Под копчением обычно подразумевают пропитывание продуктов коптильными веществами, получаемыми в виде коптильного дыма в результате неполного сгорания дерева. Однако технологический смысл копчения более широк, так как одновременно с этим протекают другие процессы, влияние которых иногда более значительно, нежели воздействие коптильных веществ. Их характер определяется температурой и продолжительностью процесса, т. е. режимом копчения.

Во всех случаях обработки продукта коптильным дымом происходит его обезвоживание в результате испарения влаги, которое является необходимым условием получения продукта с заданными свойствами. Так, например, при копчении сырокопченых колбас иногда удаляется до 25% влаги от содержащейся в полуфабрикате или около половины той влаги, которую нужно испарить для получения продукта с установленной влажностью. Свинокопчености в период копчения теряют около 10% в весе и все же их приходится досушивать до заданной влажности в 45%.

Таким образом, копчение можно рассматривать одновременно и как сушку. Поэтому режим копчения следует регламентировать, сообразуясь с ходом сушки, а его эффект оценивать и по степени обезвоживания продукта.

Если копчение производится при относительно высоких температурах (55 0 С и выше), в период копчения происходит сваривание коллагена и частичная денатурация некоторых белков. При более низких температурах (30-40 0 С) в продукте развиваются ферментативные процессы, которые также существенным образом влияют на свойства продукта. В результате этих изменений продукт становится пригодным в пищу без дополнительной кулинарной обработки.

Наконец, если копчение производится в течение длительного времени и при температурах, не приостанавливающих деятельности микроорганизмов и тканевых ферментов, в продукте развиваются сложные биохимические процессы, которые решающим образом сказываются на свойствах готового изделия. Например, при выработке сырокопченых колбас деятельность микрофлоры начинает тормозиться лишь тогда, когда концентрация соли в продукте достигает примерно 10%, т. е. уже после копчения, во время последующего досушивания.

Таким образом, несмотря на очень важную роль коптильных веществ, ни в одном случае технологический эффект копчения не может определяться только по накоплению в продукте того или иного их количества.

Роль коптильных веществ

Копченые мясопродукты устойчивы к воздействию на них гнилостной микрофлоры и к окисляющему действию кислорода воздуха на жир. Они имеют своеобразный острый, но приятный аромат и вкус, и специфическую окраску. Коптильные вещества обладают бактерицидным и антиокислительным действием, специфическим ароматом и вкусом и способны изменять внешний вид и окраску продукта. Какие именно из них являются носителями этих свойств, еще достоверно неизвестно. Многочисленные исследования в этой области, в частности работы ВНИИМПа. позволяют судить о роли некоторых групп коптильных веществ. Однако пока о значении количеств накапливающихся веществ можно судить только по установившейся промышленной практике.

Изменения аромата и вкуса, вызываемые копчением, должны быть оценены и с другой стороны: в некоторых случаях аромат и вкус копчености в какой-то мере маскируют малопривлекательные вкус и запах продукта в его естественном виде. Например, колбасным изделиям, изготовляемым в кишечных оболочках, присущ, хотя и слабый, но все же заметный запах и привкус кишечной оболочки. Сыровяленые колбасы, изготовляемые без копчения, обладают маловыразительным запахом и вкусом.

Влияние коптильных веществ на микрофлору

Как уже указывалось, коптильные вещества обладают довольно высоким бактерицидным и бактериостатическим действием, имеющим селективный характер. Наиболее устойчивы к действию коптильных веществ - плесени, которые способны развиваться при неблагоприятной температуре и влажности окружающего воздуха на поверхности даже хорошо прокопченых продуктов. Весьма устойчивы, хотя и в различной степени, споры микроорганизмов. Так, споры группы Subtilis-mesentericus погибали лишь после семичасового воздействия дыма, споры Antracs - через 18 ч. Неспорообразующие бактерии и вегетативные формы спорообразующих в большинстве погибают после одно-двухчасовой экспозиции в дыму. Наиболее чувствительны к действию дыма кишечная палочка, протей, стафилококк. Другие, как, например, Sporogenes даже после длительной обработки дымом не погибают, хотя их развитие приостанавливается.

Из числа составных частей коптильного дыма, по данным ВНИИМПа и других исследований, достаточно высоким бактерицидным действием обладают фенольная фракция и фракция органических кислот . Обе фракции оказывают одинаково сильное бактерицидное действие как на спороносную микрофлору (Subtilis, Mesentericus, Megaterium), так и на условно патогенную неспороносную микрофлору, встречающуюся на мясопродуктах (протей, кишечная палочка, золотистый стафилококк). Правда, Proteus оказался более устойчивым к действию кислот, а Subtilis - к действию фенолов. Бактерицидность отдельных погонов фенольной фракции и фракции органических кислот тем выше, чем выше температура кипения. Наибольшим бактерицидным действием в обоих случаях обладают наиболее высококипящие погоны (119-126 0 С при давлении 4 мм рт.ст. для фенолов и свыше 128 0 С при атмосферном давлении для кислот).

По различным литературным данным, из числа веществ, входящих в фенольную фракцию коптильного дыма, наиболее активны: эфиры пирогаллола, креозот, ксиленолы, 2,3-дигидроокси-5-метиланизол, 2,3-дигидроокси-6-этиланизол. Несколько менее активны фенол, крезолы, гваякол, гомологи пирогаллола.

Так как состав дыма зависит от условий его получения, его бактерицидные свойства также связаны с условиями получения и, в особенности, с концентрацией дыма. Однако, хотя бактерицидные свойства коптильного дыма не вызывают сомнений, нет оснований приписывать коптильным веществам исключительную роль в устойчивости копченых мясопродуктов к действию гнилостной микрофлоры. Концентрация коптильных веществ в центральной части продукта даже спустя 15 суток сушки после копчения в 10-15 раз меньше, чем на поверхности и в 4-5 раз меньше той, при которой отмечалось ясное бактерицидное действие наиболее активных фракций. Тем не менее, и несмотря на то что влажность в центре выше, чем на поверхности, гнилостная микрофлора там не развивалась. Более того, при сушке сыровяленых колбас, которые вообще не подвергаются копчению, гнилостной порчи мяса не отмечается.

О второстепенной роли коптильных веществ в подавлении деятельности микрофлоры в глубине продукта свидетельствует также факт общего роста микрофлоры в продукте не только во время копчения, но и в первый период последующего досушивания. Лишь когда концентрация соли в результате обезвоживания достигает определенного уровня, начинается подавление жизнедеятельности микрофлоры.

Имеется больше оснований полагать, что в период, когда влажность продукта еще высока, торможение гнилостных процессов в глубине продукта происходит за счет особенностей развития бактерий (см. главу III). На более поздних этапах копчения и сушки сказывается увеличение осмотического давления вследствие повышения концентрации соли. Таким образом, бактерицидное действие коптильных веществ распространяется лишь на внешний слой продукта сравнительно небольшой толщины (около 5 мм ) . Бактерицидный эффект копчения заключается в создании защитной бактерицидной зоны на периферии продукта, предохраняющей его от поражения микрофлорой и прежде всего плесенями извне. Это обстоятельство позволяет вести сушку в дыме при сравнительно высоких температурах, не опасаясь плесневения и ослизнения продукта с поверхности.

Выживаемость микроорганизмов на поверхности зависит от плотности (густоты) дыма, температуры и относительной влажности воздушнодымовой смеси. При этом в случае копчения слабым дымом решающее значение приобретает температура. Так, после семичасового копчения бекона в слабом дыме при 55-60 0 С выживаемость микробов выражалась в долях процента. После семичасового копчения в слабом дыме при температуре 20-40 0 С она колебалась в пределах 35-70% к начальному числу микроорганизмов. В случае копчения при низких температурах решающее значение приобретает густота дыма . Если в результате копчения бекона в густом дыме при низких температурах выживаемость составила единицы и даже доли процента, то при копчении в слабом дыме она выражалась десятками процентов. Причиной такого различия является резкая разница в содержании коптильных веществ на поверхности: при копчении слабым дымом количество фенолов на единице площади поверхности в 6-17 раз меньше.

Относительная влажность воздушнодымовой смеси влияет на выживаемость микроорганизмов в значительно меньшей степени, чем температура и плотность коптильного дыма. Бактерицидные свойства дыма практически не зависят от породы древесины, если условия получения дыма идентичны.

Коптильные вещества, проникающие в толщу продукта, способны проявлять бактерицидное действие лишь, по мере того как их концентрация достигает пороговой величины. В связи с очень небольшой скоростью проникновения их воздействие на микрофлору уменьшается в направлении от поверхности к центральной части продукта. Найдено, в частности, что количество микроорганизмов в копченом продукте находится в обратной зависимости от содержания в них фенолов. Но даже к концу сушки, т. е. к моменту, когда достигается готовность продукта, концентрация коптильных веществ в наиболее глубоких слоях недостаточна для подавления жизнедеятельности микрофлоры.

Распространенное представление о решающей роли бактерицидного действия коптильных веществ на всю толщу продукта и в течение всего времени справедливо только в случае их быстрого и равномерного распределения путем смешивания сырья с жидким и коптильными препаратами.

Коптильные вещества, адсорбированные на поверхности продукта и проникшие в продукт в достаточно больших концентрациях, сохраняют бактерицидные свойства в течение некоторого времени и после копчения. При нанесении бактерий на поверхность копченого продукта через 4 суток после копчения наблюдалось их отмирание. Однако плесени способны быстро развиваться на поверхности копченых продуктов, если поверхность увлажняется .

