автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.10, диссертация на тему:Совершенствование процесса ферментации табачного сырья повышенной влажности в условиях Кыргызской Республики

Р Г Б ОД

На правах рукописи

\ 4 ДПР 1333

Адиев Муратбек Мамытаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАЦИИ ТАБАЧНОГО СЫРЬЯ ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ В УСЛОВИЯХ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Специальность 05.18.10 - Технология чая, табака и субтропических культур

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар 1998

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете и в Ошском технологическом университете Кыргызской республики.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор |И.Г.Мохиачев|.

Официальные оппоненты: Академик Академии проблем качества РФ, засаженный деятель науки Кубани, доктор технических наук, профессор И.И. Дьячкип;

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.Н.Киселева.

Ведущее предприятие: Жалал-Абадский табакфермзавод ГАК «Кыргыз-

тамекиси» (г.Жалал-Абад, Кыргызская республика).

Защита состоится 28 апреля 1998 г. в 1300 ч. На заседании диссертационного совета К.063.40.03 по присуждении ученой степени кандидата технических наук Кубанского государственного технологического университета по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», конференц-зал .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 26 марта 1998 г. *

Ученый секретарь диссертационного совет; к.т.н., доцент

А.Д.Минакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Весьма важную роль в формировании табачной отрасли Кыргызской республики играет ферментационная промышленность, где завершается достаточно длинная и сложная технологическая цепочка послеуборочной обработки табака, в результате чего он становится готовым продуктом: приобретает оптимальные курительные и технологические свойства, а также устойчивость к порче при длительном хранении в неблагоприятных условиях. Без хорошо организованного современного ферментационного производства дальнейшее развитие табачной отрасли в стране становиться практически невозможным.

За период шестидесятилетнего существования заводская ферментация была значительно видоизменена и модернизирована. Вместо стационарных установок камерного типа периодического действия на большинстве ферм-заводов используются линии непрерывной ферментации. Широко внедрены тонговые устройства для подготовки табака к ферментации в стандартных кипах. Используются более жесткие, режимы ферментации, позволяющие интенсифицировать процесс ферментации. И все же современное ферментационное производство имеет крупные недостатки, затрудняющие или делающие невозможным дальнейшее совершенствование этого процесса.

Во время ферментации происходят значительные потерн сухого вещества. За счет контактирования поверхности кипы с окружающей воздушной средой и различными предметами происходит пересыхание и измельчение табака, либо его увлажнение и плесневение. Заводская ферментация является весьма энергоемким с низким КПД процессом. В республике существует определенный дефицит мощностей ферментационной промышленности, связанный с тем, что на переработку поступает табачное сырье с повышенной влажностью (более 25-30 % от общего объема заготовки), ферментация которого значительно удлиняет время процесса. Переработка повышенно-влажного сырья приводит к дополнительным энергозатратам, потерям сухого вещества и ухудшению качества конечной продукции. Таким образом, высокая влажность табака, поступающего на фермзавод, является причиной негативного воздействия на процесс ферментации. Поэтому крайне актуальным является поиск альтернативных решений ведения процесса ферментации повышенно-влажного табачного сырья в «анаэробных» условиях, теория и практика котррого начали развиваться в 80-х годах кафедрой технологии табака КПИ и НПО «Табак», с минимальными затратами на приобретение оборудования, энергозатратами и другими расходамнГ^Технологическому решению данной проблемы и посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель и задачи исследования. Цель исследований заключалась в теоретическом обосновании и изыскании принципиально новых технологических решений подсушки и «анаэробной» ферментации повышенно-влажного табачного сырья типа Дюбек Средне-Азиатский, позволяющих интенснфици-

ровать процесс, снизить потери и энергозатраты. В этой связи были исследованы и решены следующие задачи диссертационной работы:

• подготовка больших масс табачного сырья и организация производственных экспериментов, позволяющих получать статистически достоверные сравнительные результаты;

• получение техноэкономических показателей при ферментации «влажных» Табаков по традиционной технологии;

• использование «анаэробной» технологии для ферментации «влажных» Табаков при различных вариантах обработки (в том числе и СВЧ);

• изучение и разработка технологии подсушки «влажных» Табаков в СВЧ-поле и в гелиоустановке с последующей ферментацией в различных вариантах;

• определение техноэкономических показателей и качества табачного сырья повышенной влажности, отферментированного по новой технологии.

Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании технологии обработки повышенно-влажного и нормально влажного табачного сырья методом «анаэробной» ферментации, имеющим явные преимущества перед «аэробной» ферментацией. В частности, для табакфермзаводов Кыргызской республики разработан принципиально новый процесс и режимы «анаэробной» ферментации табачных кип в герметичной упаковке.

Дано теоретическое обоснование способу двукратной СВЧ-обработки табачного сырья с целью снижения повышенной влажности.

Выявлены зависимости скорости удаления влаги и установлены технологические режимы предварительной подсушки табачного сырья повышенной влажности в модернизированных гелиосушилках.

Впервые дана комплексная оценка важнейших качественных показателей табачного сырья повышенной влажности, отферментированного в СВЧ-установках и традиционным заводским способом.

Предложен способ защиты табачного сырья от заплесневения за счет добавления в герметичные мешки с табачными кипами естественных эфироносов - мяты перечной, нанесения на внутреннюю поверхность пленки эфирного мятного масла или использования в качестве соэкструдата при изготовлении полимерной пленки - ментола.

