СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА Российский патент 1995 года по МПК A23B4/48 

Изобретение относится к коптильному производству и может быть использовано при выработке рыбной и мясной продукции горячего и холодного копчения, а также в пресервном и консервном производствах.

Известен способ получения коптильного препарата, заключающийся в конденсации дымовоздушной смеси мелкодиспергированной водной средой, которая путем ее рециркуляции и повторного распыления многократно подается противотоком дыму. Затем водный конденсат отстаивают и очищают от смол фильтрованием [1]
В результате получают коптильный препарат типа рафинированного конденсата дыма, представляющий собой многокомпонентный раствор коптильных веществ.

Однако при данном способе получения препарата не достигается максимальной конденсации и очистки дыма из-за кратковременного контакта дымовоздушной среды и мелкодиспергированной воды. Кроме того, возникает необходимость постоянного удаления и охлаждения конденсационной воды из-за его быстрого нагрева, а способа ее одновременного охлаждения в процессе контакта с горячим дымом не предусмотрено.

Известен также способ получения коптильного препарата путем многоступенчатого охлаждения дымовоздушной среды от температуры 82-149^оС до (-6)-(-9)^оС. При этих условиях обеспечиваются последовательное осаждение большей части смол, конденсация паров дыма, охлаждение дисперсной (частичковой) фазы дыма, ее охлаждение и конденсация при отрицательных температурах [2]
Однако из-за того, что средой в данном препарате является водная фаза самого дыма, то, во-первых, происходят потери полезных компонентов дыма из-за его неполной конденсации и потерь в атмосферу, и, во-вторых, этой фазы недостаточно для оптимального насыщения конденсата коптильными компонентами. Кроме того, при охлаждении дыма до низких температур компоненты взаимодействуют друг с другом в отличном от оптимального соотношении, что негативно отражается на свойствах дыма.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранный в качестве прототипа способ получения коптильного препарата из дымовых выбросов коптильных камер, заключающийся в конденсации мелкодиспергированной водной средой дымовоздушной смеси с последующей очисткой водного конденсата от вредных веществ, при этом диспергирование воды проводят параллельно движению дымовоздушной смеси, а вода многократно рециркулирует через сборный фильтр и распылитель до насыщения коптильными компонентами [3]
Однако при данном способе изготовления препарата не достигается максимальной конденсации дымовых выбросов, следовательно, потеря части полезных веществ и загрязнение атмосферы. Одной из причин неполной конденсации дыма является параллельная подача диспергированной воды, однократная проходящему дыму. Это приводит к тому, что частички воды и дыма, двигаясь в одном направлении, слабо контактируют одна с другой. При этом скорость движения частичек воды выше, чем дыма, вследствие разницы масс и большой силы инерции, что приводит к быстрому выпадению первых из зоны совместного контакта и улетучиванию вторых под действием тяги в атмосферу.

Сущность изобретения выражается в том, что способ получения коптильного препарата основывается на конденсации дымовоздушной смеси мелкодиспергированной водной средой с последующей очисткой, отличающейся тем, что конденсацию проводят в несколько стадий, например в две, при этом водную среду направляют на первой стадии комбинированно, а на второй и последующих стадиях параллельно по отношению к дымовоздушной смеси, причем на первой стадии осуществляют подогрев, а на последней внешнее охлаждение процесса.

Отличиями предложенного способа получения коптильного препарата являются двухстадийность конденсации, комбинированная обработка дымовоздушной смеси мелкодиспергированной водной средой и сочетание на заключительной стадии охлаждения процесса с параллельным способом конденсации дыма мелкодиспергированной водой.

Такое сочетание приемов, операций и режимов позволяет быстро с минимальными энергозатратами осуществить максимальную конденсацию дыма водой, что практически предотвращает выброс дыма в атмосферу и позволяет получить коптильный препарат, насыщенный всеми полезными компонентами. Полученные две партии конденсата дыма на каждой стадии процесса после соответствующей очистки представляют собой различные по составу коптильные препараты, которые используются либо отдельно, либо смешиваясь в заданном соотношении, в зависимости от назначения. Способ позволяет поддерживать температуры процесса, оптимальные для конденсации преимущественно полезных веществ дыма, а также его полной очистки. Получение двух партий препарата облегчает контроль процесса приготовления и практического применения, позволяет расширить диапазон его использования. Так, препарат первой стадии конденсации, содержащий преимущественно высокомолекулярные компоненты дыма, рационально применять для поверхностной обработки продуктов при холодном или горячем копчении, а препарат второй стадии, в состав которого входят ароматические низкомолекулярные компоненты, для ароматизации масла в пресервном и консервном производствах.

