DE1517299C - Verfahren zur selektiven Entfernung von Alkaloiden aus Tabak - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Entfernung von Alkaloiden aus Tabak. Im besonderen betrifft die Erfindung ein wirksames Verfahren zur selektiven Extraktion von Nikotin und anderen Alkaloiden aus Tabak, welches den Gehalt an oder die Eigenschaften von Wachsen, Aromastoffen, Geschmacksstoffen und anderen Bestandteilen des Tabaks nicht wesentlich beeinflußt.

Aus der deutschen Patentschrift 554 139 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung nikotinfreier Tabake durch Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel bekannt. Das Verfahren hat den Nachteil, daß zusammen mit Nikotin auch andere lösliche Tabakinhaltsstoffe extrahiert werden. Ferner werden zwar diese anderen Bestandteile nach Entfernung des Nikotins wieder mit dem extrahierten Tabak vereinigt, dadurch läßt sich jedoch nicht verhindern, daß das fertige Produkt nicht voll, ausgeglichen und aromatisch schmeckt und riecht.

Ähnliche Nachteile zeigt ein anderes Verfahren, das in der schweizerischen Patentschrift 225 351 beschrieben ist. Auch bei diesem Verfahren, das ebenfalls einen hohen Aufwand erfordert, werden zunächst zusammen mit Nikotin nichtalkaloide lösliche Tabakbestandteile extrahiert und nachträglich wieder dem Tabak einverleibt, nachdem das Nikotin abgetrennt ist.

Es wurde nun ein Verfahren gefunden, mit dem Tabakalkaliode, insbesondere Nikotin aus Tabak selektiv entfernt werden können, ohne daß andere Tabakbestandteile mitentfernt werden.

Gegenstand ,der Erfindung ist ein Verfahren zur selektiven Entfernung von Alkaloiden insbesondere von Nikotin aus Tabak durch Extraktion von Tabak mit einem organischen Lösungsmittel, Abtrennen der Alkaloide bzw. des Nikotins aus dem Lösungsmittelextrakt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der-gesättigte, einmal mit Tabak in Berührung gewesene Lösungsmittelextrakt zum Abtrennen der Alkaloide mit Salzlauge versetzt, das gesamte, vom Alkaloid befreite Lösungsmittel im Kreislauf zu einem bereits behandelten oder anderen Tabak zurückgeführt wird und die mit Alkaloiden angereicherte Salzlauge alkalisch gemacht, dann mit einem zweiten organischen Lösungsmittel in Berührung gebracht und aus diesem die Alkaloide in bekannter Weise abgetrennt werden.

Erfindungsgemäß wird nach Extraktion des Tabaks mit einem organischen Lösungsmittel und nach selektiver Entfernung der Alkaloidfraktion aus dem Lösungsmittel das vom Alkaloid befreite Lösungsmittel zum gleichen oder einem anderen Tabak zurückgeführt. Auf diese Art wird das extrahierende Medium sehr schnell mit den im Lösungsmittel löslichen Bestandteilen, die keine Alkaloide sind, wie Wachse, Aromastoffe usw., sehr schnell gesättigt und hört deshalb auf, für diese Bestandteile als Lösungsmittel zu wirken.

Zur selektiven Entfernung des Alkalcidgehalts des Extraktionsmediums wird das Extraktionsmedium nach der Extraktion des Tabaks mit Salzlauge zusammengebracht. Während die Alkaloidfraktion der gelösten Substanzen hierbei größtenteils entfernt wird, werden die Wachse, Aromastoffe und andere Bestandteile der gelösten Substanzen nicht wesentlich beeinflußt. Es ist besonders vorteilhaft, daß die Entfernung von wesentlichen Mengen des erwünschten Zuckers aus dem Tabak, ein Problem, das bei den früheren Verfahren vorlag, durch das erfindiingsgemäße Verfahren vermieden wird. Das wieder zurückgeführte Extraktionsmedium wirkt weiter als Lösungsmittel für Nikotin, da es aber mit den anderen Fraktionen gesättigt ist, entfernt oder beeinflußt es diese nicht wesentlich.

