DE2751001A1

DE2751001A1 - Verfahren zur aufbereitung von tabak

Info

Publication number: DE2751001A1
Application number: DE19772751001
Authority: DE
Inventors: Jean Buisson
Original assignee: Societe Nationale dExploitation Industrielle des Tabacs et Allumettes SAS
Current assignee: Societe Nationale dExploitation Industrielle des Tabacs et Allumettes SAS
Priority date: 1976-11-18
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1978-05-24
Also published as: NL7712615A; FR2371156A1; US4196739A; GB1593796A; CH619120A5; FR2371156B1; SU741778A3

Description

SERVICE D'EXPLOITATION INDUSTRIELLE DES TABACS ET DES ALLUMFTTES

53, Quai d¹Orsay

Paris 7eme / Frankreich

Verfahren zur Aufbereitung von Tabak.

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Aufbereitung von Stoffen, die vom Verbraucher geraucht werden sollen. Für diese Aufbereitung sind insbesondere bestimmte Teile der Tabakpflanze geeignet. Es zeigt sich jedoch, daß das Verfahren von gleicher Bedeutung für ähnliche Teile anderer Pflanzen ist, die unmittelbar oder nach Behandlung zum Rauchen geeignet sind. Es ist ausserdem mehr als wahrscheinlich, daß bestimmte synthetische rauchbare Stoffe durch diese Aufbereitungsmethode verbessert werden könnten. Diese verschiedenen Substrate werden also nachstehend dem Tabak gleichgestellt, mit dem oder mit dessen Extrakten sie im übrigen in jedem Verhältnis gemischt werden könnten. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die verschiedenen rauchbaren Stoffe, .die man ganz oder teilweise nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren produzieren kann.

Gegenüber den schon bekannten Aufbereitungsverfahren verschiedenster Art bietet das vorliegende eine so große Zahl von Vorteilen, wie sie bislang nicht erreichbar

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waren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einerseits in jeder Hinsicht wirtschaftlich, ausserdem kann man nun in grösserem Umfang als bisher geringerwertige Teile der Tabakpflanzen einbeziehen (Hauptrippen, Seitenrippen, Stengel); ferner führt es zu Halbfabrikaten von sehr geringem spezifischen Gewicht, die diese guten Eigenschaften während ihrer Weiterverarbeitung zu rauchbaren Produkten vollständig beibehalten. Schließlich erfordern die für die Aufbereitung und für die erwähnte Weiterverarbeitung benötigten Ausrüstungsteile nur geringe Investitionen.

Andererseits können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch rauchbare Produkte hergestellt werden, die nach dem allgemeingültigen Urteil sehr viel geringere gesundheitliche Schäden für den Raucher herbeiführen; insbesondere ist der Teeranteil im Rauch dieser Produkte ausserordentlich niedrig. Es ist bemerkenswert, daß die Verringerung des Gehalts an Teerstoffen im Vergleich zu Kontrollprodukten, die aus den gleichen Tabakanteilen nach den üblichen Pabrikationsmethoden gefertigt wurden, sehr viel größer ist als die bloße Verringerung der Gesamtmasse der neuen Produkte vermuten ließ (Verringerung, verursacht bei gleicher Festigkeit durch die bereits erwähnte geringere spezifische Masse). Der Hauptgrund für diesen überraschenden Fortschritt ist darin zu suchen, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte bei dem gerauchten Produkt als wirkungsvolle Filter arbeiten. Ihre Wirksamkeit sowohl gegenüber Partikeln (Teerstoffe) als auch gegenüber gasförmigen Substanzen kann so erheblich sein, daß man dem Raucher Zigaretten ohne Filter verschaffen kann, die bei gleicher Länge des Stummels so "leicht" sind wie die derzeit wirksamsten Filterzigaretten. Unter der Benennung "Leichtigkeit" sollen hier die verschiedenen Parameter zusammengefaßt werden, die

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allgemein für die zahlenmässige Angabe des Gehalts an Teerstoffen und schädigenden gasförmigen Stoffen gegenüber als Kontrollgruppe dienenden Zigaretteiyvorgegebener Eigenschaften herangezogen werden.

