Устройство для электростатического копчения пищевых продуктов

 

Изобретение относится к обработке пищевых продуктов, в частности к копчению дымом в электрическом поле высокого напряжения, и может быть использовано в домашних условиях. Цель изобретения - повышение эффективности копчения. Устройство для электростатического копчения пищевых продуктов содержит дымогенератор, корпус, в котором расположены держатель для крепления обрабатываемого продукта и коронирующие электроды в виде игл. Новым является то, что оно дополнительно оснащено дымораспределительной перегородкой, установленной с образованием с боковыми стенками корпуса щелевых зазоров, ширину которых определяют по соотношению ΔX = l + (0,2 0,3 ) L, где l -длина электродов-игл; L - расстояние от плоскости крепления электродов-игл до обрабатываемого продукта, при этом коронирующие электроды-иглы расположены на равном расстоянии одна от другой с плотностью 1-3 штуки на 25 см², а длина электродов-игл определена по соотношению l = 0,5 a, где a - расстояние между электродами-иглами. Кроме того, держатель для крепления обрабатываемого продукта выполнен в виде подвеса, а воздуховоды дымогенератора направлены к точкам крепления подвеса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке пищевых продуктов, в частности к копчению дымом в электростатическом поле высокого напряжения, и может быть использовано в домашних условиях.

Известно устройство для копчения продуктов в электростатическом поле, предусматривающее подачу коптильного дыма через коронирующие электроды на обрабатываемый продукт, помещенный в электростатическое поле [1] Недостатком данного устройства является то, что при перемещении дымовых частиц через коронирующие электроды им сообщается некоторая начальная скорость в направлении обрабатываемого продукта, что сокращает продолжительность нахождения указанных частиц в зарядном промежутке. Это приводит к недостаточной зарядке дымовых частиц, в результате чего эффективность процесса копчения уменьшается.

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для электростатического копчения пищевых продуктов, содержащее дымогенератор и коронирующие электроды в виде заостренных наконечников, между которыми находится обрабатываемый продукт [2] Для диспергирования заряженных ионов в дым к заостренным наконечникам прикладывается напряжение от источника высокого напряжения. Металлическая пластина, контактирующая с продуктами, сообщает последним электрический потенциал.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность копчения. Малая кучность заостренных наконечников приводит к различным условиям зарядки дымовых частиц, те из них, которые находятся в коптильном объеме ближе к коронирующему электроду, приобретают больший электрический заряд, чем те, которые находятся ближе к обрабатываемому продукту. К тому же концентрация униполярного ионного объемного заряда, создаваемого коронирующими электродами, убывает по мере приближения к продукту вследствие его осаждения на частицах дыма. Кроме того, сам обрабатываемый продукт является источником коронирования (обратной короны). Обратная корона возникает на заостренных срезах продуктов, изломах костей и т.п. В этих местах продукта возникают области с повышенной концентрацией ионов противоположного знака. Частицы дыма в указанных местах перезаряжаются. А если заряд этих частиц невелик, и они попадают в коптильный объем близко к продукту, то заряд их становится противоположным, и они либо осаждаются на электродах, либо выносятся потоком из коптильного объема.

Целью изобретения является повышение эффективности копчения обрабатываемого продукта.

Это достигается тем, что в устройстве для электростатического копчения пищевых продуктов, содержащем дымогенератор и корпус, в котором расположены держатель для крепления обрабатываемого продукта и коронирующие электроды в виде игл, коронирующие электроды-иглы расположены на равном расстоянии одна от другой с плотностью 1-3 штуки на 25 см². Длина электродов-игл l определена соотношением l 0,5а, где а расстояние между смежными электродами-иглами. Устройство дополнительно оснащено дымораспределительной перегородкой, установленной с образованием с боковыми стенками корпуса щелевых зазоров, ширину которых определяют по соотношению Δх l + (0,2-0,3)L, где l длина электродов-игл, L расстояние от плоскости крепления электродов-игл до обрабатываемого продукта. Кроме того, держатель для крепления обрабатываемого продукта выполнен в виде подвеса, а воздуховоды дымогенератора направлены к точкам крепления подвеса.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается заявленными соотношениями размеров и расположением коронирующих электродов-игл, наличием дымораспределительной перегородки, установленной с заданными щелевыми зазорами с боковыми стенками корпуса. Кроме того, заявляемое устройство от прототипа может отличаться тем, что держатель для крепления обрабатываемого продукта будет выполнен в виде подвеса, а воздуховоды дымогенератора направлены к точкам крепления подвеса. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

При изучении других известных технических решений в области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, выявлены не были, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлено устройство для электростатического копчения пищевых продуктов; на фиг.2 то же, поперечный разрез; на фиг.3 и 4 конфигурации напряженности электрического поля Е при l 0,5а и при l > 0,5a соответственно.

