DE2820414A1

DE2820414A1 - Verfahren zum herstellen von rekonstituiertem tabak

Info

Publication number: DE2820414A1
Application number: DE19782820414
Authority: DE
Inventors: Charles F Mattina
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB1557253A; TR20417A; GR63758B; US4308877A; DE2820414C2; FR2419034A1; BR7803851A

Description

B a: s c Ii reibung

Die Erfindung bezieht sich auf rekonstituierten Tabak und insbesondere auf die Herstellung von rekonstituiertera Tabak, dera ein wesentlicher Teil des in ihm ursprünglich vorhandenen Nitrates entzogen worden ist.

Rekonstituierter Tabak ist an sich allgemein bekannt. Ein Weg zur Herstellung von rekonstituiertem Tabak ist, natürlichem Tabak die löslichen Bestandteile zu entziehen, wobei der natürliche Tabak durch Mazerieren (Einweichen) und Zerkleinern für die Extraktion der löslichen Bestandteile vorbereitet wird. Die Extraktion erfolgt unter Anwendung von Wasser und entzieht dem Ausgangsmaterial etwa 30 bis 55 Gewichts-%. Dann wird mit den Tabakfasern eine wässrige Aufschlämmung erzeugt, die dann mit Verfahren, die aus der Papierherstellung bekannt sind, mit Additiven oder ohne Additive in ein sich selbst tragendes Fließ umgewandelt wird. Der vorher entzogene Tabakextrakt, der in flüssiger Form konzentriert ist, wird dann dem Fließ wieder zugeführt. Die Zuführung des Tabakextraktes kann in einer zweckmäßigen, aber ansonsten beliebigen Form erfolgen, beispielsweise Sprühen oder Tränken.

Gemäß der Erfindung wird der Tabakextrakt nach dem Extrahieren, aber vor der Wiederzuführung zu dem Fließ

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biologisch behandelt mit dem Ziel, seinen Nitratgehalt zu verringern. Diese Erfindung hat besondere Bedeutung in Verbindung mit rekonstituiertem Tabak, der einen hohen Anteil an riittelrippen aus Burley-Tabak hat, v/eil diese einen hohen Anteil an Kaliumnitrat haben. Grundsätzlich ist die Anwendung der Erfindung jedoch nicht auf einen bestimmten Tabaktyp beschränkt.

Der Entzug von Kaliumnitrat ist beim Tabak aus verschiedenen Gründen wünschenswert. Vor allem wird die Abbrandrate von Tabakprodukten verringert, wenn das Nitrat eliminiert ist. Zum anderen wird die Bildung verschiedener Komponenten im Tabakrauch verringert, unter ihnen die Oxide von Stickstoff, ilethylnitrat und Azetonnitril. Einige dieser Komponenten werden als gesundheitsschädliche Bestandteile des Tabakrauches angesehen. Darüber hinaus erzeugt Kaliumnitrat beim Verbrennen ätzenden bzw. beißenden Rauch, ähnlich verbranntem Schießpulver.

Allgemein ist die Idee, Nitrat aus wässrigem Tabakextrakt zu entfernen, nicht neu. Beispielsweise in der US-PS 3 847 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem der Extrakt mit einem Ionenverzögerungsharz in Berührung gebracht wird, um Nitrationen zu entfernen. Der grundsätzliche Unterschied der Erfindung zu den bekannten Verfahren besteht darin, daß

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Mikroorganismen, wie bestimmte Bakterien und Fungizide, verwendet werden, um Nitrat in andere, Stickstoff enthaltende chemische Formen umzuwandeln.

Ss sind bestimmte "likroorganis-nen bekannt, die Nitrat als Sauerstoffquelle benutzen. Die meisten "Ilkroorganismen sind zwar anaerobisch, aber einige von ihnen leben aerobisch bei relativ hohem Sauerstoffverbrauch. Mittels dieser Mikroorganismen wird das Nitrat verringert, d.h. in elementaren Stickstoff umgewandelt. Prozesse, die dieses Prinzip verwenden, wurden bereits für die Denitrifikation von Oberflächen- und Grundwasser vorgeschlagen.

Die Reduktion von Nitrat in Stickstoff erfordert die übertragung von Elektronen aus anderen Verbindungen. Einige dieser Abgabeverbindungen sind im Tabak vorhanden und Enzyme sorgen als Leitungen für das übertragen von Elektronen von Abgabeverbindungen zum Nitrat. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, daß die Enzyme nur der Führung bei der Übertragung der Elektronen dienen und anderweitig nicht involviert werden, so daß die Enzyme nicht aufgebraucht werden und deshalb nicht ersetzt werden müssen.