Практическая значимость. Эксперименты, выполненные в производственных условиях на Жаны-Арыкском табакфермзаводе на СВЧ-установке периодического действия производственного типа и в гелиоустановке по подсушке и ферментации табачного сырья с повышенной влажностью подтвердили высокая техноэкономические преимущества «анаэробной» ферментации: качество табачного сырья не уступающего сырью обычной обработки, снижение более чем в 3 раза потерь :: энергозатрат, повышение в такой же мере производительности оборудования. Разработаны способы технологического процесса «анаэробной» ферментации повышенно-

влажного табачного сырья. Технозкопомически обоснован разработанный способ «анаэробной» ферментации повышенно-влажного табачного сырья на СВЧ-установке периодического действия, заводской ферментации, «анаэробной» складской ферментации и гелпоподсушки.

Апробации работы. Основные положения диссертации были изложены и обсуждены на: научно-технической конференции молодых ученых ОшТУ (1995-1997 гг), научно-практической конференции «Традиции и новации в системе университетского образования» (Бишкек, 1997 г), международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 1997 г).

Технология «анаэробной» ферментации повышенно-влажного табачного сырья была отработана в производственных условиях Жаны-Арыкского табакфермзавода, СВЧ-ферментация и гелиосушка - з зоне действия Жалал-Абадского табакфермзавода.

Публикации основных положений. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 статей.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя: введение, аналитический обзор, постановку вопроса, материал и методы исследования, экспериментальную часть, техноэхономическое обоснование, выводы и предложения, литературу и приложения. Основной текст диссертации изложен на 165 страницах компьютерного текста, в том числе 40 рисунков и 28 таблиц. Библиография включает 197 наименований, в том числе 25 иностранных. В приложении приведены акты н протокол баланса, а также акт и протокол о техноэкономических показателях «анаэробной» ферментации на линии ПЛФ и на СВЧ-установке.

Содержание работы. Табакопроизводящие хозяйства Кыргызской республики в состоянии производить ежегодно до 75 тыс. тони табачного сырья, в то время, как мощности фермзаводов смогут обеспечить переработку не более 71 % сырья. Кроме того, на фермзаводы от табакпроизводящих хозяйств поступает в сезон более 25 % сырья повышенной влажности (19-23 %). Строительство новых табакфермзаводов в республике, либо коренная реконструкция существующих производств на основе действующей технологии ферментации табака связаны с большими капитальными вложениями и немалыми затратами по времени. Поэтому данная проблема должна решаться путем разработки и внедрения принципиально новых процессов ферментации, 'максимально использующих существующее оборудование фермзаводов и обеспечивающих резкое повышение его производительности при одновременном снижении энергозатрат. „-"С -

Значительный вклад в развитие научных основ послеуборочной обработки табака внесли А.И.Смирнов, П.Г.Асмаев, И.Г.Мохначев, М.Г.Загоруйко, И.И.Дьячкин, В.В.Чеников, Е.С.Патрикеева, В.Ф.Трубннков, ИЛО.Ивко, С.И.Аракелова, И.В.Володина, Е.Н.Шаповалов'.

На основании предшествующих фундаментальных исследовании автором определены следующие направления совершенствования процесса ферментации табачного сырья повышенной влажности: разработать технологию «анаэробной» ферментации табачных кии с предварительной подсушкой сырья способами СВЧ- и гелиообработки.

МАТЕРИАЛЫ II МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основном эксперименты проводились с табачным сырьем ароматичной группы Дюбек 44-07 (Дюбек Средне-Азиатский), заготовленным в зоне действия Жаны-Арыкского табакфгрмзавода в период 1995-1997 гг. В отдельных случаях использовали сырье, заготовленное в зоне действия Жалал-Абадского табакфермзавода. Более подробная характеристика табачного сырья приводится в соответствующих разделах диссертационной работы. Эксперименты выполнялись на базе Жаны-Арыкского табакфермзавода (линия ПЛФ, СВЧ-установка и гелиоустановка), ¡¡а кафедре технологии пищевкусовых продуктов (чай, кофе, табак) КубГТУ и на кафедре технологии пищевых производств Ошского технологического университета КР. Наблюдение и опыты проводились с табачным сырьем, упакованным в стандартные кипы с различными технологическими характеристиками в зависимости от поставленных задач.

Контроль за лабораторным и производственным экспериментами осуществлялся с помощью общепринятых методов анализа, приведенных в стандартах на табачное сырье и в действующих технологических инструкциях. В отдельных случаях применяли специфические методы, разработанные и используемые на кафедре технологии пищевкусовых продуктов КубГТУ.

Математическая обработка данных осуществлялась на различных типах ПЭВМ, но преимущественно на компьютере типа IBM PC/AT на кафедре пищевкусовых продуктов КубГТУ по программе, реализующей численные методы однофакторного дисперсионного, однофактор.юго и многофакторного корреляционного и регрессионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Организация производственных экспериментов и получение техиоэкономическнх показателей традиционной технологии ферментации табаков различной влажности

Все эксперименты по разработке более эффективной технологии ферментации табачного сырья повышенной влажности осуществлялись с использованием достаточно больших масс. Все это накладывало определенную специфику на характер организации экспериментов, - необходимо было создать статистически достоверную базу для корректного сравнения образцов, подвергнувшихся самым разнообразным способам технологической обработки. Подготовка образцов к экспериментам осуществлялась по схеме, изображенной на рисунке 1.

