Еще пара слов о копчении

[Dkfl]

Хотелось проще и короче, а получилось, как всегда.

 

     Чтобы попытаться разобраться с вопросом, пришлось определиться с некоторыми понятиями, которыми придется оперировать.

     Что такое копчение, дым, тление, горение, пиролиз, щепа, опилки и т.д. и т.п., чем все оно отличается, и зачем все это нужно...

     В моем понимании, это нужно для того, чтобы разобраться в многочисленных источниках, в которых эти понятия применяются, перемешаны, далеко не всегда понятно, чем они отличаются и где та самая грань и суть процесса.

     Кое-где будем упрощать кое-что для лучшего понимания.

     Также, иногда придется кое-что повторять и уточнять.

 

     Начнем с горения

     Горе́ние — процесс окисления исходных веществ в продукты сгорания, с интенсивным выделением тепла.

     Для возникновения и существования горения требуются три компонента: топливо, окислитель, температура (тепло).

     При отсутствии любого из этих трёх факторов топливо не может загореться.

Без топлива – нечему гореть, без окислителя – нечему окислять, он позволяет протекать процессу, без тепла – нет энергии для реакции.

— В роли окислителя у нас будет кислород воздуха (хотя могут быть и другие элементы), топливом у нас будет древесина (дрова, щепа, опилки), а тепло и температура будут теплом и температурой.

     Для простоты понимания, примем, что при достатке окислителя, топлива и тепла, горение (окисление) происходит до полного разложения топлива на ограниченное количество простых веществ.

     Представим ситуацию, когда к топливу не подведен окислитель. Если при этом телу передать энергию путём нагрева, которая превзойдёт энергию межмолекулярных связей, оно распадётся на горючие составляющие.

— Например, при нагревании дерева без доступа воздуха происходит его разделение на древесный уголь, смолу и далее горючие газы.

 

     Пла́мя (огонь) — раскаленная газообразная среда, образующаяся при горении, в которой происходят физико-химические взаимодействия и превращения ее частиц (топлива, окислителя, примесных частиц и продуктов их взаимодействия). Сопровождается интенсивным выделением тепла и излучением.

—Нас больше интересует ИК и видимая часть спектра — «свечение», т.к. мы его видим и чувствуем тепло.

     В верхней, самой горячей части пламени, горючие вещества практически полностью превращены в простые продукты горения. В данной области пламени избыток кислорода и недостаток топлива, поэтому помещённые в эту зону вещества интенсивно окисляются.

     В центральной части пламени или чуть ниже центра много топлива и мало кислорода, поэтому, здесь температура ниже и окисление значительно меньше, чем в верху.

     При интенсивном горении пламя вытягивается из-за вытеснения горячих газов вверх и замещению снизу холодными.

— Например, в невесомости пламя так не вытягивается, а принимает форму сферы (во все стороны равномерно), так как «верха нет».

 

 

     Пиролиз

     Пиролизом, или сухой перегонкой, называется разложение органических веществ путём нагревания без (или с ограничением) доступа воздуха, чтобы предотвратить горение. Продукты пиролиза очень разнообразны, их огромное множество.

     Пиролиз — первый процесс, происходящий при горении древесины, языки пламени образуются за счёт горения не самой древесины, а газов — летучих продуктов пиролиза. При прекращении отвода продуктов пиролиза и недостатке кислорода, атмосфера становится насыщена горючими продуктами с концентрацией выше верхнего предела воспламеняемости, и внезапный приток воздуха может вызвать вспышку и взрыв.

— Вопрос к технологам:

Вы знали о существовании — ГОСТ EN 15861—2014 Машины и оборудование для пищевой промышленности. УСТАНОВКИ КОПТИЛЬНЫЕ. Требования по безопасности и гигиене. — в котором предусмотрены «5.11 Меры по предотвращению взрыва»? (я не знал)

— К примеру, газогенераторные котлы работают на газе, который выделяется из твердого топлива при его пиролизе (уголь, древесные пеллеты, щепа). Этот газ горит и выделяет тепло.

 

     Условно, все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные.

     Первичные реакции протекают со снижением молекулярной массы продуктов пиролиза (пиролиз-разложение). Это, в основном, реакции расщепления с образованием продуктов с меньшей молекулярной массой, что сопровождается увеличением объёма газообразной смеси.

Далее возможны вторичные реакции синтеза более тяжёлых молекул из низкомолекулярных соединений (пиролиз-синтез). Эти реакции протекают, преимущественно, на поздних стадиях пиролиза. Ко вторичным реакциям можно отнести реакции образования смеси различных пастообразных углеводородов и смол.

— Если у вас образуется много смол, то велика вероятность, что при пиролизе в вашем случае преимущественно идут вторичные реакции.

     При увеличении молекулярной массы молекул в смеси продуктов реакции уменьшается объём газов реакционной массы.

     Для снижения скоростей вторичных реакций пиролиза-синтеза используют разбавление сырья водяным паром. В результате парциальное давление пара первичных продуктов пиролиза снижается, а снижение давления в зоне реакции способствует протеканию реакций, идущих со снижением молекулярной массы, то есть с увеличением объёма, таким образом обеспечивается увеличение выхода продуктов расщепления — продуктов первичных реакций.

— Здесь мы видим первую отсылку к возможному влиянию влажности материала на качество дыма. Для справки – из 1литра воды получается 1672л пара, т.е. объем пара почти в 1700раз больше воды, поэтому, вытеснение продуктов реакции пиролиза водяным паром выглядит вполне оправданным.

     Следует отметить, что деление реакций на первичные (разрушение тяжёлых молекул) и вторичные (синтез более крупных молекул) условно, так как они происходят одновременно.

— В отличие от пиролиза, при сгорании древесины, образуются низкомолекулярные вещества. Значительная часть коптильных компонентов при горении окисляется до воды и углекислого газа, остается пепел (неорганическая зола). Такая смесь содержит значительно меньше коптильных компонентов, ее ценность для копчения значительно ниже. Поэтому при дымогенерации желательно избегать или уменьшать горение и стремиться к пиролизу или тлению.