Устройство для электростатического копчения пищевых продуктов содержит корпус 1, например, прямоугольной формы, внутри которого над перегородкой 2 находятся держатель 3 для крепления обрабатываемого продукта 4, коронирующие электроды-иглы 5 и 6, расположенные на противоположных боковых стенках корпуса 1 на равном расстоянии одна от другой с плотностью 1-3 штуки на 25 см², и длина которых определена соотношением l 0,5а, где а расстояние между смежными электродами-иглами. В верхней части обеих торцевых стенок корпуса 1 предусмотрены отверстия 7 для установки в них диэлектрических вставок, изолирующих держатель 3 для крепления обрабатываемого продукта 4 от корпуса 1, и крепления держателя 3.

К местам крепления держателя 3 направлены воздуховоды 8 дымогенератора 9, по которым подводится горячий воздух, нагретый в объеме под перегородкой 2. Дымогенератор 9 выполнен в виде горизонтально расположенной цилиндрической электропечи. Над дымоходом 10 дымогенератора 9 установлена дымораспределительная перегородка 11, образующая с боковыми стенками корпуса 1 щелевые зазоры, ширина которых определена соотношением Δx l + +(0,2-0,3)L, где l длина электродов-игл, L расстояние от плоскости крепления электродов-игл до обрабатываемого продукта. Для поддержания постоянной температуры дымообразования в устройстве предусмотрен терморегулятор.

Устройство работает следующим образом.

На держатель 3 подвешивают обрабатываемый продукт 4. В дымогенератор 9 загружают полена древесных пород и подключают его в сеть. После начала дымовыделения на держатель 3 для крепления обрабатываемого продукта и электроды-иглы 5,6 подают высокое напряжение, в частности в качестве источника высокого напряжения можно использовать высоковольтный преобразователь "разряд 1". Образующийся дым через дымоход 10 дымогенератора 9 благодаря дымораспределительной перегородке 11 подается в коптильный объем корпуса 1 над перегородкой 2 узким потоком вдоль концов коронирующих электродов-игл 5,6. Частицы дыма при этом приобретают заряд, соответствующий потенциалу электродов-игл 5,6, и, перемещаясь под действием электростатического поля высокого напряжения, осаждаются на поверхности обрабатываемого продукта 4.

Экспериментально установлено, что эффективность копчения увеличивается, если коронирующие электроды-иглы 5,6 выполняются в виде равноудаленных игл длиной l, равной половине расстояния а между смежными иглами, при плотности их размещения N, составляющей 1-3 иглы на 25 см². Таким образом, величина а определяется значением N. При N < 1 штуки /25 см² наблюдается снижение эффективности копчения вследствие недозарядки частиц дыма. Создаваемый таким количеством игл объемный заряд недостаточен для максимальной зарядки дымовых частиц. При этом начинает сказываться влияние обратной короны с обрабатываемого продукта, вызывая осаждение частиц дыма на стенках коптильного объема. Кроме того, при такой низкой плотности игл проявляется неоднородность копчения. Коптильное покрытие приобретает пятнистую структуру, соответствующую конфигурации расположения игл.

Увеличение N > 3 штук/25 см² нецелесообразно, так как при этом также возникает неравномерность коптильного покрытия. Большая плотность игл приводит к полной предельной зарядке дымовых частиц уже в нижней зоне коптильного объема, вследствие чего снизу обрабатываемый продукт коптится сильнее, чем вверху.

Выбор l a/2 обеспечивает полное экранирование иглами поверхности их крепления (радиус экранирования равен длине иглы l), причем при любом расстоянии L от плоскости крепления игл до обрабатываемого продукта. Все силовые линии напряженности электрического поля Е будут замыкаться на остриях игл, увеличивая интенсивность коронирования с них и обеспечивая тем самым лучшие условия зарядки частиц дыма. Конфигурация напряженности электрического поля Е приведена на фиг.3.

При l < a/2 "раскрываются" некоторые участки плоскости крепления игл (фиг.4), вследствие чего Е у концов игл ослабевает и снижаются эффективность и равномерность копчения.

При l > a/2 эффективность процесса копчения не изменяется, однако происходит потеря полезного пространства в коптильном объеме.

Увеличению эффективности копчения способствует способ введения дыма в коптильный объем, реализуемый заявляемым устройством. Подача дыма происходит узкой струей, проходящей вдоль концов коронирующих электродов-игл 5,6. За счет этого дымовые частицы попадают в наилучшие условия зарядки, перемещаясь в электрическом поле от коронирующих электродов-игл 5,6 к обрабатываемому продукту 4, частицы дыма приобретают максимально возможный заряд, что обеспечивает более полное их осаждение на продукте. Количество частиц, осевших в единицу времени на обрабатываемом продукте (интенсивность осаждения), увеличивается. Формированию узкой струи дыма способствует дымораспределительная перегородка 11, создающая оптимальную ширину потока (струи) дыма, при которой достигается наилучший результат копчения. Ширина щелевых зазоров Δxl + (0,2-0,3)L, где L расстояние от плоскости крепления электродов до обрабатываемого продукта, найдено экспериментально.

