DE2162902B2

DE2162902B2 - Verfahren zur verbesserung der fuellfaehigkeit von tabak

Info

Publication number: DE2162902B2
Application number: DE19712162902
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 2000 Elmshorn; Appen Otto von 2000 Hamburg Deppe
Original assignee: BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1971-12-17
Filing date: 1971-12-17
Publication date: 1976-09-09
Also published as: NL7216813A; AU464413B2; LU66674A1; AU5005772A; CA977235A; BE792793A; GB1381203A; ZA728938B; DE2162902A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak durch Befeuchten des Tabaks und anschließendes Absenken des Umgebungsdruckes.

Von der Ernte bis zur Verarbeitung zu Schnitt-Tabak wird der Tabak einer Vielzahl von Verfahrensstufen unterworfen, die zu einer Deformation der Zellen und somit zu einer Volumenverkleinerung des Tabaks führen. Diese Deformation hat eine Verschlechterung der Füllfähigkeit zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak zu schaffen, bei dem die Zelldeformation mindestens zum Teil wieder rückgängig gemacht wird, wobei die vorgenommene Druckabsenkung derart ist, daß eine Beschädigung der Zellstruktur vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe ist dem Stand der Technik nicht zu entnehmen. Gemäß DT-PS 5 70 571 (Anspruch 1) erfolgt der Druckabfall plötzlich, wodurch eine Verletzung der Zellstruktur möglich ist.

Zwar wird in der US-PS 23 44 106 bei der Besprechung des Standes der Technik die Gefahr des Verletzens der Zellstruktur erwähnt, jedoch ist nicht entnehmbar, wie dem abgeholfen werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zur Aufrichtung deformierter Zellwände der Tabak bei einer Feuchtigkeit von mehr als 19 % einer Druckabsenkung um mindestens 30% des Anfangsdruckes mit einer Druckänderungsgeschwindigkeit von mindestens 2 % des jeweilig herrschenden Druckes je Sekunde ausgesetzt wird.

Vorteilhafterweise wird der Tabak anschließend durch Trocknung auf weniger als 20% Feuchte fixiert.

Die Druckabsenkung führt zur Ausdehnung der in den Zellen eingeschlossenen Gase, wodurch die Zellwände ganz oder teilweise in die ursprüngliche Form zurückgebracht werden. Eine gewisse Mindestgeschwindigkeit muß bei der Druckabsenkung eingehalten werden, damit nicht bei zu geringer Absenkungsgeschwindigkeit die sich ausdehnenden Gase ohne die gewünschte Aufrichtung der Zellen, z. B. durch kleine Bruchstellen, entweichen. Damit sich die Zellwände aufrichten lassen, müssen sie eine gewisse Elastizität besitzen. Diese Elastizität ist nicht vorhanden, wenn eine gewisse Mindestfeuchtigkeit unterschritten wird, die bei etwa 20% liegt. Vorzugsweise liegt sie über 22, vorzugsweise über 24, nämlich bei etwa 25%. Eine weitere Steigerung des Feuchtigkeitsgehalls bewirkt keine oder nur eine geringfügige Erhöhung der Nachgiebigkeit der Zellwände, so daß ein Feuchtigkeitsgehalt von 30%, vorzugsweise 28%, weiter vorzugsweise 26% nicht überschritten zu werden braucht.

Die Nachgiebigkeit der Zellwände hängt jedoch außer von dem Feuchtigkeitsgehalt auch von der Temperatur ab. Die Plastizität steigt innerhalb gewisser Grenzen mit steigender Temperatur. Wenn die Druckabsenkung beispielsweise bei einer Tabak-Temperatur von 40 bis 50⁰C vorgenommen wird, so genügt eine Tabaksfeuchte von weniger als 25%, beispielsweise um 20%.

Damit der Tabak nach der Behandlung die Volumenvergrößerung nicht wieder verliert, wird er bei dem abgesenkten Druck fixiert, indem^d^i Zellwänden die Feuchtigkeit so weit entzogen wird, daß sie ausreichende Festigkeit zurückerhalten, um die wiedererhaltene Form beizubehalten. Der dafür erforderliche Trocknungsgrad läßt sich je nach den Umständen leicht durch Versuch ermitteln. Er liegt unter 20%, vorzugsweise unter 18%, weiter vorzugsweise unter 16%, beispielsweise insbesondere bei 14% Feuchte.

Im Hinblick auf die Fixierung durch Trocknung hat die Behandlung des Tabaks bei erhöhter Temperatur insofern erhebliche Vorteile, als

1. von einer geringeren Feuchtigkeit des Tabaks ausgegangen werden kann,

2. die Trocknung bei der erhöhten Temperatur des Tabaks rascher vonstatten geht und

3. bei der Druckabsenkung, sofern sie bei Unterdruck stattfindet, eine gewisse Verdampfung oder wenigstens verstärkte Verdunstung stattfindet, durch die einerseits die Temperatur allmählich abgesenkt und andererseits der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks verringert wird, wodurch verhältnismäßig rasch diejenige Feuchte erreicht wird, die zur Fixierung des Tabaks gewünsciit wird.

