No module Published on Offcanvas position

Влияние различных факторов на химический состав коптильного дыма

Химический состав коптильного дыма зависит от породы, влаж­ности и температуры горения древесины.

Отечественные и чехословацкие ученые считают, что при коп­чении не следует использовать хвойные породы древесины, так как получаемый коптильный дым содержит много смолообразных про­дуктов.

Работы канадских, шотландских, польских, венгерских исследо­вателей свидетельствуют о том, что в технологическом отношении коптильный дым от хвойных пород древесины вполне пригоден для копчения и может быть использован наравне с дымом от ли­ственной древесины.

Использование древесины с различным содержанием влаги от­ражается на химическом составе продуктов пиролиза.

При использовании сырой древесины и относительно малой подачи воздуха в зоне горения создаются условия распада древе­сины, близкие к условиям сухой перегонки. Это приводит к неже­лательному направлению химических реакций разложения орга­нической части древесины и прежде всего к бурному выделению пара и перегреванию какой-то части его, приближая условия тер­мического разложения древесины к условиям распада ее в сфере водяного пара. При этом на 20—30 % увеличивается количество органических кислот, преимущественно муравьиной (НСООН) и пропионовой (СН-СН-СООН).

В среде, насыщенной водяными парами, и при высокой темпера­туре ускоряются нежелательные изменения некоторых составных частей дыма, например, фенолов. Этому способствует повышенное содержание муравьиной кислоты, действующей каталитически на реакции конденсации.

Установлено, что при увлажнении опилок и быстром их подо­греве резко увеличивается содержание формальдегида в дыме. Количество непредельных связей в компонентах дыма тем мень­ше, чем выше влажность древесины. По мнению некоторых ученых, именно вещества с непредельными связями играют решающую роль в приобретении рыбой необходимых свойств копченых про­дуктов. Технологические свойства такого дыма низкие, а продук­ты, обработанные им, имеют темную, неравномерно окрашенную поверхность.

Конденсаты, полученные при сжигании опилок, содержащие 10—30 % воды, представляли собой гетерогенную жидкость темно­го цвета с резким запахом. Такие конденсаты очень неустойчивы при хранении, так как в них быстро проникают реакции полиме­ризации с образованием черной смолы. При этом на поверхности конденсатов появляется слой коричневого масла.

Из дыма, получаемого при сжигании опилок влажностью 40— 50 %, образовывались конденсаты более светлого цвета с малым содержанием смолистых веществ или без них. Эти конденсаты лучше сохранялись и имели более приятный запах. По мере уве­личения влажности опилок уменьшается кислотность конденсатов и содержание в нем карбонильных соединений и фенолов.

При горении обильно увлажненных опилок первичные продук­ты распада древесины подвергаются воздействию высоких темпе­ратур более длительное время и соответственно большая часть их претерпевает глубокие вторичные изменения. Эти изменения в большей степени сказываются на алифатических соединениях уг­леводородного происхождения и в меньшей — на обладающих большей термоустойчивостью ароматических соединениях.

Чехословацкие исследователи установили, что пиролиз влаж­ных опилок (10,25, 50 %) при 400°С не влияет на ход химических реакций. Об этом свидетельствует тот факт, что химический состав дыма, определенный относительно сухой массы древесины, был почти одинаковый независимо от влажности опилок.

Применяемое в практике смачивание опилок водой способству­ет получению качественого дыма, так как увлажнение препятствует возникновению пламени и потере при этом коптильных компонен­тов, способствует медленному горению. Температура в зоне горе­ния не бывает очень высокой из-за того, что часть тепла расходу­ется на образование пара. Все это обеспечивает получение большого количества коптильного дыма с высокой относительной влажностью, благодаря чему он хорошо взаимодействует с подвер­гаемыми копчению изделиями.

На количество образуемых первичных и вторичных продуктов влияет температура. В дыме, образующемся при ЗОО°С, больше со­держится фенолов, фурфурола, диацетила, кислот. При 400°С в дыме возрастает общее содержание карбонильных соединений.

В результате проведеных экспериментов исследователи сдела­ли вывод, что температура разложения древесины должна коле­баться в пределах 280—350°С.

Интенсивность процессов термического разложения древесины в воздухе зависит от степени доступа атмосферного кислорода к частицам тлеющих опилок. Летучие вещества, выделяющиеся из нагретых частиц древесины, затрудняют проникновение воздуха в зону распада. Устанавливается некое равновесие, при котором про­исходит процесс неполного горения.

Коптильный дым можно получать несколькими способами:

  • естественное (нефорсируемое) горение древесины в виде оча­гов (куров) опилок;
  • горение древесины костром;
  • образование дыма в дымогенераторах с регулируемой темпе­ратурой и подачей воздуха (дымогенераторы с разложением опи­лок на обогреваемых поверхностях, фрикционные дымогенерато­ры).

