Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор патентно-информационной литературы 7
1.1 Исторические аспекты проблемы создания курительных изделий повышенной безопасности 7
1.2 Способы снижения токсичности курительных изделий 8
1.2.1 Влияние конструкции-сигарет на показатели безопасности 8
1.2.2 Использование различных видов бумаги для сигарет 20
1.2.3 Применение сигаретных фильтров различной конструкции 28
1.3 Выводы из литературного обзора и задачи исследования 53
2 Объекты и методы исследований 55
2.1 Схема исследования, сырье и материалы 55
2.2 Характеристика образцов и используемое оборудование 56
2.3 Методы анализа сигарет 58
2.3.1 Дегустационная оценка качества табачных изделий 59
2.3.2 Характеристика физико-химических показателей качества 63
2.3.3 Определение содержания токсических веществ табачного дыма 66
3 Результаты экспериментальных исследований и их интерпретация 72
3.1 Контроль физических параметров сигарет 72
3.2 Способы снижения массы резаного табака при изготовлении курительных изделий 79
3.3 Снижение массы табака при изменении конструкции сигареты 95
3.4 Использование быстрой сушки при подготовке резаного табака . 99
3.5 Изучение особенностей процесса естественного курения сигарет различной конструкции 104
3.6 Исследование влияния длины фильтра и плотности волокон фильтра на параметры курения 117
3.7 Изучение влияния свойств табака на параметры курения 137
3.8 Исследование влияния воздухопроницаемости сигаретной бумаги на параметры курения 153
3.9 Параметры курения сигарет и прогнозирование выхода дыма в зависимости от параметров курения 156
3.10 Разработка способов производства новых видов курительных изделий повышенной безопасности 170
4 Экономическая эффективность разработанной технологии 179
4.1 Производственные испытания новых видов курительных изделий повышенной безопасности 179
4.2 Разработка спецификаций на курительные изделия повышенной безопасности 179
4.3 Экономический эффект от внедрения новых видов курительных изделий повышенной безопасности 180
Выводы и предложения 188
Литература 190
Приложения 205
- Способы снижения токсичности курительных изделий
- Характеристика образцов и используемое оборудование
- Способы снижения массы резаного табака при изготовлении курительных изделий
- Разработка спецификаций на курительные изделия повышенной безопасности
Введение к работе
В настоящее время-на рынке России представлено огромное разнообразие табачных изделий: это и традиционные папиросы и сигареты, как с фильтром, так и без него; сигары; сигариллы; курительный табак; трубочный табак и экзотические виды - такие как табак для нюханья (снаф), табак для жевания (снюс), табак для кальяна. Наибольшее распространение имеют, конечно же, сигареты и папиросы, их предпочитают 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, следует отметить, что с каждым годом число потребителей этих необычных для России табачных изделии увеличивается, главным образом за счет молодежи [2,73].
Производственные мощности табачных фабрик России полностью обеспечивают потребность страны в сигаретах и папиросах; некоторые виды табачных изделий такие, например, как сигары и сигариллы, в небольших количествах также производятся российскими табачными фабриками, другие виды, как табак для нюханья, табак для жевания, табак для кальяна, курительный табак поступают из-за рубежа [21].
Производство курительных изделий в России и степень обеспеченности ими российского рынка представлены в табл. 1 [56].
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 [50,81].
И, хотя, некоторые табачные фабрики пытаются решить проблемы перепроизводства поставками своей продукции в страны ближнего зарубежья, вопрос конкуренции между фабриками с каждым годом все обостряется.
Для того, чтобы успешно конкурировать на рынке необходимо производить продукцию с постоянным качеством. Постоянство качества - это необходимый и обязательный компонент успеха продукции на рынке. Однажды выкурив сигарету, курильщик при дальнейшем потреблении сигарет этой марки должен получать те же органолептические ощущения и через день, и через месяц, и через год.
Постоянство качества подразумевает и соблюдение допустимого содержания смолы и никотина в дыме сигарет, которое в соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.3.2.1377-2003 не должно превышать: 1,3 мг никотина на сигарету без фильтра, 1,2 мг никотина на сигарету с фильтром, 16 мг смолы на сигарету без фильтра и 14 мг смолы на сигарету с фильтром.
