CC BY
21УДК 613.157:614.71
Этапы гигиенического регламентирования летучих компонентов ароматизаторов при производстве жевательной резинки
Пинигин М.А., Бударина О.В., Тепикина Л.А., Сафиулин А.А., Малышева А.Г.
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина
Минздравсоцразвития, г. Москва
В1
;
(процессе производства жевательной рединки в атмосферный воздух может одновременно выделяться до нескольких десятков различных ароматизаторов, источником которых является оборудование на разных этапах производственного процесса. По методике, разработанной в НИИ ЭЧиГОС, с учетом всей смеси ароматизаторов, выделяе-
мых при производстве жевательной резинки, была разработана ПДКмр летучих веществ на уровне 0,02 мг/м3(класс опасности - 4, лимитирующий показатель вредности - рефлекторное действие)
Ключевые слова: ароматизатор, гигиеническое регламентирование.
Введение. Как известно, предприятия по производству жевательной резинки относятся к пищевым предприятиям, выбросы которых обладают специфическим запахом, что обусловлено особенностями технологического процесса и применением ароматизаторов.
Ароматизаторы - вещества, конкретный набор которых определяет «вкус» готовой продукции. Состав каждого ароматизатора подбирается специалистами из имеющегося у них набора душистых веществ - носителей вкуса и запаха. При производстве жевательной ре-
зинки применяются ароматизаторы 2-х видов - жидкие, которые представляют смесь душистых веществ, растворенных в триацетине или растительных маслах, и порошкообразные. В каждый «вкус» может входить до 10 ароматизаторов. Получаемые в результате «вкусы» жевательной резинки отличаются большим разнообразием (всего около 40), однако, всех их можно отнести к одной из 2-х групп - «мятные» или «фруктовые». Для производства «фруктовых» вкусов используются в основном только жидкие ароматизаторы, для «мятной» группы -как жидкие, так и порошкообразные (ментол, мятный порошок и др.).
Материалы, методы и этапы исследования. Согласно существующей практике гигиенического регламентирования [1] для веществ, обладающих запахом, устанавливаются в атмосферном воздухе максимальные разовые ПДК (ПДКмр). Так как установление норматива для каждого применяемого на производстве ароматизатора является экономически нецелесообразным и потребовало бы значительного времени, в качестве ингредиента (ингредиентов) для нормирования следовало выбрать наиболее приоритетный (как по частоте применения, так и по силе запаха) компонент или группу компонентов, соблюдение норматива для которых обеспечило бы отсутствие неблагоприятного запахового воздействия любых применяемых на производстве ароматизаторов.
Таким образом, работа по разработке гигиенического норматива летучих компонентов ароматизаторов, применяемых при производстве жевательной резинки, проводилась в несколько этапов.
На первом этапе были изучены условия формирования качественного и количественного состава летучих компонентов выбросов, возникающих вследствие применения разнообразных ароматизаторов при производстве жевательной резинки, как по проектным материалам, технологическим регламентам и др., так и по результатам органолептического контроля и хромато-масс-спектрометрических исследований.
Технологический процесс изготовления жевательной резинки состоит из перемешивания ингредиентов, используемых в производстве жевательной резинки, до однородной массы, проката и предварительного изготовления таблеток, их дражирования, сортировки и упаковки.
Перед поступлением на производство жидкие ароматизаторы в цехе ароматизаторов смешиваются во «вкус» согласно рецептуре в производственных баках, являющихся источником выделения ароматизаторов в атмосферу. В отдельном помещении производится взвешивание и взрыхление сухих ароматизаторов, в результате чего происходит пылевыделение.
Материалы, используемые в производстве (гумми-основа, подсластители, смесь жидких и сухие ароматизаторы), поступают на участок миксеров, где их перемешивают в смесителях в течение 30 минут при подогреве до 60 С. Полученная однородная масса охлаждается, затем пропускается через раскатывающее устройство для придания ей формы тонких пластинок, и, далее на формовочной установке происходит предварительное изготовление таблеток. Миксеры, раскатывающее устройство и формовочная установка являются мощными источниками выделения веществ, обладающих запахом.
