專利名稱：沖擊波肉類處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及肉類處理，用于使肉類處于通過兩個電極之間的電容性放電產(chǎn)生的等離子沖擊波或脈沖的條件下，從而使肉類變嫩和/或殺死肉類中的細菌。
背景技術：
通過由化學爆炸性放電或者兩個電極之間的電容性放電造成的爆炸發(fā)出的沖擊波(即聲音脈沖或者壓力脈沖)，可以使肉類變嫩并且至少可以部分地殺菌，如約翰·朗的美國專利5,273,766、5,328,403、6,120,818和6,168,814B1以及約翰·朗等人的美國專利6,224,476B1中所說明的那樣。沖擊波從爆炸地點以聲速向外傳播，在高強度沖擊波的情況下速度略高于聲速，并且，就像聲音從墻壁上發(fā)出回聲一樣，所述沖擊波也將從沖擊波反射表面上反射回來。
聲波發(fā)生反射的條件是聲音的速度(該速度依賴于聲音通過的介質(zhì))在兩個不同介質(zhì)之間的表面上發(fā)生變化。壓力波在水中的傳播速度大約是1500米每秒，比它在空氣中的傳播速度快；相同的壓力波在不銹鋼中的傳播速度大約是5800米每秒，幾乎是它在水中傳播速度的四倍。聲音速度的差異接近于沖擊波速度的差異，沖擊波基本上是高壓聲波，其傳播機理與聲音相同，但是沖擊波是尖脈沖并通常比大多數(shù)聲音具有更高的聲音強度或壓力上升(有時稱作“超壓力(overpressure)”)。
當聲音或沖擊波在水中碰到鋼鐵表面，大多數(shù)波由于速度差異(也稱作“聲音阻抗不匹配”)而從所述表面反射開，只有少部分進入鋼鐵。在某些上述的相關專利中，沖擊波由厚的鋼鐵表面的反射被用于增加沖擊波的強度。來自爆炸的沖擊波脈沖很短，但具有可感知的長度，并且當脈沖從鋼鐵反射時，其自身穿過鋼鐵，增加了沖擊波脈沖強度。
在根據(jù)朗的5,273,766和5,328,403的優(yōu)選實施例，肉類被放置在塑料袋中，所述塑料袋沿半球形鋼鐵外殼的底部排成一行，所述外殼充滿水，并且爆炸發(fā)生在幾何中心。沖擊波向外傳播，大概同時到達全部肉類，并以相同的超壓力或沖擊波強度撞擊肉類，由于從鋼鐵外殼的反射，沖擊波第二次通過包裝薄膜和肉類。(所述肉類和封裝袋具有與水接近的聲音或機械阻抗，從感知上不反射所述沖擊脈沖。)這種較早的實施例在使沿外殼內(nèi)壁排成一行并靠近內(nèi)壁的肉類變嫩和至少部分地殺菌方面起到良好效果，但是也具有某些缺點。最重要的是，本實施例本質(zhì)上是分批生產(chǎn)，設備很昂貴。直徑四英尺、厚兩英寸的不銹鋼半球體價格不菲，并且用于移動防爆屏蔽、水變換器等的設備非常復雜和昂貴。對肉類的包裝和移動很緩慢，并且出于安全考慮還要求進一步延遲；例如，在爆炸物裝配時工人不能為所述半球體裝料。
另一個缺點是水被爆炸向上吹出半球形外殼，因而必須補充水。在使用化學性爆炸物時，即使剩余的水沒有與肉類直接接觸，優(yōu)選把剩余的水全部排空并替換為沒有被爆炸產(chǎn)生的副產(chǎn)品污染的淡水。這種水的排空和補充過程占用時間并使用大量的水。
并且，上述實施例中的爆炸力不平衡。爆炸氣體、蒸汽和水霧間歇噴出半球體頂部，造成極大的反作用力，向下推動所述半球體，因此必須用大彈簧、減震器等進行阻止，這些額外設備也很昂貴，并且很快就會性能退化。在朗的美國專利5,841,056中，需要在外殼上具有特殊的防爆屏蔽圓蓋，用于吸收間歇噴射的力量。
將肉類放入保護性塑料袋中也產(chǎn)生另外的問題，最好能夠避免。
將肉類放置在沖擊波反射鋼鐵制品的表面上或者其附近是上述以前的實施例產(chǎn)生某些困難的根源，這種放置具有局限性，阻止了實質(zhì)性的改進。能夠得到嫩化的肉類層的寬度受到?jīng)_擊脈沖持續(xù)時間的限制，因為如果全部肉類都承受雙倍強度，則沖擊脈沖的厚度必須至少是肉類厚度的兩倍，因此脈沖強度在整個肉類厚度上都將加倍。如果脈沖持續(xù)時間很短，其后沿將正好在其前沿從鋼鐵上反射回來時進入肉類層，則只有最接近鋼鐵的部分肉類受到雙倍沖擊強度，其余的肉類將經(jīng)受非加倍的沖擊波兩次通過。沖擊脈沖的寬度除以脈沖持續(xù)時間大約為1500m/s。
如果待處理的每批肉類都大得足以使全部處理率不太低，肉類厚度的限制意味著半球體的尺寸必須增大。但是，由于球面波的壓力強度大約以半徑(相應于到爆炸源的距離)的立方下降，增加半球體的直徑意味著沖擊脈沖將變?nèi)酢?br> 如果肉類向內(nèi)移動半球體的大約29％(精確地，1.000減去0.707)，即使爆炸能量沒有增加，單程沖擊波強度將與在半球體的內(nèi)表面的兩倍強度一樣大。(沖擊波將向外穿過肉類，然后，在從鋼鐵表面反射之后向內(nèi)反向穿過所述肉類。)但是問題隨之產(chǎn)生，即怎樣才能支撐肉類，防止其被爆炸移動位置。這個問題在上述朗的美國專利6,168,814B1中得到解決，方法是使所述容器“聲學上透明”，從而沖擊波將通過容器，而不會發(fā)生重大的方向偏轉(zhuǎn)或通過延遲。