 

     Итак, чтобы древесина начала разлагаться, необходимо подведение тепла и повышение температуры. Здесь возникает развилка:

1.     тепло можно постоянно подводить извне и поддерживать пиролиз, не достигая температуры воспламенения, при прекращении подачи тепла пиролиз прекратится. В данном случае не происходит горение или воспламенение материала, пиролиз идет при более низких температурах.

— Этот принцип реализуется во фрикционных дымогенераторах, дымегенераторах тления (с контролем температуры тления) и в пародымогенераторах.

2.     тепло можно подвести на начальной стадии, достичь температуры воспламенения, далее процесс будет идти самопроизвольно, за счет выделения собственного тепла при тлении или горении материала (независимо от подведения тепла извне). Температура процесса будет выше, чем в первом случае.

— Такие условия реализованы в дымогенераторах тления, тления-горения.

     Температура, при которой происходит возгорание древесины, зависит от ряда условий. Если древесина загорается от пламени, то температура возгорания колеблется между 260—290°С. При нагреве древесины в отсутствии открытого пламени происходит самовозгорание по достижении температуры 360—470°С. Однако эти показатели относятся только к случаям быстрого нагрева древесины (1—2 мин.). При длительном нагреве указанные температуры сильно понижаются; например, наблюдалось самовозгорание древесины при температуре 166°С в результате прогрева ее в течение 20 часов.

 

     Тление и горение

     Тление — это медленное, беспламенное горение, поддерживаемое теплом, выделяющимся при непосредственном контакте кислорода с поверхностью твердого топлива. Тепло, выделяющееся в реакции, частично расходуется на термическое разложение и испарение горючего.

     Фундаментальное различие между тлением и горением с пламенем заключается в том, что тление происходит на поверхности твердого вещества, а не в газовой фазе. Т.е. при тлении нет пламени, и происходит оно на поверхности топлива, а не на расстоянии.

Характерная температура и тепло, выделяющиеся при тлении, низкие по сравнению с таковыми при горении с пламенем.

     Тление распространяется ползучим способом со скоростью около 0,1 мм/с, что примерно в десять раз медленнее, чем распространение пламени по твердому телу. Обычно это не полное сгорание. При тлении выделяются более тяжелые вещества с более высоким выходом, чем при горении, и остается значительное количество твердого остатка. Выделяющиеся газы являются горючими и впоследствии могут воспламениться в газовой фазе, вызывая переход к пламенному горению.

     Тление является поверхностным явлением, но может распространяться внутрь пористого топлива, если оно проницаемо. Высокая пористость обеспечивает большую площадь поверхности на единицу объема, позволяет газу проходить через топливо и облегчает реакцию поверхности с кислородом. Пористость действует как теплоизоляция, уменьшая потери тепла. При тлении, каждая поверхность частицы обогревает соседнюю, а так как частиц много, то возникает множественный само-подогрев. Благодаря само-подогреву процесс становится возможен при более низких температурах чем при горении (при горении потери тепла значительны).

— В нашем случае, щепа или опилки пористые, прекрасно проницаемы для воздуха и выделяющихся продуктов, поэтому они интенсивно и стойко тлеют и более эффективны чем дрова, которые значительно более плотные, менее пористые, и тлеют значительно хуже.

 

     Таким образом, тление является разновидностью и горения, и пиролиза (с кислородом), а пиролиз может как быть разновидностью горения (при доступе кислорода), так и не быть (без доступа кислорода). Тление идет с самопроизвольным поддержанием температуры за счет ее выделения из топлива, а при пиролизе тепло можно подводить извне не доводя до самоподдержания.

 

Смешиваясь с воздухом, продукты горения или пиролиза образуют дым.

 

     Дым — это аэрозоль, состоящий из газообразной (20%) и твердой фазы (80%).

     Газовая часть дыма состоит из множества компонентов, ее нельзя обнаружить визуально.

Видимая часть — невооруженным глазом можно обнаружить частицы размером более 7 мкм. Чаще всего, именно видимую часть называют дымом, но это не верно. Видимая часть дыма состоит из небольших частиц жидких веществ, и гораздо более крупных частиц золы и смол.

     В отличие от пыли, частицы дыма настолько малы, что почти не оседают под действием силы тяжести.

Коптильный дым получается из продуктов пиролиза, удаленных из зоны образования и смешивании их с воздухом.

     При подаче дыма в камеру с продуктом или предварительном смешивании с воздухом перед подачей, происходит снижение его температуры, влага, содержащаяся в нем, начинает конденсироваться на поверхностях. Продукты пиролиза, содержащиеся в ней, также более активно осаждаются на поверхностях камеры и продукта. Чем больше влаги в дыме, и чем больше перепад температуры, тем сильнее идет конденсация.

— При охлаждении дыма, влага с коптильными веществами не могут удерживаться в виде пара в той же степени – процесс напоминает выпадение тумана.

— Поэтому очень важна хорошая изоляция дымоходов коптильных камер, сокращение их протяженности и высокая скорость доставки дыма к продукту – во избежание излишней конденсации и осаждения коптильных веществ на поверхности дымоходов (потеря коптильных веществ), и чрезмерного загрязнения труб.

 

     Изменяя температуру и влажность воздуха, используемого для разбавления, можно менять температуру и влажность дыма. Поэтому, разбавленный воздухом, коптильный дым имеет значительно более низкую температуру чем температура пиролиза.

— Для разбавления можно применять уже использованный разбавленный дым.

     Дым с большим содержанием смол имеет цвет от желтого до коричневого.

Величина полезных коптильных веществ составляет приблизительно 10% от всего состава органических соединений дыма. Т.е. количество балластных веществ в дыме, отсутствие которых не сказалось бы на органолептических и других свойствах копченых изделий, преобладает над всеми остальными.

— До 90% дыма бесполезно!?! (во всяком случае так нам подсказывают).