Das neue Verfahren zur Aufbereitung von Tabak ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei wesentliche Behandlungen durchgeführt werden: Die Umwandlung von bestimmten Pflanzenteilen in einzelne Fasern und anschliessend das Spinnen dieser Fasern zu zusammenhängenden, isotropen kugelförmigen Zusammenballungen von niedriger spezifischer Masse. Wenn den beiden obengenannten Operationen auch verschiedene Behandlungen vorangehen, parallellaufen, an ihre Stelle treten oder nachfolgen können, so stellen die genannten Verfahrensschritte doch die wesentlichen Abschnitdes Verfahrens dar, von denen in erster Linie die wesentlichen Vorzüge der Verfahrensprodukte abhängen, so bedeutende Vorzüge, wie sie bei der Tabakaufbereitung bisher nicht bekannt waren.

Schon jetzt werden bei Tabak und insbesondere bei den holzigsten Teilen des Tabaks (Hauptrippen, Seitenrippen, und sogar Stengel) Methoden angewendet, die denen der Papierstoffherstellung vergleichbar sind. Nach dem Mahlen und Raffinieren mit oder ohne chemische Hilfsstoffe trennt man, beispielsweise in Pressen, die die löslichen Bestandteile enthaltende Flüssigkeit von dem Brei, der im wesentlichen aus stark aufgeschlossenen Fasern besteht. In Wasser aufgenommen, wird dieser Brei in den Aufgabekasten einer Maschine gegeben, die Ähnlichkeit mit einer Papiermaschine hat; in der Maschine wird der Brei nach dem Entwässern, Pressen und Trocknen zu einer ziemlich zusammenhängenden Bahn geformt. Diese Bahn bildet, nachdem sie mit aus der Flüssigkeit konzentrierten Extrakten getränkt ist, ein

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rauchbares Produkt, einen "rekonstruierten Tabak", anstelle natürlicher Tabakblätter verwendet werden kann.

Der wesentliche Unterschied zwischen dieser bewährten Technik und dem neuen erfindungsgemäßen Verfahren liegt in der Art der Struktur, die aus den Fasern gebildet wird, nachdem diese vereinzel worden sind. Nach der bekannten Methode sind alle Anstrengungen darauf gerichtet, die Fasern sich kreuz und quer .lagern zu lassen, wobei sie aber in Richtungen verlaufen, die parallel zu der Ebene der herzustellenden Bahn liegen. Selbst wenn diese Bahn eine beträchtliche Dicke erhielt, sah man sich einer Struktur mit zwei vorherrschenden Richtungen gegenüber, und die mikroskopische Betrachtung ließ immer die Lage dieser Dickenrichtung erkennen. Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren bemüht, die erzielten Strukturen so isotrop wie möglich erscheinen zu lassen. Die Fasern sind dreidimensional verwickelt, und man kann bei dem Fertigprodukt in keinem Falle irgendeine bevorzugte Richtung erkennen.

Diese dreidimensionale Struktur verleiht den zusammenhängenden Faserzusammenballungen zwei ihrer für die Verwendung in Tabakwaren hervorstechenden Vorteile: ihre niedrige spezifische Masse und ihr Filtervermögen. Diese Eigenschaften rühren daher, daß die Fasern, obwohl die Zusammenballungen, wenn man sie mit starker Vergrösserung betrachtet, einen sehr regelmässigen Aufbau haben, völlig "zufällig" miteinander versponnen sind. Der Hohlraumanteil ist daher erheblich viel größer als man ihn erzielen kann, wenn bei der Herstellung einer Tabakbahn nach dem Prinzip der Papierindustrie alle günstigen Faktoren zusammentreffen. Zum Vergleich sei vermerkt, daß, wenn bei der auf diese Weise hergestellten Bahn das Hohlraunvolumen 50 % erreicht.

