DE2166261A1

DE2166261A1 - Verfahren zum herstellen stabfoermigen materials fuer rauchzwecke

Info

Publication number: DE2166261A1
Application number: DE2166261*A
Authority: DE
Inventors: Kunio Kato; Masao Kobari; Ko Mishida; Fumihiro Miyanowaki; Yukio Shimizu; Einosuke Tamaki; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Japan Monopoly Corp
Current assignee: Japan Monopoly Corp
Priority date: 1970-11-04
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1973-05-30
Also published as: DE2144462C3; DE2166261B2; US3710805A; DE2144462B2; CA948515A; FR2112434B1; FR2112434A1; DE2144462A1; GB1355570A; IT1050145B; DE2166261C3; JPS4820320B1

Description

THB JAPAN MONOPOLY CORPORATION, Akasaka-soi-cho 2-1, Minato-ku, Tokyo, Japan

"Verfahren zum Herstellen stabförmigen Materials für Rauchzwecke"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen stabförmigen Materials für Rauchzwecke.

Der hier im Folgenden zur Anwendung kommende Ausdruck "callus" bezieht sich auf einen amorphen Zellenklumpen, der seine organbildende Fähigkeit verloren hat und dann gebildet wird, wenn ein Teil dieses Pflanzenkörpers auf einem festen Medium der Gewebekultur unterworfen wird und zeigt eine äußere Form, die dem Agglutinationsgewebe des Pflanzenkörpers ähnlich ist. Der Ausdruck "Tabakzellen¹¹ bezieht sich auf eine feinflockige Dispersion der Zellen, die dann gebildet wird, wenn Teile dieses "callus" weiterhin beimpft und in einem flüssigen Medium unter aeroben Bedingungen gewebekultiviert werden. Eine derartige Tabakzellen enthaltende Flüssigkeit wird hier als "Zellenflüssigkeit" oder "Kulturbrühe" bezeichnet.

Bisher ist Rauchtabak vermittels eines Verfahrens hergestellt worden, das darin besteht, daß langzeitig eine Pflanze der Sorte

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Nicotiana auf dem Felde kultiviert wird und sich verwickelte Arbeitsgänge für das Herstellen von Zigaretten im Anschluß an die Ernte des Tabakblattes ergeben haben. Eine derartige Kultivierung der Pflanze ist jedoch den Einflüssen des bebauten Landes und des Klimas ausgesetzt und somit üben derartige Naturkräfte ihre Wirkungen auf die Art, die Menge und die Qualität sowie weitere Faktoren des Tabakblattes aus, das ja das Rohmaterial für Zigaretten darstellt.

Der Pflanzenkörper besteht gewöhnlich aus unzähligen Zellen, die Gewebe und Organe der Pflanze bilden und ihre Lebensfunktion bett dingen. Es wurde kürzlich gefunden, daß ein vollständiger Pflanzenkörper direkt ausgehend von beliebigen Zellen des Pflanzenkörpers gezogen werden kann vermittels sogenannter Gewebekultur dieser Zellen, und eine derartige Gewebekultur ist für die Untersuchungen bezüglich der Verbesserung der Pflanzenzüchtung angewandt worden vermittels Auswahl von Zellen, die ausgezeichneten kinetischen Charakter der Pflanze besitzen. Es ist weiterhin bekannt, daß der sogenannte callus auf einem festen Medium vermittels derartiger Gewebekultur ausgebildet werden kann, während die Suspension feiner Pflanzenzellen durch Gewebekultur dieses callus in flüssigem Medium unter aeroben Bedingungen erhalten werden kann.

Es ist nun diese Gewebekultur von Pflanzen der Sorte Nicotiana untersucht worden und hierbei gefunden worden, daß vermittels des callus erhaltene und in Kulturbrühe vermehrte Tabakzellen leicht für Rauchzwecke in ein stabartiges Material überführt werden kann. Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein einfaches Verfahren zum Herstellen von stabförmigem Material für Rauchzwecke zu schaffen.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein industrielles Verfahren zum Herstellen von stabförmigem Material für Rauchzwecke zu schaffen, das nicht durch die Boden-

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bedingungen oder klimatischen Bedingungen beeinflußt wird.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin ein Verfahren zum Herstellen eines stabförmigen Materials für Rauchzwecke zu schaffen, das wenig oder kein Nikotin enthält und ausgezeichnete physikalische und organoleptische Eigenschaften besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch an sich bekanntes Kultivieren eines Pflanzenkörperteils der Sorte Nicotiana auf einem festen Nährmedium für Pilanzengewebe-Kultur, Überimpfen der so erhaltenen amorphen Zellklumpen in das Ausgangsnährmedium in flüssiger Form, weiters an sich bekanntes Kultivieren desselben unter aeroben Bedingungen, Abtrennen der Tabakzellen aus der Kulturbrühe, Vermischen der Tabakzellen mit Tabakblattsubstanzen und/oder faserförmigen Materialien und/oder anorganischen Materialien unter Ausbilden einer Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80 - 93 %, wobei die faserförmigen Produkte und die anorganischen Materialien die Raucheigenschaft des Endproduktes nicht beeinträchtigen, Gießen der Paste oder nach vorherigem Vermischen desselben mit weiteren Zusatzmitteln, in Stangenform und Gefriertrocknen der stabförmigen Paste.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert: Dabei zeigt die

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Zunahme der gebildeten Tabakzellen und Abgabe des verbleibenden Zuckers in der Kulturbrühe in Abhängigkeit von der Zeit, wenn Zellen von Nicotiana tabacum var hellgebl unter aeroben Bedingungen der Gewebekultur unterworfen werden, wobei als flüssige Medien solche herangezogen werden, die unterschiedlichen Gehalt an KH₂PO- besitzen.