 

     Основные компоненты дыма, оказывающие наиболее сильное влияние на мясные продукты:

·         фенолы — образуются при пиролизе лигнина при 250—550°С. Они в большей степени влияют на аромат и вкус продукта, в значительно меньшей степени влияют на цвет;

·         органические кислоты и карбонильные соединения — образуются при пиролизе целлюлозы и гемицеллюлозы. Они в значительной степени влияют на цвет продукта, получающийся при копчении. На вкус влияют несколько меньше.

     Большинство этих соединений находятся в газообразной, а не в твердой фазе.

—Это означает, что газообразная фаза дыма, пожалуй, имеет точно не менее важное значение, чем видимая часть дыма.

 

     Древесина

     Древесина состоит из трех основных веществ: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Другая, незначительная часть веществ содержится в полостях клеток — это дубильные, красящие вещества, смолы, эфирные масла и белки. В незначительном количестве присутствует ряд минеральных веществ, которые при сгорании образуют золу (от 0,2 до 0,8%).

     Поскольку разные породы деревьев имеют разное соотношение компонентов, различные виды древесины действительно при копчении придают пище разный вкус.

 

     В качестве иллюстрации хочу привести рисунок со спилами разных пород деревьев, на котором по цвету и структуре видны определенные различия.

Признаюсь, раньше почти не задумывался о том, что древесина настолько сильно отличается от породы и может значительно влиять на качество получаемого из него дыма.

     В литературе попадаются данные о цвете продукта в зависимости от сорта используемой древесины, однако отсутствуют данные по условиям дымогенерации. Поэтому, не понятно, будет ли идентичен результат при использовании одного вида древесины, но разных конструкций дымогенераторов и т.п.

(картинка взята из интернета, предполагаю, что изначально из какого-то учебника по деревообработке или лесоводству)

 

 

     В среднем, в древесине содержится 38-57% целлюлозы, 17-37% лигнина, и 7-26% гемицеллюлоз. Древесина лиственных пород содержит немного меньше целлюлозы и лигнина (меньше на 30-50%) и больше гемицеллюлоз (почти вдвое). Некоторые хвойные породы, особенно сосны и пихты, содержат значительное количество смол, которые при сжигании образует сажу с резким вкусом и запахом, поэтому они не желательны для копчения.

     Целлюлоза и гемицеллюлоза являются основным структурным материалом клеток древесины, лигнин действует как своего рода клеточный клей.

Целлюлоза и гемицеллюлоза представляют собой агрегаты молекул сахара; при сгорании они эффективно карамелизуются с образованием карбонилов, которые обеспечивают бо́льшую часть красящих компонентов и сладких, цветочных и фруктовых ароматов.

     Лигнин, представляющий собой очень сложную структуру взаимосвязанных фенольных молекул, при пиролизе также производит ряд характерных ароматических элементов, в том числе дымные, пряные и острые соединения, такие как гваякол, фенол и сирингол, а также более сладкие ароматы, такие как ванилин с запахом ванили и гвоздичного изоэвгенола. Гваякол является фенольным соединением, наиболее ответственным за «дымный» вкус, в то время как сирингол является основным источником дымного аромата. Т.е. продукты распада лигнина больше причастны к аромату копченых продуктов.

 

(Авторство рисунка: Васин Юрий. Собственная работа, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=98469360)

 

     Древесина мягких пород сгорает быстрее и при более низкой температуре. В результате, карбонильных соединений выделяется больше, чем фенольных, которые придают менее интенсивный вкус и аромат копчения, но больше влияют на цвет.

Твердые породы древесины сгорают медленнее, при более высокой температуре. В этом случае дым содержит соединения с более крупными фенольными молекулами, придающими гораздо более резкий вкус и аромат.

—После этого, например, становится понятно, почему при копчении с добавлением можжевельника, содержащего 37% лигнина (это существенно больше, чем во всех традиционно используемых при копчении породах древесины), будет получено значительно больше фенольных веществ, что сильно отразится на аромате копченого продукта.

 

     Пиролиз древесины протекает в четыре стадии:

·        сушка опилок при температуре 150-160°С;

·        пиролиз гемицеллюлоз в температурном интервале 180-260°С;

·        пиролиз целлюлозы в интервале температур 240-350°С;

·        пиролиз лигнина при температурах 250-550°С.

     Лигнин из представленных веществ является наиболее термостойким.

— Почему при разной температуре пиролиза выделяются разные вещества – в том числе потому, что при разной температуре разлагаются разные вещества (одни разлагаются, а другие еще нет и т.д.).

 

     Как любой другой процесс, пиролиз древесины имеет свои оптимальные параметры, при которых будет выделяться максимальное количество наиболее подходящих коптильных веществ – качество исходного материала, его влажность, температура, количество воздуха (подаваемое в зону реакции), время, скорость отведения продуктов и т.д. Эти параметры желательно контролировать и поддерживать в заданных пределах.

— Однако, данных по оптимальным условиям и режимам генерации дыма попадается немного, в основном они относятся к температуре, по остальным информации совсем мало.

 

     Чаще всего, как оптимальный диапазон температур пиролиза для образования коптильного дыма указывают 300-550°С. При данной температуре выход полезных веществ максимален (дым содержит до 85% органических веществ к массе древесины). При температуре выше или ниже указанной – количество полезных веществ уменьшается, а нежелательных (в т.ч. ПАУ) увеличивается.

—Соответственно, различия в условиях протекания пиролиза приводят к различным продуктам его реакции, что будет влиять на различия в качестве получаемых при копчении продуктов.

 

     При пиролизе 50-70% древесины превращается в дым, остается горючий уголь, т.к. при тлении углерод не окисляется из-за недостатка кислорода. Не обладая свойствами летучести при температуре дымообразования или обычного горения (300—900°), уголь способен окисляться только в результате притока к нему кислорода. При этом, наличие на поверхности угля даже ничтожной по толщине (доли микрона) пленки золы оказывается достаточным для прекращения тления. Поэтому, уголь либо должен удаляться, либо, благодаря сильным потокам воздуха, зола должна сдувается с его поверхности, тогда угль будет перетлевать полностью.

