本是均勻的。衝擊波或聲音可以通過導管區段，而不會出現大的折射或反射。
波發生器，優選一個爆炸器200設置在導管100附近。該爆炸器例如是條帶狀的化學炸藥、一組火花電極或可以產生具有充分能量的衝擊波或聲音的機械器件(例如警報器)。爆炸器200與引爆電路或電容放電釋放電路220連接，所述電路對起爆時間進行控制並在採用放電或電子-機械波發生方式時(例如包括電容器)也可以提供爆炸能量。
在起爆或放電的同時，衝擊波向外擴散。如箭頭S1所示，一部分衝擊波直接穿過導管100。用S2和S3表示的衝擊波的其它部分被衝擊波反射面反射，在此用反射板或反射器R1和R2表示，所述反射板或反射器在理論上例如是安裝在重型彈簧上的鋼板，並且所述反射板或反射器如相應的箭頭所示在整個導管100長度和寬度延伸。但顯然，該圖並未示出本發明的一個重要特徵，即具有錐形段的衝擊反射室，該錐形段可以省去對彈簧等的需要。
從圖中可見，可以通過在相應的位置反射器R1和R2的設置，實現衝擊波S1、S2和S3基本同時的通過。另外，也可以在導管100(圖1中未示出)的任何一側對稱設置兩個衝擊波發生器200；如果兩個發生器200同時起爆的話，這種配置也可以將平衡的脈衝加到導管100上。而且，也可以間隔120°設置三個波發生器等。
替代水，可以採用任何液體(或甚至氣體)用於在罐400內衝擊波的傳送和/或用於對食品產品P的輸送，特別是可以採用水與諸如鹽、pH值可調物質、消毒劑、表面活化劑等物質的混合物。在此情況時可以通過相應選擇製作導管的材料，調整導管100的聲阻。
要說明的是，罐400內的液體可以不同於導管100內的液體。這兩種液體的聲阻可以稍有不同，但優選要儘可能接近。如果導管100、第一液體和第二液體的聲阻基本類似，則通過導管的衝擊波基本不會改變方向(反射或折射)並且可以按需要對導管100內的肉食品P進行處理。
本發明最寬的但不是優選的方式是針對垂直通過水的滴狀食品顆粒或擠壓食品。在這種配置中爆炸器200和圓柱形反射器替代導管100，即沒有導管，設置在垂直軸上。但這種實施例需要在相對方向上對衝擊波進行精心和棘手的平衡，以避免食品顆粒被衝擊開。
圖2為本發明的第一優選實施例的垂直於塑料導管100的軸的平面上的剖視圖，所述導管內裝有食品塊(例如雞塊、塑料膜包裝牛肉或碎肉沫)和液體，所述食品塊和液體流入或流出該圖的平面。導管100浸在液體401中，所述液體充注在罐400內，並且該液體401填滿圓柱體303的圓形空間302，該空間如圖2的剖視圖所示，基本為一足球形的開口。圓柱體303包括一基本同心的重型室壁的圓柱形內面307和兩個拋物狀面301。
在該實施例中，如WO 98/54975和相應的美國專利申請中披露的內容，爆炸器包括兩對電極201，四個電極中的每一個具有相應絕緣的護套203，每一對電極與一電容放電器(圖2中未示出)連接。由防水的護套205保持除電極外的其它電氣部分的乾燥。
每一對電極201的火花間隙的幾何對準環圍的拋物狀反射面301的焦點。兩個拋物狀反射面(旋轉拋物面)具有一如圖點劃線所示的公共軸。
當通過任何一對電極放電時，能量的突然釋放將生成衝擊波，接著有氣泡產生。衝擊波的主要部分(用圓角表示)在拋物面上被反射，生成一平面的衝擊波，該衝擊波由衝擊發生器直接經圓柱形室，穿過導管100和導管內的肉食品，併到達對面的拋物面反射器，該反射器將對衝擊波進行二次反射，到達另一對電極。被匯聚的衝擊波促使二次局部壓力的升高，因此壓力升高，波被再次輻射，產生一些後向和前向的回波。
衝擊波的其它部分將在圓柱面307，和肉食品，水和導管100上被反彈，衝擊波在一定程度上被折射。作為多次反射和折射的結果，衝擊波將在腔體內回波，導致準液壓升高。兩對電極201最好同時放電，傳遞給食品產品的能量被翻倍並避免由於衝擊波或接著產生的氣泡造成加在導管上的力的淨不平衡的出現。
