Tabakersatz
Die Erfindung betrifft einen Tabakersatz sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Rauchmaterial, das in Zigaretten, Pfeifentabak sowie andere Rauchwaren eingemengt werden kann, und zwar entweder als alleiniger Rauchbestandteil oder zum teilweisen Ersatz des Tabaks, sowie auf eine Verwendung zur Herstellung eines derartigen Materials. Es liegt in der Natur der Raucherprodukte, dass die Herstellung eines Tabakersatzes ein äusserst schwieriges Verfahren darstellt. Die mit dem Rauchen und der Herstellung eines Produktes, das den Raucher sowohl hinsichtlich des Geschmacks als auch des Aromas sowie hinsichtlich anderer Qualitäten, die ein Raucher von einem Tabak erwartet, verbundenen Feinheiten gestalten eine Synthese eines derartigen Produktes schwierig.
Obwohl viele Versuche, insbesondere während des Krieges, wo es schwierig war, Tabak zu erhalten, zur Herstellung von Tabakersatz unternommen wurden, hat keiner der Versuche zur Entwicklung eines zufriedenstellenden Tabakersatzes geführt.
Die biologischen Voraussetzungen, die für das Wachstum einer Tabakpflanze erforderlich sind, unterscheiden sich völlig von den chemischen und physikalischen Erfordernissen für die Erzeugung eines Rauches, der von dem Raucher als angenehm empfunden wird.
Oft liegen im Tabak Bestandteile vor, welche die Bildung eines vom Standpunkt des Rauchers weniger erwünschten Rauches zur Folge haben, und die dazu neigen, den Charakter des Rauches von Tabakproduliten in nachteiliger Weise zu beeinflussen. So enthält Tabak, welcher ein Naturprodukt darstellt, einige Bestandteile, die, könnte der Verbraucher des Tabaks seine Wahl treffen, besser aus dem Tabak weggelassen würden. Weiterhin variiert Tabak von Ernte zu Ernte und sogar von Blatt zu Blatt, und zwar sowohl hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung als auch seiner physikalischen Struktur. Es wäre natürlich am vorteilhaftesten, wenn es möglich wäre, ein Raucherprodukt derart zusammenzusetzen, dass nur alle erwünschten und keine der unerwünschten Eigenschaften des Tabaks zur Geltung kommen.
Ein derartiges synthetisches Produkt oder Tabakersatz würde es möglich machen, aus den Formulierungen diejenigen Bestandteile wegzulassen, die eine nachteilige Wirkung ausüben, und zwar entweder biologisch oder organoleptisch, und in das Raucherprodukt diejenigen Bestandteile einzubringen, die im Rauch erwünscht sind.
Es wurden Versuche unternommen, synthetische Produkte herzustellen, welche als Tabakersatz dienen können. Allerdings konnte vor der vorliegenden Erfindung kein vollständig zufriedenstellendes Produkt entwickelt werden. Es war tatsächlich nicht möglich, ein synthetisches Produkt herzustellen, das auch im entferntesten an die erwünschten Qualitäten eines Rauchertabaks herankommt.
Es wurde nun ein Tabakersatz entwickelt, der hinsichtlich des Rauchergenusses einem natürlichen Tabak gleichkommt und gleichzeitig nicht die unerwünschten Eigenschaften besitzt, die oft einem natürlichen Tabak anhaften. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung die Schaffung eines Raucherproduktes, das vollkommen gleichmässig ist und unter kontrollierten Bedingungen hergestellt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein neues Verfahren zur Herstellung eines derartigen Raucherproduktes zur Verfügung.
Ein Raucherprodukt, das einen Tabakersatz darstellt, wird auf neue Weise aus sorgfältig ausgewählten Bestandteilen hergestellt.
Die wesentlichen Bestandteile, die zur Herstellung des erfindungsgemässen Tabakers atzes verwendet werden, sind: 1. ein filmbildender Bestandteil und 2. ein mineralischer Bestandteil.
1. Der filmbildende Bestandteil. Dieser ist vorzugsweise ein pektinhaltiges Material. Dieses Material kann jedoch auch Algin oder dergleichen enthalten. Der filmbildende Bestandteil kann aus einem sauren Gum (saures Pektinmaterial) mit einer Säurezahl oberhalb 30 mg KOH pro g Gum bestehen. Eine Klasse von Substanzen, und zwar die Calcium-Magnesium-Kalium-Natrium Salze der Polyuronsäuren, stellen ungefähr ein Drittel des strukturellen Kohlehydrats von Tabakblättern dar und liefern in kombinierter Form die für das Glimmen erforderlichen Materialien.
Repräsentative Beispiele für diese Klasse sind saure Pektine und Pektate, die aus Tabak zur Verfügung stehen, Pektin aus Zitrusfrüchten, Alginsäure, Polyuronsäuren, Salze dieser Säuren, synthetische Ester von Alginsäure, Ester von Pektinsäuren oder andere Pektine, die Filme bilden und als Filmbildner verwendet werden können. Pektine aller Methylierungsgrade können eingesetzt werden. Sogar Mischungen aus Pektinmaterialien mit hohen und niederen Molekulargewichten können erfindungsgemäss verwendet werden. Am bevorzugtesten wird ein Pektinmaterial eines solches Typus verwendet, das aus Tabakpflanzenteilen gewonnen wird, die Pektine mit Erdalkalimetallvernetzungen enthalten, wobei das Material wie folgt gewonnen wird:
1.
Die Tabakpflanzenteile werden mit einer Behandlungslösung kontaktiert, welche ein Reagens enthält, das die Erdalkalimetallvernetzungen zerstört, worauf
2. wenigstens teilweise die erhaltenen Tabakpektine aus den Zwischenräumen der behandelten Tabakpflanzen freigesetzt werden und
3. die Tabakpektine abgetrennt werden.
Ein derartiges Material stellt einen besonders geeigneten filmbildenden Bestandteil dar. Nachstehend werden einige Methoden zur Herstellung derartiger Tabakpektine beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sollen unter dem Begriff Pektinsubstanzen (der Einfachheit wegen wird, sofern nicht anders angegeben, der Ausdruck Pektine in der Bedeutung von Pektinsubstanzen verwendet) solche Substanzen verstanden werden, die in vielen Pflanzenprodukten gefunden werden. Sie bestehen im wesentlichen aus teilweise methylierten Galakturonsäuren, die in langen Ketten miteinander verknüpft sind.
Die in Tabakpflanzen gefundenen Pektine enthalten Acetylgruppen und unterscheiden sich von im Handel erhältlichen Pektinen, die in anderen Pflanzen gefunden werden, beispielsweise von den Pektinen, die in Zuckerrüben, Zitrusfrüchten und anderen Früchten vorkommen. Tabakprotopektine sind in heissem Wasser völlig unlöslich. In vielen Fällen sind die Pektinketten in alkalischen Lösungen im Vergleich zu Protopektinen, die aus anderen Quellen stammen, besonders stabil.
Sie setzen sich hauptsächlich aus wasserunlöslichen Pektinen (Protopektinen) zusammen, die aus den Calcium- und Magnesiumsalzen teilweise veresterter und leicht acetylierter Polymerer von Galakturonsäure bestehen. Die zweiwertigen Calcium- und/oder Magnesiumatome wirken als Vernetzungen zwischen den Säureketten, so dass die Polymeren wasserunlöslich werden.
Zur Veranschaulichung kann die nachstehend angegebene Strukturformel des Calciumsalzes eines Polymeren aus Galakturonsäure dienen:
EMI2.1
<tb> <SEP> Vernetzung <SEP> Vernetzung
<tb> <SEP> COOCa <SEP> CH3COO <SEP> OH <SEP> COOCa <SEP> < <SEP> OH <SEP> OH
<tb> <SEP> I <SEP> 1 <SEP> I <SEP> 1 <SEP> I <SEP> I
<tb> <SEP> C <SEP> O <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O <SEP> CC
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<tb> O-C-H <SEP> H-C-O-C-H <SEP> H-C-O-C-H <SEP> H-C-O-C-H
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<tb> <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OCOCH3 <SEP> OCOC
<tb>
Obwohl Pektine seit langem als Bestandteile
des Pflanzengewebes bekannt sind, hat es sich herausgestellt, dass es äusserst schwierig ist, Pektine von den restlichen Pflanzenbestandteilen abzutrennen und sie als homogene Zusammensetzungen zu gewinnen. Die Abtrennung von Pektinen von Tabak ist sogar noch schwieriger als die Abtrennung von Pektinen von anderen Pflanzen.
Von den Tabakteilen, die erfindungsgemäss verwendet werden können, seien Blätter, Stengel und Stiele oder Mischungen dieser Bestandteile, die in Folien- oder Flockenform oder in Form einzelner Teilchen vorliegen können, erwähnt. Vorzugsweise werden die Teile zermahlen, zerschnitten oder anderweitig in eine Form gebracht, die eine grosse Oberfläche besitzt. Die Pflanzenteile, welche von den Stengeln oder Mittelrippen gebildet werden und oft als Tabakblattstiele bezeichnet werden. sind die bevorzugten Ausgangsmaterialien. Tabakstiele, die geringere Mengen an pektinhaltigen Materialien enthalten, können ebenfalls eingesetzt werden.
In der ersten Stufe des Verfahrens werden Tabakpektine aus pektinhaltigen Materialien im Tabak dadurch freigesetzt, dass die pektinhaltigen Materialien mit einem Reagens zur Umsetzung gebracht werden, welches mit dem Calcium (und/oder Magnesium), das in den Materialien enthalten ist, unter Bildung einer Verbindung oder eines Produktes mit einer geringeren Calciumionenkonzentration und im Falle von Magnesium mit einer geringeren Magnesiumionenkonzentration in der Behandlungslösung als das natürlich vorkommende Calcium- (oder Magnesium-)Pektat zu reagieren vermag. Unter dem Begriff Konzentration soll die mittlere Konzentration oder Aktivität verstanden werden, wie sie in Glasstone, Textbook of Physical Chemistry , 2. Auflage, Seite 945 (D. V. Nostrand Company, Inc.) erläutert wird.
Die Umsetzung kann allgemein durch die Gleichung I wiedergegeben werden, welche die Reaktion eines Typus von Tabakprotopektin (eines Calciumsalzes eines Polymeren von Galakturonsäure), in welchem Calciumvernetzungen zugegen sind, mit dem erfindungsge mässen Reagens zeigt. In der Gleichung kann R für Wasserstoff stehen, wobei in diesem Falle das Produkt aus Pektinsäure besteht. R kann ferner ein einwertiges anorganisches Kation, wie beispielsweise Natrium, Kalium oder Ammonium, sein.
Die Gleichung I ist wie folgt:
Gleichung I
EMI3.1
<tb> <SEP> Vernetzung
<tb> <SEP> COOCa <SEP> -- <SEP> CH3COO <SEP> OH
<tb> <SEP> O <SEP> o <SEP> C <SEP> C
<tb> <SEP> 7H <SEP> 711 <SEP> H <SEP> H <SEP> \
<tb> -0-0-11 <SEP> 11-0-0 <SEP> 0-11 <SEP> 11-0-0- <SEP> + <SEP> zR
<tb> <SEP> \11 <SEP> 117 <SEP> \H <SEP> 7
<tb> <SEP> 17 <SEP> H/ <SEP> \I <SEP> 7
<tb> <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O
<tb> <SEP> OH <SEP> OH <SEP> COOCH3
<tb> Calciumpektat erfindungsgemässe
Behandlungslösung
EMI3.2
<tb> <SEP> COOR <SEP> CH3COO <SEP> OH
<tb> <SEP> O <SEP> C--C
<tb> <SEP> 1 <SEP> 7'
<tb> /A <SEP> /H <SEP> H
<tb> <SEP> 11-0-0 <SEP> 0-11 <SEP> 11-0-0- <SEP> + <SEP> Z-Ca
<tb> \\H <SEP> H/ <SEP> \H <SEP> 7
<tb> <SEP> \H <SEP> 7
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> OH <SEP> 011 <SEP> 000 <SEP> C <SEP> 113 <SEP> Produkt <SEP> mit <SEP> geringerer <SEP> Kationen
<tb>
<SEP> OH <SEP> OH <SEP> OOCH3 <SEP> konzentration <SEP> als <SEP> das <SEP> Calcium
<tb> <SEP> Pektinsäure <SEP> oder <SEP> lösliches <SEP> Pektat <SEP> pektat <SEP> in <SEP> der <SEP> Behandlungslösung.
<tb>
Gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens wirkt das Reagens, das in Lösung vorliegen kann und vorzugsweise in Lösung vorliegt, durch Bildung eines Niederschlags mit dem Calcium oder Magnesium. Es kann ein in Wasser lösliches einwertiges Metallsalz der Formel MnX sein, worin M ein einwertiges anorganisches Kation, n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1, 2 oder 3 und X ein Anion, das ein- und mehrwertig sein kann, bedeuten, so dass das Calciumsalz der Formel CapXq, worin p und q ganze Zahlen entsprechend der Funktionalität von X sind, im wesentlichen in der Behandlungslösung unlöslich ist. Wirksame einwertige Kationen sind beispielsweise die Alkalimetalle, z.B. Natrium, Kalium und Lithium sowie Ammonium- und substituierte Ammoniumionen der Formel (NR4)+, worin R für Aryl oder Alkyl steht.
