27 октября 2025 года в день двухлетия презентации российской сигары «Достоевскiй», получившей своё имя в честь братьев Михаила и Фёдора Достоевских, в интернет-журнале CIGARTIME.ru была опубликована научная статья «Алкогольная» ферментация табака в дубовых бочках».
Научные исследования стали результатом работы Погарской сигаретно-сигарной фабрики (ПССФ) по созданию премиального продукта Русской сигары «Достоевскiй» в коллаборации с Дербентским коньячным комбинатом. В результате проведённой работы ПССФ получила патент на уникальный метод ферментации табачного сырья в этанолсодержащих средах.
По запросу наших читателей и учащихся Сигарной школы «Фумелье» Интернет-журнал CigarTime.ru с разрешения авторов продолжает публикацию научных статей по данной теме.
Предлагаем вашему вниманию первую часть научной статьи, вышедшей в научном журнале НИУ ИТМО (Серия «Процессы и аппараты пищевых производств»).
Научная статья
УДК 663.97:543.544.5
«Алкогольная» ферментация табака в дубовых бочках. Часть 1. Массообмен танина и его косвенное количественное определение методом ВЭЖХ
Игорь Викторович Моисеев 1, Валерий Владимирович Лёзный 2,
Денис Александрович Карманов3, Дмитрий Владленович Бондаренко 4, Григорий Петрович Синчин 5
1, 2, 3, 4 Погарская сигаретно-сигарная фабрика, Погар, Брянская область, Россия
5 Дербентский коньячный комбинат, Дербент, Республика Дагестан, Россия
Аннотация
Исследовали количественный переход танина дуба в табачное сырье в процессе его ферментации в дубовых бочках в газо-жидкостной среде коньячного дистиллята. Объектом исследований выступал кубинский сигарный табак сорта НР. Процесс ферментации осуществлялся в течение шести месяцев с периодической (1–2 недели) обработкой внутренней поверхности бочки коньячным дистиллятом с содержанием спирта 70 об.% в количестве 1,5 см3/дм2. Для получения данных о массообмене танина разработали методику количественного косвенного определения танина в дубе и табачном сырье методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) через предварительный гидролиз танина до галловой кислоты. Определение галловой кислоты/танина проводилось на жидкостном хроматографе со спектрофотометрическим детектором (УФ) на длине волны 280 нм методом внешнего стандарта. Анализ неферментированного табачного сырья наличие танина не выявил. Массовая доля танина в дубовой клепке составила 0,81%. Показано, что при указанных условиях за шесть месяцев ферментации наблюдается диффузия танина из дубовой клепки в табак в количестве 0,11% от массы табака. При этом наиболее интенсивное насыщение происходит в 1-й, 4-й и 5-й месяцы ферментации.
Введение
Естественная ферментация табачного сырья в значительной степени улучшает качество табачной продукции, но когда речь заходит о производстве продукции премиум-класса, естественной ферментации может быть недостаточно. В связи с этим в мировой практике, особенно в технологии производства сигар, имеет место операция дополнительной ферментации в дубовых бочках из-под выдержанных алкогольных напитков и спиртосодержащих дистиллятов. В процессе «алкогольной» ферментации табак поглощает дополнительные ароматичные вещества, содержащиеся в винных или коньячных бочках.
Дуб, как и любой другой растительный материал, благодаря своей пористой структуре обладает относительно высокой сорбирующей и диффузионной способностью. Однако после многолетней выдержки в спиртосодержащем дистилляте дубовая клепка до определенного предела насыщается жидкостью, вследствие чего процессы диффузии и сорбции в клепке останавливаются. В этих условиях дуб способен только к обратному процессу – десорбции. Таким образом, дубовая клепка, насыщенная спиртосодержащим дистиллятом, является источником вкусоароматических веществ, содержащихся в ее клеточной структуре.
Табачное сырье, закладываемое в бочку на ферментацию, имеет сравнительно невысокую влажность (10–15%). Структура табачного листа более рыхлая по отношению к древовидной структуре дуба. Исходя из этого, очевидно, что между дубовой клепкой и табачным сырьем будет осуществляться массообмен различными веществами до достижения концентрационного равновесия, а именно в направлении из дуба в табак. При этом табачный лист будет интенсивно поглощать как растворенные в дистилляте (танин и т. д.), так и летучие вещества (ароматические альдегиды, спирты и др.). Наибольшая сорбция растворимых в жидкой фазе веществ будет происходить в местах контакта табачного листа с дубовой клепкой, а летучих веществ – в наиболее свободном от табака пространстве бочки, насыщенном парами дистиллята.