— Очень вероятно, что сдувание золы сильным потоком воздуха будет раздувать пламя, приводить к росту температуры, повышенному окислению и увеличению продуктов вторичных реакций пиролиза. Возможно, для снижения подобных негативных эффектов, производители некоторых дымогенераторов рекомендуют добавлять к щепе 20-30% влаги.

     При условии удаления пепла (золы) вместе с продуктами дымообразования желательно позаботиться об их улавливании (многие изготовители это делают) чтобы уменьшить попадание на продукт.

Насколько я понимаю, в дымогенераторах реализуется либо тот, либо другой принцип. Что тоже может говорить о возможных причинах отличия результатов копчения при использовании разных конструкций дымогенераторов.

 

     Наше топливо для копчения

     Согласно ГОСТ 33104-2014 БИОТОПЛИВО ТВЕРДОЕ.Термины и определения:

Дрова: Распиленное или расколотое, готовое для отопления древесное топливо, используемое в домашних отопительных устройствах, таких как печи, камины и центральные отопительные системы.

Примечание - Дрова обычно имеют примерно одинаковую длину в диапазоне от 150 до 1000 мм.

Древесная щепа: Сколы древесной биомассы в форме кусков определенного размера, образующиеся в процессе измельчения древесины острыми инструментами, такими как ножи.

Примечания:

1 Щепа имеет прямоугольную форму, длину от 5 до 50 мм и толщину меньшую, чем другие геометрические размеры…

Опилки: Мелкие частицы древесины, получаемые при распиловке.

Примечание - Большая часть материала имеет частицы размером от 1 до 5 мм.

 

ГОСТ 33103.1-2017 БИОТОПЛИВО ТВЕРДОЕ. Технические характеристики и классы топлива

 

     Более плотная древесина (дрова) характеризуется большей теплоемкостью и большей теплопроводностью. Нагрев ее до температуры возгорания требует затраты большего количества тепла и зажечь ее труднее. Поэтому труднее возгорается строганый лесоматериал, чем нестроганый, имеющий разрыхленную поверхность.

     Сырую древесину труднее нагреть до возгорания, чем сухую, например, для возгорания древесины с влажностью 10; 20; 30 и 40% требуется тепла соответственно в 1,36; 1,73; 2,09 и 2,45 раза больше, чем для возгорания абсолютно сухой древесины. Cырая древесина более теплопроводна, чем сухая.

Труднее загораются грани (плоскости), чем их ребра, так как древесина, нагреваемая в ребре с двух сторон, прогревается интенсивнее. Труднее загораются деревянные элементы крупных сечений, зажечь спичкой бревно нельзя, a щепу — очень легко.

     Горение возможно, если количество тепла, отдаваемое в окружающее пространство единицей горящей поверхности, не превышает выделения тепла при горении этой поверхности. Так, например, обращенная вверх горизонтальная поверхность плотного, деревянного настила не может гореть без дополнительного нагрева.

— Так как теряется тепла больше, чем выделяется.

     Иное наблюдается в случае взаимного обогрева горящих поверхностей. Сохранение температуры, достаточной для продолжения самостоятельного горения, обеспечивается взаимным обогревом лучистой теплотой поверхностей деревянных элементов в так называемых «надьях», применяемых охотниками в тайге или в высокопористых видах топлива — щепа, опилки.

     Итак, древесина в виде поленьев не может сгорать без значительного выделения тепла, а следовательно, без пламени. В этом случае теряется значительно большее количество веществ, образующихся из органической массы древесины, чем при тлении опилок. Поэтому, значительная часть летучих веществ при сжигании дров не используется для копчения, а коптильный дым по составу уступает дыму, полученному при медленном сгорании и тлении опилок. При засыпке горящих дров влажными опилками, пламя резко сокращается, увеличивается количество дыма, но и в этом случае дрова расходуются не экономично. Горение продолжается при ограниченном доступе кислорода.

     Помимо этого, при более высоких температурах горения древесины ускоряются нежелательные реакции окисления и полимеризации – образуется больше ПАУ и смол.

— Если у вас много смол, обратите внимание на температуру дымообразования.

 

     С учетом этого, наиболее выгодно получать дым из опилок и щепы, а не из дров.

 

— Мне удалось побывать на предприятии, где сохранились старинные коптильные камеры, где в подвальном помещении устроены ниши, в которых горят поленья. Предприятие активно использует свою схему копчения в маркетинговых целях, что-то типа – «Мы коптим натуральными дровами, поэтому делаем более натуральную колбасу». С технологической точки – подобное утверждение выглядит сомнительно, но как маркетинг – работает.

 

     Цвет копчения.

     Существует две основные реакции, приводящие к появлению желаемого цвета при копчении:

1 — продукты дымообразования сами являются окрашенными и придают цвет продукту (Карамелизация);

2 — в результате реакции взаимодействия коптильной среды с продуктом образуются красящие вещества (Реакция майяра).

     Обе реакции идут одновременно.

 

     Карамелизация – разложение сахаров при нагревании. Сахара, в нашем случае, получаются в результате разложения целлюлозы и гемицеллюлозы.

—Добавляемые в продукт сахара, обычно, к реакции карамелизации отношения не имеют, т.к. она идет при более высокой температуре (110-160°С) чем копчение.

—Вам встречались случаи, когда термисты добавляли сахар на опилки при копчении? Мне да (это было в дымогенераторе тления-горения). На цвет это влияло.

 

     Реакция Майяра идет в результате взаимодействия аминных соединений и аминокислот продукта с карбонильными веществами дыма, которые образуются при пиролизе целлюлозы и гемицеллюлозы. а также сахарами продукта (например, при массировании вносят сухое молоко, сахар, и т.п.).

Продуты этой реакции имеют окраску от желто-коричневой до черной. Они диспергируются в воде, но не растворимы в ней.

—Так вот почему при отсечении влаги в вакууме на копченой колбасе жидкость темного цвета!!!