Постоянные наблюдения за влажностью табачного сырья сорта «Дюбек Средне-Азиатский», поступающего на Жаны-Арыкского табакферм-завод, показали следующее распределение массы сырья в % по уровням

влажности:

Уровень влажности Урожай 1995 г Урожай 1996 г

менее 13% 8,2 11,6

13,1-15% 12,4 11,0

15,1-17% 20,8 16,4

17,1-19% 32,3 29,4

свыше 19,1% 26,3 31,6

Эти данные свидетельствуют о достаточно большом поступлении повышенно-влажных Табаков на фермзавод в сезон ферментации. Абсолютное количество этого сырья, конечно, может колебаться, т.к. оно во многом зависит от климатических условий, сложившихся в зонах табачного производства.

Для получения техноэкономических показателей при заводской ферментации Табаков нормальной влажности использовался 50°-ный режим при ферментации 1 и 2 сортов и 60°-ный режим при ферментации 3 и 4 сортов. В случае же ферментации сырья с повышенной влажностью во всех случаях применяли «сухой» режим. Полученные данные представлены в таблице 1.

Анализ результатов исследований показывает, что при ферментации «влажного» сырья, как и следовало ожидать, имеет место удлинение процесса на 2-3 суток по сравнению с обработкой «сухого» табака. Ортодоксальная технология не позволяет достичь оптимальной влажности сфермекгкрован-ного продукта. А это, в свою очередь, может явиться причиной порчи сырья при хранении, и прежде всего за счет плесневения. Потеря сухого вещества и расход энергоресурсов у «влажных» Табаков по сравнению с «сухими» таба-ками за счет удлинения процессов закономерно возрастали.

Все выводы, которые мы сделали на основании наблюдения за ферментацией сырья «нормального» и «влажного» полностью подтвердились при ферментации контрольных и опытных образцов, специально подобранных в соответствии со схемой (рис. 1). На каждый эксперимент использовалось по 3 кипы контрольных и опытных образцов. Контрольные кипы ферментировали при обычном 60°-ном режиме в камере вместе с табачным сырьем нормальной влажности. Опытные же образцы ферментировали при 60°-ном «сухом» режиме раздельно по группам влажности вместе с производственным сырьем. Полученные результаты приведены в таблице 2 и на рис. 2 и 3. -

Обсуждая данные таблиц 1, 2 и рис. 2 и 3 следует констатировать, что заводская технология ферментации «влажных» Табаков обладает низкими технозкономическими показателями в сравнении с новой технологией. А исключить приемку на фермзавод табачного сырья с влажностью более 19 % невозможно, т.к. табакопроизводящие хозяйства Кыргызской республики не имеют технологической базы для подсушки табачного сырья. По существу,

Л

такой базы нет и на фермзаводах. Использование, например, для этих целей агрегата типа «Проктор» невозможно по ряду причин: большие капитальные затраты, энергоемкость, а также необходимость в значительных площадях для его размещения.

Рисунок 1 - Схема подготовки табачного сырья к производственным экспериментам

Ферментация «влажных» табакое с помощью «анаэробного» процесса

Процесс «анаэробной» ферментации осуществляется по следующей схеме: табачную кипу помещают в мешок из паро- и газонепроницаемой пленки. Открытую часть мешка герметизируют путем многократной подвертки, после чего кипу нагревают до технологически необходимой температуры (обычно не менее 60 °С), а затем выдерживают на складе не менее 10 суток. За этот период во время самоохлаждения табачное сырье достигает уровня сферментированности. Используя такого роля технологию, мы осуществили ферментацию табачного сырья повышенной влажности в различных модификациях.

Таблица 1 - Техноэкономические показатели заводской ферментации табачного сырья нормальной и повышенной влажности

Режим Продол- Влажность Потеря Расход на 1 т табака

фермен- житель- сфермен- сухого Электро- Пар,

тации ность тирован- вещества, энергия, тонна

фермен- ного % кВт-часы

тации, табака,

сутки %

Нормальная влажность

' 50 "С 9 16-17 2,1-2,4 62 0,9

50 ÜC 9 16-18 2,1-3,0 60 U

60 "С 7 15-17 2,0-2,6 58 1.1

60 "С 7 15-16 2,5-3,2 61 1,0

Повышенная влажность

60 "с 11 17-18 2,9-3,7 83 2,0

(сухой)

60 °С 11 16-18 3,5-4,1 31 1.8

60 "С 11 17-19 3,7-4,0 81 2.1

60 иС 10 16-19 3,2-3,8 79 1,6

Таблица 2 - Характеристика состава контрольных и опытных образцов после «анаэробной» заводской ферментации (усредненные данные)

Показатели Контроль Опыт - 1 Опьгг-2

1. Влажность, % 15,6 17,2 18,3

2. Кислородный показатель, см"7г 0,08 0,09 0,09

3. Потерн сухого вещества, % 2,2 3.05 3,8

4. Электроэнергия, кВт/ч 60,2 63.7 75,6

5. Пар, т 1,2 1,6 1.7

Рис. 2 н 3 - Характеристика изменения состава контрольных и опытных образцоз посла «аэробной» зааодскоЯ ферментации, где: 1 - контроль; 2 - опьгг-1; 3 - сяьгг-2; VARI - КП, %; VAR2 - пар, т; VAR3 - потерн СВ, %; VAR4 - влажность, %; VAR5 - электроэнергия, кВт/час

Контрольный и опытный образцы по три кипы, герметично упакованные в полимерную пленку, помещали в ПЛФ во время 2-й фазы сроком на трое суток. После разогрева табака в кипах до температуры 60 °С их переносили на склад и хранили перед анализами не менее 10 суток. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристика состава контрольных и опытных образцов после «анаэробной» заводской ферментации (усредненные данные)

