Приоритетными признаны несколько направлений по разработке, изготовлению и реализации дымогенераторов, коптильных установок, установок для вяления рыбы

Шокина Ю.В., заместитель заведующего кафедрой технологии пищевых производств МГТУ, канд. техн. наук, профессор

В настоящее время перед рыбообрабатывающими предприятиями особенно остро стоит задача изменения ассортимента выпускаемой продукции в пользу высококачественных, безопасных видов, вырабатываемых по энергоресурсосберегающим технологиям.

К сожалению, сегодня существуют объективные факторы, сдерживающие развитие производства по указанному пути: прежде всего, это имеющиеся пока у малого и среднего рыбного бизнеса резервы экстенсивного развития, или резервы конкурентоспособности. Однако совершенно очевидно, что рано или поздно эти резервы будут исчерпаны, и бизнесу придется кооперироваться с отраслевой наукой, чтобы выжить в условиях возрастающей жесткой конкуренции на рынке.

И тогда перед бизнесом встанет задача внедрения инновационных технологий, поскольку его экономическая эффективность будет напрямую зависеть от уровня используемых технологий.

Учеными Мурманского государственного технического университета уже сегодня ведется серьезная работа в этом направлении. При определении целей прикладных исследований мы исходим из того, что их результаты должны быть направлены на развитие и разработку конкурентоспособных технологий переработки гидробионтов, новой техники и технологического оборудования.

Приоритетными признаны несколько направлений, в том числе:

- по разработке, изготовлению и реализации оборудования для переработки рыбы, а именно: дымогенераторов, коптильных установок, установок для вяления рыбы по разработкам ученых МГТУ;

- по разработке и внедрению в производство технологии слабосоленой рыбы с ароматом и вкусом копчения;

- по разработке и внедрению в производство технологии подкопченной рыбопродукции.

Копченая продукция традиционно считается одной из наиболее востребованных категорий мясных и рыбных продуктов. Однако в технологии их изготовления имеется значительный недостаток. Генерация дыма традиционными способами зачастую не может обеспечить разложение древесины при температуре, не превышающей 380-400°С, чтобы исключить риск образования опасных для здоровья веществ. Широко используемые в последнее время коптильные препараты и жидкости лишь отчасти решают проблемы безопасности продукции.

В настоящее время дымовую коптильную среду в основном получают путём сжигания древесины в централизованных источниках дымообразования - дымогенераторах различных типов. Как правило, эти устройства обладают невысокой эффективностью, в среднем около 30% топлива сгорает впустую, не образуя необходимых коптильных компонентов. Кроме того, промышленные дымогенераторы не позволяют надежно контролировать температуру разложения древесины.

Проведенный патентный поиск и обзор научно-технической информации, включая официальные интернет-сайты фирм-производителей, позволил проанализировать 42 единицы оборудования для получения коптильной среды, эксплуатируемых в настоящее время предприятиями пищевой промышленности.

Анализ показал, что более 50% рассмотренных дымогенераторов представляют собой аппараты экзотермического типа (дымогенераторы тления), в которых теплота образуется за счёт сгорания части древесины.

В таких аппаратах пиролиз топлива (опилок, щепы) происходит в толстом слое (15-20 см) на колосниковой решетке без перемешивания, имеет место нерегулируемый температурный режим процесса; в результате часто возникают очаги открытого пламени, приводящие к повышению температуры древесины до 800-1000°С и образованию полиядерных циклических углеводородов. Часто практикуемое увлажнение топлива приводит к ухудшению качества дыма и его коптильных свойств. Кроме того, дымогенераторы тления отличаются повышенным расходом топлива. Из 23 рассмотренных аппаратов данной группы более 70% имеют расход топлива свыше 10 кг/ч.

Конструкция дымогенераторов данного типа (Д9-ФДГ, Н10-ИД2Г-1, СГ-2, ИДА-2, Л5-ФДГ, AWS фирмы «AUTO-THERM», "Super Smoke» фирмы VERINOX и др.) имеет общую принципиальную схему (рис 3). Опилки из бункера через дозирующий стакан постоянно подаются на колосниковую решетку, образуя слой определенной толщины, который поджигается, как правило, кратковременным электронагревом решетки. При пиролизе частицы топлива уменьшаются в объеме и проваливаются через отверстия в зольник. Для обеспечения нормальных режимов и более надежной работы слой обугленных частиц перемешивается ворошителем, и через колосниковую решетку пропускается небольшое количество воздуха.

Рис. 3. Технические характеристики наиболее распространенных дымогенераторов экзотермического типа.

