автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.10, диссертация на тему: Теоретическое обоснование и разработка технологий новых табачных изделий с заданными показателями качества
Автореферат диссертации по теме "Теоретическое обоснование и разработка технологий новых табачных изделий с заданными показателями качества"
На правах рукописи
МОИСЕЕВ Игорь Викторович
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ НОВЫХ ТАБАЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА
05 18 10 - Технология чая, табака и биологически
активных веществ и субтропических культур
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия» и в ОАО «Погарская сигаретно-сигарная фабрика»
Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор
Леончик Борис Иосифович, Московский государственный университет пищевых производств, доктор химических наук, профессор Панюшкин Виктор Терентьевич, Кубанский государственный университет,
доктор технических наук, профессор Татарченко Ирина Игоревна,
Кубанский государственный технологический университет Ведущая организация ГНУ Всероссийский научно-
исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий Россельхозакадемии (г Краснодар)
Защита состоится 01 ноября 2007 г в 14 00 часов на заседании
диссертационного совета Д 212 100 05 в Кубанском государственном
технологическом университете по адресу 350072, г. Краснодар, ул Московская, 2, корпус А, конференц-зал
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 28 сентября 2007 г
Ученый секретарь диссертационного совета, канд техн наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время на рынке России представлено огромное разнообразие табачных изделий традиционные папиросы и сигареты с фильтром и без фильтра, сигары, сигариллы, курительный табак, трубочный табак и экзотические виды табака - табак для нюханья (снаф), табак для жевания (снюс), табак для кальяна Наибольшее распространение получили сигареты и папиросы, потому что их предпочитает большинство любителей табака. Другие виды табачных изделий пока не нашли широкого распространения либо по причине высокой стоимости, либо из-за отсутствия навыков потребления (табак для жевания, табак для нюханья, табак для кальяна) Хотя с каждым годом число потребителей этих необычных для России табачных изделий увеличивается.
Производственные мощности табачных фабрик России полностью обеспечивают потребность страны в сигаретах и папиросах Некоторые виды табачных изделий такие, например, как сигары и сигариллы, курительный и трубочный табак в небольших количествах также производятся российскими табачными фабриками, другие виды, как табак для нюханья, табак для жевания, табак для кальяна поступают из-за рубежа
Потребление сигарет и папирос в России оценивается в 370-380 млрд штук в год, а их производство в 2006 году составило 413,88 млрд штук Из них сигарет с фильтром - 368,26 млрд штук, сигарет без фильтра — 40,98 млрд штук, папирос - 4,64 млрд. штук
Наблюдается превышение предложения над спросом, перепроизводство сигарет и папирос Растет производство сигарет с фильтром В то же время производство папирос и сигарет без фильтра неуклонно снижается И хотя некоторые табачные фабрики пытаются решить проблемы перепроизводства поставками своей продукции в страны ближнего зарубежья, вопрос конкуренции между ними с кавдым годом все обостряется
В сложившейся проблематике рыночных условий особую актуальность приобретают научно-технологические инновации, позволяющие предприятию не только приобретать сырье с заданными ценовыми ограничениями и фиксированными физико-химическими параметрами, но и оптимизировать процесс переработки табака в технологическом цикле таким образом, чтобы получить максимальную эффективность использования данного количества сырья, а также получить продукт с заданными показателями качества
Большие и сложные задачи также ставятся перед отраслью в связи с необходимостью повышения качества табачных изделий с целью улучшения их курительных свойств и постепенного снижения токсичности табачного дыма В последние годы возрастает спрос на табачную продукцию со стандартными и стабильными во времени показателями качества Решение этих вопросов в значительной мере зависит от качества табачного сырья, идущего на производство сигарет и папирос В связи с этим особое значение приобретает необходимость получения полной информации о качестве табачного сырья для оценки курительной продукции
В настоящее время появилась возможность технохимического контроля качества табака, которая позволяет определить любой показатель качества В связи с этим, не возникает принципиальных затруднений в организации непрерывного контроля качества всего табачного сырья, перерабатываемого в нашей стране Одновременно с этим, особую актуальность приобретает задача поиска новых способов оценки качества табака, которые могли бы исключить недостатки, присущие современным методам анализа
Значительный вклад в изучение химии и технологии табака внесли известные ученые ПГ Асмаев, ИИ Дьячкин, МГ. Загоруйко, ГС Ильин, М Ф Машковцев, И Г Мохначев, В П Писклов, М П Пятницкий, А И Смирнов, В В Чеников, Е Н Шаповалов, А А Шмук, А. Ригер, Л Гюзелев, С. Пирики, В Вольф и др
Целью настоящей работы явилось теоретическое обоснование и разработка технологий новых табачных изделий с заданными показателями качества, а также создание системы методов контроля качества курительных изделий на основных этапах табачного производства и реализации готовой продукции
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи
1 Обосновать необходимость разработки инструментальных методов быстрого получения объективной информации о курительных, токсичных и физико-технологических свойствах табачного сырья и курительных изделий
2 Исследовать внутреннюю структуру различных сортотипов табачного сырья при прохождении по технологической цепочке, определить прочность внутриклеточных соединений, размеров и внутреннего строения листа.