有幾種途徑可以將容器制造得聲學上透明。優(yōu)選的方式是使容器的材料具有與容器浸入的液體大體相同的“聲音阻抗”。如果容器材料和液體的阻抗大約相同，則沖擊波在兩種材料中將具有大體相同的速度。根據(jù)許根(Huygen)原理，所述波將不會由折射而彎曲。這些波將不會從液體與容器之間的界面反射。
如果所述液體優(yōu)選是水，則容器可以由聲音在其中的速度與在水中類似的材料制成。這種材料是可以得到的。例如在純膠膠料中，聲音的速度只比在水中的速度高大約3％，并且?guī)追N更耐用的塑料的聲音阻抗也與水很接近，非常適合用作肉類容器。一種適合并且眾所周知的材料是TYGON，該材料是塑化乙烯基聚合物，已獲準用于食品；其他的材料有聚乙烯和聚丙烯。通過程序性檢測也可證明其他塑料具有聲音透明性并在爆炸性環(huán)境中具有耐久性。
但是這樣并不能解決以前的實施例中存在的全部問題，即需要成批處理以及相關的緩慢和復雜的設備。為了獲得連續(xù)處理、半連續(xù)處理或間歇處理，或者改善的成批處理，后來的實施例將先前的半球形幾何形狀換成基本上的圓柱形幾何形狀，而在某些實施例中，批容器被換成導管(例如TYGON管)，肉類制品通過所述導管，例如在攪碎的牛肉等的情況下(即肉餡)被抽入或攜帶，在肉片的情況下(例如去骨雞肉或塑料膜包裝的牛肉)通過流水。與細篩制成的導管相比，對沖擊波大體透明的適當阻抗的無縫管在食品輸送方面的優(yōu)點是非常明顯的，這種管子比網(wǎng)孔或框架的管子對于沖擊波更“透明”。TYGON或其他適合的塑料都可以為管形。
因此，在朗的美國專利6,168,814B1中，中空和大體圓柱形的沖擊波反射器圍繞塑料導管或者靜態(tài)肉類固定器，從而沖擊波在內(nèi)部反射。即使幾何尺寸不很精確，沖擊波反射也得到精確的排列，所述反射器用作混響室，在混響室中許多沖擊波回聲產(chǎn)生準靜壓力脈沖。

發(fā)明內(nèi)容
雖然包括上述實施例在內(nèi)的朗的現(xiàn)有技術中的實施例效果很好，但根據(jù)本發(fā)明還能獲得進一步的改善，所述改善包括提供低成本的設備、提高的效率和更大的效果。這種改善是由許多改變帶來的，每個所述改變都能提供某種程度的改善，并且組合在一起帶來了非常重大的改善。
這些能夠單獨和組合使用的變化是(1)電容性放電室?guī)缀涡螤畹淖兓?2)用“鼓面(drum head)”代替用來盛放肉類的管狀室，肉類被放置在所述鼓面上，并且所述鼓面位于所述電容性放電室上端；(3)提供肉類支撐結構，該結構在電容性放電過程中把肉類保持在所述鼓面適當位置上，并且該結構的至少一部分能任意地伴隨肉類通過其運動的幾個階段；(4)簡化的分度圓盤，用于將肉類輸送至所述電容性放電室上的位置上，并將處理過的肉類運送至排出位置；(5)更有效地提供稀疏波或負壓波；和(6)在包括將沖擊波處理和其他操作結合對肉類(尤其是無骨雞胸脯肉)進行處理在內(nèi)的嫩化處理方面提供某些改善。


通過結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行說明，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將更為清楚，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的部分截面的正視圖，顯示了電容性放電室、肉類處理室、肉類支撐結構和相關裝置；圖2是電容性放電室的放大的截面圖，其顯示了當前的優(yōu)選尺寸；圖3是肉類支撐結構的一部分和電容性放電室的一部分的放大的部分截面圖；圖4是本發(fā)明的輸送機系統(tǒng)的俯視圖，該系統(tǒng)采用具有四個位置的分度圓盤的形式，所述四個位置包括進肉第一位置、肉類處理第二位置和出肉第三位置；和圖5是沿圖4中線5-5的截面圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖1顯示了肉類處理裝置10，該裝置包括兩個主室，即下部電容性放電或燃燒室12和緊接其上的食物處理室14。
充滿水、鹽水或其他所謂的不可壓縮液體的電容性放電室12包括在底部的拋物線形的碗狀物120和大體圓柱體形的上部122，上部122可以略微呈圓錐形，其中圓錐側面與中心線形成的角度小于15°，優(yōu)選小于8°，最為優(yōu)選為0°，上部122優(yōu)選大體為圓柱體形，但是可以理解，所述圓柱體形式不必為絕對的圓柱體。
兩個電極124水平地進入拋物線形的碗狀物120并適于釋放12-19Kj。所述電極的中心線通過所述拋物線的焦點。當發(fā)射電脈沖時，沖擊波從拋物線的焦點球狀地射出。
