Обоснование и разработка технологии курительных изделий повышенной безопасности
На правах рукописи
КАШИРИНА Ольга Юрьевна
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ
КУРИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПОВЫШЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
05.18.10 – Технология чая, табака и биологически
активных веществ и субтропических культур
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар - 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный
технологический университет»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Касьянов Геннадий Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Дьячкин Игорь Иванович;
кандидат технических наук, доцент
Можаева Елена Юрьевна
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Кубанский государственный
аграрный университет» Министерства
сельского хозяйства РФ
Защита состоится 24 декабря 2009 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. А, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.
Автореферат разослан 23 ноября 2009г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*
1.1 Актуальность темы. Получение высококачественной табачной продукции тесно связано с отсутствием в ее дыме токсичных соединений, определяющих его опасность для здоровья курильщика. Предельно допустимые уровни содержания токсических веществ – смол и никотина в дыме табачных изделий установлены Гигиеническими нормативными документами Минздрава РФ ГН 2.3.2.1377-2003 «Предельно допустимые уровни содержания смолы и никотина в табачных изделиях». Таким образом, проблема разработки курительных изделий повышенной безопасности, является актуальной задачей для табачной промышленности.
Вместе с тем курительная продукция должна максимально удовлетворять потребность курильщика в никотине, уровень содержания которого в дыме существенно снижать нецелесообразно. Выполнение этих двух взаимоисключающих требований представляет технологически сложную задачу – создать табачную продукцию, которая при минимальном отрицательном воздействии на организм курильщика была бы способна удовлетворить его физиологическую потребность в курении.
В настоящее время известны технологии, снижающие токсичность дыма и повышающие безопасность курительных изделий для организма человека. Одной из них является обработка табачного сырья жидким диоксидом углерода, под влиянием которой возможно снизить уровень вредных для курильщика веществ в табачном сырье и дыме. К сожалению, многие вопросы влияния СО2-обработки табачного сырья на его химический состав и состояние ферментного комплекса табачного листа разработаны пока недостаточно. В то же время интенсивное воздействие на табачное сырье СО2-обработки при получении объемного табака может привести к химическим изменениям в табачном сырье и улучшению технологических и курительных свойств табачных изделий.
*Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту по биохимическим аспектам переработки табачного сырья, заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук профессору Щербакову Владимиру Григорьевичу
Такие операции получения объемного табака, как увлажнение табачного сырья, его последующее замораживание-размораживание, неиз-бежные при СО2-обработке, и затем последующее высушивание, создают дополнительные возможности контакта между ферментами табачного сырья и их субстратами и росту активности ферментов. Реактивация гидролитических ферментов табака, таких как пектинэстераза Н.Ф3.1.1.11 и других, приводит к химическим изменениям в табачном сырье, влияние которых на токсичность табачного дыма и потребительские свойства табачных изделий практически не исследовалось.
Выяснение химических изменений липидного комплекса табачного сырья, ответственного за содержание в табачном дыме токсичных смолоподобных соединений, и подтверждение авторской гипотезы о СО2-активации пектинового комплекса, способной снизить содержание никотина в дыме, позволит обосновать и разработать технологию получения объемного табака и табачных изделий повышенной безопасности.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с приоритетными направлениями переработки сельскохозяйственного сырья и тематическими планами НИР Куб ГТУ (2006-2009 гг.).
1.2 Цель работы. Обоснование и разработка технологии курительных изделий повышенной безопасности.
1.3 Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- проанализировать научно-техническую литературу и патентную информацию по теме исследования;
- исследовать химические характеристики пектинового комплекса исходного необработанного табачного сырья и объемного табака, полученного по классической технологии СО2-обработки, сравнить их аналитические характеристики с характеристиками объемного ароматизированного табака, полученного по разработанному диссертантом способу;
- исследовать изменения аналитических характеристик пектинового комплекса объемного табака под влиянием СО2-обработки;
- проверить гипотезу о возможности реактивирования ферментных систем табака при придании ему объемной структуры методом СО2-обработки, включающим замораживание-размораживание табака;
- обосновать на основе полученных экспериментальных данных положение о направленности изменений химического состава табака под влиянием его пропитки ароматизированной СО2-мисцеллой и последующего резкого сброса давления в экстракционном аппарате;
- исследовать влияние липидного комплекса табачного сырья после СО2-обработки на получение курительных изделий повышенной безопасности;
- на основании полученных экспериментальных данных обосновать и разработать усовершенствованную технологию объемного ароматизированного табака для получения курительных изделий повышенной безопасности;
- разработать проект технической документации на производство объемного ароматизированного табака и провести апробацию новой технологии в производственных условиях;
- определить экономическую эффективность предлагаемых технологических решений.
