Iwona Chwastowska-Siwiecka, Edward Lesiak Postęp techniczny w konstrukcji maszyn i urządzeń do obróbki cieplnej w przemyśle mięsnym Część II Jednym z podstawowych warunków postępu technicznego i technologicznego w przetwórstwie mięsa jest wyposażenie zakładów przetwórczych w nowoczesne, wysoko wydajne i elektronicznie programowane maszyny oraz urządzenia do obróbki termicznej, jak również przestrzeganie zasad ochrony środowiska, związanych z emisją gazów do atmosfery. W części drugiej omówiono preparaty i komory stosowane w procesie wędzenia. Preparaty dymu wędzarniczego Postęp techniczny w urządzeniach wędzarniczych zmierza w kierunku opracowania nowych sposobów wytwarzania dymu oraz produkcji urządzeń z zamkniętym obiegiem, jak również stosowania dymu w płynie w postaci preparatów dymu wędzarniczego. Preparaty dymu wędzarniczego, które stanowią alternatywę dla wędzenia metodami tradycyjnymi, pozbawione są wad wynikających ze szkodliwego oddziaływania składników dymu wędzarniczego na zdrowie człowieka, jak również cechują się wysoką i powtarzalną jakością. Preparaty dymu wędzarniczego wykorzystywane są w przemyśle spożywczym od lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Płynny dym wędzarniczy otrzymuje się na drodze kondensacji świeżo wytworzonego dymu lub kondensacji gazów po pirolizie przy produkcji węgla drzewnego i oczyszczania kondensatów. Są wieloskładnikowymi produktami wytwarzanymi z pirolizatów drewna. Obróbkę wędlin płynami wędzarniczymi można dokonywać poprzez: zanurzenie w płynach, zraszanie w postaci mgły na powierzchni oraz rozpylenie płynu w komorze wędzarniczej. Preparaty dymu wędzarniczego oferowane są również w postaci emulsji lub roztworów w olejach roślinnych przeznaczonych do wprowadzania do produktów poprzez nastrzyk lub mieszanie, w postaci rozpuszczalnej w wodzie (przeznaczonej do stosowania jako zalewy) lub proszkowej na nośnikach sypkich, jak np. maltodekstroza, sól, cukry, skrobia, białka czy przyprawy. Zaletą stosowania płynu wędzarniczego jest skrócenie czasu wędzenia (o ok. 40%), zmniejszenie ubytków masy w gotowym produkcie, zwiększenie zdolności produkcyjnej wędzarni, eliminacja dymogeneratorów, ochrona środowiska, zmniejszenie kosztów mycia komór, poprawa jakości wędzonych produktów, możliwość programowania barwy wędzonych produktów oraz stopnia przewędzenia, a także otrzymanie produktów bezpiecznych pod względem zdrowotnym. Do produkcji płynnego preparatu dymu wędzarniczego sto- 20 09/2008 Gospodarka
suje się wióry z twardych drzew liściastych. Drewno do produkcji preparatów rozdrabnia się i suszy do uzyskania zawartości wody ok. 10%, a następnie poddaje rozkładowi termicznemu. Temperatura rozkładu drewna ma zasadniczy wpływ na ilość otrzymanego kondensatu oraz jego skład chemiczny. Preparaty dymu wędzarniczego najczęściej stosuje się w mieszankach z solą kuchenną. W Polsce produkowana jest sól wędzonkowa o zawartości 1% koncentratu rafinatu dymu wędzarniczego. Sól ta jest środkiem aromatyzującym i antyoksydacyjnym. Nadaje produktom smak wędzonkowy oraz przeciwdziała oksydacji tłuszczów. Sól tę można dodawać bezpośrednio do farszu podczas kutrowania lub mieszania przy produkcji wędlin bezosłonkowych, wyrobów podrobowych i konserw mięsnych lub do solanki nastrzykowej przy produkcji wędzonek. Wyróżnia się dwie zasadnicze grupy preparatów dymu wędzarniczego: preparaty