     Образующийся цвет зависит от температуры, рН, влажности, содержания белка и его происхождения, а также от продолжительности процесса.

Реакционная способность редуцированных сахаров убывает следующим образом: пентозы> гексозы> дисахариды, и альдозы>кетозы. Нередуцированные сахара (сахароза, декстрины и связанные сахара) могут участвовать в реакции, но только после гидролиза.

—Стало быть, декстроза лучше, чем сухое молоко.

     Для начала реакции Майяра нужна вода. Она обеспечивает контакт реагирующих веществ, так как карбонильные соединения легко адсорбируются слегка увлажненной поверхностью. Сухая поверхность поглощает очень мало коптильных веществ.

—Без воды реакция не начнется, т.к. коптильные вещества не прилипнут.

     Далее воду нужно удалять, так как для реакции наиболее благоприятным интервалом активности воды считается 0,65-0,75. При слишком высокой и слишком низкой влажности (А_w= 0 или А_w= 1), реакция Майяра тормозится.

     В сухой среде образуются более яркие оттенки, во влажной среде более «тусклые» или желтовато-коричневые оттенки вместо насыщенных коричневых и темно-красных.

—Вот они, наши полосы на продукте.

     Потемнение происходит быстрее при нейтральных значениях рН, а уменьшение рН снижает скорость формирования цвета. При рН 6 имеет место небольшое потемнение, а наиболее благоприятная область рН для реакции 7,8-9,2.

— Поэтому «кислый» дым ухудшает цвет.

     При комнатной температуре эта реакция протекает очень медленно. При повышении температуры скорость существенно увеличивается, и для образования коричневых пигментов требуется меньше времени.

Сульфиты — являются ингибиторами реакций образования красящих веществ. В одних случаях потемнение прекращается полностью, в других оно замедляется.

— Поэтому, при использовании Е223 в качестве консерванта, можно ожидать ухудшения цвета копчения.

 

     Дымогенераторы

     Дымогенератор тления-горения – чаще температура выше, больше фенольных веществ – ярче вкус и аромат копчения. Фенолы меньше придают продукту цвет (не вызывают появление у продуктов коричневой окраски).

     Паро-дымогенерация (перегретый пар 300-450°С) – щепа гораздо быстрее подвергается пиролизу, фенолы не успевают образовываться из лигнина (недостаточно времени), но обильно получаются карбонильные соединения (альдегиды, кислоты) – которые придают более интенсивный цвет (из-за высокой скорости реакции они не успевают распадаться). Поэтому, такой дым содержит меньше фенолов и имеет менее выраженный аромат и вкус, но больше карбонильных соединений, поэтому более яркий цвет. Почти свободен от ПАУ и смол.

     Дымогенератор трения образует дым при температуре 260-290°С (есть также данные о температурах 316-370°С). Значительная часть органической массы древесины в обугленных частицах остается нерасщепленной, что требует дополнительной очистки дыма. Благодаря относительно невысокой температуре дымообразования, отсутствию горения и пламени, быстрому выводу продуктов расщепления, быстрому их охлаждению, не происходит вторичного окисления продуктов реакции и их полимеризации (как минимум их значительно меньше, чем при других способах генерации дыма). Благодаря этому во фрикционном дыме в значительно большем количестве, чем в опилочном, содержатся карбонильные соединения, кислоты, меньше фенолов и влаги.

— Стало быть дым более кислый !?!

 

     Копчение и сушка.

     Обычно, копчение желательно проводить после завершения цветообразования и стабилизации красной окраски мясного продукта, т.к. коптильные вещества (фенолы и органические кислоты) оказывают отрицательное влияние на формирование цвета его поверхности. В противном случае, можно получить темный, коричневый, неравномерный цвет.

—Поэтому, если хотите более красный цвет после копчения, то постарайтесь его добиться еще до копчения.

     Осаждение дыма на влажную поверхность в разы больше, чем на сухую (в зависимости от скорости движения дыма). При увеличении скорости движения коптильной среды, скорость отложения коптильных веществ на продукте возрастает.

—Поэтому, если есть возможность регулировать скорость вентилятора при копчении – не стесняйтесь ее использовать и сравните результаты.

Следует обращать внимание, чтобы вытяжной вентилятор не высасывал дым раньше, чем он наполнит камеру с продуктом и выполнит свои функции. Здесь речь о необходимой густоте дыма (не стал здесь о ней писать).

     У меня был случай из практики, когда клиент установил дополнительный вытяжной вентилятор, и никак не получалось добиться хорошего копчения. При его отключении все само собой решилось.

     Для достижения оптимальной скорости движения дыма, равномерного копчения и отсутствия участков перегрева, коптильные камеры не должны быть перегружены, воздух должен свободно перемещаться в камере.

     Высокая относительная влажность при копчении, равно как и влажная поверхность усиливает поглощение дыма. Оптимальная влажность при копчении — 50-70%.

     При высокой влажности дыма (более 60%), возникает разность давлений на поверхности продукта и в коптильной среде (пара и коптильных компонентов). При этом пар с коптильными веществами легко конденсируется в капиллярах на поверхности продукта (конденсация преобладает). При влажности среды менее 60%, испаряющийся из продукта поток влаги препятствует проникновению в него коптильных веществ (испарение преобладает над конденсацией). В таких условиях будет происходить быстрое обезвоживание поверхности продукта и замедлится формирование основных технологических эффектов копчения, т.к. время насыщения коптильными компонентами будет более продолжительным.

     В условиях высокой влажности коптильной среды, происходит значительная конденсация компонентов дыма на поверхностях. Поэтому, во избежание темных пятен и капель сконденсировавшихся веществ на продукте применяют кратковременную сушку. Т.е. делают незначительный разрыв в копчении для равномерного и постепенного распределения коптильных веществ и испарения лишней влаги. Температуру на такой сушке, обычно выставляют немного выше, чем при копчении, а влажность, соответственно понижают.