Показатели Контроль Опыт -1 Опыт - 2

Влажность, % 15,6 19,6 22,6

Кислородный показатель, см3/г 0,09 0,09 0,09 -

Потери сухого вещества, % 0,1 0,2 0,3

Как показывают данные таблицы 3, при «анаэробной» обработке Табаков с «нормальной» влажностью проблем с процессом ферментации не возникает, его необходимо внедрять, т.к. такая технология обладает явными техноэкономическими преимуществами. Однако, несколько иные результаты были получены после «анаэробной» заводской ферментации сырья с повышенной влажностью (опыт 1 и опыт 2). В этих экспериментах также удалось достичь уровня сферментированности по КП и резко при этом снизить потери СВ. Т.е. в опытных образцах во время ферментации происходили примерно такие же изменения, что и в контрольных. Но что касается влажности сферментированного продукта, то она, по существу, сохранялась прежней, а может даже несколько повысилась. Следовательно, решив задачу по ферментации «влажного» табака с помощью заводского «анаэробного» процесса, мы все же не смогли на этом этапе достичь поставленной цели - существенно снизить уровень влажности ориентировочно до 16 %.

Следующую серию экспериментов по снижению влажности сферментированного сырья мы проводили по «анаэробной» естественной ферментации при длительном хранении табачных кип на складе, - свыше 6 месяцев.

На хранение до 6 месяцев закладывались образцы табачных кип с различным уровнем влажности урожая 1995 г. Параллельно в таких опытах вместе с табачной кипой вкладывали в полимерный мешок марлевый мешочек с листьями мяты перечной массой 2,0 кг, после чего полимерную упаковку герметизировали и образцы ставили на хранение. Полученные данные по хранению кип в «анаэробных» условиях без добавки мяты перечной представлены на рис.4, 5.

Анализ результатов показывает, что во время длительного хранения происходит некоторое (в большинстве случаев статистически достоверное) снижение влаги. Однако уменьшение влажности не столь значительное, чтобы опытные образцы перешли по этому показателю в категорию «нормально влажных». Практически все они имели влажность свыше 19 %. Таким образом, в результате длительного «анаэробного» хранения не удается кардинально решить задачу по удалению из табака избыточной влаги. Естественная «анаэробная» ферментация при хранении пригодна для сырья с

исходной влажностью порядка 15 %. Но, вероятно, этот влажностной порог можно несколько поднять, если хранить табак с эфироносом, - например, мятой перечной.

Рис.4 Рис.5

Рнс. 4 и 5 - Характеристика состава контрольных и опытных образцов (КП - рис. 4 п

активность каталазы - рнс. 5) при естественной ферментации в «зназробных» . . условиях,где: VARI, VAR2, VAR3, VAR4, VAR5, VAR6-номераобразцов;

' 1 - 0 месяцев хранения; 2 - 3 месяца хранения; 3-6 месяцев хранения

«Анаэробную» ферментацию с использованием СВЧ-нагрева проводили на установке периодического действия производственного типа, которая была разработана и изготовлена НПО «НИКИМТ» (РФ) для сушки досок из ценных пород древесины. Нагрев табака в кипах осуществляли до 60 °С, после чего их переносили на склад, где они самоохлаждались и проходили от-лежку не менее 10 суток. Результаты представлены в таблице 5.

Анализ проведенных исследований показывает, что и в этом случае для всех образцов влажность практически остается на уровне влажности табака до ферментации. Таким образом, проблему снижения влажности у опытных образцов при «анаэробной» СВЧ-ферментации решить не удается. В то же время по уровню КП практически все образцы после, СВЧ-нагрева и отлежки достигли порога сферментированностн. Причем^'с^ерментирован-ность, как и следовало ожидать, достигалась с минимальными потерши СВ (у «влажных» Табаков потери СВ были несколько выше). Эта технология дает хорошие результаты только в том случае, если сырье подготовлено предварительно по уровню влажности 15-18 %. Сравнительная характеристика контрольных и опытных образцов после различных способов ферментации по показателю «Влажность» (W, %) нашло отражение на рис. б.

Рис. 6 - Сравнительная характеристика контрольных и опытных образцов после «аэробной», «анаэробной» заводской ферментации и «анаэробной» СВЧ-ферментации по показателю «Влажность» (W, %), где: 1 - (аэробная» заводская ферментация; 2 - «анаэробная» заводская ферментация; 3 - «анаэробная» СВЧ- / ферментация; VARI - контроль; VAR2 - опъгт-1; VAR3 - опыт-2 ■>"

Подсушка «влажного» табачного сырья е СВЧ-поле Эксперименты в этом направлении, естественно, необходимо было проводить в аэробных условиях, чтобы обеспечить свободное удаление из табачной кипы избыточной влаги. В то же время нельзя было переходить границу удаления влаги, за которой наступила нежелательная пересушка обрабатываемого материала, потому, что дополнительное увлажнение резко бы усложнило технологическую задачу. По своему характеру опыты делились на две части: СВЧ-нагрев кип без полимерной упаковки и с упаковкой.

Без полимерной пленки каждая кипа разогревалась в СВЧ-установке до заданной температуры (50, 60, 70 и 80 °С). Время разогрева зависело от уровня температуры и влажности образца (от 4 до 16 минут), тогда как свой- " ства табачного сырья не оказывали существенного влияния.

После СВЧ-нагрева во время самоохлаждения табачных кип на складе происходит интенсивное движение влаги из центра к периферии кип, а затем после испарения в окружающую среду. Динамику из:.:е::ения влажности табачных кип определяли путем взвешивания каждой кипы через 24 часа з течение 5 суток. Основная часть удаляемой влаги (около 80 %) теряется в пер-

вые сутки отлежки. Как и следовало ожидать, чем выше была температура после СВЧ-иагрева, тем большее количество влага т абачное сырье теряло.