Der Anionenteil des Moleküls kann aus C032-, P043 -, HPO4 -, HO.i - oder dergleichen bestehen. Beispielsweise kann die Verbindung MnX aus Natriumcarbonat, Na2C03, bestehen, da Natrium ein einwertiges anorganisches Kation ist und Calciumcarbonat im wesentlichen in Wasser unlöslich ist. Weitere repräsentative Beispiele für Ausfällungsmittel sind die Orthophosphate, Metaphosphate und Carbonate von Natrium, Kalium, Lithium und Ammonium. Im Falle der Orthophosphate kann der Anionenteil des Moleküls entweder aus P043-, HPO42- oder H.)PO4 - bestehen. Wird beispielsweise Ammoniumorthophosphat verwendet, dann besteht der Niederschlag aus Calcium- und/oder Magnesiumammoniumphosphat.
Der pH dieser Reaktion sollte zwischen ungefähr 5,8 und 10 liegen, während die Temperatur vorzugsweise zwischen ungefähr 250 C und ungefähr 1350 C betragen sollte, wobei eine Reaktionsdauer von ungefähr einer Minute bis ungefähr 24 Stunden eingehalten wird. Spezifische Beispiele für Ausfällungsmittel, die verwendet werden können, sind Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Lithiumcarbonat, Ammoniumorthophosphat, saures Ammoniumphosphat und Natriumorthophosphat.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wirkt das Reagens durch Maskierung (sequestering) des Calciums oder Magnesiums, wobei die Calcium- oder Magnesiumatome durch Bildung eines löslichen Komplexes mit dem Reagens entfernt werden.
Geeignete Reagenzien dieses Typus sind alle beliebigen Maskierungsmittel, die mit dem Calcium oder Magnesium einen Komplex oder ein Chelat bilden, wobei diese Elemente entfernt werden und einer erneuten Vernetzung mit dem Pektin entzogen werden. Beispiele für derartige Maskierungsmittel sind i6çthylendiamintetra- essigsäure sowie ähnliche Aminosäuren, Alkalipolymetaphosphate, wie beispielsweise Tetrametaphosphate, Hexametaphosphate und Trimetaphosphate, Pyrophosphate und Tripolyphosphate, wie beispielsweise
Natriumhexametaphosphat,
Tetranatriumpyrophosphat und
Pentanatriumtripolyphosphat .
Der Mechanismus, der bei Verwendung eines Maskierungsmittels abläuft, kann derart sein, dass entweder ein Komplex oder ein Chelat gebildet wird. In jedem Falle stehen Calcium und Magnesinmionen nicht länger für eine Vereinigung mit den Pektationen in der Lösung zur Verfügung. Viele natürlich vorkommenden Amine und Peptide sind ebenfalls als Maskierungsmittel für Calcium und/oder Magnesium wirksam. Repräsentative Beispiele sind Alanin, Asparaginsäure, Gly cin, Glycylglycin, Glutaminsäure, Serin, Tyrosin und Dijod-l-tyrosin.
Von Aminosäuren, die als löslich ma chende Mittel über eine Chelierung wirksam sind, seien ss-Alanin-N,N-diessigsäure,
Aminobarbitursäure-N,N-diessigs äure,
2-Aminobenzoesäure-N,N-diessigsäure, ss-Aminoäthylphosphonsäure-N,N-diessigsäure, 3-Aminoäthylsulfonsäure-N,N-diessigsäure und Athylendiamin-tetraessigsäure erwähnt. Der pH-Wert dieser Reaktion sollte zwischen ungefähr 4 und ungefähr 10 liegen, während die Temperatur vorzugsweise auf einen Wert zwischen ungefähr 0 C und ungefähr 1450C während einer Zeitspanne von ungefähr einer Minute bis ungefähr 24 Stunden eingestellt werden sollte.
Es können ferner Reagenzien verwendet werden, die teilweise als Ausfällungsmittel gemäss der ersten Ausführungsform der Erfindung und teilweise als Maskierungsmittel gemäss der zweiten Ausführungsform der Erfindung wirken. Ein derartiges Reagens ist beispielsweise DAP (sekundäres Diammoniumorthophosphat).
Gemäss einer dritten Ausführungsform des Verfahrens besteht das Reagens aus einer Säure, welche die freigesetzte, jedoch unlösliche freie Pektinsäure sowie lösliche Calcium und Magnesiumsalze bildet.
Von geeigneten Säuren seien anorganische Säuren, wie beispielsweise Salzsäure, Phosphorsäure und Schwefelsäure sowie ähnliche Säuren, die unter den nachstehend angegebenen Bedingungen Calcium und Magnesiumsalze bilden, erwähnt. Die Säure kann in Form von 0,25 n- bis 5,0 n-Lösungen verwendet werden; sie wird jedoch vorzugsweise in Form von 0,5 n- bis 1,0 n-Lösungen eingesetzt. Die genaue Verdünnung und die zu verwendende Menge schwankt mit der jeweils verwendeten Säure. Es ist nur erforderlich, dass eine ausreichende Säuremenge vorliegt, um das in dem zu behandelnden Tabak vorhandene Calcium und Magnesium in die Calcium und Magnesiumsalze der Säure umzuwandeln. Die Säurebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen ungefähr -10 C und ungefähr 553C durchgeführt.
Die Säurebehandlung besteht darin, dass die Tabakteile so lange mit der Säure behandelt werden, bis die erhaltene Mischung einen pH von ungefähr 1,0 bis ungefähr 2,5 besitzt. Vorzugsweise wird der pH auf ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,7 eingestellt, wobei der zweckmässigste pH-Bereich zwischen 1,15 und 1,55 liegt. Diese Behandlung wird ungefähr 10 Minuten bis 24 Stunden lang durchgeführt, wobei die Behandlungszeit teilweise von der Grösse der Tabakteilchen abhängt.
Vorzugsweise wird die erhaltene Mischung anschlie ssend mit Wasser gewaschen. Dieses Waschen mit Wasser wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen ungefähr 150 C und ungefähr 350 C durchgeführt, wobei vorzugsweise destilliertes Wasser verwendet wird.
Wird diese Waschstufe angewendet, dann sollte eine ausreichende Menge Wasser eingesetzt werden, um die Calcium und Magnesiumsalze der Säuren, die bei der vorstehend beschriebenen Behandlung gebildet werden, zu entfernen. Es sollten daher wenigstens 2 Volumina Wasser pro Volumen der bei der Säurebehandlung anfallenden Mischung verwendet werden. Das Waschwasser wird von dem Tabak nach irgendwelchen geeigneten Methoden abgetrennt, beispielsweise dadurch, dass die Waschung in einer Zentrifuge, Filterpresse, in einem Büchner-Trichter oder in irgend einer anderen Apparatur durchgeführt wird, in welcher Flüssigkeiten im wesentlichen von festen Materialien entfernt werden können.
Die bei der Säurebehandlung anfallende Mischung und vorzugsweise die nach der vorstehend beschriebenen Waschung erhaltene Mischung wird dann durch Zugabe einer alkalischen Substanz auf einen pH von ungefähr 2,7 bis ungefähr 10,5 gebracht. Von geeigneten alikalischen Materialien seien Alkalimetallhydroxyde und Ammoniumhydroxyd sowie Alkalisalze, wie beispielsweise Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat, Natriumphosphat und ähnliche Salze erwähnt, welche die Pektinsäure in eine lösliche Form überzuführen vermögen. Das alkalische Material kann irgend eine wasserlösliche Verbindung sein, die ein einwertiges anorganisches Kation enthält und in der Lage ist, beim Auflösen in Wasser Hydroxydionen zu erzeugen. Weitere Beispiele für derartige Verbindungen sind Ammoniumhydroxyd, Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd und Lithiumhydroxyd.
Vorzugsweise wird die alkalische Behandlung so lange durchgeführt, bis der pH der erhaltenen Mischung einen Wert von ungefähr 4,5 bis ungefähr 5,5 besitzt. Die Temperatur dieser Stufe kann ungefähr -1 C bis ungefähr 453 C betragen, sie wird jedoch vorzugsweise auf ungefähr 15 C bis ungefähr 350C eingestellt. Das alkalische Material wird vorzugsweise in Form fester Teilchen oder in Form von Lösungen mit Konzentrationen von ungefähr 5 % bis ungefähr 50 % verwendet.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass in der ersten Stufe der ersten Ausführungsform des Verfahrens, d. h.
gemäss der ersten Ausführungsform in bezug auf die Entfernung von Calcium und Magnesiumvernetzungen von den Tabak-Pektinen, das Behandlungsmittel Z-R die Calcium und/oder Magnesiumvernetzungen des Tabak Protopektins angreift und einen Niederschlag bildet, der ein Salz von Calcium und/oder Magnesium ist, so dass auf diese Weise die Calcium und/oder Magnesiumvernetzungen von dem Tabak-Protopektin und von der Lösung entfernt werden. In der ersten Stufe der zweiten Ausführungsform wird als Behandlungsmittel Z-R ein Maskierungsmittel verwendet, das einen Komplex oder ein Chelat mit dem Magnesium und/oder Calcium des Tabak-Protopektins bildet, so dass auf diese Weise das Calcium und/oder Magnesium nicht mehr für eine erneute Vereinigung mit den Pektinen zur Verfügung stehen.
In der ersten Stufe der dritten Ausführungsform wird als Behandlungsmittel Z-R eine Säure verwendet, welche die Calcium und/oder Magnesiumvernetzungen des Tabak-Protopektins angreift und lösliche Calcium und/oder Magnesiumsalze bildet, die anschliessend zur Beseitigung des Kontaktes mit den Pektinen weggewaschen werden.
In der ersten Stufe jeder der ersten zwei Ausführungsformen des Verfahrens liegt das anfallende Pektin in einem Zustand vor, der für eine Freisetzung aus der Tabakzellenstruktur geeignet ist. R in der Gleichung I ist ein einwertiges anorganisches Kation, beispielsweise Natrium. In der ersten Stufe der dritten Ausführungsform muss die bei der Säurebehandlung anfallende unlösliche Pektinsäure mit einem alkalischen Material vor der Freisetzung aus der Tabakzellenstruktur umgesetzt werden.
Sind die Tabak-Pektine aus dem Tabak in Freiheit gesetzt, und zwar durch die Entfernung der Calcium- und Magnesiumvernetzungen, dann sollten sie aus den Zwischenräumen des Tabaks herausgeholt werden, d. h. sie sollen der Lösung oder Suspension verfügbar gemacht oder in bestimmten Fällen nur auf die Oberfläche der Tabakteilchen abgeschieden werden. Gemäss den Ausführungsformen 1 und 2 kann diese Freisetzung gleichzeitig mit der ersten Stufe durch die Umsetzung mit der Lösung des Behandlungsmittels durchgeführt werden. Gemäss der Ausführungsform 3 soll jedoch, wie vorstehend bereits erwähnt, die bei der Behandlung anfallende unlösliche Pektinsäure mit einem alkalischen Material umgesetzt werden, bevor sie freigesetzt werden kann. In einem derartigen Falle kann die Freisetzung gleichzeitig mit der Zugabe des alkalischen Materials während eines Waschvorgangs durchgeführt werden.
In jedem Falle kann eine zusätzliche Behandlungsflüssigkeit oder Wasser verwendet werden, um die Freisetzung durch ein Waschen der behandelten Tabakteilchen zu bewirken.
In der nächsten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens können die in Freiheit gesetzten und abge trennen Tabakpektine anschliessend aus der Behandlungslösung ausgefällt werden, beispielsweise dadurch, dass eine Umwandlung in die unlösliche Pektinsäure oder in ein unlösliches Salz der Pektinsäure erfolgt.
Die Ausfällung kann auch durch die Wirkung eines mit Wasser mischbaren Lösungsmittels, wie beispielsweise Aceton oder Äthylalkohol, erfolgen, und zwar derart, dass ein wasserlösliches Salz der Pektinsäure aus der Lösung gedrängt wird.
Im Falle von Tabakpektinlösungen, wie beispielsweise Lösungen von Natrium- und Kaliumpektinaten und/oder Pektaten kann dies dadurch erfolgen, dass die Lösung so lange angesäuert wird, bis die Pektine ausfallen. Man kann auch ein Gelierungsmittel, wie beispielsweise eine alkoholische Lösung, die vorzugsweise einen pH von ungefähr 1-9 und vorzugsweise von unungefähr 1-5 besitzt, zugeben. Der pH der alkoholischen Lösung kann durch Zugabe einer Mineralsäure, beispielsweise HOI, zu dem Alkohol einreguliert werden.
Obwohl als bevorzugtes Gelierungsmittel Äthanol verwendet wird, kann auch irgendein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel mit bis zu ungefähr 10 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden, beispielsweise ein Keton, wie beispielsweise Aceton, oder ein Di äther, wie beispielsweise Dioxan. Mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel, wie beispielsweise ein Äther, z.B. Äthyläther, können eingesetzt werden, wenn sie mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton, kombiniert werden.
Die Tabakpektine können durch Konzentrierung der Lösung oder Suspension, in der sie zugegen sind, bis zur Ausfällung gewonnen werden. Dieser Niederschlag kann ebenfalls als schwer zu handhabende Masse charakterisiert werden, da die Pektinlösung nach der Konzentrierung im allgemeinen zunehmend viskoser wird, bis sie schliesslich trocknet, wobei ein Rückstand in einem olasartiaen festen Zustand zurückbleibt.
