Разработка новых видов курительных изделий повышенной безопасности

Размещено на http://www.Allbest.ru/

05.18.10 - Технология чая, табака и биологически активных веществ и субтропических культур

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тема:

Разработка новых видов курительных изделий повышенной безопасности

Алтуньян Юрий Владимирович

Краснодар - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Татарченко Ирина Игоревна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дьячкин Игорь Иванович

кандидат технических наук, доцент Нечаев Владимир Васильевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В.В. Гончар

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Проблема разработки новых видов курительных изделий с пониженной токсичностью дыма и меньшим расходом сырья на их изготовление, позволяющих повысить конкурентоспособность готовой продукции, является актуальной для табачного подкомплекса АПК страны.

В настоящее время предприятия по промышленной переработке табачного сырья выпускают разнообразные виды курительных изделий. Из них основными являются сигареты и папиросы.

Гигиеническими нормативными документами Минздрава РФ установлены предельно допустимые уровни содержания токсических веществ - смолы и никотина в дыме сигарет с фильтром и без фильтра.

В дальнейшем по мере совершенствования технологии производства сигарет эти уровни неоднократно снижались.

В настоящее время утвержден технический регламент на табачную продукцию, в котором установлены новые, более жесткие требования к токсичности дыма сигарет.

Как известно, расход сырья на изготовление 1000 шт. сигарет является важным технологическим показателем, тесно связанным с реологическими потребительскими и токсическими свойствами курительных изделий. Это обуславливает необходимость изучения возможности снижения токсичности дыма сигарет путем регулирования величины расхода сырья на токсичность сигарет.

Таким образом, постановка исследований по разработке новых видов курительных изделий с пониженной токсичностью дыма и меньшим расходом сырья имеет важное научное и практическое значение для табачной промышленности.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2006-2010гг.) (№ госрегистрации 1200109253) и тематикой НИР кафедры технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака КубГТУ «Совершенствование и разработка методов оценки технологических параметров курительных изделий, направленных на обеспечение их безопасности» (2006-2010 гг.) (№ госрегистрации 12941).

Цель работы и основные задачи исследования

Целью работы явилась разработка новых марок сигарет повышенной безопасности со стабильными курительными свойствами.

В соответствии с поставленной целью решались задачи:

1. Выявить влияние физических факторов на параметры естественного курения и их взаимосвязь с показателями расхода сырья и токсичности дыма.

2. Установить влияние «быстрой» сушки на физические параметры сигареты.

3. Исследовать параметры естественного процесса курения сигарет различной конструкции.

4. Разработать научные принципы конструирования сигарет на основе оптимизации массы резаного табака в одной сигарете.

5. Исследовать влияние параметров естественного процесса курения на удерживающую способность фильтра, между количеством влажного конденсата дыма, установить зависимость между удерживающей способностью фильтра и параметрами курения.

6. Усовершенствовать технологию производства ароматизированной расширенной табачной жилки, используемой для разработки новых видов курительных изделий повышенной безопасности.

7. Разработать спецификации на сигареты, полученные по усовершенствованной технологии.

8. Провести опытно-промышленную апробацию новых видов курительных изделий и оценить социальный и экономический эффект от внедрения в производство новых видов курительных изделий.

Научная новизна работы

Методами многофакторного корреляционного и регрессионного анализа установлены коэффициенты парной и множественной корреляции между показателями, характеризующими взаимосвязь химического состава и технологических свойств сигарет.

Теоретически обоснованы и экспериментально доказаны созданные экспресс методы оценки технологических свойств курительных изделий.

Впервые выдвинута, теоретически подтверждена и экспериментально доказана целесообразность оптимизации массы резаного табака в одной сигарете, определяющая критерии качества курительных изделий и эффективность применяемой технологии.

Проведена оценка качественных характеристик сигарет повышенной безопасности, полученных по усовершенствованной технологии. Показано, что полученные по рекомендуемой технологии сигарет имеют более высокие, по сравнению с традиционной, курительные свойства и пониженное содержание токсичных веществ в табачном дыме.

Впервые выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, на основании которых разработаны принципиальные технологические схемы получения ароматизированной расширенной жилки и расширенного табака.

Практическая значимость

В результате проведенных исследований разработаны новые виды сигарет повышенной безопасности, апробированные в условиях предприятия ООО «Армавирская табачная фабрика» (г. Армавир) и намеченных к внедрению в 2009 году на данном предприятии. Для каждого нового вида сигарет разработаны карты показателей качества, которые утверждены предприятием-заказчиком. Экономический эффект от внедрения и реализации пяти предлагаемых новых видов сигарет всех видов составит 905,3 тыс. руб. в год при выработке 1 млрд. шт. сигарет в год.

