CC BY
14
XXXXXXXXX electrical technologies, electrical equipment XXXXXXXXX XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX
4.3.2 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ _И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА _
Научная статья
УДК 664.08:664.951.3+621.3.082.72 Б01: 10.24412/2227-9407-2023-10-54-66
Повышение эффективности работы электростатической коптильной установки
Василий Вячеславович Селунскийш, Андрей Николаевич Ткачёв2, Владимир Юрьевич Чурин3
12Южно-Уральский технологический университет, Челябинск, Россия 3 Компания «Артель», Челябинск, Россия
1 уа$-8е1итЫу@тай.ги, https://orcid.org/0009-0009-9995-5678
2 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-6501-1496
3 [email protected], https://oгcid.oгg/0009-0004-1930-751Х
Аннотация
Введение. В работе определена рациональность применения в настоящее время способа электрокопчения при изготовлении рыбопродуктов. Показан механизм производства рыбных продуктов указанным способом, приведены преимущества и недостатки технологии электрокопчения. Приведена оценка применяемого оборудования для электростатического копчения. Получены аналитические выражения, позволяющие рассчитать скорость осаждения частиц коптильного препарата на продукт. Разработаны рекомендации по модернизации установки электростатического копчения УЭС-1 «Москит», позволяющие повысить качество готового продукта.
Материалы и методы. При монтаже устройства электростатического копчения были использованы металл (лист, уголок, труба), пластмасса, полупроводниковые приборы, проводниковые материалы. Способами изучения при проектировании и испытаниях были выбраны сравнительный и аналитический методы. Результаты. В статье обоснован способ электростатической обработки при производстве рыбы холодного копчения. Представлены аналитические выражения, с помощью которых можно рассчитывать скорости осаждения заряженных частиц коптильного дыма на обрабатываемый продукт в зависимости от напряженности электрического поля. Разработаны рекомендации по модернизации конструкций серийных установок электростатического копчения с целью улучшения качества готовой продукции.
Обсуждение. Некоторые современные установки электростатического копчения уже оборудованы устройствами для охлаждения коптильного дыма, что делает внедрение предлагаемого в работе дымогенератора не актуальным. Существуют некоторые технические решения, позволяющие улучшить равномерность копчения продуктов, располагаемых в коптильной камере, даже при непрерывной работе источника высокого напряжения. Для таких установок не нужно обеспечивать пульсирующий режим работы высоковольтного источника и предлагаемое устройство автоматики не нужно.
Заключение. По результатам проведенной работы был разработан ряд мероприятий, позволяющих улучшить качество рыбы холодного копчения, производимой на электростатической установке. Качество готового продукта повышается за счет соблюдения температурного режима коптильного дыма и обеспечения автоматического управления высоковольтного источника напряжения.
Ключевые слова: высоковольтный источник, дымогенератор, качество продукта, коптильный дым, рыбопродукты, электрическое поле, электрокоптилка, электрокопчение
© Селунский В. В., Ткачёв А. Н., Чурин В. Ю., 2023
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
Для цитирования: Селунский В. В., Ткачёв А. Н., Чурин В. Ю. Повышение эффективности работы электростатической коптильной установки // Вестник НГИЭИ. 2023. № 10 (149). С. 54-66. DOI: 10.24412/2227-94072023-10-54-66
Improving the efficiency of the electrostatic smoker
Vasily V. Selunskiy1^, Andrey N. Tkachev2, Vladimir Yu. Churin3
12 South Ural Technological University, Chelyabinsk, Russia 3 Company «Artel», Chelyabinsk, Russia
1 vas-selunskiу@mail.ru, https://orcid.org/0009-0009-9995-5678
2 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-6501-1496
3 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-1930-751Х
Abstract
Introduction. The article substantiates the expediency of using the electrostatic smoking technology in the production of fish products. The mechanism of production of fish products by this method is shown, the advantages and disadvantages of electro-smoking technology are given. The analysis of existing electrostatic smoking installations is given. Analytical expressions have been obtained that allow calculating the deposition rate of particles of a smoking preparation on a product. Recommendations have been developed for the modernization of the electrostatic smoking unit UES-1 «Mosquito», allowing to improve the quality of the finished product.
Materials and Methods. The materials and methods used in the manufacture of an upgraded electrostatic smoking unit include metal (steel 3, steel 10), fiberglass, semi-conductor elements, wires. The research methods are: comparative method, analytical method.
Results. The paper substantiates the expediency of using the technology of the electrostatic method of smoking fish in a cold way. Formulas have been obtained that allow calculations of the process of deposition of particles of a smoking preparation during electrostatic smoking. Recommendations have been developed for the modernization of designs of serial electrostatic smoking units in order to improve the quality of finished products.
Discussion. Some modern installations of electrostatic smoking are already equipped with devices for cooling smoke, which makes the introduction of the proposed smoke generator not relevant. There are some technical solutions to improve the uniformity of smoking products located in the smoking chamber, even with continuous operation of a high voltage source. For such installations, it is not necessary to provide a pulsating mode of operation of a high-voltage source and the proposed automation device is not necessary.
Conclusion. Based on the results of the work carried out, a number of measures were developed to improve the quality of cold-smoked fish produced at an electrostatic installation. The quality of the finished product is improved by observing the temperature conditions of smokehouse and providing automatic control of a high-voltage source.