Генерация эндотермического дыма основана на постоянном подводе к древесному топливу дополнительной энергии в виде теплоты, излучения, механического воздействия и т. п., которая расходуется на его нагрев до температуры, обеспечивающей разложение составных частей с образованием дыма.

Из эндотермических наиболее распространены дымогенераторы, в которых термическое разложение древесного топлива (опилок) происходит на нагреваемой поверхности.

Рис. 5. Технические характеристики наиболее распространенных дымогенераторов эндотермического типа.

Пиролиз опилок в дымогенераторах такого типа происходит в тонком слое, который непрерывно перемещается по нагреваемой поверхности. Электронагреватели позволяют регулировать температуру древесины в пределах 300-600°С. Недостатком этого способа являются большие энергозатраты, в том числе на нагрев дыма, а также необходимость разбавлять дым воздухом для понижения температуры дымовоздушной смеси при холодном копчении, что приводит к уменьшению концентрации коптильных компонентов и дополнительному расходу электроэнергии на работу вентиляторов в камере смешения.

В паровых дымогенераторах, которые входят в группу эндотермических, запрессованные шнеком опилки подвергаются пиролизу под действием перегретого водяного пара температурой 300-400°С. Пар растворяет в себе продукты пиролиза и образуется «мокрый дым», к которому добавляется небольшое количество воздуха, для протекания вторичных реакций. Достоинствами паровых дымогенераторов является практически полное отсутствие в пародымовоздушной смеси вредных веществ типа ПАУ, главным недостатком - повышенная влажность и температура вырабатываемой смеси, вследствие чего ее нецелесообразно использовать при холодном копчении. Паровые дымогенераторы получили малое распространение. Фирма VEMAG является одной из немногих, предлагающих аппараты данного типа (MOfl.AD54/AD56).

Более современными являются способы нагрева древесины энергией механической, электрического тока, электромагнитных полей сверхвысоких частот, инфракрасного излучения.

Способ получения коптильной среды в электромагнитном поле сверхвысоких частот основан на том, что молекулы соединений древесины (например, вода) имеют дипольный момент и при воздействии электромагнитного поля ориентируются вдоль силовых линий. В переменном поле молекула совершает вращательно-колебательные движения, энергия которых за счет сопротивления среды превращается в тепловую. Нагрев происходит практически мгновенно, так как молекулы с дипольном моментом находятся во всем объеме нагреваемой древесины.

В последние годы широкое распространение в промышленности получили так называемые фрикционные дымогенераторы (VEMAG H 501/С, дымогенератор фирмы MAU-RER, мод. FrictionSmoker FR 702/FR 1002 фирмы REICH и др.), в которых механическая энергия трения превращается в тепловую для нагрева топлива. Такие дымогенераторы позволяют легко регулировать режим получения коптильного дыма.

Они отличаются небольшим энергопотреблением, малоинерционны и практически моментально выходят на режим дымогенерации. Недостатками таких дымогенераторов являются повышенная шумность, необходимость использования цельной древесины с пониженным содержанием влаги, необходимость часто производить дорогостоящий текущий ремонт (смена фрезы или барабана), а также специфичность ароматических свойств получаемого дыма и большое количество сажи.

Таким образом, анализ способов получения современных коптильных сред показывает, что совершенствование способов термического разложения древесины, обеспечивающих получение качественной коптильной среды при температуре до 350-400°С, с целью исключить условия для образования канцерогенных веществ типа 3,4-бензпирен, остается на настоящий момент весьма актуальным и перспективным направлением, в рамках которого на кафедре технологии пищевых производств начиная с 1998 года разработана целая серия дымогенераторов, основанная на способе получения дыма с использованием энергии инфракрасного излучения (рис. 6).

Способ предусматривает генерацию дыма с использованием предварительно увлажненных древесных опилок с различной удельной поверхностью и начальной влажностью. Пожалуй, впервые способ позволяет надежно поддерживать температуру разложения топлива на уровне, не превышающем 320°С. При таких температурах пиролиза древесины канцерогенные и проканцерогенные вещества практически не образуются, что подтверждают проведенные в Центре стандартизации и метрологии исследования подкопченной продукции, изготовленной с использованием дыма, вырабатываемого ИК-дымогенератором. Массовая доля 3.4-бензпирена была в подкопченном филе атлантической скумбрии в 10 раз меньше ПДК.

Промышленная эксплуатация ИК-дымогенераторов показала, что понижение температуры разложения древесины до 320°С и ниже ведет к изменению химического состава дымовоздушной смеси по сравнению с традиционными способами ее получения.