3 Осуществить прогнозирование заполняющей способности табака по внутренней структуре табачного листа Исследовать объемные свойства табачного сырья различных ботанических сортотипов табака, прошедшего технологическую обработку
4 Разработать экспресс-методы определения химического состава табачного сырья и курительных изделий Осуществить управление химическим составом готового продукта на этапе планирования производства
5. Изучить изменение количественного содержания эфирных масел различных сортотипов табачного сырья в процессе технологической обработки
6 Усовершенствовать технологию подготовки табака для производства сигарет с пониженным содержанием смолы и никотина путем использования ароматизированной расширенной табачной жилки
7. Смоделировать оптимальную рецептуру табачной мешки для изготовления курительных изделий. Исследовать химический состав и степень
расширения центральной жилки табачного растения из различных географических зон произрастания
8 Разработать комплексную систему анализа качественных и количественных изменений, характеризующих изменения физико-химических параметров табака Берлей в процессе тестирования Выделить отличительные физико-химические параметры Берлеев, влияющие как на технологические и экономические аспекты переработки и производства, так и на потребительские свойства продукта, в составе которого используется Берлей
9 Осуществить моделирование процесса тестирования Берлея в лабораторных условиях, сравнить результаты тестирования Берлея в условиях промышленного производства и лабораторных образцов, полученных в результате моделирования процесса Разработать комплексную методику анализа количественно-качественных изменений параметров Берлея на основе интегральной оценки их формальных физико-химических свойств и экспертной органолептики
10 Разработать технологии новых табачных изделий с заданными показателями качества для приготовления таких нишевых продуктов, как трубочный табак и кальянная смесь Сделать химический анализ и сенсорное тестирование этих курительных изделий, определить количественный и качественный состав используемых ароматизаторов
11 На основе предложенных технологий, способов и приемов разработать нормативную документацию на новые виды табачной продукции, выпускаемых по усовершенствованным технологиям, осуществить внедрение этих технологий в ОАО «Погарская сигаретно-сигарная фабрика»
12 Определить организационно-технические преимущества и экономическую эффективность от внедрения и вывода на рынок новых для предприятия видов табачной продукции на основе разработанных технологий, а также комплексных методов оценки качества табачного сырья и курительных изделий в ОАО «Погарская сигаретно-сигарная фабрика»
Научная концепция диссертационной работы заключается в научном обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности разработанных технологий новых табачных изделий с заданными показателями, обуславливающими качество курительной продукции, на основе использования системы методов контроля качества табачного сырья и готовых курительных изделий в процессе производства и реализации готовой продукции
Научная новизна работы. На основе результатов проведенных автором многолетних исследований теоретически обоснована необходимость разработки инструментальных методов прогнозирования качественных характеристик табачного сырья на основе его химического состава, а также регулирования его вкусовых и ароматических свойств.