Keywords: high-voltage source, smoke generator, product quality, smoke of the smokehouse, fish products, electric field, electric smoker, electric smoking
For citation: Selunskiy V. V., Tkachev A. N., Churin V. Yu. Improving the efficiency of the electrostatic smoker // Bulletin NGIEI. 2023. № 10 (149). P. 54-66. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-10-54-66
Введение
Копчением называется способ приготовления и консервирования органических продуктов коптильными веществами, который образуется в результате пиролиза древесины [1, с. 189]. Копчением обрабатывают не только мясо, рыбу, птицу, но и сыры, яйца, овощи, жидкости и хлебобулочные из-
делия [2, с. 17; 3, с. 5; 4, с. 17]. Существуют два основных варианта копчения рыбы, это методы горячего и холодного копчения.
При производстве рыбы горячего копчения её коптят при температуре, превышающей плюс 80 °С. В случае холодного копчения температура в камере копчения не должна быть выше плюс 40 °С [1, с. 179].
I ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
Особенности и свойства рыбных продуктов, произведенных методами горячего и холодного копчения, приведены в таблице 1.
При производстве копченых рыбопродуктов их обрабатывают или дымом, или коптильными препаратами (растворами). Такими растворами могут быть коптильная жидкость или суспензия, дымовое масло [5, с. 7]. Иногда используют смешанное копчение, которое предполагает обработку продукта одновременно и аэрозольными и жидкими коптильными веществами [1, с. 181].
Все разновидности копчения можно условно разделить на две группы, к первой относится принудительное, ко второй комбинированное. При обычном копчении осаждение коптильного препарата на рыбу и диффузия его частиц внутрь толщи мяса производится естественным способом, за счет разности концентраций. Принудительное копчение предполагает использование определенных технологий, ускоряющих действие. Это могут быть электрические поля, различные виды излучения [1, с. 181].
Таблица 1. Особенности рыбопродуктов различного варианта копчения Table 1. Features of fish products of various smoking options
Параметры / Parameters
Копчение / Smoking
горячее / hot
холодное / cold
Сырье или полуфабрикат / Raw or half-finished product Температура проведения процесса / Temperature of the process, °С Продолжительность копчения, сутки / Smoking duration, full days Содержание соли / Salt content, % Содержание воды / Water content, %
Консистенция мяса рыбы / Consistency of fish meat
Свежее и мороженое / Fresh and frozen
80.. .170
До / Up to 0,2
1,5.3,0 60.70
Сочная, нежная / Juicy, tender
Соленое / Salty
Не выше / No higher 40
До / Up to 5 5.12
48.58 (сельдь до / herring up to 60) Плотная, у некоторых рыб (например, у сельди) нежная / Dense, in some fish (for example, herring) tender
Срок хранения, сутки / Shelf life, full days Не более / No more 3 30.40
Источник: составлено автором на основании данных [1, с. 180]
Цель исследований: повышение качества рыбы холодного копчения путем оптимизации режимов работы электростатической коптильной установки УЭК-1 «Москит» и модернизации ее конструкции.
Материалы и методы
В настоящее время при производстве копченых продуктов в основном применяется обычное дымовое копчение. Способ электростатического копчения, изобретенный еще в прошлом веке, широкого распространения не получил из-за ряда как объективных, так и субъективных факторов.
Копчение рыбы электростатическим способом впервые было предложено исследователями Кали-тиными (Калитин А. А. и Калитина М. И.) в 50-х годах прошлого века [1, с. 213]. По новому способу осуществлялось производство рыбных продуктов как горячего, так и холодного копчения. В итоге были достигнуты хорошие показатели качества ры-
бопродуктов, установлены достоинства и несовершенства электростатического способа копчения рыбы. После первых удачных опытов работы по электростатическому копчению продуктов были продолжены другими учеными [1, с. 180; 5, с. 5; 6, с. 64; 7, с. 167]. Главное достоинство электростатической технологии копчения по сравнению с обычной традиционной заключается в существенном уменьшении времени копчения или обработки продукта коптильными препаратами (для случая бездымного копчения) [7, с. 167; 8, с. 9]. Помимо того, при использовании электрокопчения снижаются энергозатраты, экономится электрическая и тепловая энергия. Значительно улучшается экология производства за счет уменьшения выбросов использованного коптильного дыма. Кроме этого, требуется гораздо меньше дымообразующего сырья (щепы, опилок). В некоторых случаях для интенсификации и ускорения процесса копчения электростатическую обра-
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
ботку совмещают с облучением инфракрасными лучами [9, с. 10]. Также ускоряет процесс электростатического копчения и повышает качество готового продукта его обработка при пониженном атмосферном давлении [10, с. 19]. Совмещение технологии электрокопчения с одновременным механическим воздействием на обрабатываемый материал значительно интенсифицирует процесс копчения при производстве мелкокусковых рыбопродуктов. При этом их качество и сохранность повышаются [11, с. 220; 12 с. 131].
Электростатический метод производства продуктов предпочтительней использовать при производстве рыбы холодного копчения. При изготовлении этого продукта способом электрокопчения значительно уменьшается время дымовой обработки, по сравнению с классическим копчением [7, с. 167].
