Теоретичні передумови електростатичного копчення
Копчення в електричному полі високої напруги засноване на відомому фізичному законі, за яким заряджені частинки рухаються в електричному полі до тіла, що має протилежний за знаком електричний заряд.
Наприклад, якщо продукт, поміщений в електричне поле, приєднати до позитивного електрода, а частинкам диму повідомити негативний заряд, осадження диму на поверхню продукту різко зросте.
Швидкість руху заряджених частинок диму, отже, швидкість їх осадження на протилежний електрод прямо пропорційна величині заряду частинки та напруженості електричного поля. Натомість напруженість електричного поля залежить від напруги, прикладеного до електродів.
У різних установках електростатичного копчення застосовують напругу від 10 до 60 кВ.
Поки що не створено струнку теорію електростатичного копчення. Висунуто лише окремі положення, що пояснюють іонізацію диму, осадження частинок його на продукт, дифузію коптильних компонентів, умови утворення кольору та аромату та ін.
Іонізація коптильного диму
Практично дим можна читати електронейтральним. Частинки диму набувають заряду лише внаслідок будь-якого впливу ззовні.
При електростатичному копченні це відбувається в результаті ударної іонізації, сутність якої полягає в наступному.
У повітрі завжди міститься кілька іонів, що утворилися в результаті різних зовнішніх впливів (ультрафіолетової радіації, інфрачервоного випромінювання і т. д.). В електричному полі високої напруги швидкість руху і енергія цих вихідних іонів зростають настільки, що з кулі нейтральних молекул, що зустрічаються на них, «вибиваються» електрони. При цьому утворенііони під дією сил електричного поля отримують відповідне прискорення і в свою чергу іонізують наступні атоми і молекули, в результаті чого зростає кількість іонів, кількість зарядів, що ними переносяться і, нарешті, відбувається розряд.
При досить великій відстані між електродами і певних напруженості поля і формі електродів цей розряд будучи «тихим», як прийнято називати його на техніці високої напруги, обмежується тонким шаром повітря навколо одного з електрода.
При цьому виникає характерне світіння, що отримало назву корони. Електрод, де утворюється корона і відбувається інтенсивна іонізація, називають коронуючим. Іони, що виникають в зоні корони, утворюють потік, спрямований від коронуючого електрода до електрода осадження.
Рух частинок диму в електричному полі
На рух частинок диму в електричному полі впливають сили тяжіння тяжіння, дифузія в просторі, броунівський рух, сили потоку і відцентрові, а також сили, характерні тільки для електричного поля.
На малюнку зображено схему осадження частинок диму при електростатичному копченні риби.
У повітрі поблизу коронуючого електрода знаходяться вільні електрони та іони. Нейтральні молекули газів, що оточують коронуючий електрод, іонізуються, одержуючи від них необхідну енергію. Слідом за цим вони так само, як і електрони, прямують до заземленої плити або транспортера (електрод осадження), на яких розташована риба. При цьому іони та електрони повідомляють частинками диму електричний заряд.
Заряджені частинки диму змінюють напрямок і, прямуючи з потоком іонів і електронів, осідають на поверхні продукту.
Сікорський вважає, що потоком іонів та електронів захоплюються також інезаряджені частинки диму. Це твердження, мабуть, справедливе лише певною мірою, оскільки відомо, що осадження складових частин диму при електростатичному копченні носить інший якісний і кількісний характер, ніж за звичайному копченні.
Чинники, що впливають на швидкість осадження частинок диму
Інтенсивність проникнення коптильних речовин у продукт залежить від кількості диму, що осаджується на його поверхні.
Відкладення диму при електростатичному копченні залежить від відстані між електродами-іонізаторами та продуктом, напруги на електродах, концентрації та швидкості руху диму, тривалості копчення та інших факторів.
Досвідченим шляхом стосовно встановлення знайдено графічні залежності, що характеризують вплив зазначених факторів на відкладення диму. Показником кількості диму, що осаджується, служила концентрація фенольних компонентів диму на поверхні продукту, умовно виражена в одиницях оптичної щільності (чим більше, оптична щільність, тим вище концентрація фенолів, а отже, і кількість диму, осадженого на продукті).
Експерименти показали, що оптимальними умовами, що забезпечують швидке відкладення компонентів диму на продукт при дотриманні необхідної якості копчення, є наступні: відстань між дротом електродів, а також між дротом та плитою – 77 мм, відстань між електродами та продуктом – 100 мм, напруга – 40 кв, швидкість руху диму – 0,4 м/сек.
При електростатичному. копчення бажано застосовувати дим середньої густоти. Якщо використовують надто рідкісний дим, тривалість електростатичного копчення зростає. При копченні занадто густим димом, щоб уникнути виникнення електричних розрядів,доводиться створювати невеликий градієнт напруги, унаслідок чого уповільнюється процес копчення. Ступінь прокопченості продукту, обробленого в електричному полі високої напруги, залежить також і від інших факторів, що впливають на кількість адсорбованих компонентів диму, а отже, і на органолептичні показники продукту.
Теоретичне обґрунтування законів осадження частинок коптильного диму на продукт при електростатичному копченні дуже важко.
Крім різноманіття сил, що дуже складно впливають на рух частинок диму, необхідно, як вказують чехословацькі дослідники, враховувати і такі фактори, як величина частинок диму з різними електричними константами, хімічний склад, вологість і щільність диму, швидкість, напрямок і характер потоку частинок диму , газу та дару, ступінь іонізації. Чехословацькі дослідники дійшли висновку, що практично неможливо розрахунковим шляхом визначити параметри цього процесу. Вони вважають, що при електростатичному копченні параметри іонізації та осадження коптильного середовища (диму) можна встановити лише експериментально.
Особливості осадження компонентів диму на продукт
Парова фаза коптильного диму електрично нейтральна, не піддається іонізації в електричному полі високої напруги і тому не може бути осаджена на поверхні продукту, що обробляється подібно зарядженим частинкам диму.
Однак частина парової фази диму, що захоплюється рухомими частинками, все-таки осаджується на продукті. З цього випливає, що при електростатичному копченні компоненти диму осідають на поверхні продукту в інших співвідношеннях, ніж при звичайному копченні.