способ приготовления древесной щепы для получения коптильного дыма

Формула изобретения

Способ приготовления древесной щепы для получения коптильного дыма путем дробления древесного сырья, сортировки продуктов дробления по размерам и сушки, отличающийся тем, что сушку ведут в две стадии, при этом на первой стадии доводят относительную влажность древесной щепы до 20-35%, затем при этой относительной влажности ее выдерживают в течение 30-80 мин при температуре 50-70°С в термостатической камере, после чего на второй стадии в сушильной камере доводят относительную влажность щепы до 10-15%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам приготовления древесной щепы для получения коптильного дыма, используемого в пищевой промышленности для копчения мясных и рыбных продуктов.

Для приготовления коптильного дыма используют различное измельченное древесное сырье (в виде опилок, щепы и т.д.), которое подвергают пиролизу в дымогенераторах различного типа с образованием газообразной дисперсионной среды и дисперсионной фазы в виде твердых и жидких частиц. В коптильном дыме присутствует не менее 11 классов органических соединений, в частности, алифатической и циклической природы. В результате воздействия активных агентов коптильного дыма (альдегиды, эфиры, карбоновые кислоты, моноциклические ароматические соединения) пищевые продукты приобретают специфический вид и аромат, а также стойкость при последующем хранении.

Известны способы приготовления древесины для получения коптильного дыма, включающие дробление древесины до состояния заданной фракции: в крупном и колотом виде, щепа, опилки определенных размеров. Используются следующие породы древесины: бук, ива, ясень, ильм, граб и т.д. Древесина, подготавливаемая для получения коптильного дыма, подвергается сушке до заданной влажности, см. "Древесное сырье для копчения продуктов", Министерство лесной и деревообрабатывающей промышленности СССР, Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт экономики организации управления производством и информации по лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, межотраслевая информация, серия 20-02, 1977 г., М., 3 с.

Также известен способ приготовления древесной щепы для получения коптильного дыма, при котором древесину предварительно сушат в одну стадию до заданной конечной относительной влажности, а затем дробят в щепу посредством рубки, щепу сортируют по размерам (с длиной волокна 10-25 мм); приготовленная таким образом щепа газифицируется обычным путем в газогенераторах, SU 111699.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Способ-прототип, как и любые другие способы, при осуществлении которых сушка осуществляется в одну стадию до заданных значений относительной влажности, имеет следующие недостатки.

При сушке в одну стадию поверхностные слои древесины перегреваются (находятся в среде с температурой 200-210°С), что приводит к необратимым изменениям в структуре ее волокон и клеточных стенок. Волокна древесины грубеют, внутренние полости в структуре древесины закрываются, в связи с чем сокращаются реакционные поверхности, и в замкнутых полостях накапливаются и сохраняются продукты распада лигноуглеводного комплекса - балластные и токсические вещества (полиароматические углеводороды бензипиренового ряда, формальдегид, муравьиная кислота и т.д.). При пиролизе древесины в процессе получения коптильного дыма балластные и токсические вещества поступают в пищевые продукты, подвергаемые копчению; следует также отметить, что муравьиная кислота, во-первых, является катализатором полиароматических углеводородов - ПАУ, а во-вторых, значительно ухудшает органолептические качества пищевого продукта - цвет (становится сероватым), запах (специфический для соединений муравьиной кислоты). Кроме того, при сушке в одну стадию и перегреве поверхностных слоев древесины в условиях неконтролируемой влажности не происходит эффективного разрушения сложных углеводов - гемицеллюлоз до простых сахаров (пентозы, гексозы и т.д.). Гемицеллюлозы при копчении попадают на пищевой продукт, разлагаются на простые сахара на поверхности пищевого продукта и тем самым создают благоприятные условия для развития микрофлоры, отрицательно влияющей на его качество.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение накопления в структуре приготовленной древесной щепы балластных и токсических веществ, муравьиной кислоты и, тем самым, снижение поступления их в пищевые продукты при последующем пиролизе приготовленной древесной щепы. Кроме того, решается задача разрушения сложных углеводов - гемицеллюлоз до простых сахаров на стадии приготовления щепы и, тем самым, предотвращения попадания их в пищевой продукт при копчении.

Согласно изобретению в способе приготовления древесной щепы для получения коптильного дыма путем дробления древесного сырья, сортировки продуктов дробления по размерам и сушки, сушку ведут в две стадии, при этом на первой стадии доводят относительную влажность древесной щепы до 20-35%, затем при этой относительной влажности ее выдерживают в течение 30-80 минут при температуре 50-70°С в термостатической камере, после чего на второй стадии в сушильной камере доводят относительную влажность щепы до 10-15%.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

Заявителю неизвестны какие-либо источники информации, в которых содержались бы сведения об отличительных признаках заявленного изобретения и их влиянии на достигаемый технический результат. Благодаря тому, что сушку древесины ведут в две стадии, при этом на первой стадии (стадии предварительного пиролиза) относительную влажность древесной щепы доводят и поддерживают до 20-35% при температуре 50-70°С в течение 30-80 мин, предотвращается перегрев верхних слоев древесины с указанными выше негативными последствиями. В щепе происходит при указанных условиях выравнивание влажности и температуры по всему объему материала без его усыхания, коробления и закрытия внутренних полостей (пор). Таким образом балластные, токсические и иные вредные вещества не накапливаются в замкнутых объемах, а диффундируют в открытое межволоконное пространство. Кроме того, при указанных условиях в пропаренной влажной древесине активно протекают процессы деметоксилирования и пиролиза гемицеллюлоз до простых сахаров и других продуктов (органических кислот, спиртов, альдегидов). Продукты деструкции гемицеллюлоз также диффундируют открытое межволоконное пространство древесины и удаляются при последующей досушке щепы или разрушаются в начале пиролиза.