Антиокислительные свойства коптильных веществ

Порча соленых мясопродуктов, вырабатываемых из свинины и предназначаемых для более или менее длительного хранения, в большинстве случаев вызывается прогорканием жира. Соль катализирует окисление жира кислородом воздуха. Поэтому поверхностный слой жира, если он не защищен от воздуха и не обработан антиокислителями, быстро окисляется до стадии, делающей его непригодным в пищу. При 25 0 С перекисное число жира на поверхности некопченого бекона уже через несколько суток достигает предельно допустимой величины. Отсюда вытекает первостепенное значение антиокислительных свойств коптильных веществ, тем более, что в максимальном количестве они концентрируются в поверхностном слое, т. е. именно в зоне контакта с кислородом воздуха.

Антиокислительные свойства коптильных веществ, адсорбируемых продуктом в процессе копчения, очень сильно выражены . Так, например, перекисное число жира копченого бекона, хранившегося в течение месяца при 15 0 С, почти не изменилось в сравнении с первоначальным, в то время как для некопченого бекона оно возросло в восемь раз. Жир копченого бекона сохраняет хорошее состояние при минусовых температурах в течение двух месяцев. В опытах по хранению образцов легко окисляющегося жира при 25 0 С перекисное число в контрольных образцах достигало предельной величины через 5 суток, а у образцов, обработанных дымом, это наблюдалось позже 50 суток. Антиокислительное действие коптильных веществ значительно усиливается в присутствии аскорбиновой кислоты, как синергиста .

Исследования антиокислительных свойств различных фракций коптильного дыма, произведенные ВНИИМПом, показали, что достаточно хорошо выраженным антиокислительным действием обладает только фенольная фракция . При этом было установлено, что антиокислительная активность фенольных компонентов дыма тем выше, чем выше температура кипения фенольных компонентов дыма. Очень высокой антиокислительной активностью обладают фракции, кипящие при температуре выше 120 0 С при давлении 4 мм рт . ст . (около 270 0 С при атмосферном давлении). Самые высококипящие фракции фенольных компонентов дыма обладают большей антиокислительной активностью, чем такой распространенный антиокислитель, как бутилокситолуол. В этой фракции установлено наличие метиловых эфиров пирогаллола и его гомологов (метил-, этил- и пропилпирогаллола).

Антиокислительный эффект копчения является, таким образом, одним из наиболее важных следствий обработки мясопродуктов коптильным дымом. Это тем более существенно, что окисление продукта начинается именно с поверхности, где концентрация коптильных веществ наибольшая и достигается нужной величины сравнительно быстро. Заслуживает также внимания тот факт, что концентрация фенолов в жировой части оказывается при копчении в полтора-два раза выше, чем в мясной.

Влияние коптильных веществ на органолептические характеристики продукта

Специфическими особенностями копченых мясопродуктов является острый, но приятный вкус, своеобразный запах копчения, темно-красный с вишневым оттенком цвет на разрезе, темно-красный с коричневатым оттенком цвет и глянцевитость (блеск) на поверхности. О значении отдельных составных частей коптильного дыма в развитии этих признаков в литературе много противоречивых мнений и сравнительно мало достоверных данных. Несомненным является лишь то, что большую роль играет вид древесины, являющейся источником дыма.

По существу, почти все составные части коптильного дыма обладают каким-то вкусом и запахом. Для многих из них характерен жгучий горьковатый вкус и острый сильный запах. При этом интенсивность вкуса и запаха не всегда связана с высокой летучестью вещества.

Отожествлять вкус и аромат копченых мясопродуктов с идентичными характеристиками самого коптильного дыма нет оснований, так как в ходе адсорбции коптильных веществ на поверхности продукта и их диффузии внутрь соотношение между количествами составных частей дыма резко меняется. При этом уменьшается доля хорошо летучих соединений (например, формальдегида), не успевающих конденсироваться на поверхности, и количество наименее летучих высокомолекулярных соединений, медленно диффундирующих вглубь продукта. По данным ВНИИМПа, из общего числа фенолов, которые могут находиться в коптильном дыму, менее половины способны при копчении проникать через колбасную оболочку в заметных количествах . Имеются основания также полагать, что развитие аромата и вкуса копченостей связано с развитием каких-то вторичных процессов в продукте. Замечено, что аромат и вкус копчености усиливаются в течение некоторого времени после попадания коптильных веществ в продукт.

Таким образом, полного сходства в составе коптильного дыма и в составе коптильных веществ, проникающих в продукт при копчении, нет. Тем не менее, как было показано на модельных опытах ВНИИМПом, даже через колбасную оболочку проникают представители всех основных групп компонентов коптильного дыма. Их характеристика дана в табл. 100 .

Судя по этим характеристикам, в формировании специфического вкуса копченостей участвуют фракции: фенольная, нейтральных соединений, органических кислот; в формировании аромата копченостей принимают участие все фракции, за исключением углеводной.

Однако роль каждой из них своеобразна. Некоторые играют основную роль в формировании запаха и вкуса, другие влияют только на их оттенки, а часть ухудшает их. При введении в колбасный фарш каждой из этих фракций в отдельности, лишь фенольная придавала ему аромат и вкус, приближающиеся к аромату и вкусу копченостей. Несомненно, однако, что большое влияние на органолептические характеристики копченых продуктов оказывает и фракция органических кислот, а также, хотя и в меньшей степени, фракция альдегидов и кетонов. К этому нужно добавить, что и различные компоненты внутри каждой фракции играют также неодинаковую роль.

В копченых продуктах обнаружено около двух десятков фенольных соединений с температурой кипения в границах 58-126 0 С при давлении 4 мм рт. ст. В их числе найдены: фенол, ортомета- и паракрезолы, гваякол, метилгваякол, пирогаллол, метиловые эфиры пирогаллола и его гомологов, a - и b - нафтол, пирокатехин и метиловые эфиры пирокатехина, эйгенол. Часть фенолов, выделенных из копченостей, не идентифицирована. Наиболее приятным прямым запахом обладает фракция, кипящая в границах 76-89 0 С при 4 мм рт. ст. (примерно 205-230 0 С при атмосферном давлении). В этой фракции обнаружены гваякол, мета-крезол, метил-гваякол и четыре не идентифицированных фенола. По-видимому, в ней в каком-то количестве присутствуют эйгенол (температура кипения 250 0 С), являющийся составной частью эфирного масла гвоздики.

При копчении в продукт проникает большое число самых различных органических кислот. Об их разнообразии можно судить по тому, что только в границах температур 40-130 0 С выделено 9 фракций с различными оттенками запаха. Все фракции, естественно, обладают кислым вкусом, а некоторые жгучим привкусом. Безусловно, они оказывают влияние на вкус копченостей. При добавлении к фаршу кислоты придают запаху кисловатый оттенок. Большинство фракций кислот характеризуется более или менее неприятным запахом. Лишь те, которые кипятят в границах температур 46-100 0 С, обладают кисловатым приятным запахом с фруктовым оттенком. Фракция, кипящая в границах 110-118 0 С, имеет резкий запах, похожий на запах уксусной кислоты. Среди кислот обнаружены: муравьиная, уксусная (в наибольшем количестве), пропионовая, масляная, валериановая, капроновая, ангеликовая, лигноцериновая и др.

Проникающие при копчении в продукт альдегиды и кетоны также весьма разнообразны. Методом газовой хроматографии их обнаружено более 40 . Выделенные алифатические альдегиды и кетоны, в том числе муравьиный, уксусный, масляный альдегиды, ацетон, метилэтилкетон и другие, в большинстве обладают острым неприятным запахом. Исключение из них составляет диацетил. Более приятным запахом, в некоторой степени приближающимся к пряному запаху копчения, обладают некоторые представители ароматических и циклических альдегидов - фурфурол, ванилин, метилциклопентенолон.

Попадая при копчении в продукт, ароматические альдегиды и кетоны усиливают остроту запаха. Возможно, что их присутствие в коптильном дыму в этом смысле нежелательно. Но некоторые из ароматических и циклических альдегидов, по всей вероятности, относятся к числу необходимых компонентов.

Из числа органических оснований в копченых продуктах можно предполагать присутствие пиридина, метилпиридина, диметилпиридина, запах которых сходен с запахом фракции органических оснований, выделенной после копчения. Так как эта фракция почти лишена вкуса и обладает острым неприятным запахом, очевидно органические основания должны быть отнесены к нежелательным компонентам коптильной среды.

Остальные фракции коптильных веществ, обнаруживаемые после копчения, мало изучены. Судя по их общим характеристикам, большого влияния на аромат и вкус копченостей они не оказывают.

Особое место в числе коптильных веществ занимают некоторые углеводороды, в частности те, которые могут служить источниками образования 1, 2, 5, 6- дибензантрацена и 3, 4- бензпирена. Последним приписывают канцерогенные свойства . Хотя в составе копченых продуктов эти вещества обычно обнаруживаются в крайне незначительных количествах (в 1 кг сырокопченых колбас находят 1,9-4,5 грамма ) все же при копчении мясопродуктов следует иметь в виду возможность присутствия и больших количеств. Вероятность этого тем больше, чем больше накапливается дегтеобразных продуктов пиролиза древесины в коптильнях и чем выше температура получения дыма (опасны температуры выше 300 0 С).