1.4 Научная новизна. Впервые установлено изменение химических характеристик пектинового комплекса табака под влиянием СО2-обработки под высоким давлением при получении объемного табака. Показано существенное возрастание комплексообразующих свойств пектина, которое привело к снижению перехода никотина в табачный дым из-за увеличения связывания пектином никотина и ароматических веществ и замедлению их десорбции при последующей технологической обработке, хранении табака и табачных изделий, а также при курении. Впервые экспериментально установлено повышение активности ферментов табачного сырья, в том числе пектинэстеразы под влиянием замораживания-размораживания табачного сырья при СО2-обработке, снижение содержания никотина в табачном дыме и получение курительных изделий повышенной безопасности. Установлено возрастание комплексообразующей способности пектина табака и его сорбционных свойств, зависящих от содержания в полигалактуроновой кислоте пектина свободных карбоксильных групп (степени этерификации их метанолом), количество которых возросло в результате разрушения сложноэфирных связей активированной пектинэстеразой в результате СО2-обработки табака. Наибольшая степень этерификации пектинового комплекса установлена для объемных ароматизированных табаков – 54% (табак до СО2-обработки имел степень этерификации на уровне 40 %).
Возрастание в объемном табаке комплексных связей пектина с другими полисахаридами табака, оцениваемое по студнеобразующей способности пектина, также свидетельствует об изменении гидрофильных свойств табака, улучшающих технологические и курительные свойства полученных курительных изделий.
Показано, что под влиянием СО2-обработки табака в его липидном комплексе уменьшается массовая доля углеводородов, восков и окисленных липидов, ответственных за образование смолоподобных веществ в табачном дыме.
Установлено, что при производстве курительных изделий повышенной безопасности из объемного ароматизированного табака достигается не только повышение заполняющей способности объемного табака и его более высокая горючесть, но и снижение перехода никотина и липидов табака в табачный дым, что обеспечивает повышенную безопасность табачных изделий. Возрастание активности ферментных систем табака под влиянием замораживания-размораживания при СО2-обработке требует уточнения условий хранения табачных изделий при более низкой влажности и температуре.
Теоретически обоснована и разработана технология получения объемного ароматизированного табака методом СО2-обработки для производства курительных изделий повышенной безопасности.
Новизна полученных результатов и предложенных технических решений по разработке технологии создания табачного сырья подтверждена пятью патентами Российской Федерации на изобретения.
1.5 Практическая значимость. На основании проведенных исследований разработана усовершенствованная технология получения объемного ароматизированного табака, защищенная пятью патентами РФ на изобретения, и проект технической документации ТУ 9161-542-04801346-09 «Объемный ароматизированный табак, полученный методом СО2-обработки». Обоснована возможность снижения расхода пряноароматического сырья при получении объемного ароматизированного табака, а также сокращения продолжительности получения объемного табака методом СО2-обработки за счет совмещения с процессом ароматизации.
Технологические решения по получению объемного ароматизированного табака апробированы в условиях цеха экстракции ООО «Компания Караван», а также на ООО «Армавирская табачная фабрика», подтвердивших их обоснованность и эффективность.
Теоретические положения работы использованы в лекционном курсе по дисциплине «Основы научных исследований и защита интеллектуальной собственности» для специальностей пищевого профиля ФПБРБ КубГТУ.
Разработаны способы производства объемного табака (патенты РФ на изобретения №№ 2306043, 2306785) и ароматизированной расширенной табачной жилки (патенты РФ на изобретения №№ 2306779, 2307564 и 2307569), которые рекомендованы к внедрению в производство.
1.6 Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов» (г. Краснодар, 2008 г.), на международной научно-практической конференции «Олимпиада-2014: технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания» (г. Краснодар, 2009 г.) и на международной научно-практической конференции «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья» (г. Краснодар, 2009 г.).