Während reines Nikotin in Salzlauge zum größten Teil unlöslich ist, treten im Tabak Nikotin und andere Alkaloide als Salze auf, und diese Salze sind sowohl in Salzlauge als auch in den üblichen organischen

ίο Lösungsmitteln" leicht löslich. Viele andere Tabakbestandteile sind ebenfalls in Wasser oder in Salzlauge löslich, und es ist deshalb erforderlich, daß ein Zusammenbringen von Tabak mit einem dieser Medien während der Extraktion vermieden wird. Aus diesem

is Grunde ist es vorzuziehen, als Extraktionsmedium ein Lösungsmittel zu wählen, welches während der Berührung mit der Salzlauge nicht eine solche Menge Wasser aus der Lauge aufnimmt, die genügt, um als wirksames Lösungsmittel für die wasserlöslichen Fraktionen des Tabaks zu wirken.

Ein weiterer Vorteil, der durch die Wahl solch eines Lösungsmittels erhalten wird, liegt darin, daß dadurch wesentliche Niederschläge von Salz auf dem Tabak vermieden werden.

Die Auswahl des Extraktionsmittels wird deshalb hauptsächlich durch die beschränkte gegenseitige Löslichkeit von Wasser oder Salzlauge in besonderen Lösungsmitteln bestimmt. Die Toleranzgrenzen des »Blutens« (d. h. Löslichkeit von Tabakfraktionen in einem teilweise wäßrigen Medium) und des Laugengehaltes des erhaltenen Tabaks können selbstverständlich variieren. Es ist dem Fachmann möglich, diese Toleranzgrenzen festzulegen, und der Fachmann weiß auch, welche Lösungsmittel für die beschriebenen Bedingungen brauchbar sind, oder er kann dies durch einfache Prüfungen bestimmen. Im allgemeinen wurde gefunden, daß es vorzuziehen ist, ein Lösungsmittel zu wählen, welches nicht mehr als 0,1 % Salz aus der Salzlauge löst. Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist

Methyläthylketon (MÄK). Andere Lösungsmittel sind brauchbar und werden auch bevorzugt, wenn sie keine größere gegenseitige Löslichkeit mit der Salzlauge haben als Methyläthylketon. Eine teilweise Liste von brauchbaren Lösungsmitteln enthält Methylisobutylketon und höhere Ketone, Methylenchlorid, Trichloräthylen, Hexan, Isobutylalkohol und höhere niedere Alkylalkohole. Es ist dem Fachmann aus den angegebenen Bedingungen klar, welche Lösungsmittel zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind. Da das Lösungsmittel aus dem extrahierten Tabak durch die üblichen, dem Fachmann bekannten thermischen Mittel entfernt werden kann, kann es auch erwünscht sein, daß das Lösungsmittel unter 100° C siedet.

Die Lauge kann irgendeines der anorganischen Salze enthalten. Das am meisten übliche ist NaCl. Zu anderen geeigneten Substanzen gehören KCl, Na₂SO₄, K₂SO₄, NaNO₃, KNO₃, MgCl₂, MgSO₄, CaCl₂ usw. Das pH der Salzlösung ist vorzugsweise bei oder unter 7, beispielsweise im Bereich von 4,0 bis 7,0, obwohl ein pH, das über oder unter diesem Bereich liegt, in besonderen Fällen als brauchbar festgestellt wurde. Soweit die Nikotinverteilung zwischen Lauge und Lösungsmittel in Betracht kommt, kann das pH ziemlich niedrig sein, z. B. 2,5, aber das Raucharoma einiger Tabaksorten kann ungünstig beeinflußt werden, wenn das pH der Salzlauge unter ungefähr 4,0 liegt. Ein bevorzugter Bereich des pH der Salzlauge ist 5,0 bis 6,5.

und aus diesem Grunde werden die Salze einer schwachen Säure und starken Base im allgemeinen nicht in der Salzlauge verwendet.

Umgekehrt jedoch sind diese Salze von starken Säuren und schwachen Basen für die Salzlauge recht geeignet. Die Salze von starken Säuren und starken Basen können ebenfalls verwendet werden, und das pH kann, wenn erforderlich, durch Zugabe von Säure oder einem geeigneten Puffersalz herabgesetzt werden. Zu den für diesen Zweck geeigneten Säuren gehören beispielsweise Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Zitronensäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Weinsäure und Maleinsäure. Geeignete Puffer und Puffersysteme sind allgemein bekannt, und zu ihnen gehören beispielsweise Essigsäure—Natriumacetat, Zitronensäure— Natriumeitrat, Maleinsäure—Kaliummalat, Weinsäure—Natriumtartrat, Phosphorsäure—Kaliumphosphat.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird das Lösungsmittel durch den Tabak perkoliert und der gesättigte Extrakt mit seiner Salzlösung zusammengebracht. Die letzte Verfahrensstufe wird gewöhnlich in einem Extraktionsgefäß durchgeführt, in welchem Flüssigkeit mit Flüssigkeit extrahiert wird, obwohl auch gleichwertige Mittel, wie Mischen des Extrakts mit der Salzlösung und Absetzenlassen zur Phasentrennung, verwendet werden können.