Изменение цвета поверхности мясопродуктов. Копчение мясопродуктов неизбежно приводит к изменению цвета и внешнего вида. При этом возможны такие отклонения от нормы, которые приводят к ухудшению товарного вида продукции. Цвет поверхности может оказаться либо слишком светлым, создавая впечатление неполной готовности продукта, либо чрезмерно темным, придавая продукту неряшливый вид.

Особенно важны сохранение нормального цвета и внешнего вида для таких мясопродуктов, как свинокопчености, полукопченые и вареные колбасные изделия. Цвет свинокопченостей на поверхности жира должен быть золотисто-желтым различных оттенков, кожи - светло-коричневым и мышечной ткани - темным красновато-коричневым. Поверхность колбасных изделий (полукопченых и вареных) должна быть сочного красно-коричневого цвета. Поверхность должна обладать своеобразным блеском и глянцевитостью.

Причины, обусловливающие характерный цвет поверхности мясопродуктов, обрабатываемых коптильным дымом, полностью не выяснены. С достаточным основанием можно только полагать, что изменение цвета отчасти является, во-первых, следствием осаждения окрашенных компонентов дыма на поверхности продукта, и, во-вторых, - химического взаимодействия некоторых коптильных веществ друг с другом, с составными частями продукта или с кислородом воздуха после осаждения на поверхности. Это подтверждается усилением интенсивности и потемнением окраски и после копчения.

Подтверждением роли химических изменений коптильных веществ может служить тот факт, что обработка поверхности растворителями, способными извлекать окрашенные компоненты дыма, не приводит к потере окраски. К числу таких вторичных процессов, усиливающих окраску поверхности, некоторые исследователи относят реакцию конденсации альдегидов с фенолами. Они изменяют окраску продукта, оседая на его поверхности. Вполне естественно, что некоторые компоненты дыма окрашены сами. К окрашенным фракциям относятся: нейтральные соединения, обусловливающие светло-коричневый цвет, углеводная фракция - красновато-коричневый цвет, фенольная фракция - светло-коричневый цвет.

В число нейтральных соединений входят смолы. С увеличением их концентрации в дыме было обнаружено усиление интенсивности окраски поверхности.

На поверхности продукта могут также осаждаться частички сажи, резко ухудшая ее окраску и внешний вид. Такое явление наиболее вероятно при использовании древесины сосны и ели.

Что касается глянцевитости поверхности копченых продуктов, то предполагают, что это имеет связь с образованием на ней фенолформальдегидных смол, а также взаимодействием альдегидов и фенолов с жировой пленкой на поверхности. Убедительных доказательств этого предположения пока нет.

Цвет и внешний вид копченых мясопродуктов зависят от условий копчения: густоты дыма, продолжительности, относительной влажности коптильной среды, скорости ее движения, влажности поверхности продукта, породы древесины.

Большое значение имеет густота дыма, так как от нее зависит не только продолжительность процесса, но и вероятность дефектов товарного вида продукции: слишком бледный цвет при слабом дыме и чрезмерно темный при очень густом дыме. По данным Пражского института пищевой промышленности, оптимальная густота дыма, выражаемая через экстинкцию (светопроницаемость, определяемая при помощи фотоэлектрического дымомера), лежит в границах 0,26-0,29 . При чрезмерной густоте дыма перестает быть различимым свет лампочки в 40 вт на расстоянии 0,5 м. Между густотой дыма и продолжительностью его воздействия на продукт существует закономерная зависимость. Для кратковременной обработки дымом колбасных изделий при высоких температурах (обжарки при 60-110 0 С) конечный результат может быть выражен, как функция произведения экстинкции на продолжительность обработки продукта дымовыми газами в часах.

Обработку коптильным дымом предпочтительно вести при высоких значениях относительно влажности коптильной среды, так как с ее повышением интенсивность окраски увеличивается.

Существенным является влияние на интенсивность окраски влажности поверхности продукта: влажная поверхность окрашивается значительно слабее сухой и остается матовой; после подсушивания продукты окрашиваются лучше и имеют более привлекательный вид. Влажность поверхности имеет и другое значение: на поверхности легко оседают примеси дыма, ухудшающие товарный вид продукта.

Скорость и направление движения коптильной среды сказываются на равномерности окрашивания. Влияние имеет двоякий характер: при малой интенсивности движения возрастает неравномерность состава коптильной среды по объему, при чрезмерно большой - неравномерность омывания продукта коптильной средой, а следовательно, и окрашивания его поверхности. Скорость движения коптильной среды должна быть достаточной для обеспечения турбулентного режима по всему объему, занимаемому продуктом.

Следует, однако, учитывать влияние скорости движения коптильной среды и на ход обезвоживания продукта, если с этим связано его качество. Так, при обжарке колбасных изделий поверхность продукта в самом начале должна быть хорошо подсушена. Это предполагает повышенную скорость движения коптильной среды. Обработке дымом сырокопченых колбас сопутствует их высушивание, которое, протекая неравномерно, может вызвать дефект в виде “закала” (твердый пересохший внешний слой). Это ограничивает допустимую скорость движения коптильной среды. Оптимальные скорости движения коптильной среды, имея в виду собственно копчение, лежат в границах 0,03-0,15 м/сек в зависимости от вида продукта и температуры копчения.

На характер и интенсивность окрашивания влияют также: способ получения дыма (сжигание, трение), степень дисперсности частиц коптильных веществ, степень и способ очистки дыма от нежелательных примесей. Но влияние этих факторов еще почти не изучено.

Взаимодействие коптильных веществ с составными частями мясопродуктов

Высокая химическая активность некоторых компонентов коптильного дыма и наличие реакционноспособных функциональных групп в молекулах азотистых и других составных частей мясопродуктов обусловливают химические реакции между ними и коптильными веществами. Так как денатурация белковых веществ сопровождается освобождением некоторого числа функциональных групп, следует предполагать, что в мясопродуктах, подвергаемых тепловой обработке до копчения или во время него, масштабы этих реакций несколько больше, чем в сырых. Отсюда, однако, следует исключить влияние коптильных веществ на коллаген соединительной ткани: изменения нативного (сырого) коллагена под действием некоторых компонентов дыма более существенны, чем сваренного.

Химические реакции, возникающие с участием коптильных веществ, так же как и их значение, еще мало изучены. Наиболее существенным вкладом в этом смысле являются работы ВНИИМПа по изучению взаимодействия составных частей дыма с аминными и сульфгидрильными группами молекул наиболее важных составных частей мяса - белковых веществ и экстрактивных азотистых веществ.

Обработка мяса коптильным дымом приводит к уменьшению числа свободных аминных и сульфгидрильных групп. Так, после двухчасовой обработки измельченного мяса коптильным дымом при 20 0 С было обнаружено уменьшение числа аминных групп в говядине на 27% и в свинине на 31 % и уменьшение числа сульфгидрильных групп в говядине на 60%.

Уменьшение числа свободных функциональных групп происходит как в результате взаимодействия коптильных веществ с низкомолекулярными азотистыми веществами, так и с белковыми веществами мяса. На модельных опытах была показана вероятность взаимодействия коптильных веществ с аминогруппами метионина, адениловой кислоты, карнозина, тиамина, всегда присутствующими в мясе в свободном виде, а также с гемоглобином крови. Была также установлена вероятность взаимодействия коптильных веществ с сульфгидрильными группами цистеина и глютатиона.

Способными к взаимодействию с аминными группами оказались кислотная и нейтральная фракция компонентов дыма. В нейтральной фракции, по-видимому, наиболее активны карбонильные соединения, в частности альдегиды; с сульфгидрильными группами лучше взаимодействовали компоненты фенольной фракции, хуже компоненты нейтральной фракции и еще менее активными оказались фракции органических оснований. Из числа фенольных соединений наибольшую склонность к взаимодействию с сульфгидрильными группами обнаружил пирогаллол, в молекуле которого три гидроксильных группы.

Результаты этик исследований убедительно подтверждают, что химическое взаимодействие коптильных веществ с некоторыми составными частями мясопродуктов, сопровождающееся образованием новых, более сложных соединений, ведет к частичному уменьшению в мясопродуктах ценных пищевых веществ. Вопрос о пользе или вреде продуктов химических реакций для организма человека пока остается открытым. Несомненно, однако, что копчение не повышает биологической ценности мясопродуктов и, следовательно, должно рассматриваться в некоторых случаях, как вынужденный технологический процесс.

Коптильные вещества, особенно формальдегид, оказывают дубящее действие на коллаген и другие фибриллярные белки животных тканей. Кроме него, дубящими свойствами обладают и другие альдегиды: уксусный, акролеин, а также продукты конденсации альдегидов с фенолами, например формальдегидные смолы. Механизм дубления может быть представлен в виде схемы:

При дублении, таким образом, белковые молекулы “сшиваются” в более крупные частицы через метиленовые или другие “мостики”. Благодаря этому белки становятся менее активными и более устойчивыми к действию протеаз, возрастают их прочностные свойства, резко снижается гидрофильность.

Дубление имеет положительное значение для кишечной оболочки и поверхностного слоя продукта, у которых в результате этого процесса повышаются защитные свойства. Однако дубление белков вместе с этим сопровождается и уменьшением их перевариваемости.

На цвет поверхности продукта, по-видимому, имеет влияние реакция взаимодействия между веществами с свободной карбонильной группой (альдегиды, кетоны, альдегидоспирты) и веществами с первичной аминогруппой в молекуле (амины, аминокислоты, отчасти белки). Продуктами этого взаимодействия являются меланоидины - вещества с бурой окраской различных оттенков.