Требования по содержанию смолы и никотина в дыме сигарет постоянно изменяются в сторону уменьшения. Так, в СССР не существовало норм по содержанию смолы и никотина, они были введены в России лишь в 1994 году и составляли по никотину - до 1,3 мг на сигарету с фильтром и без фильтра, а по смоле соответственно - до 20 мг на сигарету без фильтра и 24 мг на сигарету с фильтром [3,75]. Надо отметить, что в Европейском Союзе с 01.01.2004г. действуют жесткие нормы по смоле и никотину - до 10 мг на сигарету смолы и до 1,0 мг на сигарету никотина, а также введен показатель содержания в дыме монооксида углерода - не более 10 мг на сигарету [51].
Для того, чтобы удовлетворять требованиям гигиенических нормативов, производители сигарет работают в нескольких направлениях.
Во-первых, разрабатывают новые рецептурьг табачных мешек. В их состав включают такие компоненты как расширенная жилка, восстановленный табак, взорванный табак, которые благодаря своим физическим (объемно-упругим) свойствам и химическому составу уменьшают выход смолы и никотина в дым [4,5,32]. Однако данный способ уменьшения выхода смолы и никотина имеет свои ограничения: при достижении определенного процентного содержания этих компонентов органолептические показатели сигарет с такой табачной мелкой резко ухудшаются.
Во-вторых, уровень смолы и никотина регулируют с помощью конструкции сигареты путем подбора сигаретной бумаги с высокой воздухопроницаемостью, ободковой бумаги с перфорацией, высокопористой бумаги для обертки фильтров, фильтров различной конфигурации [7,8,9]. Уменьшение выхода никотина и смолы в дыме происходит за счет разбавления воздухом главной струи дыма, которое происходит при затяжке. Табачные фабрики стараются выпустить на рынок не одну марку сигарет, а «семейство», в котором представлены разные версии одной марки с различным содержанием смолы и никотина. Таким образом, несмотря на достигнутые успехи в области разработки новых видов курительных изделий проблема совершенствования технологии создания сигарет повышенной безопасности остается актуальной.
Способы снижения токсичности курительных изделий
Соединение двух табачных отрезков выполняют разъемным, благодаря чему дым, образующийся при горении первого табачного отрезка, проходит через второй отрезок к его мундштучной части. Место их соединения закрепляют посредством муфты, имеющей отрывную ленту. Муфта выполнена как часть первого табачного штранга, либо надевается на второй штранг, либо может быть отделена от него с помощью отрывной ленты. Табак, содержащийся в первом отрезке, дает более высокий выход смол, чем табак второго отрезка. Упаковочная плотность табака первого отрезка штранга меньше, чем второго.
В курительном изделии обеспечивается перепад давления в пределах 250-700 мм при скорости течения 17,5 см сек" для того, чтобы уменьшить до 5-30 см3 объем дыма, втягиваемого курильщиком во время затяжки [176]. Изделие оснащают фильтром, содержащим участок с высоким перепадом давления и участок с небольшим перепадом давления. Первый участок фильтра изготавливают из практически непроницаемого материала, через который проходит один основной канал. Участок высокого перепада давления также может быть выполнен в табачной части курительного изделия.
Курительное изделие, имеющее отрезок табачного штранга и фильтр, состоит из первой части, прилегающей к табачному отрезку штранга, и второй части, прикрепляемой к первой части с другой стороны от табачного штранга [141]. Вторая часть фильтра может отделяться от первой части для изменения потока дыма, проходящего через фильтр при горении табачной части изделия. Обе части фильтра прикрепляются оберточным материалом, на котором имеется разделительная линия, нанесенная на некотором расстоянии от края первой части фильтра. При разрезании материала по этой линии возможно отделение второй части фильтра от первой.
Курительное изделие с регулируемым выходом влажного материала в виде частиц содержит табачный штранг, соединяющийся с вентилируемым фильтром, состоящим из двух примыкающих друг к другу сегментов [134]. В сегменте, примыкающем к табачному штрангу, выполнен продольный канал. На участке граничного слоя между сегментами происходит перепад давления в пределах 10-100 мм вод. ст. В одном из сегментов имеются средства для разбавления дыма воздухом. Общий перепад давления в фильтре; включая граничный участок, и степень разбавления воздухом могут регулироваться с целью создания необходимого ypoB f выхода влажного материала» за одну затяжку.
