Степень прокопченности и продолжительность копчения изделий зависят от концентрации в дыме веществ, придающих продукту специфические внешний вид, запах и аромат.
Обычно концентрацию этих веществ в дыме отождествляют с его густотой (густой или редкий дым).
При анализе древесного дыма, отобранного из обычной промышленной коптильни и применяемого для копчения, так называемых кипперсов (копченых рыбных полуфабрикатов) Питтетом были получены следующие результаты:
B среднем в 1 м3 коптильного дыма содержится примерно 2,5 г наиболее важных органических соединений. Обычно концентрация составных частей дыма значительно колеблется. Например, при обычном промышленном копчении содержание различных органических веществ в дыме колеблется от 0,5 (редкий дым) до 3 г/м3 (густой дым).
Солинеком и другими была сделана попытка выявить зависимость между содержанием отдельных фракций дыма и его густотой, установленной оптическим способом.
Изменение относительного содержания (в % от веса дыма) составных частей дыма осины в зависимости от его густоты
В последние годы все шире применяют оптический способ определения густоты дыма как при проведении исследований, так и в практике коптильного производства. Простейший способ определения приблизительной оптической плотности дыма заключается в том, что сравнивают расстояния, на которых можно различить данный источник света. Наибольшее распространение получают способы определения оптической плотности, основанные на измерении ослабления силы света, проходящего через дым, с помощью фотоэлемента. Густоту дыма выражают через показания фотоэлемента в микроамперах, в условных единицах или в строго калиброванных значениях оптической плотности.
Основная масса коптильного дыма состоит из неконденсируемых газов (79—90%) и конденсата паров воды и органических соединений (9—19%). Значительно меньше содержится смолистых веществ и несгоревших частиц.
Можно заметить также, что между густотой дыма, с одной стороны, содержанием смолы и парообразных веществ, с другой, существует зависимость. Однако в условиях эксперимента (температура выше 100°) парообразные соединения не повлияли на оптическую плотность дыма, характеризующую его густоту. На этом основании сделано заключение, что на изменение оптической плотности дыма наибольшее влияние оказывает количество смолистых веществ. Выяснилось также, что дым от лиственных пород (ольхи, березы, осины) содержит больше смолистых веществ, чем дым от хвойных пород (сосны, ели).
Зависимость между оптической плотностью дыма, полученного из древесины разных пород, и содержанием в нем смолистых веществ — имеет сходный характер. Графически ее можно изобразить в виде кривых, приближающихся по форме к гиперболе. При одном и том же содержании смол оптическая плотность (густота) дымов от древесины разных пород неодинакова.
Предполагая, что это явление, возможно, связано с различной степенью дисперсности частичек смолы в дыме, исследователи делают вывод, что при использовании оптического метода определения густоты необходимо учитывать природу анализируемого дыма (дым от ольхи, березы и т. п.).
Фостер установил, что к древесному дыму применим закон Беер-Ламберта:
I1 = I0 ⋅ 10-kcl,
где, I1 — интенсивность луча света после прохождения через дым; I0 — начальная интенсивность луча света; k — константа, учитывающая природу и величину частиц дыма; c — весовая концентрация дыма; l — путь, проходимый дымом.
Соотношение весовых концентраций коллоидных частиц и паров органических соединений дыма, составляющее в среднем примерно 8:1, изменяется в зависимости от способа получения дыма. Поэтому при одинаковой оптической плотности дым, полученный различными способами, осаждается на влажную поверхность с различной скоростью.
Как указывалось выше, на коллоидное, состояние (дисперсность) аэрозолей существенно влияет наличие в них водяных паров. В свою очередь, с изменением дисперсности дыма изменяется оптическая плотность его.
Влияние влажности дыма на дисперсность и оптическую плотность
При сравнительно небольшой весовой концентрации частиц (эксперименты 1, 2, 3) дым имел высокую оптическую плотность, или густоту. В экспериментах 4, 5, 6 при значительной весовой концентрации оптическая плотность дыма была меньше, чем в опытах 1, 2, 3. Следовательно, в экспериментах 1, 2, 3 степень дисперсности частиц дыма значительная, а в опытах 4, 5, 6 — сравнительно невелика. Указанное различие в коллоидном состоянии дыма обусловлено неодинаковой влажностью его и различным содержанием веществ, нерастворимых в эфире.
Солинек установил, что при одинаковой относительной влажности оптическая густота дыма зависит от температуры его.
Оптическая густота дыма, нагретого до высоких температур, более низкая. Так, густота дыма температурой 117—147° значительно меньше густоты дыма, имеющего температуру 31—37°. Это, по-видимому, обусловлено частичным испарением коллоидных частиц и увеличением дисперсности аэрозоля дыма.
Из этих наблюдений можно сделать следующее заключение, небезынтересное с точки зрения контроля густоты дыма при копчении. Поскольку между коллоидными свойствами дыма (степенью дисперсности его частиц, способностью к коагуляции и т. д.) и его густотой имеется прямая связь, оптический – метод контроля густоты дыма можно использовать прежде всего в том случае, если степень дисперсности дыма, будет постоянной в течение всего процесса копчения. Этому условию с определенной долей приближения удовлетворяет процесс холодного копчения, при котором можно поддерживать одинаковые температуру и содержание влаги коптильной среды. В этом случае истинную оптическую густоту дыма можно определять по концентрации коллоидных частиц в дыме.
При горячем копчении температура и содержание влаги изменяются в процессе обработки изделий и существенно влияют на дисперсность коптильной среды. Оптическая густота дыма меняется непрерывно и не соответствует весовой концентрации его. В этом случае оптическая густота дыма зависит от многих факторов, в том числе и от относительной влажности, а также от температуры коптильной среды.