Nur in Ausnahmefällen soll auf die Fixierung des Tabaks im Zustand des abgesenkten Drucks verzichtet werden, weil ohne eine solche Fixierung nur eine wesentlich geringere Füllfähigkeitsverbesserung durch das bloße Druckabsenkungsverfahren erreicht wird.

Die geringste erforderliche Druckabsenkungsgeschwindigkeit hängt von den anderen Verfahrensbedingungen ab, insbesondere von der Art des Tabaks, nämlich den Zellwanddicken und den lichten Weiten der Tabakzellen, sowie von der Feuchtigkeit und Temperatur des Tabaks, nämlich von der Nachgiebigkeit der Zellwände. Je größer die Porosität des Tabaks ist und um so leichter demzufolge die eingeschlossenen Gase aus den Tabakzellen entweichen können, um so größer muß die Druckabsenkungsgeschwindigkeit sein. Sie kann um so kleiner sein, je nachgiebiger die Zellwände sind und um so geringer demzufolge die zwischen dem Zellinnern und der Umgebung des Tabaks zu erzeugende Druckdifferenz sein darf. Vorzugsweise liegt die Druckabsenkungsgeschwindigkeit über 5%, weiter vorzugsweise über 10%, weiter vorzugsweise über 15% des jeweiligen Druckes pro Sekunde.

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Wenn man annimmt, daß der Druck während der starkes Rückstellbestreben zeigen oder wenn infolge

Druckabsenkuag etwa der Funktion äußerer Belastung zu befürchten ist, daß die Zellen

p = p ·α~' ^vor dem Füderen wieder zusammengedrückt werden.

Eine geringe Druckerhöhung während des Trock-

folgt, worin ρ der jeweilige Druck, p₀ der Anfangs- 5 nens ist insoweit zulässig, als infolge ausreichender

druck, α eine Konstante und t die Zeit ist, so ist die Porosität des Tabaks ein Druckausgleich zwischen

auf den jeweiligen Druck bezogene Absenkungs- den Zellräumen und der Umgebung insoweit möglich

geschwindigkeit: ist, daß ein schädlicher Überdruck von außen nicht

dpiAt __ oder in nur geringem, erträglichen Maß auftritt.

ρ ίο Während der Endphase des Trocknungsvorganges,

in der die Zellen schon verhältnismäßig hohe Stabi-

Die auf den jeweiligen Absolutdruck bezogene lität besitzen, ist in der Regel eine allmähliche Druck-Absenkungsgeschwindigkeit ist also der negative erhöhung möglich,
natürliche Logarithmus der Konstante a. Für die Durchführung des Druckabsenkungsver-

Selbstverständlich muß die Druckabsenkung wäh- 15 fahrens verwendet man beliebige Behälter, die von

rend einer bestimmten, durch Versucn leicht zu vr- Atmosphärendruck ausgehend, evakuiert werden

mittelnden Zeit aufrechterhalten werden. Bei sehr können bzw. die zunächst auf einen höheren Druck

rascher Druckabsenkung genügt eine geringere Zeit, gebracht und anschließend entspannt werden können,

während bei geringer Drucksenkungsgeschwindigkeit Desgleichen können für die Evakuierung bzw. die

eine längere Behandlungszeit erforderlich ist. In je- 20 Druckerzeugung beliebige Vorrichtungen verwendet

dem Fall muß eine gewisse Mindestdruckdifferenz werden.

durchfahren \'erden, damit die Mindest-Volumen- Die Trocknung bei abgesenktem Druck findet

vergrößerung der eingeschlossenen Gase erreicht innerhalb des Behälters statt, wenn sie bei geringerem

wird, die zur Aufrichtung der Zellen erforderlich ist. Druck als Atmosphärendruck durchgeführt werden

Vorteilhaft ist beispielsweise eine Druckabsenkung 25 muß. Auch dafür eignen sich im Prinzip bekannte

von Atmosphärendruck auf weniger als 0,6, besser Einrichtungen. Bevorzugt werden Trocknungseinrich-

noch auf weniger als 0,3 ata, beispielsweise insbe- tungen mit tief wirkenden Wärmequellen (beispiels-

sondere auf etwa 0,2 ata. Man braucht bei der Druck- weise Mikrowellen, Infrarotstrahlen). Grundsätzlich

ablenkung nicht von Atmosphärendruck auszugehen. eignen sich aber sämtliche Trocknungseinrichtungen,