—Поэтому, если у вас после копчения продукт имеет темные подтеки, капли (и это не смола), то обратите внимание на влажность и продолжительность копчения. Возможно, вам следует сделать промежуточную сушку.

     Увеличение влажности дыма увеличивает сорбцию коптильных веществ.

При копчении излишне пересушенного продукта конденсация дыма на его поверхности затрудняется, готовый продукт при хорошей окраске почти не обладает вкусом копчености. И наоборот, при копчении излишне увлажненного продукта, создаются благоприятные условия для усиленного отложения дыма, при которых незначительно окрашенный продукт обладает чрезмерным вкусом и ароматом копчения.

 

     (Об этом эксперименте я прочитал у В.И.Курко) 

     Воспринимаемый визуально цвет копченых колбас зависит от цвета слоя продукта, находящегося непосредственно под оболочкой. В эксперименте с копчением (19-60часов, при 21-22°С буковым влажным дымом) оболочки заполненной сухой ватой (влажность оболочки 6%), либо ватой, смоченной водой (влажность оболочки 43%), либо водой (влажность оболочки 70%) — отмечено, что сухая оболочка окрашена интенсивнее, чем увлажненная, и слабее всего окрашена влажная оболочка.

Этот парадоксальный результат эксперимента (поскольку противоречит на первых взгляд закономерности о большем отложении компонентов дыма на более влажную поверхность имеет следующее объяснение.

     При окрашивании поверхности происходят не только физические или физико-химические явления, связанные с осаждением красящих (или окрашенных) компонентов дыма, но и химические = развитие окраски в результате реакций взаимодействия компонентов дыма с компонентами продукта, в данном случае оболочки, а также реакций полимеризации, окисления и конденсации составных частей дыма. Указанные реакции лучше протекают при наименьшем количестве влаги (в том числе карбонил-аминные).

     Подсушивание поверхности продукта перед копчением создает наиболее благоприятные условия для протекания этих реакций, и, следовательно, для более быстрого окрашивания по сравнению с развитием окраски на продукте с влажной поверхностью. В последнем случае (особенно в эксперименте с оболочкой, заполненной водой), несмотря на сравнительно большое количество абсорбированных компонентов дыма, в том числе и участвующих в реакциях окрашивания, развитие цвета на оболочке замедлено не только потому, что условия для этого менее благоприятны, но и потому, что концентрация соответствующих органических веществ на оболочке или тонком поверхностном слое продукта) уменьшается вследствие диффузии через оболочку.

     Поэтому важно не только осаждение коптильных веществ на поверхности, но и их накопление. На это также влияет относительная влажность коптильной среды. Повышая относительную влажность коптильной среды, можно существенно сократить продолжительность процесса окрашивания.

При значительном увлажнении коптильной среды (до 70%) получают продукты с более светлым окрашиванием по сравнению с обычными условиями копчения, поскольку подсушивание поверхности при этом затрудняется и проникновение коптильных компонентов в толщу продукта интенсифицируется.

Сухой дым в процессе копчения не может придать обрабатываемым продуктам с пересушенной поверхностью хорошей окраски, тогда как влажный дым окрашивает такие изделия в цвет значительно более привлекательный, чем у изделий с влажной поверхностью.

—Т.е. влажный дым на пересушенную поверхность лучше, чем сухой или он же на влажную.

 

     Наличие большого количества влаги в готовом продукте обычно способствует лучшему восприятию аромата копчения, тогда как большое содержание жира маскирует это явление. В жирных продуктах величина пороговой концентрации ароматических веществ повышается примерно на один порядок. Для оптимального восприятия эффекта копчения в продуктах с большим содержанием жира общее количество таких веществ должно быть увеличено.

—Т.е. жирные продукты следует коптить несколько дольше чем постные. О как! (мои предубеждения до этого оказывается врали мне, говоря, что жирный продукт коптится меньше – «мой миф разрушен»!).

 

     Для получения темного или даже черного цвета поверхности мясного продукта, необходим высокий уровень влажности (80-85%), а стадия подсушивания должна быть очень короткой, либо вообще отсутствовать. Так как мокрая поверхность очень сильно абсорбирует дым.

Фиксирование такого темного цвета производят путем горячего запекания (при низкой влажности и температуре выше 75°С). Такая обработка усиливает темный цвет по сравнению с обработкой паром («Шварцвальское» или «черное» копчение).

     Для более светлого и менее интенсивного цвета копчения продукт сушат более длительное время, т.к. сухая поверхность поглощает гораздо меньше дыма чем увлажненная.

     Для получения равномерного цвета нужно равномерное состояние поверхности продукта (либо равномерно сухая, либо равномерно влажная). Поэтому при неравномерном просушивании продукта образуется неравномерная окраска и даже полосы. Иногда доходит до душирования продукта перед копчением для более равномерного состояния его поверхности (в больших камерах, в процессе загрузки которых, продукт внесенный первым успевает подсохнуть, а последний будет влажным. Если начать копчение сразу, получится неравномерный цвет).

 

     Холодное копчение происходит, как правило, при температуре от 15 до 25°С, в то время как горячее от 55 до 80°С. Процесс холодного копчения достаточно продолжителен и проходит в течение дней, в отличие от горячего, которое занимает часы или даже минуты.

     Холодное копчение характерно тем, что белки продукта не денатурируют от температуры, а коптильные продукты представляют более летучие вещества (при горячем копчении добавляются менее летучие). Т.е. коптильная среда при горячем и холодном копчении разная, т.к. в ней содержатся разные вещества и частицы разного размера.

     В целом, при холодном копчении происходят те же реакции формирования окраски, что при горячем, только они протекают несколько дольше.

 

     Влажность древесины и коптильной среды.

     Средняя влажность свежесрубленной древесины составляет, %, у ивы 46, у липы 38, у осины 45, у ольхи 46, у тополя 48, у березы бородавчатой 44, у бука 39, у вяза 44, у граба 38, у дуба 41, у клена 33.

