DE2162902C3 - Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak - Google Patents

Description

Trocknung auf weniger als 20% Feuchte fixiert _wj_r£j

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 Damit der Tabak nach der Behandlung die Volumenvergrößerung nicht wieder verliert, wird er bei dem abgesenkten Druck fixiert, indem den 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 gewünscht 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 Tabakzel'en 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 Zellinnera und der Umgebung des Tabaks zu erzeugende Druckdifferenz

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Zellwände aufrichten lassen, müssen sie eine gewisse 65 sein darf. Vorzugsweise liegt die Druckabsenkungs-Elastizität besitzen. Diese Elastizität ist nicht vorhan- geschwindigkeit über 5 Vo, weiter vorzugsweise über den, wenn eine gewisse Mindestfeuchtigkeit unter- 10%, weiter vorzugsweise über 15% des jeweiligen schritten wird, die bei etwa 20% liegt. Vorzugsweise Druckes pro Sekunde.

Wenn man annimmt, daß der Druck während der Druckabsenkung etwa der Funktion

P = P₀-«-'

folgt, worin ρ der jeweilige Druck, p_? der Anfangsdruck, α eine Konstante und t die Zeit ist, so ist die auf den jeweiligen Druck bezogene Absenkungsgeschwindigkeit:

dp/dt
= — In a

Die auf den jeweiligen Absolutdruck bezogene Absenkungsgeschwindigkeit ist also der negative natürliche Logarithmus der Konstante a.

Selbstverständlich muß die Druckabsenkung während einer bestimmten, durch Versuch leicht zu ermittelnden Zeit aufrechterhalten werden. Bei sehr rascher Druckabsenkung genügt eine geringere Zeit, während bei geringer Drucksenkungsgeschwindigkeit eine längere Behandlungszeit erforderiich ist. In jedem Fall muß eine gewisse Mindestdruckdifferenz durchfahren werden, damit die Mindest-Volumenvergrößerung der eingeschlossenen Gase erreicht wird, die zur Aufrichtung der Zellen erforderiich ist. Vorteilhaft ist beispielsweise eine Druckabsenkung von Atmosphärendruck auf weniger als 0,6, besser noch auf weniger als 0,3 ata, beispielsweise insbesondere auf etwa 0,2 ata. Man braucht bei der Druckabsenkung nicht von Atmosphärendruck auszugehen. Vorteilhaft kann auch eine Druckabsenkung von einem überatmosphärischen Druck auf Atmosphärendruck sein, und zwar nicht nur, weil dann die Weiterverarbeitung bei Atmosphärendruck in einfacher Weise durchgeführt werden kann, sondern weil auch die Druckabsenkung auf Atmosphärendruck mit einfachsten Mitteln verhältnismäßig rasch durchgeführt werden kann. Vorteilhaft sind beispielsweise Ausgangsdrücke von 1,5 oder 2,0 ata.

Die Volumenvergrößerung der im Tabak eingeschlossenen Gase setzt voraus, daß die Zellen des Tabaks beim Anfangsdruck des Verfahrens ausreichend mit Gas gefüllt sind. Wenn man bei der Entspannung von Atmosphärendruck ausgeht, ist diese Voraussetzung ohne weiteres erfüllt. Wem von einem höheren Druck ausgegangen wird, muß dieser höhere Druck langsam aufgebaut werden und/oder während ausreichend langer Zeit gehalten werden, damit die gewünschte Gassättigung des Tabaks gegeben ist, bevor die Entspannung beginnt.

Wenn oben davon gesprochen wurde, daß die Fixierung des Tabaks unter Aufrechterhaltung des abgesenkten Drucks stattfinden soll, so ist darunter zu verstehen, daß die Druckverhältnisse während des Trocknungsvorgangs so gehalten sein müssen, daß die während der Entspannung aufgerichteten Zellen in dieser aufgerichteten Stellung verharren. Die Zulässigkeit etwa während des Trocknens auftretender Druckänderungen ist also danach zu beurteilen, ob sie geeignet, sind, diesen gewünschten Zustand der Zellen wesentlich zu beeinträchtigen. In jedem Fall ist eine weitere Druckabsenkung während des Trocknungsvorganges zulässig, weil dadurch der Überdruck innerhalb der Zellen gegenüber der Umgebung aufrechterhalten wird und zusätzliche Sicherheit dafür gegeben ist, daß die Zellen während des Trocknens im aufgerichteten Zustand verbleiben. Eine solche weitere Druckabsenkung während des Fixiertrocknens kann dann angeraten sein, wenn die Zellen ein starkes Rückstellbestreben zeigen oder wenn infolge äußerer Belastung zu befürchten ist, daß die Zellen vor dem Fixieren wieder zusammengedrückt werden.

