CC BY
8
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ КОПТИЛЬНОЙ СРЕДЫ
Е.П. Лаптева (Дальрыбвтуз, г. Владивосток)
Исследовано влияние технологических параметров распыления коптильного препарата на дисперсный состав коптильной среды. Установлены основные закономерности ее образования. Определены оптимальные параметры получения стабильной коптильной среды.
The influence of technological parameters of dispersion smoking of a preparation on structure of environment is investigated. The basic laws of her formation are established. The optimum parameters of reception of stable smoke environment are determined in this work.
Перспективным направлением развития технологии копченых продуктов является использование коптильных препаратов, позволяющих получать экологически безопасную копченую продукцию, легко регулировать и автоматизировать процесс копчения, снизить его продолжительность и энергозатраты, улучшить санитарно-гигиенические условия труда, решить вопросы экологии коптильного производства.
В практике эффективное использование коптильных препаратов определяется выбранным способом, а также технологическими параметрами процесса обработки полуфабриката. В настоящее время известно достаточно большое количество способов использования коптильных препаратов для получения копченых рыбных продуктов. Наиболее экономичным и технологичным из них является способ, основанный на распылении коптильного препарата.
Основное достоинство данного способа обработки заключается в том, что процесс копчения, включающий осаждение коптильных компонентов на поверхность продукта, диффузию во внутренние слои, взаимодействие с компонентами продукта, максимально приближен к условиям традиционного дымового копчения [1].
При распылении коптильного препарата образуются аэрозоли с различной степенью дисперсности. От степени дисперсности зависит стойкость образуемых при распылении аэрозолей, а также определяется интенсивность осаждения частиц, что влияет на качество готовой продукции [2, 3].
Для получения аэрозоля коптильного препарата в практике бездымного копчения применяют распыление с помощью пневматических форсунок. При пневматическом способе диспергирования энергия подводится к жидкости главным образом в результате взаимодействия ее с высокоскоростным потоком газа (распыливающим агентом). Благодаря большой скорости потоков в форсунки жидкость сначала расслаивается на отдельные нити, которые затем распадаются на капли. Длительность существования статистически неустойчивой формы в виде нитей зависит от относительной скорости газа: чем больше относительная скорость, тем более дисперсным получается распыл [4]. Следовательно, дисперсность получаемых аэрозолей зависит от параметров распыления коптильного препарата.
С учетом этого был проведен комплекс экспериментов по изучению закономерностей процесса образования рабочей коптильной среды, оценки ее стабильности и приемлемости для обработки рыбы.
Для оценки влияния параметров распыления коптильного препарата «ВНИРО» на размерномассовую характеристику дисперсной части рабочей коптильной среды использовали форсунку внутреннего смешения с выходным сечением 7,065-10-6 м2.
В качестве определяющего параметра процесса выбрано давление воздуха, создаваемое в системе распыления препарата компрессором. В соответствиии с методикой проведения эксперимента при различном давлении воздуха в системе распыления (Р) для выбранной пневматической форсунки внутреннего смешения с выходным сечением 7,065-10-6 м2 аналитически рассчитывали скорости истечения: коптильного препарата (шкг), воздуха (юв), газожидкостной смеси (шсм). Результаты расчетов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Скорости истечения из форсунки при различном давлении (Р) воздуха
Р, кПа ав, м/с ^кт м/с тСм, м/с
100 117,6 0,17 108,4
150 144,0 0,20 134,6
200 166,0 0,25 160,0
250 185,9 0,28 175,4
300 200 0,31 189,6
Анализ табличных данных позволил установить зависимость скорости истечения газожидкостной смеси из форсунки при распылении коптильного препарата «ВНИРО» в диапазоне
варьирования давления от 100 до 300 кПа, температуре холодного копчения рыбы 20-22 0С и рекомендованной относительной скорости коптильной среды 2-3 м/с (рис. 1).