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die Fasern kaum noch einen Zusammenhalt zeigen und bei geringen Belastungen auseinandertreten. Demgegenüber können die erfindungsgemäß hergestellten "usammenballungen mehr als 75 % Hohlraumvolumen aufweisen, und sie zeigen, wenn man aus beliebigen Richtungen Kräfte auf sie einwirken läßt, dann noch einen befriedigenden Zusammenhalt. Ihre Zugfestigkeit ist in allen Richtungen der Zusammenballung mindestens gleich derjenigen einer zweimal so kompakten Bahn, und ihre Elastizität nach Druckausübung, gekennzeichnet durch die Neigung, bei Nachlassen der Druckbeaufschlagung wieder zum Anfangsvolumen zurückzukehren, geht ganz erheblich über den Wert hinaus, der bei halbfein geschnittenem Tabak beobachtet wird,der sich in dieser Hinsicht am günstigsten verhält.

Noch besser läßt sich das unterschiedliche Verhalten der erfindungsgemäß hergestellten Zusammenballungen im Vergleich zu den nach Papierfabriksmethoden hergestellten Bahnen aus rekonstruiertem Tabak zeigen, wenn man die Zugfestigkeit in feuchtem Zustand betrachtet. Bei den bekannten Tabakbahnen führt eine Tränkung mit einer dem ursprünglichen Wassergehalt entsprechenden Wassermenge zu einem völligen Verlust der Zugfestigkeit, zu einer Herabsetzung etwa um einen Faktor 10. Bei den erfindungsgemäßen Zusammenballungen setzt eine derartige Befeuchtung die Zugfestigkeit nur in viel geringerem Maße herab, und der gemessene Zugfestigkeitsquotient liegt meistens unter 2 und erreicht niemals den Wert 5.

Das Filtervermögen der Faserzusammenballungen gegenüber Teerstoffen wird ebenfalls durch die Tatsache erklärt, daß die Fasern dem Rauch keine bevorzugte Strömungsrichtung bieten, in der er turbulenzfrei abfliessen könnte. Obwohl der Zug durch die Fasermasse wegen des großen Hohlraumanteils leicht ist, vervielfachen die ständigen Rich-

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tungsänderungen, die durch die völlig regellose Anordnung der Fasern verursacht werden, die Möglichkeit, Teerteilchen abzufangen. Viel weniger leicht ist die Tatsache zu erklären, daß diese Zusammenballungen auch eine sehr deutliche Wirkung auf die gasförmigen Anteile des Rauchs haben. Es ist möglich, daß diese Fähigkeit von der grossen spezifischen Oberfläche des Produkts und der Bildung von Mikroporen herrührt.

Nachstehend soll ein charakteristisches Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren angegeben werden. Natürlich kann man die angegebene Verfahrensweise noch durch zahlreiche Verfahrensschritte an sich bekannter Art ergänzen, je nach den Parametern des Endprodukts, die man gegenüber anderen herausheben möchte. Diese Veränderungen liegen im Belieben der Fachleute, die derartige Methoden bereits bei anderen Herstellungsprozessen für Tabakwaren anwenden. Nicht zuletzt soll an der neuen Technik gezeigt werden, welche Einflußnahmen bekannter und bewährter Art in den verschiedenen Stadien des Prozeßverlaufs möglich sind.

70 kg staubfreier trockener Seitenrippen- und Hauptrippentabak, der gerade aus einer Dreschvorrichtung zur Verarbeitung von fermentiertem Tabak gekommen ist, wird mit 30 kg Tabakstengelstücken innig vermischt. Die Stengel sind zuvor in einer Reihe von Verfahrensschritten entrippt und zu Stücken von 50 mm mittlerer Länge und 3 bis 5 mm Stärke zerkleinert worden. Zu diesen Vorbehandlungsschritten gehören: das Stückeln der frischen Stengel, ein erster Durchgang durch die Klopfmaschine, ein Siebvorgang, eine kraftige Trocknung, ein Zerbrechen beim Durchgang zwischen zwei umlaufenden Zylindern mit einem Trommelspalt von 8 mm, ein weiterer Durchgang durch die Klopfmaschine und eine letzte Siebung; der Gesamtvorgang führt zu einem Mengenausbringen von 80 %, bezogen auf die Trok-

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kensubstanz.