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Erfindungsgemäß werden die folgenden Pflanzen der verschiedenen Sorten, die zu der .^orte Nicatiana gehören, für die Gewebekultur herangezogen:

N. tabacum var. hellgelb, N.t.var xanthi ova, N.t.var. burley 21, N.t.var. enshu, N.t. matsukawa, N.t. var.nanbu, N.t.var. shirodaruma, N.t'.var. suifu, N.t.xanthi yaka, N.velutina, N. rustica und dgl. und die Wildsorten, wie N.glutinosa, N.acuminata, N.affinis, N.anrolexcaulis, N.arentsii, N.bigelovii, N. clevelandii, N.codifolia, N. debneyi, N. excelsior, N. fragrans, N. glauca, N. gossei, N. ingulba, N. knightiana, N.langsdorfii, No miersii, N. ret>anda, N. multivalis, N. occidentalis var. obliqua, N. rosulata, N. occidentalis var. occi, N. pauciflora, N. quadrivalvis, N. raimondii, N. simians, N. solanifolia, N. stenocarpa, N. syvestris und dgl.

Diese Pflanzen der Sorte wicotiana besitzen günstigere physiologische Eigenschaften für die Gewebekultur im Vergleich zu anderen Arten des Pflanzenkörpers und es sind bisher zahlreiche Untersuch-ungen bezüglich der Gewebekultur unter Anwenden der Pflanzen der Sorte Nicotiana bekannt geworden. In der Literatur sind weiterhin verschiedene weitere geeignete Zusammensetzungen für die Gewebekultur bekannt geworden, wie z.B. das sogenannte White medium (P.R. White: A Handbook of Plant Tissue Culture, The Ronald Press Co., New York, 1943), Heller's medium (These, Paris, et Ann. Sei. Nat. Bot. Biol. Veg., 14: 1 - 223; 1953), Murashige and Skoog's medium (Physiologia Plantan, Vol.15, 1962, 473 - 497) und Linsmaier und Skoog's medium (ibid., Vol. 18, 1965, 100 - 127).

Diese bekannten Medien bestehen aus anorganischen Substanzen und weiteren Spurenelementen, die bisher in dem Medium für das Wasserkulturverfahren von Pflanzen angewandt worden sind, Saccharide, Suxine (wachstumsfördernde Substanzen), Cytokinine, Vitamine und Aminosäuren. In diesen Medien werden insbesondere die folgenden Substanzen angewandt: anorganische Salze, wie Caliumchlorid,

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Calciumchlorid, Kaliumnitrat, Calciumnitrat, Natriumnitrat, Ammoniumnitrat, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, Kaliumphosphat, Natriumphosphat, Eisen-III-chlorid, Eisen-III-sulfat, Na₂-EDTA (,JNap-Äthylendiamintetraessigsäure), Mangansulfat, Zinksulfat, Borsäure, Kaliumiodid, Kupfersulfat, Natriumolybdat, Aluminiumchlorid und Kobaltchlorid, Saccharide, wie Sukrose, Glucose, Fructose und Mannose, Auxine, wie 2,4-Dichlorphenxyessigsäuresäure und Indol-3-essigsäure, Cytokinine, wie Kinetin, Vitamine, wie ThiaminhydroChlorid, Pyridoxinhydrochlorid, Nikotinsäure, Myoinositol und Biotin und Aminosäuren, wie Glyzin.

Die Zusammensetzungen der üblichen Medien für Gewebekultur wurden geprüft und es werden die folgenden Ergebnisse erhalten:

1) Die Ausbeute an Tabakzellen in den Gewebekulturen unter Anwenden bekannter Medien war am höchsten, wenn das Linsmaier & Skoog-Medium angewandt wurde;

2) Das Anwenden von Phosphatmengen in der Größenordnung von zwei- bis dreimal soviel als des Linsmaier & Skoog Mediums führt zu günstigen Wirkungen auf die Ausbeute an Tabakzellen. Das Medium enthält die größte Mengen an Phosphat unter den bekannten Medien, d.h. 340-510 mg/1, wie in der Figur 1 gezeigt, wo die voll ausgezogen gezeichnete Linie bezeichnet mit PiX3 die Kurve des Trockengewichtes der Tabakzellen wiedergibt, die ausgebildet werden, wenn eine dreifache Phosphatmenge als diejenige des angewandten Mediums angewandt werden, und die voll ausgezogen gezeichnete Linie bezeichnet mit PiX1, ist eine ähnliche Kurve, wenn eine gleiche Phosphatmenge zu derjenigen des angewandten Mediums angewandt wird, wohingegen die gestrichelten Linien mit den gleichen Bezeichnungen die Kurven verbleibenden Zuckers in der Kulturbrühe entsprechend den voll ausgezogen gezeichneten Linien darstellen.