當沖擊波擴展時，擴展的激震前沿上的每一點都具有量值(壓力)和方向。因此，擴展的球體上的每一點都可以被認為是通過拋物線焦點的中心的向量的前點。結果，從拋物線形的碗狀物120的表面上反射回來的射線將沿與拋物線的軸平行的方向發(fā)射。這些射線將通過所述開口進入食物處理室14。任何與上部122側面相交的射線(例如由于可能存在的小于15°的錐度)都以小于15度的角度這樣前進，結果損失很少的能量。
將在下面進行說明的“鼓面”16將電容性放電室12與食物處理室14分開。在使用時，肉類放置在鼓面16上，發(fā)射電脈沖使沖擊波從電容性放電室12經(jīng)過鼓面16并穿透肉類，使肉類嫩化，并殺死大量可能存在的細菌。
射擊室12的圓柱體形狀提供了穿過鼓面16的更均勻的壓力，用于鼓面16的開口變成拋物線形的碗狀物的大直徑。
進行第一組試驗來確定產(chǎn)生最大壓力所需從弧形至鼓面16的最佳距離。利用直徑為20.3cm的射擊室12的拋物線部分，但沒有上部122的錐形，從而上部122也具有大約20.3cm的直徑，從產(chǎn)生弧形的焦點至鼓面16的距離大約為29.2cm，這樣獲得良好效果。
但是，當將射擊室12從焦點至鼓面的高度縮短至大約10-20cm的范圍時，能夠獲得更好的效果。在第二組試驗中，這個垂直距離處于10-20cm的范圍內(nèi)，尤其是14.6cm，業(yè)已證明雞肉和牛肉在電容性放電全功率的部分的情況下都能均勻地得到嫩化。因此室12的上部122的高度理想地小于其半徑。盡管所述上部理想地為圓柱形，它可以如上所述偏離某種程度并且仍舊獲得優(yōu)良的效果。因此，傾斜的角度可以在正、負8°之間變化，優(yōu)選是正、負2°，而不會明顯地降低功效，但優(yōu)選為0°。在每種情況下，都要對設備進行例行試驗，來確定所述室的最佳高度。
在所述實施例中，電容性放電室16的全功率是16Kj。在進行的試驗中，處理無骨雞胸脯肉的最佳功率大約是12.8Kj。處理牛肉的最佳功率大約是11.5Kj。使用過大功率會損傷肉類。因此，在每種情況下都應通過例行試驗來確定應當使用什么樣的功率等級。
用大約30,000-50,000磅/平方英寸的高壓沖擊波所做的嫩化肉類制品試驗顯示，當沖擊波從不同方向穿過肉類并在肉類制品中進行碰撞時，肉類得到嫩化。此處，嫩化是由于肉類纖維剪切而造成的肉類纖維的斷裂而產(chǎn)生的。但是，當處于壓縮狀態(tài)下的肉類制品從正沖擊波的壓縮作用中突然解除，則能夠獲得剪切機理的兩到三倍的嫩化效果。此處，肉類制品突然膨脹，經(jīng)受零壓縮，并由于動量而進入拉緊狀態(tài)。這種現(xiàn)象打破造成韌性的組織并從最低等級的肉類中制成較柔軟的產(chǎn)品。
為了產(chǎn)生這種拉緊狀態(tài)現(xiàn)象，需要產(chǎn)生一種使壓縮波迅速卸載的環(huán)境。如果介質(zhì)中的物體比其中產(chǎn)生沖擊波的介質(zhì)密集(較高機械阻抗)，則在選擇的介質(zhì)(優(yōu)選為水)中產(chǎn)生的沖擊波將由于與介質(zhì)中的物體碰撞而正反射。在這種情況下，沖擊通過輸入波反射并在波中產(chǎn)生增大的壓力。但是，如果物體具有較低機械阻抗，波卸載在產(chǎn)品中產(chǎn)生折射(負或拉緊)波。如果正沖擊穿過水并到達空氣界面，波卸載在水中產(chǎn)生張力波。但是，由于水不能經(jīng)受拉伸，因此所述波不能在水中傳播。結果是水中產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。但是如果正壓縮波進入肉類中，并且肉類處于空氣界面，則肉類可以抵擋張力，則張力穿過肉類前進并使肉類纖維斷裂。
如上所述，正沖擊波將通過產(chǎn)生所述波的介質(zhì)中的任何與所述介質(zhì)具有相同機械阻抗的材料，并從具有比產(chǎn)生所述波的介質(zhì)的機械阻抗大的機械阻抗的任何材料上反射成為正波。本系統(tǒng)涉及的材料的機械阻抗主要可以通過材料的密度來控制。肉類和水以及大部分塑料在機械阻抗方面接近或者大體匹配。因此當沖擊波通過肉類并隨后進入鋼鐵時，所述波反射并為正波。
但是，如果所述波穿過肉類并隨后與空氣碰撞，波壓在表面阻擋層卸載，并隨后通過已經(jīng)受壓的肉類作為卸載波反射回來，用其他術語即所謂的負波或稀疏波。在沖擊波通過肉類并隨后從鋼鐵上反射的設計中，由于發(fā)射的幾何尺寸，水被從肉類表面上除去，隨后所述波碰撞氣體和水滴的混合物，并向后卸載為負波。這種尺寸產(chǎn)生的嫩化效果比沒有負波存在條件下的效果高出50％至100％。