Состав и свойства коптильного дыма

Коптильный дым представляет собой сложную дисперсионную систему типа аэрозоля, в котором присутствуют более крупные частицы золы и углерода (сажи). Дисперсионной средой является паро-газовая смесь, состоящая из воздуха, газообразных продуктов горения, паров коптильных веществ и водяных паров. Дисперсная фаза представлена частицами жидких и твердых веществ - продуктов неполного сгорания древесины. Основная масса коптильных веществ сосредоточена в дисперсной фазе.

В составе дисперсной среды около 79-90% неконденсирующихся газов, представленных составными частями воздуха и продуктами полного сгорания древесины, преимущественно окисью и двуокисью углерода. Их количество увеличивается с повышением температуры в зоне горения и уменьшением густоты дыма. От 9 до 19% приходится на долю конденсирующихся паров, в том числе и паров воды, количество которой зависит от влажности сжигаемой древесины.

Дисперсная фаза представлена в большей части жидкими частицами в форме шара, отчасти твердыми, а частично твердыми и покрытыми тонким слоем конденсировавшейся на их поверхности жидкости. Средний радиус частиц дисперсной фазы лежит в границах 0,08-0,14 мк, однако, многие имеют больший или меньший радиус (вплоть до 0,001 мк ).

Частицы золы и сажи в большей своей части имеют размеры, значительно превышающие размеры мицелл, обладают рыхлой структурой и неправильной формой. Поэтому они, несмотря на значительный вес, оседают с трудом. Частицы золы и сажи являются нежелательными примесями.

Структура дыма зависит от условий его образования и охлаждения, а также степени и скорости разбавления дыма холодным воздухом. Быстрое разбавление большими количествами воздуха способствует образованию дисперсных частиц меньших размеров и более однородных по размерам.

Распределение коптильных веществ между дисперсионной средой и дисперсной фазой зависит главным образом от их температуры кипения. Низкокипящие компоненты (метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота, ацетон, углеводороды - метан, этилен и пр.) сосредоточены по преимуществу в дисперсионной среде, высококипящие - наоборот. Некоторые коптильные компоненты в заметных количествах входят в состав обеих фаз дыма.

Обычный коптильный дым образуется в результате термического разложения древесины, вызываемого тлением, т. е. очень медленным горением без пламени части древесины, при неполном доступе воздуха. В этих условиях полное сгорание небольшой части древесины (обычно опилок) служит источником тепла, необходимого для термического разложения остальной, большей части, идущей на образование необходимых для копчения продуктов распада. При оптимальных условиях получения дыма образующиеся полезные для копчения вещества составляют около 20% сухой древесины.

Таким образом, обычный способ получения коптильного дыма отличается от сухой перегонки древесины тем, что какая-то часть древесины сгорает полностью, а оставшаяся часть подвергается разложению в токе газов, в том числе и незначительного количества кислорода. Движение газов приводит к тому, что образующиеся продукты разложения древесины, во-первых, удаляются из зоны нагрева, благодаря чему сводятся к минимуму вторичные химические изменения этих веществ. Во-вторых, эти вещества частично подвергаются окислительному действию кислорода. Вследствие этого состав коптильного дыма не идентичен составу смеси, состоящей из продуктов пиролиза (сухой перегонки) древесины.

Образующиеся при получении коптильного дыма органические вещества, имеющие температуру плавления ниже поддерживаемой в зоне горения, смешиваясь с воздухом, выносятся из зоны горения в виде паров. По мере удаления от зоны горения они, охлаждаясь, конденсируются в виде мельчайших капелек или мельчайших твердых частиц. Вещества с более высокой температурой плавления (выше 300 0 С, например, пирогаллол и др.) возгоняются в момент образования в виде твердых частиц. Часть жидких компонентов дыма конденсируется на поверхности твердых частиц.

Состав дыма зависит, прежде всего, от температуры, поддерживаемой в зоне горения. Она должна быть не ниже той, при которой возможно разложение древесины за счет тепла сгорания, без притока тепла извне (несколько выше 220 0 С), но не выше температуры воспламенения древесины (около 350 0 С).

В этих температурных пределах оптимальной считают температуру около 300 0 С с небольшими отклонениями , при которой выход полезных веществ наибольший, а их состав самый благоприятный. При температуре выше 350 0 С уменьшается выход полезных веществ и увеличивается выход конечных продуктов горения. Повышение температуры приводит к увеличению скорости окислительных и полимеризационных процессов. В составе дыма уменьшается количество фенолов, кислот, альдегидов, фурфурола, диацетила и увеличивается количество карбонильных соединений. Чем ниже температура, тем меньше в составе дыма окси-, моно- и дикарбоновых соединений и ацетальдегида . При этом запах дыма ухудшается, приобретая оттенок гари. Возможность воспламенения древесины тем больше, чем более рыхлым слоем располагается топливо (опилки, стружки).

Состав дыма зависит от способа его получения. Дым, получаемый трением при помощи фрикционного механизма, содержит больше полезных веществ, в том числе фенолов, летучих кислот и летучих альдегидов и кетонов (среди них и диацетила) . Но он сильно загрязнен примесями твердых частиц несгоревшей древесины и нуждается в хорошей очистке. При копчении генераторным дымом в продуктах содержится больше фенолов и альдегидов. Возможно, это объясняется лучшими условиями получения дыма благодаря автоматическому регулированию температуры и относительной влажности.

Общее количество полезных для копчения веществ в составе дыма (после разбавления воздухом) определяется густотой дыма. Редкий (слабый) дым содержит около 0,5 мг/м 3 , а густой - до 3 мг /м 3 наиболее важных соединений.

Применение объективных методов определения густоты дыма приборами, работающими на принципе использования фотоэлектрического эффекта, сопряжено с известными трудностями. Хотя, как показали опыты, для оценки светопропускной способности дыма применим закон Беер-Ламберта, на коэффициент экстинкции влияет не только концентрация дисперсной фазы, но и степень ее дисперсности. Чем больше степень дисперсности при одной и той же концентрации, тем больше оптическая плотность дыма. Так как степень дисперсности уменьшается с увеличением влажности дыма, оптическая плотность влажного дыма при одной и той же концентрации меньше, чем у более сухого дыма. Кроме того, на оптическую плотность дыма в некоторой мере влияет порода древесины.

Таким образом, оценка густоты дыма фотоэлектрическими приборами, выражаемая в микроамперах, коэффициентом экстинкции, либо калиброванными значениями оптической плотности, дает сопоставимый результат лишь при прочих равных условиях.

Так как получение дыма производится в контакте с воздухом, состав коптильных веществ зависит от количества воздуха, подаваемого в зону горения. В табл. 101 приведены сравнительные данные о процентном соотношении важнейших составных частей к их общему количеству для различных условий получения дыма .

Смолы, образующиеся при сжигании древесины в контакте с воздухом в большем количестве (более 50%), чем при сухой перегонке (около 30%), плохо плавятся и растворяются, хрупки. Предполагают, что они представлены по преимуществу фенолформальдегидными смолами. Судя по всему, они существенной роли при копчении не играют.

Состав дыма находится в тесной зависимости от породы сжигаемой древесины. Однако, несмотря на многочисленные исследования, уловить влияние породы на содержание веществ, обусловливающих специфичность коптильного дыма, пока не удается. Это объясняется, очевидно, двумя причинами: во-первых, неполнотой сведений о природе веществ, имеющих решающее влияние на аромат и вкус копченой продукции, а во-вторых, неодинаковыми условиями получения дыма, подвергавшегося исследованию. В табл. 102 приведены результаты исследования состава дыма в зависимости от породы древесины, полученные И. Русцем и Д. Климой (для температуры 300 0 С); породы в таблице расположены в порядке убывающей технологической ценности .

Таблица 102 tr>

Группы веществ	Количество (в % к общему содержанию) в зависимости от породы древесины
	бук	дуб	береза	ольха	сосна
Кислоты (по уксусной кислоте)	5,24	5,14	4,57	3,88	3,74
Фенолы (по карболовой кислоте)	0,30	0,30	0,19	0,20	0,25
Карбонильные соединения (по ацетону)	8,69	8,05	8,71	7,47	10,84
Формальдегид	1,10	1,04	0,96	0,87	1,43
Ацетальдегид	1,40	1,07	1,16	1,14	1,93
Фурфурол	0,69	1,57	0,75	0,66	1,03
Диацетил	0,61	0,62	0,44	0,43	0,83
Альдегиды + диацетил	3,79	4,30	3,31	3,10	5,22

Состав дыма меняется в зависимости от влажности древесины. При большой влажности древесины и малом доступе воздуха коптильные вещества образуются в атмосфере перегретого пара. Дым получается с более высоким содержанием кислот, главным образом низкомолекулярных, в том числе муравьиной и пропионовой. В связи с этим ухудшается аромат и вкус копченых продуктов. Вместе с этим в дыме уменьшается содержание фенолов и увеличивается количество золы и углеродных частиц (сажи). Окраска продукта, поэтому получается более темной и неравномерной.

В табл. 103 приведена оценка наиболее распространенных пород древесины по результатам копчения мясопродуктов (породы древесины расположены по убывающей технологической ценности) .

Очень хорошим источником дыма является можжевельник. Дым можжевельника окрашивает поверхность продукта в темно-коричневый цвет и придает ему очень хороший специфический пряный аромат. Использование сосны и ели для получения коптильного дыма не рекомендуется. Березу можно использовать только без бересты.