3) Bei dem Linsmaier & Skoog Medium kann Myoinositol durch Thiaminhydrochlorid ersetzt werden»

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Anhand der obigen Ausführungen wird ein Beispiel eines geeigneten Mediums für die Gewebekultur, wie es erfindungsgemäß Anwendung findet, im folgenden wiedergegeben:

Tabelle I

NH₄NO₃ KNO₃	2	Na₂-EDTA	7	H₂O	2 H₂O H₂O
CaCl₂ ·	7	FeSO₃ ·		H₂O	H₂O
MgSO₄ .	H₃BO₄ MnSO₄*
	ZnSO₄"	H₂O
KI	4 H₂O
Na₂MoO₄ CuSO₄ ·	4 HpO
CoCl₂ ·
VJl ·
6

1,650 mg/1

1,900 »

440 »

370 »

340 »

37,3 "

27,8 »

6,2 »

22,3 "

8,6 »

0,83 mg/1

0,25 »

0,025 mg/1

Sukrose 40,000 "

2,3-Dichlorphenoxy-Essigsäure 0,2 " Thiaminhydrochlorid 1,0 "

Kinetin 0,2 »

pH (nach Sterilisation) 5,0 - 6,2 mg/1

Bezüglich der erfindungsgemäßen Arbeitsweise der Gewebekultur von Pflanzenteilen der Worte Nicotiana werden z.B. Blätterteile, Stiele, Wurzeln, Blüten, Samen oder andere Bestandteile oder Gewebe der Pflanze gewaschen, oberflächensterilisiert auf ein geeignetes steriles Agarmedium für Gewebekultur aufgebracht, das die in der Tabelle I beschriebene Zusammensetzung aufweist und in einem Erlenmeyer-Kolben vorliegt, der mit Baumwolle gefüllt ist, und bei 25 - 35°C inkubiert. Diese Teile oder Bestandteile

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oder Gewebe quellen und man erhält in k Ms 5 Wochen den callus.

Dieser callus kann stufenweise vermittels wiederholen des obigen ähnlichen Kultierens im festen Medium reiner gestaltet werden, d.h. vermittels Beimpfen frischen festen Mediums mit kleinen callus Stückchen, die von dem bei dem vorhergehenden Kultivieren im festen Medium erhaltenen callus abgetrennt worden sind.

Der so erneut gebildete und auf dem festen Medium raffinierte callus wir'" sodann in ein flüssiges Medium eingeimpft, das die gleiche Zusammensetzung wie das feste Medium aufweist, Jedoch ohne Agar und wird sodann 2-3 Wochen bei einer Temperatur von 2b τ 35° C in einem Schüttler kultiviert. Das Inrofmaterial beläuft sich auf etwa 3 g callus Frischgewicht zu 100 ml flüssiges Medium und der callus pflanzt sich in der Kulturflüssigkeit in Form einer flockigen Suspension fort. d.h. als "Tabakzellen". Diese Tabakzellen werden feiner und bilden sich schneller, wenn die obige Schüttelkultur im flüssigen Medium wiederholt wird, d.h. Beinrofen frischen flüssigen Mediums mit einem Anteil der zuvor ausgebildeten Kulturbrühe, die die Tabakzellen enthält.

Die bei der Schüttelkultur erhaltene Zeil suspension wird in ein flüssiges Medium der gleichen Zusammensetzung eingeimpft und in eine Fermentiervorrichtung aus rostfreiem Stahl eingebracht, ™ während leichten Rührens unter Belüftung kultiviert. Das Impfmaterial beläuft sich auf 1/10 der Menge des Gesamtmediums und ein int»ensives Rühren hat sich als unzweckmäßig aufgrund des Zerbrechens der Zellmembranen erwiesen. Die zur Belüftung angewandten Luftmengen belaufen sich auf etwa 0,5 - 200 Liter/Liter des Mediums/Minute und die Kulturzeit beläuft sich auf eine Woche.

Die in dieser Weise kultivierten und in großer Menge durch ein Belüften der Kultur unter Rühren vermehrten Tabakzellen können

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von der Kultubrühe vermittels Abfiltrieren oder Zentrifugieren

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abgetrennt werden, wobei die Zellmembran derselben nicht zerstört werden. Die abgetrennte Tabakzellensammlung enthält 90 bis 95 Gew.-% Feuchtigkeit, und die Ausbeute an Trockengewicht dieser Tabakzellen beläuft sich auf 50 bis 65 % des in der Kulturbrühe verbrauchten Zuckers und beträgt 15-2Og Dro Liter des Mediums bei ansatzweisem Kultivieren. Die einzelne Stelle stellt hierbei ein Ellipsoid dar, der einen größeren Durchmesser von etwa 50 - 200 ,u und einen kürzeren Durchmesser von etwa 30 - 50 yu besitzt.