對于用鼓面結構進行的試驗，立方體的肉類(牛肉)被放置在鼓面上，圍繞所述肉類放置變化數(shù)量的水。當水放置得只使肉類的頂部露出時，負波向后穿過肉類，結果與先前披露的實施例產(chǎn)生的結果相同。當水只有肉類立方體的一半時，嫩化效果更大。當在肉類立方體下面只有少量水時(用于提高接合)，嫩化效果更大。在最后的情況下，六面立方體只有一側發(fā)生接合。當沖擊波穿過所述肉類時，在肉類立方體的五個側面都發(fā)現(xiàn)空氣界面。在這種情況下，通過試驗發(fā)現(xiàn)，與使用化學爆炸的較早實施例相比，嫩化效果提高至少50％。
由于肉類與水不能完全聲匹配，有很小的力量向上推動所述肉類。(如果肉類與水完全聲匹配，則不會發(fā)生嫩化效果。)此處，優(yōu)選結構使用肉類收集器，所述肉類收集器優(yōu)選在肉類上面具有光滑的表面，從而限制肉類或者使肉類偏轉(zhuǎn)回鼓面或者至退出的輸送機上。
使用鼓面結構對雞胸脯肉進行了試驗。在一個實施例中，雞胸脯肉被堆疊成“林肯原木(Lincoln logs)”狀，使立方體在一個側面大約為12.5cm。在本實施例中，疊層立方體頂部的雞胸脯肉比底部和中心的雞胸脯肉得到更多嫩化。大概是由于雞胸脯肉之間的空隙，負波在向后反射中被弱化。使用緊密壓縮在彈力織物中的雞胸脯肉再次進行試驗。在這種情況下，所有雞胸脯肉都被嫩化至商業(yè)可接收的標準。這個實例表明，如果涉及雞肉(例如雞胸脯肉)，理想地需要將雞肉片進行壓縮以消除層疊中的空隙。通過將聚乙烯片放置在雞肉上壓縮雞肉并且在聚乙烯片上仍保留空氣可以做到這一點。
包括在現(xiàn)有技術實施例和根據(jù)本發(fā)明的實施例中，似乎動力處理(Hydrodyne Process)使肌肉纖維束破裂，從而提高了對于作用在肉類上的酶的暴露面積，所述酶的作用能夠提高肉類的嫩性。(酶對各種肉類纖維作用的結果是成熟嫩化(age tenderizing)。)另外，許多酶被細胞俘獲。當細胞被沖擊波打破時這些酶被釋放出來。因此，更多的酶具有更多發(fā)揮效力的區(qū)域，結果就是加快成熟。雞肉在這方面似乎比牛肉更明顯。
通過上述非常成功的彈力織物雞肉試驗進行嫩化后的雞胸脯肉在發(fā)射后一天被烹調(diào)并進行測試。在爆炸后一兩天再烹調(diào)雞肉在銷售中不成問題，并且甚至能夠提高嫩性。因此，本發(fā)明的另一個方面是在水處理之后對肉類和雞肉進行至少24小時的熟化，優(yōu)選是兩天。
為了在食物處理室14中產(chǎn)生上述現(xiàn)象，肉類需要平鋪在鼓面16上。由于根據(jù)肉類的切割這樣有時很困難，特別是在無骨雞胸脯肉的情況下，希望在鼓面16上提供非常淺的水池，以消除輸入沖擊波與放置在鼓面16上的肉類底表面之間產(chǎn)生任何空氣界面。但是，在處理牛肉的情況下，除非肉類預先包裝在塑料包裝中，需要避免使用這種水池，用來防止淺水池中的水與肉類本身進行接觸。并且，實踐表明，淺水池通常是不需要的，因為鼓面16本身就足夠柔韌和有彈性，因此肉類底表面與鼓面之間的氣孔被鼓面的變形填充，所述鼓面在電容性放電時被電容性放電室12中的不可壓縮性液體向上驅(qū)動。
肉類上面是空氣。正沖擊波通過電容性放電室12中的液體，通過與所述液體大體聲匹配的鼓面16，并隨后穿過肉類。當所述波穿過肉類并到達空氣時，所述波開始進入空氣并在肉類中產(chǎn)生迅速的卸載或張力波，并且由于肉類能夠支持張力波，因此所述波通過肉類傳播，從而提高了嫩化效果。
如上所述，本發(fā)明提出的一個改變是電容性放電室的幾何尺寸的改變，這個改變能夠獲得優(yōu)于根據(jù)現(xiàn)有技術實施例的效果。因此，根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例，放電室12在拋物線部分120上具有相對較短的上部122。優(yōu)選的圓柱形上部122還優(yōu)選具有不大于其半徑的高度，更為優(yōu)選是高度小于半徑。如果半徑大約是10cm，則部分122的高度只是約9.5cm。當然，裝置的尺寸可以向上按比例增加。其他尺寸可以根據(jù)例行試驗進行選擇。所述選擇基于對肉類產(chǎn)生最佳嫩化效果的至所述弧形的距離。在此距離上圓柱體122結束。
垂直于所述圓柱體122的軸線的表面大體為平面。按照鼓面16的特性在所述平面上放置了柔軟的塑料片。塑料的選擇根據(jù)其柔韌性和彈性和其與水的機械阻抗匹配(拋物線碗狀物和錐體用水填充)，并且優(yōu)選根據(jù)承受反復沖擊波和由沖擊波向上驅(qū)動的下面的非壓縮性液體所帶來的變形進行選擇。聚氯乙烯有點彈性形式的Tygon非常適合，因為其具有聚氨酯的低硬度計形式。純膠膠料由于其更好的耐用性而優(yōu)選。其他的塑料和人造橡膠也可以針對適用性進行例行試驗。