Величина скорости оседания частиц коптильного препарата на рыбный полуфабрикат при классическом копчении зависит от диффузионных и конвективных процессов в приповерхностном слое дыма у продукта [1, с. 186]. Искомая величина скорости определяется по аналитическому выражению (1):
и =
m • g
8-л •'• г
1 + А •
v г у
(1)
где и - величина скорости оседания частиц коптильного препарата; m - вес частицы коптильного вещества; g - ускорение силы тяжести; 5 - размер слоя коптильного вещества, находящегося у поверхности рыбы, в котором происходит молекулярная инфильтрация вглубь продукта; п - густота субстанции; г - размер частицы; L - расстояние независимого перемещения молекул; A - эмпирический показатель, который определяется отражением молекул от частиц коптильного препарата.
При традиционном, классическом копчении происходит в основном гравитационное оседание частиц коптильного препарата, которое вызывается термодиффузией.
Интенсивность оседания частиц коптильного препарата, не имеющих заряда, определяется выражением (2):
В • с
(2)
и1 =
8
где и - скорость осаждения частиц молекулярного размера; D - коэффициент молекулярной диффузии компонентов дыма; c - концентрация частиц в коптильной среде.
В составе коптильного дыма препараты присутствуют как в молекулярном состоянии, так и в виде коллоидных частиц [1, с. 186]. Интенсивность оседания заряженных коллоидных частиц на поверхность рыбного полуфабриката определяется по выражению (3):
а •В • со
и2 =
4 • х
2
(3)
где и2 - интенсивность оседания заряженных частиц; q - потенциал коллоидных частиц; ^ - первоначальная плотность частиц; x - величина слоя коптильного вещества, находящегося у поверхности рыбного полуфабриката, включающего в себя заряженные частицы, из которого происходит осаждение («пристенный» слой); B - нестационарность заряженных частиц.
Значение потенциала частицы q определяется по выражению (4):
а = п • е, (4)
где п - число минимальных зарядов, для частиц с наибольшим потенциалом п = 100 [1, с. 187]; e - размерность минимального потенциала, e = 48 10-10.
Если камеру заполнить коптильным дымом, установить на некотором расстоянии друг от друга разнополярные электроды и подключить их к источнику постоянного напряжения, то в камере возникнет направленное движение заряженных частиц. Перемещение коллоидных частиц под действием электрического поля называют электрофорезом [1, с. 187].
Использование электрофореза нецелесообразно по причине недостаточной напряженности электрического поля. При этом большое число заряженных частиц коптильного препарата не получает направленного движения и не попадает на продукт, а копчение происходит недостаточно интенсивно.
Процесс значительно ускоряется в случае повышения напряженности электрического поля до определенного предела, при котором возникает коронный разряд. После чего практически все частицы дыма, попавшие в поле разряда, быстро оседают на поверхности продукта, что и является электрокопчением. Значение скорости осаждения частиц при электростатическом копчении рассчитывается по выражению (5):
U
Р* n • e • Е
(i л L ^ 1 + А • —
V г у
(5)
8-л •'•г
где в - соотношение отрицательно заряженных частиц коптильного дыма к их общему числу; e - ми-
I ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
нимальный заряд; п - количество элементарных зарядов на частице; E - напряженность электрического поля.
Результаты
По представленным аналитическим зависимостям и данным литературы [1, с. 187] устанав-
ливаем зависимость скорости оседания частиц коптильного препарата от напряженности электрического поля при электростатическом копчении. Полученная зависимость представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость скорости осаждения частиц дыма от величины напряженности электрического поля Fig. 1. Dependence of the deposition rate of smoke particles on the magnitude of the electric field strength Источник: составлено авторами на основании расчетных данных
Анализируя полученную зависимость, можно сделать вывод, что скорость осаждения линейно растет при увеличении напряженности электрического поля в диапазоне от 30 до 45.48 кВ/м.
Оптимальной напряженностью для установок электростатического копчения можно считать напряженность, равную 40.45 кВ/м. Дальнейшее повышение напряженности приведет, как видно из рисунка, лишь к незначительному увеличению роста скорости осаждения, но намного увеличит сложность и стоимость источника высокого напряжения. К тому же будет сложнее обслуживать и эксплуатировать подобную установку из-за возможности пробоя воздушного промежутка и потери коронного разряда при работе установки.
Несмотря на многочисленные исследования в области электростатического копчения и полученные при этом положительные результаты, этот способ получения копченых продуктов не нашел широкого использования. Причины того, что перспективная технология получения копченых продуктов не применяется в промышленных объемах, заключаются в следующем.
Во-первых, выпускаемые промышленностью электрокоптильные установки имеют много недостатков: они дороги, обладают небольшой разовой загрузкой, не все имеют полную комплектацию (чаще всего обеспечивают только режим дымовой обработки).
Во-вторых, несовершенство используемой технологии электростатического копчения. В частности, плохо проработан вопрос доведения обработанного дымом рыбного полуфабриката до кулинарных качеств готового продукта [8, с. 9]. Кроме того, влажность продукта, после окончания электрокопчения, как правило, превышает допустимое значение, определяемое ГОСТом [13, с. 93]. Поэтому для окончательной готовности рыбы её после коптильной камеры необходимо поместить в установку для дозревания с необходимыми климатическими условиями: температурой и влажностью.
В-третьих, у производственников рыбопродуктов существуют укоренившиеся традиции и навыки к обычному копчению, что сдерживает использование электротехнологий. Руководители и
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
собственники предприятий опасаются инвестировать средства в новые технологии электростатического копчения без соответствующих гарантий.
Большим недостатком электротехнологических установок, выпускаемых отечественной промышленностью, является неравномерность покрытия поверхности продукта коптильными веществами. Это приводит к следующим недостаткам готового продукта: недокопченность, белобочка (недо-копченные участки), недостаточный специфический аромат [1, с. 221].
