Факторы качества дыма и копченых продуктов

Характерные потребительские свойства копченых продуктов (цвет кожных покровов, специфические аромат и вкус, устойчи­вость к окислительной и бактериальной порче и др.) обусловле­ны свойствами составных частей дыма.

Коптильный дым представляет собой многокомпонентную ге­терогенную систему (аэрозоль), в которой дисперсионной сре­дой являются неконденсируемые газы и пары органических со­единений, а дисперсной фазой — взвешенные твердые и колло­идные частицы продуктов тления древесины. Структура колло­идных микрочастиц, имеющих размеры от 8 • Ю^⁴ до 5 • Ю^-6 см, может состоять из двух частей — четкого твердого ядра и наруж­ной жидкой массы, обладающей сравнительно высокой электро­проводностью.

Химизм дымового копчения (условия дымообразования, со­став дыма, природа и свойства его компонентов, другие вопро­сы) — сложная и недостаточно изученная научная проблема. Ис­следования в этой области проводились учеными России, США, Германии, Англии, Польши, Венгрии, Японии, Чехии, Слова­кии и других стран. Большое внимание было уделено процессу пиролиза древесины.

Среди продуктов пиролиза древесины и в коптильном дыме обнаружены более 1 ООО (по некоторым данным до 10 тыс.) раз­нообразных веществ, среди которых идентифицированы около 300 соединений, в том числе органические кислоты (алифатические и ароматические), альдегиды и кетоны, фураны, спирты, фено­лы и их производные, сложные эфиры, основания, циклические ароматические углеводороды, лактоны и многие другие химиче­ские соединения.

Многообразие веществ, входящих в состав коптильного дыма, обусловлено сложностью процесса термодеструкции целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, формирующих органическую часть дре­весины. Первичным продуктом пиролитического распада целлю­лозы является левоглюкозан, при разложении которого накапли­ваются летучие соединения алифатического ряда: вода, уксусная кислота, ацетон и др. Лигнин служит источником коптильных ве­ществ ароматического строения. Фуран и его производные обра­зуются в основном при термолизе гемицеллюлоз.

Карбоксильные соединения являются преобладающим классом летучих веществ коптильного дыма. Фенолам отводят ведущую роль в создании вкусоароматического, антиокислительного и антисеп­тического эффекта копчения. Среди карбоновых кислот иденти­фицированы муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, изо- масляная, валериановая, изовалериановая, капроновая, изокап- роновая, энантовая, каприловая, пеларгоновая, каприновая, ма­лоновая, янтарная, малеиновая, фумаровая, пировиноградная и др. Основная часть алифатических кислот представлена летучими веществами, из них 40 % составляет уксусная и 30 % приходится на долю муравьиной кислоты.

В дыме присутствуют алифатические, гетероциклические и аро­матические альдегиды, алифатические и циклические кетоны. Преобладают формальдегид, ацетальдегид, масляный альдегид, ацетон и фурфурол. Последнее вещество относят также к фура- нам. Основания немногочисленны и представлены в основном пиридином и его производными. Спирты (метиловый, этиловый, изопропиловый, аллиловый, фурфуриловый и др.) находятся в незначительных количествах.

В коптильном дыме присутствуют соединения, способствую­щие образованию злокачественных опухолей. Это полицикличес­кие ароматические углеводороды (ПАУ), среди которых в дыме обнаружены 1,2-бензпирен, 3,4-бензпирен, 1,2-бензантрацен, перилен и др. 3,4-бензпирен (БП), именуемый также бенз(а)пире- ном, присутствует в доминирующих количествах и обладает наи­более выраженной канцерогенностью. Носителями ПАУ служат обычно смолы.

Существенным фактором риска при употреблении копченой рыбы являются нитрозамины, предшественники которых представ­лены дымовыми нитрогазами и аминами рыбных продуктов. Мас­совая доля БП в рыбе холодного копчения составляет 1... 10 мкг/кг, в рыбе горячего копчения — 1...20 мкг/кг в зависимости от спо­соба получения коптильного дыма и свойств продукта. Содержа­ние нитрозосоединений в копченой рыбе достигает 40...50 мкг/кг.

Согласно санитарным правилам РФ предельно допустимый уровень БП в копченых продуктах составляет 0,001 мг/кг, нитро- заминов (сумма НДМА и НДЭА) — 0,003 мг/кг. Законодатель­ством Германии присутствие БП ограничивается до 1 мкг/кг.