對于鼓面16在大約0.5cm至大約0.95cm之間的厚度進行了試驗并證明效果令人滿意。優(yōu)選為厚度大約是0.6cm的純膠膠料板。此鼓面根據(jù)需要固定到位并通過不銹鋼定位環(huán)密封，所述定位環(huán)用螺栓固定或擰緊在射擊室12上。這個定位環(huán)還可以任選地向上延伸較短距離，以提供從外圍圍繞所述鼓面的淺邊緣，用于保持鼓面表面上的任選的淺的液體池。如上所指出，射擊室充滿水或其他不可壓縮性液體，因而柔性片或鼓面的底表面與水接觸。
將要被處理的肉類被放置在鼓面16上，并且必須與所述鼓面聲學上接合。如果肉類將與鼓面接觸的表面不規(guī)則，上述少量水或者其他適合的液體將設置在鼓面上，從而改善由上述邊緣保持的接合。攪碎的牛肉非常容易成型，這將提供聲學上匹配的表面，因此不需要水界面。并且，如上面所指出，淺的水或液體池通常是不需要的，因為鼓面16具有足夠的柔韌性和彈性，因此在室12內(nèi)發(fā)生電容性放電時，鼓面16之下的向上移動不可壓縮性液體將逆著設置在其上的肉類的不規(guī)則底表面“模制”所述鼓面，因此保證肉類底部與鼓面16之間的聲學接合。
需要指出，使用公開的上述結構，圍繞電極124和射擊室12的圓柱形上部122中的水或者其他不可壓縮性液體不會與食物接觸，即所述水處于完全被容納的系統(tǒng)中。在利用高能爆炸物對肉類進行嫩化的先前的試驗中，肉類共用容納爆炸物的水。結果，肉類需要被容納在真空塑料袋中。所述塑料袋給處理工藝增加了成本，并且還具有不令人滿意的高的失敗率。使用射擊室12上的鼓面16就不需要袋子。
肉類或多或少可以通過傳統(tǒng)輸送機系統(tǒng)引入鼓面16，并且通過輸送機系統(tǒng)上的肉類從鼓面的一端推到另一端。輸送機可以具有向上延伸的凸緣(未示出)，以保證肉類不在輸送機表面上滑動；優(yōu)選地，這些凸緣之間離開的距離等于鼓面的直徑，待處理的紅色肉類片或雞肉片放置在所述凸緣之間。另一種傳統(tǒng)輸送機系統(tǒng)將肉類從鼓面移動至裝運區(qū)域。所述輸送機可以連續(xù)移動，或者優(yōu)選地間隙移動。
如上所述，由于肉類與水在聲學或機械阻抗上不是完全匹配，沖擊波通過所述水傳輸通過鼓面16并隨后進入肉類，因此有較小的力將肉類向上推動。在這種情況下，將提供適當?shù)娜忸愂占鱽韺⑹谷忸惼D(zhuǎn)返回至鼓面表面。
但是業(yè)已發(fā)現(xiàn)，向上推動肉類的力量有時太大，會對肉類造成表面損壞，從而使肉類只能無法銷售或者降價銷售。雖然肉類纖維似乎與水大體上聲學或機械阻抗匹配，但使肉類韌性變大的組織卻不是這樣，并且為了制出更柔嫩的產(chǎn)品，沖擊波的能量要使后者的組織破裂。結果是肉類具有更硬的等級，即所述等級具有更多與水聲學不匹配的組織，并在進行處理時由很大的力從鼓面16上向上推動。在一個實例中，設置在鼓面上未受限制的肉類被向上推動通過具有9m天花板的房間中的天花板瓷磚。
如當肉類設置在鼓面上時在肉類上設置金屬限制器防止需要的負沖擊波形成。因此，任何限制器需要具有與水近似的機械阻抗。一種途徑是回轉(zhuǎn)輪形式的肉類固定器，所述回轉(zhuǎn)輪包括接觸鼓面的膨脹圓環(huán)，即一種環(huán)形或環(huán)狀裝置。在某些試驗中使用的圓環(huán)是常用的輪胎內(nèi)胎，大概用天然橡膠制成，并能夠充氣膨脹；所述橡膠與水機械阻抗匹配?？梢允褂酶鞣N橡膠，包括硫化純膠膠料和聚氨酯橡膠。可以針對適用性對其他橡膠進行例行試驗。
橡膠壁的厚度不能大于0.95cm，并且優(yōu)選越薄越好，從而與提供充分的耐用性相一致。應當避免厚度超過0.95cm，因為過大的厚度將不符合需要地減小負沖擊波。在最初試驗中使用的輪胎內(nèi)胎具有大約0.32cm的壁厚。
也可以使用其他結構來代替上述內(nèi)胎，例如泡沫塑料或者橡皮輥(例如由具有或不具有表層的泡沫聚氨酯制成的輥)。但是，這種泡沫結構與上述膨脹圓環(huán)等相比包括更多固體材料，將產(chǎn)生較小負沖擊波，這是不令人滿意的。
在使用這種肉類固定器時，肉類(例如去骨雞肉或牛肉)通過供給輸送機供給至鼓面，肉類在輸送機上通過膨脹的肉類固定器夾持并保持到位，在此點上肉類受到電極124放電的“射擊”，使正沖擊波通過電極上的水，通過鼓面16和所述肉類。當沖擊波到達膨脹的肉類固定器時，沖擊波通過固定器壁并遇到空氣。隨后沖擊波通過管壁和肉類返回，成為負波，使肉類中更多堅硬的結締組織纖維破裂，這些纖維使肉類堅硬，從而提供嫩化的肉類。
在正沖擊波通過肉類轉(zhuǎn)變的過程中，由于堅硬的結締組織纖維(肌纖維組織)與水和肉類纖維聲學或機械阻抗不匹配，肉類被向上推動，導致膨脹的肉類固定器瞬時變形。但是，肉類固定器中的氣壓和其彈性迅速使肉類返回鼓面。這種向上偏移和返回耗時大約30毫秒。