Нами был проведен анализ электростатических коптильных установок для производства рыбы холодного копчения, доступных для закупа на российском рынке оборудования для производства пищевых продуктов. Указанные установки различаются по функциональным возможностям, разовой загрузке, стоимости.
Параметры электростатических аппаратов, на которых можно производить копчение рыбных продуктов холодным способом, представлены в таблице 2.
Таблица 2. Данные установок электростатического копчения Table 2. Data of electrostatic smoking installations
Марка / Brand
Цена, руб. / Price, rub.
Средняя разовая загрузка (паспортные данные), кг / Average single load (passport data), kg
УЭК-1/1 / UEC-1/1 69970 4-10
УЭК-2 / UEC-2 93900 25
УЭК-2/50 / UEC-2/50 114600 50
УЭК-2/100 / UEC-2/100 129800 100
УЭК-2/200 / UEC-2/200 183750 200
Ижица-1200М2 / Izhitsa-1200M2 210400 80
Ижица-1200М3 / Izhitsa-1200 M3 275200 80
Ижица-1200М4 / Izhitsa-1200M4 465200 80
Ижица-1200М4-А / Izhitsa-1200M 4-A 1 110 000 85
Ижица^Ш^ / Izhitsa-Z115A 1271000 100
Royal Smoke УБК-1 / Royal Smoke UBK-1 75400 20-25
Royal Smoke УБК-2 / Royal Smoke UBK-2 99500 40-45 Royal Smoke УБК-MINI /
Royal Smoke UBK-MINI 65800 5-8
Источник: составлено автором на основании анализа рынка пищевого оборудования на 01.08.2023 г. [1]
Как показал анализ рынка продаж, наиболее востребованными являются устройства для производства рыбопродуктов небольшой разовой загрузки и стоимости.
Для проведения исследований нами был закуплен аппарат УЭК-1 фирмы «Москит». Раньше аналогичное устройство выпускалось под названием «Идиллия» [14, с. 93]. На указанном электростатическом оборудовании производилось копчение рыбы холодным способом. Сырьем служила следующая рыба: мойва (вес в исходном состоянии в среднем 50 граммов), скумбрия и сельдь (400 г.). Перед копчением рыба предварительно солилась, отмачивалась и подсушивалась, согласно существующей технологии. При эксплуатации устройства выявлены недостатки конструкции, ухудшающие качество рыбы. Было установлено, что основным недостатком тестируемой установки УЭК-1
является конструктивная недоработка: дымогенера-тор (устройство для производства коптильного дыма) располагается в непосредственной близости от коптильной камеры, непосредственно под ней. По этой причине температура дыма в коптильной камере часто становилась выше рекомендованной ГОСТом для производства рыбы холодного копчения (+40 °С) [13, с. 93]. А температура холодного копчения лососевых рыб должна быть еще ниже: +30 °С и даже +20 °С [1, с. 207].
Другой дефект коптилки УЭК-1 заключается в неравномерном оседании дыма на поверхность рыбы, находящейся в коптильной камере. В базовом варианте конструкции УЭК-1 дым подается снизу, со стороны расположения дымогенератора. По этой причине большее количество коптильного препарата осаживается на тех частях продукта, которые находятся в нижней части коптильной камеры. Осо-
I ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
бенно это очевидно в том случае, когда высокое напряжение подается на рабочий и коронирующие электроды постоянно [14, с. 93].
К тому же необходимо отметить, что реальная разовая загрузка коптильной камеры при использовании рыбы, на которой проводились опыты, оказалась значительно меньше величины, указанной в паспорте УЭК-1 (примерно в 2.3 раза). В случае увеличения загрузки коптильной камеры воздушный промежуток между стенками камеры и продуктом уменьшался и начинали происходить его электрические пробои и отключения источника напря-
жения. Кроме того, плотное размещение рыбы в коптильной камере ухудшало качество копчения и значительно увеличивало трудоемкость и продолжительность размещения рыбы перед началом копчения.
Мы произвели модернизацию серийной УЭК-1 [14, с. 94]. Был изготовлен новый дымогенератор, изменена система подачи дыма в коптильную камеру, разработана автоматика управления работой высоковольтного источника питания.
Новый дымогенератор был изготовлен из металла и имеет коробчатую форму (рис. 2).
Рис. 2. Конструкция дымогенератора: 1 - корпус дымогенератора; 2, 3 - уголки для крепления заслонки;
4 - заслонка; 5 - патрубок для отвода коптильного дыма Fig. 2. Smoke generator design: 1 - case of the smoke generator; 2, 3 - corners for fixing the damper; 4 - the damper; 5 - the pipe for the removal smoke of the smokehouse Источник: разработка авторов статьи
Внутрь дымогенератора при открытии заслонки (4) загружается дымообразующее сырье (щепа или опилки). Пиролиз древесины идет благодаря его нагреву с помощью электронагревателя, размещенного на дне дымогенератора (1). Электронагреватель отрегулирован таким образом, что температура пиролиза древесины составляет 380.400 °С, что соответствует рекомендованному значению, так как сводит к минимуму выделение канцерогенных веществ [15, с. 13].
Коптильный дым, образующийся в дымогене-раторе, отводится через патрубок (5) и транспортируется по дымопроводу к коптильной камере, при этом он охлаждается. Опытным путем было установлено, что при длине трубопровода, равной 2500 мм, температура дыма в коптильной камере не бу-
дет превышать плюс 30.35 °С, что удовлетворяет требованиям холодного копчения рыбы.