barwiące i aromatyzujące oraz preparaty aromatyzujące. Pierwsze można stosować poprzez rozpylanie (atomizację) w komorach wędzarniczych, bądź przez zraszanie lub zanurzanie w nich produktów. Rozpylanie prowadzi się przy zamkniętej komorze przy użyciu atomizerów pneumatycznych. Po zakończeniu rozpylania podnosi się temperaturę w komorze dla przyspieszenia tworzenia się barwy na powierzchni wędliny. W przypadku rozpylania płynnego dymu ważne jest utrzymanie odpowiedniej koncentracji preparatu dymu, temperatury, wilgotności, prędkości obiegu powietrza i czasu. Do rozpylania preparatu dymu wędzarniczego stosowana jest z reguły pneumatyczna dysza rozpylająca, która zaopatrzona jest w wytwornicę sprężonego powietrza, zbiornik z płynnym preparatem dymu oraz atomizer czyli dyszę o mikrośrednicy. Poprzez tłoczenie płynnego preparatu pod ciśnieniem rzędu (0,4-0,6 MPa) przez dyszę zamieniany jest on w aerozolową chmurę mikrokropelek dymu wędzarniczego wielkości około 0,1 do 0,5 mm. Wytworzona w ten sposób mieszanka płynnego dymu i powietrza jest rozprężana przy wyjściu z dyszy w postaci sprayu. Pod koniec wędzenia aerozolem, resztki dymu w płynie zbierane są z wyrobów mięsnych lub ścian zamkniętej komory wędzarniczej przez włączenie cyrkulacji powietrza. Preparaty dymu wędzarniczego, w przeciwieństwie do naturalnego dymu, zawierają mniej lotnych i nietrwałych składników, przez co ich właściwości aromatyzujące w stosunku do właściwości barwiących są znacznie wzmocnione. Natomiast o właściwościach barwiących preparatów wędzarniczych decyduje obecność aldehydu glikolowego. Dym w płynie pozwala na uzyskanie bardzo wyrównanej barwy wędzonych przetworów mięsnych pod warunkiem jego użycia zgodnie z ustalonymi parametrami procesu produkcyjnego. Przetwory mięsne należy przed traktowaniem dymem w płynie poddać osadzaniu i wstępnemu osuszaniu, aby otrzymać pożądane czerwonobrązowe zabarwienie. Smak wyrobów mięsnych poddanych wędzeniu dymem w płynie zależy od jego jakości. W wielu preparatach dymu w płynie dominuje komponent kwaśny, który może nie być w pełni akceptowany przez konsumentów. Im bardziej skład dymu w płynie zbliżony jest do dymu świeżo wytworzo- Gospodarka 09/2008 21
nego podczas tradycyjnego wędzenia, tym bardziej produkty wędzone cechują się porównywalną jakością sensoryczną. Produkowane są preparaty o różnej koncentracji i o różnym aromacie dymnym na różnych nośnikach. Poprzez proces ekstrakcji można wyprodukować specjalne preparaty dymu o szczególnych cechach aromatycznych. Wędzenie z wykorzystaniem preparatu dymu wędzarniczego można zastosować w każdej poprawnie działającej komorze wędzarniczej po zastosowaniu drobnych zmian technicznych, czyli zainstalowaniu specjalnych dysz i układu dozująco-sterującego. Warunkiem decydującym o skuteczności zastosowania płynnego preparatu dymu jest możliwość szczelnego zamknięcia urządzenia wędzarniczego. Uszlachetnianie dymem aromatyzującym W wędzeniu tradycyjnym do aromatyzowania stosowano różne substancje nadające określony zapach i smak, powstające na przykład w wyniku spalania drewna niektórych gatunków drzew oraz przez bezpośredni dodatek ziół i przypraw. Jednak uzyskiwane rezultaty nie zawsze były powtarzalne ze względu na wpływ różnych czynników mających wpływ na końcowy efekt wędzenia. Technologia opracowana przez firmę Bastra wspólnie z firmą Van Hees i Red Arrow