1.7 Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 научных работ, в том числе 4 статьи в журнале, рекомендованном ВАК РФ, получено 5 патентов РФ на изобретения.
1.8 Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 120 страницах компьютерного текста, содержит 26 рисунков и 13 таблиц. Список литературных источников включает 171 наименование, в том числе 26 – зарубежных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследований. Объектами исследования служили образцы табака урожаев 2005-2008 гг. трех типов с преимущественным содержанием сортов Остролист, Трапезонд: исходный необработанный табак (контроль); табак объемный со взорванной структурой, полученный по классической технологии DIET и табак объемный ароматизированный, полученный по разработанному способу (патент РФ на изобретение №2306779).
2.2 Методы исследований. Эксперименты, связанные с доферментационным хранением табачного сырья, ферментацией и последующим старением проводили в соответствии с договором о творческом сотрудничестве КубГТУ и ВНИИ ТТИ Россельхозакадемии. В процессе выполнения экспериментальных исследований использовали стандартное лабораторное оборудование. Определение содержания никотина в табачной мешке проводили с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-1700 PharmaSpec, Япония по методике, установленной ГОСТ 30038-93. Определение содержания пиролизата в табачной мешке проводили на приборе для пиролиза табака ПТ-1, разработанного в лаборатории химии ВНИИТТИ.
Для аналитических исследований пектинового комплекса исследуемых типов табака применяли метод кондуктометрического титрования, основанный на измерении электропроводности раствора, меняющейся в процессе химической реакции между исследуемым веществом и титрантом,
который проводили на кондуктометре HI 8633 фирмы Hanna Instruments. Исследование липидного комплекса табака вели с помощью «Денситометра Сорбфил» с компьютерной обработкой тонкослойных хроматограмм. При сканировании хроматограмм на пластинках 100х150 мм изображение, полученное с помощью сканера, передавалось в компьютер, который производил расчет процентного состава липидов в смеси и их концентрацию в пробе. Воспроизводимость измерений составляет 98% при относительном среднеквадратичном отклонении площади хроматографических зон менее 4%.
Рисунок 1 – Структурная схема исследований
Для прогнозирования содержания смолы и никотина в дыме сигарет без фильтра использовали методику прогнозирования, разработанную в лаборатории химии ГНУ ВНИИТТИ.
Математическую обработку экспериментальных данных проводили методами математической статистики с использованием компьютерной программы "Microsoft Excel". Данные, полученные расчетным путем, имеют доверительную вероятность 95%.
Выполнение других лабораторных экспериментов и апробацию полученных результатов вели общепринятыми методами анализа, описанными в стандартах на табачное сырье, руководствах и инструкциях. На рисунке 1 приведена структурная схема исследований.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Влияние технологии получения объемного ароматизированного табака СО2-обработкой на изменение химических компонентов табака
3.1.1. Исследования пектинового комплекса табака. Аналитические характеристики пектинов были получены методом кондуктометри-ческого титрования. Точность определения на кондуктометре HI 8633±1% полной шкалы прибора. По методике НИИ «Биотехпереработка» КубГАУ, образцы табака предварительно обезжиривали раствором ацетона, подвергали гидролизу-экстрагированию для получения пектинового экстракта, из которого пектиновые вещества получали методом спиртового осаждения.
Результаты кондуктометрического титрования пектиновых веществ исследуемых табаков исходного табака и объемных табаков, представлены в таблице 1.
В работе были использованы 3 образца табачного сырья с преимущественным содержанием сортов Остролист, Трапезонд и Самсун: № 1 – исходный (необработанный табак), № 2 – объемный табак, полученный по классической технологии DIET, № 3 – объемный ароматизированный табак, полученный по разработанному диссертантом способу (Патент РФ № 2306779).