Охлажденный дым подается в камеру для копчения модернизируемой установки УЭК-1 «Москит». В нашем случае вместо демонтируемого старого дымогенератора в нижней части коптильной камеры установлено устройство для равномерной подачи дыма в коптильную камеру (рис. 3, поз. 2). В верхней части этого устройства (труба поперечником 80 мм) располагаются отверстия для подачи дыма в камеру (1). Чтобы повысить равномерность подачи дыма в коптильную камеру, размер отверстий не одинаковый, а увеличивается от места подачи дыма в центре трубы к её краям. Дым поступает в камеру от дымогенератора через насадку (3).
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
Рис. 3. Модернизированная камера для копчения установки УЭК-1: 1 - корпус установки; 2 - устройство равномерной подачи дыма в коптильную камеру; 3 - насадка; 4 - концевой выключатель; 5, 8 - высоковольтные изоляторы; 6 - электрод для размещения продуктов; 7 - игольчатые электроды для получения коронного разряда; 9 - прозрачная крышка Fig. 3. Upgraded smoking chamber of the UEC-1 installation: 1 - case of the installation; 2 - device for uniform smoke supply to the smoking chamber; 3 - nozzle; 4 - limit switch; 5, 8 - high-voltage insulators; 6 - electrode for placing products; 7 - needle electrodes for corona discharge; 9 - transparent cover
Источник: разработка авторов статьи
Для повышения равномерности покрытия коптильным препаратом размещенных в камере продуктов на серийных установках УЭК-1 (и аналогичных) рекомендуется включать источник высокого напряжения и подавать питание на коронирую-щие электроды только после заполнения коптильной камеры дымом и выравнивания его концентрации. В противном случае при постоянно включенном высоковольтном источнике больше коптильного препарата осаживается на рыбе, находящейся в нижней части установки, со стороны поступления дыма [14, с. 93]. Заполнение дымом камеры предполагается определять визуально через её прозрачную
верхнюю крышку (9). То есть качество продукта оказывается напрямую зависит от опыта и квалификации оператора коптильной установки.
Нами предлагается к внедрению схема управления, позволяющая автоматически подавать напряжение на коронирующие электроды установки по мере заполнения дымом коптилки. Благодаря этому улучшается равномерность покрытия поверхности рыбного полуфабриката коптильными веществами, а это повышает в конечном итоге качество готового продукта. Схема автоматического управления работой модернизированной установки показана на рис. 4.
I ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
Рис. 3. Блок-схема управления работой модернизируемой установкой: 1 - рабочий электрод; 2 - корпус коптилки; 3 - коронирующий электрод; ИВН - высоковольтный источник; Ф - фотореле; У - усилитель; К - коммутатор Fig. 3. Block diagram of operation control of the upgraded installation: 1 - working electrode; 2 - case of the smoker; 3 - corona electrode; ИВН - high-voltage source; Ф - photo relay; У - amplifier; К - commutator
Источник: разработка авторов статьи
Работает схема следующим образом. Коптильная камера (2) заполняется дымом, и концентрация его выравнивается по всему объёму. По достижении дымом определенной плотности срабатывает фотореле (Ф), установленное в верхней части камеры, и включает ИВН. После чего напряжение подается на электроды (1) и (3) и начинается процесс электрокопчения, который продолжается 1,5.2,0 секунд. За указанное время весь коптильный дым оседает на поверхности продукта. Затем напряжение с электродов снимается и происходит процесс следующего заполнения коптильной камеры. После этого включается фотореле (Ф) и происходит повтор коптильного цикла.
Общая продолжительность электрокопчения составляет для мойвы 5.7 минут, для скумбрии и сельди весом 400 граммов - 20 минут. После завершения дымовой обработки продукт насыщался коптильными веществами, однако распределены они были неравномерно, преимущественно в поверхностных слоях рыбы. В мясе не успевали произойти автолити-ческие процессы созревания, приводящие к кулинарной готовности продукта. Влажность продукта на этом этапе производства составляла 65.70 %, что превышает требования ГОСТ к рыбе, копченной холодным способом [13, с. 93]. Поэтому после окончания процесса электрокопчения продукт направлялся на дозревание, проводимое при температуре +8.+10 °С и относительной влажности воздуха 60.65 % в продолжение 12.36 часов, в соот-
ветствии с разновидностью и массой рыбы. После этого продукт приобретал кулинарную готовность.
Обсуждение
В последнее время на рынке пищевого оборудования можно приобрести установки электростатического копчения, оснащенные оборудованием для охлаждения коптильного дыма. Это позволяет проводить холодное копчение рыбы безо всяких ограничений по температурным режимам, оговоренным ГОСТом. Однако стоимость такого оборудования довольно высока, значительно больше, чем стоимость предлагаемого к внедрению дымогенера-тора. К тому же не все продаваемые установки электростатического копчения оснащены охлаждающими устройствами. Для подобных случаев может найти применение предлагаемая в работе система получения и охлаждения коптильного дыма.