Впервые в отечественной практике исследованы изменения внутренней структуры табачного сырья различных зон выращивания при прохождении по технологической цепочке, определена прочность внутриклеточных соединений Осуществлено прогнозирование заполняющей способности табака с учетом внутренней структуры табачного листа Исследованы объемные свойства табачного сырья различных сортотипов табака, прошедшего технологическую обработку Усовершенствованы методы определения компонентов химического состава табачного сырья и курительных изделий
Усовершенствована технология подготовки табака для производства сигарет с пониженным содержанием смолы и никотина путем использования ароматизированной расширенной табачной жилки Разработана оптимальная рецептура табачной «мешки» для изготовления курительных изделий Исследован химический состав и степень расширения центральной жилки табачного листа из различных зон выращивания табака
Впервые разработана комплексная система определения качественных и количественных показателей, характеризующих физико-химические параметры сырья сорта табака Берлей в процессе тестирования Выделены отличительные физико-химические параметры Берлеев, влияющие как на техно-
логические и экономические аспекты переработки и производства, так и на потребительские свойства продукта, в составе которого используется Берлей Усовершенствована технология изготовления различных видов курительных изделий на основе использования табачного сырья типа Берлей
Разработана технология приготовления таких нишевых продуктов, как трубочный табак и кальянная смесь Определен количественный и качественный состав используемых ароматизаторов при их изготовлении Экспериментально доказано, что на качество нишевых продуктов влияют содержание никотина и углеводов в исходном табачном сырье, количественный состав полисахаридов и глицерина, а также качественный состав используемых ароматизаторов
Представлены научно-технологические решения, позволяющие не только оценивать сырье по ценовым характеристикам и физико-химическим параметрам, но и оптимизировать процесс переработки табака в технологическом цикле с целью максимальной эффективности использования сырья, а также получения продукта с прогнозируемыми показателями качества
Новизна исследований подтверждена 12 патентами РФ на изобретения и полезные модели
Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке, испытании и внедрении в производство на ОАО «Погарская си-гаретно-сигарная фабрика» технологий новых табачных изделий
С участием автора разработаны и запатентованы принципиально новые устройство для ферментации табака (патент на полезную модель № 56123), установка для размельчения и разделения на фракции табачной жилки (патент на полезную модель № 56124), установка для разделения на фракции отходов переработки табака (патент на полезную модель № 56125)
Автором единолично разработаны и запатентованы способ составления мешки для курительного табачного изделия (патент РФ № 2280397), способ определения заполняющей способности табака (патент РФ № 22889806), способ
увеличения заполняющей способности табака (патент РФ № 2294673); способ производства ароматизированного табака (патент РФ № 2294667), способ производства экспандированного табака (патент РФ № 2294668), способ вспучивания табачной жилки (патент РФ № 2294669), способ производства экспанди-рованной табачной жилки (патент РФ № 2294670), способ производства ароматизированной вспученной табачной жилки (патент РФ № 2294671), способ производства ароматизированной экспандированной табачной жилки (патент РФ № 2294672)
Основное содержание разработанных технологий новых табачных изделий с заданными показателями качества, способов и приемов нашло отражение в соответствующей технологической документации
— «Сигареты» (ТУ 9193-001-00342781-99), которые распространяются на сигареты, изготовленные из табачного сырья, прошедшего ферментацию или другую соответствующую обработку; карты показателей качества сигарет «Полет» и «Прима»
— «Сигариллы» (ТУ 9193-002-00342781-99), которые распространяются на сигариллы, изготовленные из табачного сырья, прошедшего ферментацию или другую соответствующую обработку; карты показателей качества сига-рилл «ПРЕМЬЕР», «АЛЬБАСЕТЕ шерри», «АЛЬБАСЕТЕ сладкий медово-ванильный», «АЛЬБАСЕТЕ сливочно-шоколадный», «ЧЕРОКИ КЛАСИКО», «ЧЕРОКИ КОФЕ-ЛАТАКИ», «ЧЕРОКИ АМФОРА»
— «Папиросы» (ТУ 9193-003-00342781-99), которые распространяются на папиросы, изготовленные из табачного сырья, прошедшего ферментацию или другую соответствующую обработку, технологическая инструкция изготовления папирос, карты показателей качества папирос «Ностальгия» и «Паровоз»
— «Табак курительный» (ТУ 9193-004-00342781-01), который распространяются на табак курительный, изготовленный из табачного сырья, прошедшего ферментацию или другую соответствующую обработку