На рисунке 2.2. приведена установка для очистки дымовых газов, работающая на основе инерционного и абсорбционного методов.

Очистка дымовых газов в скруббере Вентури осуществляется следующим образом: резервуар установки заполняется питьевой водой, затем включается вентилятор и дымовые газы поступают в трубу Вентури, где скорость их движения возрастает до максимального значения. Одновременно в трубу Вентури через форсунку подается вода. За счет распыления воды в форсунке и пульсацией высокоскоростного дымового потока вода тонко распыляется. Поверхность контакта воды и частиц дыма увеличивается, следовательно, интенсифицируется и процесс сорбции. Затем дымоводяной поток проходит через диффузор, где уменьшается скорость его движения, вследствие чего увеличивается продолжительность контакта воды и дыма.

В центробежном завихрителе капли воды отделяются от потока дыма, так как обладают большей инерцией и не успевают за изменениями движения потока.

Капли улавливаются поверхностью воды. Дымовой поток из завихрителя тангенциально подается в циклон, капельки воды отбрасываются к стенкам циклона и смываются пленкой воды из кольцевого водопровода, а очищенные дымовые выбросы поступают в атмосферу.

По мере насыщения коптильными компонентами рециркулирующая вода сливается в емкость, очищается от смолистых соединений и может использоваться как коптильный препарат.

Рисунок 2.2 – Установка для получения коптильного препарата «ВНИРО»:

1 – насос рециркуляции; 2 – электромагнитный клапан; 3,9,15,17,23,25 – вентили; 4 – расходомер общего расхода воды; 5 – резервуар воды; 6 – расходомер рециркуляционной воды; 7 – центробежный завихритель; 8 – циклон; 10 – кольцевой водопровод; 11 – диффузор; 12 – труба Вентури; 13 – горловина; 14 – конфузор; 16 – форсунка; 18 – шибер; 19 – мерная трубка; 20 – сигнализатор верхнего уровня воды; 21 – сигнализатор нижнего уровня воды; 22 – вентилятор высокого давления; 24 – фильтр рециркуляционной воды.

В дымогенераторе Н10-ИДГ очистка дымовых газов осуществляется водоинерционным способом (рис.2.3).

Рис 2.3. Водоинерционное устройство дымогенератора Н10-ИДГ:

1- крышка; 2-вытяжная труба; 3-лоток для слива воды; 4-колено; 5- перегородка; 6-ограничительная стенка; 7-дымововой патрубок; 8-корпус; 9-водяной патрубок.

Дым с большой скоростью выходит из патрубка 7, ударяется о поверхность воды, тяжёлые частицы оседают в воду, а дым вследствие столкновений с ограничительной стенкой делает поворот на 90 градусов и через колено 6 опять направляется на поверхность воды, которая частично улавливает тяжёлые фракции. Очищенный дым через патрубок 2 поступает в коптильную камеру. Периодически вода, насыщенная смолистыми веществами, сажей и другими загрязнениями, заменяется.

На рис.2.4 приведена скрубберная установка для очистки дымовых выбросов коптильных камер. Работа установки осуществляется следующим образом. Дым поступает в осадительную 2, в которой от дыма отделяются тяжёлые смолы и зола. Отделение происходит инерционным способом. Затем дым поступает в скруббер 3.

В скруббере 3 через насадку 4 из колец Рашига навстречу дыму движется вода, которая падаётся через форсунки 5.

Рис.2.4.Устройство для получения водного раствора дыма: 1-коллектор;2-осадочная камера;3-скруббер; 4-насадка; 5- форсунки; 6-вентилятор; 7-раствор дыма; 8-резервуар; 9-фильтр; 10-насос; 11-охладитель;12-сборник.

Вода в установке циркулирует по следующей схеме: бак 12, насос 10, насадка 4, бак 12. Температура воды поддерживается в пределах 50 С 0 . После насыщения коптильными компонентами водный раствор фильтруется через целлюлозную пульпу. Очищенный водный раствор можно использовать как коптильный препарат.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом океанографии и рыбного хозяйства (ВНИРО) разработан ряд установок, которые можно использовать как для очистки вредных выбросов, так и для получения коптильного препарата (рис. 2.5- 2.7).

Рис 2.5.Устройство для получения коптильного препарата.

1,3,6- заслонки; 2-дымогенератор; 4-фильтр;5-сорбер; 7-вентилятор.

Рис.2.6. Установка для очистки дымовоздушной смеси. 1-переходник; 2-крышка;3- дымоводы; 4,8-вентиляторы; 5- предфильтр; 6,7- сорберы; 9-бак для приготовления раствора; 10-насос.

Отличительной особенностью установок является наличие подвижной насадки из резиновых шариков, выполненных из кислостойкой резины, диаметром 15- 20 мм и плотностью 1 г/см 3 (рис 2.5-2.6). В установке Э01-3090 шарики выполнены из полиэтилена. ВНИРО рекомендует скорость дымовоздушной смеси 7,5±0,1 м/с при соотношении объёмов подвижной насадки и водного слоя 0,5: 0,1.

В установке для очистки дымовоздушной смеси (рис.2.6) используются два сорбера с шариковыми насадками. В качестве абсорбентов в первом сорбере применяется вода, а во втором – раствор химически активного вещества.

Рис.2.7.Установка Э01-3090 для очистки дымовых выбросов

1- насадка; 2-решётка; 3-абсорбер; 4-ороситель; 5-тройник с заслонкой; 6,7-каплеуловители; 8-труба выброса очищенного дыма в атмосферу; 9-заслонка; 10-вентилятор; 11- сливной патрубок; 12-труба слива конденсата в канализацию.

Производительность установки 6000 м 3 /ч, установленная мощность 27,5 кВт, максимальное гидравлическое сопротивление 8,2 кПа (820 мм вод. ст.), температура очищенного дыма 90 0 С. Ёмкость по воде 1,2 м 3 , разовый расход соды 6 кг, преманганата калия до 20 кг, хлорной извести – 12 кг. Габаритные размеры 6000×5600×2600 мм, занимаемая площадь 36,6 м 2 .

Установка Э01-3090 (рис.2.7) состоит из двух автономных сорберов барабанного типа. В сорберах на перфорированных решётках располагается слой полиэтиленовых шариков. Слой шариков заливается водой на высоту 350-400 мм. При прохождении через слой воды и насадки образуется так называемый «кипящий слой», в результате усиливается массобмен между дымом и водой.

Производительность установки 10800-15000 м 3 /ч, расход воды 5 м 3 /ч, расход пара при давлении 200 кПа (2 кгс/см 2) – 80кг/ч, расход электроэнергии 28 кВт∙ч, масса 4500кг.

Если вода отводится постоянно, то степень очистки дымовых выбросов по смолистым веществам возрастает до 50,5%, по бензапирену – до64,5%.

Высокая степень очистки достигается, если абсорбат непрерывно сливается в канализацию. В этом случае его надо нейтрализовать, то есть произвести дополнительную химическую очистку. При рецеркуляции абсорбата в течении 5 часов степень очистки по бензапирену уменьшается до 22%, а по смолистым веществам до 18,6%, т.е. очистка производится не эффективно, если коптильный препарат получают на установке Э01-3090.

На Московском рыбокомплексе применяется установка фирмы Flakt (Дания) с очисткой дымовых выбросов методом химической абсорбции. Установка состоит из трех ступеней. На первой ступени из потока дыма промывочной жидкостью (NaOH) улавливаются крупные частицы дыма. Промывочная жидкость разбрызгивается душирующими устройствами, насыщается твердыми частицами, фильтруется и вновь направляется к душирующим устройствам.

На второй ступени также циркулирует промывочная жидкость, в результате гидроокись натрия гидролизует сложные эфиры, преобразует фенолы и органические кислоты в легкорастворимые феноляты и натриевые соли. После определенного цикла работы промывочная жидкость нейтрализуется 98%-й серной кислотой до требуемого значения рН, после чего выводится в канализационную сеть.

Производительность установки 80000 м 3 /ч, расход воды 2-4 м 3 /, 20%-го NaOH 20-30 л/ч, 98%-й H 2 SO 4 1-2 л/ч, температура дыма – до 60 0 С. Габаритные размеры 14000×3000×3700 мм.

На рис. 2.8 представлена принципиальная схема очистки на основе трехступенчатого скруббера башенного типа фирмы Flakt.

На первой ступени на дымовые газы воздействуют соляной кислотой, при этом происходит абсорбция из дыма соединений азота (аммиак, амины). На второй ступени из дыма гипохлоридом натрия абсорбируют и окисляют соединения серы (сернистый водород и меркаптаны), альдегиды, кетоны, жирные кислоты.

Рис. 2.8. Технологическая схема трехступенчатой установки

для очистки выбросов фирмы Flakt

На третьей ступени каустиком (NaOH) из дыма выводятся избыточный хлор и остатки кислотных соединений.

На рис. 2.9 представлен скруббер Geiloote. Скруббер состоит из 4 реакционных камер, в которых находятся слои орошаемой насадки. После каждой реакционной камеры располагаются слои неорошаемой насадки, которые выполняют роль каплеуловителей, тем самым достигается более полное использование промывочной жидкости в каждой камере и исключается унос промывочной жидкости с дымовыми газами.

Первая камера предназначена для удаления твердых частиц.