С точки зрения вклада во вкусоароматический профиль табачного дыма наибольший интерес из указанных веществ представляет танин.
Танин – это сложная смесь из полифенольных соединений, способных связываться с белками, а также гидролизоваться до низкомолекулярных фенолов. При горении табака танин и его ассоциаты с белками разлагаются, образуя множество ароматичных веществ. Ко всему прочему, танин является одним из наилучших антиоксидантов в растительном мире, что может положительно сказаться на хранении сферментированного табачного сырья.
Несмотря на то, что технология ферментации в дубовых бочках известна достаточно давно, исследования в области диффузионных процессов между дубовой бочкой и табачным сырьем не проводились.
В этой связи изучение «алкогольной» ферментации, а точнее количественного перехода танина дуба в табачное сырье во время ферментации, имеет научный и практический интерес, поэтому цель данного исследования – выявление динамики массопереноса танина в табак при его ферментации в дубовой бочке из-под коньячного дистиллята.
Для ее достижения необходимо проанализировать имеющиеся современные методы количественного анализа танина в растительном материале и при необходимости разработать собственную методику. Анализ научной литературы выявил, что наиболее распространенными методами анализа полифенолов (танина) являются спектрофотометрический метод Фолина–Чокальтеу и методы ВЭЖХ с использованием масс-спекрометрического или УФ-спекрофотометрического детекторов.
Методы ВЭЖХ обладают большей точностью, чувствительностью и воспроизводимостью по отношению к методу Фолина–Чокальтеу, однако, как уже указывалось, танин является сложной смесью полифенолов, что затрудняет его непосредственный количественный анализ. В то же время известно, что структура гидролизуемых танинов в большей степени состоит из фрагментов галловой кислоты, которая в свою очередь легко анализируется современными физико-химическими методами, в том числе и методом ВЭЖХ. Таким образом, галловая кислота может служить маркером в количественном анализе танина.
Объекты и методы исследований
Объектом изучения стал кубинский (Ремедиос, Республика Куба) сигарный табак воздушной сушки (Dark air-cured, DAC) сорта НР урожая 2021 г. Его увлажняли до 15–16% и закладывали на ферментацию в дубовую бочку из-под виноградного (коньячного) дистиллята 20-летней выдержки.
Укладку табака в бочку осуществляли наполовину от ее внутреннего объема, после чего бочку герметично закрывали и размещали в помещении с постоянной температурой 18–20°С и относительной влажностью воздуха 60–80%. На рисунке 1 представлена бочка из-под коньячного дистиллята с заложенным на ферментацию табаком.
Рисунок 1 – Внешний вид дубовой коньячной бочки с сигарным табаком
Для равномерного контакта табака со стенками бочки два раза в неделю осуществляли секторальное вращение бочки на 60–90°. При этом с периодичностью раз в две недели бочку краткосрочно открывали, табак вынимали, а внутренняя поверхность бочки обрабатывалась слитым из нее 20-летним коньячным дистиллятом с содержанием спирта 70 об.% в количестве 1,5 см3/дм2. После этого бочку опять герметично закрывали до следующей итерации обработки. Данные операции повторяли на протяжении всего срока ферментации в течение шести месяцев с отбором проб табака для определения в них массовой доли танина методом ОФ ВЭЖХ.
Методика хроматографического определения танина основана на его полном гидролизе до галловой кислоты, которую в свою очередь, устанавливали методом внешнего стандарта.
В качестве стандартных образцов использовали галловую кислоту (CAS № 149-91-7) квалификации «хч» и дубовый танин (CAS № 1401-55-4) квалификации «фарм». Стандартный раствор галловой кислоты с концентрацией 100 мг/дм3 готовился растворением навески массой 0,10 г в 1 дм3 бидистиллированной воды. Для получения стандартного раствора гидролизата танина с концентрацией 100 мг/дм3 навеску массой 0,10 г растворяли в 50 см3 6 М соляной кислоты и кипятили с обратным холодильником в течение 17 ч. Далее гидролизат разбавляли бидистиллированной водой до 1 дм3.