При Δx < l + 0,2L эффективность копчения уменьшается вследствие недозарядки дымовых частиц в нижней части коптильного объема, так как значительная часть дымового потока оказывается в зоне электрической тени (между стенкой и концами игл), что ухудшает условия копчения нижней части обрабатываемого продукта.

Увеличение Δx > l + 0,3L также приводит к снижению эффективности копчения, но уже из-за проявления различий в условиях зарядки, связанных с местом ввода дымовых частиц в зазор между коронирующими электродами и продуктом, о чем упоминалось выше при критике прототипа.

Кроме того, дымораспределительная перегородка 11 способствует накоплению дыма под ней, что обеспечивает его равномерное поступление в щелевой зазор, и сбору низкокипящих смол, попадание которых на продукт ухудшает его вкусовые качества, а также служит для сбора стекающего с обрабатываемого продукта жира.

Процесс копчения сопровождается повышением влажности в коптильном объеме. Водяной пар в него поступает как от сгорающего материала, так и от продукта копчения. Это приводит к концентрации водяного пара на поверхностях коптильного объема, а в итоге к увеличению времени копчения и ухудшению качества продукта копчения. Кроме того, появление пленки воды на держателе 3 в местах его крепления вызывает ухудшение изоляции. Величина приложенного напряжения между коронирующими электродами-иглами 5,6 и обрабатываемым продуктом 4 уменьшается, что сказывается отрицательно на процессе копчения. Этот недостаток устраняется за счет обдува мест крепления держателя 3 горячим воздухом от дымогенератора 9 посредством воздуховода 8. Обдув держателя 3 в указанных местах горячим воздухом увеличивает время стабильной работы устройства от 220 до 600 мин.

О степени копчения можно судить путем визуального наблюдения и по прозрачности моющего раствора, которым смывают коптильное покрытие с обрабатываемого продукта 4. Прозрачность моющего раствора определяют в относительных единицах по величине фотопотока I от фотодиода, который освещают параллельным пучком света, прошедшим через прозрачную кювету, заполненную моющим раствором.

Установлено, что достаточная степень копчения (равная промышленной), определяемая как масса коптильного покрытия, приходящаяся на 1 кг продукта, по данному способу копчения с применением предлагаемого устройства достигается за 7-10 мин.

Эффективность копчения характеризуется временем копчения при условии, что коптильное покрытие равномерно по поверхности обрабатываемого продукта. Резкое сокращение продолжительности процесса копчения заявляемым устройством благодаря выполнению коронирующих электродов в виде равноудаленных игл длиной l, равной половине расстояния между смежными иглами при плотности их размещения 1-3 штуки/25 см², приводит также к уменьшению усушки продукта, а более полное осаждение частиц дыма на нем к снижению расхода дымообразующего материала. Так в процессе копчения древесное полено сгорало в дымогенераторе примерно на 70-80% При удалении дымораспределительной перегородки расход дымообразующего материала увеличивался в три раза. При этом в коптильном объеме наблюдалась повышенная плотность дыма, приводящая к интенсивному осаждению его на стенках коптильного объема.

Дополнительной важной особенностью, связанной с ускорением процесса копчения при использовании заявляемого устройства, является то, что к концу копчения температура в камере повышается от комнатной (22^оС) всего лишь до 35^оС, в результате чего исходный продукт доводится до состояния холодного копчения, что обеспечивает более длительное его хранение по сравнению с продуктом горячего копчения.

Общественно полезное преимущество заявляемого устройства состоит также в улучшении экологической обстановки при эксплуатации устройства за счет практически бездымной работы, что особенно важно при его использовании в домашних условиях. Устройство готово к серийному производству в качестве товара широкого потребления. (56) 1.Патент США N 3203809, кл.99-229, 1965.

2.Патент США N 4250804, кл. A 23 В 4/04, 1981.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО КОПЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, содержащее дымогенератор и корпус, в котором расположены держатель для крепления обрабатываемого продукта и коронирующие электроды в виде игл, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности копчения, оно дополнительно оснащено дымораспределительной перегородкой, установленной с образованием с боковыми стенками корпуса щелевых зазоров, ширину которых определяют по соотношению Δx = l+(0,2÷0,3)L, где l длина электродов-игл, L расстояние от плоскости крепления электродов-игл до обрабатываемого продукта, см, при этом коронирующие электроды-иглы расположены на равном расстоянии одна от другой с плотностью 1-3 штуки на 25 кв.см, а длина электродов-игл определена по соотношению l 0,5a, где a расстояние между смежными электродами-иглами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что держатель для крепления обрабатываемого продукта выполнен в виде подвеса, а воздуховоды дымогенератора направлены к точкам крепления подвеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4