Es gibt eine große Anzahl von ^likroorganismustypen, die die Reduktion bewirken können. Es können beispielsweise

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verschiedene Bakterienstäioiue vervrendet werden, von denen die meisten zum Stamm Pseudomona gehören, aber auch andere können das erwünschte Ergebnis bringen, wie Hyphomicrobium, bestimmte Bazillen oder Hanthomona. Im Grunde genommen können alle Mikroorganismen für die Zwecke der Erfindung verwendet werden, wenn sie nur Enzyme produzieren können und in der Lage sind, das Nitrat in einem flüssigen Tabakextrakt Elektronen von einem anderen Bestandteil des Extraktes aufnehmen und so in Stickstoff umwandeln zu lassen. Enzyme, die als besonders befriedigend befunden wurden, sind Nitratreduktare, Nitritreduktare und verschiedene Zellfarbstoffe (Cytochrom), beispielsweise vom a-, b- und c-Typ.

Ein Verfahren zum Verwenden von Mikroorganismen gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein geeignetes, Mikroorganismen enthaltendes Bett eingerichtet vrird, beispielsweise mit Bakterien, durch das die Flüssigkeit für ihre Behandlung hindurchgeleitet wird. Es kann sogar vorkommen, daß im Tabak bereits von Natur aus Bakterien enthalten sind, die Nitrat reduzieren können. Dadurch kann ein solches Bett gegebenenfalls bereits dadurch entsprechend präpariert werden, daß flüssiger Tabakextrakt mit 1 bis 15 % gelösten Feststoffen wiederholt durch ein Erdbett

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oder ein Bett aus Kies oder Sand hindurchgeleitet wird. Dabei ist es wichtig, daß diese Zubereitung des Bettes unter anasrobischen oder zumindest nahezu anaarobischen Bedingungen erfolgt, ^naerobisclie Bedingungen liegen beispielsweise in einem geschlossenen, mit !Flüssigkeit gefüllten System vor oder im unteren Bereich eines tiefen, mit Flüssigkeit gefüllten Tanks, liach einigen Stunden beginnen sich die denitrierenden Bakterien auf der Oberfläche des Bettes aus beispielsweise Zrde, Sand oder Kies anzusammeln. Dabei ist es wichtig, das Nitrat während der Rückführung zu überwachen und den Prozeß anzuhalten, nachdem die Nitratkonzentration verringert wird oder gar auf Null absinkt. Andernfalls wird sich ein unerwünschtes Bakterienwachstum einstellen. .Am Ende des ?7achs turns abschnittes wird der Kies oder lie Erda des Denitrierungsbsttes für den Gebrauch vorbereitet sein. Die überwachung des Nitrates kann durch regelmäßige Entnahme und Untersuchung von Proben des zirkulierenden Extraktes erfolgen. Im Fall, daß dar Extrakt durch ein geschlossenes System zirkuliert, in das das Bett eingeschlossen ist und hierzu eine Pumpe verwendet wird, kann der Prozaß in einfacher Weise durch Stillsetzen der Pumpe unterbrochen werden.

Beim Gebrauch kann ein wässriger Tabakextrakt durch ein solches anaerobisches Filter geleitet werden. Die Größe

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des Bettes und/oder der Durchflußrate für den Tabakextrakt sollte abhängig von der iTitratkonzentration im ankommenden Konzentratstrom und dem Grad der benötigten Denitrierung eingestellt werden. Um eine wirksame Entfernung des Hitrates zu erhalten, ist ein inniger Kontakt des Extraktes mit dem Mikroorganismus notwendig. Wenn die Mikroorganismen auf dem Filter in ausreichender Ilenge vorhanden sind, dann entziehen sie den Kitrat des Extraktes Sauerstoff und reduzieren das Nitrat zu Stickstoff.

E3 muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß das anaerobische Filter nicht direkt der Luft ausgesetzt ist. Der Grund hierfür ist, daß die denitrierenden mikroorganismen Sauerstoff auch direkt verbrauchen können, und die Möglichkeit der Nitratreduktion dadurch eingeschränkt oder gar verhindert wird.

Wie oben bereits erwähnt, werden die Elektronen abgebenden Verbindungen benötigt, um die Denitrierung fortzuführen. Ein wässriger Tabakextrakt liefert diese im Überfluß, aber es scheint, daß organische Sauren, Zucker und Proteine vorzugsweise oxidiert sind. Da Nitrat und Elektronen abgebende Verbindungen in einen ganz bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen, muß die Entfernung einer bestimmten

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Nitratmenge aus dem Tabakextrakt durch Denitierung zu einer Abnahme von notwendigen organischen Verbindungen führen. Deshalb 3cann es notwendig sein, diese Verluste an organischen Verbindungen am Ende einer Denitrierung zu ersetzen.