Сигарета может иметь цилиндрический корпус, на поверхность которого нанесены две контрольные разных цветов круговые метки - полоски, разделяющие поверхность корпуса сигареты на 3 равные части, соответствующие дозам выкуриваемого табака [65]. При этом сигарета может быть выполнена с фильтром или без него. Использование ограничительных круговых цветных меток-полосок позволяет курильщику ускорить процесс отвыкания от привычки курить.
Известна конструкция сдвоенной сигареты, которая непосредственно перед курением разделяется на две части, каждая из которых употребляется самостоятельно обычным образом [198]. При этом предусмотрены два варианта конструкции сдвоенного табачного изделия: 1) изделие имеет с обеих сторон фильтры, а в средней части табачного штранга — разделительную линию, по которой перед курением происходит разделение или разлом изделия на две обычные сигареты; 2) табачный штранг в центральной части имеет сдвоенный фильтр, две части которого соединены лишь бумажной оболочкой- сигареты; перед употреблением разделение исходного изделия на две сигареты производят по месту сдвоенного фильтра, нарушая, целостность бумажной оболочки в центральной части табачного штранга.
Для удовлетворения физиологических потребностей курильщика, сигарета с низким содержанием смол и никотина должна создавать при курении ощущения, подобные при выкуривании обычных сигарет [154]. Для этого производят включение в состав табачной части сигареты компонента раздражителя- из группы, включающей одни или более компонентов черногои/или красного перца, и капсаициноиды, в количестве 0,10-100 мг/1 г табака.
Зажигание табачной части и вдыхание дымахигареты происходит так, чтобы часть раздражителя попадала в дыхательные пут курильщика; в результате снижая потребность в выкуриваний сигареты.
Конструкция сигареты-также может- иметь два фильтра, расположенных по- обоим концам табачного штранга [199] . Фильтры- имеют различную длину; на- табачной части, вблизи фильтров имеется маркировка. Сигарета имеет повышенную длину. Каждый курильщик перед процессом- курения имеет возможность отделить необходимую ему часть табачного штранга, т.е. пользоваться для курения сигаретой любой требуемой длины: от самой короткой до самой длинной (в последнем случае удалив один фильтр).
Сигарета новой конструкции с одного из концов имеет дополнительную уплотняющую запорную часть, резко снижающую возможность прохождения через сигарету воздуха и/или дыма [189]. Уплотняющая часть при желании может быть удалена по ослабленному месту соединения этой-части с основной частью сигареты. Между уплотняющей частью и сигаретой может быть расположен обычный сигаретный фильтр. В этом случае ослабленную линию соединения располагают между фильтром и уплотняющей частью, чтобы обеспечить легкое удаление, при желании потребителя, уплотняющей части от сигареты с фильтром.
Характеристика образцов и используемое оборудование
Стебель достигает в высоту двух метров, имеет крупные листья, цвет которых варьируется от золотисто-желтого до красно-коричневого.
Обладает мягким, богатым и немного сладким вкусом. Основные характеристики: зоны произрастания - Америка, Китай, Бразилия- и Зимбабве; любит. лёгкие песчаные почвы; обладает сладким слабым ароматом, кисловатым вкусом; высокое содержание сахара; от низкого до среднего содержание азотистых соединений, кислот и никотина; размер листа средний; послеуборочная обработка методом горячей сушки; после сушки приобретает золотистый, лимонно-жёлтый или оранжевый цвет. Берлей (Burley) Условное обозначение Ви. Имеет множество разновидностей: Крупные и заострённые листья, этого сорта табака представляют все возможные оттенки коричневого. Аромат этого бодрящего; острого на вкус табака напоминает лесной орех и какао: Основные характеристики: зоны произрастания - Америка, Бразилия и Малави; любит почвы богатые известняком; обладает резким вкусом, умеренным ароматом; низкое содержание сахара; высокое содержание азота; большой размер листа; послеуборочная обработка, методом естественной сушки в крытых помещениях; после сушки приобретает тёмно-коричневый цвет. Ориентал (Oriental). Восточные табаки Условное обозначение Or. Яркий высушенный солнцем табак с сильным ароматным вкусом. Его листья - самые маленькие, и, в зависимости от интенсивности солнечных лучей, могут быть самого разного цвета: от бледно-жёлтого до тёмно-коричневого. Основные характеристики: зоны произрастания - Турция, Греция, Югославия и Болгария; любит сухие почвы и сухой климат; обладает сильным, сочным ароматом; маленький размер листа; послеуборочная обработка методом естественной сушки под прямыми солнечными лучами; после сушки приобретает цвет от жёлтого до тёмно-коричневого. Влажность OV,%
Температура Т,С Фракционный состав SI,% Объёмно-упругие свойства CCV, см3\г Ширина волокна после резки CW, % Контроль этих параметров производится дважды в сутки (один раз в смену). Для ежесменного контроля выбирается одна партия табака. Выбор той или другой партии основывается на том, чтобы контролировались различные бленды, [40,42,47,52,53,57]. Поскольку процесс контроля достаточно длительный, то отбор образцов проб табака и измерение их параметров может проходить в различных сменах. Отбор образцов проб осуществляется в течение смены с различных точек линии в определённой последовательности согласно плану отбора образцов. Для транспортировки образцов используются пластиковые вёдра, вмещающие около 300 г табака. Определение влажности, фракционного состава, объёмно упругих свойств и ширины волокна (SW) производится уже в лаборатории. Определение влажности (OV) и ширины волокна происходит сразу после отбора проб, а фракционный состав (SI) и объёмно-упругие свойства (CCV) определяются через 24 часа после отбора, что обусловлено необходимостью кондиционирования образцов табака при температуре 22С и 60%-й влажности воздуха.