Eine erfindungsgemässe bevorzugte einleitende Stufe besteht darin, die Tabakpflanzenteile, die vorzugsweise auf eine relativ kleine Grösse vermahlen oder zerschnitten werden, mit kaltem Wasser zu waschen. Diese Waschung mit Wasser dient dazu, Verunreinigungen, welche die anschliessenden erfindungsgemässen Behandlungen in nachteiliger Weise beeinflussen könnten, zu entfernen. Es ist dann besonders zweckmässig, eine derartige Waschstufe mit kaltem Wasser einzuschalten, wenn Alkalicarbonate in der ersten Stufe als Reagenzien eingesetzt werden. Im allgemeinen sollte während einer derartigen Waschung mit Wasser eine derart ausreichende Menge Wasser verwendet werden, dass alle vorhandenen Tabakpflanzenteile bedeckt sind. Die Temperatur des Wassers kann zwischen -10 C und 1000 C liegen, wird jedoch vorzugsweise auf ungefähr 200 0 eingestellt.
Die Wasserwäsche sollte sich im allgemeinen auf eine Zeitspanne von ungefähr t/, bis 2 1/, Stunden erstrecken. Ein Rühren während der Wäsche ist zweckmässig, jedoch nicht notwendig. Nach Beendigung der Wasserwäsche kann das Wasser von den Tabakteilen durch Filtration, Dekantieren oder mittels anderer geeigneter Methoden entfernt werden.
Unter dem Begriff Tabakpektine sollen in Freiheit gesetzte Tabakpektine sowie Pektine verstanden werden, die von Tabak befreit oder aus Tabak freigesetzt worden sind und deshalb nicht an die Tabakstruktur gebunden werden. Diese Pektine unterscheiden sich von den unlöslichen, natürlich vorkommenden Protopektinen, die in der Pflanzenzellenstruktur gebunden sind. Unter den genannten Begriff fallen ferner freies Pektin oder Pektinsäure sowie die löslichen Salze, beispielsweise die Natrium-, Kalium- und Ammoniumpektate und -pektinate, und unlösliche Salze, beispielsweise die Calcium und Magnesiumpektate und -pektinate, und zwar je nachdem, welche Methode zur Freisetzung und Gewinnung dieser Tabakpektine aus den na türlich vorkommenden unlöslichen Protopektinen angewendet wird.
2. Der mineralische Bestandteil. Dieser Bestandteil, der dazu verwendet wird, dem Rauchermaterial hinsichtlich Glimmvermögen und Asche günstige Eigenschaften zu verleihen, kann aus einem Alkali- oder Erdalkalisalz, beispielsweise einem Calcium, Natrium-, Kalium- oder Magnesiumsalz, oder aus einem Ton bestehen.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich der filmbildenden Bestandteile zu ersehen ist, enthalten viele der als filmbildenden Bestandteile verwendeten Materialien in Kombination die Elemente Natrium, Kalium, Calcium oder Magnesium, so dass sie einen ausreichenden Gehalt an mineralischen Bestandteilen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besitzen. Dieses kombinierte Mineral, beispielsweise eine Mischung aus Calciumpektat und Kaliumpektat. kann in einen Tabakersatz eingebracht werden, um diesem zufriedenstellende Brenneigenschaften zu verleihen. In den meisten Fällen wird jedoch die filmbildende Komponente mit anderen Mineralstoffen vermischt. In vielen Fällen ist es zweckmässig und vorzuziehen, wasserunlösliche Mineralien zuzusetzen, wie beispielsweise Calcium und/oder Magnesiulorthophosphate, Pyrophosphat, Polyphosphate und dergleichen.
Ein besonders vorteilhafter mineralischer Bestandteil ist ausgefälltes Tricalciumphosphat (NF-Grad), das drei Stunden lang bei 10000 C calciniert wird. Diese Phosphate besitzen den besonderen Vorteil, dass sie dazu in der Lage sind, kleine Mengen an Calcium und Magnesiumionen in Freiheit zu setzen. Diese Freisetzung ist erforderlich, um die Zusammensetzungen mit der genauen Textur, welche die Formulierung beim Aufgie ssen auf ein Stahlband oder dergleichen besitzen muss, strangzupressen. Dieses Merkmal ist dann besonders wichtig, wenn die Zusammensetzungen keine Faser enthalten, welche normalerweise eine derartige Funktion erfüllt.
Beispiele für geeignete Alkali- und Erdalkalisalze, die sich erfindungsgemäss einsetzen lassen, sind:
Kaliumchlorid, Kaliumsulfat,
Kaliumphosphat, Kaliumnitrat,
Natriumchlorid, Natriumsulfat,
Natriumphosphat, Kaliumnitrat,
Calciumchlorid, Calciumsulfat,
Calciumphosphat, Calciumnitrat,
Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat,
Magnesiumphosphat, Magnesiumnitrat,
Lithiumchlorid, Lithiumsulfat,
Lithiumnitrat oder dergleichen. Es gibt ferner viele Tone, die sich als mineralische Füllstoffe verwenden lassen. Tone sind Mischungen aus hydrierten Silicaten von Aluminium, Calcium, Magnesium und Zink, gewöhnlich mit wechselnden Mengen an Eisen, Mangan, Kobalt oder anderen Schwermetallen, die den Tonen oft eine starke Färbung verleihen. Trivialnamen für einige geeignete Tone sind Kaolin, Montmorillonit, Bentonit, Attapulgit, Allophan, Illit und dergleichen.
Gewöhnlich ist es zweckmässig, einen stark gefärbten oder weissen Ton zu verwenden. Manchmal hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, gebrannte und erneut vermahlene Tone einzusetzen, da eine derartige Behandlung die mehrwertigen Kationen in weitgehenderem Masse einer allgemeinen Verfügbarkeit entziehen, so dass damit in geringerem Masse die Wahrscheinlichkeit besteht, dass diese Kationen mit dem Polyuronsäure-Bestandteil der erfindungsgemässen Zusammensetzungen in Wechselwirkung tritt.
Ein nikotinliefernder Bestandteil ist nicht wesentlich, jedoch wird ein derartiger Bestandteil vorzugsweise zugesetzt. Das Nikotin kann auf bekannte Weise durch Einmengung von Nikotin in den Tabak zugeführt werden. Beispielsweise kann es als solches dem Tabakersatz zugemischt werden oder kann in Form eines Materials zugefügt werden, das Nikotin beim Brennen des Tabakersatzes in Freiheit setzt. Die zuletzt genannte Methode wird in der USA-Patentschrift Nr. 3 109 436, welche die Zugabe eines Nikotin-Ionenaustauscherharzes zu Tabak zum Inhalt hat, beschrieben. Das Nikotin kann ferner in andere Teile des Tabakproduktes, beispielsweise das Filter oder das Zigarettenpapier, eingemengt werden, wobei das gleiche Ergebnis erzielt wird.
Ein nicht wesentlicher, jedoch bevorzugter Bestandteil ist ein Weichmacher. Der Weichmacher wird dazu verwendet, um der Gesamtzusammensetzung die gewünschten Verarbeitungseigenschaften zu verleihen.
Von geeigneten Weichmachern seien bestimmte Tabak extral;te, die durch Auslaugen von Tabakteilen mit Wasser oder mit Mischungen von Lösungsmitteln, wie beispielsweise Aceton, Methanol oder Isopropanol, mit Wasser oder durch Auslaugen von Tabakteilchen mit nicht wässrigen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Hexan, Tetrachloräthylen, Äthyl äther oder dergleichen, erhalten werden, erwähnt. Beispiele für andere Weichmacher sind die ein-, zwei- und dreibasischen Säuren, beispielsweise Milchsäure, Apfelsäure, Weinsäure oder Zitronensäure.
Ferner können als Weichmacher Glycerin, Triäthylenglykol, Sorbit, Invertzucker, Rohrzukker, Oligosaccharide, Triglyceridfette und -öle, langkettige Fettalkohole, geradkettige Paraffine, n-Paraffine, Paraffinwachse, Bienenwachs, Candellilawachs, Carnaubawachs, Zuckerrohrwachs, Maleate, Zitrate oder Stärkesirup verwendet werden. Besonders geeignete Weichmacher sind Natriumcitrat und Kaliumcitrat.
Wird eines dieser Materialien oder eine Kombination aus diesen Materialien verwendet, dann ergibt eine subjektive Bestimmung des Geschmacks und des Aromas des Rauches, der aus den Produkten erhalten wird, dass die Einmengung der erwähnten Materialien günstige Ergebnisse zur Folge hat.
Andere Materialien, welche in den Tabakersatz eingemengt werden können, sind beispielsweise nikotinenthaltende Extrakte aus Tabakblättern sowie andere Ge schmackstoffe, die dem Rauch einen erwünschten Geschmack verleihen. Von derartigen Geschmacksstoffen seien beispielsweise Lakritze, falsche Vanille, die hauptsächlich Öle oder Rum, Schokolade, Fruchtessenzen oder dergleichen erwähnt.
Die Mengen der wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemässen Formulierung werden von den als mineralisches Substrat und als Weichmacher verwendeten Materialien bestimmt. Beispielsweise kann der Polyuronsäuregehalt von ungefähr 20-70 X, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, schwanken. Wird ein hygroskopisches organisches Salz als Weichmacher verwendet, dann liegt die bevorzugte Menge an Polyuronsäure bei ungefähr 50 %. Im allgemeinen sollte der filmbildende Bestandteil 5-90 Gew.% der Zusammen setzung ausmachen.
Die Mineralien in den Tabakblättern, welche die gesamte Asche in dem pyrolysierten Produkt ergeben, liegen zwischen 18 und 23so, bezogen auf das Gesamtgewischt. Diese Mineralien bestehen hauptsächlich aus Calcium-Magnesium-Kalium-Salzen, wobei die Calcium-Magnesium-Salze in verschiedenen Molverhältnissen vorherrschen. Ein repräsentatives durchschnittliches Molverhältnis liegt bei 1 Mol Calcium und Magnesium pro 1 Mol Kalium. Für einige Blätter und Stengel wurden Calcium: Kalium-Verhältnisse bis zu 2,5:1 und bis herab zu 0,7:1 und sogar bis zu 0,45:1, bezogen auf das Gewicht, festgestellt.
Es existieren keine starren Grenzen innerhalb des angegebenen Bereichs für das Mg: Ca : K-Verhältnis, die besonders zweckmässig sind, da die Zusammensetzung sich insofern erheblich verändern kann, als natürlicher Tabak eine erheblich schwankende Zusammensetzung besitzt. Im allgemeinen sollte jedoch der mineralische Bestandteil vorzugsweise ungefähr 15-30%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzungen, ausmachen.
Der bevorzugte Bereich für den Weichmacher liegt bei ungefähr 25 Gew.%, obwohl eine weichmachende Wirkung in dem Bereich von 15-40S festgestellt wird.
Wie jedoch vorstehend erwähnt, ist ein Weichmacher lediglich ein stark bevorzugter Bestandteil, der jedoch auch aus der Zusammensetzung weggelassen werden kann.
Nikotin, ein ebenfalls bevorzugter Bestandteil, kann ungefähr 0,3 Gew.% bis ungefähr 3 Gew.% der Zusammensetzung ausmachen.
Die Reihenfolge, in welcher die Bestandteile zugegeben werden, ist insofern von Bedeutung, als Calciumsalze, sofern solche verwendet werden, dem filmbildenden Bestandteil zu einem Zeitpunkt zugesetzt werden sollten, wenn der pH-Wert der Mischung wenigstens 5,0 beträgt, damit die Calciumsalze daran gehindert werden, vorzeitig solubilisiert zu werden. Der PH- Wert der Mischung sollte auf ungefähr oberhalb 5,0 gehalten werden, da bei einem geringeren pH-Wert das Calcium sehr löslich ist und eine Gelierung verursacht. Ein bevorzugter pH-Bereich liegt zwischen 5,6 und 8,0.
Soll die Mischung vergossen werden, dann kann sie in ein Bindemittel mit einem Feststoffgehalt von 5,0 bis 25,0 % eingebracht werden. Ein bevorzugter Feststoffbereich liegt zwischen 9 und 15X. Soll die Mischung stranggepresst werden, dann kann ein höherer Feststoffgehalt eingehalten werden, beispielsweise in der Grössenordnung von 80%. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es zweckmässig, den Feststoffgehalt hoch zu halten, um ein Eindampfen grosser Wassermengen pro Gewichtseinheit des Produktes zu vermeiden.
Aus der erfindungsgemässen Zusammensetzung kann auf einem Stahlband oder dergleichen nach herkömmlichen Giessverfahren ein Film gegossen werden, wobei ein Material gebildet wird, das anschliessend zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitzelt wird. Die erfindungsgemässen Zusammensetzungen können wahlweise zu verschiedenen Formen stranggepresst oder zur Bildung eines Films mittels heisser Walzen stranggepresst werden.
Die Bildung eines vergossenen Films aus den erfindungsgemässen Zusammensetzungen gestattet eine bevorzugte erfindungsgemässe Verarbeitungsmethode, da der Film in einfacherer Weise verarbeitet und daher leichter in ein Produkt umgewandelt werden kann, welches einem natürlichen Tabakblätterprodukt sehr nahe kommt. Allerdings kann der erfindungsgemässe Tabakersatz auch nach anderen Methoden hergestellt werden, von denen das Strangpressen zu einer faserartigen Form oder Folienform oder zu anderen Formen erwähnt sei. Alle diese Formen können zu Stücken der gewünschten Grösse oder zur Einmengung in einen Tabakersatz zerschnitten werden.
Das durch Veränderungen der vorstehend angegebenen Bereiche und durch Vergiessen mit einem Feststoffgehalt von 9-15 % auf einem Stahlband hergestellte Füllmaterial lässt sich gut auf einer Zigarettenherstellungsmaschine verarbeiten. Sein Füllvermögen ähnelt demjenigen natürlicher Blätter. Seine Brennqualitäten und seine Aschefestigkeit sind gut. Eine subjektive Bestimmung der aus dem erfindungsgemässen Füllmaterial hergestellten Zigaretten zeigt, dass diese einen keine Reizwirkung verursachenden Rauch erzeugen, der dem Rauch von Tabakblättern sehr nahe kommt.
