Обоснование и разработка технологии курительных изделий повышенной безопасности Каширина Ольга Юрьевна

Введение к работе

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.