Определение галловой кислоты/танина проводили на жидкостном хроматографе Dionex UltiMate 3000 (Thermo Fisher Scientific, США) со спектрофотометрическим детектором при длине волны 280 нм в обращенно-фазовом режиме градиентного элюирования. Использовали хроматографическую колонку Thermo Scientific AccalaimТМ 120 C18 (3 μm; 2,1х150 mm). Подвижная фаза: ацетонитрил – 0,1% фосфорная кислота в градиентном соотношении (0 мин – 0% ацетонитрила, 2 мин – 10% ацетонитрила, 7 мин – 40% ацетонитрила) со скоростью потока 0,3 см3/мин.
Температура термостата колонок 30°С. Аликвоту раствора объемом 20 мм3 вводили с помощью петлевого дозатора.
Хроматографические характеристики стандартного образца галловой кислоты (танина) составили: время удерживания – 5,410 (5,286) мин, интенсивность – 4997 (4654) мЕОП, площадь пика – 322,07 (295,43) мЕОП·мин. Хроматограммы стандартов галловой кислоты и гидролизованного танина представлены на рисунке 2.
Анализ хроматограмм позволяет сделать следующие выводы:
1. практически одинаковое время удерживания пиков, их форма и интенсивность указывают на то, что танин гидролизуется до галловой кислоты достаточно качественно;
2. отсутствие иных пиков на хроматограмме (2) показывает, что гидролизат танина не содержит мешающих анализу примесей;
3. соотношение площадей пиков хроматограмм (1) и (2) показывает, что дубовый танин на 91,7% состоит из остатков галловой кислоты.
Результаты и обсуждение
Для получения достоверных результатов о массопереносе танина предварительно проверяли его наличие в дубовой клепке и табачном сырье. Стружка дубовой клепки и измельченный неферментированный табак в количестве 2,50 г подвергали кислотному гидролизу согласно указанной методике. Хроматограммы гидролизатов представлены на рисунке 3.
Площадь пика на хроматограмме составила 60,01 мЕОП·мин, что соответствует массовой доле танина в дубовой клепке равной 0,81%.
Хроматография гидролизата табака (хроматограмма 2) показала полное отсутствие дубового танина в неферментированном табачном сырье. Полученные данные позволили провести анализ ферментированных образцов без каких-либо поправок на изначальное содержание фенольных соединений в табаке.
Анализ образцов ферментированного табачного сырья выявил диффузию танина из дубовой клепки в табачное сырье, динамика которой представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 показывает, что в условиях эксперимента за шесть месяцев ферментации наблюдается диффузия танина из дубовой клепки в табак в количестве 0,11% от массы табака. При этом наиболее интенсивное насыщение происходит в 1-й, 4-й и 5-й месяцы ферментации.
Полученные результаты могут быть интерпретированы следующим образом. В первый месяц ферментации из внешних слоев дубовой клепки в табачное сырье происходит интенсивная диффузия танина до достижения концентрационного равновесия. Далее интенсивность массопереноса танина существенно снижается (2 и 3 месяц) поскольку в этот период происходит диффузия из внутренних слоев дубовой клепки к прилегающим к табаку истощенным внешним слоям. В четвертый и пятый месяцы процесс массопереноса танина из дуба в табак значительно возрастает и к шестому месяцу снова уменьшается, вероятно, по аналогичным причинам.
Заключение
Полученные результаты относятся только к исследуемому сигарному табачному сырью. Массоперенос танина в иное табачное сырье будет зависеть как от его ботанических особенностей (сортотип, почвенно-климатические условия географической зоны выращивания), так и от специфики послеуборочной обработки табака (тип сушки и первичной ферментации, особенности региональной культуры табаководства). Однако общая динамика массопереноса танина в процессе «алкогольной» ферментации должна сохраняться вне зависимости от используемого табачного сырья.
Полученные данные могут быть использованы как в табачной промышленности при производстве сигар, сигарилл, трубочного табака и других нишевых табачных изделий, так и алкогольной индустрии для разработки и вывода на потребительский рынок взаимодополняющих структурных продуктов – табачных изделий в наборе с алкогольным напитком.
Дальнейшие исследования будут продолжены в сфере изучения количественных изменений основных полифенолов табака, таких как хлорогеновая кислота, в процессе «алкогольной» ферментации.