Сущность способа заключается в следующем. Дымовые выбросы из коптильных камер с температурой 20-25^оС поступают на первую стадию конденсации, куда комбинированным способом (параллельно и противотоком) подается мелкодиспергированная питьевая вода. При параллельной подаче вода разгоняется энергией распыления и высокоскоростным потоком дыма до скорости, близкой к скорости движения дымового потока. При этом под действием пульсирующей подачи дыма его частички неизбежно сталкиваются с частицами воды и улавливаются ими. Т. к. в результате мелкого диспергирования воды образуется значительная площадь контакта фаз, в процесс улавливания вовлекается большое количество частиц дыма, однако не все. Часть частиц, обладая значительной инерционной силой, и под действием тяги продолжает поступательное движение. Для их улавливания здесь же мелкодиспергированную воду подают противопотоком их движению. Капельки воды, направленные встречно потоку дыма, активно поглощают его частички, чему способствуют процессы столкновения между ними, неизбежно возникающие при противоточной подаче. Т.к. площадь контакта фаз охватывает практически весь дымовой поток, лишь очень незначительная часть дыма "проскакивает" через активно промываемую область улавливания под действием тяги. Однако большая часть дисперсионной среды дыма (газообразная) не вовлекается в реакции и проходит дальше.

Диспергированная на первом этапе вода после контакта с дымом, насыщенная его частиковой фазой, собирается в нижней части резервуара, откуда рециркуляционной системой вновь подается на распыление. Этот цикл повторяется до достижения водой требуемой концентрации (массовая доля фенолов 0,15-0,30%). На первой стадии конденсации дыма осуществляется подогрев воды, направляемой на диспергирование. Это обусловлено тем, что в результате усиленного диспергирования воды комбинированным способом идет активный процесс формирования новых поверхностей, сопровождающийся поглощением тепла. В результате наблюдаются охлаждение всей сферы взаимодействия и понижение температуры подаваемой воды с 18-25^оС до 12-14^оС. Для того, чтобы на первой стадии процесса произошла максимальная конденсация высокомолекулярных компонентов дыма и для повышения температуры воды после распыления до исходной (18-25^оС) осуществляют ее подогрев специальными электронагревателями, смонтированными в нижней части резервуара. Несконденсированная часть дымовоздушной смеси (в основном газообразная фаза дыма) подается на вторую стадию конденсации, где параллельно ее движению диспергируется вода. Концентрация частичек дыма уже настолько мала, что для их полного поглощения достаточно не комбинированной, а лишь однократной параллельной подачи воды. Такая схема подачи позволяет дольше контактировать фазам, продолжительности их совместного движения достаточно, чтобы поглотить оставшиеся частицы и дисперсионную среду дыма. Необходимость дополнительной "промывки" дыма диспергированной водой отпадает, т. к. выходящий в атмосферу поток уже практически не фиксируется органолептически, он бесцветен и прозрачен, а также лишен аромата.

Для получения концентрированного раствора коптильного препарата на второй стадии конденсации также применяется рециркуляция воды до требуемого насыщения коптильными компонентами (массовая доля фенолов 0,15-0,30%).

Несмотря на понижение температуры воды за счет распыления на данной стадии, однократной подачи диспергированной воды оказывается здесь недостаточно для охлаждения зоны взаимодействия фаз до оптимальных температур конденсации (12-14^оС). Это обстоятельство чревато возможностью потери газообразной фазы дыма, которая превращается в капельки при охлаждении. Поэтому на данной заключительной стадии процесса осуществляется внешнее охлаждение сферы взаимодействия, например, циркулирующей холодной водой (10-12^оС) вокруг реакционного объема ("водяная рубашка"). Этим достигается понижение температуры фаз до 12-14^оС, что положительно влияет не только на полноту конденсации дыма и степень его улавливания водой, но и на унос мелкодиспергированной воды тягой в атмосферу (она конденсируется на стенках холодной "водяной рубашки").