umożliwia uzyskiwanie produktu o różnych wariantach smakowych i zapachowych, bez konieczności znacznej modernizacji urządzenia do wędzenia. Nowa metoda uszlachetniania produktów polega na zastosowaniu aromatyzowanego dymu wędzarniczego. Dym taki wytwarzany jest w sterowanym automatycznie urządzeniu do wędzenia uszlachetniającego ze specjalnie w tym celu uzyskanego naturalnego dymu wędzarniczego w płynie o neutralnym zapachu oraz szerokiej palecie aromatów naturalnych. Wybrany rodzaj dymu po zaprogramowaniu jest pobierany automatycznie ze zbiornika, przepompowywany do urządzenia i rozpylany pod ciśnieniem 0,6 MPa w komorze przez dysze zainstalowane w podłodze, gdzie tworzy stabilną mieszaninę z dymem wędzarniczym i powietrzem. System sterowania gwarantuje, że niezbędny w danym procesie dym aromatyzowany jest dozowany z dużą dokładnością i zostaje całkowicie zużyty w procesie. Do wyboru jest obecnie wiele rodzajów dymu aromatyzowanego: jałowcowy, cytrynowy, przyprawowe (koper, pieprz, chili, kolendra), aromaty alkoholowe (whisky, koniak, rum, wiśniówka), czosnkowy, ziołowe (majeranek, tymianek), miodowy, orzechowy, szparagowy, melonowy oraz aromaty smażenia, grillowania i słoninowy. Rozwój techniczny maszyn i urządzeń do obróbki termicznej Wędzenie przemysłowe doprowadziło do rozwoju rozmaitych technologii mających na celu wędzenie większych ilości mięsa i przedłużenie jego trwałości. Początkowo technika była prosta, bowiem w pierwszych piecach wędzarniczych w czasach nowożytnych rozniecano na ziemi otwarty ogień. Natomiast regulacja dopływu tlenu umożliwiała wykorzystanie dymu do celów konserwacji żywności i sterowania temperaturą. Podgrzewanie i jednoczesne wędzenie produktu wymagały dużego doświadczenia obsługi, gdyż błędy mogły spowodować stratę całych partii mięsa. Technikę tę wykorzystywano w przemyśle mięsnym jeszcze przed dwudziestu laty. W kolejnych etapach rozwoju techniki wędzenia zostały opracowane sterowane urzą- 22 09/2008 Gospodarka
Gospodarka 09/2008 dzenia wędzarnicze, w których dym wytwarzano na ich podłodze lub drewno żarzono w specjalnych pojemnikach umieszczonych wewnątrz komory. Sterowanie zaworami (klapami) służącymi do doprowadzania tlenu i regulacji strumienia powietrza odlotowego umożliwiało ustawienie żądanej gęstości dymu i dzięki temu miało wpływ na stopień uwędzenia, zakonserwowanie i obróbkę cieplną. Przepływ dymu następował głównie w wyniku ciągu termicznego. W przypadku tych komór proces wędzenia musiał być nadzorowany przez personel i sterowany manualnie. Współczynnik sprawności takich urządzeń wynosił około 20%. Zapotrzebowanie na energię było stosunkowo wysokie, a wskutek ręcznego sterowania obciążenie środowiska szkodliwymi substancjami dość znaczne. Wraz ze wzrostem wymagań związanych z ochroną środowiska, nastąpił wyraźny postęp w technologii wędzenia. Nowoczesne komory wędzarnicze nie potrzebują już otwartego ognia do wytwarzania dymu. W stosunku do emitowanych z komór wędzarniczych gazów stało się konieczne i zarazem możliwe wprowadzenie systemów zamkniętych. Równie wyraźny postęp odnotowano w higienie, łatwości i bezpieczeństwie pracy oraz dostosowaniu do konkretnych warunków panujących w danym zakładzie. Udoskonalono również obieg powietrza w komorze wędzarniczej poprzez wprowadzenie dysz nadmuchu powietrza, kontroli ilości doprowadzanego świeżego powietrza i zamkniętego