Лучшие результаты были получены при подсушке образцов с уровнем влажности 19-20 % (опыт 1). В целом влажность удалось снизить до уровня 15-17% и в случае использования повышенных температур-до уровня 1516 %. Таким образом, задача, связанная с подсушкой материала этой группы влажности, в общем решается. Но п то же время при дальнейшем хранении этих кип на складе через 10-15 дней мы обнаружили пересыхание периферийной части кипы, что может служить источником при механическом воздействии на кипу дополнительных потерь за счет измельчения. В этой связи нами предложена следующая технологическая операция: табачную кипу через 5 суток самоохлаждения необходимо герметизировать за счет помещения в полимерный мешок.

Табачные кипы с уровнем влажности 22-23 % (опыт 2) таюхе теряли влагу во время самоохлаждения и через пять суток уровень влажности достигал 19-21 %. Таким образом, одноразовая СВЧ-обработка' не позволяет достичь технологически приемлемой влажности 15-17 %. Поэтому для решения этой задачи мы проводили повторную обработку табачных кип в СВЧ-установке. Часть данных результатов повторной СВЧ-обработки показана в таблице 4 и на рис. 7 и 8.

Таблица 4 - Динамика изменения влажности табака (%) при повторной

Продолжительность, сутки Температура нагрева

50 °С 60 °С 70 °С 80 °С

0 20,12 20,12 20,12 20,12

1 18,6 18,12 17,65 17,24

2 18,34 17,82 17,33 16,94

3 18,18 17,55 17,04 16,67

4 18,05 17,28 16,82 16,43

5 17,93 17,00 16,57 16,27

Повторная СВЧ-обработка повышенно-влажного табака порядка 1921 % позволяет существенно снизить в табаке содержание влага и получить сырье с влажностью около 16-18 %. Таким образом, экспериментально доказана возможность решения поставленной технологической задачи, - получение сырья с нормальной влажностью.

Данные по кислородному показателю КП и потерям сухого вещества СВ (таблица 5 и рис. 9 и 10) показывают, что одноразова?'«аэробная» СВЧ-обработка и последующая «аэробная» отлежка позволяли резко снижать уровень КП. Однако, далеко не во всех случаях у образцов «контроля» и «опыта 1» после заданной обработки КП достигал уровня сферментированности. На этот процесс влажность материала не оказывала заметного влияния, но температурный фактор оказал очень сильное воздействие. Если, например,

7 - Динамика изменения влажности табака (%) при повторной СВЧ-обработке (спыт-2), где: VARI - 50°С; VAR2 - 60°С; VAR3 - 70°С; VAR4 - 80°С; 1,2,3,4, 5, б - сутки

Рис. 8 - Уравнение регрессии и вид ее поверхности для динамики изменения влажности табака (%) при повторной СВЧ-обработке для образцов опыта-2 Z = 19,113 - 1,378х + О.ОЗу + 0,188х2 - 0,001ху где: VARI - влажность, %; VAR2 - продолжительность, сутки; VAR3 - температура, °С

Таблица 5 - Кислородный показатель н потери сухого вещества и табачном сырье, прошедшем «аэробную» СВЧ-обработку и «аэробную» отлежку

№ ' Пока- Контроль Опыт - 1 Опыт-2 (таблица 4)

образца затель 50 °С 60 °С 70 °С 80 °С 50 °С 60 °С 70 °С 80 °С 50 °С 60 °С 70 °С 80 °С

1 КП, см3/г 0,18 0,12 0,09 0,06 0,20 0,13 0,10 0,08 0,09 0,09 0,07 0,06

СВ, % 1,16 1,21 1,24 1,28 1,24 1,20 1,28 1,31 1,52 1,55 1,60 1,59

2 КП, см7г 0,21 0,12 0,10 0,08 0,20 0,14 0,09 0,07 0,08 0,08 0,08 0,07

СВ, % 1,02 1,11 1,09 1,12 1,14 1,18 1,16 1,23 1,48 1,42 1,49 1,51

3 КП, см'/г 0,43 0,31 0,22 0,15 0,40 0,29 0,18 0,12 0,11 0,10 0,08 0,06

СВ, % 1,32 1,35 1,40 1,52 1,41 1,45 1,44 1,48 2,06 1,98 2,16 2,18

4 КП, см-Уг 0,18 0,15 0,08 0,07 0,19 0,14 0,10 0,09 0,10 0,08 0,08 0,07

СВ, % 0,92 0,98 1,01 1,04 1,06 1,04 1,10 1,12 1,38 1,42 1,44 1,48

5 КП,ч*м-7г 1, 0,22 0,14 0,10 0,09 0,21 0,13 0,09. 0,06 0,08 0,07 0,07 0,06

СВ, % 0,88 0,93 0,98 1,06 0,95 0,99 1,07' 1,09 1,29 1,36 1,39 1,42

6 КП, см3/г 0,51 0,40 0,31 0,21 0,53 0,39 0,26 0,19 0,10 0,09 0,09 0,09

СВ, % 1,28 1,31 1,30 1,36 1,33 1,40 1,35 1,41 1,88 1,92 1,95 1,98

при 50 и 60 °С практически все образцы были несферментированы, то при 70 и 80 °С этот процесс для большинства образцов заканчивался, т.е. КП достигал уровня ¿0,1- Однако и при этих режимах для Табаков 3-его товарного сорта с очень высоким исходным КП так и не удалось до конца отфер-ментировать материал. Это можно объяснить тем, что «аэробное» самоохлаждение проходит гораздо быстрее по сравнению с «анаэробным» в полимерной упаковке за счет интенсивного испарения воды и дополнительного расхода тепла на этот процесс.