После прокатки пластины, состоящие из соединенных таблеток, выдерживаются на технологической таре от 30 до 60 часов для придания необходимой твердости (при этом выдерживается 6-7 вкусов одновременно). В процессе сушки также происходит выделение душистых веществ.
По окончании складирования пластины пропускаются через вибратор для разделения их на отдельные таблетки; в отдельной камере смешиваются ароматизаторы и заранее приготовленная суспензия из подсластителей и красителей для дражирования (нанесения оболочки). Дражирование происходит в течение 8 часов в больших закрытых дражировочных установках, также являющихся источниками выделения ароматизаторов в атмосферу. Поскольку на производстве может быть несколько установок, одновременно покрываться оболочкой могут сразу несколько «вкусов».
После дражирования готовые таблетки складируются, выдерживаются до 24 часов, после чего упаковываются и поступают на склад готовой продукции.
Для исследования качественного и количественного состава выбросов, формирующихся по ходу технологического процесса производства жевательной резинки, на некоторых этапах производства специалистами ВНИИМ им. Д.И.Менделеева были отобраны пробы воздуха. При этом пробы отбирались из вентиляционных выбросов от раскаточного устройства во время раскатки мятного «вкуса», участка подсыхания основы, где одновременно находилось 6 «вкусов» (3 «мятных» и 3 «фруктовых), и 2-х дражировочных установок. Всего было проанализировано 5 проб хромато-масс-спектрометрическим методом.
Результаты и обсуждения. Всего при инвентаризации было идентифицировано 94 вещества, относящихся к 14 химическим классам: сложные эфиры, альдегиды, терпены, ароматические углеводороды, кетоны, предельные и непредельные углеводороды, спирты, гетероциклические соединения, амиды, галогенсодер-жащие соединения, органические кислоты, фу-раны и ароматические эфиры. Заметим, что из 94 идентифицированных веществ 62 не имели
нормативов содержания в атмосферном воздухе.
Наибольшее суммарное содержание веществ отмечалось в вентиляционных выбросах дражировочной установки сразу после добавления ароматизаторов для дражирования (8,965 мг/ м3), в то время как до добавления ароматизаторов суммарное содержание веществ было на уровне 0,719 мг/м3. Относительно высокое содержание веществ наблюдалось при процессе раскатки (3,734 мг/м3) и при подсыхании основы таблеток (3,903 мг/м3).
Структура состава веществ на различных этапах технологического процесса несколько различалась. Основная доля в исследованных выбросах приходилась на две группы - терпены и сложные эфиры (90% и более). Так, при раскатке удельный вес терпенов составил 71,7% (2,697 мг/м3), сложных эфиров - 19,9% (0,743 мг/ м3); при подсыхании основы на терпены приходилось 54,4% (2,124 мг/м3), на сложные эфиры - 32,3% (1,26 мг/м3).
Структурный состав веществ в выбросах от дражирования значительно различается - если до добавления смеси ароматизаторов в установку наибольший удельный вес приходился на сложные эфиры - 63,7% (0,458 мг/м3), а на терпены - 23,9% (0,172 мг/м3), то после добавления ароматизаторов терпены составляли наибольшую часть - 68,1% (6,106 мг/м3), а сложные эфиры - 27,7% (2,487 мг/м3).
Второй этап включал в себя проведение орга-нолептических исследований по методике, разработанной в НИИ ЭЧиГОС им.А.Н.Сысина РАМН [2-5], в районе размещения предприятия по производству жевательной резинки с одновременным изучением качественного и количе-
В результате графического анализа этих данных была получена прямая зависимости «расстояние - вероятность ощущения запаха», в соответствии с которой на расстоянии 340 метров от источников (или 100 м от промплощад-
ственного состава выбросов, формирующихся по ходу технологического процесса. Метод основан на определении специально подобранной группой испытателей наличия запаха (по принципу «да» или «нет») под факелом выброса на различных расстояниях от источника запаха. При этом учитывается не только наличие запаха, но и дается оценка его интенсивности (силы) по 6-ти балльной шкале.