圓柱面307的長度優選大致等於其直徑並且爆炸外殼圓柱體303端(與圓柱面307鄰接)優選是開口的，以便在爆炸生成的氣泡的力作用下水可以由端部流出(即水流入和流出圖的平面)。由堅固的圓柱壁對爆炸實施徑向密封，圓柱壁優選由不鏽鋼製成。由於圓柱對稱，傳遞給肉食品的脈衝是平衡的，並且只要同時起爆並且能量相同，就不會有促使炸裂肉食品的淨力產生，或使導管炸離其中心位置。如果僅有一個衝擊發生器生成衝擊波，則在爆炸後根據液壓動力，將產生作用於導管100的橫向力，並且尤其是在衝擊波後將立刻生成氣泡。
爆炸後，罐400內的水401將立刻流回充注圍繞導管100的腔體302內，在下一次爆炸時，將對到達拋物面反射器之間的衝擊波區的肉食品進行處理。通過在回波腔體內側生成衝擊波的電極處的連續反覆的爆炸實現對連續移動的食品產品的連續處理。
圖2的選擇實施例(未示出)包括對電極及其拋物面反射器的各種位置設置。替代圖2所示的兩個直徑相對間隔180°的衝擊波發生器，可以採用間隔120°的三個衝擊發生器和間隔90°的四個衝擊發生器等。也可以沿軸線分組交錯設置等。軸向間隔的爆炸可以是同時的或順序的。
圖3a示出一第二實施例，其中僅採用一個衝擊發生器，但其中衝擊波由相對的方向擊中導管，生成一平衡的力和準液壓升高。爆炸室210、處理室310和固定在橫梁402上的環形管230安裝在罐400的內側。與圖2相同，導管100垂直於圖平面。環形管230的兩個半環端接在爆炸室210和處理室310上，從而使管內的水如圖3a所示可以順時針或逆時針流動。圖3b為示意斷面圖，圖中示出環形管230段是如何與處理室310連接的。
如圖3a所示，有一條由外側通向爆炸室210的放電線路207。爆炸室210內的爆炸生成衝擊波，該衝擊波沿環形管的內側傳播，當衝擊波向前傳播時在管子230的反射彎曲面上被反射，並由於將爆炸室210與處理室310連接的兩個環形管段的長度相同，因而同時到達處理室。
來自相對側的平衡衝擊波的衝擊可以避免出現加在衝擊波可以穿透的並用於容納肉食品的導管的橫向力，並且應用單衝擊發生器可以不必對兩個或多個在任何單軸向位置上的衝擊發生器進行同步。
本發明包括應用兩根以上的管子以平衡的方式向處理室310傳遞衝擊脈衝。可以應用任何兩根以上的管子，並且只要長度相同，可以是任何形狀。
圖4示出本發明第三個實施例。在此圖2的圓柱面307被壓扁成一具有帶橢圓截面的面307』的室。電極對201設置在橢圓的一焦點上並且容納肉食品的導管100對準另一焦點。橢圓的幾何特性是，來自一焦點的輻射被橢圓室307』的內壁在內部反射，匯聚在另一焦點上。由於具有該特性，來自電極201的衝擊波由各側匯集在導管100上並同時匯集在導管面的各點上，除非在剩餘的衝擊前沿到達之前，直接來自電極201的衝擊波穿過導管100，在遠端壁上被反射，並接著當剩餘的衝擊前沿到達導管外側的同時，再次擊中導管。
如果與如圖2所示的來自電極對的情況相同，爆炸來自一個點，則衝擊波將不會精確地匯聚在導管的中心，除非與爆炸直接相對。沿導管的其它位置的匯聚是不能精確地對準的。如果衝擊波來自一線性爆炸(例如在與圖4所示的電極的相同位置的炸藥條)，則衝擊波將沿與炸藥條的長度相符的長度對導管100同時並均勻地進行匯集。
採用折射聲學透鏡同樣可以實現衝擊波在圖4中用橢圓形狀表示的導管上的匯聚。可以通過將類似光學聚焦透鏡的中空的充入空氣的筒狀物浸入罐400內形成這樣一種透鏡(圖中未示出)。在採用至少部分材料，其與環繞的液體的聲阻不太匹配，製作導管或容器的情況下，導管或容器壁(或其部分)可以起著對在容器/導管內部或外部的液體中的波的匯集和/或傳播控制的作用。