Что же касается сырья, прошедшего двойную СВЧ-обработку, - «опыт 2», то последующая ферментация ему не нужна. Все образцы по КП достигли уровня сфермектированности. После одноразовой СВЧ-обработки табачного сырья, имеющего влажность около 19-20 %, и температуру нагрева кипы 50-60 °С, возникает две проблемы: доферментация по значению КП некоторой части сырья и исключение возможности пересыхания периферийной ¿мсти кипы при длительном хранении, - свыше одного месяца, где произойдут «анаэробные» ферментативные процессы и КП снизится до уровня < 0,1.

Обработку кип с использованием полимерной упаковки в СВЧ-установке проводили следующим образом. Табачные кипы помещали в мешки из полимерной пленки, герметизировали путем многократного заворачивания открытой части мешка и нагревали в СВЧ-поле до заданной температуры. После этого кипы переносили на склад для самоохлаждения, но перед этим мешок разгерметизировали. Таким образом, во время самоохлаждения часть влаги имела возможность испариться через открытую часть мешка. После достижения табаком необходимой влажности вновь герметизировать мешок и прекратить испарение воды, а затем при необходимости осуществить повторный СВЧ-нагрев. Динамика изменения влажности табачных кип определялась путем взвешивания каждой кипы через 24 часа в течение 5 суток.

Анализируя эти данные, прежде всего следует отметить, что по конечному результату через 5 суток влажность материала становиться практически такой же, что и при охлаждении кип без пленки. Хотя с пленкой влажность в большинстве случаев была чуть выше, но математическая обработка не показала статистически достоверных различий на уровне 95 %. Различия заключались только в том, что за первые сутки темпы потери влаги у табака с пленкой были несколько ниже, чем без пленки. Они составляли в среднем около 70 % от общей потери влаги, но в последующем уровень потерь выравнивался. Следовательно, при подсушке повышенно-влажного табака уровня 19-20 % (опыт 1) требуется одноразовая СВЧ-обработка и своевременная в последующем после самоохлаждения герметизация полимерной упаковки и естественной ферментацией на складе. Это необходимо сделать, чтобы не пересушить периферийную часть кипы. Кислородный показатель КП и потеря сухого вещества СВ, прошедших одноразовую «анаэробную» СВЧ-обработку и последующую «аэробную» отлежку, позволяет резко снижать уровень КП и СВ. Причем это снижение во многих случаях было суще-

Изменение КП, см3/г (рис. 9) и потерн СВ, % (рис. 10) прошедших «аэробную» СВЧ-обработку и «аэробную» отлежку, где: VARI - контроль; VAR2 - опыт-1; VAR3 - опьгг-2; 1 - температура нагрева 50 °С; 2 - температура нагрева 60 °С; 3 - температура нагрева 70 С 4 - температура нагрева 80 °С

ственно большим по сравнению с обработкой кип без полимерной упаковки. В полимерной упаковке, хотя и разгерметизированной, происходит замедленный процесс самоохлаждення за счет снижения темпов испарения влаги. Очень сильное влияние на величину КП оказывал температурный фактор. Например, после нагрева до 70 °С и особенно 80 °С большинство образцов оказались сферментированными. Однако и при этих технологических режимах для сырья 3-его товарного сорта с очень высоким исходным уровнем КП в большинстве случаев так и не удалось снизить КП до уровня сферментиро-ванности. Дальнейшие наши эксперименты по длительному хранению такого сырья на складе в «анаэробных» условиях (полимерную пленку герметизировали) показали положительное влияние естественных процессов ферментации. Все образцы достигали уровня сферментированности по величине КП. Что же касается сырья с более высокой влажностью - уровень 22-23 % (опыт 2), то в этом случае необходима двукратная СВЧ-обработка. При этом удается получить сырье с требуемой влажностью - 16-18 %. Для этого сырья во избежание пересыхания периферии также требовалась после самоохлаждения герметизация полимерной упаковкой.

Что же касается сырья, прошедшего двойную СВЧ-обработку, то проблемы с доферментацией табака в этом случае полностью отпадают. Уровень значений КП указывает на сферментированность образцов.

Использование гелионагрева для подсушки табачных кип

С целью удаления избыточной влаги из табачных кип нами в гелиосу-шилке для сушки продуктов были проведены эксперименты по подсушке та-, бачных кип в августе, сентябре и октябре 1996 г. Для каждой серии опытов ' на фермзаводе отбирали 20 кип с повышенной влажностью 20-22 % Дюбека Средне-Азиатского 3-го товарного сорта. Все кипы на тележках загружали в гелиосушилку. Для одной контрольной кипы проводили измерение температуры в центре и на периферии (глубина 5 см) с помощью термопар. Интенсивность разогрева кип снижалась от августа до октября. Если в августе удавалось за 4 суток выйти на уровень температуры в центре около 65 °С, то в октябре через 6 суток устанавливался стабильный температурный режим около 60 °С.

После достижения температуры в центре 60 °С начинался отбор кип по 4 штуки через каждые 2 суток. В течение 2-3 суток кипы остывали на складе, после чего кипу герметично упаковывали в полиэтиленовый мешок и в таком состоянии выдерживали на складе не менее 10 суток для равномерного распределения влаги. Затем осуществляли измерение влажности табачных листьев в кипе. Полученные данные представлены в таблице 6 и на рисунке 11.