Таблица 1 – Влияние технологии получения объемного ароматизированного
табака на характеристики его пектинового комплекса
| Аналитические характеристики пектиновых веществ | Образец №1 | Образец №2 | Образец №3 |
| Содержание свободных карбоксильных групп (Кс), % | 3,00 | 4,00 | 5,00 |
| Содержание карбоксильных групп, этерифицированных аммиаком (Кн), % | 1,43 | 2,46 | 2,48 |
| Содержание карбоксильных групп, этерифицированных метанолом (Кэ), % | 4,92 | 5,84 | 5,29 |
| Общее содержание карбоксильных групп (Ко), % | 9,12 | 12,26 | 12,77 |
| Степень этерификации метанолом (Емет), % | 24,48 | 25,53 | 24,24 |
| Степень этерификации аммиаком (Еам), % | 26,97 | 27,68 | 30,48 |
| Общая степень этерификации (Емет), % | 50,45 | 51,21 | 54,72 |
| Полиуронидная составляющая (Пч),% | 39,26 | 37,64 | 37,47 |
| Ацетильная составляющая (Ац), от массы пектинового порошка | 0,35 | 0,57 | 0,73 |
| Ацетильная составляющая (Ац(Пч)), % от массы чистого пектина | 0,94 | 0,72 | 0,73 |
| Метоксильная составляющая, % от массы пектинового порошка | 3,38 | 4,36 | 5,26 |
| Метоксильная составляющая, % от массы чистого пектина | 9,06 | 8,56 | 8,86 |
Как следует из полученных данных, по содержанию свободных карбоксильных групп, определяющему комплексообразующие и сорбционные свойства пектина, наблюдается зависимость этого показателя от способа обработки при получении табака. Сравнение аналитических характеристик пектинового комплекса исследуемых образцов табака представлено на рисунке 2.
Опытные табаки, полученные по технологии взорванного табака способом DIET и по разработанной технологии, отличаются большим содержанием свободных карбоксильных групп в молекуле пектина. Что свидетельствует о возросшей комплексообразующей способности их пектина и возможности перевода в связанную форму никотина и липидов, а также более полного использования ароматизаторов и повышению их стабильности в ароматизированных табачных изделиях.
Рисунок 2 – Сравнение аналитических характеристик пектинового
комплекса исследуемых образцов табака
Анализ характеристик пектинового комплекса, исследуемых трех типов табаков, показывает, что химические свойства их пектинов различаются соотношением карбоксильных и гидроксильных групп в молекуле пектина. Пектины различаются также степенью метоксилирования или этерификации и содержания в молекуле пектине ацетильных групп (рисунок 3).
| Ко | ||||||
| Кс | Еам | |||||
| Емет | ||||||
| Мет. ч.п. | ||||||
| Ац(Пч) | ||||||
| Ац | ||||||
| Мет. от пор. |
Рисунок 3 – Сравнение аналитических характеристик пектинового
комплекса объемного табака, полученного по технологии
DIET и объемного ароматизированного табака, полученного
по разработанной технологии
Как следует из таблицы 1 и рисунков 2, 3, содержание карбоксильных групп – свободных (Кс), этерифицированных аммиаком (Кн) и этерифицированных метанолом (Кэ), закономерно возрастает от исходного табачного сырья к табаку объемному и объемному ароматизированному. Это свидетельствует о возрастании не только сорбционных, но и гидрофильных свойств табака и увеличении его водоудерживающей способности, влияющей на его технологические характеристики.
Как известно, комплексообразующие свойства пектина табака определяются степенью этерификации его карбоксильных групп.
При высокой общей степени этерификации табачного пектина метанолом (Е,%) у объемного ароматизированного табака на уровне 54,72% свободные карбоксильные группы значительно удалены друг от друга. При низкой степени этерификации (менее 40%) сорбционные свойства пектина растут, и пектин образует прочные связи с ионами металлов.
Полиуронидная составляющая и ацетильная составляющая чистых пектинов, у исследуемых типов табаков снижаются, начиная от исходных табаков, до объемных и объемных ароматизированных табаков. Это свидетельствует о снижении общей химической активности молекулы пектина. Аналогичным образом действуют на молекулу пектина балластные вещества, количество которых при анализе методом кондуктометрического титрования оценивают по содержанию чистой полигалактуроновой кислоты в пектиновом порошке.
У сравниваемых табаков содержание свободных карбоксильных групп возросло – от 3 до 5%. Это свидетельствует о росте способности пектинов присоединять другие химические группы и подтверждает возросшую способность пектина табака к образованию комплексных соединений.