為了保證當肉類被向上推動或者向下返回時肉類不從鼓面上跌落，需要提供側導板。如果在沖擊波傳輸穿過肉類之前肉類將接觸側面，側導板應當由與水的機械阻抗大約匹配的材料制成；否則從側導板反射回來的波將是正的，從而消除了從上面返回的負波。因此，側導板優(yōu)選由與水具有適合機械阻抗匹配的塑料制成，例如Tygon、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯或純膠膠料。適合的塑料可以進行例行試驗。在一個實施例中，使用了厚度大約為0.64cm的Tygon片，保持在沿每個片的外圍的金屬“圖畫(picture)”框架中。
通過使用適當形狀的肉類固定器可以避免使用側導板。因此，代替具有圓形橫截面的輪胎內(nèi)胎，可以使用輥，所述輥具有矩形橫截面，或者具有肉類面對(meat facing)表面，該表面的橫截面具有凹面結構，由此相對邊或旋轉(zhuǎn)肉類固定器用于將肉類固定到位。
在上面已經(jīng)指出，所述肉類可以通過一個或多個傳統(tǒng)輸送機系統(tǒng)引入至鼓面，并通過輸送機系統(tǒng)上的肉類從鼓面的一端推到另一端。但是，這種系統(tǒng)不像需要的那樣可靠。例如，雞胸脯肉有時堆積在一起并移動至側面，因而很難控制雞胸脯肉在鼓面上堆積的厚度。使用上述輥或膨脹內(nèi)胎解決了這個問題，方法是以肉類接觸表面的圓周速度正向旋轉(zhuǎn)從動輪，所述圓周速度與傳送帶的速度相匹配。來自肉類固定器的大約3磅/平方英寸的向下的力將攜帶肉類堆通過鼓面，盡管當然可以使用更大的壓力，并且更小的壓力具有更小的效力。如上所述，安裝了肉類固定器的輪受到適當?shù)尿?qū)動，并且比較容易地控制在需要的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rmp)上。
取代上述從動輪，所述肉類固定器還可以沿所述肉類移動方向伸長，例如具有膨脹傳送帶的性質(zhì)。
根據(jù)如圖1、3和4所述的本發(fā)明的更為優(yōu)選的實施例，肉類處理腔14由形成肉類處理腔14側壁的肉類定位環(huán)140和形成肉類處理腔14的頂?shù)牡诙拿?42限定，第二鼓面142和肉類定位環(huán)140由幾乎與水具有相同機械阻抗的材料制成，例如Tygon、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯或純膠膠料。特別地，作為垂直往復運動的肉類收集器144一部分的上部鼓面142優(yōu)選由與下部鼓面16相同材料制成并且與下部鼓面16具有相同尺寸。
肉類定位環(huán)140優(yōu)選由聚氨酯制成。除了肉類定位環(huán)140的壁厚應當足以承受肉類處理過程中經(jīng)受的力外，它的壁厚和外形并不重要。在最初試驗中發(fā)現(xiàn)，大約1.5cm的厚度對于聚氨酯而言是足夠的。
如圖1和圖5清楚地顯示，氣穴或空氣腔146位于上部鼓面142之上。在氣穴146上，可以任選地設置一個或多個橡膠或泡沫塑料層148，如圖5所示，雖然這些泡沫塑料層148是不必要的，并因此而非優(yōu)選。由于上述原因，即在沖擊波通過所述肉類和上部鼓面142之后，其應當碰到空氣并隨后通過上部鼓面142和肉類作為負波返回，氣穴或氣孔146在本實施例中很重要。
同時還可以使用泡沫墊來代替氣穴146，這種泡沫墊包括附加固體材料，所述材料因此將產(chǎn)生較小負沖擊波，如上所述。
在所述實施例中氣穴146的高度希望為大約2cm，雖然這個尺寸并不重要。在功能上，所述高度應當是足以產(chǎn)生有效負波的最小值，并防止鼓面16和142的不適當拉伸的最大值。以例行試驗為基礎可以確定其他的尺寸。
在圖1所示實施例的簡單形式中，所述肉類放置在食物處理室14中，氣壓或水壓缸向下移動至所示位置，在該位置中上部鼓面142剛好碰到所述肉類，或者所述肉類在上部鼓面142與下部鼓面16之間略微受到壓縮。電極124隨后激發(fā)，導致沖擊波如上所述向上通過射擊室12，并隨后通過下部鼓面16，通過肉類，并隨后通過上部鼓面142，在此處沖擊波碰到氣穴146中的空氣，并作為負波返回。當沖擊波最初撞擊所述肉類時，沖擊波向上推動肉類，下部鼓面16跟隨所述肉類。運動受到氣穴146高度的限制。
更為優(yōu)選地，上面剛剛說明的裝置并入圖4和圖5所示的圓盤輸送機。在如圖4所示的系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)圓盤150具有四個位置，每個彼此相距90°，其中三個位置是起作用的。圓盤150設有四個肉類支持環(huán)140。如圖4所示，在間歇或分級運轉(zhuǎn)的靜止中，每一個環(huán)140位于所述四個位置之一。在與每個肉類支持環(huán)140的底部一致的水平面具有固定板152，優(yōu)選為不銹鋼，和可旋轉(zhuǎn)的刻度盤154，刻度盤154可以旋轉(zhuǎn)并由圖5所示分度電機驅(qū)動，刻度盤154具有四個開口，在所述開口中裝有四個肉類支持環(huán)140。