Принцип определения влажности (OV) основывается на установлении потери веса табака при его высушивании в термошкафе при температуре 103С +\-0,5С в течение 100 мин. Здесь следует отметить, что в понятие «0V» для табака входит как содержание в нем воды, так и содержание летучих веществ (например, ароматизатора). Определение фракционного состава (SI) заключается в установлении процентного соотношения между различными по размеру фракциями табака (включая пыль). Для этого 150 г табака просеивают в течение 5 мин через сита с различными размерами ячеек. Каждое сито в зависимости от размера ячейки имеет свой номер: 6, 12, 20,и 35. Последним расположен поддон для пыли (так называемый "pan"). Зависимость между номером сита и размером фракции табака следующая - чем меньше номер, тем крупнее фракция. Таким способом определяют, сколько процентов составляет каждая фракция табака, включая пыль. Определение объёмно-упругих свойств табака (CCV) заключается в установлении объёма, который занимает один грамм табака при воздействии1 на него определённой нагрузки. Для. этого 20 г табака размещается в специальный цилиндр, где производится его сжатие постоянным усилием в 2 кг, после чего измеряется объём, занимаемый этим табаком при определённой влажности, и производится перерасчёт.
Способы снижения массы резаного табака при изготовлении курительных изделий
Снижение массы табака в сигарете - один из способов удешевления продукции. Удешевить продукцию можно также с помощью добавления восстановленного табака и расширенной.жилки, что влияет на улучшение качества курительного изделия. При этом важной задачей при изменении массы табака в сигарете и внесении в мешку сигареты восстановленного табака и расширенной жилки становится изучение всех физических параметров табачных изделий, которые могут влиять на качество готовой продукции.
В проводимом нами эксперименте осуществляли снижение массы табака дважды, каждый раз на 9 мг, при этом, наблюдая, как это отражается на других показателях.
Первоначально масса табака в сигарете составила 656 мг (рис. 4-10). Диаметр сигареты находится в допустимых пределах. Сопротивление затяжки — в- норме. Общий вес сигареты, не выходит из допустимых норм. Сигаретная машина работает с допустимой массой табака. Осыпки концов сигареты не наблюдается. Прочностные свойства остаются в норме. Вентиляция в допустимых пределах. Уменьшив содержание табака на 9 мг, получили массу табака в сигарете 647 мг (рис. 11-17).
Результат показал, что при уменьшении веса сигареты остальные показатели остались в .допустимых пределах. Диаметр сигареты изменяется на 0,02 мм, откуда следует, что он остается в допустимых пределах. Сопротивление затяжки также остается в допустимых пределах, и возможно еще уменьшение массы сигареты. Общий вес сигареты изменяется незначительно, есть возможность еще уменьшить массу табака в сигарете. Осыпки при данном изменении в массе табака в сигарете вообще не наблюдается. Жесткость в среднем остается в допустимых пределах. Показания вентиляции дают возможность предположить дальнейшее снижение табачной массы в сигарете.
Уменьшив содержание табака еще на 9 мг, получили массу табака в сигарете 638 мг (рис. 18-24).