Anhand der obigen Erläuterungen ergibt sich somit, daß wenigstens 4 bis 5 Wochen einer- Kultur auf Agarmedium, 2 bis 3 Wochen der flüssigen Schüttelkultur und etwa 1 Woche Kultur unter Belüften in Flüssigkeit und Rühren erforderlich ist, so daß sich insgesamt eine Zeitspanne von 7-9 Wochen ergibt zwecks Erhalten von Tabakzellen, die für Rauchzwecke geeignet sind und weiterhin wird diese Gesamtkulturzeit noch wesentlich dann verlängert, wenn in der oben beschriebenen Weise sowohl das Kultivieren auf festem Medium als auch flüssigem Medium wiederholt wird. Wenn die Kulturbrühe jedoch, bei der die Tabakzellen in homogener Suspension vermehrt werden, einmal in der Belüftungskultur unter Rühren vorliegt, kann eine derartige Kulturbrühe praktisch innerhalb einer kurzen Zeitspanne dadurch erhalten werden, daß man nach einem halbkontinuierlichen Verfahren arbeitet, bei dem ein Teil der Kulturbrühe herausgenommen wird unter Belassen eines weiteren Teils der Brühe in der Fermentiervorrichtung, und ein frisches steriles Medium tritt an die Stelle der verbleibenden Kulturbrühe, um so das Kultivieren der Tabakzellen erneut fortzusetzen. Wenn z.B. etwa die Hälfte des Volumens der Kulturbrühe aus der Fermentiervorrichtung entfernt und die Belüftungskultur fortgesetzt wird, nachdem die Fermentiervorrichtung mit frischem Medium versetzt worden ist, wird die sich anschließende logarithmische Wachstumsphase der Tabakzellen in der Kultur angenähert innerhalb eines oder zweier Tage zum Abschluß gebracht sein, und somit kann etwa die Hälfte der angenähert fertigen Kulturbrühe, die

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Tabakzellen in einer Menge von 13 - 15 g Trockengewicht pro Liter enthält, ,jeden Tag oder ,jeden zweiten Tag unter Anwenden dieses halbkontinuierlichen Verfahrens erhalten werden. Weiterhin enthält die aus der Fermentiervorrichtung entfernte Kulturbrühe eine relativ große Menge an verbleibendem Zucker und somit ist es vorteilhaft das Filtrat der entfernten Kulturbrühe wieder der Fermentiervorrichtung zuzuführen, nachdem dasselbe mit frischen Bestandteilen versetzt und ein Sterilisieren durchgeführt worden ist, um so das Filtrat erneut der Verwendung zuzuführen.

Erfindungsgemäß werden die vermittels Gewebekultur der Pflanzen der Sorte Nicotiana erhaltenen Tabakzellen in ein für Rauchzwecke geeignetes stabartiges Material überführt.

In der US-PS 3 223 090 ist beschrieben, daß ein Gemisch aus Tabakpulver, Wasser und geeigneten Zusatzmitteln in eine Stabform gegossen und gefriergetrocknet wird unter Ausbilden eines für Rauchzwecke geeigneten stabförmigen Materials.

Es wurde nun gefunden, daß ein hierzu vergleichbares stabförmiges Material für Rauchzwecke leicht unter Anwenden von Tabakzellen erhalten werden kann. Frische Tabakzellen besitzen das spezifische Merkmal der Viskosität, und somit kann ein stäbartiges Material mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften vermittels Gießen des Gemisches bestehend aus Tabakzellen und geeigneten Zusatzmitteln in eine Stabform und sodann Gefriertrocknen des stabförmigen Gemisches erhalten werden.

Erfindungsgemäß werden frische Tabakzellen, die aus der Kulturbrühe abgetrennt worden sind, mit Tabakblattsubstanzen und/oder faserförmigen Materialien und/oder anorganischen' Materialien, die die Raucheigenschaften der Endprodukte nicht nachteilig beeinflussen, vermischt unter Ausbilden einer Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80-93 %» Es ist bevorzugt, eine geringe Wassermenge zu dieser Paste zuzusetzen zwecks Einstellen des

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Feuchtigkeitsgehaltes der Paste, wenn der Gehalt an Tabakzellen in der Paste verhältnismäßig gering ist. Die in dieser Weise hergestellte Paste kann leicht in Stabform gegossen und sodann gefriergetrocknet werden, wobei dieselbe praktisch die gegossene Form aufrechterhält. Andererseits ist eine Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von unter 80 % oder über 93 % für ein Gießen in eine Stabform ungeeignet.

Erfindungsgemäß können die Zusatzmittel, wie aromatische Stoffe,. Süßungsmittel, hygroskopische Mittel und Brennmittel, die in üblicher Weise bei dem Herstellen herkömmlicher rekonstituierter Tabake angewandt werden, die im Gemisch aus Tabakzellen mit Tabakblattsubstanzen und/oder faserförmigem Material und/oder anorganischen Materialien zugesetzt werden. Die aromatischen Stoffe, Süßungsmittel, hygroskopischen Mittel können auch späterhin in das fertige, d.h. gefriergetrocknete, stabartige erfindungsgemäße Produkt eingebracht werden. Die Arten der faserförmigen und anorganischen Materialien, die nicht zu einer Beeinträchtigung der Raucheigenschaften des EndOroduktes führen und die Zusatzmittel, die hier erfindungsgemäß angewandt werden können, sind die gleichen wie weiter oben erläutert.