Разработаны способы производства расширенного табака (патенты РФ №№2290012, 2290013) и ароматизированной расширенной табачной жилки (патенты РФ №№2290022, 2290024 и 2290025), которые рекомендованы к внедрению в производство.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных заседаниях научно-технического семинара кафедры Технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака (2005-2008 гг.), Всероссийских научно-практических конференциях: «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» (г. Краснодар, 2005 г.), «Инновационные процессы в высшей школе» (г. Краснодар, 2005 г.), «Проблемы повышения качества и снижения токсичности табака и табачных изделий» (г. Краснодар, 2005 г.).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 7 - в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ; 3 - статьи в материалах научных конференций; получено 5 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 219 страницах компьютерного текста и содержит 42 рисунка и 56 таблиц. Список литературных источников включает 215 наименований, в том числе 112 источников зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по теме диссертационной работы проводили в лаборатории кафедры Технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака КубГТУ в 2005-2008 гг. Научно-производственные испытания осуществляли в ООО «Армавирская табачная фабрика» (г. Армавир) в 2008 году.

Объектами исследования служили образцы сигарет различных конструкций. Для получения достоверных сопоставимых данных образцы сигарет содержали одинаковую табачную мешку типа "American blend", включающую восстановленный табак и расширенную жилку. Все образцы были подобраны по массе сигареты, массе табака в сигарете и по сопротивлению затяжке, что отображено в таблице 1.

Таблица 1

Качественные показатели исследуемых образцов сигарет

Качественные показатели образцов сигарет	Значения
Масса образцов сигарет, г	0,93 ± 0,05
Масса табака в образцах сигарет, г	0,74 ± 0,05
Сопротивление затяжке образца, мм. вод. ст.	93 ± 2
Число повторностей прокуривания образцов	3-5

При проведении исследований использовали стандартные методы, применяемые в табачной отрасли. Оценку показателей безопасности, технологических свойств образцов сигарет, качественных показателей материалов осуществляли по действующим стандартам. Курительные свойства определяли методом дегустационной оценки, которую проводили независимые эксперты по методике, разработанной ГНУ ВНИИТТИ.

В технологических процессах производства расширенной жилки использовали ароматизаторы сухой вишневой выжимки, сухой грушевой выжимки, гвоздики, аниса и фенхеля, разрешенные к применению в пищевой промышленности. Результаты исследований обрабатывали методами математической статистики. Результаты считали статистически достоверными при Р<0,05 (уровень вероятности 0,95).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Контроль физических параметров сигарет

Для оценки качества сигарет используют определенные физические и технологические параметры - диаметр (мм), общая длина (мм), длина штранга (мм), сопротивление затяжке (мм вод. ст.), вентиляция (%), общая масса сигареты (мг), масса табака (мг), влажность резаного табака (%), его фракционный состав (%), заполняющая способность (см³/г), плотность (жесткость сигарет), осыпка (г/50 сигарет). В литературе нет достаточного количества информации касаемо этих параметров. Изучение данных параметров может повысить качество сигарет и снизить содержание токсичности в них.

Параметры, контролируемые при оценке качества фильтропалочек, - это диаметр (мм), длина (мм), сопротивление затяжке (мм вод. ст.), общая масса (мг), сухой вес/содержание пластификатора, визуальные параметры.

Одним из важнейших технологических мероприятий, направленных на снижение затрат при производстве продукции, является использование быстрой сушки при подготовке резаного табака с использованием сушилок башенного типа (так называемых Flash Tower Dryer или FTD).

Технология быстрой или, как её называют специалисты, моментальной сушки основывается на использовании очень сильно нагретого (до 180?Сч200°С) пара, который воздействует на табак всего в течение нескольких секунд. Технология моментальной сушки позволяет существенно повысить объёмно-упругие свойства табака, что, в свою очередь, даёт возможность производить сигареты с меньшим весом. Ниже представлены данные, показывающие влияние технологического приема - моментальная сушка на заполняющую способность резаного табака.

Среднее увеличение заполняющей способности (CCV) по 4 выпускаемым маркам сигарет составляет около 0,5% в абсолютном выражении, однако, относительно классического процесса сушки объёмно-упругие свойства увеличиваются почти на 10%.