肉類在第一位置160從頂部供入，從而停留在肉類支持環(huán)140之一內(nèi)的固定板152上。分度電機隨后使刻度盤旋轉(zhuǎn)，從而所述肉類和肉類支持環(huán)140沿固定板142滑動至第二位置162，第二位置162是如圖1-3和5所示的激發(fā)位置。在此位置上，固定板152具有開口，開口中具有射擊室12的結構。當肉類支持環(huán)140中的肉類到達圓盤的第二位置162時，氣壓或水壓缸將肉類收集器144降低至如圖1和5所示的位置，并且通過電極124放電對肉類進行“射擊”。
隨后氣壓或水壓缸提升肉類收集器144并且分度電機旋轉(zhuǎn)刻度盤154，將處理過的肉類和肉類支持環(huán)140移動至第三位置164，在此位置固定板152具有另一個開口，從而處理過的肉類通過固定板152中的所述開口落入處理后肉類接收區(qū)域，例如肉類移動輸送機或包裝站。
從圖4可以清楚地看到，在所述實施例中，每個間歇運動超過90°并且第四個位置不起作用。非常清楚，可以進行許多改變，例如可以設有三個位置，具有120°而不是90°的分度；或者可以設置五個位置，具有72°而不是90°的分度本發(fā)明可以與其他處理方法一起執(zhí)行。例如，在雞肉工業(yè)中，無骨和無皮雞胸脯肉是一種重要的產(chǎn)品。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在雞被宰殺之后至少6小時中雞肉無法從胸骨上移走，在許多工廠中宰殺之后的鳥類被整夜冷凍或放在冰上。由于雞肉已經(jīng)僵直，它需要聚成一團，但是如果雞肉仍保留在骨頭上，則雞肉與骨頭的連接組織防止這種聚集。但是，在雞肉僵直之后，即在經(jīng)過大約6小時之后，可以將雞肉從骨頭上移走并且相對較柔軟。但是如果雞肉在僵直完成之前被移走，造成的結果被稱為“橡皮雞肉”，在動力系統(tǒng)(Hydrodyne System)出現(xiàn)之前，沒有已知方法能嫩化這種橡皮雞肉。
在宰殺后將雞胸脯肉保存6個小時或者一夜需要很大的儲藏空間和冰或制冷能量，從而增加了制造成本。因此，雞肉工業(yè)竭盡全力尋找方法來除去在雞肉從骨頭上移走之前對雞肉的儲存。一種能產(chǎn)生功效的現(xiàn)有方法是電刺激，該方法在雞死去時進行電擊。這種電刺激加速僵直，因此不需要等待6至10小時，僵直現(xiàn)象在1至2小時內(nèi)就可以發(fā)生。在雞肉工業(yè)中已經(jīng)嘗試使用電刺激方法，在雞死后1至2小時就可以去骨。但是，結果并不令人滿意，因為只有60-70％的雞胸脯肉得到嫩化，因此人們放棄了電刺激法。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電刺激法與所述動力系統(tǒng)結合使用更加有效，所述動力系統(tǒng)包括現(xiàn)有技術的實施例和上述實施例。如果肉類受到電刺激，例如用190伏刺激10秒，肉類在1至2小時就可以僵直，而不是通常所需的6至8小時。這樣電刺激的雞肉可以在電刺激后不久久進行去骨，然后進行動力處理，例如可以使用根據(jù)上述實施例的動力處理。這種制造的雞胸脯肉完全嫩化，并且通常需要的在冰上進行6至8小時的熟化過程被除去。
上述對特別實施例的說明不能完全展示本發(fā)明的本質(zhì)，而在不進行不適當?shù)脑囼灪筒黄x一般概念的情況下通過應用現(xiàn)有知識和修改和/或適用于各種應用可以展示本發(fā)明的本質(zhì)，因此，這種改造和修改應當被認為包含在所公開的實施例的等同含義和范圍內(nèi)。應當理解，此處采取的措辭和術語只是為了說明，并不是為了進行限制。在不偏移本發(fā)明的前提下，執(zhí)行各種已公開功能的裝置、材料和步驟可以采取各種不同形式。
因此，在說明書和權利要求書中使用的表達方法“用來…的裝置”，或者任何方法步驟語言，后面跟著功能性描述，都是用來限制和覆蓋結構、物理、化學和電氣元件或結構，或者方法步驟，所述元件、結構或者方法步驟當前或者未來可以執(zhí)行所述功能，無論其是否完全等于說明書中所公開的實施例，即能夠執(zhí)行相通功能的其他裝置和步驟都可以使用。并且所述表述將進行最寬的理解。
權利要求