Die Tabaksubstanzen und/oder faserförmigen Materialien und/oder anorganischen Materialien, die mit den Tabakzellen vermischt werden, führen zu einer Verbesserung der physikalischen und organoleptischen Eigenschaften des getrockneten, stabartigen Materials, und zwar insbesondere bezüglich der mechanischen Festigkeit und des Füllwertes. Die Mengen derartiger Zusatzmittel belaufen sich auf das 0,3- bis 2,0-fache des Trockengewichtes der Tabakzellen. Die Mengen der Zusatzmittel sind recht gering, und somit hat der Zusatz dieserjviittel nur geringe Einwirkung auf den Feuchtigkeitsgehalt der Paste.

Die Tabelle II zeigt ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Zusammensetzung und Feuchtigkeitsgehalt der Paste, die aus Tabakzellen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 93 % und getrocknetem

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Tabakpulver besteht.

Tabelle II

Zusammensetzung	(Trockengewicht %)	Feuchtigkeitsgehalt der Paste C Gew.-96)
Tabakzellen	Tabakpulver
6Q % 51 38	31 % 49 • 62	90,3 % 87,5 84,7

Um die obige Paste in eine Stabform zu gießen wird vorzugsweise eine kontinuierlich arbeitende, zylinderförmige Strangpreßvorrichtung angewandt. Die Paste kann jedoch während des Vorliegens in einer stabförmigen Gießform gefroren werden. Das Vorsehen feiner Löcher von 0,2 mm bis 0,5 mm Durchmesser längsseitig durch die stabförmige Paste führt zu einem Zugwiderstand bei dem Rauchen des Endproduktes.

Die in Stabform gegossene Paste wird sodann vermittels Einbringen derselben in eine Temperaturzone von -20 bis -80° G schnellgefroren und im Anschluß hieran bei einer Temperatur von weniger als -5° C und bei einem Druck von weniger als 3 mm Hg gefriergetrocknet. In dem Falle, daß die Paste langsam gefroren wird, bilden sich große Eiskristalle in dem gefrorenen Stab und dies führt zu Nachteilen, indem die Trocknungszeit verlängert wird und die innere Poren des fertigen stabförmigen Produktes größer und weniger einheitlich werden.

Bei diesem Gefriertrocknen wird Feuchtigkeit (Eis) von der gefrorenen Paste vermittels Sublimieren entfernt, und somit wird die gefrorene Paste ohne jegliches Einschrunrofen getrocknet und deren ursprüngliche Form und Größe bleibt aufrechterhalten. Da die er-

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findungsgemäß als Rohmaterial in Anwendung kommenden frischen Tabakzellen im allgemeinen mehr als 90 Gew.-?o Feuchtigkeit enthalten im Inneren der Zellmembranen derselben, weist das gefriergetrocknete, stabförmige Material eine größere Anzahl feiner Poren und bemerkenswert geringe scheinbare Dichte auf. Da weiterhin die frischen Tabakzellen kohäsiv sind, po daß dieselben als Bindemittel in der Paste wirken, werden die Tabakblattsubstanzen und weitere Zusatzmittel in dem getrockneten stabförmigen Material durch die Tabakzellen fest zusammen .eingearbeitet,wobei der Stab eine-geeignete Elastizität annimmt,

Das in der obigen Weise erhaltene stabförmig⁰ Material, dessen Feuchtigkeitsgehalt auf 10 - 14 % eingestellt worden ist, kann dem Rauchen nach dem Einschalgen in eine Umhüllung oder Versehen mit FiI terspitzen an einem Ende derselben, zugeführt werden. Diese Zigarette besitzt milde und leichte organoleotische Eigenschaften aufgrund ihrer geringen Gehalte 'an Nikotin und Teer und besitzt eine gute Brennfahigke.it aufgrund der Vielzahl der inneren Poren.

Die Tabelle III zeigt Beismele für das Gleichgewicht des Feuchtigkeitsgehaltes (auf der Gewichtsgrundlage) des stabförmigen Materials das vermittels Gefriertrocknen der aus Tabakzellen und Tabaknulver bestehenden Paste hergestellt worden ist, wobei der Tabak von der .Sorte N. tabacum var hellgelb, abgeleitet wurde. Der Feuchtigkeitsgehalt wird gemessen dergestalt, daß eine Probe in einen Schwefelsäure-Desikkator bei einer Temperatur von 20 C und unter den angegebenen Feuchtigkeitsbedingungen eingebracht wird und sodann bei einer Temneratur von 100° C 1 Stunde lang getrocknet wird.