Таблица 6 - Динамика изменения влажности табачного сырья _в кипах после гелиообработки _

Сезон гелиобработки, месяц Продолжительность гелиобработки, сутки Влажность табака, %

Исходная После гелиобработки Разница

Август 3 22,1 19,3 2,8

5 18,6 3,5

7 18,1 4,0

9 17,8 4,3

11 17,3 4,8

Сентябрь 5 21,6 19,2 2,4

7 18,4 3,2

9 18,0 3,6

И 17,8 3,8

13 17,6 . 4,0

Октябрь 6 21,9 19,6 2,3

8 19,0 2,9

10 18,6 3,3

12 18,2 3,7

14 17,9 4,0

Анализ результатов показывает, что гелиообработка табачных кип с повышенной влажностью табака позволяет снизить содержание влаги до уровня, - примерно 18 % и ниже. Товароведческая экспертиза качества табачного сырья по внешним показателям подтвердила целесообразность этой обработки. Процесс ферментации табачного сырья с гелиоподсушкой может быть осуществлен двумя способами: заводская ферментация, и ферментация в естественных условиях.

По результатам экспериментов нами были проведены исследования по изучению технологических и химических свойств табачного сырья, отфер-мснтированного в СВЧ-поле. Был проведен сравнительный анализ этих свойств табачного сырья, отферментированного в заводских условиях. Были проведены товароведческая и дегустационная оценка табачного сырья, отферментированного различными способами.

Объем исследований, которые были выполнены нами на уровне производственных экспериментов по СВЧ-ферментации Табаков повышенной влажности, позйоляет сделать однозначное научно-обоснованное заключение: новая технология ферментации табака позволяет поддать сырье, не уступающее, а по некоторым важнейшим показателям и превосходящее, качество табака, прошедшего обычную аэробную заводскую ферментацию. Этот вывод хорошо подкрепляется сводными данными, которые приведены в таблице 7.

Рис. 11 - Динамика изменения влажности табачного сырья в ишак после гелиообработкк, где: VARI - август; VAR2 - сентябрь; VAR3 - октябрь; 1-0 суток; 2 - 3-6 суток; 3 - 5-8 суток; 4 - 7-10 суток; 5 - 9-12 суток; б -11-14 суток

Таблица 7 - Комплексная оценка качества табачного сырья повышенной влажности, отферментированного в СВЧ-поле и заводским способом_

№ Показатель Уровень по отношению к заводской

п/п качества ферментации

• Лучше Аналогично Хуже

1 Кислородный показатель +

2 Потери сухого вещества +

.3 Товароведческая оценка +

4 Цветовая характеристика +

5 Активность каталазы +

6 Дегустационная оценка +

7 Удельный расход +

8 Объемно-упругие свойства +

9 Равновесная влажность +

10 Горючесть +

11 Сухой конденсат в дыме +

12 Никотин в дыме +

13 Углеводы +

14 Белки +

15 Никотин +

Если проанализировать эту сводную таблицу, то прежде Есего следует отметить большой набор показателей качества, определяемых органолептн-чески и инструментально, который был использован нами для оценки качества СВЧ-процесса. Из представлешшй таблицы следует, что ни по одному показателю качества «СВЧ-табак» не уступает табачному сырью контрольной заводской ферментации, а по ряду важнейших показателей качества превосходит контроль.

Из преимущественных показателей можно выделить два показателя, оказывающих непосредственное влияние на экономику табачной отрасли: потери СВ при ферментации и расход табачного сырья при изготовлении курительных изделий. В первом случае можно обоснованно утверждать, что вследствие резких снижений потери СВ в виде воды п углекислоты во время СВЧ-фсрментации может иметь место экономия табачного сырья не менее 1 %. С нашей, точки зрения это весомая добавка к сырьевым ресурсам Кыргызской республики.

С другой стороны, СВЧ-обработка, вне всякого .соьШения, снижает расход сырья на изготовление сигарет. Если строить самые осторожные и минимальные прогнозы, то можно также взять за основу экономию табачного сырья 1 %. Это значит, что на ТФ при переработке, например, 10 тыс. тонн «СВЧ-табака» можно будет произвести продукции больше, в расчете на 200 тонн. Следовательно, табачное сырье СВЧ-обработки, продаваемое табачными фабриками, должно будет иметь отпускную цену по крайней ме-

ре на 1 % более высокую, чем для сырья, прошедшего обычную аэробную заводскую ферментацию.

Что касается других показателей качества, по которым СВЧ-обработка имеет определенные преимущества перед контролем, - активность каталазы, горючесть, сухой конденсат и углеводы, то, к сожалению, их невозможно пока что оценить экономически. В существующем стандарте на сферменти-рованный табак эти показатели не учитываются и не регламентируются. Однако перспективы 'развития табачного производства в той или иной форме потребуют учета этих показателей качества, т.к. от них зависит:

• экономия табачного сырья за счет снижения порчи табачного сырья от плесневения (активность каталазы);

• улучшение курительных свойств (горючесть и углеводы);

• снижение токсических свойств табачного дыма (горючесть и сухой конденсат).

Решение всех этих вопросов в известной мере связано с внедрением процесса СВЧ-ферментации, что в перспективе значительно усилит его экономический потенциал.

На основе экспериментальных исследований нами была разработана принципиальная технологическая схема переработки табачного сырья повышенной влажности в условиях Кыргызской республики, - рис. 12

Рис. 12 - Принципиальная технологическая схема переработки табачного сырья повышенной влажности в условиях Кыргызской республики

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Разработан эффективный способ «анаэробной» ферментации табачного сырья повышенной влажности в герметичной упаковке, позволяющий сохранить качество сырья на уровне требований стандарта, снизить более чем в 3 раза потери сырья и энергозатраты.