Содержание карбоксильных групп, этерифицированных аммиаком (Кн) и метанолом (Кэ), а также общее содержание карбоксильных групп (Ко) для сравниваемых объемных табаков практически одинаково, более высокое по сравнению с исходным необработанным табаком.
Значение полиуронидной составляющей (Пч) исследуемых объемных табаков варьируется от 37,5 до 39,3%, что свидетельствует о необходимости дополнительной очистки пектина от балластных веществ (фенольных, красящих, белковых и других) в случае получения некурительных табачных изделий.
3.1.2 Исследования липидного комплекса табака. Для исследования группового состава липидов табака использовали метод тонкослойной хроматографии (ТСХ). Для расчета параметров и количественной оценки полученных хроматограмм был использован «Денситометр Сорбфил». Предварительно было установлено, что для исследуемых липидов наибольшее количество фракций (до 11) может быть получено при разделении в системе растворителей гексан : диэтиловый эфир - 70:30. Хроматограммы группового состава липидов и результаты их обработки в компьютерной программе «Денситометр Сорбфил» в графической форме представлены на рис. 4, 5 и 6.
(Объемный табак по классической (Ароматизированный объемный табак
технолгии DIET) по разработанной технологии)
Рисунок 4 – Хроматограммы группового состава липидов табака
Рисунок 5 – Результаты расчета хроматограммы липидов для объемного
табака, полученного по технологии DIET
Рисунок 6 – Результаты расчета хроматограммы липидов для объемного
ароматизированного табака, полученного по разработанной
технологии
Как следует из полученных данных, под влиянием условий СО2-обработки по разработанной технологии получения объемного ароматизированного табака совмещенной с получением экстракта пряноарома-тических растений происходят существенные изменения липидного состава табака, повышающие безопасность табачных изделий. В липидном комплексе существенно уменьшается массовая доля углеводородов, восков и окисленных липидов, ответственных за образование токсичных смол в табачном дыме.
Сравнение хроматограмм табаков различных типов обработки и, особенно, результаты их расчета на «Динситометре Сорбфил» свидетель-ствуют о возможности разработки на основе метода ТСХ экспресс метода для объективной оценки подлинности объемного табака по характеристикам тонкослойных хроматограмм его липидного комплекса.
3.1.3 Исследование ферментного комплекса табака. Экстремальные условия технологии получения объемного табака СО2-обработкой, которые инициировали течение в пектиновом и липидном комплексах табачного сырья пучка химических реакций, изменивших характеристики табачного сырья, позволили предполагать изменения и в ферментном комплексе табачного сырья.
Основываясь на известных представлениях о сухом растительном сырье, как твердофазной системе иммобилизированных ферментов, способных проявлять ферментативную активность при создании необходимых условий, предположили, что процесс замораживания-размораживания приведет к росту активности ферментов. Предварительные исследования активности ферментов табака при замораживании-размораживании, проведенные нами в лабораторных условиях, объективно подтвердили возможность активирования ферментов табака под влиянием условий получения объемного табака в частности при замораживании-размораживании предварительно увлажненного табачного сырья в процессе СО2-обработки. Наибольший прирост активности был установлен для фермента пектинэстеразы (НФ3.1.1.11)
Для определения изменения активности фермента пектинэстеразы табак увлажняли до влажности 20-25% и затем выдерживали в холодильнике при температуре – 7оС в течение 24 часов.
На рисунке 7 представлена схема процесса замораживания-размораживания табачного сырья.
Перед определением активности ферментов размороженный табак выдерживали при комнатной температуре 22-25оС до удаления избыточной влаги. Контролем служит исходный табак соответствующих сортов. Результаты анализа представлены в таблице 2.
Рисунок 7 – Схема замораживания-размораживания табачного сырья
Таблица 2 – Активность фермента пектинэстеразы табака до и после замораживания в лабораторных условиях (условия на рисунке 7)
| Табачное сырье | Активность пектинэстеразы, г пектата кальция | Возрастания активности пектинэстеразы, % |
| До обработки | 0,09 | 0 |
| После обработки | 0,025 | 25,71 |
Активность пектинэстеразы определяли кальций-пектатным методом, основанным на осаждении пектиновых кислот в виде кальцевых солей – пектатов и учета их весовым методом.