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Tabelle III

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Zusammensetzung Trockengewicht

relative Luftfeuchtigkeit

Tabakzellen Tabakzellen Tabakze"Men Tabakrmlver 100 % 69 ^ci ** % 1Π0 %

Tabaknul

<ί<

Tabakpulver» A 9 ⁰^

60 70 8Π

1 ^j	O	%	11,	^ %	10,8 %	9	,0
16,	1		14,	7	13,7	11	,5
21,	O		18,	9	18,0	1Δ	,Q
29,			27,	1	25,7	21	,8

Die folF^onr>fin Bein-piele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Bb wird Samen von N. tabacum var. hellgelb mit entionisiertem V/asser gewaschen, einige Sekunden in 95 % Äthanol'eingeweicht, sodann weiterhin etwa 10 Minuten in 10 ⁰A Natriumhvpochloritlösung und sodann mit sterilem Wasser gewaschen. Dieser Samen wird auf ein sterilisiertes festes Kulturmedium aufgebracht, das vermittels Zusatz von 1 % Agar zu der in der Tabelle I aufgezeig ten Zusammensetzung hergestellt worden ist und sodann in einen mit Baumwolle verschlossenen Erlenmeyer Kolben eingebracht und bei einer Temperatur von 26-30 C etwa 4 Wochen inkubiert. Wenn ein Keimanteil dieses Samens mit dem festen Medium in Berührung gebracht wird, bildet sich an diesem Berührungspunkt callus. Dieser callus wird abgeschnitten, auf ein frisches Medium der gleichen Zusammensetzung überführt und kultivert. Nachdem diese callus-Kultur dreimal wiederholt worden ist, werden etwa 3 g callus auf der Grundlage des Frischgewichtes, ausgebildet in der letzten Kulturstraße in 100 ml flüssiges Medium der gleichen

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Zusammensetzung, .iednch ohne Agar, das in einem 500 ml Sakaguchi Kolben vorliegt, eingeinmft und auf einem Schiittier bei einer Temperatur von 28-30° C kultiviert. Nach etwa ? Wochen rifLane.en sich Tabakzellen in Susr>ension in der Flüssigkeit fort. Es werden etwa 10 ml dieser Kulturbrühe in 100 ml frisches flüssiges Medium der gleichen Zusammensetzung überführt und erneut schütte!kul tiviert. Nachdem dieses Kultivieren fünfmal wiederho.lt worden ist, wird eine Kulturbrühe in der die Tabakballen feiner und einhei t! i r.her di sr>ergiert sind, in etwa 1 Woche erhalten.

Sodann werden etwa 100 ml dieser Kulturbrühe in 1 Liter flüssiges Medium der gleichen Zusammensetzung in einem 3—Liter-Kolben eingeimnft und 1 Woche schüttelkultlviert. Die in dem 3-L.i.ter-Kolben erhaltene Kulturbrühe wird in 11 Liter flüssiges Medium eingeinmft, in einer 15 Liter Fermentiervorrichtung gehalten und bei einer Temneratur von 30° C unter einer Belüftungsgeschwindigkeit von 7,5 Liter/min, und Rühren mit einer Geschwindigkeit von 50 U/min, kultiviert. Nach 5 bis 6 Tagen werden etwa 5 Liter, d.h. etwa die Hälfte der Kulturbrühe in der Fermentiervorrichtung, wo sich die Tabakzellen in Suspension fortgepflanzt haben, abgenommen und etwa 5,5 Liter frisches Medium, das getrennt hergestellt und steriliert worden ist, werden dem Fermentierer zugeführt und es wird unter Rühren eine ßelüftungskultur unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Belüftungsgeschwindigkeit auf 11,5 Liter/min, erhöht wird. Nach 2 Tagen werden 5 Liter Kulturbrühe in gleicher Weise abgenommen und dem Fermentierer erneut frisches Medium zugesetzt. Somit werden einen Tag über den anderen 13-15 g Tabakzellen auf der Trockengewichtsgrundlage όγο Liter der Kulturbrühe erhalten vermittels Wiederholen der oben angegebenen halbkontinuierlichen Kultur der Tabakzellen.

Es werden Tabakzellen wie oben beschrieben fortgepflanzt und von der Kulturbrühe vermittels Zentrifuge abgetrennt.

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1,5 kg Tabakzellen auf eier Grundlage des Frischgewichtes (die 10^ fr Trockengewicht aufweisen) werden vermischt und mit 100 g Teilen mit einer Größe entsr>rechend 1,19 - 0,50 mm verknetet, die dergestalt hergestellt worden sind, daß zerschnitzelter Tabak fsnir Zigaretten mit der Bezeichnung "hi-Iite" getrocknet und vermählen werden, sowie 10 g Sorbitol und einer geringen Menge Cascarillaöl, um so eine Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 87 Gew.-% auszubilden. Die Paste wird unter Anwenden einer zvlinderförmigen Extrukdiervorrichtung in einen Stab gegossen, der einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 63 mm aufweist, vobei der Stab gleichzeitig einem Einbringen von feinen Löchern mit einem Durchmesser von 0,5 mm unter Anwenden dünner Drahtkerne unterworfen wird. Die stabförmige Paste wird vermittels Einbringen derselben in eine Tenroeraturzone von -20 C blitzgeforen und anschließend wird der gefrorene Stab vermittels Anwenden eines Yakuum-Gefriertrockners bei einem Druck von 2,5 mm Hg und einer Temperatur von-7,2 C gefriergetrocknet. Das getrocknete stabförmige Material weist im Inneren eine Vielzahl feiner Poren auf. Nachdem der Feuchtigkeitsgehalt dieses Stabes auf 13% eingestellt worden ist, wird der Stab zusammen mit einer Filterspitze mit einer Länge von 17 mm, befestigt an einem Ende des Stabes, in eine Umhüllung eingewickelt, und einem Test bezüglich der physikalischen Eigenschaften und Rauchtest unterworfen, um denselben mit im Handel befindlichen Produkten der Marke "hi-Iite" zu vergleichen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV wiedergegeben.