Рисунок 1 - Сравнительная характеристика мешек резаного табака по заполняющей способности в зависимости от способа сушки

Такое увеличение заполняющей способности табака позволяет существенно снизить массу табака в сигаретах - рисунок 2. В соответствии с полученными данными масса табака в сигарете уменьшается примерно на 10%.

Рисунок 2 - Сравнительная характеристика марок сигарет по массе резаного табака в зависимости от способа сушки резаного табака

Обычно столь значительное снижение массы табака оказывает негативное влияние на жёсткость сигарет, т.е. они становятся более мягкими. Однако, благодаря увеличению заполняющей способности табака, жесткость сигарет практически не меняется.

Способы снижения массы резаного табака при изготовлении курительных изделий

Снижение массы табака в сигарете - один из способов удешевления продукции. Снизить затраты на изготовление продукции можно также с помощью добавления в мешку восстановленного табака и расширенной жилки, без ухудшения 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 потребительские свойства готовой продукции.

В эксперименте осуществляли оптимизацию массы сигареты на 9мг путем снижения массы табака дважды, при этом, наблюдая, как это снижение влияет на изменение других показателей. Первоначально масса табака в сигарете составила 656 мг. После первого снижения 647 мг и второго снижения масса табака в сигарете составила 638 мг.

Эксперимент выполнялся в производственных условиях. Анализ изготовленных сигарет с массой 647 г. показал, что колебания величины показателей: диаметр, сопротивление затяжке, общая масса сигареты не выходит за уровень заданных пределов. Осыпки концов в сигарете не происходит.

Снижение массы табака в сигарете до (638 +/- 10) мг приводит к уменьшению величины сопротивления затяжке в 35% случаев ниже установленной нормы.

Колебания показателя «жесткости» сигарет в 25% случаев превышает допустимые пределы.

Колебания показателя «вентиляционной способности сигарет» также в 25% случаев превышает допустимые пределы.

У остальных контролируемых показателей: диаметр сигареты, масса сигареты, масса табака в сигарете, осыпка концов сигарет - колебания величины показателя остаются в пределах заданной нормами.

Оптимальный уровень, до которого можно снизить массу табака в сигарете, - это 638 мг. Дальнейшее уменьшение массы табака приведет к ухудшению качественных характеристик сигареты.

На втором этапе выявлены возможности снижения массы табака при изменении конструкции сигареты. Проведено исследование некоторых популярных марок сигарет, выпускаемых компанией Филип Моррис в России. Все исследуемые образцы сигарет имеют общую длину 84 мм. При этом в зависимости от качественных достоинств сигарет (полный вкус, лёгкие или суперлёгкие), компания используют фильтр двух типоразмеров: 21 мм всегда для сигарет с полным вкусом и 27 мм - для лёгких и суперлёгких. Нами выявлена возможность использования фильтрового отрезка длиной 27 мм в сигаретах полного вкуса.

Для проведения исследований выбрано семейство сигарет «Союз-Аполлон». Физико-химические параметры сигарет этого семейства приведены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что масса табака в сигаретах с полным вкусом значительно (на 42 мг) выше, чем в лёгких сигаретах.

Таблица 2

Физико-химические параметры сигарет «Союз-Аполлон»

Марка сигарет	Семейство «Союз-Аполлон»
	полный вкус	лёгкие	суперлёгкие
Общая длина сигареты, мм	84	84	84
Длина отрезка фильтра, мм	21	27	27
Длина курительной части, мм	63	57	57
Ширина ободковой бумаги, мм	25	32	32
Общая масса сигареты, мг	930	900	890
Масса табака в сигарете, мг	722	680	672
Степень вентиляции ободка, %	13	28	44
Сопротивление затяжке, мм вод.ст	115	105	105
Содержание никотина, мг/сиг	0,9	0,6	0,4
Содержание смолы, мг/сиг	12	8	4

Исследовано изменение характеристик сигарет с полным вкусом при сокращении длины курительной части за счёт увеличения длины фильтра.

Таблица 3

Физические параметры исследуемых образцов сигарет

Физические параметры	Стандартный образец	Прототип №1	Прототип №2	Прототип №3
Масса табака, мг	722	660	660	660
Степень вентиляции ободка, %	13	13	13	13
Соотношение длины курительной части и фильтра, мм	63/21	57/27	57/27	57/27
Длина неразрезанной фильтропалочки, мм	126	108	108	108
Сопротивление затяжки (для сигареты), мм вод. ст.	115	93	114	90
Сопротивление затяжки (для фильтропалочки), мм вод. ст.	790	680	686	675

Из таблицы 3 видно, что наиболее близким к текущему образцу по сопротивлению затяжке оказался прототип №2. Величина сопротивления затяжки между ТО и №2 существенно не отличаются.