210 |
190 ; у
170 Ё о 150 ;
5 130 Ё ^ 110 I
90 ;
70 ;
50 —I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I
50 150 250 350
Р, кПа
Рис. 1. Зависимость скорости истечения газожидкостной смеси от давления воздуха
Полученная графическая зависимость свидетельствует о том, что чем выше давление воздуха, тем выше скорость истечения газожидкостной смеси. При повышении подаваемого на форсунку давления от 100 до 300 кПа скорость истечения газожидкостной смеси изменяется от 108,4 до 189,62 м/с. Математическая обработка данных позволила представить зависимость скорости истечения газожидкостной смеси от давления, создаваемого в системе распыления коптильного препарата в виде линейного уравнения (1).
Методом электрон-микроскопического анализа установлено влияние скорости истечения газожидкостной смеси из форсунки и, соответственно, давления в системе распыления коптильного препарата на дисперсный состав получаемой коптильной среды (табл. 2).
Таблица 2
Дисперсный состав коптильной среды
Давление в системе распыления, кПа Скорость истечения газожидкостной смеси, м/с „ ( диапазон Размер частиц 1 ^ средний , мкм
10-50 30 50-90 70 свыше 90
шт. % шт. % шт. %
100 108,4 - - 17 2,0 799 98,0
150 134,6 35 4,2 775 94,0 14 1,6
200 160,0 798 95,0 25 2,9 17 2,1
250 175,4 834 98,7 7 0,8 3 0,2
300 189,6 837 99,0 5 0,8 2 0,2
Экспериментальные данные показывают, что чем больше давление, создаваемое в системе распыления, тем более дисперсной получается коптильная среда. Так, если в системе распыления давление 200-300 кПа, то средний размер частиц (95-99 %) не превышает 30 мкм. Понижение давления до 100 кПа приводит к увеличению среднего размера частиц коптильной среды, основная масса частиц при этом имеет средний диаметр более 90 мкм.
Аналитическим методом с помощью эмпирического уравнения Weiss, Worsham [5] для пневматической форсунки установлена зависимость среднего диаметра частиц коптильной среды от скорости истечения газожидкостной смеси (рис. 2).
Полученные аналитическим путем
графическая и математическая зависимости адекватны данным табл. 2. Это позволяет
использовать предложенное уравнение (2) с учетом уравнения (1) для расчета и регулирования дисперсного состава коптильной среды, получаемой путем распыления препарата «ВНИРО».
Так, с увеличением скорости истечения газожидкостной смеси от 108,4 до 189,62 м/с средний диаметр частиц уменьшается от 133 до 27,3 мкм.
Следовательно, при распылении коптильного
w м/с
Рис. 2. Зависимость изменения диаметра капель от скорости истечения газожидкостной смеси
препарата пневматической форсункой основным параметром, влияющим на дисперсность получаемого аэрозоля, является скорость истечения газожидкостной смеси, которая зависит от давления, создаваемого в системе распыления. Полученная зависимость не противоречит данным, полученным ранее [4].
Для оценки влияния дисперсного состава коптильной среды на качество копченой продукции при давлении 100-250 кПа и температуре холодного копчения рыбы 20-22 0С осуществляли циклическое распыление коптильного препарата «ВНИРО». Продолжительность каждого цикла распыления составляла 20 с, а продолжительность последующей рециркуляции - 5 мин. Полученной коптильной средой при рекомендованной относительной скорости 2-3 м/с обрабатывали филе терпуга. Результаты анализа содержания отдельных групп коптильных компонентов и органолептическая оценка обработанного филе приведены в табл. 3.