Естественного горения древесины в виде очагов поступающего в зону распада кислорода недостаточно для воспламенения лету­чих компонентов — продуктов первичного распада древесины. В результате древесина «горит» очень медленно, без видимого пла­мени и значительного выделения тепла. С другой стороны, кисло­род в какой-то степени осуществляет роль окисляющего агента, в результате чего происходят окислительные изменения части лету­чих компонентов.

Получаемая этим способом коптильная среда насыщена органи­ческими соединениями и обладает хорошими технологическими качествами.

Однако дымообразование при этом способе является процессом, плохо регулируемым и медленным. Количественный состав дыма в открытых очагах может изменяться довольно значительно. По­ступающий с воздухом кислород способствует образованию от­дельных локализованных участков с температурой 900—1000“С. При попадании в зоны высоких температур первичных продуктов распада древесины создаются условия для образования полицик­лических углеводородов.

При горении древесины костром наличие зазоров между полень­ями и дровами способствует более свободному доступу воздуха. Это приводит к образованию пламени, т. е. к полному окислению значи­тельной, обычно наибольшей, части выделяющихся летучих веществ. Количество возникающего дыма (на единицу древесины) при дан­ном способе его генерации невелико по сравнению с горением опи­лок. Кроме того, температура зон горения дров остается очень вы­сокой. При этом также вероятна возможность образования полициклических соединений. Причем полициклических углеводо­родов при этом образуется значительно больше (до 103 мкг/м).

Тенденции к изготовлению продукции регламентированного качества, разработка механизированных, поточных, а также частич­но автоматизированных коптилен привели к необходимости ис­пользовать при копчении дозированные количества коптильного дыма, достаточно однородного по химическому составу.

В результате, в практику коптильных производств внедрены специальные устройства для производства коптильного дыма — дымогенераторы.

В дымогенераторах с разложением опилок на обогреваемых поверхностях опилки нагреваются в результате передачи тепла от металлической поверхности, обогреваемой электроспиралями. При этом коптильный дым образуется без видимого пламени. При по­вышении температуры генерации дыма (распад древесины стано­вится более полным) в нем увеличивается содержание коптильных компонентов, особенно более термостойких. В таких дымогенера­торах сводится до минимума образование полициклических угле­водородов, кроме того отсутствует специальное устройство для ре­гулирования температуры дымообразования. Поэтому в них может произойти спонтанное повышение температуры в зоне дымообра­зования и, как следствие этого, возникновение условий, при кото­рых произойдут вспышка и воспламенение опилок.

Во фрикционных дымогенераторах дым образуется под дей­ствием тепла, возникающего при трении дерева о вращающуюся металлическую поверхность. Молекулы составных частей органи­ческой массы древесины под действием тепла становятся подвиж­ными, приобретая способность к расщеплению на соединения с меньшим молекулярным весом. Однако процесс образования дыма во фрикционном дымогенераторе происходит при более низких температурах по сравнению с другими способами. Несмотря на интенсивность распада, довольно значительная часть органической массы древесины (до 20 % при температуре около 290°С) остается нерасщепленной. Поэтому фрикционный дым необходимо очищать от механических примесей. Увеличение количества подаваемого воз­духа позволяет увеличить выход компонентов дыма. Увеличение дав­ления на брус также приводит к повышению содержания органичес­ких веществ в дыме. Меняя нагрузку на брус, можно получать соответственно редкий, густой или очень густой дым, а регулируя подачу воздуха, использовать фрикционный дым для горячего или холодного копчения. Эксплуатация фрикционных дымогенераторов позволяет сократить расход древесины в 11—16 раз.

Таким образом, химический состав коптильного дыма в зна­чительной степени зависит от породы, влажности, температуры горения древесины и от способа получения коптильного дыма.

Однако аромат, вкус и цвет копченого продукта скорее всего обусловлены количественными соотношениями попадающих в продукт при копчении составных компонентов дыма, чем просто наличием этих же компонентов в дыме.

Содержание целлюлозы лиственных и хвойных пород почти одинаково, тогда как лигнина в древесине хвойных пород больше, чем в древесине лиственных, на 10 %. Поэтому наибольший выход ПАУ, индикатором которых является бензпирен, наблюдается при термо­лизе хвойных пород древесины. ПАУ являются продуктами вторич­ных реакций при термическом распаде лигнина и одним из источни­ков их служат длинноцепочечные насыщенные углеводороды, особенно легко полимеризующиеся при температуре выше 400°С.

Вторую группу канцерогенных соединений копченых продук­тов составляют нитрозоамины, которые образуются в процессе копчения вследствие прямого воздействия окиси азота, содержа­щейся в дисперсионной среде, с вторичными аминами продукта. При бездымных способах копчения это явление полностью исклю­чается.