DE2820414C2

DE2820414C2 - Verfahren zum Herstellen von rekonstituiertem Tabak

Info

Publication number: DE2820414C2
Application number: DE2820414A
Authority: DE
Inventors: Charles F. Lenox Mass. Mattina
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1983-11-03
Also published as: DE2820414A1; BR7803851A; US4308877A; TR20417A; GR63758B; GB1557253A; FR2419034A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum J5 Herstellen von rekonstituiertem Tabak mit Gewinnung eines Tabakextraktes durch Extrahieren mit Wasser aus dem faserigen Tabakbestandteil, Verringern des Nitratgehaltes des Extraktes mit Mikroorganismen und Wiedervereinigen des Extraktes zu dem zu einem *o papierartigen Vlies aufbereiteten faserigen Tabakbestandteil.

Rekonstituierter (wiederaufbereiteter) 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 w etwa 30 bis 55 Gewichts-%. Dann wird mit den Tabakfasern eine wäßrige Aufschlämmung erzeugt, die dann mit Verfahren, die aus der Papierherstellung bek-nni sind, mit Additiven oder ohne Additive in ein sich selbst tragendes Vlies umgewandelt wird. Der vorher entzogene Tabakextrakt, der in flüssiger Form konzentriert ist, wird dann dem Vlies wieder zugeführt. Die Zuführung des Tabakextraktes kann in einer zweckmäßigen, aber ansonsten beliebigen Form erfolgen, beispielsweise Sprühen oder Tränken. *o

Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren gemäß der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, daß zur Einwirkung der Mikroorganismen auf den Extrakt dieser unter anaeroben Bedingungen durch ein mit den Mikroorganismen behandeltes Filtermedium <" geführt wird.

Der Entzug von Kaliumnilrat 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, Methylnitrat 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 38 47 164 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem der Extrakt mit einem Ionenaustauscher in Berührung gebracht wird, um Nitrationen zu entfernen. Auch ist die Verwendung von Mikroorganismen im Zusammenhang mit einem gattungsgemäßen Verfahren bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 28 16427). Der wesentliche Unterschied der vorliegender. £rfindung zu dem erstgenannten Verfahren besteht in der Verwendung von Mikroorganismen, wie bestimmten Bakterien, zur Umwandlung von Nitrat in andere. Stickstoff enthaltende chemische Formen, während der Unterschied der Erfindung zu dem bereits vorgeschlagenen Verfahren mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung darin besteht, daß die Denitrierung des Extraktes in einem Filter ein kontinuierliches Verfahren ermöglicht Ein kontinuierliches Verfahren ist insbesondere dann in zweckmäßiger Weise möglich, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Maßnahmen getroffen werden, die die Gewinnung der zum Impfen des Filters notwendigen Mikroorganismen aus dem Extrakt selbst ermöglicht und dieser hierzu wiederholt durch den Filter geleitet wird. Mit dem kontinuierlichen Verfahren ist gegenüber dem bereits vorgeschlagenen Verfahren, das absatzweise arbeitet der Vorteil eines wesentlich geringeren Aufwandes an Zeit und Apparaturen gegeben.

Für die Zwecke der Erfindung können alle Mikroorganismen verwendet werden, die Enzyme produzieren können und in der Lage sind, das Nitrat in einem flüssigen Tabakextrakt Elektronen von einem anderen Bestandteil des Extraktes aufzunehmen 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.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein geeignetes. Mikroorganismen enthaltendes Bett eingerichtet, beispielsweise mit Bakterien, durch das die Flüssigkeit für ihre Behandlung hii.durchgeleitet wird. Im Tabak sind normalerweise bereits von Natur aus Bakterien enthalten, die Nitrat reduzieren können. Dadurch kan.i ein solches Bett gegebenenfalls bereits dadurch entsprechend präpariert werden, daß flüssiger Tabakextrakt mit 1 bis 15% gelösten Feststoffen wiederholt durch ein Erdbett oder ein Bett aus Kies oder Sand hindurchgeleitet wird. Die erfindungsgemäße Zubereitung des Bettes unter anaeroben Bedingungen ist beispielsweise in einem geschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten System oder im unteren Bereich eines tiefen, mit Flüssigkeit gefüllten Tanks möglich. Nach einigen Stunden beginnen sich die denitrierenden Bakterien auf der Oberfläche des Bettes aus beispielsweise Erde. 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 Wachstumsabschnittes wird der Kies oder die Erde des Denitrierungsbettes für den Gebrauch vorbereitet sein. Die Überwachung des Nitrates kann durch regelmäßige Entnahme und Untersuchung von Proben des zirkulie- '· renden Extraktes erfolgen. Im Fall, daß der Extrakt durch ein geschlossenes System zirkuliert, in das das Bett eingeschlossen ist und hierzu eine Pumpe verwendet wird, kann der Prozeß in einfacher Weise durch Stillsetzen der Pumpe unterbrochen werden. ^;''

Beim Gebrauch kann ein wäßriger Tabakextrakt durch ein solches anaerobes Riter geleitet werden. Die Größe des Bettes und/oder der Durchflußrate für den Tabakextrakt sollte abhängig von der Nitratkonzentration im ankommenden Konzentratstrom und dem Grad ' ■ der benötigten Denitrierung eingestellt werden. Um eine wirksame Entfernung des Nitrates zu erhalten, ist ein inniger Kontakt des Extraktes mit den Mikroorganismen notwendig. Wenn die Mikroorganismen auf dem Filter in ausreichender Menge vorhanden sind, dann -'" entziehen sie dee» Nitrat des Extraktes Sauerstoff und reduzieren das Nitrat zu Stickstoff.