При относительной влажности менее 20% резко снижается реакционная поверхность волокон вследствие усыхания, коробления, огрубления и других явлений, свойственных в полной степени одностадийной сушке. При относительной влажности более 35% происходит разбавление образующихся органических кислот, что значительно снижает эффективность деструкции гемицеллюлозы. При температуре менее 50°С процесс предварительного гидролиза резко замедляется из-за недостаточной пластификации лигно-углеводного комплекса древесины, а при температуре выше 70°С начинается активная поликонденсация фенольных структур лигнина, разрушающихся при пиролизе в процессе копчения при более высоких температурах (400°С) с интенсивным выделением ПАУ. Продолжительность выдержки материала на первой стадии менее 30 минут приводит к недостаточной деструкции гемицеллюлозы и других легко гидролизуемых продуктов; выдержка более 80 минут нецелесообразна, так как дальнейший гидролиз материала связан лишь с весьма незначительной дополнительной деструкцией гемицеллюлозы.

На второй стадии способа высушивают древесный материал, который был подвергнут предварительному пиролизу на первой стадии, при этом древесину в сушильной камере доводят до относительной влажности 10-15%. Пересушивание древесины до влажности менее 10% нецелесообразно ввиду излишних энергозатрат без достижения заметного изменения качества щепы. Относительная влажность более 15% приводит к ухудшению качества коптильного дыма, так как в дымогенераторе при повышенной влажности щепа находится более длительное время, что приводит к образованию дополнительного количества вредных веществ.

Древесный материал после первой стадии содержит балластные, токсические и иные вредные вещества, а также продукты деструкции гемицеллюлозы в открытом межволоконном пространстве древесного материала в виде водных растворов. Указанные нежелательные вещества в значительной степени легко удаляются на второй стадии способа вместе с выходом парогазовой смеси при досушивании, поскольку на первой стадии способа эти нежелательные вещества выведены из замкнутых межклеточных пор и находятся в открытом межволоконном пространстве. Температура досушивания материала на второй стадии способа существенного влияния на качество щепы не оказывает и составляет обычно 90-110°С. При использовании щепы, приготовленной согласно заявленному способу, оставшаяся часть вредных веществ, практически, полностью разлагается в начале генерации коптильного дыма и не попадает в пищевые продукты, подвергаемые копчению.

Указанные выше новые свойства объекта позволяют сделать вывод о том, что настоящее техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Реализация способа иллюстрируется приводимыми ниже примерами.

В первом примере в качестве сырья использован бук. Бук дробили до щепы на дробильной машине фирмы Maskiner, Швеция. После дробления щепу сортировали на вибрационном сите той же фирмы до размеров 6-10 мм и толщины до 2 мм. Затем осуществляли на первой стадии сушку щепы в сушилке барабанного типа БС - 0,5, Россия до относительной влажности 25%. Далее щепу помещали в герметичную термостатическую камеру, в которой поддерживали эту относительную влажность при температуре 60°С в течение 50 минут. После этого материал перемещали в сушилку, где на второй стадии способа доводили его относительную влажность до 12% при температуре 100°С.

Приготовленная щепа была подвергнута пиролизу для получения коптильного дыма в стандартном дымогенераторе при температуре 300°С. Лабораторные анализы по определению содержания в коптильном дыме ПАУ и простых сахаров - продуктов распада гемицеллюлозы, осуществлены в лаборатории Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Коптильный дым содержал: ПАУ в количестве менее 0,5 мкг/м³ (следы ПАУ), простые сахара, образовавшиеся вследствие распада гемицеллюлозы, - 15,4 мкг/м ³.

Во втором примере в качестве сырья использован дуб, в третьем - ольха, в четвертом, пятом и шестом - бук. В четвертом и пятом примерах реализован двухстадийный способ, однако при режимах температуры и относительной влажности за пределами, указанными в формуле настоящего изобретения. Шестой пример соответствует одностадийному способу (прототипу).

В таблице приведены параметры, соответствующие примерам 1 - 6, а также характеристики коптильного дыма при пиролизе щепы, приготовленной в соответствии с этими примерами.

Таблица
№№ примера	Порода древесины	Относительная влажность в термостатической камере на первой стадии способа, %	Продолжительность выдержки щепы в термостатической камере на первой стадии способа, мин	Температура в термостатической камере на первой стадии способа, °С	Относительная влажность щепы по окончании второй стадии способа, %	Содержание ПАУ в коптильном дыме, мкг/м3	Содержание продуктов разложения гемицеллюлозы до простых сахаров в коптильном дыме, мкг/м3
1	бук	25	50	60	13	<0,5 (следы)	12,0
2	дуб	20	30	50	10	2,1	15,4
3	ольха	35	80	70	15	1,8	18,6
4	бук	15	20	45	10	3,2	84,1
5	бук	40	90	80	12	3,6	124,2
6 про то тип	бук	сушка в одну стадию при температуре 110°С в течение 30 мин до относительной влажности 12%				6,4	450,0