Der erfindungsgemässe Tabakersatz kann allein zur Einmengung in ein Raucherprodukt, beispielsweise in Zigaretten, Zigarren, Zigarillos, Rauchertabak oder dergleichen, verwendet werden oder in irgend einem Mengenverhältnis mit Tabak, und zwar entweder Tabak aus natürlichen Blättern oder künstlich zusammen gesetztem Tabak, kombiniert werden. Der Tabakersatz ist jedoch besonders geeignet zur Verwendung ohne den Zusatz irgendeines Tabaks, da er derart hergestellt werden kann, dass er im wesentlichen alle erwünschten Eigenschaften eines Tabaks. bringt, wobei im wesentlichen alle unerwünschten Eigenschaften eines Tabaks fehlen.
Beispiel I
Aus den Mittelrippen eines Burley-Tabaks wird durch Behandlung mit Diammoniumphosphat (DAP), und zwar in einer Menge von 20%, bezogen auf das Trockengewicht der Mittelrippen, Pektin extrahiert.
Der pH wird zu Beginn der Behandlung auf 7 eingestellt, worauf die Mischung eine Stunde lang auf 900 C: erhitzt wird. Nach Beendigung dieser Zeitspanne wird der Saft aus der Mischung ausgepresst und zur Gewinnung eines Gels in angesäuertes Aceton eingegossen. Das Gel wird mittels eines Käsetuches abfiltriert, verpresst, getrocknet und gewogen. Dabei wird in einer Ausbeute von ungefähr 15% das Pektin gewonnen. Das Material ist körnig und besitzt die Eigenschaften einer Pektinsäure.
9,1 g des extrahierten Pektins werden in Kombination mit 0,3 g Kaliumhydroxyd, 0,5 g Ammoniak in Lösung, um den pH auf 5,0 einzustellen, und 1,4 g Calciumpyrophosphat als Filmbildner verwendet. Das Calcium und Kalium werden eingesetzt, um dem Film gute Brenneigenschaften zu verleihen. Das. Calciumsalz wird zuletzt zugegeben, um das Pektin an einer Gelierung zu hindern, bevor der Film gebildet wird. Die Mischung wird auf ein endloses Band stranggepresst, worauf der erhaltene Film dampfgetrocknet wird. Der Film besitzt eine Dicke von ungefähr 127,0 p, ist undurchsichtig und zeigt eine gute Plastizität. Nach dem Anzünden brennt der Film gut und vermag das. Feuer gut zu halten, wobei eine kompakte weisse Asche gebildet wird. Der Film wird zur Herstellung eines Zigarettenfüllmaterials, das in Zigaretten eingemengt wird, zerschnitzelt.
Die Zigaretten werden geraucht, wobei ihre Brenneigenschaften beobachtet werden. Die Brenneigenschaften sind gut. Der Rauch besitzt einen sehr milden Geschmak.
Beispiel 2
197,5 g Kaliumhydroxyd und 193,5 g Magnesiumhydroxyd werden zu 18,6 kg Wasser zugegeben und in einer Cowles-Auflösun gsvorrichtung dispergiert.
1135,0 g Alginsäure (Kelacid, hergestellt von der Kelco Company) werden der Dispersion zugefügt, worauf die Mischung weiter gerührt wird. Dann werden weitere 18,6 kg Wasser sowie die nachstehend angegebenen Bestandteile in die Auflösungsvorrichtung eingefüllt: 454,0 g Triäthylenglykol (TÄG)
45,0 g Nikotin
57,0 g heller Tabakextrakt (in Äthyiendichlorid lös liche Bestandteile) mit Hexan als Träger
Der pH-Wert der Mischung beträgt 4,7. Der Feststoffgehalt wird zu 6,35 % ermittelt.
Das Material wird auf ein endloses Band stranggepresst, teilweise mit Infratrotwärme getrocknet und anschliessend von dem Band entfernt. Dann werden Streifen mit einer Länge von 20,3-25,4 cm aus dem Film ausgeschnitten und zur Vervollständigung des Trocknungsverfahrens ausgelegt. Die Streifen werden dann zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitten. Das Material lässt sich auf einer Zigarettenherstellungsmaschine gut verarbeiten.
Beispiel 3
Eine Reihe von Formulierungen wird hergestellt, um die Magnesium- oder Calcium- : Kalium-Verhält- nisse zu ermitteln, welche die wirksamsten Brenneigenschaften eines Films zur Folge haben, der als Ersatz für ein Tabakfüllmaterial in einer Zigarette bestimmt ist. Das aus jeder der Formulierungen hergestellte Bindemittel wird dadurch gewonnen, dass Pektinsäure und Calcium oder Magnesiumhydroxyd in heissem Leitungswasser dispergiert wird, worauf Kaliumhydroxyd zur Einstellung eines pH von 5,6 zugegeben wird. Die Mischung wird auf einem Dampfbad erhitzt, wobei sich ein Gleichgewichts-pH von 6,5 einstellt.
Das Material wird nach herkömmlichen Giessverfahren vergossen und entweder wasserdampf- oder luftgetrocknet. Der erhaltene Film wird zu einem Zigaret tenfüllmaterial zerschnitzelt, worauf Zigaretten hergestellt werden. Die Formulierungen und Brenneigenschaften sind nachstehend angegeben: a) 51,5 g Pektinsäure
7,1 g Kaliumhydroxyd
3,7 g Magnesiumhydroxyd
Der gebildete Film vermag das Feuer gut zu halten. Die Kohle und Asche blähen sich nicht auf (d. h.
es erfolgt kein Aufpuffen). Ausserdem wird eine kompakte weisse Asche gebildet.
b) Werden 4,7 g Calciumhydroxyd anstelle des Magnesiumhydroxyds in der obigen Formulierung verwendet, dann werden die gleichen Brenneigenschaften beobachtet.
c) 51,5 g Pektinsäure
5,54 g Magnesiumhydroxyd 3, 16 g Kaliumhydroxyd
Der aus dieser Formulierung hergestellte Film vermag nicht das Feuer zu halten.
d) 51,5 g Pektinsäure
3,13 g Calciumhydroxyd
9,52 g Kaliumhydroxyd
Der aus dieser Formulierung hergestellte Film vermag das Feuer gut zu halten. Die Kohle und Asche schäumen auf (d. h. es erfolgt ein Aufpuffen), ausserdem bildet sich eine dunkle Asche.
e) Werden 2,45 g Magnesiumhydroxyd anstelle des Calciumhydroxyds in der vorstehenden Formulierung d) verwendet, dann werden die gleichen Brenneigenschaften beobachtet.
Beispiel 4
268 g Apfelsäure werden in 20 1 Leitungswasser in einer Cowles-Auflösungsvorrichtung dispergiert. Die Dispersion wird mit 272 g einer Ammoniumhydroxydlösung neutralisiert. Dann werden 1000 g Natriumpolypektat (Produkt 6024, Sunkist Growers), in die Cowles-Aufiösungsvorrichtung gegeben, worauf die Mischung gründlich gerührt wird. Anschliessend werden 20 g Nikotin, 50 g Tabakextrakt (Extrakt, der mit Athylendichlorid aus hellen Tabakblättern extrahierbar ist) und 208 g Tricalciumphosphat in der genannten Reihenfolge zugegeben. Dann wird ein Farbmaterial zugesetzt, um die Farbe behandelter Tabakblätter zu simulieren. Die verwendeten Farben waren F-, D- und C-Farbstoffe, Nr. 1 blau, Nr. 6 gelb, Nr. 2 rot und Nr. 5 gelb. Das erhaltene Bindematerial besitzt einen Gleichgewichts-pH-Wert von 6,8.
Das Bindemittel wird in einer Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1524 Ed auf ein endloses Band stranggepresst, unter Anwendung von Infrarotwärme getrocknet und anschliessend mittels eines Abstreichmessers von dem Band abgehoben. Der Film ist lederartig, flexibel und besitzt eine faltige Oberfläche, die in ihrem Griff und Aussehen vollkommen einem Tabakblatt ähnelt.
Der Film wird in Folien mit einer Abmessung von 20.3 x 30,5 cm zerschnitten und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 12 S kommen gelassen. Die Folien werden dann zu einem Zigarettenfüllmaterial verschnitten, indem etwa 9 Schnitte pro cm durchgeführt werden.
Auf einer Hauni-Zigarettenherstellungsmaschine wird das Füllmaterial zu Zigaretten ohne Filter verarbeitet.
Im Vergleich zu einem normalen Zigarettenfüllmaterial aus Tabak lässt sich das Füllmaterial gut verarbeiten.
Die Zigaretten werden auf ihren Zugwiderstand getestet. Der Zugwiderstand wird als Druckabfall längs einer Zigarette angegeben, und zwar in mm Wasser, wenn Luft durch die Zigarette mit einer Geschwindigkeit von 1050 ml/Minute strömt. Zur Bestimmung dieser Druckdifferenz wird ein Ende der Zigarette in ein speziell ausgelegtes Rohr eingesetzt, durch welches Luft gezogen wird. Die Druckdifferenz zwischen dem offenen und geschlossenen Ende der Zigarette wird gemessen. Dabei stellt man fest, dass eine in den Handel gebrachte Zigarette im Vergleich zu einer aus Tabak hergestellten Zigarette einen um 252 niedrigeren Zugwiderstand besitzt, der jedoch nicht so niedrig ist, dass die Zigarette nicht allen Anforderungen in ausreichendem Masse entspricht.
Die Testzigaretten werden auf einer Analysenwaage in Gruppen von 40 Zigaretten gewogen, wobei die Gewichte der einzelnen Zigaretten berechnet und mit dem Gewicht von Vergleichszigaretten verglichen werden.
Die untersuchten Zigaretten besitzen ein etwas geringeres Gewicht als die Vergleichszigaretten.
Die getesteten Zigaretten sowie die Vergleichszigaretten werden mittels einer mit konstanten Volumen arbeitendem Rauchmaschine, die in 60 Sekunden einen 35 ml-Zug während einer Zeitdauer von 2 Sekunden nimmt, geraucht. Der Rauch wird auf einen Cam- bridge-Filterkörper geleitet, der Teilchen mit einer Grösse über 0,3 ,u zurückhält. Der Filterkörper wird vor und nach dem Rauchen von jeweils 4 Zigarettentypen gewogen, um die Gesamtmenge an gesammelten, in Teilchenform vorliegenden Substanzen zu bestimmen.
Die gesamten, in Teilchenform vorliegenden Substanzen der getesteten Zigarette betragen 12,5 mg!Zigarette.
Dies entspricht ungefähr der Hälfte der Vergleichszigarette.
Zur Bestimmung des Gesamtalkaloidgehaltes der getesteten Zigaretten und der Vergleichszigaretten wird das Füllmaterial zur Entfernung von mit Wasserdampf flüchtigen Alkaloiden einer Wasserdampfdestillation unterzogen. Das Destillat wird dann für eine spektrophotometrische Bestimmung verwendet. Das UV-Absorptionsspektrum des Destillats wird mit entsprechenden Standards verglichen. Unter Zugrundelegung dieses Vergleichs wird eine quantitative Bestimmung der gesamten Alkaloide durchgeführt. Der Gesamtalkaloidgehalt der getesteten Zigarette ist im Vergleich mit demwenigen der Vergleichszigarette günstig.
Die Zugzahl für die getesteten Zigaretten und die Vergleichszigaretten werden bestimmt, indem 4 Zigaretten geraucht werden, wobei die Anzahl der Züge gezählt wird, die erforderlich ist, bis die Verbrennungslinie die 30-mm-Marke der Zigaretten erreicht. Der Durchschnittswert der Anzahl der Züge wird für die einzelnen Zigaretten angegeben. Die Zugzahl, welche für die Testzigarette ermittelt wird, beträgt 13,2. Die Zugzahl für die Vergleichszigarette wird zu 8,0 ermittelt.
In der vorstehend beschriebenen Weise werden mittesl einer Rauchmaschine 40 getestete Zigaretten geraucht, wobei die aus festen Teilchen bestehende Phase mittels Cambridge-Filterkörpern gesammelt wird. Die Filterkörper werden dann mit Methanol extrahiert worauf das Material dazu verwendet wird. die Menge an Benzo(a)pyren in dem Rauch im Vergleich zu der Benzo(a)pyrenmenge zu bestimmen, die mit einer mit einem ganz hellen Tabak gefüllten Zigarette, welche als Vergleichszigarette dient, erhalten wird.
Der Methanolextrakt wird auf einem Dampfbad auf 3-4 ml eingedampft, worauf genügend Kieselgel (3 bis 4 g) zur Absorption der Lösung zugegeben wird. Das Kieselgel wird in einem Stickstoffstrom von Methanol befreit und oben auf eine vorher präparierte 25 x 600-mm Säule, die 40 g Kieselgel, gepackt als eine Aufschlämmung in Hexan, enthält, aufgegeben. Die ganze Ko- lonne wird zuerst mit 400 ml Hexan zur Entfernung von Wachsen eluiert. Anschliessend wird sie mit Benzol eluiert. Die ersten 130 ml des Eluats, welche den Boden der Kolonne nach der Benzolfront erreichen, werden gesammelt.