— «Табак трубочный» (ТУ 9193-005-00342781-02), который распространяются на табак трубочный, изготовленный из табачного сырья, прошедшего ферментацию или другую соответствующую обработку
— «Табак для кальяна» (ТУ 9193-006-00342781-06), который распространяются на табак для кальяна, изготовленный из табачного сырья, прошедшего ферментацию или другую соответствующую обработку (солнечная сушка, воздушная сушка, огневая сушка)
Исследования по теме диссертации явились одним из разделов работ, включенных в научно-техническую программу Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2001-2005 г г, а также в программу исследований, выполняемых кафедрой Плодоовощеводства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Брянской государственной сельскохозяйственной академии «Разработка концепции экономического развития, организационных моделей и систем управления АПК в условиях рыночной экономики» на 2003-2007 г г
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на заседаниях научно-технического совета Брянской государственной сельскохозяйственной академии (г Брянск, 2000-2007), заседаниях Ученого совета Брянской государственной сельскохозяйственной академии (г Брянск, 2000-2007), региональной научно-практической конференции «Новые идеи технологии, проекты и инвестиции» (г Брянск, 1999), региональной научно-практической конференции «Новые идеи технологии, проекты и инвестиции» (г Брянск, 2000), международной научно-практической конференции «Современное состояние табачной отрасли и усиление ее научного обеспечения в РФ и странах СНГ» (г. Краснодар, 2000), международной научно-практической конференции «Наука и образование - возрождение сельского хозяйства России в XXI веке» (г Брянск, 2000).
Согласно научно-производственному плану развития ОАО «Погарская сигаретно-сигарная фабрика» результаты диссертационной работы по апробированию и внедрению в условиях производства технологий новых табачных изделий неоднократно докладывались на заседаниях ассоциации производителей табачной продукции «Табакпром»
Публикации. Основные теоретические положения диссертационной работы и экспериментальные результаты исследований опубликованы в 37 научных трудах, в т ч одной монографии, отражены в 12 патентах РФ на изобретения и полезные модели
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 308 наименований, изложена на 326 страницах, содержит 17 фотографий, 44 рисунка, 30 таблиц В приложение на 24 страницах входят Технические условия, патенты РФ на изобретения и полезные модели, материалы внедрений
На защиту выносятся следующие основные положения:
— методические основы визуализации внутренней структуры табачного листа с целью прогнозирования заполняющей способности табака,
— методы управления химически составом готового продукта в технологическом процессе планирования производства;
— новый способ получения ароматизированной расширенной табачной жилки и табачных изделий с пониженным содержанием смолы и никотина,
— комплексные методы оценки качества и физико-химические аспекты технологического процесса тестированного Берлея,
— усовершенствованная технология для производства сигарет с пониженным содержанием смолы и никотина путем использования ароматизированной расширенной табачной жилки,
— технологии новых табачных изделий, таких как кальянные и трубочные табаки, с заданными показателями качества
1 Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследования использовали табачное сырье семи типов Вирджиния, Берлей, Мэриленд, Ориентал, темный табак, восстановленный табак и взорванную жилку
Выбор произведен по отличительным признакам географические зоны выращивания, почвенно-климатические условия, морфологические и физические свойства, химический состав и курительные свойства
В процессе исследований использовали общепринятые, стандартные методы определения качественных характеристик табака, изложенные в ГОСТах на курительные изделия и методы контроля их качества, а также разработанной ВНИИТТИ ТИ 9193-43-048497-97 «Технологическая инструкция Лабораторный контроль производства курительных изделий»
При обработке результатов экспериментальных исследований использовали методы статистической обработки, дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализа из пакета прикладных программ (при 5%-ном уровне значимости) и специально разработанные нами методы и программы для ЭВМ
2 Визуализация внутренней структуры табачного листа
2.1 Прогнозирование заполняющей способности табака по внутренней структуре табачного листа. Разные биологические особенности ботанических сортов, различие почвенно-климатических условий отдельных районов произрастания, разные стадии возраста и ломки листьев обуславливают неодинаковое анатомическое строение, соотношение содержимого в клетках листьев, физико-химические и технологические свойства табачного листа Именно поэтому и на этапе планирования производства, и при оценке его результатов желательно иметь четкое представление о внутренней структуре листа или волокна.