Разработка новой конструкции сигареты с укороченной курительной частью и удлиненным фильтром проведена путем подбора различных сочетаний фильтра, сигаретной и ободковой бумаги.

Подбор фильтров с различным сопротивлением затяжке использован для получения одинаковой величины сопротивления затяжке на стандартном образце и опытных образцах.

Для достижения требуемой скорости горения сигарет использовали подбор сигаретной бумаги.

При выпуске образцов использовали те же материалы, которые использовали при создании стандартного образца и прототипа №2 на первом этапе. Показатели скорости горения представлены в таблице 4.

При одинаковой скорости горения число затяжек сигареты существенно отличается от числа затяжек у прототипа №2. Уменьшение происходит за счёт уменьшению длины курительной части. Поэтому в дальнейших исследованиях нами использована на прототипах сигаретная бумага с различной воздухопроницаемостью (таблице 5).

Таблица 4

Показатели скорости горения при использовании сигаретной бумаги одинаковой воздухопроницаемости

Параметры	Стандартный образец	Прототип №2
Скорость свободного горения, мм/мин	3,2	3,2
Число затяжек на одной сигарете	12,5	9,0
Воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста	70

Таблица 5

Показатели скорости горения сигареты при использовании сигаретной бумаги различной воздухопроницаемости

Параметры	Стандартный образец	Прототип №2.1	Прототип №2.2
Скорость свободного горения, мм/мин	3,2	2,7	2,6
Воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста	70	60	50
Число затяжек на одной сигарете	12,5	12,2	12,1
Сопротивление затяжке, мм вод. ст	115	117	125

Установлено, что снижение воздухопроницаемости бумаги приводит к снижению скорости горения, уменьшению числа затяжек и увеличению сопротивления затяжке. При этом различие между величиной сопротивления затяжке в стандартном образце и прототипе №2.1 не существенны.

Наиболее близким к стандартному образцу по скорости горения и сопротивлению затяжке оказался прототип №2.1

В таблице 6 приведены сравнительные показатели безопасности сигарет по содержанию смолы и никотина в дыме сигарет.

сигарета токсичный естественный безопасный

Таблица 6

Показатели безопасности сигарет новой конструкции

Параметры	Стандартный образец	Прототип №2.1
Содержание никотина, мг/сиг	0,9	0,7
Содержание смолы, мг/сиг	12	9
Степень вентиляции ободка, %	13	13
Воздухопроницаемость ободковой бумаги, ед. Кореста	160

В результате получена новая конструкция сигареты (прототип №2.1), обладающий такими же параметрами, важными для восприятия курильщика, как и у контрольного образца. При этом сигареты новой конструкции является более экономически выгодной, поскольку ацетатное волокно дешевле табака, и более безопасной из-за меньшего содержания смолы и никотина в дыме сигарет.

Изучение влияния параметров курения на технологические и токсические показатели сигарет

Получен большой объем экспериментальных данных о режимах потребления курительной продукции. Средние значения параметров курения для некоторых курильщиков представлены в таблице 7.

Таблица 7

Параметры курения сигарет в естественных условиях

Номер курильщика	Ср. объем затяжки, мл	Продолжительность, с	Число затяжек	Объем дыма главной струи, мл	Частота затяжек, с	Время курения, мин
		затяжки	паузы
1	63	3,0	12	26	1640	1/15	6,5
	68	3,2	10	26	1770	1/13	5,2
	67	3,0	10	24	1610	1/13	5,2
2	56	1,9	16	17	945	1/13	5,1
	67	2,4	16	11	737	1/18	3,3
	68	3,0	13	23	1560	1/16	6,1
3	65	2,3	19	14	910	1/21	4,9
	69	2,4	14	15	1030	1/16	4,0
	63	2,0	17	19	1200	1/19	6,0
4	69	3,7	15	18	1240	1/19	5,7
	69	3,4	23	17	1170	1/26	7,4
	64	3,4	17	11	704	1/20	3,7
5	78	3,0	12	25	1950	1/15	6,2
	85	3,5	14	18	1530	1/17	5,1
	85	3,0	12	18	1530	1/15	4,5
6	86	4,0	9	25	2150	1/13	5,4
	87	3,5	10	23	2000	1/13	5,0
	103	3,0	9,4	28	2880	1/12	5,6

Установлено, что в естественных условиях потребляется сигарет больше, чем при более интенсивных параметрах, чем стандартные. Средний объем затяжки почти в два раза больше стандартного и колеблется от 50 до 70 мл, продолжительность затяжки составляет около 3 с. Также меньше продолжительность паузы между затяжками - в среднем она равна 15 с. Число затяжек превышает стандартное: на одну сигарету приходится 15-17 затяжек. Объем дыма главной струи колеблется от 1 до 1,5 литра, время курения - около 5 мин.