Das Benzoleluat wird zur Trockne eingedampft, worauf der Rückstand, der in wenigen Tropfen Benzol aufgenommen wird, auf acetyliertes Papier in Form eines 25 mm (1 inch)-Fleckens aufgegeben wird. Das Papier wird 16 Stunden lang aufsteigend mit Methylcellosolve entwickelt. Nach der Entwicklung erscheint die Benzo(a)pyrenzone bei Bestrahlung mit einer UV Lampe gegenüber einem bläulich-weissen Hintergrund als purpur-fluoreszierender Flecken, dessen Rr-Wert 0,3 beträgt. Der Flecken wird ausgeschnitten und in kleine Stücke zerschnitten, die in ein kleines Fläschchen gelegt und mit 5,0 ml Benzol-Methanol (4: 1) bedeckt werden.
Nach 1 Stunde wird das Lösungsmittel abdekantiert, worauf sein Fluoreszenzemissionsspektrum mittels eines Aminco-Keirs-Spektrophosphorime- bers unter Verwendung einer Anregungswellenlänge von 385 m,u gemessen wird. Die Menge an Benzo(a)pyren wird durch Vergleich der Höhe der 405 m Emissionsbande mit einer Eichkurve, die aus Standardbenzo (a)pyrenlösungen erhalten wird, bestimmt. Die Freisetzung von Benzo(a)pyren aus der Zigarette mit der ganz hellen Tabakfüllung beträgt 0,8 ppm. Die Freisetzung aus der getesteten Zigarette beträgt 0,45 ppm, so dass die freigesetzte Menge praktisch um die Hälfte vermindert ist.
Die Zigarette wird von einer Gruppe von Experten geraucht und im Vergleich zu im Handel erhältlichen Standardzigaretten bewertet. Dabei stellt sich heraus, dass der Rauch der getesteten Zigarette in nennenswerter Weise keine rauhen Geschmacksnoten aufweist.
Die Testzigarette wird von den Raucherexperten besser als angenehm eingestuft, da viele der testenden Personen diese Zigarette gegenüber der Vergleichszigarette, einer Standardzigarette, bevorzugen.
Beispiel 5
750 g Natriumpolypektat, die mit 250 g Polygalakturonsäure (Sunkist-ProduBt) Verstärkt sind, werden in 19 1 Leitungswasser durch Rühren der Mischung in einer Cowles-Auflösungsvorrichtung dispergiert. Dieser Dispersion werden folgende Materialien zugesetzt: 111 g Calciumpyrophosphat
21,00 g Nikotin
53,00 g Tabakextrakt (in Äthylendichlorid lösliche
Bestandteile) 200,0 g Triäthylenglykol (Sie)
43,00 g konzentriertes Ammoniak
Die Materialien werden in einer bestimmten Reihenfolge zugegeben. Das Calciumpyrophosphat wird zuerst zugesetzt, worauf sich die Zugabe des Tabakextraktes anschliesst, der in das TÄG gegeben wird. Bei einem pH-Wert von 3,5-4,0 wird der Mischung Nikoc tin zugesetzt.
Schliesslich erhöht das konzentrierte Ammoniak den pH-Wert auf 5,0-5,5. Bei Einhaltung dieser Reihenfolge der Zugabe wird ein Bindemittelprodukt mit einem Feststoffgehalt von 6,3 % erzeugt. Zur Simulierung der Tabakfarbe wird nach der in Beispiel 4 beschriebenen Methode ein Farbmaterial zugesetzt.
Das Material wird auf endloses Band in einer Schicht von ungefähr 1524 ,a stranggepresst. Der Film wird teilweise mittels Infrarotwärme getrocknet, von dem Band entfernt und in die Luft zum Trocknen gelegt. Der getrocknete Film besitzt eine Dicke von ungefähr 152,4 ,u. Er ist biegsam und weist eine matte Oberfläche auf. Der Film wird zu Folien verschnitten und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 12% kommen gelassen. Die Folien werden dann zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitzelt. Sie lassen sich ohne Bildung unerwünschter Staubmengen zerkleinern. Auf einer Hauni-Zigarettenherstellungsmaschine werden Zigaretten hergestellt.
Werden die Zigaretten auf ihren Zugwiderstand getestet und nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise gewogen, dann stellt sich heraus, dass der Zugwiderstand 17-23 mm Wasser und das durchschnittliche Gewicht 1,1 g beträgt.
Die Testzigaretten und eine als Vergleichszigarette verwendete handelsübliche Zigarette werden mittels einer Rauchmaschine mit konstantem Volumen geraucht, wobei der Rauch filtriert und der Gehalt an teilchenförmigen Substanzen nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode bestimmt wird. Der Gehalt an teilchenförmigen Substanzen der Testzigarette beträgt ungefähr 50% der Menge der Vergleichszigarette.
Die Zugzahl für die Testzigarette und die Vergleichszigarette wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode bestimmt. Die Zahl ist etwas höher als die für die Vergleichszigarette ermittelte Zahl.
Der Benzo(a)pyrengehalt des Rauchs der getesteten Zigarette wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise bestimmt und mit der entsprechenden Menge einer Vergleichszigarette verglichen, die aus einem ganz hellen Tabak hergestellt wird.
Die Testzigarette besitzt einen Benzo (a)pyrengehalt, der gegenüber demjenigen der Vergleichszigarette erheblich herabgesetzt ist.
Die Mitglieder einer Gruppe von Taucherexperten, welche die Zigarette subjektiv beurteilen, stellen fest, dass der Rauch mild und angenehm ist.
Beispiel 6
700 g Natriumpolypektat werden nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise dispergiert. Die nachstehend angegebenen Bestandteile werden wie in Beispiel 2 zugesetzt:
350,0 g Rohrzucker
157,5 g Calciumpyrophosphat
210,0 g Triäthylenglykol
14,0 g Nikotin
35,0 g Tabakextrakt (in Athylendichlorid lösliche
Substanzen)
14 1 Leitungswasser
Der Gleichgewichts-pH beträgt 6,8
Diese Mischung wird auf ein endloses Band gegossen und mittels Infrarotwärme teilweise getrocknet.
Der Film wird von dem Band mittels eines Abstreichmessers entfernt und durch Lufttrocknung weiter getrocknet. Der Film wird dann zu Folien verschnitten und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 12 % kommen gelassen.
Die Folien werden zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitzelt und zur Herstellung von Zigaretten verwendet.
Der Zugwiderstand der Zigaretten, welcher nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode bestimmt wird, beträgt 23-25 mm Wasser. Das Gewicht der Zigaretten wird zu ungefähr 75% des Gewichtes von Standardzigaretten, die zum Vergleich untersucht werden, ermittelt.
Der Gehalt an in Partikelform vorliegenden Substanzen, welcher gemäss Beispiel 1 bestimmt wird, beträgt 31,1 mg/Zigarette. Dieser Gehalt ist höher als derjenige der Vergleichszigarette, welcher 21,8 mg/Zigarette beträgt.
Die für die untersuchte Zigarette nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode ermittelte Zugzahl beträgt 11,3. Für die Vergleichszigarette wird eine Zugzahl von 8 ermittelt.
Die Freisetzung von Benzo(a)pyren der untersuchten Zigaretten und der Vergleichszigaretten (die aus einem ganz hellen Tabak hergestellt werden) wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode chromatographisch ermittelt. Sie beträgt 0,35 bzw. 0,8 ppm.
Die untersuchten Zigaretten und Vergleichszigaretten werden von einer Gruppe von Personen getestet.
Der Rauch der getesteten Zigaretten wird als mild und angenehm beurteilt. Er besitzt einen leicht süssen Geschmack und ein Aroma, welches an karamelisierten Zucker erinnert.
Ohne sich an eine bestimmte Theorie binden zu wollen, nimmt man an, dass das erfindungsgemäss verwendete folienbildende Material wegen der einzigartigen chemischen und stereochemischen Eigenschaften der natürlichen Pektinsubstanzen, Algine oder dergleichen ein erwünschtes Produkt ergibt.
Die Pektine und Algine sind infolge der an das fünfte Kohlenstoffatom ihrer Monomereneinheiten gebundenen Carboxylgruppen Säuren, wohingegen Zellulose oder Hemizellulose an dieser Stelle primäre Alkoholgruppen, Methylgruppen oder Wasserstoff enthält. Die Carboxylgruppe wird bei einer bei tiefer Temperatur durchgeführten Pyrolyse leichter angegriffen als die entsprechenden Gruppen der Zellulose und Hemizellulose. Die Carboxylgruppe bietet ferner die Möglichkeit, sich mit Asche-produzierenden Kationen und Kohlehydratmaterialien zu einem einzigen Molekül zu verbinden.
Die üblichen synthetischen Oxyzellulosen besitzen eine teilweise Ergänzung der Carboxylgruppen an dem 5. Kohlenstoffatom, behalten jedoch einige unveränderte Zelluloseeinheiten bei. Sie besitzen ferner andere Zelluloseeinheiten in verschiedenen Oxydationsstufen, die willkürlich mit Stickoxyden verestert sind. Daher unterschieden sich die Pektine konstitutionell von konkurrierenden raucherzeugenden Kohlehydratmaterialien.
Sie sind ferner gegenüber einigen spezifischen stereochemischen Konfigurationen, von denen bekannt ist, dass sie hinsichtlich der Pyrolyse erhebliche Unterschiede aufweisen, einzigartig und unterschiedlich. Die Pektine (im allgemeinen zusammen mit Stärke) besitzen an dem l-Kohlenstoffatom eine a-Struktur, während Zellulose, Hemizellulose oder Oxyzellulose an dem l-Kohlenstoffatom eine ss-Struktur aufweisen. Dass dieser Unterschied im Hinblick auf die Pyrolyse sehr gross ist, ergibt ein Vergleich von Stärke und Zellulose bei der Pyrolyse. Stärke bildet bei einer Tieftemperaturpyrolyse Zwischenprodukte, d. h. thermische Stärkedextrine, die Gegenstand einer eigenen Stärketechnologie sind. Demgegenüber zersetzt sich Zellulose bei viel höheren Temperaturen ohne Bildung ähnlicher Materialien.
Die Pektine sind ebenfalls von Stärke oder Zellulosematerialien aufgrund der unterschiedlichen stellungsmässigen Anordnung an dem 4-Kohlenstoffatom, das den Pektinpolymeren eine trans - anstelle der cis -Konfiguration, die in der Stärke gefunden wird, verleiht, verschieden. Während die a-Konfiguration einzig und allein zu einem cis -Stärkepolymerisat führt, führt die gleiche Konfiguration zu einer trans -Struktur des Polymeren im Falle von Pektinen.
Andere Zusammenhänge gehen aus den folgenden Formeln hervor, welche die strukturellen Beziehungen der entsprechenden Monomereneinheiten und Polymeren zeigen:
EMI10.1
a-D-Glukose ss-D-Glukose (Stärke) (Zellulose, Xylan, oxydierte Zellu lose, bei welcher aus der Gruppe CH2OH eine COOH-Gruppe wird)
EMI10.2
(Pektine, in welchen aus der ss-D-Galaktose CH20H-Gruppe eine 00011- Gruppe wird) a-D-Galaktose ----- bedeutet oberhalb der Papierebene.
bedeutet unterhalb der Papierebene
EMI11.1
I = Pektinsäure (Polygalakturonsäure) (a-Konfigura tion, Galaktose) II = Polyglukuronsäure, Xylan COOH = H (ss-Kon figuration, Glukose) Zellulose COOH=CH2OH III = Stärke (cr-;Konfiguration, Glukose).
Wie zu ersehen, besitzen die Algine an dem Ci- Atom ss-Konfiguration. Wegen der Konfigurationen der Mannuronsäure- und Glukuronsäureeinheiten weisen sie jedoch eine trans -Polymerisatstruktur auf.
b) aus den Zwischenräumen der so behandelten Pflan zenteile die erhaltenen Pektine mindestens teilweise freisetzt, c) die Pektine von den behandelten Pflanzenteilen ab
Tobacco substitutes
The invention relates to a tobacco substitute and a method for producing the same. In particular, the invention relates to a smoking material which can be incorporated into cigarettes, pipe tobacco and other smoking products, either as a sole smoking component or to partially replace the tobacco, and to a use for the production of such a material. It is in the nature of smoking products that the manufacture of a tobacco substitute is an extremely difficult process. The intricacies associated with smoking and making a product that would appeal to the smoker in terms of both taste and aroma, as well as other qualities a smoker expects from a tobacco, make synthesis of such a product difficult.
Although many attempts have been made to manufacture tobacco substitutes, particularly during the war when tobacco was difficult to obtain, none of the attempts has resulted in the development of a satisfactory tobacco substitute.
The biological requirements that are necessary for the growth of a tobacco plant are completely different from the chemical and physical requirements for the generation of a smoke which is perceived as pleasant by the smoker.
Often there are constituents in tobacco which result in the formation of a smoke that is less desirable from the point of view of the smoker and which tend to adversely affect the character of the smoke of tobacco products. For example, tobacco, which is a natural product, contains some components which, if the tobacco consumer could make his choice, would be better left out of the tobacco. Furthermore, tobacco varies from harvest to harvest and even from leaf to leaf, both in terms of its chemical composition and its physical structure. It would of course be most advantageous if it were possible to assemble a smoking product in such a way that only all of the desirable and none of the undesirable properties of the tobacco are shown to advantage.
Such a synthetic product or tobacco substitute would make it possible to omit from the formulations those ingredients which exert an adverse effect, either biologically or organoleptically, and to include in the smoking product those ingredients which are desirable in the smoke.
Attempts have been made to manufacture synthetic products which can serve as tobacco substitutes. However, a completely satisfactory product could not be developed prior to the present invention. Indeed, it was not possible to manufacture a synthetic product that even remotely approached the desired qualities of smoking tobacco.