Таким образом, на двух стадиях процесса (или нескольких стадиях) получают два или несколько коптильных препаратов, разных по составу и концентрации веществ, т.к. исходная дымовоздушная среда была различна не только по плотности потока, но и составу, а также соотношению частичковой и газообразной фаз.

По окончании процесса насыщения путем рециркуляции воды все порции коптильного препарата сливаются в емкости для хранения, отстаиваются 8-10 сут, очищаются от водорастворимых смол фильтрованием и используются по назначению либо отдельно, либо смешиваясь в определенных пропорциях (холодное и горячее копчение рыбы, мяса, филе, ароматизация масел и рыбы в консервном и пресервном производствах и т.д.).

Дым, прошедший все стадии промывки водой, практически не содержит частичковой фазы, а газообразная представлена в нем в основном несконденсировавшимися окисями углерода, не обладающими запахом. Поэтому он выходит в атмосферу, не загрязняя ее, что обеспечивает высокую эффективность способа. Максимальной степени очистки дыма способствует также двух- или многостадийность процесса, что удлиняет путь движения дыма, в результате чего крупные частицы, содержащие смолу, осаждаются.

П р и м е р 1. 32 дм³ питьевой воды с температурой 20^оС наливают в резервуары первого и второго скрубберов типа Вентури, соединенных последовательно, куда предварительно устанавливают фильтры рециркуляции. Включением вентилятора из камеры холодного копчения дымовые выбросы подаются в первый скруббер. На входе в установку они имеют температуру 20-24^оС. В трубе Вентури движение дыма осуществляется под действием тяги центробежного завихрителя петлеобразно: сначала вниз к резервуару с водой, затем вверх. Одновременно в скруббер насосом рециркуляции из резервуара через три форсунки подается мелкодиспергированная вода. Форсунки установлены так, что при движении дыма вниз две форсунки диспергируют воду также вниз, т.е. параллельно дыму, а при поступлении вверх встречно, т.е. противотоком. Вода в момент распыления понижает свою температуру за счет поглощения теплоты для образования новых поверхностей капель, и процесс взаимодействия с дымом идет при температуре 13^оС. В процессе столкновения частиц дыма и воды происходит конденсация дымовых компонентов, преимущественно частичковой фазы, водной средой. При этом площадь контакта фаз охватывает практически весь объем поступающего в скруббер дыма, и улавливание ею частиц максимальное. Капли воды, насыщенные частицами дыма, отделяются от него в нижней части трубы Вентури за счет большей, чем дым, инерции и, ударяясь о поверхность воды в резервуаре, улавливаются ею. Затем вода вновь подается насосом рециркуляции через фильтр к форсункам, диспергирование повторяется до насыщения воды по массовой доле фенолов 0,3%
Под действием тяги дымовой поток отводится во второй скруббер типа Вентури, где также циркулирует вода из резервуара к форсунке, которая однако распыляет воду только параллельно ходу движения дыма. Температура воды в момент распыления понижается до 17^оС. Однако диспергируемое облако воды тут же попадает в область температур 12-14^оС, что достигается внешним охлаждением скруббера "водяной рубашкой" с температурой циркулирующей воды 10-12^оС.

В результате такого охлаждения стенок скруббера на них конденсируются капельки газообразной фазы дыма, постоянно смываемые поступающей сверху водой или под действием собственной силы тяжести. Постепенно вода в резервуаре второго скруббера насыщается коптильными компонентами и из прозрачно-бесцветной превращается в желтую.

Общая продолжительность процесса 8 ч.

Оставшийся дым под действием центробежного завихрителя резко изменяет направление движения и через выходной коллектор выбрасывается наружу. Это прозрачно-белая среда, практически не уловимая глазом, без запаха. Степень очистки дыма по дисперсной фазе составляет 95%
Коптильные препараты, полученные на двух стадиях конденсации, сливаются в емкости, отстаиваются 8 сут, очищаются от водонерастворимых смол фильтрованием через 8 слоев марли и имеют следующие параметры.