Среди особенностей процесса естественного курения следует отметить тенденцию к уменьшению объема и продолжительности затяжек при курении, что связано с увеличением концентрации дыма от затяжки к затяжке. Широким разнообразием отличаются профили отдельных затяжек W(t), и в то же время наблюдается определенная типичность для каждого курильщика. Общей характерной чертой профиля является максимум скорости потока в начале затяжки. Часто встречаются профили с двумя максимумами скорости потока; такие затяжки в основном характерны для начальной стадии процесса курения. Рассмотрим, в какой мере параметры курения подвержены влиянию различных изменений в характеристиках курительных изделий.

Известно, что эффективность фильтра прямо пропорциональна длине. Параметры курения сигарет с фильтром разной длины: (0, 15 и 30 мм) приведены в таблице 8.

Таблица 8

Параметры курения сигарет с фильтрами разной длины

Оценка значимости влияния длины фильтра	Параметр курения
	число затяжек	объем, мл	продолжительность, с
		затяжки	дыма главной струи	затяжки	паузы
Длина фильтра, мм:
0	15,3	77,8	1190	3,0	14,8
15	20,6	76,4	1570	3,6	15,4
30	20,2	78,6	1590	3,8	14,8

Объем затяжки и продолжительность паузы для всех образцов практически одинаковы. Наблюдается увеличение продолжительности затяжки на 0,6 с при удлинении фильтра от 0 до 15 мм, и на 0,8 с при увеличении длины фильтра до 30 мм. Это связано с увеличением сопротивления затяжки при росте длины фильтра. Существенно изменяется число затяжек, причем для сигарет с фильтром длиной 15 и 30 мм число затяжек равно в среднем 20, а для сигарет без фильтра составляет 15 затяжек. В связи с этим и объем главной струи дыма у сигарет с фильтрами 15 и 30 мм увеличивается. Это объясняется тем, что, выкуривая сигарету с фильтром, курильщик для компенсации задержанных фильтром веществ потребляет большее количество дыма, чем от сигареты без фильтра. Но при увеличении длины фильтра этот эффект не проявляется, что может иметь большое практическое значение.

Важной характеристикой ацетатного волокна является величина его элементарного и общего денье. С этими показателями связана удерживающая способность фильтра и расход ацетатного волокна. Исследовано в какой мере можно уменьшить общее денье фильтра без изменения качественных характеристиках курительного изделия. Результаты эксперимента представлены в таблице 9. Установил, что уменьшение общего денье от 47000 до 33000 сопровождается лишь сокращением продолжительности затяжки при неизменных прочих параметрах потребления. На основе этого, а также данных по составу дыма, целесообразно значительно снизить общее денье ацетатного фильтра (до 33000). При дальнейшем уменьшении денье фильтра до 25000 обнаружена тенденция в сторону уменьшения объема потребления дыма за счет сокращения числа затяжек.

Таблица 9

Параметры курения сигарет с фильтрами разной плотности

Оценка значимости влияния плотности фильтра	Параметр курения
	число затяжек	объем, мл	продолжительность, с
		затяжки	дыма главной струи	затяжки	паузы
Обще денье:
47000	12,3	60,2	740	3,3	32,5
39000	11,6	62,6	721	3,1	36,5
33000	12,2	58,9	718	3,2	38,2
25000	10,2	60,5	617	2,9	32,5

Широкое распространение могут найти сигареты с уменьшенной длиной табачного штранга и увеличенной длиной фильтра. Причем изменение линейных размеров фильтра и штранга желательно производить в рамках неизменной общей длины сигареты. Это представляет интерес как в плане снижения токсичных свойств дыма, так и экономного расходования табачного сырья. В таблице 10 приведены параметры курения образцов сигарет общей длиной 80 мм с переменной длиной фильтра и табачного штранга.