Nach einer massigen Anfeuchtung wurde die Partie von 100 kg Seitenrippen, Hauptrippen und Stengeln mehrfach dampfbefeuchtet, bis der Feuchtigkeitsgehalt 38 % betrug (3,9 g Wasser in 10 g zerkleinertem feuchten Material) . Die Partie wurde dann in einer Vorrichtung zerkleinert, die in dem französischen Patent 1 494 175 der Anmelderin (21. Juli 1966) beschrieben ist. In dieser Vorrichtung werden die Seitenrippen (und die Elemente gleicher allgemeiner Form) quer zu ihrer Längsrichtung, d.h. senkrecht zu der allgemeinen Richtung der holzigen Streifen, die das Gerüst dieser Elemente bilden, zerkleinert. Die Vorschubgeschwindigkeit der Schicht in Richtung auf die Schneidflächen und deren Einwirkungsfrequenz wurden so aufeinander abgestimmt, daß die "Schnittbreite" (in diesem speziellen Fall die Länge der Seitenrippe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schneidvorgängen) etwa 3 mm betrug. Die Feinprodukte (etwa 2kg) wurden ausgesiebt.

Die ausgefangenen Stücke wurden in einem Behälter unter Druck gesammelt; in dem Behälter befand sich ein Bodenmischer, und er war von einem thermostatisierten Dampfheizmantel umgeben. Nun wurden 700 1 Wasser und danach 50 1 einer konzentrierten Ätzlösung zugegeben, die 18 kg Soda und 4 kg Natriumsulfid enthielt. Die Temperatur wurde innerhalb von zwei Stunden auf 140° C erhöht und vier Stunden lang auf diesem Wert gehalten. Nach der Kühlung während einer Nacht wurde der Behälter geöffnet; die braune Kochflüssigkeit wurde in einen auf 4 C zu kühlenden Behälter umgegossen, in dem sie mit Natriumbikarbonat neutralisiert wurde.

Die festen Seitenrippen- und Stengelrückstände wurden in ihrem Behälter zweimal in frischem Leitungswasser 30 Min.

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lang gewaschen; dann wurden unter Rühren wieder 750 1 Regenwasser zugegeben. Bei weiter laufendem Bodenrührer wurde mit einer Leistung von etwa 8 l/Min, die entstandene, ziemlich homogene Suspension ständig umgepumpt. Der Strom gelangte in einen Zweistufen-Raffineur mit glatten Platten und von dort in Form einer sehr homogenen Paste in einen Rührer. Diese Paste enthielt im Mittel 78 g/l Feststoffe.

Um sie in eine Zusammenballung umzuwandeln, wurden jeweils 100 1 dieser Paste entnommen und in einen um seine Achse rotierenden zylindrischen Behälter gegeben, der um 30° gegen die Waagerechte geneigt war. Dieser Behälter von 80 cm Durchmesser und 2 m Länge wurde mit einer Betriebsdrehzahl von 15 Umdrehungen pro Minute in Rotation versetzt, wozu ein stufenlos verstellbares Getriebe benutzt wurde, das einen allmählichen Start und ein allmähliches Anhalten ermöglichte.

Beim Behandeln der ersten Charge wurden zugleich mit der Paste 100 1 Frischwasser in den genannten Behälter gegeben. Für die nachfolgenden Chargen wurde ebenfalls eine Volumenverdoppelung der zugeführten Paste vorgenommen, jedoch wurde dazu Tropfwasser aus den Zusammenballungen benutzt, die bei der vorangegangenen Behandlung gebildet worden waren.