Аналогичного характера изменения – рост активности были установлены для ряда других пектолитических ферментов, а также пероксидазы и полифеноксидазы.
Объяснить возрастание активности ферментов под влиянием замораживания-размораживание возможно возникновением большего контакта между ферментом и его субстратом в клетках табачного листа, структура которого нарушена при замораживании-размораживании.
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о возможности под влиянием технологии получения объемного табака СО2-обработки, в табачном сырье изменений химического состава, которые формируют улучшенные технологические и курительные характеристики табака и табачных изделий повышенной безопасности. Результаты анализа табачного сырья представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Содержание компонентов в образцах сырья
| Образец | Содержание никотина в сырье, % | Содержание пиролизата в сырье, мг/г |
| Исходный необработанный табак | 1,67 | 137,7 |
| Объемный табак, полученный по классической технологии | 1,20 | 124 |
| Объемный ароматизированный табак (патент РФ № 2306779) | 0,84 | 109,8 |
4 Разработка технологии получения объемного ароматизированного табака для создания курительных изделий повышенной безопасности. Проведенные лабораторные исследования химических и ферментативных изменений состава объемного табака позволили разработать технологические решения на основе совмещения процессов получения объемной структуры табака и ароматизации табака и табачных изделий, полученных на его основе. Одна из схем получения объемного ароматизированного табака представлена ниже. Схема получения объемного табака, ароматизированного СО2-мисцеллой из семян аниса представлена на рисунке 8.
Технологический процесс получения ароматизированного объемного табака осуществляют следующим образом.
Анис для получения необходимого оттенка аромата табака смешивают с персиковой или грушевой выжимкой, экстрагируют диоксидом углерода и отделяют мисцеллу по традиционной технологии. Соотношение смешиваемых ароматических компонентов задают любым, необходимым для получения заданного оттенка аромата. При этом удельный выход экстрактивных веществ из смеси превышает удельный выход экстрактивных веществ при раздельном экстрагировании компонентов за счет эффекта соэкстракции, не зависящего от соотношения компонентов в смеси.
Рисунок 8 – Схема получения объемного ароматизированного табака
Резаный табак увлажняют до влажности не менее 13%, которая обеспечивает достаточную эластичность табака для увеличения его объема. Увлажненный табак загружают в герметичную емкость, в которую подают мисцеллу. Давление в емкости автоматически повышается до значения, соответствующего давлению насыщенных паров диоксида углерода при заданной температуре мисцеллы. Полученную смесь выдерживают в течение 15с. Этого времени достаточного для пропитки табака. При этом происходит впитывание сжиженного газа и насыщение табака содержащимися в мисцелле экстрактивными веществами, обеспечивающими придание табаку заданного аромата. Для достижения в табаке их необходимого содержания рассчитывают концентрацию экстрактивных веществ в мисцелле из соотношения фаз на стадиях экстрагирования и пропитки.
После завершения пропитки избыток мисцеллы сливают для повторного использования и сбрасывают давление в емкости до атмосферного. При этом происходит удаление диоксида углерода и приблизительно двукратное увеличение объема табака при сохранении в нем ароматических экстрактивных веществ из мисцеллы. Затем табак сушат до остаточной влажности не менее 13%. Полученный по описанной технологии табак имеет увеличенный объем и заданное содержание ароматических веществ, сочетаемых с ароматом табачного дыма, используется для получения курительных изделий повышенной безопасности.
Результаты выполненного исследования свидетельствуют о ведущей роли химических и ферментативных изменений пектиновых веществ и липидов табачного сырья под влиянием технологии получения объемного ароматизированного табака методом СО2-обработки формирующих улучшенные технологические и курительные характеристики табачного сырья и курительных изделий. Полученные в результате исследований новые результаты послужили основанием для разработки усовершенствованной технологии получения объемного ароматизированного табака, защищенной пятью патентами России.
Технологические особенности разработанной технологии СО2-обработки табака, обеспечивающей повышенную безопасность курительных изделий в обобщенном виде представлены в таблице 4.