Es muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß das anaerobe Filter nicht direkt der Luft ausgesetzt ist. Der Grund hierfür ist, daß die denitrierenden Mikroorganis- - · men Sauerstoff auch direkt verbrauchen können, und die Möglichkeit der Nitratreduktion dadurch eingeschränkt oder gar verhindert wird.

Um die Denitrierung fortzuführen, werden Elektronen abgebende Verbindungen benötigt, die ein wäßriger Tabakextrakt im Überfluß liefert Es scheint aber, daß organische Säuren, Zucker und Proteine vorzugsweise oxidiert sind. De Nitrat uud Elektronen abgebende Verbindungen in einem gani. bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen, muß die entfernung einer ^Ji

bestimmten Nitratmenge aus dem Tabakextrakt durch

Denitrierung zu einer Abnahme von notwendigen Unbehandelt organischen Verbindungen führen. Deshalb kann es Denitriert notwendig sein, diese Verluste an organischen Verbindungen am Ende einer Denitrierung zu ersetzen. *'

Das Verfahren kann unter idealen Verhältnissen durchgeführt werden, wenn der pH-Wert des wäßrigen Extraktes im Bereich zwischen 7 und 8 liegt und sich langsam spürbar unter 6 bewegt, wo die Reduktion von Nitrat in Nitrit die hauptsächliche Reaktion ist. Die -»5 Reduktion in Nitrit ist im Denitrierungsverfahren der erste Schritt; während der Denitrierung häuft sich einiges Nitrit an, aber schließlich erfolgt doch eine vollständige Umwandlung in Stickstoffgas. Liegt der pH-Wert des Extrakes, das der Denitrierung unterwor- ⁵ⁿ fen wird, unter 7. so kann ihm Alkali zugeführt 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. "

Beispiel 1

Die Mittelrippen von Burley-Tabak wurden mit Wasser zu einem Extrakt verarbeitet und der verbleibende Rest mit aus der Papierherstellung bekannten ⁶⁰

Verfahren in eine papierartige Folie geformt. Ein Teil Probe des Extraktes wurde in einem geschlossenen Kreis über

ein Bett geleitet, das groben Kies, Sand und Erde

enthielt. Die Extraktführung über das Bett in einem geschlossenen Kreis erfolgte zu wiederholten Malen bei ⁶⁵ Unbehandelt Umgebungstemperatur und während einer Dauer von Denitriert 10 Stunden. Wahrend dieser Zeit sank die Nitratkonzentration von 0,2 Millianteilen (meg) NOj/milliliter(ml) auf 0,005 meg NOj/mL Am Ende dieses Zeitraumes wurde das Bett von der Extraktführung getrennt, ohne der Luft ausgesetzt zu werden. Die abgemessene Menge des wäßrigen Burley-Tabak Mittelrippenextraktes wurde durch das Filtermedium in einer Weise geleitet, die den unmittelbaren Kontakt des Mediums mit Luft verhindert Die Durchflußrate wurde so eingesteirt, daß das Endprodukt eine Konzentration von 0,01 meg NOj/ml hatte, d.h. 95% entfernt worden waren. Die Analyse des Extraktes ergab, daß der Gehalt an organischer Säure um einen entsprechenden Betrag gesunken war. Eine entsprechende Menge an Säure in Fo-m von Apfelsäure wurde zum Verlustausgleich hinzugegeben.

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

Beide 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 den Gehalt an Stickstoffoxid in dem Rauch jeder Zigarette zu ermitteln. Die Ergebnisse der Versuche waren folgende:

Probe Freier Abbrand
(min/40 mm)

Stickstoffoxid
^g NO_x)

3,2
Beispiel 2

880
90

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 ciurchgeiührt, worauf die Anfangskonzentration an Nitrat (0,20 meg [NOj]/ml) auf 0,02 meg [NOj]/ml abgesunken war.

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:

Freier Abbrand
(min/40 mm)

Stickstoffoxid (μ₈ NO_T)

3,4
8,8

900
100

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von rekonstituiertem (wiederaufbereitetem) Tabak mit Gewinnen eines Tabakextraktes durch Extrahieren mit Wasser aus dem faserigen Tabakbestandteil, Verringern des Nitratgehaltes des Extraktes mit Mikroorganismen und Wiedervereinigen des Extraktes zu dem zu einem papierartigen Vlies aufbereiteten faserigen Tabakbestandteil, dadurch gekennzeich- to net, daß zur Einwirkung der Mikroorganismen auf den Extrakt dieser unter anaeroben Bedingungen durch ein mit den Mikroorganismen behandeltes Filtermedium geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ι > zeichnet, daß das Filtermedium mit Mikroorganismen angereichert wird, die im Tabak natürlicherweise vorhanden sind, wobei die Anreicherung des Filtermediums mit Mikroorganismen durch wiederholtes Durchführen des Extraktes unter anaeroben Bedingungen durch das Filtermedium erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchführen des Extraktes durch das Filtermedium wiederholt wird, bis der Nitratgehalt beim Austritt des Extraktes aus dem Filtermedi- um zumindest weitestgehend beseitigt ist

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem denitrierten Extrakt im Tabakextrakt vorkommende organische Säuren und/oder Protein zugeführt werden. J0