Vorteilhaft kann auch eine Druckabsenkung von 3° die die Einhaltung der weiter oben erörterten Ver-

einem überatmosphärischen Druck auf Atmosphären- fahrensbedingungen gestatten,
druck sein, und zwar nicht nur, weil dann die Weiter- Wenn die Entspannung von überatmosphärischem

verarbeitung bei Atmosphärendruck in einfacher Druck auf Atmosphärendruck erfolgt, kann der Ta-

Weise durchgeführt werden kann, sondern weil auch bak ohne Einschluß in irgendwelche Behälter ge-

die Druckabsenkung auf Atmosphärendruck mit ein- 35 trocknet und weiterbehandelt werden. Er kann also

fachsten Mitteln verhältnismäßig rasch durchgeführt unmittelbar nach dem Entspannungsvorgang aus dem

werden kann. Vorteilhilft sind beispielsweise Aus- Entspannungsbehälter entnommen und weiterbehan-

gangsdrücke von 1,5 oder 2,0 ata. delt werden.

Die Volumenvergrößerung der im Tabak einge- Dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das geschlossenen Gase setzt voraus, daß die Zellen des 40 samte Tabakmaterial (Schnitt-Tabak) oder wenigstens Tabaks beim Anfangsdruck des Verfahrens aus- ein erheblicher Teil desselben einschließlich des gereichend mit Gas gefüllt sind. Wenn man bei der schnittenen Rippenmaterials ausgesetzt.
Entspannung von Atmosphärendruck ausgeht, ist Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist diese Voraussetzung ohne weiteres erfüllt. Wenn von eine Überschreitung der Dampftemperatur des im einem höheren Druck ausgegangen wird, muß dieser 45 Tabak enthaltenen Wassers nicht vorgesehen. Die höhere Druck langsam aufgebaut werden und/oder Druckabsenkung soll auch nicht so schnell erfolgen, während ausreichend langer Zeit gehalten werden, daß die Zellen auf Grund inneren Überdrucks berdamit die gewünschte Gassättigung des Tabaks ge- sten oder auf gepufft werden. Es wird unter Erhaltung geben ist, bevor die Entspannung beginnt. der ursprünglichen Zellform lediglich ein Aufrichten

Wenn oben davon gesprochen wurde, daß die 5° der durch vorherige mechanische Behandlung des Fixierung des Tabaks unter Aufrechterhaltung des Tabaks verursachte Deformation angestrebt,
abgesenkten Drucks stattfinden soll, so ist darunter Dadurch unterscheidet sich das erfindungsgemäße zu verstehen, daß die Druckverhältnisse während des Verfahren prinzipiell vom bekannten Verfahren ge-Trocknungsvorgangs so gehalten sein müssen, daß maß der US-PS 23 44 106, demzufolge die verholzten die während der Entspannung aufgerichteten Zellen 55 Tabakstengel durch Druckabsenkung unter die Sattin dieser aufgerichteten Stellung verharren. Die Zu- dampftemperatur der in den Stengeln enthaltenen lässigkeit etwa während des Trocknens auftretender Feuchtigkeit aufgebläht werden sollen. Die holzig-Druckänderungen ist also danach zu beurteilen, ob feste Struktur der Tabakstengel soll dadurch zerstört sie geeignet sind, diesen gewünschten Zustand der und — dem übrigen Tabakmaterial vergleichbar — Zellen wesentlich zu beeinträchtigen. In jedem Fall 60 weich gemacht werden,
ist eine weitere Druckabsenkung während des Trock- _ . 11
nungsvorganges zulässig, weil dadurch der Überdruck e 1 s ρ 1 e
innerhalb der Zellen gegenüber der Umgebung auf- Schnitt-Tabak von 25% Feuchte und etwa 20° C rechterhalten wird und zusätzliche Sicherheit dafür wird in einer geeigneten Vorrichtung (z. B. Exsicgegeben ist, daß die Zellen während des Trocknens 65 cator, Vakuum-Trockenschrank, modifizierte Deim aufgerichteten Zustand verbleiben. Eine solche aeratoren mit Heizeinrichtung) einer Druckabsenkung weitere Druckabsenkung während des Fixiertrock- von Atmosphärendruck auf 0,2 ata ausgesetzt. Das nens kann dann angeraten sein, wenn die Zellen ein Vakuum wird innerhalb 10 see durch eine geeignete

Evakuierungseinrichtung erzeugt. Dabei tritt eine Volumenvergrößerung des Tabaks von 15 bis 2O°/o ,on. Durch Trocknen des Tabaks im Vakuum auf ca. 15 bis 18% Feuchte wird die Volumenvergrößerung fixiert. Die Trocknung kann mit Mikrowellen, Infrarotstrahlen oder Kontaktwänne durchgeführt werden.