obiegu powietrza z kontrolą jego wilgotności. Nowe systemy pomiaru i sterowania temperaturą opracowane dla komór wędzarniczych umożliwiają precyzyjną kontrolę temperatury powietrza obiegowego oraz produktu poddanego obróbce podczas przebiegu wszystkich etapów procesu: osuszania, wędzenia, parzenia, pieczenia oraz chłodzenia (dla poszczególnych asortymentów wędlin). Wymagania w zakresie potokowości cyklu produkcyjnego w przetwórstwie mięsa spowodowały, że wszystkie operacje wykonywane w komorze wędzarniczej są sterowane przez mikroprocesor, który umożliwia przygotowanie i przeprowadzanie indywidualnych programów dla danego produktu lub grupy wyrobów. Systemy monitorowania pomiarów umożliwiają jednoczesne kontrolowanie przebiegu procesu, archiwizację, spełnienie wymagań dotyczących śledzenia pochodzenia produktu, bieżącą optymalizację procesów, nadzorowanie pracy urządzeń, wczesne ostrzeganie o zagrożeniach, zarządzanie ryzykiem oraz zastosowanie modułowej budowy urządzeń. Nowoczesne komory i tunele wędzarnicze wykonane są w całości ze stali szlachetnej, wyposażone w systemy pomocnicze, na przykład do schładzania, automatycznego czyszczenia i mycia, o ograniczonej do minimum emisji gazów i dymu do atmosfery oraz substancji szkodliwych (WWA). Dodatkowo stosuje się filtry termiczne i termokatalityczne na przewodach wylotowych, wytwarzanie dymu ze zrębków drzewnych za pomocą pary przegrzanej, scentralizowane systemy wielostopniowego oczyszczania gazów wylotowych w wędzarniach, zamknięte lub półzamknięte systemy obiegu dymu wytwarzanego w niskich temperaturach w dymogeneratorach trocinowych lub ciernych oraz instalacje aerozolowego, natryskowego lub zanurzeniowego wędzenia ciekłymi preparatami dymu wędzarniczego. Nowoczesnym rozwiązaniem są komory ekologiczne oraz przelotowe z sekcjami do wędzenia oraz parzenia lub schładzania z oddzielonymi od siebie drzwiami gilotynowymi, a także z nowymi kształtami dysz wylotowych dymu pozwalającymi uzyskać lepszy efekt wędzenia. Komory wędzarnicze W latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku w Niemczech wprowadzono do zakładów przetwórczych mechanicznie regulowane urządzenia wędzarnicze. Konstruowano je ze stali szlachetnej, a wytwarzanie dymu następowało poza obudową komory. Układ do sterowania powietrzem regulował cyrkulację dymu wewnątrz urządzenia. W następnym etapie opracowano urządzenia wędzarnicze pracujące w układzie (systemie) otwartym, w których wytwarzanie dymu prowadzono przy użyciu otwartego ognia przy doprowadzeniu tlenu. Powietrze odlotowe i wszystkie obecne w nim substancje szkodliwe były odprowadzane (bez filtrowania) do środowiska. Układy otwarte, zgodnie z obecnym stanem techniki, są przestarzałe. Koszty energii, przy nadal jeszcze koniecznym w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych tzw. dopalaniu emitowanego dymu, udało się zmniejszyć o połowę i wyraźnie poprawić rentowność tego rodzaju urządzeń. Jednakże w przypadku dłuższego wędzenia drastycznie zmniejszał się dopływ tlenu i w wytwornicach dymu tworzyły się duże ilości tlenku węgla. Doprowadzało to do częstych eksplozji. Utylizacja gazów odlotowych stała się obowiązko- 23