A tobacco substitute has now been developed which is equivalent to a natural tobacco in terms of smoking enjoyment and at the same time does not have the undesirable properties that are often found in natural tobacco. Furthermore, the present invention enables the creation of a smoking product that is perfectly uniform and can be produced under controlled conditions. The present invention also provides a new method of making such a smoking product.
A smoking product that is a tobacco substitute is made in a new way from carefully selected ingredients.
The essential components that are used to produce the tobacco composition according to the invention are: 1. a film-forming component and 2. a mineral component.
1. The film-forming component. This is preferably a material containing pectin. However, this material can also contain algin or the like. The film-forming component can consist of an acidic gum (acidic pectin material) with an acid number above 30 mg KOH per g gum. One class of substances, the calcium-magnesium-potassium-sodium salts of polyuronic acids, make up approximately one third of the structural carbohydrate of tobacco leaves and, when combined, provide the materials necessary for smoldering.
Representative examples of this class are acidic pectins and pectates available from tobacco, pectin from citrus fruits, alginic acid, polyuronic acids, salts of these acids, synthetic esters of alginic acid, esters of pectic acids or other pectins that form films and are used as film formers can. Pectins of all degrees of methylation can be used. Even mixtures of pectin materials with high and low molecular weights can be used according to the invention. Most preferably, a pectin material of such a type is used, which is obtained from parts of tobacco plants which contain pectins with alkaline earth metal crosslinks, the material being obtained as follows:
1.
The tobacco plant parts are contacted with a treatment solution which contains a reagent which destroys the alkaline earth metal crosslinks, whereupon
2. The tobacco pectins obtained are at least partially released from the spaces between the treated tobacco plants and
3. The tobacco pectins are separated.
Such a material constitutes a particularly suitable film-forming component. Some methods for producing such tobacco pectins are described below. In the following description, the term pectin substances (for the sake of simplicity, unless otherwise stated, the term pectins is used to mean pectin substances) is to be understood as meaning substances which are found in many plant products. They essentially consist of partially methylated galacturonic acids that are linked in long chains.
The pectins found in tobacco plants contain acetyl groups and are different from commercially available pectins found in other plants, such as the pectins found in sugar beet, citrus, and other fruits. Tobacco protopectins are completely insoluble in hot water. In many cases, the pectin chains are particularly stable in alkaline solutions compared to protopectins obtained from other sources.
They are mainly composed of water-insoluble pectins (protopectins), which consist of the calcium and magnesium salts of partially esterified and slightly acetylated polymers of galacturonic acid. The divalent calcium and / or magnesium atoms act as crosslinks between the acid chains, so that the polymers become water-insoluble.
The structural formula given below of the calcium salt of a polymer from galacturonic acid can serve as an illustration:
EMI2.1
<tb> <SEP> networking <SEP> networking
<tb> <SEP> COOCa <SEP> CH3COO <SEP> OH <SEP> COOCa <SEP> <<SEP> OH <SEP> OH
<tb> <SEP> I <SEP> 1 <SEP> I <SEP> 1 <SEP> I <SEP> I
<tb> <SEP> C <SEP> O <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O <SEP> CC
<tb> <SEP> 7 '
<tb> <SEP> / 1 <SEP> 7 <SEP> / 1
<tb> <SEP> 7 <SEP> H <SEP> 7 <SEP> H <SEP> H <SEP> 7 <SEP> H <SEP> 7 <SEP> H <SEP> H
<tb> O-C-H <SEP> H-C-O-C-H <SEP> H-C-O-C-H <SEP> H-C-O-C-H
<tb> <SEP> OH <SEP> -C-H <SEP> // <SEP> \\ H <SEP> H7 <SEP> \ H <SEP> (
<tb> <SEP> 1 / <SEP> ¯¯ <SEP> i- "" <SEP> ¸ <SEP> ¯¯ <SEP> 7
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> CO <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O
<tb> <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OCOCH3 <SEP> OCOC
<tb>
Although pectins have long been used as ingredients
of the plant tissue are known, it has been found that it is extremely difficult to separate pectins from the remaining plant components and to obtain them as homogeneous compositions. Separating pectins from tobacco is even more difficult than separating pectins from other plants.
Of the tobacco parts which can be used according to the invention, leaves, stalks and stalks or mixtures of these components, which can be in the form of sheets or flakes or in the form of individual particles, may be mentioned. The parts are preferably ground, cut or otherwise brought into a shape which has a large surface area. The parts of the plant that are formed by the stems or mid-ribs and are often referred to as tobacco leaf stalks. are the preferred starting materials. Tobacco stems that contain small amounts of pectin-containing materials can also be used.
In the first stage of the process, tobacco pectins are released from pectin-containing materials in the tobacco in that the pectin-containing materials are reacted with a reagent which, with the calcium (and / or magnesium) contained in the materials, forms a compound or a product with a lower calcium ion concentration and, in the case of magnesium, with a lower magnesium ion concentration in the treatment solution than the naturally occurring calcium (or magnesium) pectate is able to react. The term concentration should be understood to mean the mean concentration or activity, as explained in Glasstone, Textbook of Physical Chemistry, 2nd edition, page 945 (D.V. Nostrand Company, Inc.).
The reaction can generally be represented by Equation I, which shows the reaction of a type of tobacco protopectin (a calcium salt of a polymer of galacturonic acid) in which calcium crosslinks are present with the reagent of the invention. In the equation, R can stand for hydrogen, in which case the product consists of pectic acid. R can also be a monovalent inorganic cation such as sodium, potassium or ammonium.
Equation I is as follows:
Equation I.
EMI3.1
<tb> <SEP> networking
<tb> <SEP> COOCa <SEP> - <SEP> CH3COO <SEP> OH
<tb> <SEP> O <SEP> o <SEP> C <SEP> C
<tb> <SEP> 7H <SEP> 711 <SEP> H <SEP> H <SEP> \
<tb> -0-0-11 <SEP> 11-0-0 <SEP> 0-11 <SEP> 11-0-0- <SEP> + <SEP> zR
<tb> <SEP> \ 11 <SEP> 117 <SEP> \ H <SEP> 7
<tb> <SEP> 17 <SEP> H / <SEP> \ I <SEP> 7
<tb> <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O
<tb> <SEP> OH <SEP> OH <SEP> COOCH3
<tb> Calcium pectate according to the invention
Treatment solution
EMI3.2
<tb> <SEP> COOR <SEP> CH3COO <SEP> OH
<tb> <SEP> O <SEP> C - C
<tb> <SEP> 1 <SEP> 7 '
<tb> / A <SEP> / H <SEP> H
<tb> <SEP> 11-0-0 <SEP> 0-11 <SEP> 11-0-0- <SEP> + <SEP> Z-Approx
<tb> \\ H <SEP> H / <SEP> \ H <SEP> 7
<tb> <SEP> \ H <SEP> 7
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> OH <SEP> 011 <SEP> 000 <SEP> C <SEP> 113 <SEP> Product <SEP> with <SEP> lower <SEP> cations
<tb>
<SEP> OH <SEP> OH <SEP> OOCH3 <SEP> concentration <SEP> as <SEP> the <SEP> calcium
<tb> <SEP> pectic acid <SEP> or <SEP> soluble <SEP> pectate <SEP> pectate <SEP> in <SEP> of the <SEP> treatment solution.
<tb>
According to one embodiment of the method, the reagent, which can be in solution and preferably is in solution, acts by forming a precipitate with the calcium or magnesium. It can be a water-soluble monovalent metal salt of the formula MnX, wherein M is a monovalent inorganic cation, n is an integer with a value of 1, 2 or 3 and X is an anion which can be monovalent and polyvalent, so that the calcium salt of the formula CapXq, where p and q are integers corresponding to the functionality of X, is essentially insoluble in the treatment solution. Effective monovalent cations are for example the alkali metals, e.g. Sodium, potassium and lithium and also ammonium and substituted ammonium ions of the formula (NR4) +, where R is aryl or alkyl.
The anion part of the molecule can consist of C032-, P043-, HPO4-, HO.i- or the like. For example, the compound MnX can consist of sodium carbonate, Na2CO3, since sodium is a monovalent inorganic cation and calcium carbonate is essentially insoluble in water. Other representative examples of precipitants are the orthophosphates, metaphosphates and carbonates of sodium, potassium, lithium and ammonium. In the case of the orthophosphates, the anion part of the molecule can consist of either P043-, HPO42- or H.) PO4-. For example, if ammonium orthophosphate is used, the precipitate consists of calcium and / or magnesium ammonium phosphate.
The pH of this reaction should be between about 5.8 and 10, while the temperature should preferably be between about 250 ° C. and about 1350 ° C., with a reaction time of about one minute to about 24 hours being maintained. Specific examples of precipitants that can be used are sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, ammonium orthophosphate, acidic ammonium phosphate and sodium orthophosphate.
According to a second embodiment of the method, the reagent acts by sequestering the calcium or magnesium, the calcium or magnesium atoms being removed by forming a soluble complex with the reagent.
Suitable reagents of this type are any masking agent which forms a complex or a chelate with the calcium or magnesium, these elements being removed and withdrawn from a renewed crosslinking with the pectin. Examples of such masking agents are i6çthylenediaminetetraacetic acid and similar amino acids, alkali polymetaphosphates, such as tetrametaphosphates, hexametaphosphates and trimetaphosphates, pyrophosphates and tripolyphosphates, such as, for example
Sodium hexametaphosphate,
Tetrasodium pyrophosphate and
Pentasodium tripolyphosphate.
The mechanism that occurs when a sequestering agent is used can be such that either a complex or a chelate is formed. In either case, calcium and magnesium ions are no longer available to combine with the pectations in the solution. Many naturally occurring amines and peptides are also effective as sequestrants for calcium and / or magnesium. Representative examples are alanine, aspartic acid, glycine, glycylglycine, glutamic acid, serine, tyrosine and diiodo-1-tyrosine.
Of amino acids that are effective as solubilizing agents via chelation, let ss-alanine-N, N-diacetic acid,
Aminobarbituric acid-N, N-diacetic acid,
2-aminobenzoic acid-N, N-diacetic acid, β-aminoethylphosphonic acid-N, N-diacetic acid, 3-aminoethylsulfonic acid-N, N-diacetic acid and ethylenediamine-tetraacetic acid are mentioned. The pH of this reaction should be between about 4 and about 10, while the temperature should preferably be adjusted to between about 0 ° C. and about 1450 ° C. for a period of about one minute to about 24 hours.
It is also possible to use reagents which act partly as precipitating agents according to the first embodiment of the invention and partly as masking agents according to the second embodiment of the invention. Such a reagent is, for example, DAP (secondary diammonium orthophosphate).
According to a third embodiment of the method, the reagent consists of an acid which forms the released, but insoluble free pectic acid and soluble calcium and magnesium salts.
Suitable acids include inorganic acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid and sulfuric acid and similar acids which form calcium and magnesium salts under the conditions given below. The acid can be used in the form of 0.25N to 5.0N solutions; however, it is preferably used in the form of 0.5 n to 1.0 n solutions. The exact dilution and the amount to be used will vary with the particular acid used. It is only necessary that there be a sufficient amount of acid to convert the calcium and magnesium present in the tobacco to be treated into the calcium and magnesium salts of the acid. The acid treatment is preferably carried out at a temperature between about -10 C and about 553C.
The acid treatment consists in treating the tobacco parts with the acid until the mixture obtained has a pH of approximately 1.0 to approximately 2.5. Preferably the pH is adjusted to about 1.0 to about 1.7, the most convenient pH range being between 1.15 and 1.55. This treatment is carried out for approximately 10 minutes to 24 hours, the treatment time depending in part on the size of the tobacco particles.
The mixture obtained is then preferably washed with water. This water washing is preferably carried out at a temperature between about 150 ° C. and about 350 ° C., preferably using distilled water.
When this washing step is used, a sufficient amount of water should be used to remove the calcium and magnesium salts of the acids formed in the treatment described above. Therefore, at least 2 volumes of water should be used per volume of the mixture resulting from the acid treatment. The washing water is separated from the tobacco by any suitable method, for example by carrying out the washing in a centrifuge, filter press, in a Buchner funnel or in any other apparatus in which liquids can be substantially removed from solid materials.
The mixture resulting from the acid treatment and preferably the mixture obtained after the washing described above is then brought to a pH of approximately 2.7 to approximately 10.5 by adding an alkaline substance. Suitable alkaline materials include alkali metal hydroxides and ammonium hydroxide and also alkali salts, such as, for example, sodium bicarbonate, sodium carbonate, sodium phosphate and similar salts, which are able to convert the pectic acid into a soluble form. The alkaline material can be any water-soluble compound that contains a monovalent inorganic cation and is capable of generating hydroxide ions when dissolved in water. Further examples of such compounds are ammonium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
The alkaline treatment is preferably carried out until the pH of the mixture obtained has a value of approximately 4.5 to approximately 5.5. The temperature of this stage can be about -1 ° C to about 453 ° C, but it is preferably set to about 15 ° C to about 350 ° C. The alkaline material is preferably used in the form of solid particles or in the form of solutions having concentrations of from about 5% to about 50%.
In summary it can be stated that in the first stage of the first embodiment of the method, i. H.
According to the first embodiment with regard to the removal of calcium and magnesium crosslinks from the tobacco pectins, the treatment agent ZR attacks the calcium and / or magnesium crosslinks of the tobacco protopectin and forms a precipitate which is a salt of calcium and / or magnesium, so that in this way the calcium and / or magnesium crosslinks are removed from the tobacco protopectin and from the solution. In the first stage of the second embodiment, a masking agent is used as the treatment agent ZR, which forms a complex or a chelate with the magnesium and / or calcium of the tobacco protopectin, so that in this way the calcium and / or magnesium is no longer necessary for a new one Association with the pectins are available.