Die Evakuierungsemrichtung besteht entweder ausschließlich aus Pumpen genügender Stärke oder einem mittels solcher Pumpen vorher entsprechend evakuierten Zusatzbehälter ausreichenden Volumens, der zum Zwecke der Evakuierung des den Tabak aufnehmenden Behälters mit diesem verbunden wird. Auf diese Weise läßt sich eine sehr schnelle Druckabsenkung erreichen.

Beispiel 2

Schnitt-Tabak von 30% Feuchte und mehr wird unter den im Beispiel 1 geschilderten Versuchsbedingungen behandelt. Die gemäß Beispiel 1 erreichte Volumenvergrößerung wird durch die höhere Feuchte nicht gesteigert. Die Trocknungszeit wird je nach Feuchte des Tabaks gegenüber Beispiel 1 verlängert.

Beispiel 3

Schnitt-Tabak von 19% Feuchte wird gemäß Beispiel 1 in auf 40 bis 50° C erwärmten Zustand behandelt. Durch die Erwärmung wird die Plastizität des Tabaks stark erhöht. Während der Evakuierung nimmt die Plastizität des Tabaks mit fallender Temperatur ab. Durch die geringere Ausgangsfeuchte kann die Trocknungszeit gegenüber Beispiel 1 stark verkürzt werden.

Beispiel 4

Schnitt-Tabak von 20% Feuchte wird unter den im Beispiel 1 geschilderten Versuchsbedingungen behandelt. Die Volumenvergrößerung beträgt infolge der geringeren Feuchte und der dadurch bedingten geringeren Plastizität des Tabakgutes nur ca. 5 %.

Beispiel 5

Schnitt-Tabak von ca 25% Feuchte wird einer Druckabsenkung von Atmosphärendruck auf 0,8 ata ausgesetzt. Das Vakuum wird innerhalb von 10 Sekunden erzeugt. Die Volumenvergrößerung des Tabakgutes beträgt — bedingt durch die geringere Druckdifferenz und die geringere Druckabsenkungsgeschwindigkeit — nur ca. 5 %.

Beispiel 6

Schnitt-Tabak von etwa 30% Feuchte wird, wie im Beispiel 5 beschrieben, behandelt. Durch die Erhöhung der Feuchte kann der Effekt nicht gesteigert werden.

Beispiiel 7

Zum Vergleich: Schnitt-Tabak wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, behandelt, jedoch wird die Zeit bis zum Erreichen des Vakuums bis auf 180 Sekunden verlängert. Mit zunehmender Evakuierungszeit verringert sich der Effekt, da die in den Zellen inkludierte Luft die Zellwände nur unvollkommen aufrichtet und aus den Zellen entweicht.

Beispiel 8

Die in den Beispielen 1 bis 7 beschriebenen Versuche wurden unter gleichen Bedingungen, jedoch mit Überdruck durchgeführt. Wenn der Überdruck so langsam erzeugt wird, daß innerhalb des geschlossenen Systems zwischen Tabak und umgebender Luft keine Druckdifferenz auftritt, richten sich die Zellen ebenfalls nach Druckausgleich auf.

Beispiel 9

Schnitt-Tabak von 25% Feuchte wird in einer geeigneten Vorrichtung einem Druck von 0,2 ata ausgesetzt. Das Vakuum wird innerhalb von 10 Sekunden durch eine geeignete Evakuierungseinrichtung erzeugt. Die Verweilzeit des Tabaks im Vakuum beträgt bis zu 2 Minuten. Anschließend erfolgt ein langsamer Druckausgleich innerhalb von 3 bis 10 Minuten je nach Tabakart, um ein Kollabieren der Zellen zu vermeiden. Die Trocknung des Tabaks auf Verarbeitungsfeuchte wird bei Atmosphärendruck nach bekannten Verfahren vorgenommen.

Beispiel 10

Schnitt-Tabak wird wie nach Beispiel 3 behandelt, jedoch entfällt die Trocknung in der Vakuumkammer. Abtrocknung und Verarbeitungsfeuchte nach bekannten Verfahren bei Atmosphärendruck.

Unter Tabakfeuchtigkeit wird im vorliegenden Zusammenhang der Gewichtsverlust von bei 100° C während 15 Stunden getrockneten Tabakproben bezeichnet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak durch Befeuchten des Tabaks und anschließendes Absenken des Umgebungsdruckes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrichtung deformierter Zellwände der Tabak bei einer Feuchtigkeit von mehr als 19% einer Druckabsenkung um mindestens 30% des Anfangsdruckes mit einer Druckänderungsgeschwindigkeit von mindestens 2% des jeweilig herrschenden Druckes je Sekunde ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tabak anschließend durch »5 Trocknung auf weniger als 20% Feuchte fixiert wird.