Относительное содержание коптильных компонентов в дыме, коптильные свойства его колеблются в зависимости от условий дымообразования (количества воздуха, подаваемого в зону горе­ния, скорости отвода дыма, температуры, при которой происхо­дит разложение древесины, полноты сгорания топлива и других факторов), а также от вида древесины, используемой для копче­ния, ее влажности, способа получения дыма, в частности от типа дымогенератора, и от многих других условий.

Коптильный дым, полученный от разных пород древесины, различается соотносительным составом основных компонентов: фенолов, кислот, карбонильных соединений, смол, что обуслов­лено особенностями химического состава древесины разных по­род.

Например, японские ученые М. Fujimaki, К. Kim и Т. Kurata ус­тановили, что водные конденсаты дыма, полученного на основе вишневого дерева, сосны, кедра, бамбука, дуба, на 1 часть фено­лов содержат 3,6... 7,5 части кислот и 0,3... 1,4 части карбонильных соединений.

Немецкие исследователи W. Baltes и J. Sochtig определили, что массовая доля кислот и карбонильных соединений в конденсатах дыма больше по сравнению с фенолами соответственно в 3,3... 14 и 1,6... 13 раз. L.Bratzler, M.Spooner и другие отмечают, что при со­отношении фенолы: кислоты: карбонильные соединения 1:2,7:0,6 и массовой доле фенолов 2,04 мг/100 г копченые продукты (бо- лонская колбаса) имеют сильный аромат копчения; при соотно­шении 1:16:2,8 и массовой доле фенолов 0,43 мг/100 г аромат копчения средней силы, а при соотношении 1:77:2,4 и массовой доле фенолов 0,12 мг/100 г аромат копчения в продукте выражен слабо.

Структурную основу древесины составляет целлюлоза, инк­рустированная лигнином ароматического строения. При пиро­лизе лигнина образуется сложная смесь фенолов. В древесине хвой­ных пород содержание лигнина составляет 26...29 %, в древеси­не лиственных — 18... 24 %. Целлюлоза, а также пентозаны и гек- созаны (последние носят общее название «гемицеллюлозы»), рас­падаясь в условиях дымообразования, дают ряд алифатических соединений. Лучшим для копчения считается дым, полученный из древесины твердых лиственных пород (бука, дуба, орешника, клена, фруктовых пород деревьев), но единого мнения по этому вопросу нет. В России, Канаде, Германии, Англии, Шотландии для копчения используются опилки также из мягких пород дре­весины.

Многолетний опыт работников коптильного производства и данные ряда исследователей показывают, что хвойные породы деревьев менее пригодны для копчения из-за высокого содержа­ния смол, придающих продуктам скипидарные оттенки запаха. Однако работами венгерских ученых (P. Spanyar, Е. Kevel и М. Kis- zel), а также экспериментами, проведенными в Гданьском поли­техническом институте (D.Tilgner), установлено, что состав и коп­тильные свойства дыма в меньшей степени зависят от вида дре­весных опилок и в большей — от условий дымообразования. Опы­тами показано, что при одинаковых условиях дымообразования почти все показатели состава дыма от хвойных пород выше, чем от лиственных. Исключение составляет белый бук, при сгорании которого образуется максимальное количество различных веществ.

Дым, полученный в нерегулируемых условиях от древесины с повышенной влажностью, темный и грубодисперсный. Он содер­жит много паров воды, сажи, кислот, особенно муравьиной и пропионовой, обладающих неприятным вкусом и запахом, и ха­рактеризуется малым количеством конденсируемых фенолов. Про­дукты, выкопченные таким дымом, имеют невысокие свойства.

Однако присутствие 10...50 % влаги в опилках не влияет отрица­тельно на состав коптильного дыма, полученного в специальных устройствах — дымогенераторах.

Среди факторов, определяющих условия дымообразования, наиболее существенными являются температура образования дыма, количество воздуха, поступающего в зону тления опилок, и ско­рость отвода образующегося дыма. Дым, пригодный для копче­ния, может быть получен лишь в условиях неполного горения дре­весины при частичном окислении летучих компонентов. При пол­ном окислении продуктов распада древесины образуется парога­зовая смесь, состоящая из углекислого газа и воды и не содержа­щая коптильных веществ.