Das Verfahren wird im einzelnen. an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist F i g. 1 ein Verfahrensschema. Der Tabak wird in den Perkolator 1 für Blätter gebracht, der mit einer Zuleitung 2 vom Behälter für das Lösungsmittel und mit einer Zuleitung 3 zum Zurückführen und einem Abfluß 5 versehen ist. Zu Beginn des Verfahrens wird frisches Lösungsmittel oder Lösungsmittel, welches mit Wachsen und anderen Bestandteilen des Tabaks, die keine Alkaloide sind, gesättigt ist, durch die Zuleitung in den Perkolator 1 gegeben. Nach dem Perkolieren durch den Tabak wird die Alkaloide enthaltende Flüssigkeit durch den Abfluß 5 und den Abscheider 6 mittels Pumpe 7 abgezogen und dem Extraktionsgefäß 10 für Flüssigkeiten durch Flüssigkeiten zugeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird durch den Strömungsmesser 8 gemessen werden, wobei abgeleitete Extraktionsflüssigkeit durch die Leitung 9 zurück zu dem Perkolator 1 für Blätter geführt wird, in welchen sie durch die Zuführung 4 eintritt.

Die Salzlauge wird aus dem Behälter 11 gleichzeitig dem Extraktionsgefäß 10 zugeführt, in welchem sie im Gegenstrom auf das Extraktionslösungsmittel trifft, wobei die abfließende Salzlauge durch den Barometerteil 12 geht (die gezeigte Anordnung des Extraktionsgefäßes für Flüssigkeiten durch Flüssigkeiten ist für Lösungsmittel, die leichter als Wasser oder Salzlauge sind, aber dies schließt nicht die Verwendung anderer Extraktionsgefäße aus, in welchen Lösungsmittel behandelt werden, die schwerer als Wasser oder Lauge sind). Das mit der Salzlauge behandelte Extraktionslösungsmittel geht aus dem Extraktionsgefäß 10 durch den Abscheider 13 und wird durch die Zuleitung 3 zu dem Perkolator 1 für Blätter zurückgeführt. Eine Pumpe und ein Strömungsmesser, die analog dem im Lösungsmittelteil sind, können verwendet werden, um den Laugenstrom zu steuern. Als Erläuterung für die Art, in welcher die vorliegende Erfindung durchgeführt werden kann, werden die folgenden Beispiele gebracht, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt werden soll.

Alle Teile sind Gewichtsteile, wenn nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

3 · 150 g Burley-Blätter werden nacheinander unter Verwendung von ungefähr 180 ml von mit Lauge ins Gleichgewicht gebrachtem Methyläthylketon je Versuch extrahiert. Der Tabak vom ersten Versuch wird verworfen, und es wird soviel wie möglich Methyläthylketonlösung jedesmal wiedergewonnen und für den nachfolgenden Versuch verwendet.

Die Strömungsgeschwindigkeiten der Methyläthylketonlösung und der Lauge durch das Extraktionsgefäß für Flüssigkeit durch Flüssigkeit werden auf 98 ml pro Minute bzw. ungefähr 7 ml pro Minute gehalten. Die Analyse der Blätter aus dem zweiten Versuch zeigt, daß nach 6stündiger Extraktion ungefähr 77 °/o der Alkaloide entfernt waren. Die dritte Extraktion wird in Gegenwart von 1,9 g Zitronensäure (bei einem pH von 4,7) durchgeführt und ergibt nach einem ostündigen Versuch Blätter, aus welchen 83°/₀ der Alkaloide entfernt sind.

Zigaretten, die aus diesem extrahierten Tabak hergestellt wurden, sind im Vergleich mit den Kontrollen sehr mild, aber offenbar ist nichts von dem charakteristischen Burley-Aroma verloren.