Tabelle IV

erfindungsgemäßeρ Produkte der Marke Produkt »hi -lite"

FülLwert (g/Zigarette) 0,47 0,85

Härte (kg/Zigarette) 1,50 0,87

nikotin im Rauch (mg/Zigarette) 0,3 1,7

Zugwi derstand beim Rauchen

(mm HpO) 115 108

TPFi im Hauch (mpr/Ziftarettpn) Q,0 27, Q

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BAD ORfGIMA

Jeder Test in der Tabelle IV wird in der folgenden Weise gemessen:

Der Füllwert wird in der gleichen Weise wie weiter oben beschrieben gemessen.

Die Härte wird ausgedrückt in Belastung durch Pressen der Testzigarette in Durchmesserrichtung bis zur Zerstörung bei 1,5 mm. TPM im Rauch (Gesamtteilchen im Rauch) wird ausgedrückt mit der Gewichtszunahme des Aerosolfilters (Glasfaserfolie CM 113A, hergestellt von Cambridge Filter Co. Ltd.) bedingt durch Adhäsion von rohem Teer (feuchtem Teer) auf dem Filter, wenn der Rauch der Testzigarette durch den Filter gezogen wird.

Nikotin im Rauch wird berechnet von der Wellenlänge der Ultraviolettabsorption der wässrigen Lösung, die dergestalt hergestellt worden ist, daß roher Teer, der auf dem Aerosolfilter bei dem oben beschriebenen Messen der TPM im Rauch anhaftet, unter sauren Bedingungen dampfdestiliiert wird und sodann der Rückstand wiederum dampfdesti liiert wird, jedoch im alkalischen Medium und sodann das Destillat angesäuert wird.

Der Zugwiderstand des Stabes beim Rauchen wird ausgedrückt durch die Druckdifferenz, die vermittels eines U-Rohrmanometers angezeigt wird, das mit Wasser gefüllt ist, wenn der Luftstrom . bei einer Geschwindigkeit von 17,5 ml:Sec. vermittels Anwenden einer Vakuumtiumpe durch die Testzigarette abgezogen wird bei Vorliegen des U-Rohrmanometers parallel bei einer Temperatur von 20 C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 %.

Wie sich anhand der Ergebnisse der Tabelle IV ergibt, weist das erfindungsgemäß hergestellte stabförmige Material überlegene Eigenschaften hinsichtlich des Füllwertes, der Nikotin- und TPM-Menge im Rauch gegenüber handelsüblichen Produkten auf, wobei dieselben einen geringfügig größeren Zugwiderstand beim Rauchen als handelsübliche Produkte aufweisen.

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Beispiel 2

Es werden Tabakzellen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 fortgepflanzt und gesammelt mit der Ausnahme, daß ein Blattanteil von N.t. var xanthi anstelle eines Samens von N.t. var hellgelb angewandt wird. 1,5 kg Tabakzellen auf der Frischgewichtsgrundlage (105 g Trockengewicht) werden vermischt und geknetet mit 75 g Teilchen mit einer Maschengröße entsprechend 1,19 - 0,50 mm, hergestellt dergestalt, daß geschnitzelter Tabak für Zigaretten der Handelssorte ¹¹RAN" getrocknet und vermählen wird, und 75 g Calciumcarbonat und 5 g Zucker sowie einer geringen Wassermenge unter Ausbilden einer Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 85 Gew.-% · Die Paste wird in ein Rohr mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 63 mm gefüllt, wobei vier feine Löcher mit einem Durchmesser von 0,5 mm durch den Stab vermittels Hindurchführen dünner Drahtkerne in das Rohr eingebohrt werden, und die Paste wird unter Einführen derselben in eiaine Temperaturzone von -20° C blitzgeÄoren. Der gefrorene Stab wird sodann vermittels eines Vakuum-Gefriertrockners bei einem Druck von 3 mm Hg und einer Temperatur von -5° C gefriergetrocknet. Es wird eine Geringe Menge Irisöl in das getrocknete stabförmige Material eingearbeitet und der Feuchtigkeitsgehalt des Stabes wird gleichzeitig auf 11 % eingestellt. Der Stab wird sodann mit einem Umschlag wie im Beispiel 1 eingeschlagen. Diese Zigarette wird Tests hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften und des Rauchens unterworfen im Vergleich mit handelsüblichen Produkten (Warenzeichen RAN). Die Ergebnisse sind in der Tabelle V wiedergegeben.