wa zarówno dla systemów otwartych jak i półotwartych. Układy zamknięte (recyrkulacyjne) w wędzeniu w zasadzie wolno stosować tylko wtedy, gdy nie powstają gazy odlotowe zawierające dym. Natomiast układy otwarte i półotwarte wymagają tlenu przepływającego przez urządzenie, który jest konieczny do żarzenia zrębków lub wiórów drewna. Podczas wytwarzania dymu powstają substancje szkodliwe, które muszą być usuwane z powietrza odlotowego. W przypadku techniki stosowanej w układzie zamkniętym dym wędzarniczy wytwarzany jest elektrycznie. Doprowadzenie tlenu w tej metodzie nie jest konieczne i powstające gazy wylotowe zawierają małe ilości tych substancji. W tym przypadku nie jest więc konieczne nagrzewanie gazowej mieszaniny, co wiąże się ze znacznymi nakładami technicznymi i kosztami. W porównaniu z innymi metodami koszty energii obniżają się niemal o połowę, a także następuje wyraźne obniżenie współczynnika zużycia drewna. Podczas procesu wędzenia w takim układzie zazwyczaj nie powstaje gaz odlotowy. Resztki dymu wędzarniczego zostają wykorzystane w wyniku przerwania jego wytwarzania na krótko przed zakończeniem procesu wędzenia. Poprzez cyrkulację gazu w układzie zamkniętym dym zostaje zagospodarowany w całości lub zużyty niemal do końca, przy czym dym obecny w komorze osadza się na dnie. W celu zminimalizowania ruchu produktu pomiędzy poszczególnymi fazami obróbki i optymalizacji procesu opracowano uniwersalne urządzenia wielozadaniowe, odpowiednio wyposażone, w których można prowadzić wędzenie zimne, osadzanie połączone z wybarwianiem, dojrzewanie, suszenie, wędzenie gorące czy parzenie. Do wędzenia zimnego przeważnie są stosowane wędzarnie mechaniczne łańcuchowe lub komorowe. W szybie pionowym wędzarni łańcuchowej zainstalowane są dwa łańcuchy bez końców przewijające się w górę i w dół przez system kół kierujących i naciągających. Do łańcuchów przymocowane są uchwyty, w które wkłada się kije wędzarnicze. System naciągowy łańcuchów umiejscowiony jest na dole, a napędowy u góry szybu. Mechanizm napędowy jest zamontowany poza szybem w celu zabezpieczenia go przed działaniem szkodliwej atmosfery zadymionego, zaparowanego szybu. Dym do dolnej części szybu dostarczany jest z dymogeneratora specjalnymi przewodami. Szyb na pewnej wysokości posiada zamykane metalowe drzwi umożliwiające załadowanie i rozładowanie wędzarni. W górnej części szybu znajduje się komin zamykany ręcznie regulowanym szybrem. Cały proces musi koordynować pracownik obsługujący urządzenie, zdejmując i zawieszając kije wędzarnicze, a także włączając dymogenerator i ewentualnie urządzenie ogrzewcze. Po zakończeniu cyklu wędzenia personel musi rozładować komorę i umieścić gotowy produkt na wózkach. W wędzarniach komorowych do wędzenia gorącego poza utrzymaniem właściwej temperatury i gęstości dymu, bardzo ważne jest utrzymanie równomierności przepływu dymu. W dolnej części wędzarni znajduje się palenisko. W przypadku opalania gazem w celu wytworzenia dymu doda- Ciąg dalszy na str. 25 24 09/2008 Gospodarka
Ciąg dalszy ze str. 24 Fot. 2. Komora tradycyjnego wędzenia o działaniu ciągłym firmy Pek-Mont wane są trociny. Zwykle stosowane są dwa rodzaje palników gazowych: dwa palniki zrobione z rur dziurkowanych umieszczone wzdłuż komory wędzarniczej oraz jeden krótki palnik pod rusztem, na którym spala się trociny. Komora wędzarnicza jest oddzielona od komory dymowej pułapem z otworami zamykanymi zasłonami, które pozwalają na zwiększenie lub zmniejszenie wielkości poszczególnych otworów, przez co uzyskuje się równomierny przepływ powietrza i równe