Beispiel 2

342 g (³^ pound) Burley-Blätter (3,16 °/₀ Alkaloid) werden in einem großen Perkolator extrahiert. 1000 ml Salzlauge und 3950 ml Methyläthylketon werden im gesamten System im Kreislauf geführt und in einem Extraktionsgefäß für Flüssigkeiten zusammengebracht. Das pH der Salzlauge wurde nicht eingestellt und ist im Bereich von ungefähr 5,7 bis 6,5. Das Verfahren wird durchgeführt, um eine Prüfung zu ermöglichen, ob die Salzlauge weiterhin nach mehreren Durchgängen genügend Nikotin absorbiert. Die folgenden Werte wurden erhalten:

	Konzentration des Alkaloids (mg/ml)	in MÄK aus	in Salzlauge
Zeit	inMÄK	dem Extrak	im Extrak
	vom	tionsgefäß	tionsgefäß
(Minuten)	Tabak
0 (60)*	1,76	0,94	1,94
57	1,30	0,62	2,50
118	1,13	0,80	3,24
180	1,02	0,74	3,72
246	0,86	0,70	4,28
308	0,82

* Tabak wird 1 Stunde mit dem Lösungsmittel perkoliert, bevor die Strömung durch das Flüssigkeitsextraktionsgefäß beginnt.

Die obigen Werte zeigen die schnelle Zunahme des Alkaloids in der Lauge und zeigen weiter, daß die Extraktionsgeschwindigkeit hoch und beinahe konstant bleibt, wenn die Lauge im Kreislauf geführt wird. Die im wesentlichen lineare Zunahme der Alkaloidkonzentration in der Lauge bei der Durchführung des Verfahrens wird in F i g. 2 gezeigt, die auf den Werten des obigen Beispiels basiert.

Beispiel 3

342 g (³/₄ pound) Burley-Blätter (3,16 °/₀ Alkaloide) werden mit 3 Liter mit Lauge ins Gleichgewicht gebrachtem Isopropylalkohol perkoliert. Die alkoholische Phase wird kontinuierlich mit Lauge (die nicht im

Kreislauf geführt wird) in dem Flüssigkeitsextraktionsgefäß mit Geschwindigkeiten von 32 bzw. 4,2 ml pro Minute zusammengebracht. Während eines Versuches von 35 Stunden wurden 20 Proben des zugeführten Isopropanols und der abfließenden Lauge genommen. Die Alkaloidgehalte wurden gleichmäßig von 1,8 und 2,1 mg pro ml auf 0,4 bzw. 0,5 mg pro ml während dieser Zeit verringert, der Extraktionskoeffizient ist gleichmäßig 1,3 ± 0,1. 75% des Alkaloids der Blätter wurden in der abfließenden Lauge gefunden.

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei eine frische Probe der Blätter verwendet und das pH der Lauge durch Zugabe von 4,3 g Zitronensäure auf annähernd 4,8 eingestellt wurde. Nach 12,5 Stunden Versuchsdauer war der Alkaloidgehalt des Isopropanols und der Salzlösungen von 1,9 und 2,5 mg pro ml auf 0,7 bzw. 1,0 mg pro ml herabgesetzt. Der durchschnittliche Extraktionskoeffizient ist nur wenig höher (1,51). Der Vergleich der Beispiele 3 und 4 zeigt die erhöhte Wirksamkeit der Laugenextraktion, die durch die Ansäuerung erhalten wird und die sich in dem hohen Extraktionskoeffizienten zeigt. Wenn die Verfahren die gleiche Zeitdauer durchgeführt wurden, so wurde ein noch stärker hervortretender Unterschied beobachtet.

Der bei den Beispielen 3 und 4 gewonnene Tabak enthält eine Salzmenge, die als zu hoch angesehen wird. Diese Situation kann vermieden werden, wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, das mit der Lauge weniger mischbar ist.

Beispiele 5 und 6

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Zwei Ansätze Tabak wurden mit Methyläthylketon gegen eine gesättigte Laugenlösung bzw. eine ungesättigte Laugenlösung extrahiert. Im letzteren Falle , neigen die Blätter zum »Bluten«, wenn das Verfahren durchgeführt wird, und es gehen ziemlich erhebliche Mengen der wasserlöslichen Blattbestandteile verloren.

Wenn eine gesättigte Laugenlösung verwendet wird, tritt ein »Bluten« ein.

Beispiel 7

Die Wirkung des pH-Wertes auf die Verteilungskoeffizienten für Nikotinsalze in den Lösemittel-Lauge- lösungen wurde gemessen. Mit »Verteilungskoeffizient« wird die Konzentration an gelöster Substanz in Lauge dividiert durch die Konzentration an gelöster Substanz der Lösungsmittelphase bezeichnet.