在圖5a-5f和6a-6b中示意示出另外兩個選擇方案和優選實施例。圖5a-5f示出一靜止或分批系統並且圖6a和6b示出包括輸送器的一連續的或半連續的(間歇)系統。圖示的兩個實施例都採用化學炸藥條520，所述炸藥條抵壓在衝擊波反射鋼圓柱體530的內壁上，所述圓柱體帶有一內圓柱面307」，起著反射器的作用。但這兩個系統也適用於採用放電爆炸替代炸藥條520(圖5a-5f中未示出)。
優選將炸藥條520黏附在金屬帶522上，所述金屬帶具有上鉤523，上鉤掛在衝擊波反射圓柱體530的上邊稜。在本實施例中優選應用的化學炸藥條520具有背粘膠。可以在市場上購到成張的這種炸藥，並可切成條狀，設置在懸掛在圓柱體530上邊稜的金屬帶522上。僅需幾秒鐘即可沿圓柱體內部安裝金屬帶522。金屬帶522耐爆炸並因而可以反覆使用。
根據圓柱體530的優選實施例，圓柱體是端開口的，由不鏽鋼製成，具有2英寸(5cm)厚的壁，軸向長度26英寸(66cm)並且內徑為52英寸(132cm)。可以沿圓柱體530的上邊稜設置吊耳531。
在圖5a-5f所示的實施例中，肉食品被放置在一圓柱形的容器500內(在圖5c和5d)，所述容器具有一個容器體502和一通過摩擦力或各種夾固手段，固定在容器體上的密封蓋罩501，並且優選容器500由具有接近於水的聲阻的塑料，例如太根製成。因此，容器500與上面描述的實施例的導管100相符。蓋罩501優選具有一個檢查或排放閥門，以便當容器500受到氣泡的擠壓時實現液體的排放。容器500的直徑優選比端開口的不鏽鋼製成的圓柱體530的半徑小約8英寸(20cm)，因而在容器500與圓柱體530的反射圓柱壁307」之間形成一4英寸(10cm)的環形空間。實驗時，採用的容器500是市售的RUBBERMAID廢料，該容器可以由塑化乙烯塑料成型。
圖5a和5b示出一種選用的吊籃450，所述吊籃可以由1/4英寸(0.6cm直徑)不鏽鋼條構成，具有約4英寸(10cm)見方的開孔。在一非優選實施例中，可以採用吊籃450對塑料容器500進行支撐和夾固，並且其本身也可以支撐在支架454上。在另一實施例中，可以將容器500省去並且直接將肉食品裝在吊籃450內，但出於上述原因，該方案也不是優選的方案。
整套組件浸在罐400中的水內，可以放置在罐底上，所述罐底具有如圖5b所述的半球形狀，但罐400的形狀是無關緊要的。可以採用起重機將容器500，和/或吊籃450和支架454放置在半球形的罐內或其它容納水的結構中(未示出)。也可以採用其它類型的支架替代支架454。
在圖5b中，圓柱體530與罐400的半球形底部間隔約12英寸(30cm)。該間隙大到足以排放氣泡，而不必移動圓柱體530。
如上所述，優選採用一閉合的容器，該容器僅帶有適用的支架，用於將容器固定在位置上，該容器不設開口的吊籃450。
如上所述的這樣一種容器500優選是耐水的容器，該容器由與水的聲阻匹配的材料，例如塑化的乙烯塑料構成，容器內充注有肉食品並接著用惰性的或肉食品處理液體，例如水或含有水的添加劑進行充注。
如圖5a所示，化學炸藥條520以90°的間隔圍繞並沿圓柱體530的內壁307」設置並且其延伸長度等於圓柱體的高度(長度)。但也可以對炸藥條的長度、厚度、寬度和設置位置加以改動。經發現，如果在距裝在容器500內的袋裝肉食品4英寸的距離處起爆，則包裝肉食品的袋既不會被燒灼，也不會破裂。與採用已有技術的實施例(其中肉食品被置放抵住罐400的半球壁或在半球壁附近)相比，其結果是，在不太好切的肉食品接受了此處理後，就其嫩化而言，將有50％的改進。
與已有技術的方法和設備相比，本發明，特別是圖5a-5f和6a-6b所示的實施例具有大量的優點。