Das Verfahren kann unter idealen Verhältnissen durchgeführt werden, wenn sich der pH-Wert des wässrigen Extraktes im Bereich zwischen 7 und 8 liegt und sich langsam spürbar unter 6 bewegt, v/o die Reduktion von Nitrat in Nitrit die hauptsächliche Reaktion ist. Die Reduktion in Nitrit ist im Denitrierungsverfahreη der erste Schritt; während der Denitrierung häuft sich einiges Nitrit an, abar schließlich erfolgt doch eine vollständige Umwandlung in Stickstoffgas. Liegt der pH-Wert des Extraktes, das der Denitrierung unterworfen wird, unter 7, so kann ihm Alkali zugefügt werden, um den pH-Wert in den optimalen Bereich anzuheben.

Die erfindungsgemäße Denitrierung ist bei jeder Temperatur relativ intensiv, die optimale Wirkung wird bei Temperaturen über 5° C und unter 35° C erzielt.

Ein typisches Verfahren gemäß der Erfindung schließt den Entzug des Tabakmaterials mittels Wasser entweder bei

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Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur ein. Dies kann in einem einstufigen Verfahren oder in einem mehrstufigen Verfahren mit mehreren aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen im Gegenstror-i geschehen. Der erhaltene Extrakt sollte eine Feststoffkonzentration zwischen 4 und 15 % haben. Dieser Extrakt wird über eine kontinuierliche Grundfläche geführt, wobai es zum Denitrieren gemäß den obigen Ausführungen durch ein anaerobes Filter geführt wird, oder in einem Zugabeverfahren wird dem Extrakt eine Mikroorganismuskultur hinzugefügt und die Flüssigkeit für eine bestimmte Zeit, vorzugsweise zwischen zwei und 24 Stunden gehalten, während der die Reaktion stattfindet. Danach kann der Extrakt durch Evaporieren konzentriert werden, ehe er dazu verwendet wird, einem paoierartigen Grundblatt imprägniert zu werden, das aus dem unlöslichen Faseranteil des Tabaks hergestellt wurde, der nach der Beendigung des Extraktionsverfahrens verblieben ist.

Beispiel 1

Die Mittelrippen von Burley-Tabak wurden mit Wasser zu einem Extrakt verarbeitet und der verbleibende Rest mit aus der Papierherstellung bekannten Verfahren in eine papierartige Folie geformt. Sin Teil des Extraktes wurde in einem geschlossenen Kreis über ein Bett geleitet, das

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groben Kies, Sand und Erie enthielt. Die Extraktführung über das Bett in einem geschlossenen Kreis erfolgte zu wiederholten lialen bei Umgebungstemperatur und während einer Dauer von 10 Stunden. Während dieser Zeit sank die Nitratkonzentration von 0,2 iillianteilen (meg) N0_/ milliliter (ml) auf 0,005 meg NO₃/ml. Am Ende dieses Zeitraumes wurde das Bett von der Extraktführung getrennt, ohne der Luft ausgesetzt zu werden. Die abgemessene fienge des wässrigen Burlejr-Tabak "Iittelrippenextraktes wurde durch das Filtemadiuin in siner Weise geleitet, die den unmittelbaren Kontakt des Mediums mit Luft verhindert. Die Durchflußrate wurde so eingestellt, da.3 das Endprodukt eine Konzentration von 0,01 meg NO-/ml hatte, d.h. 95 % entfernt worden waran. Die Analyse des Extraktes ergab, daß der Gehalt an organischer Säure um einen entsprechenden Betrag gesunken war. Eine entsprechende Menge von Kohlehydraten in der Form von Apfelsäure wurde zum Verlustausgleich hinzugegeben.

Der denitrierte Extrakt wurde konzentriert und der Folie mittels einer geeigneten Presse appliziert. Zur Kontrolle wurde rekonstitutierter Tabak genau, wie oben beschrieben, hergestellt mit der einen Ausnahme, daß das Extrakt nicht durch ein Denitrierungsrnittel geführt wurde.

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3eide Folien wurden danach geschnitten und zu Zigaretten verarbeitet. Den Zigaretten wurde ein freier Abbrand gestattet und der Zeitraum notiert, der zum Abbrennen der Zigaretten auf einer Länge von 40 mm benötigt wurde. Gleichzeitig wurde der beim Abbrand der Zigaretten entstehende Rauch mittels einer Gaschromatografietechnik analysiert, um dan Gehalt an Stickstoffoxid in dem Pfauch jeder Zigarette zu ermitteln. Die Ergebnisse der Versuche waren folgende:

Probe	freier Abbrand	Stickstoffoxid
	(min/40 mm)	£*1S NO_x)
unbehandelt	3.2	880
denitriert	9.2	90

Beispiel 2

Bakterienkultur und Filterbett wurden in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise präpariert. Die Kultur wurde dann mit einer bestimmten Menge des zu denitrierenden Tabakextraktes in einen Tank gegeben. Der Tankinhalt wurde umgerührt, um eine gute Vermischung und einen innigen Kontakt zwischen dem Extrakt und der Bakterienkultur zu erzielen. Das Umrühren wurde für die Dauer von 6 Stunden durchgeführt, worauf die Anfangskonzentration an Nitrat (0.20 meg I ΝΟ-,Ί/ml) auf 0.02 meg JNO₃J /ml abgesunken war.