Таблица 3
Оценка качества филе терпуга, обработанного коптильной средой различной дисперсности
Средний диаметр частиц, мкм Содержание в филе Суммарная органолептическая оценка, баллы
фенолов, мг/100 г кислот, %
133 1,04 0,35 14,6
68 1,40 0,42 15,4
40 1,45 0,52 16,9
30 1,52 0,55 17,5
Анализ полученных данных показал, что существует зависимость изменения качества филе от дисперсности коптильной среды. Наиболее высокую оценку получили образцы, обработанные коптильной средой с диаметром капель 30 и 40 мкм. Филе имело равномерный золотисто-коричневый цвет кожного покрова, приятный аромат и вкус копчения. Характерной особенностью филе, обработанного аэрозолем с диаметром капель 133 и 68 мкм, является темно-серый цвет поверхности, образцы имели недостаточно выраженный вкус и аромат копчения.
Известно, что применяя рециркуляцию и более тонкое диспергирование препарата, можно усилить примерно в 2-2,5 раза эффект копчения и резко сократить расход коптильного препарата по сравнению с обработкой образцов в статическом или полустатическом аэрозольном облаке коптильного препарата [6]. В то же время при турбализации потока происходит столкновение частиц и их укрупнение, в результате происходит увеличение доли частиц с большим диаметром. При укрупнении частиц проявляется действие гравитационных сил, и частицы начинают осаждаться не только на продукт, но и на стенки камеры, что является следствием потери коптильного препарата и ухудшения качества готовой продукции [2, 3, 7]. С учетом полученных данных, сопоставимых с известными, исследовали влияние продолжительности одного цикла распыления препарата, а также продолжительности последующей рециркуляции коптильной среды на концентрацию компонентов в коптильной среде. Коптильный препарат распыляли через пневматическую форсунку под давлением 200 кПа, продолжительность распыления изменяли от 10 до 50 с. Результаты изменения концентрации коптильных компонентов в коптильной среде представлены на рис. 3.
Из данных рис. 3 видно, что с увеличением продолжительности распыления препарата от 10 до 50 с концентрация коптильных компонентов (по фенолам) в коптильной камере возрастает. В то же время при последующей рециркуляции коптильной среды происходит снижение концентрации фенолов в ней. При этом чем выше начальная концентрация, тем интенсивнее в первый период рециркуляции проистекает это снижение. Так, при распылении коптильного препарата в течение 10-20 с концентрация фенолов снижается на 40-42 %, а при распылении в течение 30-50 с - на 56-63 %.
Установленный факт обусловлен коагуляцией и осаждением частиц коптильной среды, скорость которых пропорциональна концентрации частиц и квадрату их диаметра соответственно [8]. Это проявляется в значительных подтеках коптильного препарата на внутренних поверхностях коптильной камеры, наблюдаемых при распылении его более 20 с, когда расход препарата превышал 35 г/м3 рабочего объема камеры за один цикл.
Продолжительность рециркуляции, мин
продолжительности рециркуляции при распылении препарата р течение: 1 - 10 с; 2 - 20 с; 3 - 30 с;
4 - 40 с; 5 - 50 с.
С целью определения условий распыления коптильного препарата «ВНИРО» и последующей рециркуляции коптильной среды и их влияния на качество подкопченной продукции филе терпуга обрабатывали коптильной средой, полученной при давлении 200 кПа. Продолжительность каждого цикла распыления варьировали от 10 до 50 с, при этом расход коптильного препарата за один цикл распыления изменялся от 20 до 96 г/м3 рабочего объема камеры, продолжительность последующей рециркуляции варьировали от 2 до 6 мин.
Статистическая обработка экспериментальных данных позволила представить зависимость органолептической оценки (У) экспериментальных образцов филе от дозировки коптильного препарата в одном цикле и последующей рециркуляции коптильной среды в виде уравнения (3):
У = 15,52 + 0,038x1 + 0,77x2 + 0,0037х1х2- 0,00076хг2- 0,16х22,
(3)
где х1 - расход коптильного препарата «ВНИРО» за один цикл, г/м3;
х2 - продолжительность рециркуляции коптильной среды, мин.
Математический анализ уравнения (3) позволил определить оптимальные условия получения коптильной среды, при которых суммарная органолептическая оценка копченых образцов не снижалась ниже 18 баллов:
х1 = 30 ± 5 г/м3; х2 = 2,5 ± 0,5 мин.