1.一種對肉類進行嫩化和/或殺死肉類中細菌的方法，所述方法包括用通過非可壓縮液體傳播的沖擊波對肉類進行處理，所述方法的改進在于，其中將所述肉類放置在固體層上，所述固體層具有與所述非可壓縮液體大體相同的聲學阻抗，所述非可壓縮液體設置得鄰近所述固體層的一個表面，并且所述肉類支撐在所述固體層的相對表面上；在用沖擊波對所述肉類進行處理時限制肉類的運動；在沖擊波通過所述肉類后將所述沖擊波暴露在具有減小的聲學阻抗的區(qū)域中，從而產(chǎn)生稀疏波，所述稀疏波沿與所述沖擊波相對的方向通過所述肉類。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在處理過程中確定所述肉類的方向，使所述沖擊波來自所述肉類下面，并在所述沖擊波處理中通過其上的平表面限制所述肉類的向上移動，還包括在沖擊波處理中沿肉類側面限制所述肉類。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，包括通過在所述肉類下面的拋物線形室中的電容性放電產(chǎn)生所述沖擊波，并通過具有0-8°傾斜角的圓柱形室向上傳播所述沖擊波。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其中所述肉類包括無骨雞肉，并且在使用沖擊波對所述無骨雞肉進行處理之前，制出了無骨雞肉的雞經(jīng)受電刺激。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述電刺激在所述沖擊波處理之前大約1至2個小時進行。
6.適用于權利要求1至4中任何一個的裝置，包括電容性放電室，該電容性放電室具有向上面對的拋物線形下部，所述下部具有一對電極，電極的位置能夠在所述下部的焦點處產(chǎn)生電容性放電，和圓柱形上部，所述上部具有1-15°的傾斜角，所述電容性放電室適于容納具有第一聲學阻抗的非可壓縮液體；設置在所述電容性放電室上的肉類支撐層，所述肉類支撐層具有底表面，當所述裝置使用時適于與所述非可壓縮液體接觸，所述肉類支撐層具有大約與所述第一聲學阻抗大約相同的聲學阻抗；用于在所述肉類經(jīng)受沖擊波處理過程中限制肉類向上過度移動的結構，所述沖擊波通過所述電極之間的電容性放電產(chǎn)生；和在裝置使用時位于所述肉類的位置之上的空間，所述空間具有第二聲學阻抗，第二聲學阻抗小于第一聲學阻抗，從而產(chǎn)生稀疏波，所述稀疏波沿與所述沖擊波相對的方向通過所述肉類。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中所述肉類支撐層是由柔韌材料制成的鼓面，所述材料優(yōu)選為純膠膠料。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的裝置，其中所述電容性放電室的上部具有0-8°的傾斜角，優(yōu)選為0-2°，最優(yōu)選為0°，并且其高度小于其半徑。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的裝置，其中用于在所述肉類經(jīng)受沖擊波處理過程中限制肉類向上過度移動的結構包括由柔韌材料制成的第二鼓面，所述柔韌材料具有與第一聲學阻抗大約相同的聲學阻抗，所述第二鼓面在所述裝置使用過程中適于放置在所述肉類上并與肉類接觸；及其中在肉類的位置之上的所述空間包括在所述第二鼓面之上的空氣腔。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，還包括肉類定位環(huán)，用于與所述第一鼓面和第二鼓面一起限定出肉類處理室。
11.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中所述肉類定位環(huán)包括具有與第一聲學阻抗大約相同的聲學阻抗的材料。
12.根據(jù)權利要求9至11中的任何一項所述的裝置，包括氣壓或水壓缸，用于使所述第二鼓面和所述空氣腔向上和向下往復移動。
13.根據(jù)權利要求10至12中的任何一項所述的裝置，還包括圓盤輸送機，該圓盤輸送機適于從第一肉類供給位置至第二肉類處理位置，并隨后至第三肉類排出位置間歇性旋轉(zhuǎn)，所述電容性放電室和所述肉類處理室位于所述第二位置，所述輸送機圓盤還包括用于每個所述位置的肉類支持環(huán)，其中所述圓盤輸送機的運動使每個肉類支持環(huán)從所述第一位置至所述第二位置，然后至所述第三位置運動。
全文摘要
通過單獨和組合使用下列措施可以改善肉類的嫩化(1)具有縮短長度的電容性放電室；(2) “鼓面(drum head)”，肉類被放置在所述鼓面上，并且所述鼓面位于所述電容性放電室上端；(3)肉類支撐結構，該結構在電容性放電過程中把肉類保持在所述鼓面適當位置上；(4)簡化的分度圓盤，用于將肉類輸送至所述電容性放電室上的位置上，并將處理過的肉類運送至排出位置；(5)更有效地提供稀疏波或負壓波；和(6)將沖擊波處理和其他操作結合。
文檔編號A23L1/025GK1592579SQ01822037
公開日2005年3月9日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權日2000年12月8日
發(fā)明者約翰·B·朗, 唐納德·韋特 申請人:動力公司