В проведенном нами исследовании определялась массовая концентрация фенолов в дымовоздушной смеси, вырабатываемой ИК-дымогенератором, при разной температуре пиролиза топлива. Для этого были отобраны пробы дыма, полученного для трёх разных режимов работы ИК-дымогенератора - с температурой пиролиза 300°С, 450°С, 250°С. В качестве топлива использовались опилки лиственных пород с одинаковой удельной поверхностью и различной начальной влажностью (35%, 50% и 65% ). Пробы дыма отбирали при установлении относительно стабильной температуры пиролиза в верхнем слое топлива (примерно на 15-20 минуте от начала рабочего цикла).

Температура пиролиза определялась по методике Ершова-Шокиной при помощи мультиметра MAS-838; в качестве первичного преобразователя использовали термопару К-типа с пределом измерения от минус 20 до 1000°С с точностью ±1 % в диапазоне до 400°С и ±4% в диапазоне от 400 до 1000°С.

Ввиду того что известные методы определения содержания общих фенолов в окружающей среде рассчитаны на анализ иных, менее сложных по сравнению с коптильным дымом матриц, либо позволяют определять только отдельные группы фенольных соединений, нами была разработана методика определения массовой концентрации общих фенолов в дымовоздушной смеси.

Метод определения содержания фенолов в коптильном дыме основан на улавливании их раствором карбоната натрия, экстракции углеводородов и других примесей гексаном и фотометрическом определении фенолов на спектрофотометре по окрашенному комплексу с 4-аминоантипирином и железосинеродистым калием.

Рис. 7. Зависимость содержания общих фенолов в дымовоздушнои смеси, вырабатываемой ИК-дымогенератором, от температуры пиролиза.

Результаты исследования массовой концентрации общих фенолов в дымовоздушнои смеси показали наличие прямой связи между содержанием фенолов в дыме и температурой пиролиза топлива. Увеличение температуры пиролиза всего на 50°С - с 250 до 300°С - обеспечило рост концентрации фенолов в дыме в 1,5 раза. В то же время, увеличение температуры пиролиза на 150°С - с 300 до 450°С -дало увеличение содержания фенолов в дымовоздушной смеси также в 1,5 раза, но при этом возросла вероятность образования полиароматических углеводородов, являющихся сильными канцерогенами (ПДК воздух 0,001 мг/м³).

В то же время при низких температурах пиролиза от 200 до 250°С образующаяся дымовоздушная смесь обладает более слабыми технологическими характеристиками. Копченая продукция получается с менее выраженным ароматом и недостаточно окрашена.

При выборе оптимальных температурных режимов пиролиза топлива надо учитывать также то обстоятельство, что фенолы являются чужеродными веществами для человеческого организма, и высокое содержание их в готовой продукции нежелательно. Фенол, например, относится ко 2 классу опасности (ПДКвоздух 0,003 мг/м³).

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. Температура пиролиза менее 450°С, но не ниже 300°С является оптимальной для получения качественного коптильного дыма в ИК-дымогенераторе.

2. При разработке новых технологий необходимо также учитывать основные тенденции развития технологий традиционного дымового копчения, отраженные в современных международных стандартах, разработанных с участием Всемирной организации здравоохранения, устанавливающие главным приоритетом безопасность продукции, то есть низкое содержание фенолов и канцерогенов.

Так, в последние годы за рубежом наблюдается рост производства подкопченной рыбной и мясной продукции, которая отличается от традиционной более светлой окраской, более высоким содержанием влаги, а также небольшим содержанием соли. Данная продукция классифицируется специалистами скорее как кулинарная, чем как продукция длительного хранения с реализованными в технологии производства мощными консервирующими факторами.

На основе коптильной среды, вырабатываемой ИК-дымогенератором, получают коптильные препараты «Сквама» и «Сквама-2» с низким содержанием фенолов. Препарат обладает прекрасными технологическими характеристиками, безопасен и дешев в производстве. С использованием коптильного препарата «Сквама-2» разработано сразу несколько технологий изготовления деликатесной рыбной продукции: пресервов из нежирной сельди и мелкой мойвы в ароматизированном коптильным препаратом масле; слабосоленой рыбы со вкусом и ароматом копчености - филе нежирной сельди и филе радужной форели. С использованием дымовоздушной смеси, вырабатываемой ИК-дымогенератором, разработана технология изготовления подкопченного рыбного филе в биополимерной пленке.

Практически на все технологии и технику разработчики имеют утвержденную нормативную документацию или ее проект. Все образцы продукции неоднократно представлялись на всероссийских и международных выставках, где получали высокую оценку специалистов.

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 4 2007 г.