Процессы термолиза древесины начинаются при температуре Ю0...110°С, когда происходит испарение воды и частично смо­листых веществ, но наиболее интенсивный распад органической массы (целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина) протекает при температуре 350...400°С и выше. Причем при температуре 200...260°С выделяется большое количество уксусной кислоты, при 260...310°С происходит преимущественно разложение цел­люлозы и образование основного количества коптильных компо­нентов, при 310... 600 °С распадается лигнин, а при более высокой температуре выделяются в основном неконденсируемые газы: СО,

СН4, СО2, Н2.

Наилучшей температурой тления топлива для получения каче­ственного дыма с хорошими технологическими свойствами счи­тается интервал 250...350°С. В коптильном дыме, полученном в этом интервале температур, содержатся органические соедине­ния в количестве 20 % безводной массы древесины. При темпера­туре выше 400 °С выделяется основное количество ПАУ, в том числе бенз(а)пирен. Кроме того, при температуре 400 °С появля­ются языки пламени, образуется большое количество углекисло­го газа и паров воды и дым теряет почти треть своих действенных частей.

Исследования показывают, что при увеличении температуры от 180 до 440 °С количество продуктов неполного сгорания древе­сины остается постоянным (например, фенолы, фурфурол) либо несколько увеличивается (окси-, дикарбонильные и монокарбо­нильные соединения, а также вещества, редуцирующие в щелоч­ном растворе). При охлаждении коптильного дыма до 80, 50 и 26 °С снижается содержание окси- и дикарбонильных соединений, а также веществ, редуцирующих в щелочном растворе. Количе­ство же фенолов, ацетальдегида, ацетона и фурфурола практи­чески не изменяется.

При движении дыма от дымогенератора к коптильной камере отмечается тенденция первичных продуктов превращения моно­карбонильных соединений (редуктонов) к полимеризации с об­разованием в конечном итоге желто-коричневых меланоидинов. В процессе движения фенолы дыма, легко превращаясь в хиноны и оксихиноны, также имеют склонность к полимеризации и об­разованию полициклических соединений, имеющих желтую и ко­ричневую окраску.

Для получения светлого хорошего коптильного дыма необхо­димо обеспечить достаточное поступление воздуха при образова­нии дыма и быстрый отвод продуктов термодеструкции древеси­ны из зоны тления. Обогащение дыма воздухом способствует по­вышению содержания фенолов в коптильном дыме за счет окис­ления летучих продуктов распада древесины. Таким образом, хи­мический состав и коптильные свойства дыма зависят от многих факторов, большинство из которых в производственных условиях поддаются управлению лишь в ограниченных пределах.

Процесс копчения продукта дымом складывается из трех ос­новных стадий: осаждения компонентов дыма на поверхности продукта, диффузии их в продукт и взаимодействия коптильных веществ между собой и с нутриентами пищи. Первый этап копче­ния заключается в сорбции капельно-жидких смолистых частиц и крупных частиц углерода (сажи) на кожных покровах рыбы.

Осаждение дыма на поверхности продукта — одна из наибо­лее важных сторон процесса копчения. Осаждение дымовых час­тиц происходит за счет действия термофоретических сил, броу­новского движения и гравитационного поля. Естественное осаж­дение дыма при обычном копчении зависит от физических пара­метров дымовоздушной среды: температуры, относительной влаж­ности, массовой концентрации, дисперсности частиц дыма, со­стояния поверхности рыбы и других факторов. Например, при повышении температуры скорость частиц дыма увеличивается, что приводит к более частому столкновению их между собой. В ре­зультате размеры частиц растут и они оседают под действием силы тяжести.

Степень осаждения дыма на поверхность продуктов, а также глубина и скорость проникновения для различных объектов коп­чения специфичны. Скорость осаждения частиц коптильного дыма возрастает с усилением тяги воздуха. В зависимости от влажности поверхности продукта, подвергающегося копчению, интенсив­ность осаждения частиц при прочих равных условиях может из­меняться в 100 раз и колебаться в пределах 0,01... 1 мг/см²/ч. Полагают, что для создания специфического эффекта копчения (цвета, вкуса, запаха) необходимо присутствие как паров дыма, так и коллоидно-жидких частиц. Качество дыма и копченых про­дуктов зависит от сырья, условий дымообразования, конструк­тивных особенностей коптильных камер, других факторов. Ко­эффициент использования дыма в коптильных установках не превышает 15...20%.

Дата добавления: 2015-07-15