Способы получения коптильного дыма

Копченую продукцию, пользующуюся устойчивым спросом населения в России, традиционно изготавливают с использованием древесного дыма, при этом степень выраженности специфических свойств копчености (аромат, вкус и цвет) зависит от многих факторов, но в первую очередь определяется содержанием фенолов, кислот и карбонильных соединений.

Количественное содержание и качественный состав дисперсной фазы и органических соединений в коптильном дыме в определенной мере зависят от способа его получения. В настоящее время используются в основном три способа генерации дыма — тление, трение и парогенерация. За рубежом эксплуатируются аппараты всех трех типов, в РФ — в основном дымогенераторы тления древесины.

Дымогенераторы, работающие на принципе тления опилок, подразделяются на две группы: с постоянно подогреваемой поверхностью нагрева и без внешнего под вода тепла При использовании дымогенераторов с подогреваемой поверхностью нагрева образование дыма осуществляется при термическом распаде опилок в тонком слое на подах с температурой 350—450 °С со свободным доступом воздуха в зону пиролиза древесины. В этом случае термический распад органической массы древесины происходит в одном слое и до минимума снижается вероятность прохождения первичных продуктов пиролиза через локализованные участки высоких температур, а следовательно, практически исключается вторичный перегрев компонентов первичного распада опилок.

В настоящее время данный способ практически не используется из-за значительного расхода электроэнергии, хотя предпринимаются попытки генерации дыма с использованием энергии инфракрасного излучения.

При работе дымогенератора без внешнего подвода тепла термический распад древесины происходит за счет внутреннего теплообразования в толстом слое при ограниченном доступе воздуха в зону дымообразования. Наличие значительного фронта термического распада древесины не позволяет регулировать и контролировать температуру ее пиролиза, что приводит к периодическому образованию локальных очагов пламени с температурой порядка 600—1000 °С и выше. Это негативно сказывается на качестве коптильного дыма из-за возможного интенсивного повышения содержания канцерогенных соединений класса полициклических ароматических углеводородов под воздействием свободно-радикального механизма их образования. Следует отметить, что данный способ получения дыма является наиболее распространенным и при его использовании появляется возможность смешивания опилок, гранул, щепы и листьев различных пород древесины во всевозможных сочетаниях, а также введения в них специфических добавок, направленных на придание пикантных вкусовых особенностей копченым изделиям.

В дымогенераторах трения процесс образования дыма осуществляется из специально заготовленных брусьев при температуре порядка 380 °C. Особенностью данного способа является быстрое образование дыма, а также перегрев рабочих поверхностей устройства, приводящий к воспламенению древесины. Поэтому дымогенератор работает в импульсном режиме, когда процесс термического распада древесины чередуется с паузами, что позволяет управлять количеством образующегося дыма и оптимизировать процесс копчения.

К очевидным недостаткам данного способа образования дыма следует отнести большой расход электроэнергии, наличие интенсивного шума и специфические вкусовые особенности продукта, несколько отличные от изделий традиционного копчения. Это обусловлено тем, что температура и условия пиролиза древесины существенно влияют на химический состав образующейся среды, например, в составе фенольной фракции ощущается дефицит ароматнесущих компонентов. Заметны и другие различия анализируемого дыма от дыма, полученного традиционным способом. В частности, соотношение фенолов, кислот и карбонильных соединений в дыме, полученном методом трения, составило 1: 19: 9, а в дыме, полученном методом тления опилок в толстом слое, их соотношение составило 1: 25: 24.

В России данный способ получения дыма до последнего времени практически не использовался, а его нынешнее распространение связано в основном с созданием многочисленных пищевых предприятий, работающих на зарубежном оборудовании, как правило, демонтированном.

Получение дыма в «паровом» генераторе осуществляется термическим разложением опилок или щепы сухим перегретым паром высокого давления с температурой 280—380 °С. Полученная среда характеризуется низким содержанием смолы, высокой концентрацией легколетучих органических соединений, преимущественно карбонильной и кислотной природы, повышенно чувствительных к избыточному содержанию кислорода в зоне дымообразования. Пар обогащает зону пиролиза древесины кислородом, чем повышается вероятность распада образующихся фенолов до альдегидов и кислот. Для эффективного ведения процесса копчения в данной среде необходимо, чтобы температура поверхности обрабатываемого изделия была заметно ниже температуры среды, что обеспечивает интенсивное осаждение коптильных компонентов на поверхности продукта. Повышенная влажность коптильного пара ограничивает его использование в основном для изготовления продукции горячего копчения.

Органолептические показатели продуктов, изготовленных с применением данной коптильной среды, существенно отличаются от свойств изделий дымового копчения. Например, только после нескольких дней хранения копченая продукция по аромату приближается к изделиям традиционной выработки. Дым от парогенератора, для получения которого требуется длительный предварительный нагрев древесины, легко конденсируется в скрубберах, в связи с чем в коптильных установках относительно легко решается проблема очистки дымовых выбросов.

Информации об использовании коптильного пара для производства копченых изделий в России пока нет, но, принимая во внимание опыт распространения фрикционного дымогенератора, можно предположить, что в ближайшем будущем возможно использование паровых аппаратов при изготовлении пищевых продуктов. Это явилось причиной детального анализа данного способа получения коптильной среды.