(1)所有爆炸的能量向內對準肉食品，從而使所有爆炸的能量實際作用於肉食品上，使肉食品嫩化和/或殺滅肉食品中的微生物。在不採用圓柱體530、303、310的情況下，例如在採用半球釜400的情況下，是在半球體的焦點上起爆，有一半能量對準上面，促使水由釜內排出，同時僅有另一半的能量向下和向外對準肉食品。例如在採用炸藥條時，以另外的方式徑向對準外面的炸藥能量，以與炸藥起爆的其餘部分相同的方向被圓柱體壁向內反射。與在已有技術的實施例中當肉食品沿半球體設置或在半球體附近並且在焦點上起爆時採用的炸藥量相比，理論上僅需要一半量的炸藥條。
(2)將肉食品裝在圖5a-5f和6a-6b的實施例的容器500中的一個圓柱體內，將簡化對肉食品的操作和容器的製造，或者以開口的吊籃形式或者採用與水聲阻匹配的材料。在已有技術實施例中的一個問題是肉食品包裝材料的損壞，該損壞往往是由於其受到衝擊波或氣泡的作用造成的。由於在已有技術實施例中的袋裝肉食品是在與接受爆炸的水相同的水內，所以當肉食品袋破損時，有些水就會進入，直接與肉食品接觸，並且水內含有爆炸產生的化學物質，因而很可能會對肉食品造成汙染。
根據本發明，採用裝有肉食品和可飲用水的不透水的容器可解決此問題。例如，如果將可飲用水充注到其中裝有肉食品的圓柱形容器中，即使肉食品包裝袋破損，其中的肉食品也不會與容器外的水接觸。此方案同樣適用於圖2-4中的連續移動的實施例。
(3)採用衝擊波反射圓柱體，特別是利用垂直放置貼靠在圖5a-5f和6a-6b中所示的圓柱體內側壁上的炸藥條，可以產生爆炸的平衡的力。在圓柱體內側反射的衝擊波將在圓柱體內產生環向應力，但這些力是平衡的並且爆炸並不會使圓柱體移動。通過對電極的相宜的設置，也會實現相同的效果，例如採用沿圓柱體內壁設置的凹槽(圖中未示出)。在圖2-4的實施例中可類似地實現力的平衡。
本系統的液壓動力產生衝擊波，所述衝擊波由衝擊波反射圓柱體壁傳播並對裝在吊籃內的肉食品實施撞擊。這將導致壓力倍增，並且連續的反射將生成一準液壓環境，該環境將持續100微妙以上。除圖4的特殊的實施例外，為實現此效果衝擊波反射圓柱體的內壁必須與吊籃保持很小的間隔，這是因為壁起著反射器的作用並容納相撞的衝擊波之故。
採用不透水的的內吊籃，該吊籃容納可飲用水以及肉食品，此方式具有的另外的一個優點在於，可以允許對肉食品進行不太昂貴的包裝。如果爆炸產生的衝擊波導致塑料包裝的任何破損，則在任何情況下肉食品都不會受到損害，這是因為肉食品被飲用水環圍之故。
圖6a-6b示出一有關的實施例，其中優選應用與圖5a-5f所示的實施例相同的圓柱體530，但其中應用了樞軸532等並且略有改動。重型衝擊波反射圓柱體530的兩個開口端還產生一個平衡力，從而爆炸並不會導致圓柱體530的移動，這是因為氣泡以相同的力從圓柱體的兩個開口端被排出之故。
圖6a和6b的實施例採用一傳送器或導軌650，示意示出連續的或間歇的(半連續的)工作方式。傳送器650例如可以是一在滾子上運行的連續的皮帶並具有用於圓柱體530樞軸532的凹槽。與在圖5a-5f所示的其它實施例中相同，肉食品P被裝在鋼圓柱體530中間的容器500內。
圖6a和6b示出一種長形的罐400，優選由3/4英寸(2cm)厚的埋入到混凝土中的不鏽鋼板製成。這種長的並簡化的罐與圖5a-5d所示的實施例相比有了很大改進，這是因為半球罐及其佔有很大比重的支撐結構的製作費用很高之故。圖6a-6b所示的罐400可以相當大，例如14英尺長，8英尺寬和8英尺深。在罐400的四周可放置一個氣囊圍簾。
罐400尺寸的增大有利於減少壁對衝擊波和氣泡的反作用。但最好設有附加的衝擊吸收結構。例如在圓柱體530起爆點下方，一鋼板設置在距圓柱體底部大約3英尺(0.9m)的位置處。該鋼板672例如直徑為6英尺(1.8m)並且厚度為3英寸(8cm)。對該鋼板672採用一彈簧674支撐在罐底，最好用盤簧。優選還具有減振器676，所述減振器起著衝擊吸收器的作用，用於減小衝擊波和氣泡向下的力。在由於爆炸產生的變形後，彈簧674進行復位。