При обработке филе полученной коптильной средой исходили из того, что качество копченой продукции зависит от количества вносимых коптильных ингредиентов, так как последние данные по вредности для человека некоторых коптильных компонентов показали необходимость уменьшения массовой доли компонентов до 2 мг/100 г по содержанию фенолов.
По мнению большинства исследователей, фенолы являются основными носителями аромата и вкуса копчения [1, 9], в то же время она обладают сильным общетоксичным действием и являются веществами второго класса опасности [10].
Для определения рациональной дозировки коптильного препарата «ВНИРО» при допустимых условиях получали коптильную среду, которой обрабатывали соленый полуфабрикат, изменяя при этом количество циклов распыления коптильного препарата. Результаты исследований представлены в табл. 4.
Таблица 4
Содержание фенолов и органолептическая оценка филе, обработанного коптильной средой
Количество циклов распыления Содержание фенолов в мышечной ткани, мг % Органолептическая оценка, балл
Филе терпуга
8 0,59 17,5
10 1,15 17,8
13 1,5 18,3
15 2,05 18,5
20 2,95 16,7
Филе сельди
8 0,46 16,2
10 1,25 18,36
13 1,75 18,5
15 2,36 16,5
20 2,68 16,2
Филе горбуши
8 0,58 16,4
10 1,10 18,0
13 1,55 19,0
15 2,15 16,5
20 2,90 16,0
Результаты анализа экспериментальных данных (табл. 4) показывают, что различное количество циклов распыления коптильного препарата обеспечивает различную концентрацию фенолов в мышечных тканях филе, что позволяет в определенной степени регулировать качественные показатели готовой продукции.
Все образцы филе имели оттенки запаха и вкуса копчения. Однако образцы с различной концентрацией фенолов имели и различную степень выраженности аромата и вкуса копчения. Так, например, при количестве циклов распыления 8-13 наблюдался слабо выраженный аромат и вкус,
характерный для подкопченной продукции, содержание фенолов в мышечной ткани не превышало 2 мг/100г. А при увеличении количества циклов до двадцати образцы имели резко выраженный аромат и вкус копченого продукта.
В результате эксперимента было установлено, что для получения подкопченной продукции количество циклов распыления коптильного препарата должно быть 10-13, при этом общий расход коптильного препарата за весь цикл копчения составляет 2-2,5 % от массы обрабатываемого полуфабриката в камере.
Таким образом, результаты исследований позволили установить оптимальные параметры получения коптильной среды: давление в системе распыления коптильного препарата - 200 кПа, обеспечивающее размер частиц не более 40 мкм, расход препарата - 25-35 г/м3 рабочего объема камеры за один цикл, время между циклами распыления - 2-3 мин, количество циклов - 10-13.
Литература
1. Ким Э.Н. Основы бездымного копчения гидробионтов: Монография. - Владивосток:
Дальрыбвтуз (ТУ), 1998. - 180 с.
2. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. - М.: Изд-во АН СССР, 1955. - С. 351.
3. Воскресенский Н.А. Посол, копчение и сушка рыбы. - М.: Пищ. пром-сть, 1966. - 564 с.
4. Пажи Д.Г., ГалустовВ.С. Основы техники распыливания жидкости. - М.: Химия, 1984. - 254 с.
5. WeissM., Worsham C. - Chem. Eng. Sci., 1960, vol. 12, p. 24 - 26.
6. Курко В.И. Основы бездымного копчения. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. - 232 с.
7. Хван Е.А. Обработка рыбы копчением. - М.: Пищ. пром-сть, 1976. - 112 с.
8. Курко В.И. Химия копчения. - М.: Пищ. пром-сть, 1969. - 343 с.
9. Ким И.Н., Коротков В.И. Производство копченой продукции (эколого-гигиенические и технологические аспекты): Монография. - Владивосток: Дальнаука, 2001. - 247 с.