Во второй камере происходит ионизация дымовых частиц, поэтому очистка здесь происходит с абсорбцией, и электростатическим осаждением. После прохождения зоны высокого напряжения заряженные частицы дыма осаждаются на поверхности насадки или каплеотделителя в результате притяжения заряженных частиц к нейтральной поверхности под действием электродвижущей силы самоиндукции или самоударения с жидкостью или твердой поверхностью.

В третьей камере происходит кислотная промывка серной кислотой. При этом из дыма удаляются щелочные компоненты (амины).

В четвертой камере на дым воздействуют едким натром, в результате из него удаляются кислотные компоненты.

Производительность установки 40000 м 3 /ч, расход 20 % - го NaOCl (в пересчете на активный хлор с массовой концентрацией 150 г/л) 1,4 кг/ч, напряжение электростатического поля 20 – 30 кВт, установленная мощность 10 кВт.

На рис. 2.10 приведена конструкция установки для очистки дыма, принцип действия которой основан на абсорбции с последующим досжиганием. Такие установки выпускает фирма Stork-Duke.

Рис. 2.9 Скруббер перекрестного потока фирмы Geiloote:

1 – первая ступень очистки; 2 – ионизационная ступень; 3 – третья ступень очистки; 4 – четвертая ступень очистки; 5, 6, 7 – смотровые окна; 8, 9, 10 – системы рециркуляции абсорбента; 11 – вентилятор.

Установка состоит из скруббера с промывочной жидкостью и печи, которая работает на газе или на мазуте. Печь может очищаться рекуператором.

Установки для досжигания применяются также промышленностью. В основном применяют термокаталитические устройства. В этих устройствах на каталитической пленке происходит окисление углеводородов и оксида углерода до углекислого газа. В качестве катализаторов применяют алюмоплатиновий, железохромовий, меднохромовий.

Следует отметить, что каталитическая активность различных органических соединений неодинакова. Поэтому степень очистки этих соединений разная. В установках термокаталитического действия обычно окисляется 75 – 97 % органических веществ.

На рис. 2.11 приведена принципиальная схема установки для каталитического досжигания. Если при термическом досжигании нейтрализация органических веществ происходит при темепратуре 700 – 800 0 С, то при каталитическом досжигании нейтрализация происходит при более низких температурах (до 550 0 С).

Установка для каталитического досжигания испытывалась на Ялтинском рыбокомбинате (рис. 2.12).

Катализаторная корзина 6 установки выполнялась с различными катализаторами: алюминоплатиновыми контактами АП-56 (0,56 % платины на окиси алюминия); ШПК -2 (0,2 % платины на шариковом носителе ШК-2); М-2 (хромоникелевая спираль с активной пленкой, содержащей тысячные доли платины).

Активность контактов АП-56 и ШПК-2 при температурах 350 – 450 0 С и объемных скоростях дымовоздушной смеси 5000 – 10000 м 3 /ч снижается из-за отложений на поверхности углеродистых соединений.

Полная очистка дымовых газов достигается при использовании катализаторов М-2, если температура катализации составляет 500 0 С, а дымовоздушная смесь движется с объемной скоростью 15000 м 3 /ч.

Рис. 2.10. Комбинированная очистная установка фирмы Stork-Duke:

1 – отвод промывной жидкости; 2 – подача воздуха; 3 – подача газа; 4 – скруббер; 5 – подача промывной жидкости; 6 – каплеуловитель; 7 – вентилятор; 8 – подача воздуха к печи; 9 – рекуператор; 10 – дымовая труба; 11 – подача воздуха в рекуператор; 12 – печь сжигания; 13 – горелка.

Рисунок 2.11 - Принципиальная схема установки для каталитического досжигания: 1 – мазутная или газовая горелка; 2 – теплоизоляция; 3 – катализатор ячеистого типа; 4 – температурный датчик за катализатором; 5 – температурный датчик перед катализатором; 6 – огнезащитная труба.

Рисунок 2.12 - Установка каталитического досжигания дымовых выбросов:

1 – вентилятор подачи дыма; 2 – вентилятор подачи воздуха; 3 – горелки; 4 – реактор; 5 – воздушный коллектор; 6 – катализаторная корзина; 7 – дымовая труба; 8 – дымосос; 9 – котел-утилизатор.

Для дезодорации дымовых газов специалистами НИИОГАЗа рекомендуются катализаторы НИИОГАЗ-17Д. Температура катализации должна составлять 350-380 0 С, а объемная скорость газового потока – 15000 – 20000 м 3 /ч.

В промышленности применяются также так называемые ионизирующие скрубберы, в которых очистка дымовых газов происходит с использованием электростатического поля высокого напряжения (рис. 2.13).

В зоне электростатического заряжения частиц 1 происходит ионизация частиц дыма. Для ионизации обычно используют орошаемые электродные пластины шириной 200 – 300 мм. Мелкие заряженные частицы попадают в слои контактных наполнителей (например, типа Tellerette). В контактных наполнителях мелкие частицы вследствие самоиндукции обратного заряда притягиваются и осаждаются промывной жидкостью. Вредные газы и газы со специфическими запахами абсорбируются промывной жидкостью, вступают с ней в реакцию и превращаются в нейтральные соединения.

Рисунок 2.13 – Принципиальная схема ионизирующего скруббера:

1 – зона электростатического заряжения частиц; 2 – распылительная форсунка; 3 – наполнители типа Tellerette; 4 – насос; 5 – поддон для сбора промывной жидкости.

Учеными Московского института народного хозяйства им. Г.В. Плеханова было разработано устройство для получения коптильной жидкости из дымовых газов (рис.2.14.)

В ионизационной камере 1 происходит отделение сажи, осаждение сравнительно крупных смол; дымовые частицы приобретают электрические заряды. В осадительную камеру 2 форсункой 3, подключенной к отрицательному полюсу источника напряжения, вводят мелкодиспергированную воду. Водный раствор до насыщения коптильными компонентами циркулирует по следующей схеме: приемник 5, насос 4, форсунка 3, сорбционная камера 2, приемник 5.

Рисунок 2.14 – Устройство для изготовления коптильной жидкости использованием электростатического поля:

1 – ионизационная камера; 2 – сорбционная камера; 3 – форсунка; 4 – насос; 5 – приемник.

Устройство можно использовать для получения коптильного препарата и очистки дымовых газов.

Показатели скрубберов различных типов приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Как видно из табл. 2.4, степень очистки дымовых газов с применением ионизирующих скрубберов (IWS) довольно высока.

5. Фильтрация дыма через воду

Одним из распространенных способов очищения воздуха, позволяющих извлекать и использовать задержанные вещества, – является фильтрование через жидкую среду. Способ достаточно эффективен как для улавливания значительно концентрированных газов, так и для конденсации паров, поглощения твердых частиц. Механизм очистки воздуха при прохождении через воду не является до конца изученным. Он представляет собой совокупность нескольких процессов, одним из которых является диффузия на границе соприкосновения сред, другим – циркуляция воздуха за счет омывания водой. Кроме того, воздушные загрязнения по признаку «поведения» в атмосфере и при перемешивании с жидкостью, можно разделить на 4 основных группы. Это «газы», пары растворимых в воде веществ, пары нерастворимых веществ и твердые частицы.

Здесь под «газами» подразумеваются соединения, не способные конденсироваться в жидкое состояние (сжижаться) при температурах, близких к комнатной (-5ºС и далее). К ним относятся сероводород, аммиак, азот, кислород, хлор, углекислый, угарный, сернистый и др. газы. Под парами будет подразумеваться взвесь микроскопических капелек или отдельных молекул веществ в воздухе, способных конденсироваться при температурах, близких к комнатной. Это пары воды, спиртов, жиров, карбоновых кислот и т.д. Твердые частицы – пыль, копоть и так далее. Рассмотрим перемешивание с водой каждой из этих групп.

Пузырек, проходя через слои воды, интенсивно омывается жидкостью. В результате слои воздуха, прилегающие к поверхности раздела воздух-вода постоянно двигаются. Находящиеся непосредственно у поверхности раздела слои этих сред интенсивно перемешиваются. Легкие молекулы газов значительно подвижнее многоатомных органических молекул примесей и уж тем более массивных по сравнению с ними твердых частиц. Поэтому при интенсивном движении молекулы, состоящие из малого количества атомов имеют большие шансы изменить направление при встрече с границей раздела и направиться обратно в пузырек. Более массивные же молекулы и частицы, приближаясь к поверхности раздела не могут быстро изменить направление, и в результате – уходят в более плотную и вязкую среду – воду. Пары ведут себя подобно твердым частицам. Находясь в пузыре, часть микроскопических капелек за счет движения слоев воздуха, сливается друг с другом. При столкновении с поверхностью воды происходит слияние с ней и растворение в жидкости капелек растворимых веществ. Для микрокапель нерасворимых в воде веществ, столкновение с поверхностью раздела приводит к конденсации. Конденсировашиеся капельки поднимаются с пузырем и объединяются вблизи поверхности воды, образуя маслянистые пятна и парафиновые «айсберги». Эффективность этой отчистки зависит от отношения объема пузырька к площади его поверхности, а так же времени подъема.

Поднимаясь все ближе к поверхности, пузырек увеличивается в объеме, так как с уменьшением глубины, давление окружающей воды падает. Иными словами, отношение объема пузырька к его площади – увеличивается. Однако, внутренняя энергия сжатого газа при прочих равных условиях, возрастает при увеличении давления. Следовательно, выше и энергия движения частиц газа. Таким образом, вероятность перехода частиц из газа в воду для пузырька под бо́льшим давлением будет выше. Поэтому желательно, чтобы пузырьков образовывалось больше, а вот их начальные объемы были предельно малы, глубина подъема была так же больше. Этого можно добиться, если конец трубки перекрыть, а в нижней ее части сделать множество маленьких дырок, находящихся друг от друга сравнительно далеко. Последнее условие необходимо, чтобы, приближаясь к поверхности, пузырьки не сливались.