Jeder Vorgang dauerte etwa sechseinhalb Stunden vom Einfüllen der Paste bis zur Entnahme des Behälterinhalts nach 30 Min. Wartezeit, ohne daß man wegen der undurchsichtigen Behälterwände hätte entscheiden können, ob die Gesamtzeit etwa hätte gekürzt werden dürfen. Zunächst wurden etwa 60 1 überstehende Flüssigkeit entnommen und dann etwas weniger Flüssigkeit gleichen Aussehens abgezogen. Der restliche Behälterinhalt wurde anschliessend

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über die gesamte Fläche eines Troges von 1,20 χ 0,50 m Größe verteilt, dessen Boden als feinmaschiges Drahtnetz ausgebildet war. Die ziemlich ungleichmär.sig hohe Schicht hatte eine durchschnittliche Stärke von 7 cm. Diese Stärke schien sich nach dem Abtropfen während einer !lacht bei Umgebungstemperatur nicht verändert zu haben; gleichzeitig wurde eine verhältnismässig geringe Menge (10 bis 30 1) einer klaren Flüssigkeit aufoefanoen.

Am nächsten Tag wurde der Trog in einen Heißlufttrockner gesetzt. Nach einer Behandlungsdauer von 2 Stunden, an deren Ende die Temperatur des Fluidstroms oberhalb der Schicht 105° erreichte, wurde der Trog aus dem Trockner herausgenommen. Das in dem Trog befindliche Material schien vollständig trocken. Bei der Messung ergab sich eine Feuchtigkeit zwischen 5 und 7 %. Das Produkt bestand aus kugelförmigen Körnern, von denen die meisten eine bemerkenswerte Gleichmässigkeit der Form zeigten: mehr als 95 Gew.% jeder Entnahmemenge wiesen einen mittleren Radius von 4 bis 6 mm auf. Auf diese Weise wurden bei der Behandlung von acht aufeinanderfolgenden Chargen 58,5 kg sehr leichter Zusammenballungen gewonnen, nachdem sie durch ein Sieb mit 4 Maschen/Zoll gegangen waren. Das Gesamtvolumen des Produkts betrug etwa 530 1, seine scheinbare Dichte lag bei 0,11, hatte also einen sehr niedrigen Wert.

Die Fähigkeit dieser Zusammenballungen, selbst dicke Flüssigkeiten zu absorbieren und dabei ihren Zusammenhalt zu bewahren, ist ebenfalls überraschend. Man konnte ein Liter der Zusammenballungen mit 150 cm brauner konzentrietter (d.h. unter Vakuum auf ein Viertel ihres Anfangsvolumens reduziert, bis sie 400 g je Liter an Feststoffen enthielt), Kochflüssigkeit tränken, ohne daß sie sich

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feucht anfühlten. Ihr Zusammenhalt schien in keiner Weise beeinträchtigt,obwohl ihr wirklicher Feuchtigkeitsaehalt bereits 30 % überschritten hatte. Nach längerem Trocknen in Heißluft ließ sich der gleiche Tränkungsvorgana mit den gleichen Ergebnissen wiederholen; das erlaubt im wesentlichen, das Gleichgewicht zwischen den Faserfraktionen und den löslichen Fraktionen des Anfangszustands wiederherzustellen und dabei im Bereich niedriger spezifischer Massen zu verbleiben; die snezifische Masse überschreitet niemals 300 g je Liter Trockenprodukt, d.h. eines Produkts mit 5 bis 10 % Feuchtigkeitsgehalt.

Die körnigen Zusammenballungen lassen sich in unterschiedlicher Weise verwenden: dank ihrer Fließfähigkeit können sie ganz gleichmässig in den Eingabeschacht einer Zigarettenmaschine gegeben werden, dessen Verteiler im übrigen mit Feinschnitt (O,6 mm) beschickt wird. Das Vermischen erfolgt bemerkenswert gut in ganz unterschiedlichen Mengenverhältnissen. Auf diese Weise konnten Zigaretten hergestellt werden, deren Einheitsmasse kaum die Hälfte derjenigen betrug, die mit Feinschnitt allein gefüllt waren, während die gemessenen Festigkeitswerte praktisch unverändert waren. Die Menge der Teerstoffe bei jedem Zug war bei den erstgenannten Zigaretten daher erheblich viel geringer, wobei die Menge der Teerstoffe je Zug während des Abbrands von Anfang bis zum Ende viel gleichmassiger blieb.