Eine geringe Druckerhöhung während des Trocknens ist insoweit zulässig, als infolge ausreichender Porosität des Tabaks ein Druckausgleich zwischen den Zellräumen und der Umgebung insoweit möglich ist, daß ein schädlicher Überdruck von außen nicht oder in nur geringem, erträglichen Maß auftritt.

ίο Während der Endphase des Trocknungsvorganges, in der die Zellen schon verhältnismäßig hohe Stabilität besitzen, ist in der Regel eine allmähliche Druckerhöhung möglich.

Für die Durchführung des Druckabsenkungsver-

x5 fahrens verwendet man beliebige Behälter, die von Atmosphärendruck ausgehend, evakuiert werden können bzw. die zunäch-j; auf einen höheren Druck gebracht und anschließend entspannt werden können. Desgleichen können für die Evakuierung bzw. die

ao Druckerzeugung beliebige Vorrichtungen verwendet werden.

Die Trocknung bei abgesenktem Druck findet innerhalb des Behälters statt, wenn sie bei geringerem Druck als Atmosphärendruck durchgeführt werden muß. Auch dafür eignen sich im Prinzip bekannte Einrichtungen. Bevorzugt werden Trocknungseinrichtungen mi*, tief wirkenden Wärmequellen (beispielsweise Mikrowellen, Infrarotstrahlen). Grundsätzlich eignen sich aber sämtliche Trocknungseinrichtungen, die die Einhaltung der weiter oben erörterten Verfahrensbedingungen gestatten.

Wenn die Entspannung von überatmosphärischem Druck auf Atmosphärendruck erfolgt, kann der Tabak ohne Einschluß in irgendwelche Behälter getrocknet und weiterbehandelt werden. Er kann also unmittelbar nach dem Entspannungsvorgang aus dem Entspannungsbehälter entnommen und weiterbehandelt werden.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das gesamte Tabakmaterial (Schnitt-Tabak) oder wenigstens ein erheblicher Teil desselben einschließlich des geschnittenen Rippenmaterials ausgesetzt.

Im Prahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Überschreitung der Dampftemperatur des im Tabak enthaltenen Wassers nicht vorgesehen. Die Druckabsenkung soll auch nicht so schnell erfolgen, daß die Zellen auf Grand inneren Überdrucks bersten oder aufgepufft werden. Es wird unter Erhaltung der ursprünglichen Zellform lediglich ein Aufrichten der durch vorherige mechanische Behandlung des Tabaks verursachte Deformation angestrebt.

Dadurch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell vom bekannten Verfahren gemäß der US-PS 23 44 106, demzufolge die verholzten Tabakstengel durch Druckabsenkung unter die Sattdampftemperatur der in den Stengeln enthaltenen Feuchtigkeit aufgebläht werden sollen. Die holzigfeste Struktur der Tabakstengel soll dadurch zerstört und — dem übrigen Tabakmaterial vergleichbar — weich gemacht werden.

Beispiel 1

Schnitt-Tabak von 25 % Feuchte und etwa 20° C wird in einer geeigneten Vorrichtung (z. B. Exsiccator, Vakuum-Trockenschrank, modifizierte Deaeratoren mit Heizeinrichtung) einer Druckabsenkung von Atmosphärendruck auf 0,2 ata ausgesetzt. Das Vakuum wird innerhalb i0 see durch eine geeignete

Evakuierungseinrichtung erzeugt. Dabei tritt eine Volumenvergrößerung des Tabaks von 15 bis 20% ein. Durch Trocknen des Tabaks im Vakuum auf ca. 15 bis 18% Feuchte wird die Volumenvergrößerung fixiert. Die Trocknung knnn mit Mikrowellen, Infrarotstrahlen oder Kontaktwärme durchgeführt werden.

Die Evakuierungseinrichtung 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% Feucht" 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 Ausgangsfeuchle 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 3Ü% Feuchte wird, wie im Beispiel 5 beschrieben, behandelt. Durch die Erhöhung der Feuchte kann der Effekt nicht gesteigert werden.

Beispiel 7

Zum Vergleich: Schnitt-Tabak wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, behandelt, jedoch wird die Zeit bh zum Erreichen des Vakuums bis auf ISO 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 Verarbeitungsfcuchte 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 (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak durch Befeuchten des Tabaks und anschließendes Absenken des Umgebungsdruckes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrichtung deformierter Zeliwände 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 ge-

kennzeichnet, daß der Tabak anschließend durch 15 beispielsweise um 20 Vo.

fii Dit d Tabak n

liegt sie über 22, vorzugsweise über 24, nämlich bei etwa 25%. Eine weitere Steigerung des Feuchtigkeitsgehalts bewirkt keine oder nur eine geringfügige Erhöhung der Nachgiebigkeit der Zellwände, so daß ein Feuchtigkeitsgehalt von 30Vo, 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 %,