Подобный способ очистки давно применяется азиатскими курильщиками в кальяне. Табачный дым через трубку попадает в сосуд, наполненный водой, проходит через воду, при этом частично очищается. Из горлышка сосуда идет еще одна трубка, с помощью которой и затягивается курильщик.

Прохождение дыма через воду сокращает количество смол, дегтя и других веществ потенциально канцерогенного характера. Исследования показали, что фильтрование дыма через воду в кальяне сокращает содержание: никотина, фенолов на 90%, мелких твердых частиц на 50%, бензопирена, ароматических углеводородов полицикликена. Отмечается сокращение канцерогенного потенциала дыма, который пересек воду по сравнению с тем, который не прошел такой фильтрации. Дым от кальяна, лишенный таких веществ как акролеин и альдегиды, в отличие от сигаретного, не раздражает слизистых оболочек горла или носа курильщиков и лиц, находящихся поблизости от кальяна

Однако, установлено, что содержание в крови котонина повышено, по сравнению с курильщиками сигарет. На этом основании исследователи сделали вывод о том, что дым, проходя через воду, теряет концентрацию лишь некоторых из своих компонентов, иные же остаются примерно в том же составе.

По мере насыщения примесями, способность воды растворять новые порции постепенно снижается. При фильтрации дыма в воде концентрируются вещества, являющиеся растворителями для некоторых органических соединений. Например, спирты и кислоты растворяют жиры, некоторые углеводороды растворяются альдегидами и кетонами. Однако, взаимное сочетание всех этих соединений может снижать растворимость соединений других классов. Поэтому, вне зависимости от формирующегося состава, залогом высокой эффективности водной фильтрации является периодическая замена воды.

Тренировок, Шведы являются признанными мировыми экспертами в пожаротушении. Многие противопожарные службы мира сегодня используют Шведский метод подготовки. В последние 10 лет в Швеции появились огневые тренажеры для подготовки ствольщиков, работающие на газовом топливе (см. рисунок 4). Их недостатком является условный характер тренировки: оператор тренажера управляет интенсивностью подачи и...

Предусматривают заранее и указывают в оперативных карточках и планах эвакуации. Тушение пожаров в детских учреждениях. Одновременно с организацией эвакуации детей и защитой путей эвакуации обеспечивают ввод стволов на основных путях распространения огня и в очаг пожара. Для тушения пожара в школах и детских учреждениях применяют воду, водные растворы смачивателей и воздушно – механическую пену...

...). Решение множества ключевых проблем современности, таких как производство продуктов питания, многих лекарств и других веществ связано с активным внедрением в жизнь биотехнологий. Столь ощутимый прогресс биологии был бы невозможен без ее активного взаимодействия с другими науками. Но парадокс современного состояния науки состоит в том, что множество исследований оказывается "на стыке наук", для...

Все эти виды встречаются повсеместно и в достаточном количестве, некоторые растения являются охраняемыми или имеют ограниченный ареал распространения. Поэтому при подготовке к выступлению в номинации «Лесные робинзоны» участники должны уметь распознавать самых известных и легко узнаваемых представителей местной флоры. Описание дикорастущих съедобных растений Бедренец - камнеломка Бедренец - ...

Коптильный дым образуется в результате сложных реакций термического распада и окисления основных частей древесины - целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы.

Насыщенность дыма органическими соединениями зависит от полноты окисления их, являющейся функцией количества воздуха, подводимого в зону горения, температуры горения и скорости отвода летучих горючих веществ из очага. Максимальный выход летучих органических соединений, образующихся при термическом распаде древесины, наблюдается при температуре около 300°. Примерно при этой же температуре (280-350°) дым содержит максимальное количество наиболее важных коптильных компонентов.

Качество коптильного дыма зависит также от породы и состояния древесины. Лучший коптильный дым образуется при использовании опилок от сухой древесины твердых лиственных пород, медленно, сгорающих, выделяющих много летучих органических соединений, в том числе ароматических и окрашивающих. Для копчения пригодны также древесина мягких пород, а также некоторые хвойные деревья, но они менее приемлемы, так как быстро сгорают, выделяя много тепла и сажи. В связи с этим древесину хвойных пород следует применять для копчения при условии образования дыма вне коптильной камеры и очистки его.

Внешним признаком хороших коптильных свойств дыма является светлая окраска его. Светлый дым образуется при медленном поверхностном сжигании сухой древесины. Дым от сырой древесины при естественном сжигании получается темным, тяжелым, с пониженными технологическими свойствами.

При получении дыма в дымогенераторах, в которых можно предварительно подсушить древесину, влажность ее имеет меньшее значение.

Взаимодействие коптильного дыма с продуктом обусловлено рядом его свойств как аэрозольной системы. Аэрозоль дыма состоит из дисперсионной среды (газо- и парообразных веществ) и дисперсной фазы - коллоидных частиц, преимущественно из вязкой жидкости и имеющих шарообразную форму со средним радиусом 0,08-0,1 мк.

Решающее значение для копчения имеют пары органических веществ и их коллоидные частицы, находящиеся в дыме в соотношении 1: 10. При этом в состоянии паров преобладают более летучие коптильные компоненты, а в виде частиц - менее летучие соединения. Структура и свойства дыма (соотношение различных фаз, степень дисперсности коллоидных частиц, наличие в дыме частичек сажи и т. д.) определяются многими факторами (условиями образования и охлаждения паров, степенью разбавления воздухом и т. п.). Более качественный в технологическом отношении дым получается при быстром охлаждении паро-газовой смеси, образующейся при сгорании древесины, и разбавлении ее значительным количеством воздуха.

Осаждение коптильного дыма на продукт находится в прямой зависимости от концентрации коптильных компонентов и скорости приближения коллоидных частиц к продукту. Частицы дыма перемещаются не только под действием внешних сил (передвижение вместе со средой, в электрическом поле и т. п.), но и под действием силы тяжести, броуновского движения и температурного градиента.

Дым, имеющий большую степень дисперсности, осаждается преимущественно под влиянием броуновского движения и температурного перепада. Дым с укрупненными частицами (вследствие коагуляции) осаждается в основном под действием силы тяжести и турбулентного движения.

При осаждении на сухие поверхности и под действием кинетических сил (отложения на липкой поверхности продукта) сказывается влияние фазы частиц. Осаждение дыма на влажную поверхность связано преимущественно с конденсацией паров, находящихся в состоянии подвижного равновесия с жидкими частицами. В этом случае скорость осаждения определяется парциальным давлением паров компонентов дыма и она возрастает при повышении температуры, а также увеличении скорости движения дыма у поверхности осаждения и уменьшается по мере подсушивания продукта. В практике копчения применяют дым различной густоты: от 0,1 г/м 3 (очень редкий дым) до 3 г/м 3 (густой дым).

Густоту дыма можно устанавливать оптическими способами. Из них наиболее пригоден метод, основанный на измерении силы света, проходящего через дым. Однако при определении густоты дыма этим способом не учитывают соотношения коптильных веществ в дисперсионной среде и дисперсной фазе.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Приготовление мяса и рыбы на холодном дыму становится все более популярным среди любителей копченостей. Процесс холодного копчения можно относительно просто организовать собственными руками даже на балконе квартире. Процедура окуривания продуктов холодным дымом не требует особых технических знаний или кухонных премудростей, потребуется только сделать дымогенератор для копчения своими руками. Остальная часть оборудования для холодного копчения представляет собой обычную деревянную коробку или шкаф, в которой подвешенные на крюке или уложенные на сетке продукты просто окуриваются холодным или теплым дымом.

Как происходит процесс холодного копчения

Большинство людей воспринимают холодное копчение, как усовершенствованную разновидность классической обработки продуктов теплом и паром. На самом деле холодное окуривание является химическим способом обработки, поэтому такая схема ближе к глубокому вялению мясного и рыбного белка.

Основой подобной обработки является специальный прибор, дымогенератор для холодного копчения, который вырабатывает парогазовую смесь со специальными характеристиками:

• Поток дыма и газа насыщен парами химически активных веществ, альдегидами, кислотами, спиртами, угарным газом и влагой. Также присутствуют продукты разложения лигнина и целлюлозы в виде дегтевой воды и смол;
• Температура парогазового потока относительно невелика, не более 40 о С, поэтому термического «варения», подобно горячему копчению, в коптильне нет.

Получить стабильный поток газа с подобными характеристиками можно только одним способом — сделать дымогенератор для холодного копчения своими руками. Дым, попадая в коптильную камеру, насыщает поверхностные слои мяса или сала химически активными веществами, и все, продукт можно извлекать и отправлять на «отдых», под навес или в прохладное место, где нет мух, пыли, сквозняка и солнечного света. Еще примерно сутки идет процесс всасывания осевших продуктов разложения опилок в ткани мясопродуктов.

К сведению! Только через сутки можно приступать к дегустации и оценке, насколько удачно прошел процесс холодного копчения. До окончания созревания продукт может разочаровать истинных ценителей копченых колбас и рыбы.