Анализ полученных данных показывает, что объем затяжки и продолжительность паузы для всех видов образцов практически одинаковы. С ростом длины фильтра увеличивается время затяжки и уменьшается число затяжек. Это приводит к сокращению объема дыма главной струи, причем на каждые 5 мм фильтра объем дыма уменьшается в среднем на 120 мл. Это вполне закономерно, так как при сокращении длины штранга сигареты и постоянных объеме затяжки и времени паузы сокращается количество табака, сгорающего в главную струю. Указанные положительные изменения качественного характера сопровождаются снижением себестоимости.

Таблица 10

Параметры курения сигарет постоянной длины с переменной длиной фильтра и табачного штранга

Оценка значимости влияния длины фильтра и табачного штранга	Параметр курения
	число затяжек	объем, мл	продолжительность, с
		затяжки	дыма главной струи	затяжки	паузы
Соотношение длин (общая/фильтра/ штрагна):
80/18/62	21,0	55,5	1150	3,3	13,4
80/23/57	19,0	52,7	1040	3,5	14,2
80/28/52	16,3	57,6	896	3,8	13,8
80/33/47	14,4	57,9	792	3,8	13,3

Особый интерес представляют данные о влиянии крепости табачного дыма на параметры курения. Выявлено, что чем крепче дым продуцирует сигарета, тем меньше средний объем и продолжительность затяжки, а также меньше число затяжек при потреблении продукции с высокой крепостью табачного дыма. Концентрацию токсичных веществ удается уменьшить путем создания возможности проникновения в главную струю дыма воздуха во время затяжки. Параметры курения (таблица 11) образцов с вентилирующей способностью (10% и 17%) не выявили их существенных различий с контрольными сигаретами.

Таблица 11

Параметры курения сигарет с повышенной вентилирующей способностью

Оценка значимости вентилирующей способности	Параметр курения
	число затяжек	объем затяжки, мл	продолжительность, с
			затяжки	паузы
Вентилирующая способность, %:
0	11,5	53,5	2,3	24,3
10	10,6	54,6	2,4	27,3
17	10,3	54,0	2,4	29,6

Значительный интерес представляют выход и состав табачного дыма в зависимости от параметров курения. Для этого осуществляли прокуривание образцов сигарет на курительной машине с переменными параметрами курения. Диапазон варьирования объема затяжки 20-100 мл, время затяжки 1-5 с, время паузы 6-360 с. На основании экспериментальных данных получены уравнения, связывающие выход влажного конденсата дыма Q с параметрами курения для сигарет с фильтром и без него:

с фильтром: Q_ф = 1,9 V_З - 2,1 _З - 0,33 _n - 0,012 V_З² - 12,5,

без фильтра: Q_бф = 2,2 V_З - 5,5 _З - 0,33 _n - 0,011 V_З² - 8,4,

где V_З - объем затяжки, мл;

_З - время затяжки, с;

_n - время паузы, с.

Наиболее существенное влияние оказывает объем затяжки: при увеличении V_З повышается количество табака, который при сгорании продуцирует дым в главную струю. Увеличение продолжительности затяжки и паузы ведет к уменьшению выхода влажного конденсата.

Как известно, удерживающая способность фильтра зависит от его физико-химических характеристик. В результате проведенных исследований выявлены зависимости между удерживающей способностью фильтра и параметрами курения. Уравнение, связывающее удерживающую способность фильтра и параметры курения для данного типа фильтра и сигарет , имеет вид:

R = - 0,002V₃ - 0,058₃ + 0,005_n - 0,00016_n² + 0,00013V_3n + 0,28

В наибольшей степени на удерживающую способность фильтра влияет объем затяжки, причем увеличению объема затяжки соответствует повышению удерживающей способности. Зависимость между продолжительностью затяжки и удерживающей способности фильтра обратно пропорционально. Это связано с изменением скорости потока дыма.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рисунок 3 - Схема оценки эффективности различных способов направленных на повышение качества курительной продукции

Увеличение скорости интенсифицирует элюирование частиц дыма и ведет к росту выхода конденсата. Причем у сигарет без фильтра проявляется в большей степени, чем у сигарет с фильтром, поскольку у них при этом существенно возрастает и степень повторного осаждения частиц дыма на фильтре. При увеличении продолжительности паузы возрастает удерживающая способность фильтра.

Существующая в настоящее время методика оценки эффективности различных способов повышения качества табачной продукции заключается в сравнительном анализе выхода и состава дыма опытного и контрольного образцов при прокуривании их на курительной машине при стандартных параметрах курения. Однако, как показали результаты проведенных нами исследований, параметры курения разных образцов не всегда одинаковы, поэтому эта методика нуждается в существенном дополнении.