Литература
1) Моисеев И.В., Карманов Д.А., Лезный В.В., Кириллов Д.Д. Исследование количественного изменения никотина в табачном сырье в процессе естественной ферментации под прессом // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2022. № 4. С. 25–30. DOI: 10.17586/2310-1164-2022-15-4-25-30
2) Карманов Д.А., Моисеев И.В., Лезный В.В. Ферментационные изменения углеводного комплекса табака // Агропромышленные технологии Центральной России. 2024. № 1. С. 36–42. DOI: 10.24888/2541-7835-2024-31-36-42
3) Аксенов П.А. Коровин В.В. Химический состав древесины дуба, используемой для производства коньяка и бренди // Лесной вестник. 2009. № 1. С. 5–15.
4) Рябинина Е.И., Зотова Е.Е., Пономарева Н.И. Танины чая и травяных экстрактов: природа, содержание, активность // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2014. № 4. С. 47–51.
5) Рябинина Е.И., Зотова Е.Е., Пономарева Н.И., Мезенцева О.А., Булгакова М.А. Влияние ферментации и изменения кислотности среды на состав и антиоксидантную активность водных экстрактов чая // Химия растительного сырья. 2014. № 2. С. 169–175. DOI: 10.14258/jcprm.1402169
6) Струсовская О.Г. Определение веществ полифенольной структуры в некоторых растениях Соловецкого архипелага // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2012. № 16. С. 128–131.
7) Николаева Т.Н., Лапшин П.В., Загоскина Н.В. Метод определения суммарного содержания фенольных соединений в растительных экстрактах с реактивом Фолина–Дениса и реактивом Фолина–Чокальтеу: модификация и сравнение // Химия растительного сырья. 2021. № 2. С. 291–299. DOI: 10.14258/jcprm.2021028250
8) Аль-Ясари А.Х., Баракова Н.В., Басковцева А.С., Гунькова П.И., Фан Тхи Хонг Л., Оганесянц Ф.А. Влияние экстракта зеленого чая на процесс молочнокислого брожения и органолептические показатели ферментированного напитка на основе яблочного сока // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2023. № 4. С. 29–40. DOI: 10.17586/2310-1164-2023-16-4-29-40
9) Guillarme D., Casetta C., Bicchi C., Veuthey J.-L. High throughput qualitative analysis polyphenols in tea samples by ultra-high pressure liquid chromatography coupled to UV and mass spectrometry detectors. Journal of Chromatography A. 2010, V. 1217, Is. 44, pp. 6882–6890. DOI: 10.1016/j.chroma.2010.08.060
10) Farres-Cebrian M., Sero R., Saurina J., Nunez O. HPLC-UV polyphenolic profiles in the classification of olive oils and other vegetables oils via principal component analysis. Separations. 2016, V. 3, Is. 4, article 33. DOI: 10.3390/separations3040033
11) Яшин А.Я., Яшин Я.И., Веденин А.Н., Василевич Н.И. Метод ВЭЖХ для определения природных полифенолов-антиоксидантов // Лаборатория и производство. 2021. № 2. С. 66–76. DOI: 10.32757/2619-0923.2021.2.17.66.76
12) Shahrzad S., Bitsch I. Determination of gallic acid and its metabolites in human plasma and urine by high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography B: Biomedical Sciences and Applications. 1998, V. 705, Is. 1, pp. 87–95. DOI: 10.1016/S0378-4347(97)00487-8
13) Лубсандоржиева П.Б., Болданова Н.Б., Попов Д.В. Определение галловой кислоты в многокомпонентных растительных средствах методом ВЭЖХ // Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 173–176. DOI: 10.14258/jcprm.1303173
14) Темердашев З.А., Киселева Н.В., Верниковская Н.А., Коробков В.А., Милевская В.В. Сорбционно-хроматографическое определение галловой, кофейной кислот, рутина и эпикатехина в лекарственных растениях // Аналитика и контроль. 2013. Т. 17, № 2. С. 211–218.
15) Моисеев И.В., Карманов Д.А., Лезный В.В. Количественные изменения органических карбоновых кислот в табачном сырье в процессе ферментации // Пищевая промышленность. 2023. № 11. С. 18–21. DOI: 10.52653/PPI.2023.11.11.004
БУДЬТЕ ПЕРВЫМИ! ВСЕ АНОНСЫ ПУБЛИКАЦИЙ — НА НАШЕМ TELEGRAM КАНАЛЕ