Чтобы получать отличный букет запаха и внешнего вида копченых продуктов, необходимо не просто подобрать удачную конструкцию коптильни, лучше сделать дымогенератор своими руками. Как показывает практика, у настоящего кулинара процесс улучшения коптильни своими руками, по-хорошему, не завершается никогда, постоянно вносятся поправки, модификации и усовершенствования в конструкцию, поэтому важно знать устройство дымогенератора и уметь регулировать основные его параметры.

Эффекта холодного копчения можно добиться с помощью химических добавок, но вкус мяса, обработанного химикалиями, в корне отличается от продукта, прошедшего через поток дыма, поэтому проще сделать дымогенератор для коптильни холодного копчения своими руками, чем рисковать своим здоровьем и здоровьем своей семьи.

Типовое устройство и принцип работы дымогенератора

Существует две основные схемы дымогенератора - пиролизные и конструкции с внешним теплоподводом. Для дымогенератора с внешним подводом тепла потребуется нагреватель, не менее 1000Вт, толстостенный чугунный или стальной корпус и специальная система охлаждения дыма из медной трубы. В итоге конструкция получается более тяжелой и громоздкой, но качество холодного копчения на таком дымогенераторе в разы лучше, чем в пиролизной схеме.

Для эффективной работы такого генератора дыма нужно будет устанавливать систему охлаждения, циркуляции и схему управления нагревом, например, реостат или тиристорный регулятор нагрузки, что усложняет работу, но позволяет получить очень стабильные параметры дымового потока. По сути, это хай-тек в сфере холодного копчения.

Оптимальное устройство установки для холодного копчения

Вот так устроена настоящая система холодного копчения.

Продукты находятся в камере холодного копчения. Поток дыма охлаждается в специальном теплообменнике до 30-35 о С, самое главное — освобождается от водяных паров и наиболее тяжелых компонентов парогазовой смеси, в камеру поступает подсушенная и насыщенная летучими веществами смесь. Мало того, смесь регулярно циркулирует по замкнутому контуру холодного копчения, отдавая избыток воды и насыщаясь новыми веществами. Что это дает?

Во-первых, благодаря наличию охладителя удаляется наиболее вонючая и вредная часть дыма — подсмольная вода и фенолы.

Во-вторых, поток газов движется вокруг рыбы или мяса с достаточно большой скоростью, а значит, удается избежать сразу двух возможных проблем - холодной закалки и характерной горечи копчения. Холодная закалка возникает в тех случаях, когда продукт из-за перепада температуры на улице или недостаточно хорошо очищенного дыма от влаги, в процессе холодного копчения покрывается тонким слоем воды, защищающим поверхность мяса от глубокого проникновения ценных компонентов дыма. В результате получается, что внешняя часть будет делаться перенасыщенной продуктами холодного копченая, а внутри продукт остается сырым.

Домашний вариант дымогенератора для камеры холодного копчения

В домашних условиях можно сделать обе, но большинство ленивых любителей продуктов холодного копчения предпочитают пиролизный тип генератора дыма по вполне объективным причинам:

• Простота конструкции, для сборки самых примитивных генераторов можно использовать даже консервные банки и водопроводную фурнитуру;
• Для работы пиролизной системы генерации дыма не требуется мощных нагревателей, достаточно 5-10 Вт для питания электровентилятора или компрессора;
• В потоке дымовых газов значительно больше активных веществ, ниже температура и стабильнее поток дыма.

Независимо от того, какие схемы и чертежи дымогенератора для холодного копчения своими руками вы используете, параметры дыма будут примерно одинаковыми. Различие будет касаться степени очистки дыма и удобства обслуживания устройства после использования по назначению.

Работу установки можно пояснить на приведенной ниже схеме дымогенератора.

Конструктивно газогенератор состоит из трех основных частей:

• Емкости из жаропрочного материала, чаще всего корпус делается из нержавеющей стали или плакированной алюминием чугунной трубы дымохода;
• Узла отбора горячих газов, образующихся вследствие разложения опилок при высокой температуре;
• Компрессора для подачи воздуха в дымогенератор и наддува продуктов разложения опилок вовнутрь шкафа для холодного копчения продуктов.

Мелкая буковая или вишневая щепа засыпается на дно корпуса дымогенератора. Для холодного копчения идеально подходят абрикос, вишня, яблоня. Хуже - ольха и бук, категорически нельзя использовать хвойные породы древесины, березу, осину, тополь и дерево, выросшее на берегу водоема с непроточной водой.

Это наиболее подходящее сырье для получения качественного холодного дыма. В нижней части корпуса имеется отверстие для подсоса воздуха. После розжига включается компрессор, который нагнетает воздух в две трубки. В данном случае одна трубка вставлена коаксиально внутрь другой трубы. Это устройство называется инжекторным насосом. При движении воздушного потока происходит подсасывание дыма, и внутри дымогенератора возникает разряжение. Часть воздуха через поддувало проникает внутрь корпуса дымогенератора и подпитывает процесс термического разложения опилок.

Теоретически процесс полностью автономен и не требует участия человека в процедуре холодного копчения. На самом деле, в отдельных случаях, опилки «цементируются» выделяющимися дымом и смолистыми парами, и часто приходится постукивать по корпусу, чтобы обрушить выгоревший свод топлива в дымогенераторе и продолжить процесс холодного копчения.

Наиболее популярные конструкции генератора холодного дыма

За редким исключением, в большинстве случаев свой, кустарно сделанный, дымогенератор дает возможность коптить продукты на приемлемом уровне качества. Поэтому проблем в том, как сделать дымогенератор, нет абсолютно никаких. Можно брать любую понравившуюся, проверенную на практике схему дымогенератора для холодного копчения, и строить ее в соответствии с рекомендациями разработчика.

В качестве примера классических дымогенераторов можно привести два варианта — с верхним отбором дыма и с забором газов непосредственно из зоны горения в нижней части корпуса.

Совет! Для корпуса генератора холодного дыма используйте только жаропрочные материалы, лучше всего подойдет жаровая труба дымохода из нержавейки диаметром 125 мм или 150 мм.

О том, насколько подходящим получается генератор холодного дыма из такого материала, можно узнать из видео:

Верхний вариант дымогенератора

Генератор холодного дыма с верхним отбором продуктов разложения представляет собой цилиндрический корпус нержавеющей стали, нижняя часть которого закрывается крышкой на винтах-барашках, в верхней холодной части установлен инжекторный узел, подключенный к воздушному компрессору. Главное — не столько точно придерживаться размеров и конструкционных особенностей дымогенератора, сколько сделать его управляемым или настраиваемым под конкретные условия холодного копчения. В данном случае чрезвычайно важно точно воспроизвести инжектор в верхней части устройства. Трубка дымохода может изготавливаться из меди или алюминия, любого металла с высокой теплопроводностью.

Для установки инжектора к корпусу приваривается муфта с внутренней резьбой. На трубку инжектора напрессовывается втулка с наружной резьбой, что позволяет вращением настраивать работу инжекторного узла.

В нижней части корпуса дымогенератора устанавливается сетка для золы, просверливается отверстие для розжига и подсоса воздуха в зону горения. Чтобы сделать генератор более эффективным, в конструкцию нужно добавить промежуточный узел между дымоходом и камерой холодного копчения, приведенный на схеме.

Такое решение позволит управлять не только расходом дыма, но и его температурой, соответственно, качество мяса или рыбы холодного копчения будет намного выше, а количество попавших в камеру с дымом фенолов уменьшится вдвое-втрое.

Схема дымогенератора с нижним отбором дымовых газов

Добиться дополнительной очистки дыма можно с помощью встроенной в корпус генератора медной трубы, именуемой лифтом парогазовой смеси. В этом случае конструкция дымогенератора выглядит следующим образом.

Корпус изготавливается сваркой из листового металла, в нижней части конструкции днище заваривается герметично, оставляется только резьбовое отверстие для розжига опилок, которое после запуска дымогенератора закрывается болтом. Опилки засыпаются по уровню на ¾ высоты корпуса генератора. Воздух подается от компрессора по вертикальной медной трубке, а продукты горения отводятся через боковой штуцер в верхней части корпуса. Дымогенератор может работать и в обратном порядке, если через дымовую трубу подавать воздух, то продукты горения и дым будут подыматься по медному лифту, охлаждаться и освобождаться от фенольной воды. Кроме того, опилки в дымогенераторе будут подсушиваться и разрыхляться дымом.

Компрессор для дымогенератора

Кроме инжектора и охладителя, третьим регулируемым узлом дымогенератора является компрессор. Чаще всего для этих целей используют переделанные маломощные кулеры от компьютера или даже аквариумные компрессоры. Наиболее удачным решением можно назвать вариант собранного компрессора для дымогенератора своими руками на основе пляжного 12-ти вольтового аппарата для накачки матрацев и надувных диванов, как на видео:

Совет! К стандартному устройству необходимо лишь добавить регулятор оборотов, и получается идеальный компрессор для дымогенератора. Все остальные варианты получаются либо слишком маломощными, либо громоздкими.

Заключение

Корпус дымогенератора нельзя изготавливать из любых крашеных или покрытых оловом емкостей, например, консервных банок или другой тары. Олово, свинец, припои, краска — все, что вступает в контакт с потоком дыма и разогретыми парами кислот и спиртов, рано или поздно переходит в летучую форму и оказывается внутри камеры холодного копчения. Кроме того, если в конструкции коптильни планируется применение электростатического поля, нужно будет очень тщательно очищать дым от смолы и воды.