В работе обосновывается использование циклического режима действия высоковольтного источника, когда он включается только после заполнения дымом коптильной камеры. Хотя существуют некоторые технические решения, позволяющие улучшить равномерность покрытия рыбы коптильным препаратом, при непрерывном режиме работы источника напряжения [16, с. 1; 17, с. 1]. В таком случае нет необходимости отслеживать заполнение камеры дымом и только тогда включать режим копчения. Однако предлагаемые варианты агрегатов сложны по конструкции, более металлоемки и менее технологичны. Поэтому внедрение в производ-
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
ство простого по конструкции, недорогого устройства автоматического управления работой коптилки облегчит её эксплуатацию и поможет повысить качество готового продукта.
Заслуживает внимания способ производства коптильного дыма в среде инертного газа (азота). Это исключает опасность возгорания дымообразующего сырья и обеспечивает высокую скорость образования дыма, что в итоге повышает качество готового продукта [18, с. 123]. Однако дымогенера-тор, реализующий данную технологию, сложен по конструкции и экономически оправдан при больших объёмах производства.
При производстве рыбопродуктов способом холодного электрокопчения основная продолжительность отводится процессу обезвоживания сразу после окончания обработки продукта в поле коронного разряда. За это время продукт окончательно «созревал» и был готов к употреблению в пищу. Продолжительность этого периода составляет значительное время, по нашим данным 12...36 часов
[14, с. 95]. В этих условиях особый интерес вызывает технология пунктирного обезвоживания рыбы, которая заключается в многократном повторении процессов сушки и релаксации (выдержка объекта обезвоживания без воздействия теплоносителя). Использование подобной технологии позволяет значительно экономить электроэнергию на обезвоживание. По данным отдельных исследователей, от 8.12,5 % [19, с. 20; 20, с. 369] до 20 % [21, с. 20].
Заключение
1. Определена область применения при производстве рыбных продуктов технологии электростатического копчения.
2. Получены аналитические зависимости, позволяющие производить расчеты скорости оседания компонентов коптильного вещества на поверхность продукта при электростатическом копчении.
3. Обоснован выбор базовой установки: устройства электростатического копчения УЭК-1 «Москит» и разработаны рекомендации по модернизации ее конструкции.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Воскресенский Н. А. Посол, копчение и сушка рыбы. Москва : Пищевая промышленность, 1966. 548 с.
2. Мезенова О. Я. Инновации в копчении пищевых продуктов // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2017. Т. 3. № 1. С. 17-32.
3. Мальцева О. В., Шубкин С. Ю., Шахов С. В., Сухарев И. Н. Совершенствование процесса электростатического копчения твердых сыров с индуктивным подводом энергии при дымогенерации в среде инертного газа : монография. Елец : ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина», 2023. 185 с.
4. Мальцева О. В. Совершенствование процесса электростатического копчения твердых сыров с индуктивным подводом энергии при дымогенерации в среде инертного газа : автореферат дис. .канд. техн. наук. Воронеж, 2011. 22 с.
5. Мезенова О. Я. Технология и методы копчения пищевых продуктов. Санкт-Петербург : Проспект Науки, 2016. 228 с.
6. Возмилов А. Г., Русин П. С., Смолин Н. И., Варфоломеев Ю. Н. Теоретическое обоснование повышения эффективности и качества копчения сельскохозяйственной продукции в электрокоптилке // Достижения науки и техники в АПК. 2012. № 1. С. 76-78.
7. Журавлев А. В., Шахов С. В., Сухарев И. Н., Шубкин С. Ю. Комплексный анализ эффективности хранения копченых рыбопродуктов, полученных в установке барабанного типа с наложением электростатического поля // ХИПС. 2021. № 1. С. 166-177.
8. Варфоломеев Ю. Н. Повышение эффективности электрокопчения за счет использования поля коронного разряда : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Барнаул, 2013. 23 с.
9. Петров Д. С. Совершенствование технологии холодного копчения рыбы в электростатическом поле : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2017. 16 с.
10. Ткачев О. А. Разработка и исследование способа вакуум-электростатического копчения экструдиро-ванных продуктов : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Воронеж 2013. 21 с.
11. Шубкин С. Ю., Бунеев С. С., Сухарев И. Н. Анализ и параметрическая оптимизация процесса электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. 2022. № 2. С. 219-226.
Вестник НГИЭИ. 2023. № 10 (149). C. 54-66. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 10 (149). P. 54-66. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ Ff гггр/гл/ тггнмтnízirs fi ргтшгд! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMIvMIII^ ELE C1 Rl CAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUlPMENl
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
12. Сухарев И. Н., Шубкин С. Ю., Елецких С. В., Родионова М. А. Исследование процесса электростатического копчения мелкокусковых рыбопродуктов в пересыпающемся слое // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. 2019. № 3 (29). С. 127-134.
13. Рыба и рыбные продукты. Рыба копченая, вяленая и сушеная / Государственные стандарты. Москва: ИПК Издательство стандартов, 1997. 154 с.
14. Буторин В. А., Селунский В. В., Банин Р. В., Ябыков К. Ж. Оптимизация электростатическогого способа копчения рыбы // АПК России. 2018. Т. 25. № 1. С. 89-96.
15. Шокина Ю. В. Научно-практические основы получения коптильных сред с использованием энергии ИК-излучения и применения их в технологии переработки водного сырья : автореферат дис. .д-ра. техн. наук. Мурманск. 2011. 54 с.
16. Селунский В. В., Банин Р. В., Буторин В. А., Ябыков К. Ж. Патент RU 199484 U1. Электрокоптильная установка; заявл. 21.06.2019; опубл. 03.09.2020, Бюл. № 25.