In the first stage of the third embodiment, an acid is used as treatment agent Z-R, which attacks the calcium and / or magnesium cross-links of the tobacco protopectin and forms soluble calcium and / or magnesium salts, which are then washed away to remove contact with the pectins.
In the first stage of each of the first two embodiments of the method, the pectin produced is in a state that is suitable for release from the tobacco cell structure. R in equation I is a monovalent inorganic cation such as sodium. In the first stage of the third embodiment, the insoluble pectic acid obtained during the acid treatment must be reacted with an alkaline material before it is released from the tobacco cell structure.
If the tobacco pectins are set free from the tobacco, namely by removing the calcium and magnesium cross-links, then they should be removed from the interstices of the tobacco, i.e. H. they should be made available to the solution or suspension or, in certain cases, only be deposited on the surface of the tobacco particles. According to embodiments 1 and 2, this release can be carried out simultaneously with the first stage by the reaction with the solution of the treatment agent. According to embodiment 3, however, as already mentioned above, the insoluble pectic acid which occurs during the treatment is to be reacted with an alkaline material before it can be released. In such a case, the release can be carried out simultaneously with the addition of the alkaline material during a washing process.
In either case, an additional treatment liquid or water can be used to effect the release by washing the treated tobacco particles.
In the next step of the process according to the invention, the released and separated tobacco pectins can then be precipitated from the treatment solution, for example by converting them into insoluble pectic acid or into an insoluble salt of pectic acid.
The precipitation can also take place through the action of a water-miscible solvent, such as acetone or ethyl alcohol, in such a way that a water-soluble salt of pectic acid is forced out of the solution.
In the case of tobacco pectin solutions, such as for example solutions of sodium and potassium pectinates and / or pectates, this can be done by acidifying the solution until the pectins precipitate. One can also add a gelling agent, such as an alcoholic solution, preferably having a pH of about 1-9 and preferably about 1-5. The pH of the alcoholic solution can be regulated by adding a mineral acid, for example HOI, to the alcohol.
Although ethanol is used as the preferred gelling agent, any water-miscible organic solvent having up to about 10 carbon atoms can also be used, for example a ketone such as acetone or a diether such as dioxane. Solvents immiscible with water, such as an ether, e.g. Ethyl ethers can be used when combined with a water-miscible solvent such as acetone.
The tobacco pectins can be obtained by concentrating the solution or suspension in which they are present until they precipitate. This precipitate can also be characterized as a difficult to handle mass, as the pectin solution generally becomes increasingly viscous after concentration until it finally dries, leaving a residue in an olasartiaen solid state.
A preferred preliminary step according to the invention consists in washing the tobacco plant parts, which are preferably ground or cut to a relatively small size, with cold water. This washing with water serves to remove impurities which could adversely affect the subsequent treatments according to the invention. It is then particularly useful to switch on such a washing stage with cold water when alkali metal carbonates are used as reagents in the first stage. In general, during such a water wash, sufficient water should be used to cover all of the tobacco plant parts present. The temperature of the water can be between -10.degree. C. and 1000.degree. C., but is preferably set to approximately 200.degree.
The water wash should generally extend over a period of about 1 1/2 to 2 1/2 hours. Stirring while washing is useful, but not necessary. After the water wash is complete, the water can be removed from the tobacco parts by filtration, decanting or other suitable methods.
The term tobacco pectins should be understood to mean released tobacco pectins and pectins which have been freed from tobacco or released from tobacco and are therefore not bound to the tobacco structure. These pectins differ from the insoluble, naturally occurring protopectins that are bound in the plant cell structure. The term also includes free pectin or pectic acid as well as the soluble salts, for example the sodium, potassium and ammonium pectates and pectinates, and insoluble salts, for example the calcium and magnesium pectates and pectinates, depending on the method of release and extraction of these tobacco pectins from the naturally occurring insoluble protopectins is used.
2. The mineral component. This component, which is used to give the smoking material favorable properties with regard to smoldering capacity and ash, can consist of an alkali or alkaline earth metal salt, for example a calcium, sodium, potassium or magnesium salt, or of a clay.
As can be seen from the above statements with regard to the film-forming components, many of the materials used as film-forming components contain the elements sodium, potassium, calcium or magnesium in combination, so that they have a sufficient content of mineral components for the purposes of the present invention. This combined mineral, for example a mixture of calcium pectate and potassium pectate. can be incorporated into a tobacco substitute to impart satisfactory burning properties to it. In most cases, however, the film-forming component is mixed with other minerals. In many cases it is expedient and preferable to add water-insoluble minerals, such as calcium and / or magnesium orthophosphates, pyrophosphate, polyphosphates and the like.
A particularly advantageous mineral component is precipitated tricalcium phosphate (NF grade), which is calcined at 10,000 ° C. for three hours. These phosphates have the particular advantage that they are able to release small amounts of calcium and magnesium ions. This release is necessary in order to extrude the compositions with the precise texture that the formulation must have when poured onto a steel belt or the like. This feature is particularly important when the compositions do not contain fiber which normally performs such a function.
Examples of suitable alkali and alkaline earth salts which can be used according to the invention are:
Potassium chloride, potassium sulfate,
Potassium phosphate, potassium nitrate,
Sodium chloride, sodium sulfate,
Sodium phosphate, potassium nitrate,
Calcium chloride, calcium sulfate,
Calcium phosphate, calcium nitrate,
Magnesium chloride, magnesium sulfate,
Magnesium phosphate, magnesium nitrate,
Lithium chloride, lithium sulfate,
Lithium nitrate or the like. There are also many clays that can be used as mineral fillers. Clays are mixtures of hydrated silicates of aluminum, calcium, magnesium and zinc, usually with varying amounts of iron, manganese, cobalt or other heavy metals, which often give the clays a strong color. Common names for some suitable clays are kaolin, montmorillonite, bentonite, attapulgite, allophane, illite, and the like.
It is usually convenient to use a heavily colored or white tone. Sometimes it has proven to be advantageous to use burnt and regrinded clays, since such a treatment removes the polyvalent cations from general availability to a greater extent, so that there is less likelihood that these cations with the polyuronic acid component of the invention Compositions interacts.
A nicotine-providing ingredient is not essential, but such ingredient is preferably added. The nicotine can be supplied in a known manner by mixing nicotine into the tobacco. For example, it can be added as such to the tobacco substitute or can be added in the form of a material which releases nicotine when the tobacco substitute burns. The last-mentioned method is described in US Pat. No. 3,109,436, which relates to the addition of a nicotine ion exchange resin to tobacco. The nicotine can also be incorporated into other parts of the tobacco product, such as the filter or the cigarette paper, with the same result.
A non-essential but preferred ingredient is a plasticizer. The plasticizer is used to impart the desired processing properties to the overall composition.
Suitable plasticizers are certain tobacco extral; te that are produced by leaching tobacco parts with water or with mixtures of solvents such as acetone, methanol or isopropanol, with water or by leaching tobacco particles with non-aqueous solvents such as hexane, tetrachlorethylene, ethyl ether or the like, are mentioned. Examples of other plasticizers are the mono-, di- and tribasic acids, for example lactic acid, malic acid, tartaric acid or citric acid.
Furthermore, glycerine, triethylene glycol, sorbitol, invert sugar, cane sugar, oligosaccharides, triglyceride fats and oils, long-chain fatty alcohols, straight-chain paraffins, n-paraffins, paraffin waxes, beeswax, candelilla wax, carnauba wax, sugar cane waxes, or starch, sugar cane waxes can be used as plasticizers. Particularly suitable plasticizers are sodium citrate and potassium citrate.
If one of these materials or a combination of these materials is used, then a subjective determination of the taste and aroma of the smoke obtained from the products indicates that the incorporation of the mentioned materials produces favorable results.
Other materials that can be mixed into the tobacco substitute are, for example, nicotine-containing extracts from tobacco leaves and other flavorings that give the smoke a desired taste. Examples of such flavorings are liquorice, false vanilla, mainly oils or rum, chocolate, fruit essences or the like.
The amounts of the essential constituents of the formulation according to the invention are determined by the materials used as mineral substrates and as plasticizers. For example, the polyuronic acid content can vary from about 20-70% based on the total weight of the mixture. If a hygroscopic organic salt is used as the plasticizer, the preferred amount of polyuronic acid is about 50%. In general, the film-forming ingredient should make up 5-90% by weight of the composition.
The minerals in the tobacco leaves which make up all of the ash in the pyrolyzed product are between 18 and 23 ° based on the total wiped. These minerals consist mainly of calcium-magnesium-potassium salts, with the calcium-magnesium salts predominating in various molar ratios. A representative average mole ratio is 1 mole calcium and magnesium per 1 mole potassium. For some leaves and stems calcium: potassium ratios as high as 2.5: 1 and as low as 0.7: 1 and even as low as 0.45: 1 by weight have been found.
There are no rigid limits within the specified range for the Mg: Ca: K ratio, which are particularly expedient since the composition can change considerably insofar as natural tobacco has a considerably fluctuating composition. In general, however, the mineral ingredient should preferably constitute about 15-30% based on the weight of the compositions.
The preferred range for the plasticizer is about 25% by weight, although a plasticizing effect is found in the range of 15-40S.
However, as mentioned above, a plasticizer is merely a highly preferred ingredient, but it can also be omitted from the composition.
Nicotine, also a preferred ingredient, can constitute from about 0.3% to about 3% by weight of the composition.
The order in which the ingredients are added is important in that calcium salts, if used, should be added to the film-forming ingredient at a time when the pH of the mixture is at least 5.0 in order to have the calcium salts thereon prevented from being prematurely solubilized. The pH of the mixture should be kept about above 5.0, as at a lower pH the calcium is very soluble and causes gelation. A preferred pH range is between 5.6 and 8.0.
If the mixture is to be poured, it can be incorporated into a binder with a solids content of 5.0 to 25.0%. A preferred range of solids is between 9 and 15X. If the mixture is to be extruded, a higher solids content can be maintained, for example of the order of 80%. For economic reasons it is advisable to keep the solids content high in order to avoid evaporation of large amounts of water per unit weight of the product.
A film can be cast from the composition according to the invention on a steel strip or the like using conventional casting methods, a material being formed which is then shredded into a cigarette filling material. The compositions of the present invention can optionally be extruded into various shapes or extruded using hot rollers to form a film.
The formation of a cast film from the compositions according to the invention permits a preferred processing method according to the invention, since the film can be processed in a simpler manner and therefore more easily converted into a product which comes very close to a natural tobacco leaf product. However, the tobacco substitute according to the invention can also be produced by other methods, of which extrusion into a fiber-like shape or film shape or into other shapes should be mentioned. All of these shapes can be cut into pieces of the desired size or for incorporation into a tobacco substitute.
The filler material produced by changing the above-mentioned ranges and by casting with a solids content of 9-15% on a steel belt can be processed well on a cigarette production machine. Its filling capacity is similar to that of natural leaves. Its burning qualities and its ash resistance are good. A subjective determination of the cigarettes produced from the filler material according to the invention shows that they produce a smoke which does not cause irritation and which comes very close to the smoke from tobacco leaves.
The tobacco substitute according to the invention can be used alone for incorporation into a smoker's product, for example in cigarettes, cigars, cigarillos, smoking tobacco or the like, or can be combined in any proportion with tobacco, either tobacco made from natural leaves or artificially composed tobacco. However, the tobacco substitute is particularly suitable for use without the addition of any tobacco because it can be made to have essentially all of the desirable properties of a tobacco. brings, with substantially all of the undesirable properties of a tobacco missing.
Example I.
Pectin is extracted from the central ribs of a Burley tobacco by treatment with diammonium phosphate (DAP) in an amount of 20%, based on the dry weight of the central ribs.
The pH is adjusted to 7 at the beginning of the treatment and the mixture is then heated to 900 ° C. for one hour. At the end of this period, the juice is squeezed out of the mixture and poured into acidified acetone to obtain a gel. The gel is filtered off using a cheesecloth, pressed, dried and weighed. The pectin is obtained in a yield of around 15%. The material is granular and has the properties of a pectic acid.
9.1 g of the extracted pectin are used in combination with 0.3 g of potassium hydroxide, 0.5 g of ammonia in solution to adjust the pH to 5.0, and 1.4 g of calcium pyrophosphate as a film former. The calcium and potassium are used to give the film good burning properties. The. Calcium salt is added last to prevent the pectin from gelling before the film is formed. The mixture is extruded onto an endless belt and the resulting film is steam dried. The film has a thickness of about 127.0 µm, is opaque, and exhibits good plasticity. After lighting, the film burns well and is able to hold the fire well, forming a compact white ash. The film is shredded to produce a cigarette filler which is incorporated into cigarettes.
The cigarettes are smoked while observing their burning properties. The burning properties are good. The smoke has a very mild taste.
Example 2
197.5 g of potassium hydroxide and 193.5 g of magnesium hydroxide are added to 18.6 kg of water and dispersed in a Cowles dissolver.
1135.0 g of alginic acid (Kelacid, manufactured by the Kelco Company) is added to the dispersion and the mixture is further stirred. Then another 18.6 kg of water and the following ingredients are poured into the dissolving device: 454.0 g of triethylene glycol (TÄG)
45.0 grams of nicotine
57.0 g light-colored tobacco extract (in ethylene dichloride soluble components) with hexane as a carrier
The pH of the mixture is 4.7. The solids content is found to be 6.35%.