Препарат с первой стадии конденсации:
рН 3,0; оптическая плотность 2,1; массовая доля фенолов 0,22% общая кислотность 0,035; органолептически это яркая, желто-коричневая жидкость, прозрачная, с интенсивным приятным запахом копчености.

Препарат со второй стадии конденсации:
рН 3,3; оптическая плотность 2,01; массовая доля фенолов 0,2% общая кислотность 0,022; по внешнему вид идентичен препарату с первой стадии конденсации, однако несколько бледнее по цвету, а аромат копчености более нежный.

Препарат при смешивании обеих партий в соотношении 1:1:
рН 3,15; оптическая плотность 2,05; массовая доля фенолов 0,19% общая кислотность 0,028% ярко-золотистый цвет, ярко выраженный приятный аромат копчености.

Параметры всех партий препарата соответствуют требованиям ТУ 15-1049-89 "Коптильный препарат ВНИРО".

Препарат первой стадии был использован для холодного копчения скумбрии. При дегустации экспериментальные образцы органолептически не отличались от скумбрии холодного дымового копчения, однако был отмечен приятный нежный аромат копчености, характерный для продукции без вредных смолистых веществ.

Препарат второй стадии был использован для приготовления пресервов "Ставрида филе-кусочки, подкопченные в масле", которые заслужили высшую оценку специалистов нежным специфическим запахом и ароматом копчености, ярко-желтым цветом масла.

Препарат в соотношении 1:1 был использован для приготовления консервов "Мойва в масле с добавлением коптильного препарата". Были отмечены нежность аромата и вкуса копчености, улучшенные вкусовые оттенки, ярко-золотистый цвет рыбы и масла.

Способ по данным приемам, операциям и режимам рекомендуется.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, за исключением того, что температура воды, наливаемой в резервуар и подаваемой на диспергирование, на обеих стадиях 25^оС. В результате аэрозольная смесь воды и дыма на первой стадии конденсации имеет температуру 18^оС, а на второй 17^оС. Это повышает интенсивность испарения коптильного препарата и 10% исходного его количества (3,2 дм³) уносятся высокоскоростным потоком в атмосферу. Однако эти потери легко восполняются внесением воды в исходный резервуар. При этом продолжительность процесса сокращается до 7,2 ч, что увеличивает производительность способа. Качество коптильного препарата и обработанных с его применением продуктов аналогично указанному в примере 1.

Способ по данным приемам, операциям и режимам рекомендуется.

П р и м е р 3. По приемам и операциям аналогичен примеру 1, за исключением того, что подаваемая на диспергирование вода имеет температуру 15^оС. В данном случае область взаимодействия воды и дыма в первом скруббере имеет 11^оС, а во втором 10^оС.

В результате потери коптильного препарата в атмосферу практически отсутствует (около 2% или 0,6 дм³), что находится на уровне ошибки опыта. При этом удлиняется продолжительность способа, т.к. скорость конденсации падает до 8,5 ч. Однако это незначительное удлинение времени, компенсируемое высоким качеством образующегося коптильного препарата.

Способ по данным приемам, операциям и режимам рекомендуется, т.к. качество коптильного препарата и готовой копченой продукции высокое, идентичное указанному в примере 1.

П р и м е р 4. По приемам и операциям аналогичен примеру 1, за исключением того, что подаваемый на конденсацию дым из камеры горячего копчения имеет температуру 95^оС. В результате эффективного взаимодействия диспергируемой воды с дымом температура аэрозольной смеси в первом скруббере понижается до 52^оС, а во втором до 25^оС. В данном случае потери препарата составляют 12% что не сказывается на загрязнении атмосферы и легко компенсируется внесением воды. При этом процессе получение препарата сокращается до 6,5 ч без снижения качества препарата и готовой копченой продукции.

Способ по данным приемам, операциям и режимам рекомендуется.

П р и м е р 5. По приемам и операциям аналогичен примеру 1, за исключение того, что внешнее охлаждение процесса на второй стадии конденсации осуществляется путем использования в качестве хладагента не воды, а хлористого кальция с температурой 0^оС. В результате температура аэрозольной смеси во втором скруббере будет 5^оС, а потери препарата от испарения практически отсутствуют 0,05% (0,16 дм³). Это позволяет говорить о высокой эффективности способа. Однако низкие температуры несколько удлиняют процесс конденсации на второй стадии способа, требуемая концентрация препарата достигается через 8,5 ч. Это незначительное увеличение продолжительности не сказывается на эффективности способа и компенсируется высоким качеством коптильного препарата и приготовленных с его применением продуктов.