Лист табака имеет капиллярно-пористую структуру Внутренняя структура табачного листа представляет собой клетки верхнего и нижнего эпидер-
миса с устьичными отверстиями, кутикулой, мезофил листа в виде палисадной и губчатой паренхимы, содержащей клетки щавелево-кислого кальция (ЩКК) и проводящие сосуды
Изучение внутренней структуры основано на проведении микроскопических срезов, широко применяющихся в медицине для гистологических исследований Для анализа анатомии листа берутся фрагменты в строго определенном месте размером 0,5 х 0,5 см Данные фрагменты заливаются в парафиновые блоки, из которых готовятся серийные срезы толщиной 10-15 мкм на микротоме «Криостат МК-25» Дальнейшая подготовка препаратов заключается в наклейке срезов на предметные стекла, освобождении от парафина, удалении ксилола, спирта, окрашивании препаратов, фиксировании среза в растворе канадского бальзама
На подготовленных таким образом микроскопических препаратах с помощью микроскопов «МБИ» и «Биолам» проводится морфометрия толщины ткани листа, количества клеток наполненных кристаллами щавелевокислого кальция (ЩКК или идиобласт) определяется площадь ЩКК, количество, размеры межклеточных пространств (воздухоносных полостей) Фо-тометрирование проводится с помощи специальной микрофотонасадки «МФМ-2» с фотокамерой «Зенит-Е».
Эффективность использования методики в мероприятиях лабораторного контроля иллюстрируется на рисунках 1-2, где представлена внутренняя структура зеленого листа и динамика изменения внутреннего состояния листа при его обработке в табачном цехе ОАО «Погарская сигаретно-сигарная фабрика»
Кроме того, методика визуализации внутренней структуры табачного листа может быть использована для анализа качества подготовки сырья любого другого производства и оснащенности табачного цеха.
На рисунке 1 представлен срез зеленого листа сортотипа Вирджиния КС 71, выращенного на опытном поле ОАО «Погарская ССФ»
- толщина листа составляет -188 мкм, высота межклетий - 48 мкм,
- площадь клеток щавелево-кислого кальция (идиобласт) выполняющих опорную функцию - 30 кв. мкм.
Рисунок I - Срез зеленого листа сортотипа Вирджиния МС 71
На рисунке 2 показан срез с исходного (для технологической обработки) листа — сухое ферментированное сырье;
- толщина листа — 38,5 мкм, высота межклетий - 2,4 мкм,
- площадь клеток щавелево-кислого кальция - 28 кв. мкм.
Рисунок 2 - Срез ферментированного листа, предназначенного для технологической обработки
Сравнительный анализ рисунков 1 и 2 показывает, что в процессе естественной сушки происходит значительное уменьшение объема клеток мезо-фила и всего листа за счет потери влаги. Устьичные отверстия у сухого листа закрываются, поэтому газообмен с внешней средой, насыщение и испарение влаги в эпидермисе происходит через кутикулярный слой.
2.2 Физико-химические свойства центральной жилки табачного листа. Смещение акцентов потребительского курительного менталитета в сторону потребления сегмента сигарет с пониженным содержанием вредных веществ вынуждает производителей наряду с другими способами снижения токсичности использовать все более активно так называемую взорванную жилку - специально обработанную центральную жилку табачного растения Среди специалистов-технологов наиболее распространенным мнением о функциональном назначении взорванной жилки является мнение, характеризующее этот продукт как необходимый элемент конструкции сигареты, корректирующий содержание смолы, никотина и снижающий общий вес сигареты за счет эффективного заполнения объема штранга На самом же деле взорванная жилка, как биохимическая субстанция, несомненно, несет в себе широкий спектр воздействий на табачное изделие как продукт Причем, чем больше в табачной мешке содержится взорванной жилки, тем интенсивнее ее физико-химические свойства влияют на такие параметры продукта, как вкус, аромат, скорость горения сигареты и т д
Кроме того, необходимо отметить, что взорванная жилка, приготовленная из сырья различных ботанических сортов, выращенного в различных почвенно-климатических условиях, обладает отличающимися свойствами, существенно влияющими на эффективность производства, поскольку обладают различной заполняющей способностью