來自被向上推的水的能量被設置在罐上方的蓋罩或爆炸屏蔽671吸收。由於膨脹的氣泡導致水內生成向上的動態能量，所以蓋罩最好不與罐體本身固定連接。
工作時，充有水和肉食品的容器500根據圖5a-5f中所示的設置方式被設置在重型圓柱體530內，由於涉及的重量相當大，可以應用起重機632。圓柱體530與輸送機650連接，輸送機將圓柱體530移至在蓋罩下面並在水位下的爆炸位置。起爆後，優選再次對圓柱體530進行搬移，優選移至罐的相對端，由此處圓柱體被起重機632移出。在此過程發生的同時，另一圓柱體被放入罐內並移至點火位置。(另外，圓柱體530可以在一環路上運送，從而使其返回到其起始點。而且，還可以通過相應設置，從而不必停在點火點上。)採用這樣一種連續的或半連續的系統，可以預計，與已有技術的實施例相比，其中肉食品沿半球釜表面設置或與後者貼鄰，在相同的時間內至少可以對兩倍的產品實施嫩化處理。
由於圖6a-6b的系統沒有採用圖5a-5f所示的具有半球底部的釜，因而系統的成本將會大幅度地降低。
當匯集在導管上的衝擊波在導管面上以很小的程度被折射或反射，從而使在導管內側液體內的食品產品可以接受到充分的衝擊波強度，儘管存在折射或反射，但還是可以實現對食品產品的嫩化和/或殺菌處理，則導管材料的聲阻與環圍的液體的聲阻「類似」。
要指出的是，導管的聲阻可以部分地是壁厚或結構(例如孔隙率)的函數。衝擊波可以穿過非常薄的鋼層，如果該鋼層較厚的話，實際上將會對衝擊波反射。這種其聲阻不太與液體的聲阻匹配的材料，根據其幾何形狀可以應用於本發明。
由於衝擊波速度隨強度變化，並且強度隨與衝擊波發生器(化學炸藥或電極)的距離而變化，本發明是針對由爆炸點至導管(包括任何反射或折射)由這些變化造成的對路徑距離的調整。即如果本發明採用折射(即聲學透鏡)將聲波傳送到導管上，由爆炸點到導管的渡越時間的遲延是由於衝擊波在折射介質中的不同的速度造成的。例如在液體中的一個氣泡將會改變衝擊波的角度並且通過對氣泡的適當的成型，衝擊波將被折射到導管上；但衝擊波的速度將放慢，這是因為在空氣中要比直接穿過液體遲到達之故。
本發明的實施例的上述說明完全揭示了本發明的總特徵，因而其他人利用現有的知識可以很容易地對這些實施例進行改動和/或將這些實施例與各種應用適配，而不必進行過多的實驗並且也不必偏離總的方案，並且因此這些適配和改動應該是並且被確定為被包含在所揭示的實施例等同定義和範圍內。顯然，在此使用的術語僅用於說明，而不具有限定作用。實施在此揭示的各種功能的設備和材料可採取各種選擇方式，而不會偏離本發明。
對「圓柱體」和「一般圓柱形的結構」術語的使用並不是為了描述一精確的圓形的圓柱體。所以導管或容器，以及重型衝擊波反射容器或圓柱體例如可以具有一八角截面。
在本說明書中出現的「用於……的設備」以及在其後的功能描述，旨在對任何現有的或在未來將出現的實施所列舉的功能的結構性的、物理的、化學的或電學單元或結構加以定義和覆蓋，不管其是否精確地與上述說明書中揭示的一個或多個實施例等同；並且其目的在於使這種表述具有最寬的解釋。
權利要求
1．一種對食品產品，尤其是肉食品進行處理的方法，採用炸藥起爆的方式對肉食品進行嫩化和/或實現至少部分殺菌，其特徵在於，具有一種第一液體，該液體具有第一液體聲阻；一導管或一容器浸入第一液體中，所述導管或所述容器適用於肉食品以連續的方式通過或作為容器對肉食品進行固定，導管或容器具有一與第一液體聲阻和第二液體聲阻類似的聲阻，並且其中肉食品被容納在所述容器內或肉食品通過導管；並且聲波由一個以上的方向從設置在導管或容器外側的多向聲波發生器匯集到導管或容器上並穿過導管或容器，其中浸入第二液體中的食品產品(例如去骨雞塊、碎肉沫、包裝牛肉塊)被穿過第二液體的聲波處理。