Man kann diese Zusammenballungen auch untereinander verbinden, indem man sie mit einer sehr geringen Menge Bindemittel umkleidet, von dem bekannt ist, daß es zusammen mit dem Tabak verbrennt, ohne schädliche Produkte abzugeben oder den Geruchdes Rauchs zu sehr zu verändern. Man kann auch zylindrische Stränge gleichen Durchmessers wie bei

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Zigaretten herstellen, die eher noch fester sind, obwohl die Füllungsdichte geringer ist. Wenn man die Stränge in ein Papier mit geringer Luftdurchlässigkeit einhüllt, ergeben sich Zigaretten, deren Zua sich nur wenig von demjenigen von Tabakwaren unterscheidet, deren Einheitsmasse das Drei- bis Vierfache beträgt. Die Glfichmässigkeit des freien oder erzwungenen Abbrands ist bemerkenswert. Die Beschaffenheit der Asche ist problemlos. Prüfer haben den Rauch derartiger Zigaretten als ganz besonders mild und angenehm bezeichnet. Der Gehalt an Teerstoffen beträgt weniger als ein Fünftel desjenigen in Zigaretten, die die gleiche Zahl von Zügen ermöglichen.

Der Patentanv/alt

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Claims

Ansprüche ;

Verfahren zur Aufbereitung von Tabak und von rauchbarem Material für die Herstellung von rauchbaren Stoffen, die sich durch ihren besonders niedrigen Gehalt an Teerstoffen auszeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ersten Abschnitt umfaßt, an dessen Ende das aufzubereitende Material in voneinander unabhängige Fasern zerlegt ist, und einen zweiten Abschnitt, während dessen diese Fasern durch Aufrühren in einer Flüssigkeitsumgebung zu kugelförmigen, zusammenhängenden und isotropen Zusammenballungen gesponnen werden, d.h. zu Zusammenballungen, in denen die Fasern nicht in bevorzugten Richtungen verlaufen.
2. Aufbereitungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Abschnitts die holzigsten Teile des Tabaks verarbeitet werden, vor allem die Blattrippen und der Stengel der Tabakpflanze.

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3. Aufbereitungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da? die Zerlegung in Fasern mit einerLöslichmachunc der mit ^TTasser extrahierbaren Anteile das Tabaks einheraeht.
4. Aufbereitungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Fasern in zusammenhängende Zusammenballunaen in Abwesenheit des grösseren Tails der durch Wasser extrahierbaren Anteile vorgenommen wird.
Aufbereitungsverfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängenden Zusammenballungen pit einer wäßrigen Lösuna so lange getränkt werden, bis ihre scheinbare spezifische Masse sich im wesentlichen verdopoelt hat, und daß anschliessend der grössere Teil des auf diese V*eis« eingeführten Zusatzwassers verdampft wird.
6. Aufbereitungsverfahren nach den Ansprüchen 4 un3 5, dadurch gekennzeichnet, daß die w.Hßriae Lösuna zum Tränken der Zusammenballungen mindestens teilweise Bestandteile enthält, die den Fasern während des Zerfaserungsabschnitts des Verfahrens durch das V/asser entzogen worden sind.
7. Rauchbarer Stoff für die Tabakindustrie, hergestellt nach einem der Verfahren aus den Ansorüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er zum grösseren Teil aus

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zusammenhängenden kugelförmigen Zuseuttmenballungen
besteht, deren ursnrüngliche Isotropie durch eine Zugfestigkeit bestätigt wird, die praktisch unabhängig von -2er Angriffsrichtung der Kraft ist.
8. Pauchbarer Stoff für die Tabakindustrie, hergestellt nach einem der Verfahren aus den Ansprachen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dae seine scheinbare Dichte unter 0,20 liegt.
9. ^üauchbares Produkt, dadurch gekennzeichnet, daß

es zwischen 10 und 100 % des rauchbaren Stoffs nach einem der Ansprüche 7 oder 3 enthält.

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