В российском «технологическом сленге» понятие «взорванная жилка» укоренилось очень сильно Однако с точки зрения физиологии растения результат процесса приготовления жилки CRES (англ-cut, rolled, expanded stem) гораздо уместнее назвать восстановлением размеров клеточной структуры жилки до размеров, присущих живому растению, и фиксации восстановленных размеров клеток с помощью краткосрочного процесса высокотемпературной обработки Термин «взрыв» характеризует отклонение технологических режимов линии по приготовлению жилки CRES от оптимальных
значений, результатом которых является деформация клеточной структуры жилки и, как следствие, резкое увеличение потерь при производстве в виде табачной пыли и мелочи
Принято считать, что наиболее важными технологическими показателями взорванной жилки, доля которой в различных мешках может составлять до 30%, являются токсичность (никотин, пиролизат), фракционный состав, заполняющая способность, характеризующаяся удельным объемом
Результаты измерения элементов внутренней структуры образцов табачного сырья приведены в таблице 1
Таблица 1 — Морфология центральной жилки табачного листа
№ п/п Расшифровка образца Размер клеток, мкм
Исходное сырье Готовый продукт
Мах Средн Мт Мах Средн Мт
1 Вирджиния, Китай № 1 190 44 37 239 82 62
2 Вирджиния, Китай № 2 157 66 34 210 74 38
3 Берлей, Китай 145 64 27 204 74 30
4 Вирджиния, Хорватия 168 75 34 191 104 60
5 Вирджиния, Италия 104 52 30 207 75 30
Сравнивая объем увеличения клеток жилки с листовой пластинкой, необходимо констатировать, что в процессе технологической обработки клетки листа соответственно могут увеличиваться в объеме в гораздо большем диапазоне в 1,1 - 3,6 раза В принципе, это логичный результат, поскольку пластинка табачного листа содержит в мезофилле (мякоти) большее количество влаги и межклетников В процессе сушки влага быстро испаряется, межклетники увеличиваются в объеме в зависимости от природной предрасположенности и фиксируются, создавая некий более объемный, нежели клетка жилки, каркас для стенок внутренней структуры
Химический состав центральной жилки характеризуется аналогичными табачному листу параметрами В таблице 2 приведены результаты химического анализа взорванной жилки
Таблица 2 - Результаты химических исследований жилки табачного листа
№ Расшифровка Пиро- Нико- Са- Угле- РН Ще- Ка- Хлор, Бел-
п/п образца лизат, тин, хар, воды, лоч- лий, ки,
мг/сиг мг/сиг % % ность, % % % %
А Вирджиния, Китай №1 62 0,67 13,6 16,0 4,4 4,5 13,2 2,2 6,9
Б Вирджиния, Китай №2 57 0,5 15,5 19,0 4,4 3,5 7,6 1,9 8,1
В Берлей, Китай 58 0,76 0,40 од 6,8 5,0 13,5 3,7 6,1
Г Вирджиния, Хорватия 64 0,84 12,6 18,5 4,6 5,0 7,4 1,8 5,1
Д Вирджиния, Италия 62 0,84 10,7 14,5 5,2 4,9 8,3 4,7 7,3
Как следует из таблицы 2, все образцы взорванной жилки имеют низкое содержание никотина и пиролизата, что подтверждает целесообразность использовать ее как средство снижения токсичности табачного дыма Способность жилки накапливать продукты токсичности в меньших количествах, нежели табачный лист, является одним из ее главных отличительных свойств В табачном листе содержание никотина и пиролизата как правило выше в 1-4 раза Это обусловлено тем, что синтез никотина, смолы, эфирных масел происходит в палисадной, губчатой ткани и межклеточных хранилищах, которые присущи только лишь анатомическому строению листа
3 Управление химическим составом готового продукта в технологическом процессе производства 3.1 Прогнозирование качественных характеристик табачного сырья на основе анализа его химического состава. Если группа физических показателей предопределяет технологичность сырья, то группа химических
параметров характеризует потребительские свойства табачной продукции, основными из которых являются, никотин, смола, углеводы, белки, РН дыма, хлор и т д
Никотин - это преобладающий в курительных табаках Nicotiana Rustica и Nicotiana Tabacum алкалоид, накапливаемый листьями в процессе роста растения, определяет крепость табака (продукта), которая возрастает с увеличением содержания Повышенное содержание никотина, кроме физиологических ощущений крепости, вызывает ощущение и вкусовой крепости Вкусовая крепость обусловлена главным образом присутствием летучих кислот, аммиака и органических оснований в табаке, дающих резкость вкусовых ощущений
Смола - это конденсат табачного дыма без воды и никотина, при его увеличении повышается токсичность дыма. Смола является основным носителем химических компонентов - мутагенов и канцерогенов (ароматичные амины, нитросоединения таких металлов, как никель, свинец, мышьяк, марганец, железо, кобальт, стронций, кадмий, хром, цинк, медь, магний, калий, полоний-201).