In einem System von Isopropanol und NaCl steigt der Koeffizient von 0,510 bis 5,5, wenn das pH durch verschiedene Säuren auf 2,0 herabgesetzt wird. Bei Lösungsextraktionen, bei denen dieses System angewendet wurde, ist der gemessene Verteilungskoeffizient im Bereich von 1,2 bis 1,5. Ähnliche Bestimmungen mit Methyläthylketon - Lauge - Extraktionsversuchen zeigten einen Verteilungskoeffizienten von ungefähr 6,0.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß wertvolle Nikotin- und andere Alkaloidsalze leicht und wirtschaftlich aus der Lauge gewonnen werden können. Um dies zu erreichen, wird die mit Alkaloid angereicherte Lauge alkalisch gemacht, zweckmäßig durch Zugabe von NaOH oder anderem Alkali. Der Alkalitätsgrad ist nicht entscheidend. Ein geeignetes pH ist ungefähr 9 bis 10. Die alkalische Lauge wird dann mit einem zweiten Lösungsmittel zusammengebracht, vorzugsweise der gleichen Lösungsmittelart, wie sie im Extraktionsverfahren angewendet wurde, und zwar im Gegenstrom durch Schütteln oder auf eine andere geeignete Art. Die Alkaloidfraktionen werden so auf diese Art in das Lösungsmittel übertragen, aus welchem sie durch Destillation, Ausfällen oder auf eine andere bekannte Art gewonnen werden können. Die Lauge wird wieder angesäuert und dem Extraktionsapparat zugeführt.

Nikotin ist ein wertvoller und teurer Handelsartikel, und das obige Verfahren ist besonders zweckmäßig, da es eine verhältnismäßig billige und wirksame Art schafft, um Nikotin mit ziemlicher Reinheit, in der Hauptsache frei von Fetten und Wachsen zu erhalten.

Es sei festgestellt, daß durch geringe Veränderung die in Fig. 1 gezeigte Apparatur leicht so eingerichtet werden kann, daß die mit Alkaloid angereicherte Lauge im zweiten Extraktionsgefäß für Flüssigkeiten zugeführt werden kann, worauf die vom Alkaloid befreite Lauge zum Extraktionsteil der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zurückgeführt werden kann. Vorzugsweise kann auch dafür gesorgt werden, daß die Salzlauge, bevor sie das zweite Flüssigkeitsextraktionsgefäß erreicht, alkalisch gemacht wird und daß sie neutralisiert oder angesäuert werden kann, bevor sie zurückkehrt, um im Gegenstrom mit dem erhaltenen Lösungsmittel aus dem Blattperkolator zusammengebracht zu werden. Auf diese Art wird ein vollständiges und in sich geschlossenes Verfahren erhalten, das sowohl im wesentlichen alkaloidfreien Tabak als auch das wertvolle Nikotin als Nebenprodukt ergibt.

Weiter kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Tabak von weniger guter Qualität, der als Bestandteil in Rauchwaren ungeeignet und unerwünscht ist, durchgeführt werden, um wertvolles Nikotin und andere Alkaloide zu gewinnen. In diesem Falle, ebenso wie in allen anderen Beispielen, bei welchen der Tabak, dem das Alkaloid entzogen ist, nicht für Rauchzwecke verwendet wird, sind Salzniederschläge auf dem Tabak und Entfernung des Lösungsmittels aus dem Tabak weniger wichtig. Lösungsmittel mit begrenzter gegenseitiger Löslichkeit mit der Lauge oder solche, die aus dem Tabak viel leichter entfernt werden können, brauchen in diesem Falle nicht mehr bevorzugt zu werden. .

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selektiven Entfernung von Alkaloiden, insbesondere von Nikotin aus Tabak durch Extraktion von Tabak mit einem organischen Lösungsmittel, Abtrennen der Alkaloide bzw. des Nikotins aus dem Lösungsmittelextrakt, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte, einmal mit Tabak in Berührung gewesene Lösungsmittelextrakt zum Abtrennen der Alkaloide mit Salzlauge versetzt, das gesamte, vom Alkaloid befreite Lösungsmittel im Kreislauf zu einem bereits behandelten oder anderen Tabak zurückgeführt wird und die mit Alkaloiden angereicherte Salzlauge alkalisch gemacht, dann mit einem zweiten organischen Lösungsmittel in Berührung gebracht und aus diesem die Alkaloide in bekannter Weise abgetrennt werden.