17. Смолин Н. Ю., Возмилов А. Г., Варфоломеев Ю. Н., Быкова С. Е. Патент RU 88913 U1. Электрокоптильная установка; заявл. 13.04.2009; опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33.
18. Шахов С. В., Мальцева О. В., Сухарев И. Н., Шубкин С. Ю. Установка электростатического копчения с индуктивным подводом энергии при дымогенерации в среде инертного газа // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2015. № 4. С. 123-131.
19. Глазунов Ю. Т., Ершов А. М., Ершов М. А. Селяков И. Ю., Аминов В. А. Элементы теории «пунктирного» обезвоживания в процессах холодного копчения и вяления рыбы // Вестник Мурманского технического университета. 2012. Том 15. Выпуск 1. С. 15-20.
20. Ершов А. М., Ершов М. А., Похольченко В. А. Опыт внедрения современных технологий сушки и копчения рыбы на базе малых инновационных предприятий // Современные наукоемкие инновационные технологии. Мурманск, МГТУ. 2013. С. 367-370.
21. Селяков И. Ю. Повышение энергоэффективности процессов конвективного обезвоживания при производстве копченой и вяленой рыбы : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Мурманск. 2015. 22 с.
Дата поступления статьи в редакцию 20.07.2023; одобрена после рецензирования 28.08.2023;
принята к публикации 30.08.2023.
Информация об авторах: В. В. Селунский - к.т.н., доцент, доцент кафедры «Техника и технологии», Spin-код: 3669-9983;
A. Н. Ткачёв - к.т.н., доцент кафедры «Техника и технологии», Spin-код: 8240-2715;
B. Ю. Чурин - главный инженер, Компания «Артель», Spin-код: 5162-7520.
Заявленный вклад авторов:
Селунский В. В. - общее руководство проектом, подготовка первоначального варианта текста, корректировка текста статьи.
Ткачёв А. Н. - сбор и обработка материалов, анализ и дополнение текста статьи, верстка и форматирование текста, перевод на английский язык.
Чурин В. Ю. - сбор и обработка материалов, патентный поиск. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Voskresenskij N. A. Posol, kopchenie i sushka ryby [Salting, smoking and drying fish], Moscow: Pishchevaya promyshlennost', 1966, 548 p.
2. Mezenova O. Ya. Innovacii v kopchenii pishchevyh produktov [Innovations in food smoking], Vestnik nauki i
obrazovaniya Severo-Zakpada Rossii [Bulletin of Science and Education of the North-West of Russia], 2017, Vol. 3, No. 1, pp. 17-32.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
3. Mal'ceva O. V., SHubkin S. Yu., SHahov S. V., Suharev I. N. Sovershenstvovanie processa elektrostatich-eskogo kopcheniya tverdyh syrov s induktivnym podvodom energii pri dymogeneracii v srede inertnogo gaza [Improving the process of electrostatic smoking of hard cheeses with inductive energy supply during smoke generation in an inert gas environment], Eleckij gosudarstvennyj universitet im. I. A. Bunina, 2023, 185 p.
4. Mal'ceva O. V. Sovershenstvovanie processa elektrostaticheskogo kopcheniya tverdyh syrov s induktivnym podvodom energii pri dymogeneracii v srede inertnogo gaza [Improving the process of electrostatic smoking of hard cheeses with inductive energy supply during smoke generation in an inert gas environment], Ph. D. (Engineering) thesis, Voronezh, 2011, 22 p.
5. Mezenova O. Ya. Tekhnologiya i metody kopcheniya pishchevyh produktov [Technology and methods of smoking food products], Saint-Petersburg: Prospekt Nauki, 2016, 228 p.
6. Vozmilov A. G., Rusin P. S., Smolin N. I., Varfolomeev Yu. N. Teoreticheskoe obosnovanie povysheniya effektivnosti i kachestva kopcheniya sel'skohozyajstvennoj produkcii v elektrokoptilke [Theoretical justification for increasing the efficiency and quality of smoking agricultural products in an electric smoking oven], Dostizhenie nauki i tekhniki v APK [Achievements of science and technology in agriculture], 2012, No. 1, pp. 76-78.
7. Zhuravlev A. V., Shahov S. V., Suharev I. N., Shubkin S. Yu. Kompleksnyj analiz effektivnosti hraneniya kopchenyh ryboproduktov, poluchennyh v ustanovke barabannogo tipa s nalozheniem elektrostaticheskogo polya (Comprehensive analysis of the efficiency of storage of smoked fish products obtained in a drum-type installation with the imposition of an electrostatic field), HIPS, 2021, No. 1. pp. 166-177.
8. Varfolomeev Yu. N. Povyshenie effektivnosti elektrokopcheniya za schet ispol'zovaniya polya koronnogo razryada [Improving the efficiency of electrosmoking through the use of a corona discharge field], Ph. D. (Engineering) thesis, Barnaul, 2013, 23 p.
9. Petrov D. S. Sovershenstvovanie tekhnologii holodnogo kopcheniya ryby v elektrostaticheskom pole [Improving the technology of cold smoking fish in an electrostatic field], Ph. D. (Engineering) thesis, Saint-Petersburg, 2017, 16 p.
10. Tkachev O. A. Razrabotka i issledovanie sposoba vakuum-elektrostaticheskogo kopcheniya ekstrudirovann-yh produktov [Development and research of the method of vacuum-electrostatic smoking of extruded products], Ph. D. (Engineering) thesis, Voronezh, 2013, 21 p.