Комплексный подход к организации разработки новых видов сигарет выполнен с учетом естественных параметров курения. На рисунке 3 представлена схема оценки технологических и токсических показателей сигарет.

Разработка способов изготовления новых видов курительных изделий повышенной безопасности

Для производства новых видов сигарет повышенной безопасности разработаны способ получения ароматизированной расширенной табачной жилки и способ производства ароматизированного расширенного табака. Ароматизацию табачной жилки и резаного табака осуществляли с помощью сухой вишневой выжимки, сухой грушевой выжимки, гвоздики, аниса и фенхеля. Согласно рисунку 4 табачная жилка кондиционируется по влажности в кондиционере 1, далее для равномерного распределения влаги по жилке, она перемешивается в силосе-смесителе 2, после чего поступает в герметичный бункер 3, где пропитывается ароматизированной мисцеллой с СО₂, поступающей из контейнера 4. При повышении давления газ замерзает. Далее давление в бункере понижается до атмосферного и жилка переносится в расширительную башню 5, где при резком нагревании жилка вспучивается. Далее при поступлении на питатель-дозатор 6 жилка перемешивается и поступает на упаковывание в герметичные короба 7.

Полученная по усовершенствованной технологии ароматизированная расширенная жилка при прокуривании не создает привкуса целлюлозы, что позволяет использовать ее в составе мешки для курительных табачных изделий в количестве до 30% (такое ее содержание обеспечивает получение табачных изделий легкого типа).

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рисунок 4 - Схема технологической линии производства ароматизированной расширенной жилки

1 - кондиционер НТ, W_жилки = 13%; 2 - силос-смеситель; 3 - герметичный бункер, t = 15 сек; 4 - контейнер с отделенной мисцеллой; 5 - расширительная башня, Т = 90⁰С; 6 - питатель-дозатор; 7 - упаковщик в герметичные короба.

С помощью анализатора манеры курения нами прокурены сигареты марки Bond Street Lights. Определены основные показатели, по которым проводили сравнение курительных свойств сигарет при добавлении расширенной жилки с содержанием различных ароматизаторов, полученной по усовершенствованной технологии. Расширенная ароматизированная жилка была добавлена в размере 20% в мешку сигарет Bond Street lights.

Рисунок 5 - Изменение объема затяжки сигарет без добавления ароматизированной расширенной жилки

Рисунок 6 - Изменение продолжительности затяжки сигарет без добавления ароматизированной расширенной жилки

Рисунок 7 - Изменение объема затяжки сигарет с добавлением ароматизированной расширенной жилки с ароматом гвоздики

Рисунок 8 - Изменение продолжительности затяжки сигарет с добавлением ароматизированной расширенной жилки с ароматом гвоздики

Данные, полученные при прокуривании сигарет Bond Street lights, отображены на рисунках 5-6 (без добавления ароматизированной расширенной жилки) и рисунках 7-8 (с добавлением ароматизированной расширенной жилки).

Дальнейшее увеличение длины фильтра (вплоть до 30 мм) практически не влияет на число затяжек.

ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ способов контроля физических параметров сигарет и резаного табака. Установлено, что использование быстрой сушки при подготовке резаного табака позволяет увеличить его заполняющую способность и уменьшить массу табака в сигарете, благодаря чему снизить токсичность табачного дыма

2. Разработана методика снижения массы резаного табака в одной сигарете при изготовлении сигарет и установлен ее оптимальный уровень снижения. Создана принципиально новая конструкция сигареты.

3. Установлено, что параметры естественного курения продукции значительно интенсивнее тех, которые рекомендуются CORESTA для курительной машины в качестве стандартных.

4. Показано, что увеличение длины фильтра до 30 мм практически не влияет на объем затяжки и время паузы, но повышает время затяжки. При использовании фильтра длиной 15 мм число затяжек возрастает в среднем на 5, и соответственно повышается объем дыма главной струи.

5. Установлено, что изменение величины плотности фильтра за счет снижения общего денье от 47000 до 33000 не влияет на параметры курения. Наблюдается лишь некоторые снижение времени затяжки - в среднем на 0,2 с на каждые 10000 денье. При дальнейшем уменьшении общего денье фильтра происходит уменьшение объема потребляемого дыма за счет сокращения числа затяжек вследствие снижения эффективности фильтра.