Способ по данным приемам, операциям и режимам рекомендуется.

Существенным преимуществом данного способа перед другими является возможность получения коптильного препарата типа рафинированного конденсата дыма с заранее заданными характеристиками простым способом из выбросов коптильных печей или чистого технологического дыма. При этом достигается практически полная очистка дыма, до сих пор удававшаяся лишь при его энергоемком каталическом дожигании. Таким образом, способ в таком важном и неблагополучном в экологическом отношении производстве, как коптильное, позволяет соединить воедино комплекс основных актуальных аспектов безотходность, высокую производительность, экологичность, простоту, качество.

На первый взгляд способ несколько усложняется по сравнению с известными, т.к. осуществляется в две стадии, а не в одну, как и предусматривает некоторую комбинацию конденсации. Однако он не требует специального оборудования, т. к. возможно использование известных очистных устройств типа скруббера Вентури, но только в новом сочетании операций и режимов. Применение питьевой воды в качестве растворителя свидетельствует об отсутствии дорогостоящих реактивов, сред и химических компонентов. Полученный коптильный препарат по своему составу и свойствам отвечает требованиям ТУ 15-1049-89 "Коптильный препарат ВНИРО", канцерогенных и других веществ типа метанола в нем не обнаружено. Их отсутствие гарантируется не только проведением специальных исследований, но и невозможностью их образования в виде мягких режимов способа. Действительно, конденсация идет при возможно низких температурах ниже 20^оС (10-15^оС), тогда как ВНИРО получают при температурах конденсации 30-50^оС, т. е. с повышенным риском по канцерогенности. Все же другие операции по очистке и удалению вредных веществ идентичны.

Преимуществом способа является возможность получения на второй стадии конденсации сразу ароматизированного копчением масла, широко применяемого в консервном производстве и пресервном производстве. Для этого вместо воды диспергируют растительное масло, которое активно адсорбирует очищенный на первой стадии от смол дым. В известном ранее решении этого делать нельзя, т. к. масло активно растворяет смолы и очистить его невозможно.

Проведение способа в две стадии облегчает технологический контроль и регулировку как хода процесса, так и практического применения, а следовательно, качества препарата, это является важным аспектом при его внедрении.

Все операции предложенного способа поддаются механизации, автоматизации и управлению, так что процесс становится полностью регулируемым и чистым, что должно привести к снижению уровня профессиональных заболеваний в копчении, повышению санитарно-гигиенических показателей процесса.

Способ неэнергоемкий, а некоторое повышение расхода электроэнергии на двухстадийность процесса компенсируется уменьшением времени, увеличением как минимум производительности и уменьшением удельного расхода электроэнергии, т.е. на единицу готовой продукции.

Использование: изобретение может быть использовано при изготовлении рыбной и мясной продукции горячего и холодного копчения, а также в пресервном и консервном производствах. Сущность изобретения заключается в том, что дымовые выбросы из коптильных камер подвергаются двух- и более стадийной обработке мелкодиспергированной питьевой водой, причем на первой стадии водную среду направляют параллельно и в противотоке движения дымовоздушной смеси, а на второй и последующих стадиях параллельно потоку оставшихся частичек дыма, причем на первой стадии осуществляют подогрев, а на последней внешнее охлаждение процесса. На всех стадиях процесса применяется рециркуляция воды до требуемого насыщения ее коптильными компонентами. Согласно данному способу получают коптильный препарат с заранее заданными характеристиками при практически полной очистке дыма.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА путем конденсации дымовоздушной смеси мелкодиспергированной водной средой, подаваемой параллельно потоку смеси, с последующей ее очисткой, отличающийся тем, что конденсацию проводят по крайней мере в две стадии и на первой стадии водную среду дополнительно подают в противотоке направлению движения дымовоздушной смеси, при этом на первой стадии осуществдяют подогрев водной среды, а на последней стадии конденсацию проводят при охлаждении.