11. Shubkin S. Yu., Buneev S. S., Suharev I. N. Analiz i parametricheskaya optimizaciya processa elektrostat-icheskogo kopcheniya melkokuskovyh rybo-produktov v peresypayushchemsya sloe [Analysis and parametric optimization of the process of electrostatic smoking of small-sized fish products in a pouring layer], Tekhnologiipishchevoj i pererabatyvayushchej promyshlennosti APK-produkty zdorovogo pitaniya [Technologies of the food and processing industry of the agroindustrial complex - healthy food products], 2022, No. 2. pp. 219-226.
12. Suharev I. N., Shubkin S. Yu., Eleckih S. V., Rodionova М. А. Issledovanie processa elektrostaticheskogo kopcheniya melkokuskovyh rybo-produktov v peresypayushchemsya sloe [Investigation of the process of electrostatic smoking of small-scale fish products in an interstitial layer], Tekhnologii pishchevoj i pererabaty-vayushchejpromysh-lennosti APK-produkty zdorovogo pitaniya [Technologies of the food and processing industry of the agroindustrial complex - healthy food product], 2019, No. 3 (29), pp. 127-134.
13. Ryba i rybnye produkty. Ryba kopchenaya, vyalenaya i sushenaya [Fish and fish products. Smoked, dried and dried fish], Gosudar-stvennye standarty, Moscow: IPK Izdatel'stvo standartov, 1997, 154 p.
14. Butorin V. A., Selunskij V. V., Banin R. V., Yabykov K. Zh. Optimizaciya elektrostaticheskogogo sposoba kopcheniya ryby [Optimization of the electrostatic method of fish smoking], APK Rossii [Agro-industrial complex of Russia], 2018, Vol. 25, No. 1. pp. 89-96.
15. Shokina Yu. V. Nauchno-prakticheskie osnovy polucheniya koptilnyh sredy s ispol'zovaniem energy IK-izlucheniya i primeneniya ih v tekhnologii pererabotki vodnogo syr'ya [Scientific and practical bases of obtaining smoking media using the energy of IR radiation and their application in the technology of processing water raw materials], Dr. Sci. (Engineering) thesis, Murmansk, 2011, 54 p.
16. Selunskij V. V., Banin R. V., Butorin V. A., Yabykov K. ZH. Patent RU 199484 U1. Elektrokoptil'naya ustanovka[Electrosmoking plant], zayavl. 21.06.2019, opubl. 03.09.2020, Byul, No. 25.
17. Smolin N. Yu., Vozmilov A. G., Varfolomeev Yu. N., Bykova S. E. Patent RU 88913 U1. Elektrokoptil'naya ustanovka [Electrosmoking plant], zayavl, 13.04.2009, opubl. 27.11.2009, Byul, No. 33.
65
Вестник НГИЭИ. 2023. № 10 (149). C. 54-66. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 10 (149). P. 54-66. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX_
18. Shahov S. V., Mal'ceva O. V., Suharev I. N., Shubkin S. Yu. Ustanovka elektrostaticheskogo kopcheniya s induktivnym podvodom energii pri dymogeneracii v srede inertnogo gaza [Electrostatic smoking plant with inductive energy supply for smoke generation in an inert gas environment], Nauchnyj zhurnal NIUITMO, Seriya «Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv» [Scientific journal of NIU ITMO. Series «Processes and devices of food production»], Voronezh, 2015, No. 4. pp. 123-131.
19. Glazunov Yu. T., Ershov A. M., Ershov M. A., Selyakov I. Yu., Aminov V. A. Elementy teorii «punk-tirnogo» obezvozhivaniya v processah holodnogo kopcheniya i vyaleniya ryby [Elements of the theory of «punky» dehydration in the processes of cold smoking and drying of fish], Vestnik Murmanskogo technicheskogo universiteta [Bulletin of the Murmansk Technical University], 2012, Vol. 15, Iss. 1, pp. 15-20.
20. Ershov A. M., Ershov M. A., Pohol'chenko V. A. Opyt vnedreniya sovremen-nyh tekhnologij sushki i kopcheniya ryby na baze malyh innovacionnyh predpriyatij [Experience in introducing modern technologies for drying and smoking fish on the basis of small innovative enterprises], Sovremennye naukoemkie innovacionnye tekhnologii [Modern high-tech innovative technologies], Murmansk, MGTU, 2013, pp. 367-370.
21. Selyakov I. Yu. Povyshenie energoeffektivnosti prozessov konvektivnogo obezvozhivaniya pri proizvodstve kopchenoj i vyalenoj ryby [Improving the technology of cold smoking fish in an electrostatic field], Ph. D. (Engineering) thesis, Murmansk, 2015, 22 p.
The article was submitted 20.07.2023; approved after reviewing 28.08.2023; accepted for publication 30.08.2023.
Information about the authors: V. V. Selunskiy - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department «Technics and technologies», Spin-code: 3669-9983;
A. N. Tkachev - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department «Technics and technologies», Spincode, Spin-код: 8240-2715;
V. Yu. Churin - Chief Engineer of Company «Artel», Spin-код: 5162-7520.
Contribution of the authors:
Selunsky V. V. - managed the research project, preparation of the initial version of the text, correction the text of the article.
Tkachev A. N. - collection and processing of materials, analyzing and supplementing the text of the article, made the
layout and formatting of the text, translation into English.
Churin V. Yu. - collection and processing of materials, patent search.
The authors declare no conflicts of interests.