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Anschließend wurde der denitrierte Extrakt von der Kultur getrennt. Wie im Beispiel 1 wurde organische Säure hinzugegeben und der Extrakt konzentriert und mittels einer geeigneten Presse einer Folie appliziert. Wie im Beispiel 1 wurden Zigaretten hergestellt und abgetrennt. Folgende Ergebnisse brachte der Versuch:

Probe freier Abbrand Stickstoffoxid

(min/40 mm) ^ug NO )

unbehandelt 3.4 900

denitriert S.S 100

Die Erfindung wurde in einer bevorzugten Lösung beschrieben und erläutert, trotzdem handelt es sich bei dieser Lösung um ein Ausführungsbeispiel, das vielfach abgewandelt werden kann, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Der Gegenstand ergibt sich deshalb nur aus den Patentansprüchen, die durch die Beschreibung lediglich erläutert sind.

In der Form eines Abstraktes kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden.

Natürlicher Tabak wird mit Wasser extrahiert, um einen wässrigen Extrakt und einen unlöslichen faserigen Rest

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zu erzeugen. Der wässrige Extrakt wird den Kontakt mit Mikroorganismen ausgesetzt, wie Bakterien oder Pilzen, die in der Lage sind, Nitrat des Extraktes in Stickstoff umzuwandeln. Der Kontakt kann hergestellt werden, indem eine olikroorganismuskultur einer bestimmten '-"enge des Extraktes zugefügt wird, oder indem der wässrige Extrakt durch ein Filter geführt wird, dem "likroorganismen zugeordnet sind. In jedem Fall soll das Kontaktieren in einer anaerobischen Umgebung durchgeführt werden. Die Kultur kann dadurch erzeugt werden, da.3 eine Teilmenge des Tabakextraktes durch ein FiItermedium zirkuliert, um die Mikroorganismen des natürlichen Tabakes zum Wachsen zu bringen. Kohlehydrate und/oder Protein wird dem denitrierten Extrakt zugefügt, um die Bestandteile zu ersetzen, die während des Denitrierungsverfahrens entzogen wurden. Zum Schluß wird der denitrierte Extrakt dem faserigen Tabakrest wieder zugefügt.

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Claims

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Anmelder: j\imberlv--Clark Corporation, *) Q Q Π / Λ t

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Titel: Verfahren sun Herstellen von rekonstituiertem

Tabak

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. Verfahren zum Herstellen von rekonstitutiertera (vriedaraufbereitetem) Tabak, ciekannzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1.1 Extrahieren von natärlicheiif. Tabak mit Wasser, un einen Tabakextrakt zu erhalten sowie einer, faserigen Rest,

1.2 Formen des faserigen Restes in ein napierförmiges Flies,

1.3 der Tabakextrakt wird rät Mikroorganismen in Berührung gebracht, um seinen Nitratgehalt in Stickstoff umzuwandeln und so den T^itratgehalt des Extraktes zu verringern und

1.4 Tiiederverainigen des denitrierten Extraktes mit dem faserigen Tabakfließ.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedervereinigung von Sxtrakt und Flie.3 in einer anaeroben Umgebung erfolgt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Mikroorganismen unmittelbar einer bestimmten Menge des Tabakextraktes zugefügt werden.

4. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .likroorganisir.sn einen Filtarmedium zugegeben werden und der Tabakextrakt durch dieses Filternediurn geleitet wird, um einen innigen Kontakt zwischsn .'likroorganis'n'in und Tabak3xtrakt zu erhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da.3 die Mikroorganismen den Filtermedium in der Waise zugeordnet v/erden, daß eine bestimmte Menge des Taljakextraktes in wiederholtere Kreislauf durch das FilterMedium geleitet wird, uii die iin Tabakextrakt von Natur aus vorhandenen ;iikroorganismen de^i Filtermediun zuzuordnen.

6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gakennzeichnet, daß der Umlauf dsr bestimmten Konzentratraange fortgesetzt wird, bis dessen Nitratgehalt in wesentlichen entzogen wurde.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlauf der Konzentratneng3 in einer anaeroben Umgebung erfolgt.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 'Mikroorganismen die in Tabak natürlicherweise vorkommenden rlikroorg anisrnen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Verfahrensschritt dem clenitrierten Tabakextrakt Kohlehydrate zugefügt V7erden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verfahrensschritt den denitrierten Tabakextrakt Protein zugefügt wird.

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