Диаметр остается в допустимых пределах, но дальнейшее уменьшение массы табака в сигарете может привести к браку. Сопротивление затяжки в норме, но больше уменьшать вес нельзя. Общий вес остался в. норме, есть возможность снизить еще. Осыпки концов сигареты не происходит. Жесткость в норме, но больше уменьшать массу табака нельзя. Вентиляция в доступных пределах.
Проведенная научная работа показала, что общепринятые нормы для сигаретного оборудования, стоящего в большинстве фабрик мира, не являются идеальными. Разумное, научно обоснованное и практически апробированное уменьшение массы табака в сигарете от нормы не приводит к ухудшению качества продукции. Так как на современных табачных фабриках ежегодный оборот сигарет составляет более двадцати пяти миллиардов штук, то изменения по массе табака в сигарете могут привести к экономии миллионов долларов.
Каждую марку сигарет на всех фабриках можно протестировать аналогичным образом. Необходимо только найти тот оптимальный уровень, до которого можно снизить массу табака в сигарете (в нашем случае снижение массы табака в сигарете ниже 638 мг уже приведет к ухудшению качественных характеристик сигареты). При этом постоянно измеряются и контролируются параметры сигареты, на которые оказывается влияние в ходе эксперимента.
Снижение себестоимости сигареты достигается также путем добавления восстановленного табака и расширенной жилки. Комбинированное использование всех способов позволит снизить себестоимость сигарет, а также повысить качественные показатели курительной продукции.
Соответствие показателей качества курительной продукции требуемым нормам контролирует отдел обеспечения качества.
Разработка спецификаций на курительные изделия повышенной безопасности
Проведены производственные испытания результатов научно-исследовательской работы (ПРИЛОЖЕНИЕ А).
В результате проведенных исследований разработаны новые виды курительных изделий повышенной безопасности, апробированные в условиях предприятия НПФ «Табакпром», и намеченные к внедрению в 2009 году в указной фирме. Результатом проведенной работы явилось создание новых видов сигарет. Для каждого вида сигарет разработаны рецептуры табачных мешек и используемых нетабачных материалов, которые утверждены предприятием-заказчиком.
Основное содержание предложенной технологии, способов и приемов. отражено в спецификациях на курительные изделия (ПРИЛОЖЕНИЕ Б).
При усовершенствовании технологии производства расширенного табака и ароматизированной расширенной табачной жилки использовали ароматизаторы, применяемые в табачной промышленности, разрешенные органами Госсанэпиднадзора. При этом использовали мисцеллу, полученную путем экстракции эфироносного растения жидкой двуокисью углерода. В качестве эфироносных растений нами использованы сухая вишневая выжимка, сухая грушевая выжимка, гвоздика, анис и фенхель.
Новизна выполненных исследований и предложенных технических решений по совершенствованию технологии расширения табачной жилки при производстве сигарет подтверждена патентами на изобретение Российской Федерации (ПРИЛОЖЕНИЕ В).
С участием автора разработаны принципиально новые способы производства расширенного табака (патенты. РФ №№ 2290012, 2290013) и ароматизированной расширенной табачной жилки (патенты РФ №№ 2290022 , 2290024, 2290025), которые рекомендованы к внедрению в производство.
За последние годы сигаретный рынок претерпел некоторые изменения. Появились сигареты с новыми ароматами, а также сигареты, не дающие запаха сигаретного дыма в помещениях, что очень важно для окружающих людей. Как правило, производители ориентируют продукцию такого рода на потребителей молодого и среднего возраста- 18-35 лет.
В результате разработки и внедрения усовершенствованной технологии производства расширенного) табака и ароматизированной расширенной жилки, становится возможным создание сигарет со всевозможными ароматами для удовлетворения всех потребностей курильщиков. Кроме этого, соблюдаются требования Российского законодательства, имеющего тенденцию к постоянному снижению уровня токсичности.
Экономический эффект от внедрения в производство усовершенствованной технологии получения расширенного табака и ароматизированной расширенной табачной жилки достигается за счет снижения себестоимости табачной мешки, идущей на производство курительных изделий.
Для определения экономической эффективности разрабатываемых мероприятий необходимо рассчитать экономию по затратам на сырье по всем видам семейств сигарет. Для этого проведем сравнительный анализ структуры классической и изменённой табачной мешки по основным семействам сигарет.