2．按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，聲波基本同時地由一個以上的方向匯集到導管或容器上。
3．按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，採用化學炸藥或電氣放電產生聲波。
4．設備，其特徵在於，該設備適用於實施權利要求1-3中任一項所述的方法。
5．按照權利要求4所述的設備，其特徵在於，具有一外容器，該外容器用於容納第一液體，該第一液體具有第一液體聲阻；具有一導管或內容器，該導管或內容器用於浸入第一液體中並用於容納食品產品和第二液體(例如在水中的碎肉沫、水中的去骨雞塊或水中的塑料包裝的牛肉塊)；並且多向聲波發生器設置在導管或內容器的外側，以便使聲波由一個以上的方向匯集到導管或內容器上並進入導管或內容器。
6．按照權利要求5所述的設備，其特徵在於，外容器基本為圓柱形結構，外容器與導管或內容器間的環形間隙用於容納第一液體，並且外容器具有一個內壁，該內壁可對衝擊波實施反射，其中來自一個以上方向匯聚的聲音衝擊波將導致導管或內容器內側的壓力的升高，並且其中聲音衝擊波脈衝基本是平衡的，其中沒有基本橫向的力加在導管或內容器上。
7．按照權利要求5或6所述的設備，其特徵在於，聲音波發生器包括多個單衝擊波源。
8．按照權利要求7所述的設備，其特徵在於，衝擊波源與導管或內容器的間隔是相同的並且在源處的爆炸基本是同時的。
9．按照權利要求1-3中任一項所述的或用於使用按照權利要求4-8中任一項所述的設備的方法，其特徵在於，該方法是一種連續的方法，其中食品產品連續地通過導管並經受來自一個或多個衝擊波發生器的反覆的和順序的衝擊波的處理，或者該方法是一種分批處理方法，其中食品產品裝在容器內並接受來自相對方向和平衡方向的同時的衝擊波處理，或者該方法是半連續的或間歇處理的方法，其中將食品產品裝在容器內並採用輸送器輸送至一個位置，在此處食品產品接受以平衡的方式來自相對方向的衝擊波的處理。
10．按照權利要求4所述的設備，其特徵在於，該設備包括一聲波反射器，該反射器具有一個軸和一內面，所述內面基本對所述軸環圍，內面的截面包含一基本閉合的曲線；第一液體具有第一液體聲阻，所述第一液體適用於裝設在反射器內；聲波發生器設在波反射器內並旨在浸入第一液體中；一食品產品容器設置在波反射器的內側，食品產品容器適用於裝在波反射器內，僅用第二液體對食品產品進行處理；其中在容器內側的食品產品適用於接受聲波的處理，所述聲波由波發生器生成並被波反射器反射，穿過食品產品。
11．按照權利要求10所述的設備，其中聲波發生器基本與軸平行地延伸和設置，特別是以多個爆炸條的形式，所述爆炸條設置在鄰接波反射器的相對位置。
全文摘要
水和肉食品物(P)被泵入,通過導管(100),導管壁由其聲阻接近於水的塑料製成。導管被浸入充滿水的罐(400)內。衝擊波發生器(200)(化學炸藥或電容放電電極)產生水中的衝擊波。由於導管壁的聲阻與水的聲阻相匹配,因而當衝擊波穿過導管時,不會出現實質性的反射。衝擊波可實現對肉食品的嫩化處理和至少局部的對肉食品的殺菌處理。一重型衝擊反射圓柱體將衝擊脈衝的部分反射到導管上。充分迅速地反覆進行連續的爆炸,從而實現對所有通過的肉食品的嫩化處理。另外,也可以替代導管將肉食品裝在一閉合容器中的水內。
文檔編號A23B4/015GK1314787SQ99810161
公開日2001年9月26日 申請日期1999年7月2日 優先權日1998年7月2日
發明者約翰·B·朗 申請人:液體動力研究與開發公司