При горении древесины выделяется значительное количество тепловой энергии, которой более чем достаточно для испарения присутствующей в ней влаги, поэтому влажность древесины не существенно влияет на горение, особенно при свободном доступе кислорода.

     Только очень влажная древесина (влажность 88%) перестает быть топливом, так как теплота, образующаяся при ее горении, расходуется исключительно на испарение содержащейся в ней влаги.

Якобы противоречащее этому, часто встречающееся утверждение о снижении эффективности сырой древесины как топлива объясняется не уменьшением ее калорийности, а резким ухудшением условий сгорания образующихся газов из-за разбавления парами воды. Если удалить пар, то повысится концентрация кислорода и условия горения улучшатся.

     В данном случае, в атмосфере коптильной камеры будет присутствовать много водяного пара, вследствие чего условия обжарки/сушки продукции ухудшатся. Такие условия не способствует хорошему цветообразованию

—Это происходит в камерах, в которых отсутствует возможность регулировать параметры коптильной среды. Подобные коптильные камеры, которые топят дровами в настоящее время встречаются довольно редко.

 

     Поэтому, если толщина слоя опилок небольшая, то их влажность почти не влияет на качество дыма.

При тлении большого слоя опилок или щепы, в локальных зонах, температура легко может достигать 900-1000°С. Перегрев приводит к воспламенению и ухудшению качества дыма, увеличению образования смол и ПАУ. Для предотвращения этого производят предварительное смачивание опилок. В дымогенераторах с контролем температуры дымообразования для этого предусматривается система орошения водой, в таких системах предварительное смачивание щепы не требуется.

     Вода, испаряясь, занимает значительно больший объем (пар занимает объем в 1700 раз больше, чем вода), при этом вытесняет кислород, тем самым снижает окисление и полимеризацию продуктов пиролиза, увеличивает объем продуктов сгорания и уносит их из зоны тления, понижает температуру горения и препятствует образованию пламени.

     Таким образом, увлажнение топлива способствует повышению качества копчения, так как препятствует возникновению в слое топлива очагов пламени и вспышек дыма, благоприятствует образованию густой и увлажненной среды, что обеспечивает интенсификацию процессов сорбции и диффузии коптильных компонентов.

— Здесь следует сделать оговорку, что вышеприведенное утверждение верно в случаях, в которых отсутствует возможность контролировать воспламенение щепы иными способами.

 

     В составе дыма, образующегося из сырой древесины, резко повышается содержание кислот, что снижает рН, тогда как возникновение окрашенных в приятные тона пигментов в результате карбонил-аминных реакций увеличивается по мере повышения рН.

—Дым, полученный из сырой древесины, придает темную окраску обрабатываемым изделиям, цвет получается хуже (см. выше реакция Майяра).

     Искусственно увлажненная коптильная среда отличается по свойствам от коптильного дыма из сырой древесины – это не одно и тоже.

 

     Дубление

     Дубление происходит в результате взаимодействия альдегидов и фенолов дыма с коллагеном поверхностного слоя продукта.

     В результате дубления белки, например шкуры животного, становятся более устойчивыми к нагреванию, к действию протеолитических ферментов и воздействию химических реагентов, значительно уменьшается гидрофильность и увеличивается прочность, но сохраняется пористость.

По всей вероятности, аналогичные изменения должны происходить и с белками поверхностного слоя мясных продуктов, подвергающихся копчению, особенно длительному.

Благодаря повышению стойкости белков к нагреванию и увеличению механической прочности коллагена соединительной ткани, лучше сохраняется форма продукта, не происходит чрезмерного разваривания. Экспериментально установлено, что после обработки дымом увеличивается сопротивление на разрыв колбас в натуральной оболочке.

     При нарушении режима копчения, например при слишком быстром повышении температуры в коптильной камере, коллаген соединительной ткани гидролизуется; прочность его резко снижается прежде, чем произойдет дубление белков. В результате чего продукт может срываться с вешал.

—Следовательно имеет смысл сначала делать сухое копчение, чтобы задубить коллагеновую оболочку (если она используется), а далее давать влажное копчение, для улучшения прокопченности).

     Благодаря сохранению продубленным слоем пористости, равномерно удаляется влага при длительной сушке сырокопченых колбас в натуральных оболочках. В результате повышения стойкости дубленых кишечных оболочек к воздействию тепла и влаги, и сохранения ими эластичности (в случае альдегидного дубления) не нарушается целостность колбасных батонов при тепловой обработке и обеспечивается хороший внешний вид (без складок и морщин) при хранении (вареные колбасы, сосиски и т.п.). Эти свойства коптильного дыма и продуктов пиролиза древесины используют при изготовлении искусственных белковых оболочек для колбас.

 

     Если у вас хватило терпение все это прочитать и есть что добавить к теме копчения, давайте это сделаем, т.к. не все так просто, как выглядит на первый взгляд.

[Dkfl]

При написании поста были использованы следующие источники:

·      Википедия

·      Влияние влажности топлива, коэффициента избытка воздуха и других параметров на физико-химическое состояние коптильного дыма. Ю.Д.Проскура – Владивосток.: Дальневосточное книжное издательство Ротапринт ТИНРО, 1969 – 43с.

·      ГОСТ 33103.1-2017 БИОТОПЛИВО ТВЕРДОЕ. Технические характеристики и классы топлива.

·      ГОСТ 33104-2014 БИОТОПЛИВО ТВЕРДОЕ.Термины и определения.

·      Деревянные конструкции. Издание 3-е, переработанное и дополненное. Под.ред. Г.Г.Карлсена – М.: Госстройиздат, 1961 – 643с.

·      Мясные продукты. Научные основы, технологии, практические рекомендации. Г.Фейнер – Спб.: Профессия, 2010 – 720с.

·      Основы бездымного копчения. Курко В.И. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984 – 228с.

·      Производство копченых пищевых продуктов. О.Я.Мезенова, И.Н.Ким, С.А.Бредихин - М.: Колос, 2001 – 208с.