Во время проведения исследований на участке миксеров и раскатки производилось 3 «вкуса» (все «мятные»), на участке складирования пластин (т.н. «склад коры») находилось - 17 «вкусов» (11 «мятных» и 6 «фруктовых»), на участке дражирования, сортировки и подсушки готовых таблеток - 26 «вкусов» (17 «мятных» и 9 «фруктовых»). Всего в районе размещения предприятия было проведено около 100 одорометри-ческих исследований. Исследователи были ориентированы на выявление характерного для производства фабрики запаха ароматизаторов жевательной резинки (мята, фрукты).
Результаты органолептических исследований района размещения предприятия представлены в табл.1.
Органолептические исследования показали, что с увеличением расстояния от источников выбросов уменьшается как вероятность ощущения запаха, так и его интенсивность - на ближайшем расстоянии (80 м) высок удельный вес лиц, характеризующих запах как сильный и умеренный, далее по мере увеличения расстояния сила запаха ослабевает и возрастает удельный вес лиц, характеризующих его в основном как слабый и очень слабый. Характер запаха при этом остается неизменным (мятный с примесью клубники, вишни и арбуза).
ки предприятия - граница санитарно-защитной зоны) определена вероятность ощущения запаха в 10%.
В указанных точках на различных расстояниях от источников специалистами ВНИИМ
Таблица 1
Результаты органолептических исследований в районе расположения предприятия
Расстояние от источников м Количество наблюдений Вероятность ощущения запаха, % Распределение вероятности ощущения запаха по его интенсивности, %
0 баллов 1 балл 2 балла 3 балла 4 балла 5 баллов
80 18 100 0 0 33,3 55,6 11,1 0
100 18 88,9 11,1 33,3 50 5,6 0 0
140 36 72,2 27,8 55,6 16,7 0 0 0
160 24 62,5 37,5 45,8 8,3 8,3 0 0
им. Д.И.Менделеева был проведен отбор проб для инструментального химико-аналитического исследования состава атмосферного воздуха хромато-масс-спектрометрическим методом (табл.2).
Всего в атмосферном воздухе идентифицировано 6 компонентов, причем наибольшее количество веществ (4) обнаружено на расстоянии 160 м от источников, где ощущение запаха было
наименьшим, в то время, как на расстояниях 80 и 100 м, где ощущение запаха максимальное, отдельные вещества не выявлены. Наибольшее суммарное содержание веществ (0,221 мг/м3) также приходилось на расстояние 160 м. Все вещества, идентифицированные в атмосферном воздухе, характерны для выбросов ароматизаторов на различных стадиях производства жевательной резинки.
Таблица 2
Органические соединения, обнаруженные в атмосферном воздухе на различных расстояниях от предприятия
Вещество ПДК " м.р. Концентрация, мг/м3
80 м 100 м 140 м 160 м
6-Метил-5-гептен-2-он - - - 0,014 -
Нонаналь 0,02 - - 0,017 -
Изобутилацетат 0,1 - - - 0,059
Этилбутират 0,05 (ОБУВ) - - - 0,135
Изоамилацетат 0,2 (ОБУВ) - - - 0,019
Гексилацетат 0,1 - - - 0,008
Суммарная концентрация - - 0,031 0,221
Вещества обнаруживались в концентрациях, не превышающих их ПДК. Между тем, как показали проведенные органолептические исследования, на всех расстояниях обнаруживался запах с различной степенью вероятности. Поэтому, так как запах обусловлен всей смесью веществ, входящих в состав ароматизаторов, при этом отдельные компоненты ароматизаторов находятся в смеси в крайне малых количествах, было необходимо установить норматив содержания в атмосферном воздухе именно для всей смеси.
Следующим этапом гигиенического регламентирования ароматизаторов, применяемых при производстве жевательной резинки, была разработка методических подходов и выбор компонента (компонентов или их суммы) выбросов в качестве приоритетного (наиболее представительного) ингредиента (ингредиентов) для нормирования летучих компонентов ароматизаторов.