Tabelle V

erfindungsgemäße handelsübliches Produkte Produkt "RAN"

Füllwert (g/Zigarette) ö,58 ö,93 '

Nikotin im Rauch (mg/Zigarette) 0,4 1,11 '

TPM im Rauch (mg/Zigarette) 5,1 18,8

Zugwiderstand beim Rauchen ^_n (mm HpO) ¹¹⁰

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Beispiel 3

Es werden Tabakzellen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 fortgepflanzt und gesammelt mit der Ausnahme, daß ein Wurzelteil von N. gutinosa anstelle eines Samens von N.t. var hellgelb angewandt wird. 1,5 kg Tabakzellen Frischgewicht (102 g Trockengewicht) werden gesammelt und vermischt und verknetet mit 100 g Teilchen mit entsprechenden Größen von 1,19 bis 0,50 mm, die dergestalt hergestellt werden, daß geschnitzelter Tabak für Ziga-. retten der Handelssorte "Whinston" getrocknet und vermählen wird ' und 10g Holzbrei (N-BKP) und eine geringe Menge Tabakextrakt beigemischt werden, um so eine Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 86 Gew.-% auszubilden«, Die Paste wird sodann in ein stabförmiges Material zum Rauchen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 angegeben, gegossen.

Beispiel 4

Es werden Tabakzellen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 fortgepflanzt und gesammelt mit der Ausnahme, daß ein Stielteil von N. Debneyi anstelle eines Samens von N.t. var hellgelb angewandt wird. 1,5 kg Tabakzellen Frischgewicht (104 g Trockenge- * wicht) werden vermischt und geknetet mit 100 g Teilchen einer Maschengröße von 1,19 - 0,50 mm, die vermittels Trocknen und Vermählen geschnitzelten Tabaks für Zigaretten der Handelssorte "Lark" hergestellt worden sind, 10 g Propylenglykol und einer geringen Menge Benzoetinktur, um so eine Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 87 Gew.-% auszubilden. Die Paste wird sodann in ein stabförmiges Material für Rauchzwecke wie im Beispiel 1 angegebenen, gegossen»

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Beispiel 5

Es werden Tabakzellen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 fortgepflanzt und gesammelt mit der Ausnahme, daß ein Strunkteil von N. tabacum var nambu anstelle von Samen N.t_o var hellgelb angewandt wird. 1,5 kg Tabakzellen Frischgewicht (106 g Trockengewicht) werden vermischt und verknetet mit 100 g Teilchen mit einer Größe von 1,19 - 0,50 mm, hergestellt vermittels Trocknen ' und Vermählen von geschnitzeltem Tabak für Zigaretten der Handelsbezeichnung "Rothmans" 5 g Aktivkohle und einer geringen Menge Menthol, unter Ausbilden einer Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 88 Gew.~%. Die Paste wird sodann in ein stabförmiges Material für Rauchzwecke wie im Beispiel 1 angegeben, gegossen.

Beispiel 6

Es werden Tabakzellen in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 mit der Ausnahme fortgepflanzt, daß ein Strunkteil von N. tabacum var enshu anstelle eines Damens von N.t. var hellgelb angewandt wird und daß das aus der Kulturbrühe von der Fermentiervorrichtung entnommene Filtrat nach Zusatz frischen Mediums und anstelle des frischen Mediums sterilistert wird, der Fermentiervorrichtung zuzurückgeführt wi-rd, wobei das frische Medium neu hergestellt und dem Fermentierer zugegeben Worden ist. 1,5 kg Tabakzellen Frischgewicht (101 g Trockengewicht) werden gesammelt und anschließend in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 behandelt, wodurch ein stabförmiges Material für Rauchzwecke erhalten wird.

- Patentansprüche - 20 -

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Claims

- 20 Patentansprüche:

Verfahren zum Herstellen stabartigen Materials für Rauchzwecke, gekennzeichnet durch an sich bekanntes Kultivieren eines Pflanzenkörperteils der Sorte Nicotiana auf einem festen Nährmedium für Pflanzengewebe-Kultur, Überimpfen der so erhaltenen amorphen Zellklumpen in das Ausgangsnährmedium in flüssiger Form, weiteres an sich bekanntes Kultivieren desselben unter aeroben Bedingungen, Abtrennen der Tabakzellen aus der Kulturbrühe, vermischen der Tabakzellen mit Tabakblattsubstanzen und/oder faserförmigen Materialien und/oder anorganischen Materialien unter Ausbilden einer Paste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80 - 93 %, wobei die faserförmigen Produkte und die anorganischen Materialien die Raucheigenschaft des Endproduktes nicht beeinträchtigen, Gießen der Paste, oder nach vorherigem Vermischen desselben mit weiteren Zusatzmitteln, in Stangenform und Gefriertrocknen der stabförmigen Paste,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabakblattsubstanzen und/oder faserförmige Materialien und/oder anorganischen Materialien in einer Menge von dem 0,3 bis 2,0-fachen des Trockengewichtes der angewandten Tabakzellen in

* Anwendung kommen,
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Phosphat in dem Nährmedium in einer Menge des 2-bis 3-fachen derjenigen des herkömmlichen LinsmaieJ* und Skoog-Medium angewandt wird, > ■

Dipl.-Ing. P. H. Mdjssner

Patentanwalt

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