Копчение в электрическом поле высокого напряжения основано на известном физическом законе, по которому заряженные частицы движутся в электрическом поле по направлению к телу, имеющему противоположный по знаку электрический заряд.
Например, если продукт, помещенный в электрическое поле, подсоединить к положительному электроду, а частицам дыма сообщить отрицательный заряд, то осаждение дыма на поверхность продукта резко возрастет.
Скорость движения заряженных частиц дыма, а, следовательно, скорость их осаждения на противоположный электрод прямо пропорциональна величине заряда частицы и напряженности электрического поля. В свою очередь напряженность электрического поля зависит от напряжения, приложенного к электродам.
В различных установках для электростатического копчения применяют напряжение от 10 до 60 кВ.
Пока еще не создана стройная теория электростатического копчения. Выдвинуты лишь отдельные положения, объясняющие ионизацию дыма, осаждение частиц его на продукт, диффузию коптильных компонентов, условия образования цвета и аромата и пр.
Некоторыми авторами сделаны попытки научно обосновать явления, происходящие при электростатическом копчении.
Ионизация коптильного дыма
Практически дым можно «читать электронейтральным. Частицы дыма приобретают заряд только вследствие какого-либо воздействия извне.
При электростатическом копчении это происходит в результате ударной ионизации, сущность которой состоит в следующем.
В воздухе всегда содержится некоторое количество ионов, образовавшихся в результате различных внешних воздействий (ультрафиолетовой радиации, инфракрасного излучения и т. д.). В электрическом поле высокого напряжения скорость движения и энергия этих исходных ионов возрастают настолько, что из встречающихся на них пули нейтральных молекул «выбиваются» электроны. Образующиеся при этом ионы под действием сил электрического поля получают соответствующее ускорение и в свою очередь ионизируют следующие атомы и молекулы, в результате чего возрастает число ионов, количество зарядов ими переносимых и, наконец, происходит разряд.
При достаточно большом расстоянии между электродами, и определенных напряженности поля и форме электродов этот разряд будучи «тихим», как принято называть его на технике высокого напряжения, ограничивается тонким слоем воздуха вокруг одного из электрода.
При этом возникает характерное свечение, получившее название короны. Электрод, где образуется корона и происходит интенсивная ионизация, называют коронирующим. Возникающие ионы в зоне короны образуют поток, направленный от коронирующего электрода к электроду осаждения.
Движение частиц дыма в электрическом поле
На движение частиц дыма в электрическом поле влияют силы тяжести я притяжения, диффузия в пространстве, броуновское движение, силы потока и центробежные, а также силы, характерные только для электрического поля.
На рисунке изображена схема осаждения частиц дыма при электростатическом копчении рыбы.
В воздухе вблизи коронирующего электрода находятся свободные электроны и ионы. Нейтральные молекулы газов, окружающие коронирующий электрод, ионизируются, получая от них необходимую энергию. Вслед за этим они так же, как и электроны, устремляются к заземленной плите или транспортеру (электрод осаждения), на которых расположена рыба. При этом ионы и электроны сообщают частицами дыма электрический заряд.
Заряженные частицы дыма изменяют направление и, устремляясь с потоком ионов и электронов, осаждаются на поверхности продукта.
Сикорский полагает, что потоком ионов и электронов увлекаются также и незаряженные частицы дыма. Это утверждение, по-видимому, справедливо лишь в некоторой степени, поскольку известно, что осаждение составных частей дыма при электростатическом копчении носит иной качественный и количественный характер, чем при обычном копчении.
Факторы, влияющие на скорость осаждения частиц дыма
Интенсивность проникновения коптильных веществ в продукт находится в зависимости от количества осаждающегося на его поверхности дыма.
Отложение дыма при электростатическом копчении зависит от расстояния между электродами-ионизаторами и продуктом, напряжения на электродах, концентрации и скорости движения дыма, продолжительности копчения и других факторов.
Опытным путем применительно к установке найдены графические зависимости, характеризующие влияние указанных факторов на отложение дыма. Показателем количества осаждающегося дыма служила концентрация фенольных компонентов дыма на поверхности продукта, условно выраженная в единицах оптической плотности (чем больше, оптическая плотность, тем выше концентрация фенолов, а следовательно, и количество дыма, осажденного на продукте).
Эксперименты показали, что оптимальными условиями, обеспечивающими быстрое отложение компонентов дыма на продукт при соблюдении необходимого качества копчения, являются следующие: расстояние между проволоками электродов, а также между проволоками и плитой — 77 мм, расстояние между электродами и продуктом — 100 мм, напряжение — 40 кв, скорость движения дыма — 0,4 м/сек.
На скорость осаждения дыма не оказывает заметного влияния перемена полярности электрода и различная (от 45 до 85%) относительная влажность воздуха, но существенно влияет степень разбавления дыма воздухом. По данным Грецкой и Емшановой (НИИМРП), с увеличением количество воздуха, подаваемого в дымогенератор, возрастает содержание на поверхности рыбы бронирующихся веществ и окраска поверхности продукта становится более интенсивной.
При электростатическом. копчении желательно применять дым средней густоты. Если используют слишком редкий дым, продолжительность электростатического копчения возрастает. При копчении слишком густым дымом, чтобы избежать возникновения электрических разрядов, приходится создавать небольшой градиент напряжения, вследствие чего также замедляется процесс копчения. Степень прокопченности продукта, обработанного в электрическом поле высокого напряжения, зависит также и от других факторов, влияющих на количество адсорбируемых компонентов дыма, а следовательно, и на органолептические показатели продукта.
Теоретическое обоснование законов осаждения частичек коптильного дыма на продукт при электростатическом копчении крайне затруднительно.
Помимо многообразия сил, оказывающих весьма сложное воздействие на движение частиц дыма, необходимо, как указывают чехословацкие исследователи, учитывать и такие факторы, как величина частичек дыма с различными электрическими константами, химический состав, влажность и плотность дыма, скорость, направление и характер потока частиц дыма, газа и дара, степень ионизации. Чехословацкие исследователи пришли к выводу, что практически невозможно расчетным путем определить параметры этого процесса. Они считают, что при электростатическом копчении параметры ионизации и осаждения коптильной среды (дыма) можно установить лишь экспериментально.
Особенности осаждения компонентов дыма на продукт
Паровая фаза коптильного дыма электрически нейтральна, не подвергается ионизации в электрическом поле высокого напряжения и поэтому не может быть осаждена на поверхности обрабатываемого продукта подобно заряженным частицам дыма.
Однако часть паровой фазы дыма, увлекаемая движущимися частицами, все же осаждается на продукте. Из этого следует, что при электростатическом копчении компоненты дыма осаждаются на поверхности продукта в иных соотношениях, чем при обычном копчении.
Этим можно объяснить тот факт, что продукты, копченные в электрическом поле высокого напряжения, в первое время отличаются по вкусу и запаху от продуктов обычного копчения; необходимый аромат копченых изделий подавляется другими, менее характерными оттенками запаха от веществ, отложившихся на продукте в избыточном количестве. В дальнейшем, в результате длительного выдерживания продукта на воздухе при обычной температуре или тепловой обработке его (например, инфракрасными лучами) удается получить аромат, приближающийся к аромату продуктов, копченных обычным способам. Чтобы получить продукты со специфическим ароматом за счет осаждения большого количества паровой фазы дыма, некоторые авторы рекомендуют увеличивать продолжительность электростатического копчения, соответственно уменьшив, напряженность электрического поля.