Для этого по методике, разработанной в НИИ ЭЧиГОС, была осуществлена экспертно-органолептическая оценка различных ароматизаторов с целью определения диапазона их качественных и количественных свойств. На экспертно-органолептическую оценку было представлено 14 жидких смесей ароматизаторов, представляющих 14 различных «вкусов» и являющихся наиболее ходовыми в производстве
жевательной резинки, либо перспективными для производства, причем к 8-ми из них прилагались сухие ароматизаторы, которые по рецептуре добавляются при производстве данных «вкусов». Сравнительная экспертно-органолеп-тическая оценка выбранных смесей состояла в определении концентрации жидкой смеси или количества сухого ароматизатора, необходимой для обеспечения возможности сравнительной оценки «пахучести» (или силы запаха) каждого «вкуса», и в проведении непосредственной сравнительной экспертно-органолептической оценки представленных «вкусов».
В процессе исследований готовились различные разведения одной смеси жидких ароматизаторов в дистиллированной воде и навески одного сухого ароматизатора, которые затем предъявлялись для оценки силы запаха экспертам-волонтерам. Концентрация либо навеска, оказывающая на обонятельный анализатор человека воздействие силой в среднем 3 балла, выбиралась для сравнительной оценки «пахучести» всех жидких смесей или сухих ароматизаторов. Далее все смеси жидких и сухие ароматизаторы в определенных разведениях или количествах соответственно предъявлялись экспертам-волонтерам. При этом наибольшее количество баллов набрала жидкая смесь, используемая при производстве жевательной резинки со вкусом перечной мяты (4,0 балла) и
сухой ароматизатор, применяемый для производства жевательной резинки со вкусом смеси ягод (3,4 балла), которые и решено было использовать для обоснования максимальной разовой ПДК смесей летучих компонентов разнообразных ароматизаторов, применяемых в производстве жевательной резинки.
Исследования по обоснованию ПДК выбранной смеси жидких ароматизаторов и сухого ароматизатора проводились в соответствии с [1].
Заданные концентрации веществ создавались с помощью специальной дозирующей системы, состоящей из гуська с изучаемой смесью (3 мл жидкого ароматизатора или 1 г сухого), помещенного в термостат (I = 30 С), и системы капилляров для разбавления паров образца контролируемым потоком воздуха. Разнообразие концентраций создавалось путем изменения потока подаваемого в гусек чи-
стого воздуха, регулируемого ротаметром, который обеспечивал объем потока от 30 до 400 мл/мин. Контроль за содержанием веществ в воздухе на выходе ольфактометрической установки осуществлялся с помощью методики хромато-масс-спектрометрического определения [6].
Исследование рефлекторного действия смеси жидких ароматизаторов со вкусом перечной мяты и сухого ароматизатора со вкусом смеси ягод показало, что с увеличением их концентраций в воздухе вероятность ощущения запаха медленно возрастает.
Характеристика параметров прямых «концентрация - вероятность ощущения запаха» для смеси жидких ароматизаторов и сухого ароматизатора и пороговые концентрации различной вероятности их обнаружения представлены в табл. 3.
Таблица 3
Характеристика параметров прямых концентрации - вероятность ощущения запаха» для смеси жидких ароматизаторов и сухого ароматизатора
Сложные смеси веществ Угол наклона Коэффициент запаса Класс опасности Пороговые концентрации различной вероятности их обнаружения, мг/м3
ЕС16 ЕС50 ЕС84
Смесь жидких ароматизаторов 24° 1,5 IV 0,025 0,089 0,312
Сухой ароматизатор 25° 1,5 IV 1,750 5,664 18,327
Максимальные разовые ПДК указанных смесей в соответствии с 16%-ным порогом ощущения запаха составили: 0,017 и 1,17 мг/м3 соответственно.
Как показали эти результаты, порог ощущения запаха и, соответственно, значения пДКмр для смеси жидких и сухого ароматизатора значительно различаются. Поэтому можно предположить, что вещества, входящие в состав смеси жидких ароматизаторов, более пахучи и, по-видимому, обладают более низким порогом запаха, чем вещества, входящие в состав сухого ароматизатора.