wędzenie produktów. Szybkość przepływu powietrza można regulować za pomocą ruchomej zasłony umieszczonej w kanale dymowym. Okap natomiast służy do odprowadzania dymu wydobywającego się z wędzarni podczas otwierania drzwi. Ta sama komora może służyć do pieczenia (przez podniesienie temperatury) lub do wędzenia zimnego (w niższej temperaturze). W zakładach mięsnych często wykorzystywane są komory wędzarnicze o działaniu ciągłym wyposażone w przenośniki łańcuchowe, na których zawieszone są kije z wędlinami. Wędzarnie tego typu umożliwiają równomierne wędzenie całej partii dzięki temu, że produkt przechodzi kolejno wszystkie strefy wędzarni. Konstrukcja wędzarni umożliwia jednocześnie transport wędlin nawet na różne kondygnacje budynku, co znalazło dość szerokie zastosowanie. Do ogrzewania wędzarń do wymaganej temperatury stosuje się gaz, kaloryfery, grzejniki elektryczne lub doprowadza się ogrzany dym z dymogeneratorów, albo ciepło wytwarza się przez spalanie drewna bezpośrednio w wędzarni. Dym wytwarza się przez spalanie drewna w postaci szczap, wiórów lub trocin przy ograniczonym dostępie powietrza. Do wędzenia może być używane wyłącznie drewno z drzew liściastych (np. olchy, dębu, buka oraz brzozy okorowanej). W poszczególnych przypadkach stosuje się dodatek jałowca w postaci chrustu lub jagód. Drewno wędzarnicze powinno być suche (zawartość wody do 25%) i nie może posiadać obcych zapachów. Komora wędzarnicza firmy PEK- MONT łączy w sobie tradycyjne wędzenie z automatycznym sterowaniem, w której możliwe jest prowadzenie procesu suszenia wsadu przed wędzeniem. Czynnikiem grzewczym jest drewno. Palenisko wykonane jest z materiałów odpornych na działanie wysokich temperatur, a ściany izolowane termicznie (fot. 2). Dym wytworzony w procesie spalania szczap drewnianych jest odprowadzany z komory poprzez wentylator umieszczony w górnej części urządzenia. Transporter kijów z wsadem w ruchu ciągłym Fot. 3 Palenisko komory wędzarniczej firmy Pek-Mont Fot. 4. Komora tradycyjnego wędzenia z systemem rotacji kijów wędzarniczych firmy Zasada pozwala na osiągnięcie jednorodnego efektu wędzenia w całej objętości wsadu (bez konieczności przewieszania kijów) (fot. 3). Wielkości oferowanych komór to 22, 48 i 72 kije wędzarnicze, dodatkowo z możliwością zestawiania modułowego komór. W komorze tradycyjnego wędzenia produkowanej przez polską firmę Zasada, produkty poddawane są obróbce dymem powstałym w wyniku spalania polan w specjalnie skonstruowanym piecu połączonym z komorą tunelem grawitacyjnym. Piec wykonany jest z materiałów odpornych na wysokie temperatury. Proces wędzenia kontrolowany jest przez sterownik regulujący dopływ świeżego powietrza do pieca, nie dopuszczając do powstania zbyt wysokiej temperatury. Istotnym elementem zapewniającym równomierną obróbkę wsadu jest unikalna konstrukcja wózka z systemem rotacji kijów wędzarniczych (fot. 4). Wędzenie tradycyjną metodą powolnego spalania polan drzew liściastych nadaje charakterystyczy, ceniony zapach, smak oraz barwę. Uwaga! Liczący 44 pozycje wykaz literatury prześlemy zainteresowanym Czytelnikom. (Red.) SIEĆ HANDLOWA DZIAŁAJĄCA NA MAZOWSZU POSIADA DO WYDZIERŻAWIENIA PRZYSTOSOWANY DO WYMAGAŃ UNIJNYCH ZAKŁAD ROZBIORU MIĘSA WIEPRZOWEGO I DROBIU O MOCY ROZBIOROWEJ DO 50 TON NA DOBĘ. ZAPEWNIAMY STAŁĄ WSPÓŁPRACĘ Z NASZĄ SIECIĄ HANDLOWĄ. TEL 601 251 656 Gospodarka 09/2008 25