Разработка и обоснование электродинамических параметров радиоволновой установки непрерывнопоточного действия для термообработки яиц

Введение. Существующие способы варки яиц в воде и на пару имеют высокую энергоемкость. В настоящее время все еще не решена проблема непрерывности технологического процесса в потоке. Для снижения энергоемкости, сокращения расходов воды и интенсификации процесса термообработки яиц актуальным считаем применение энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) в особом температурном режиме без использования воды.
Методика. Трехмерное моделирование установки проводили в программе Компас 18.0, обоснование режимов термообработки проведено аналитическими методами, для выявления оптимальных параметров (энергозатраты и температурный режим) предлагаемой установки пользовались методом наименьших квадратов полиномы второй степени, в частности матрицей ротатабельного планирования второго порядка, статистический анализ матрицы проводили в программном пакете для статистического анализа Statistica 12, подтверждение аналитических данных эмпирическими проводили в программе трехмерного моделирования процессов распространения электромагнитных полей CST Microwave Studio в расчетном модуле Eigenmode, где были исследованы картины распределения напряженности электрического и магнитного поля в сферическом резонаторе.
Результаты. Конструкционное исполнение радиоволновой установки конвейерного типа позволяет проводить термообработку яиц при перемещении в диэлектрических чашечках через щелевые сферические резонаторы. Скважность процесса менее 0,5 обеспечивается за счет расположения чашечек в резонаторах и между ними в отношении 4:9. Значение собственной добротности резонатора достигает 8800. Визуализация в программе показывает равномерное распределение электрического поля в резонаторе, напряженность при этом составляет 1,5–3 кВ/см, что обеспечивает высокую стерильность продукта. Из регрессионных моделей, составленных на основе матрицы ротатабельного планирования эксперимента второго порядка, вытекает, что эффективная продолжительность воздействия ЭМПСВЧ составляет 154 с, удельные энергетические затраты равны 143 Вт·ч/кг. Скорость вращения мотор-редуктора конвейера составляет 0,4 об/мин.

1. Rombouts I., Wouters G.B., Lambrecht M.A., Uten L., Van Den Bosch W., Vercruysse S., Delcour J.A. Food protein network formation and gelation induced by conductive or microwave heating: a focus on hen egg white. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2020; 66. 102484. DOI 10.1016/j.ifset.2020.102484

2. Guo Q., Sun D.W., Cheng J.H., Han Z. Microwave processing techniques and their recent applications in the food industry. Trends in Food Science and Technology. 2017; 67. 236. DOI 10.1016/j.tifs.2017.07.007

3. Chambers J.R., Khalid Z., Humayoun A., Abdel-Aal El-Sayed M. Chicken eggs. Egg Innovations and Strategies for Improvements ed Patricia Y. Hester. New York: Academic Press: chapter. 2017; 1. 1. DOI 10.1016/B978-0-12-800879-9.00001-9

4. Muthukumarappan K., Swamy G.J. Microvawe processing of foods. Handbook of Farm, Dairy and Food Machinery Engineering ed M Kutz. New York: Academic Press. 2019; 16. 417–438. DOI 10.1016/B978-0-12-814803-7.00016-6

5. Бурдо О.Г., Терзиев С.Г., Яровой И.И., Борщ А.А. Моделирование процессов обезвоживания пищевого сырья в электромагнитном поле. Прок. Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2013; 3. 62. DOI 10.20914/2310-1202-2013-3-62-65.

6. Белов А.А. Установки для переработки яиц. Материалы инт. научно-практическая конф. «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции». Йошкар-Ола: Марийский государственный университет. 2011. 145-146.

7. Вальяров М.Э. Моделирование воздействия СВЧ поля на куриное яйцо. В сборнике: Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы - 2021. VIII Молодежная международная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов. Казань. 2021. С. 343-345.

8. Вальяров М.Э., Насыбуллин А.Р., Степура А.В. Прединкубационная обработки куриных яиц СВЧ ЭМП. В сборнике: Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами. Сборник статей девятой Всероссийской научной школы-семинара. Под редакцией Ал.В. Скрипаля. Саратов. 2022. С. 280-283.

9. Новикова Г.В., Жданкин Г.В., Белова М.В., Орлова О.И., Семенов В.Г., Баймуканов Д.А., Ишхан К.З., Аубакиров А.К. Оптимизация параметров микроволновой установки с передвижными резонаторами для термообработки некондиционых яиц. Известия национальной академии наук республики Казахстан, Серия геологических и технических наук. 2019; 437. 5. DOI 10.32014/2019.2518-170X.125.

10. Орлова О.И., Новикова Г.В., Михайлова О.В., Просвирякова М.В., Зайцев П.В. Обоснование возможности приготовления яиц без воды в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. Материалы Международной научно-практической конференции «Перспективы развития аграрных наук». Чебоксары: Чувашская государственная сельскохозяйственная академия. 2020. 207-208. EDX XAHANX.

11. Рогов И.А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981. 288 с.