Число РН раствора дыма также является показателем крепости Раствор дыма крепких Табаков показывает РН > 7,0, у Табаков средней крепости РН 5-6,5, у легких 4,0-5,0
Белки при сгорании образуют продукты, имеющие неприятный запах (жженых перьев) и интенсивно горький вкус В высоких сортах табака и качественных импортных табаках количество белков не более 4-5 %, в низких сортах достигает 15-20%
Углеводы (общие) - положительно влияют на качество вкуса При увеличении углеводов в дыме наблюдается сглаживание отрицательных вкусовых эффектов даже при высоком содержании никотина. Оптимальными для основного состава Табаков американской мешки считается соотношение сахар/никотин, равное 5 1
Для поддержания стабильности вкусовых параметров табачных изделий в ОАО «Погарская ССФ» была организована аналитическая лаборатория, позволяющая проводить полный химический анализ поступающего сырья и на основе лабораторных результатов осуществлять подбор (оптимизацию) рецептур с неизменными показателями вкуса, а также прогнозировать химический состав перспективных продуктов
Прогнозирование осуществляется в предположении, что химические параметры составляющих мешки влияют на химический состав собственно изделия в линейной зависимости, пропорциональной самой доли этой составляющей в блэнде Эта практика уже хорошо себя зарекомендовала при использовании методики прогнозирования физических параметров мешки и экономических результатов производства
Сравнительные испытания химического состава табачного сырья, в частности, содержание никотина, смолы, углеводов, белков, хлора, редуцирующих Сахаров, проводились в испытательном центре Всероссийского научно-исследовательского института табака, махорки и табачных изделий (ВНИИТТИ) Результаты сравнительных исследований показывают, что коэффициент вариации между результатами, полученными в разных лабораториях, составляет, около, 14 %, что подтверждает достаточную степень достоверности полученных данных
3.2 Регулирование вкусовых и ароматических свойств табачного сырья. Одной из задач, стоящих в ряде случаев перед производителями табачной продукции, является задача приготовления изделий, сохраняющих естественную гамму ароматов табачного бленда В течение первой половины прошлого столетия в табачной промышленности ароматичность табачных изделий, в частности сигарет и папирос, регулировалась, в основном, традиционным способом - нанесением на табак ароматичных вытяжек и экстрактов растительного происхождения, а также меда Дальнейшее
развитие технологии производства табачных изделий привело к появлению искусственных вкусоароматических добавок, так как применение натуральных добавок, имеющих более низкую концентрацию, соответственно требует их большого количества
В этой связи, при планировании производства (прокуривание образцов Табаков) результаты экспертизы не будут соответствовать ароматичным свойствам готового продукта, изготовленного на основе образцов, не прошедших технологическую подготовку в табачном цехе Поэтому понимание и прогнозирование изменений количественного содержания эфирных масел (как основных компонентов, определяющих ароматические свойства различных сортотипов табачного сырья) в процессе технологической обработки первичное увлажнение, кондиционирование, термообработка, - является весьма и весьма важным этапом при планировании производства
Эфирные масла - это общее название пахучих веществ, получаемых из растений и не представляющих собой определенных химических соединений Эфирные масла широко распространены в природе, они обнаружены у 2000 видов растений, относящихся к 60 семействам, и представляют собой вторичные метаболиты, образующиеся в растениях в процессе обмена веществ Основными местами их синтеза являются лейкопласты и хлоропласт Главным компонентом эфирных масел являются сесквитерпены, терпены, преимущественно монотерпены, к которым относятся важнейшие душистые вещества растительного происхождения - гераниол, ментол, камфора
Состав эфирных масел изменяется в онтогенезе в зависимости от почвы, климатических условий и времени года, влажности и возраста растений Еще большее влияние на содержание эфирных масел оказывает промышленная переработка сырья, вследствие которой содержание эфирных масел в не-ферментированном табачном листе колеблется от 0,117 до 1,37%, а в ферментированном 0,117-0,40% Особенно большие потери свойственны высокоароматичным табакам.