2. На основании теоретических положений внутреннего влагопереноса для реализации процесса подсушки и ферментации табачного сырья с исход-

ной высокой влажностью (более 19 %) рекомендовано использовать СЗЧ-установкн конструкции НПО «ШЖИМТ» (РФ)- Это установка периодического действия с единовременной загрузкой не менее 0,5 тонны табачного сырья, упакованного в стандартные кипы.

3. Рекомендуется при переработке табачного сырья с влажностью порядка 19-20 % использовать следующую комбинированную технологию. Табачную кипу помещают в мешок из полимерной пленки, осуществляют гер-мстиззцшо путем многократного заворачивания открытой части, разогревают кипу в СВЧ-поле до 70 °С, после чего мешок разгерметизируют и выдер-жпвают кипу на складе не менее 5 суток. За это время влажность табачного сырья снижается до 16-18 %. Затем кипу вновь герметизируют и выдерживают на складе не менее одного месяца. После такой обработки табачное сырье приобретает свойства сферментированного материала и может быть использовано для изготовления курительных изделий. По сравнению с контролем (аэробная заводская ферментация сырья при «сухом» режиме) такая технология обладает существенными техноэкономическими преимуществами в части экономии энергоресурсов, снижения потерь сухого вещества и ускорения процесса ферментации.

4. При переработке табачного сырья с влажностью порядка 21-23 % целесообразно использовать комбинированную технологию, включающую двукратную обработку в СВЧ-поле. В этом случае удается получить табачное сырье с влажностью 16-18 %, которое после соответствующего выдерживания на складе приобретает свойства сферментированного материала. По сравнению с контролем такая технология обладает также существенными техноэкономическими преимуществами.

5. В качестве альтернативы и снижения дефицита ферментационных мощностей целесообразно использовать после СВЧ-нагрева и гелиоподсуш-ки процесс естественной ферментации при длительном хранении табачных кип на складе, упакованных герметично в полимерную пленку при нормальной влажности табачного сырья. Эффект сферментированности достигается за 6 месяцев складского хранения. Качество табака и его устойчивость к плесневеншо повышается за счет внесения в герметизированную кипу до 10 % (от массы табачного материала) эфироноса, - мяты перечной, обработки пластиковых мешков мятным эфирным маслом или использование в качестве соэкструдата при изготовлении упаковочной полимерной пленки основного компонента мяты - ментола.

6. Кондиционирование табачных листьев по влажности в период августа-октября месяцев можно осуществлять непосредствещн^этабачных кипах после обработки в гелиосушилках. При повышенной влажности порядка 22 % уровень влажности 18 % и ниже удается достичь за 7-12 суток, в зависимости от сезона. Для реализации этого процесса целесообразно использовать гелиосушилки общего назначения: до августа - сушка плодов, овощей и др. объектов, а затем удаление избыточной влаги из табачных кип. Некоторую часть табачного сырья в табакопроизводящих хозяйствах после достижения

нормальной влажности целесообразно ферментировать после герметичной упаковки в бактерицидную пленку в естественных условиях путем длительного хранения на складе. Это будет способствовать снижению дефицита ферментационных мощностей и повысит техноэкономические показатели сельскохозяйственного предприятия.

7. Экономический эффект при переработке 1 тонны повышенно-влажного табачного сырья по новой технологии составляет 182,6 руб (деноминированных).

Автор выражает глубокую благодарность своему Учителю -Заслуженному деятелю науки и техники РФ, д.т.н., профессору 1Мохначеву Игорю Гавриилович^, а также научному консультанту Академику международной академии .информатизации при ООН, Академику промышленной экологии, д.т.н., профессору Касьянову Геннадию Ивановичу за неоценимую помощь и содействие в выполнении работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ, ОПУБЛИКОВАННОЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алиев М.М., Мохначев И.Г. Технологические аспекты «анаэробной» ферментации табачного сырья // Сборник научных трудов ОшТУ. - 1997. - № 1.

2. Мохначев И.Г., Адиев М.М. Совершенствование технологии ферментации повышенно-влажного табачного сырья в условиях Южной зоны Кыргызской республики // Сборник научных трудов ОшТУ. -1998. - № 2.

3. Адиев М.М. Технологические показатели ферментации Табаков различной влажности по ортодоксальной и анаэробной технологии // Сборник научных трудов ОшТУ. -1998,- Кг 2.

4. Нышанов З.А., Адиев М.М. Зависимость концентрации никотина от условий процесса ферментации табака Дюбек 44-07 И Материалы научно-практической конференции «Традиции и новации в системе университетского образования». - Бишкек. - 1997. - С. 23-28.

5. Адиев М.М., Касьянов Г.И., Можаев Д.Д. Интенсификация процесса ферментации табака II Тез. докл. второй межрегиональной научно-технической конференции «Пищевая промышленность - 2000». - Казань. - 1998. - С. 29-30.

6. Адиев М.М., Мохначев И.Г., Татарченко И.И. Особенности ферментации табачного сырья с повышенной влажностью в условиях Киргизии // «Пищевая технология». -1997,- №6.

7. Мохначев И.Г., Адиев М.М. Технологические аспекты складской ферментации табачного сырья // Материалы международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии н оборудование для пищевой промышленности». - Воронеж. -1997. - С. 56-58.

8. Адиев М.М., Касьянов Г.И., Можаев Д.Д. Использование плодоовощных сушилок для подсушки табачных кип // Информационный листок. - ЦНТИ. - Краснодар. - 1998. - № 59.