·      Современное производство колбасных и солено-копченых изделий. Второе издание, исправленное и дополненное. В.Г.Зонин – Спб.: Профессия, 2017 – 216с.

·      Технология пищевых производств. Дымогенераторная техника и технологии. Уч.пос. для вузов. 2-е изд. Ю.В.Шокина, А.Ю.Обухов, А.А.Коробицин – СПб.: Лань, 2021 – 164с.

·      Физико-химические и биохимические основы технологии мясопродуктов. А.А.Соколов – М.: Пищевая промышленность, 1965 – 492с.

·      Физико-химические и химические основы копчения. В.И.Курко – М.: Пищепромиздат, 1960 – 224с.

·      Химия копчения. В.И.Курко – М.: Пищевая промышленность, 1969 – 344с.

[Andrew Sapozhnikoff]

Круто 

Только почему на форум? Статью на портал надо

 

Очень понравилось про регулировку скорости вентилятора. Я в свое время шефу  плешь проел, доказывая. А мне в ответ- нам не надо.....ну и пусть не надо

[Главный технолог]

@Dkfl Готов переработать все это в статью? Выпустим статьей.

 

19 часов назад, Dkfl сказал:

У меня был случай из практики, когда клиент установил дополнительный вытяжной вентилятор, и никак не получалось добиться хорошего копчения. При его отключении все само собой решилось.

Я сам с такой проблемой столкнулся. Поставил канальник в трубу... и все высосало

[Andrew Sapozhnikoff]

1 час назад, Главный технолог сказал:

Выпустим статьей.

А чем тебе не статья? Готовый материал, разве что фотки может не подойдут

[Dkfl]

30.09.2023 в 12:12, Главный технолог сказал:

@Dkfl Готов переработать все это в статью? Выпустим статьей.

Поясни

[Roman Sakaev]

Очень интересная статья, спасибо!
Еще думаю будет интересен график из все той же книги Вячкеслава Иосифиовича Курко - "Физико-химические и химические основы копчения". Он хорошо иллюстрирует влияние температуры дымообразования на качество дыма. 

 

 

 

Изменено 20 мая, 2025 пользователем Roman Sakaev

[Dkfl]

Хочу добавить свой опыт сравнения копчения в дымо и паро-дымогенераторах.

Давненько, приходилось в паро-дымогенераторных камерах сравнивать разную щепу (бук, дуб, плодовые деревья) - разницу не отмечал.

Теперь, относительно недавно на грудке куриной удалось сравнить копчение в дымо и паро-дымо герератоных камерах (Маутинг и Райх). При использовании одной и той же щепы (бук/дуб).
Цвет приблизительно близкий получить удалось. Причем в горячем виде немного отличалось, но после остывания стало практически одного цвета. Чего не скажешь о вкусовых характеристиках. Вкус и аромат на паро-дымо был как у "мокрой тряпки", на дымо - довольно яркий вкус и аромат копчения. Параметры приходилось подгонять и сам режим камеры выдавали несколько разный в части влажности (сушили совсем по разному).

Сверху - теплый продукт, снизу - продукт остыл.
Слева направо по две грудки с разных камер (какая из какой камеры по памяти восстановить уже не могу)

Также, еще коллеги поделились своим опытом в части попытки достигнуть схожего продукта на паро-дымо и дымо генераторных камерах при использовании одной щепы. В данном случае Аутотерм и Шротер.
Одинаковый продукт получить не удалось от слова "совсем". Цвет, вкус, аромат - все отличается.

[Главный технолог]

В 29.07.2025 в 14:46, Dkfl сказал:

опыт сравнения копчения в дымо и паро-дымогенераторах.

Привет!

Давай договоримся о терминах. Что такое дымо и паро-дымогенератор?

Ты имеешь ввиду коптильная камера и универсальная термокамера?

[Andrew Sapozhnikoff]

Не так давно у меня 1 приятель собрал электростатическую коптилку,  приводил мне в пример статьи 40х  годов- что это самая передовая технология 

На мой взгляд получилось дорого, не вкусно, одно хорошо- быстро. Копчение моментальное 

Хотелось бы узнать, что думает по этому поводу Влад @Dkfl 

[Dkfl]

14 часов назад, Главный технолог сказал:

Привет!

Давай договоримся о терминах. Что такое дымо и паро-дымогенератор?

Ты имеешь ввиду коптильная камера и универсальная термокамера?

Да, конечно.
Я писал о следующем:
"Паро-дымо-" - дымогенератор, в котором энергия для пиролиза щепы передается ей перегретым паром.
"Дымо-" - дымогенератор, в котором электрический ТЭН передает энергию щепе.

В обоих случаях камеры универсальные.

[Dkfl]

5 часов назад, Andrew Sapozhnikoff сказал:

Не так давно у меня 1 приятель собрал электростатическую коптилку,  приводил мне в пример статьи 40х  годов- что это самая передовая технология 

На мой взгляд получилось дорого, не вкусно, одно хорошо- быстро. Копчение моментальное 

Хотелось бы узнать, что думает по этому поводу Влад @Dkfl 

На практике не сталкивался, с такими, поэтому не имел возможности сравнить и оценить продукт и камеру.
Могу только предположить, что будь эта схема более практична, эффективна и(или) экономична, то получила бы широкое распространение, а не была только в качестве единичных прототипов.

5 часов назад, Andrew Sapozhnikoff сказал:

...

На мой взгляд получилось дорого, не вкусно, одно хорошо- быстро...

Поэтому, поддерживаю.

[Главный технолог]

53 минуты назад, Dkfl сказал:

Паро-дымо-" - дымогенератор, в котором энергия для пиролиза щепы передается ей перегретым паром.

Насколько я знаю, пародым был только у Аутотерма. Я уточню, появился ли он ещё у других компаний.

[Roman Sakaev]

В 31.07.2025 в 14:20, Главный технолог сказал:

Насколько я знаю, пародым был только у Аутотерма. Я уточню, появился ли он ещё у других компаний.

да, для остальных производителей Аутотерм поставлял пародымогенераторы с их лэйблом.