На рисунке 3 представлены данные содержания эфирных масел в исходном табачном сырье наиболее часто применяемого на российских фабриках при изготовлении псевдовосточной мешки.
Рисунок 3 - Содержание эфирных масел в ферментированном табачном сырье
На рисунках 4 и 5 представлены данные по испарению эфирных масел в мешке из импортного сырья при разных режимах тепловой обработки. При щадящем режиме обработки потеря эфирных масел составляет в, общем, 41% против 59% при граничном режиме.
В настоящее время методика исследования эфирных масел апробирована и внедрена в производстве ОАО «Погарская сигаретно-сигарная фабрика». Внедрение данной методики позволяет: прогнозировать и управлять ароматичностью в готовом продукте; оптимизировать режимы технологической обработки с целью максимального сохранения естественных эфирных масел; на этапе закупок выбирать сырье с запланированным содержанием эфирных масел; прогнозировать необходимое количество в куш ароматических добавок и ароматизатора для коррекции ароматичности бленда.
0,1В 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0.06 0,04 0,02 О.ОО
После предвар. увлажнения
Рисунок 4 - Изменение содержания эфирных масел в табачном сырье в
процессе технологической обработки при стандартном режиме (оптимальные параметры тепловой обработки)
0.18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00
_ 0,15 ____________,]
Исходное сырье После пред вар.
кондициониро термообработки мния
Рисунок 5 - Изменение содержания эфирных масел в табачном сырье в
процессе технологической обработки при граничном режиме (обработка при высоком давлении и высокой температуре (+20% к стандартному режиму)
4 Разработка технологий новых табачных изделий с заданными показателями качества 4.1 Совершенствование технологии подготовки табака для производства сигарет. Формула эффективности производства табачных изделий имеет три основные составляющие обеспечение постоянного вкуса готового продукта при неизменном качестве его сборки, минимизация всех видов потерь, особенно потерь табака как доминирующий по стоимости компоненты, обеспечение максимального объемного расширения табака с целью уменьшения его расхода по весу в единице объема Объективная необходимость обеспечения в процессе производства всех трех основных составляющих эффективности накладывает жесткие требования по организации входного контроля табачного сырья
В настоящее время на российский рынок табачное сырье поступает более чем из 50 стран мира Это обуславливает чрезвычайное разнообразие сырья по физическим и химическим свойствам в силу различных климатических условий, агротехнических приемов выращивания табака, а также особенностей послеуборочной обработки
Нами усовершенствована технология для производства сигарет путем нанесения добавок, улучшающих оптические свойства пепла, нанесения усилителей горения, вкуса, крепости, насыщения
Усовершенствованная технологическая схема изготовления сигарет американской мешки с заданными показателями качества с указанием производимых технологических операций представлена на рисунке 6
4.2 Разработка технологий улучшенных курительных изделий и ингредиентов для их производства. Создание новой технологии производства ароматизированной расширенной табачной жилки базируется на известном способе, предусматривающем насыщение табачной жилки натуральными умягчителями и ароматическими веществами и увеличение ее объема с использованием воды и водяного пара
Рисунок 6-Усовершенствованная схема процесса производства сигарет
Входной контроль табачного сырья - берлей, вирджиния, ориентал, восстановленный табак жилка экспандгоованная
Корректировка бленда по результатам физико-химических исследований сырья и ПРОДУКЦИИ
Виоджиыия Ооиент/ 8-»-10%НчО
Порционная резка кип (слайсер)
Увлажнение, кондиционирование (барабан прямого кондиционирования)
Нанесение добавок улучшающих оптические свойства пепла (магниевая соль муравьиной кислоты), "нанесение усилителей горения (соли калия), усилители вкуса, крепости,
|влагоудержателя Хпри t=60°C),