При определении содержания дисперсной фазы, фенолов, кислот и карбонильных соединений в дыме в целом и отдельно в дисперсной фазе использовались типовые дымогенераторы, эксплуатируемые в коптильных цехах рыбоперерабатывающих предприятий Приморского края: дымогенератор ПСМВНИРО, в котором дым получали тлением тонкого слоя опилок на элекгронагреваемом поде при 400 °C со свободным доступом воздуха в зону дымообразования; дымогенераторы Н20- ИХА. ОЗ и СГ-2 конструкции эстонского рыболовецкого колхоза, Н10-ИД2Г-1 конструкции ЦПКТБ «Азчеррыба» и конструкции фирмы Laska (Германия), в которых дым получали тлением древесины в толстом слое при ограниченном доступе воздуха в зону термического разложения; дымогенератор конструкции фирмы Maurer (Германия), образование дыма в котором происходило трением бруса ясеня о металлическую поверхность. В таблице 2 приведены способы получения дыма в исследуемых дымогенераторах и характеристика используемой при этом древесины.

Анализ таблицы 3 показывает, что наиболее концентрированными по общему содержанию дисперсной фазы и коптильных компонентов является дым, получаемый в дымогенераторе СГ-2. При пиролизе опилок влажностью (40,0 ± 3,0) % концентрация дисперсной фазы, фенолов, кислот и карбонильных соединений составила соответственно (4682,4 ± 939,5), (272,6 ± ± 70,4), (784,0 ± 212,5) и (648,3 ± 142,9) мг/м³. Общая концентрация фенолов, кислот и карбонильных соединений в анализируемом дыме составила (2384,6 ± 295,8) мг/м³, при этом превалирующей по массе оказалась доля кислот (55,1 ± 1,0) %, а доли карбонильных соединений и фенолов распределились соответственно (31,4 ± 1,0) и (13,5 ± 0,5) %.

Высокая концентрация дисперсной фазы и основных коптильных компонентов в дыме связана, вероятно, с конструктивными особенностями дымогенератора, поскольку данный аппарат является одним из наиболее высокопроизводительных дымогенераторов, эксплуатируемых в коптильных цехах рыбоперерабатывающих предприятий, и состоит из двух автономных секций пиролиза древесины, объединенных общим дымоводом.

Пиролиз древесины в данном дымогенераторе осуществляется при низком коэффициенте избытка воздуха. Это приводит к периодическому образованию локальных очагов пламени с высокой температурой в зоне тления опилок и получению дыма повышенной концентрации. Высокое содержание дисперсной фазы в дыме может быть обусловлено также использованием опилок повышенной влажности, что способствует интенсивному образованию аэрозольных частиц.

Таблица 2

Характеристика дымогенераторов

Физико-химические показатели коптильного дыма

Таблица 3

Высокая концентрация дисперсной фазы и основных коптильных компонентов отмечена также в дыме, получаемом в дымогенераторе Н20-ИХА.03, что, возможно, связано с использованием гранулированной щепы ольхи, при пиролизе которой образуется дым повышенной концентрации по сравнению с опилками и хвойными породами древесины. В целом следует отметить, что при использовании дымогенераторов, работающих без внешнего подвода тепла, образуется дым повышенной концентрации.

Одним из наиболее низких по общему содержанию анализируемых компонентов является дым, получаемый в дымогенераторе ПСМ-ВНИРО, что обусловлено следующими причинами. Образование дыма в данном аппарате происходит на элекгронагреваемом поде при свободном доступе воздуха в зону пиролиза древесины и быстром отводе образующегося дыма. Наличие избытка воздуха, вероятнее всего, является причиной невысокой концентрации исследуемых компонентов в дыме.

Исследование структуры коптильного дыма, получаемого в различных аппаратах, показало, что во всех случаях превалирующим по массе было содержание кислот, доля которых составляла от (46,4 ± 1,5) % (дымогенератор Н10-ИД2Г-1) до (6,4 ± 0,6) % (дымогенератор Maurer). Затем по общей концентрации следуют карбонильные соединения, доля которых в структуре коптильного дыма составляла от (29,6 ± 0,6) %.

(дымогенератор Maurer) до (39,7 ± 1,2) % (дымогенератор Н10-ИД2Г-1). По процентному содержанию фенолов наиболее высокие показатели наблюдались у дыма, получаемого в дымогенераторах Maurer (14,0 ± 0,5) % и Н20-ИХА.03 (14,0 ± 0,5) %, а самые низкие (11,0 ± 0,7) % — в дыме, получаемом в дымогенераторе ПСМ-ВНИРО.

Распределение основных коптильных компонентов между дисперсной фазой и дисперсионной средой выявило, что на долю дисперсной фазы приходится большая часть соединений от их общего содержания в дыме. Наиболее высокое содержание фенолов, кислот и карбонильных соединений в дисперсной фазе наблюдалось в дыме, образуемом в дымогенераторе СГ-2, и составляло соответственно (71,3 ± 7,4), (68,8 ± 4,5) и (65,9 ± 3,2) % от их общего содержания в дыме. Далее в порядке снижения следовали дымогенераторы фирмы Maurer, Н20-ИХА.03, Н10-ИД2Г-1, ПСМ-ВНИРО. Наиболее низкое содержание исследуемых компонентов в дымовых частицах наблюдалось в дыме, получаемом в дымогенераторе фирмы Laska, где содержание фенолов, кислот и карбонильных соединений в дисперсной фазе составило соответственно (56,5 ± ± 3,1), (56,3 ± 3,5) и (50,7 ± 3,4) % от их общего содержания в дыме.

Следует также отметить неравномерное распределение анализируемых компонентов дыма между дисперсной фазой и дисперсионной средой (таблица 4). Например, большая часть фенольных соединений сосредоточена преимущественно в дымовых частицах. Это распределение, вероятно, связано со специфическими свойствами индивидуальных веществ и параметрами исследуемого дыма, при которых фенолы, обладающие низкой упругостью паров, легко конденсируются на дымовых частицах. В то же время содержание летучих кислот и особенно карбонильных соединений более равномерно распределено между дисперсной фазой и дисперсионной средой.