6. Доказано, что у сигарет, имеющих постоянную общую длину (80 мм) при изменении длины фильтра (от 18 до 33 мм) и длины табачного штранга (от 62 до 47 мм), для всех типов ацетатных фильтров наблюдается одинаковый объем затяжки и время паузы. Время затяжки возрастает с увеличением длины фильтра. При изменении длины фильтра и штранга менее чем на 5 мм уменьшения числа затяжек не происходит, более чем на 5 мм - наблюдается значительное увеличение.

7. Подтверждено, что параметры потребления сигарет, в которых использован расширенный табак, практически не отличаются от параметров потребления сигарет с обычным табаком (для интервала снижения массы табака до 10%). Повышение вентиляционной способности сигарет за счет пористости сигаретной бумаги до 17% не оказывает существенного влияния на параметры курения сигарет.

8. Установлено, что выход веществ табачного дыма у сигарет и удерживающая способность фильтра зависят от параметров курения. Связь между параметрами курения и выходом дыма, а также между параметрами курения и удерживающей способностью описывается с помощью уравнений регрессии.

9. Усовершенствована технология производства ароматизированной расширенной табачной жилки, используемая для разработки новых видов курительных изделий повышенной безопасности с высокими органолептическими и технологическими свойствами.

10. Разработаны спецификации на сигареты, полученные по усовершенствованной технологии. Экономический эффект от внедрения и реализации предлагаемых новых видов сигарет составит 905,3 тыс. руб. в год при выработке 1 млрд. шт. в год.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Осипян, А.О. Регулирование химического состава дыма сигарет путем изменения состава табачной мешки [Текст] / А.О. Осипян, Ю.В. Алтуньян Ю.В., И.И. Татарченко // Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства: Сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф.- Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2005. - С.75-77.

2. Татарченко, И.И. Реализация нового законодательства о техническом регулировании в науке и педагогическом процессе [Текст] / И.И. Татарченко, А.О. Осипян, Ю.В. Алтуньян // Инновационные процессы в высшей школе: Сб. матер. XI Всерос. науч.-практич. конф.- Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2005. - С.35-36.

3. Бобок, М.Б. Контроль физических параметров сигарет на табачных фабриках [Текст] / М.Б. Бобок, И.И. Татарченко, Ю.В. Алтуньян, Т.В. Чайкина // Проблемы повышения качества и снижения токсичности табака и табачных изделий: Сб. матер. Всерос. науч-практич. конф.- Краснодар: Изд-во ВНИИТТИ, 2005.- С.348-354.

4. Бобок, М.Б. Способы снижения массы резаного табака при изготовлении курительных изделий [Текст] / М.Б. Бобок, И.И. Татарченко, Ю.В. Алтунья // Пищевая промышленность.- 2005.- №10. - С. 44.

5. Алтуньян Ю.В. Физико-химические свойства центральной жилки табачного листа [Текст] / Моисеев И.В., Пуздрова Н.В., Алтуньян Ю.В.// Известия вузов. Пищевая технология. - 2006.- №2-3.- С. 40-42.

6. Моисеев, И.В. Контроль качества табачного сырья методом визуализации внутренней структуры табачного листа [Текст] / И.В. Моисеев, Н.В. Пуздрова, Д.Г. Кротов, Ю.В. Алтуньян, О.А. Бирюкова // Пищевая промышленность. - 2006. - №12. - С. 20-21.

7. Пат. 2290012 Российской Федерации. Способ производства экспандированного табака [Текст] / Алтуньян Ю.В., Татарченко И.И., Квасенков О.И. - Заявка №2005121304 от 08.07.2005, приор. 09.08.2006, опубл. 27.12.2006, Бюл. №36.

8. Пат. 2290013 Российской Федерации. Способ производства вспученного табака [Текст] / Алтуньян Ю.В., Татарченко И.И., Квасенков О.И. - Заявка № 20051213054 от 08.07.2005, приор. 09.08.2006, опубл. 27.12.2006, Бюл. №36.

9. Пат. 2290022 Российской Федерации. Способ получения ароматизированной взорванной табачной жилки [Текст] / Алтуньян Ю.В., Татарченко И.И., Квасенков О.И. - Заявка №2005119724 от 27.06.2005, приор. 20.07.2006, опубл. 27.12.2006, Бюл. №36.

10. Пат. 2290024 РФ. Способ получения ароматизированной экспандированной табачной жилки / Алтуньян Ю.В., Татарченко И.И., Квасенков О.И. - Заявка №2005119729 от 27.06.2005, приор. 20.07.2006, опубл. 27.12.2006, Бюл. №36.

11. Пат. 2290025 Российской Федерации. Способ производства ароматизированной вспученной та...