Таким образом, автором выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, результаты которого позволяют заключить, что изменения качества табачного сырья под влиянием обработки диоксидом углерода и ароматизации экстрактами из пряноароматических растений, во многом определяются модификацией пектинового комплекса и снижением содержания липидов в табаке. Суммарный предполагаемый экономический эффект от применения предложенной технологии создания сигарет с заданными показателями безопасности составит 253,0 тыс. руб. в год на 1 тонну обработанного табака.
Полученные результаты, составляют в совокупности научные и прикладные основы диссертационной работы.
Таблица 4 – Особенности разработанной технологии получения объемного
ароматизированного табака, обеспечивающие производство
курительных изделий повышенной безопасности
| Технологическое воздействие на табак | Результат | Влияние на безопасность |
| 1. СО2-обработка табака, совмещенная с ароматизацией его экстрактами растений | Получение табака с объемной структурой; снижение массовой доли восков, углеводородов и никотина, пе-реходящих в СО2-экстракт; снижение массовой доли никотина в табачном дыме за счет СО2-экстракции и дополнительного связывания его пектином | Снижение массовой доли табака в курительных изделиях, в результате чего при курении образуется меньше табачного дыма, а в дыме снижается концентрация смол и никотина; возможность дозированного введения никотина в табак в зависимости от типа курительных изделий; - замена токсичных компонентов табачного сырья на ароматические из вводимых экстрактов |
| 2. Ферментативная модификация пектинового комплекса табака под влиянием замораживания-размо-раживания и введения в табак субстратов-ароматизаторов | Повышение комплексообразующей (сорбционной) способности модифицированных пектинов и сорбция ими никотина, высокомолекулярных липидов и радионуклидов из табачного сырья | Связывание никотина с пектиновыми веществами, в результате которого связанный никотин разрушается в процессе горения (тления) в курительных изделиях и в табачный дым переходят продукты пиролиза в неактивной форме: концентрация никотина и радионуклидов в табачном дыме снижается |
ВЫВОДЫ
В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получила практическое подтверждение выдвинутая автором гипотеза о возможности биохимической трансформации важнейших компонентов табака под воздействием СО2-обработки. Установлено, что контактирование предварительно подготовленного табачного сырья с диоксидом углерода в течение 20-25 минут под высоким давлением (до 15МПа), приводит к образованию в сырье параугольной кислоты Н3СО4, резко изменяющей комплексообразующие свойства пектина табака; сорбции пектином части содержащегося в табаке никотина, возможности удаления липидов и кутикулярных восков из табака, что в целом позволяет получать табачные изделия из обработанного табака с пониженным содержанием вредных компонентов.
1 Методом кондуктометрического титрования впервые установлено возрастание комплексообразующих свойств содержащегося в табаке пектина под воздействием СО2-обработки табачного сырья. Увеличение комплексо-образующей способности пектина объемного табака (от 37,47% до 39,26%) привело к увеличению связывания пектином ароматических веществ, вводимых в объемный табак и замедлению десорбции ароматизаторов при последующей технологической обработке табака и хранении табачных изделий.
2 Экспериментально подтверждено, что комплексообразующая способность табака прямо зависит от содержания в нем свободных карбоксильных групп (от 3% до 5%) и степени этерификации их метанолом, доля которых в табаке возрастает под влиянием условий получения объемного табака по СО2-технологии (от 50,45% до 54,72%). Наибольшая степень этерификации установлена у объемных ароматизированных табаков (54%), тогда как исходные табаки имеют степень этерификации на уровне 40 %.
3 Образование в ходе СО2-обработки табака связей пектина с другими полисахаридами табака, оцениваемых по величине студнеобра-зующей способности пектина, приводит к изменению гидрофильных свойств табака, определяющих его водно-физические свойства, имеющее существенное значение для технологии получения курительных изделий повышенной безопасности.
4 Под влиянием СО2-обработки табака в его липидном комплексе на 6-7% уменьшается массовая доля углеводородов, восков и окисленных липидов, ответственных за образование токсичных смол в табачном дыме.
5 Обоснована возможность снижения расхода пряноароматического сырья при получении объемного ароматизированного табака.
6 Экспериментально обоснованы положения, позволяющие объяснить на основании инструментального химического анализа технологи-ческие особенности объемного и ароматизированного табака, полученного путем СО2-обработки.