На основании проведенных исследований суммарная величина в 0,02 мг/м3 была рекомендована в качестве максимальной разовой ПДК для летучих компонентов ароматизаторов, применяемых при производстве жевательной резинки (класс опасности - 4, лимитирующий показатель вредности - рефлекторное действие). Норматив утвержден Главным государственным санитарным врачом РФ (ГН 2.1.6.2326-08 -дополнение 4 к ГН 2.1.6.1338-03).
Выводы:
1. В процессе производства жевательной резинки в атмосферный воздух может одновре-
менно выделяться до нескольких десятков различных ароматизаторов, источником которых является оборудование на разных этапах производственного процесса (смесительные агрегаты, раскатывающее устройство, дражировочные и сортировочные установки, участки мойки и упаковки и др.).
2. Исследованиями установлено, что в вентиляционных выбросах на некоторых этапах процесса производства жевательной резинки обнаруживается 94 компонента, принимающих участие в формировании специфического запаха, при этом наибольший удельный вес приходится на группу терпенов и сложных эфиров.
3. Специфический запах ароматизаторов ощущается на различных расстояниях от источников, постепенно уменьшаясь по мере удаления от них, вместе с тем, инструментальный метод анализа атмосферного воздуха на этих расстояниях недостаточно чувствительный для того, чтобы однозначно выделить вещества, которые принимают участие в формировании запаха выбросов производства.
4. ПДКмр летучих веществ, выделяемых при производстве жевательной резинки, была разработана с учетом всей смеси ароматизато-
ров, и составила 0,02 мг/м3. Вследствие того, что смесь для нормирования была выбрана в результате тщательной экспертно-органолеп-тической оценки различных ароматизаторов,
Р СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Временные методические указания по обоснованию ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»- М. - МЗ СССР. -1989 (№ 4681-88).
2. Пинигин М.А., Тепикина Л.А., Сафиулин А.А., Бударина О.В. и др. .Методические рекомендации по органолептическому контролю загрязнения атмосферного воздуха веществами, обладающими запахом.-В Сб. Материалов «Охрана атмосферного воздуха: системы мониторинга и защиты.-Пенза.-1999. Междунар.научно-практ. конф.-С.10-11.
3. Пинигин М.А., Бударина О.В. и др. К развитию положений В.А.Рязанова о навязчивости запаха при оценке качества атмосферного воздуха // В сб.: Теоретические основы и практические решения проблем санитарной охраны атмосферного воздуха, М., 200.-Сс.228-230.
Piniguin M.A., Budarina O.V.,
соблюдение данного норматива должно обеспечить отсутствие неблагоприятного запахового воздействия любых применяемых на производстве смесей.
4. Pinigin M.A, Tepikina L.A., Budarina O.V. The Problem of Odour in the air and Hom to Solve it in Russia. - Enviromental Odour Management/- VDI-Berichte 1850//- International Conference, Cologne, 17 to 19 November 2004.- Р.563-567
5. Пинигин М.А. Гигиеническое нормирование и контроль атмосферных загрязнений в России с учетом запаха, а также пути гармонизации в этой области // Международная конференция «Актуальные вопросы оценку и регулирования запаха». - Сборник докладов. ЗАО «Лиггетт-Дукат». - Москва, 2006. - С. 30-40.
6. Хромато-масс-спектрометрическое определение в атмосферном воздухе летучих компонентов ароматизаторов при производстве жевательной резинки.-. Методические указания. МУК 4.1.2325-08. М., Роспотребнадзор,2008. - 22 с.
Safiulin A.A., Malysheva A.G.
Tepikina L.A.,
Stages of hygienic regulation of flavorings airborne ingredients in the manufacture of chewing gum
A.N.Sysin Research Institute for Human Ecology and Environmental Health, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
In the production process of chewing gum, several dozens of different flavoring agents could simultaneously evolve from production equipment at different production stages into the ambient air. Organoleptic investigations by a method developed at A.N.Sysin Research Institute for Human Ecology and Environmental Health allowed to set the magnitude of MAC (maximum single) of airborne substances at a level of 0.02 mg/m3 (hazard class 4, hazard limiting indicator - reflex action).
Материал поступил в редакцию 18.02.2010 г.