The material is extruded onto an endless belt, partially dried with infrared heat and then removed from the belt. Strips 8-8 inches long are then cut from the film and laid out to complete the drying process. The strips are then cut into a cigarette filler. The material can be processed well on a cigarette manufacturing machine.
Example 3
A number of formulations are made to determine the magnesium or calcium: potassium ratios which result in the most effective burning properties of a film intended to replace a tobacco filler material in a cigarette. The binder made from each of the formulations is obtained by dispersing pectic acid and calcium or magnesium hydroxide in hot tap water, whereupon potassium hydroxide is added to adjust the pH to 5.6. The mixture is heated on a steam bath, an equilibrium pH of 6.5 being established.
The material is cast using conventional casting methods and either steam or air-dried. The film obtained is shredded into a cigarette filler, whereupon cigarettes are made. The formulations and burning properties are given below: a) 51.5 g pectic acid
7.1 g potassium hydroxide
3.7 g of magnesium hydroxide
The film formed is able to hold the fire well. The coal and ash do not puff up (i.e.
there is no puffing). In addition, a compact white ash is formed.
b) If 4.7 g calcium hydroxide are used instead of the magnesium hydroxide in the above formulation, then the same burning properties are observed.
c) 51.5 g pectic acid
5.54 g of magnesium hydroxide 3, 16 g of potassium hydroxide
The film made from this formulation cannot hold the fire.
d) 51.5 g of pectic acid
3.13 g calcium hydroxide
9.52 g potassium hydroxide
The film made from this formulation can hold fire well. The coal and ash foam up (i.e. puff up) and a dark ash forms.
e) If 2.45 g of magnesium hydroxide are used instead of the calcium hydroxide in formulation d) above, the same burning properties are observed.
Example 4
268 g of malic acid are dispersed in 20 l of tap water in a Cowles dissolver. The dispersion is neutralized with 272 g of an ammonium hydroxide solution. 1000 grams of sodium polypectate (Product 6024, Sunkist Growers) is then added to the Cowles dissolver and the mixture is stirred thoroughly. Then 20 g of nicotine, 50 g of tobacco extract (extract which can be extracted from light-colored tobacco leaves with ethylene dichloride) and 208 g of tricalcium phosphate are added in the order mentioned. A coloring material is then added to simulate the color of treated tobacco leaves. The colors used were F, D and C dyes, No. 1 blue, No. 6 yellow, No. 2 red, and No. 5 yellow. The binding material obtained has an equilibrium pH of 6.8.
The binder is extruded onto an endless belt in a layer with a thickness of approximately 1524 Ed, dried using infrared heat and then lifted off the belt by means of a doctor blade. The film is leathery, flexible and has a wrinkled surface that is completely similar to a tobacco leaf in its feel and appearance.
The film is cut into sheets measuring 20.3 x 30.5 cm and allowed to come to a moisture content of 12%. The films are then cut into a cigarette filler by making about 9 cuts per cm.
The filler material is processed into cigarettes without a filter on a Hauni cigarette manufacturing machine.
Compared to a normal cigarette filling material made of tobacco, the filling material can be processed well.
The cigarettes are tested for their draw resistance. The draw resistance is given as the pressure drop across a cigarette, in mm of water, when air flows through the cigarette at a rate of 1050 ml / minute. To determine this pressure difference, one end of the cigarette is inserted into a specially designed tube through which air is drawn. The pressure difference between the open and closed ends of the cigarette is measured. It is found that a cigarette placed on the market has a draw resistance that is 252 lower than a cigarette made from tobacco, but it is not so low that the cigarette does not sufficiently meet all requirements.
The test cigarettes are weighed on an analytical balance in groups of 40 cigarettes, the weights of the individual cigarettes being calculated and compared with the weight of comparison cigarettes.
The cigarettes examined have a slightly lower weight than the comparison cigarettes.
The tested cigarettes as well as the comparison cigarettes are smoked by means of a constant volume smoking machine which takes a 35 ml puff in 60 seconds for a period of 2 seconds. The smoke is directed onto a bridge filter body which retains particles with a size greater than 0.3 µ. The filter body is weighed before and after smoking of 4 types of cigarettes each to determine the total amount of particulate matter collected.
The total particulate substances of the tested cigarette are 12.5 mg / cigarette.
This corresponds to about half of the comparison cigarette.
To determine the total alkaloid content of the cigarettes tested and the comparison cigarettes, the filler material is subjected to steam distillation to remove alkaloids which are volatile with water vapor. The distillate is then used for a spectrophotometric determination. The UV absorption spectrum of the distillate is compared with the corresponding standards. A quantitative determination of the total alkaloids is carried out on the basis of this comparison. The total alkaloid content of the cigarette tested compares favorably with the little of the comparative cigarette.
The puff count for the tested cigarettes and the comparative cigarettes are determined by smoking 4 cigarettes, counting the number of puffs required for the burn line to reach the 30 mm mark on the cigarettes. The average value of the number of puffs is given for each cigarette. The number of puffs determined for the test cigarette is 13.2. The number of puffs for the comparison cigarette is determined to be 8.0.
In the manner described above, cigarettes tested are smoked using a smoking machine 40 with the particulate solid phase being collected using Cambridge filter bodies. The filter bodies are then extracted with methanol, whereupon the material is used. to determine the amount of benzo (a) pyrene in the smoke in comparison to the amount of benzo (a) pyrene that is obtained with a cigarette filled with a very light tobacco, which serves as a comparison cigarette.
The methanol extract is evaporated to 3-4 ml on a steam bath, whereupon enough silica gel (3-4 g) is added to absorb the solution. The silica gel is stripped of methanol in a stream of nitrogen and loaded on top of a previously prepared 25 x 600 mm column containing 40 g of silica gel packed as a slurry in hexane. The whole column is first eluted with 400 ml of hexane to remove wax. It is then eluted with benzene. The first 130 ml of the eluate which reach the bottom of the column after the benzene front are collected.
The benzene eluate is evaporated to dryness and the residue, which is taken up in a few drops of benzene, is applied to acetylated paper in the form of a 25 mm (1 inch) spot. The paper is ascendingly developed with methyl cellosolve for 16 hours. After development, the benzo (a) pyrene zone appears on irradiation with a UV lamp against a bluish-white background as a purple-fluorescent spot, the Rr value of which is 0.3. The spot is cut out and cut into small pieces which are placed in a small vial and covered with 5.0 ml benzene-methanol (4: 1).
After 1 hour, the solvent is decanted off, whereupon its fluorescence emission spectrum is measured by means of an Aminco-Keirs spectrophosphorimeter using an excitation wavelength of 385 m. The amount of benzo (a) pyrene is determined by comparing the height of the 405 m emission band with a calibration curve obtained from standard benzo (a) pyrene solutions. The release of benzo (a) pyrene from the cigarette with the very light-colored tobacco filling is 0.8 ppm. The release from the tested cigarette is 0.45 ppm, so that the amount released is practically reduced by half.
The cigarette is smoked by a group of experts and rated against standard commercially available cigarettes. It turns out that the smoke of the tested cigarette does not have any harsh taste notes to any significant extent.
The test cigarette is rated better by the smoking experts as pleasant, since many of the test persons prefer this cigarette to the comparison cigarette, a standard cigarette.
Example 5
750 g of sodium polypectate fortified with 250 g of polygalacturonic acid (Sunkist product) are dispersed in 19 l of tap water by stirring the mixture in a Cowles dissolver. The following materials are added to this dispersion: 111 g calcium pyrophosphate
21.00 g nicotine
53.00 g tobacco extract (soluble in ethylene dichloride
Ingredients) 200.0 g triethylene glycol (you)
43.00 g concentrated ammonia
The materials are added in a specific order. The calcium pyrophosphate is added first, followed by the addition of the tobacco extract, which is added to the TÄG. Nikoc tin is added to the mixture at pH 3.5-4.0.
Finally, the concentrated ammonia increases the pH to 5.0-5.5. If this order of addition is followed, a binder product with a solids content of 6.3% is produced. To simulate the tobacco color, a coloring material is added according to the method described in Example 4.
The material is extruded onto endless belt in a layer of approximately 1524, a. The film is partially dried using infrared heat, removed from the tape and placed in the air to dry. The dried film has a thickness of about 152.4, u. It is flexible and has a matt surface. The film is cut into foils and allowed to come to a moisture content of 12%. The films are then shredded into a cigarette filler material. They can be crushed without the formation of unwanted amounts of dust. Cigarettes are made on a Hauni cigarette making machine.
When the cigarettes are tested for resistance to draw and weighed in the manner described in Example 1, it is found that the resistance to draw is 17-23 mm of water and the average weight is 1.1 g.
The test cigarettes and a commercially available cigarette used as a comparison cigarette are smoked by means of a constant volume smoking machine, the smoke being filtered and the content of particulate substances determined according to the method described in Example 1. The particulate matter content of the test cigarette is approximately 50% of the amount of the comparison cigarette.
The puff count for the test cigarette and the comparison cigarette is determined according to the method described in Example 1. The number is slightly higher than the number found for the comparison cigarette.
The benzo (a) pyrene content of the smoke of the tested cigarette is determined in the manner described in Example 1 and compared with the corresponding amount of a comparison cigarette which is made from a very light-colored tobacco.
The test cigarette has a benzo (a) pyrene content which is considerably lower than that of the comparison cigarette.
The members of a group of diving experts who subjectively assess the cigarette find that the smoke is mild and pleasant.
Example 6
700 g of sodium polypectate are dispersed in the manner described in Example 1. The following ingredients are added as in Example 2:
350.0 g cane sugar
157.5 g calcium pyrophosphate
210.0 g of triethylene glycol
14.0 g nicotine
35.0 g tobacco extract (soluble in ethylene dichloride
Substances)
14 1 tap water
The equilibrium pH is 6.8
This mixture is poured onto an endless belt and partially dried using infrared heat.
The film is removed from the tape with a doctor blade and further dried by air drying. The film is then cut into sheets and allowed to come to a moisture content of 12%.
The foils are shredded into a cigarette filling material and used to manufacture cigarettes.
The draw resistance of the cigarettes, which is determined using the method described in Example 1, is 23-25 mm of water. The weight of the cigarettes is determined to be approximately 75% of the weight of standard cigarettes which are examined for comparison.
The content of substances present in particle form, which is determined according to Example 1, is 31.1 mg / cigarette. This content is higher than that of the comparison cigarette, which is 21.8 mg / cigarette.
The number of puffs determined for the examined cigarette according to the method described in Example 1 is 11.3. A puff of 8 is determined for the comparison cigarette.
The release of benzo (a) pyrene of the cigarettes examined and the comparison cigarettes (which are made from a very light tobacco) is determined chromatographically using the method described in Example 1. It is 0.35 and 0.8 ppm, respectively.
The examined cigarettes and comparison cigarettes are tested by a group of people.
The smoke of the tested cigarettes is judged to be mild and pleasant. It has a slightly sweet taste and an aroma that is reminiscent of caramelized sugar.
Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that the film-forming material used in the present invention provides a desired product because of the unique chemical and stereochemical properties of natural pectin substances, alginates, or the like.
The pectins and algins are acids due to the carboxyl groups attached to the fifth carbon atom of their monomer units, whereas cellulose or hemicellulose contains primary alcohol groups, methyl groups or hydrogen at this point. The carboxyl group is more easily attacked by a pyrolysis carried out at low temperature than the corresponding groups of cellulose and hemicellulose. The carboxyl group also offers the ability to combine with ash-producing cations and carbohydrate materials into a single molecule.
The usual synthetic oxycelluloses have a partial addition of the carboxyl groups on the 5th carbon atom, but retain some unchanged cellulose units. They also have other cellulose units in various stages of oxidation that are arbitrarily esterified with nitrogen oxides. Therefore, the pectins differ constitutionally from competing smoke-producing carbohydrate materials.
They are also unique and different from some specific stereochemical configurations known to be significantly different with respect to pyrolysis. The pectins (generally together with starch) have an a-structure on the l-carbon atom, while cellulose, hemicellulose or oxycellulose have an s-structure on the l-carbon atom. A comparison of starch and cellulose in pyrolysis shows that this difference is very large with regard to pyrolysis. Starch forms intermediate products during low-temperature pyrolysis, i. H. thermal starch dextrins, which are the subject of their own starch technology. In contrast, cellulose decomposes at much higher temperatures without forming similar materials.
The pectins are also different from starch or cellulosic materials because of the different positional arrangement on the 4-carbon atom, which gives the pectin polymers a trans instead of the cis configuration found in starch. While the a configuration only leads to a cis starch polymer, the same configuration leads to a trans structure of the polymer in the case of pectins.
Other relationships emerge from the following formulas, which show the structural relationships of the corresponding monomer units and polymers:
EMI10.1
a-D-glucose ss-D-glucose (starch) (cellulose, xylan, oxidized cellulose, in which the group CH2OH becomes a COOH group)
EMI10.2
(Pectins in which the ss-D-galactose CH20H group becomes a 00011 group) a-D-galactose ----- means above the plane of the paper.
means below the plane of the paper
EMI11.1
I = pectic acid (polygalacturonic acid) (a-configuration, galactose) II = polyglucuronic acid, xylan COOH = H (ss configuration, glucose) cellulose COOH = CH2OH III = starch (cr-; configuration, glucose).
As can be seen, the algins on the Ci atom have ss configuration. However, because of the configurations of the mannuronic acid and glucuronic acid units, they have a trans polymer structure.
b) at least partially releases the pectins obtained from the interstices between the treated plant parts, c) removes the pectins from the treated plant parts