7 Разработан проект технической документации на объемный ароматизированный табак, полученный по разработанной технологии (ТУ 9161-542-04801346-09 «Объемный ароматизированный табак, полученный методом СО2-обработки»).
8 Разработана усовершенствованная технология курительных изделий повышенной безопасности, которая апробирована в стендовых условиях лаборатории химии ВНИИТТИ и экспериментальном цехе ООО «Компания Караван». Содержание никотина в табаке, подвергнутом СО2-обработке, снизилось с 1,64 до 0,84 мг/г. В дыме сигарет содержание никотина снизилось с 1,43 до 0,72 мг/сиг.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1 Каширина О.Ю., Татарченко И.И., Щербаков В.Г. Применение СО2-экстрактов из растительного сырья для ароматизации табачных изделий // Известия вузов. Пищевая технология, № 5-6, 2007. – С. 127.
2 Каширина О.Ю., Татарченко И.И., Щербаков В.Г. Комбинированный способ получения объемного табака с ароматом аниса // Известия вузов. Пищевая технология, № 2-3, 2008.– С. 120.
3 Каширина О.Ю., Шульвинская И.В., Прошина В.Ю. Влияние замораживания-размораживания на ферментативную активность листьев табака // Известия вузов. Пищевая технология № 4, 2008.– С. 114.
4 Каширина О.Ю., Касьянов Г.И., Щербаков В.Г. Способы повышения безопасности и комплексного использования табачного сырья газожидкостными методами обработки // Известия вузов Пищевая технология, № 4, 2009.– С. 123.
5 Каширина О.Ю., Бобок М.Б., Татарченко И.И. Совершенствование технологии производства новых курительных изделий. – В сборнике материалов Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства», Краснодар: КубГТУ, 2005.– С. 85-87.
6 Каширина О.Ю. Богдан Г.А., Бирюкова О.А., Татарченко И.И. Оптимизация процесса конструирования сигарет по параметрам токсичных веществ табачного дыма. – В сборнике материалов Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения качества и снижения токсичности табака и табачных изделий», Краснодар: ВНИИТТИ, 2005.– С. 283-290.
7 Антонова С.Е., Каширина О.Ю., Кузьмин Д.И. Возможность переработки вторичных табачных ресурсов. – В сборнике материалов международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов». – Краснодар: КНИИХП, КубГТУ, 2008.– С. 19-20.
8 Каширина О.Ю., Антонова С.Е., Экстрагирование ценных компонентов из табачного сырья. – В сборнике материалов Международной научно- практической конференции «Олимпиада 2014: технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания», Краснодар, 2009. – С. 30-32.
9 Касьянов Г.И., Каширина О.Ю., Щербаков В.Г. Удаление кутикулярных восков с поверхности табачных листьев способом субкритической СО2-экстракции.– В сборнике материалов международной научно-практической конференции «Теория и практика суб– и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья». – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2009. – С. 36-39.
10 Патент РФ № 2306043. Способ вспучивания табака / О.И. Квасенков, И.И. Татарченко, О.Ю. Каширина. Заявка № 2006109128/12. Заявлено 23.03.2006. Опубл. 20.09.2007.
11 Патент РФ № 2306779. Способ получения ароматизированной взорванной табачной жилки / О.И. Квасенков, И.И. Татарченко, О.Ю. Каширина. Заявка № 2006107226/12. Заявл. 10.03.2006. Опубл. 27.09.2007.
12 Патент РФ № 2306785. Способ увеличения объема табака / О.И. Квасенков, И.И. Татарченко, О.Ю. Каширина. Заявка № 2006109129/12. Заявл. 23.03.2006. Опубл. 27.09.2007.
13 Патент РФ № 2307564. Способ экспандирования табачной жилки / О.И. Квасенков, И.И. Татарченко, О.Ю. Каширина. Заявка № 2006107697/12. Заявл. 14.03.2006. Опубл. 10.10.2007.
14 Патент РФ № 2307569. Способ выработки экспандированной табачной жилки / О.И. Квасенков, И.И. Татарченко, О.Ю. Каширина. Заявка № 2006107714/12. Заявл. 14.03.2006. Опубл. 10.10.2007.
Подписано в печать 20.11.2009. Печать трафаретная.
Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,36. Тираж 100 экз. Заказ № 238.
Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг»
350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571
