DE69530624T2 - Verfahren zur behandlung von tabak - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Tabak. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Expandieren von Tabak, um die Füllkapazität des Tabaks zu erhöhen.
• Tabakblätter werden nach dem Ernten Aufbereitungsvorgängen, insbes. Trocknungsvorgängen unterzogen. Aufgrund des Wasserverlustes während eines derartigen Trocknungsvorganges erfahren die Blätter eine variable Schrumpfung. Es ist in der Tabakindustrie übliche Praxis, aufbereiteten Tabak speziell für die Zigarren- oder Zigarettenherstellung in der Weise zu behandeln, dass die Schrumpfung durch Vergrößern der Füllkapazität zurückgewonnen wird. Im allgemeinen wird durch Behandeln des Tabaks auf diese Weise die Zellstruktur des aufbereiteten Tabakblattes in einen Zustand expandiert, der ähnlich dem ist, den das Blatt vor dem Aufbereitungsvorgang einnimmt.
• Es gibt eine Anzahl von Verfahren zum Vergrößern der Füllkapazität von Tabak. Diese werden in der Tabakindustrie weitgehend benutzt, um eine Produktrückgewinnung nach dem Aufbereiten (curing) zu erzielen. Eine Erhöhung der Füllkapazität von Tabak durch Kontakt mit Dämpfen einer organischen Verbindung ist in US-A- 3 683 937 oder US-A- 3 753 440 beschrieben. Vorliegende Erfindung basiert darauf, dass bei Füllstoff-Expansionswerten, die ähnlich denen und manchmal besser als die sind, die durch herkömmlich verwendete Expansionsvorgänge erzielt werden, eine Rückgewinnung durch Verwendung von Isopentan als Expansionsmedium in der Dampfphase in einem sorgfältig gesteuerten Vorgang erreicht werden kann.
• Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Tabak durch eine Folge von Schritten vorgeschlagen, bei dem
• (1) in einer Kammer der Tabak einem reduzierten Druck nicht höher als 70 mbar (7 kPa) ausgesetzt wird,
• (2) die Zellstruktur des Tabaks mit Isopentan-Dampf bei einer Temperatur im Bereich von 70–90°C imprägniert und der Tabak in Kontakt mit Isopentan-Dampf bei einem Druck von mindestens 4 bar (400 kPa) während eines Zeitraumes von bis zu 30 Minuten gehalten wird, um den Tabak zu imprägnieren,
• (3) überschüssiger Isopentan-Dampf aus dem imprägnierten Tabak durch Evakuieren der Kammer entfernt wird, wobei die Druckänderung adiabatisch vorgenommen wird,
• (4) der imprägnierte Tabak mit Dampf in Kontakt gebracht wird, um den Tabak zu expandieren, und
• (5) der expandierte Tabak einem Neuordnungsvorgang durch Vakuum (vacuum reordering process) unterzogen wird.
• Der Tabak, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wird, nimmt typischerweise die Form von Stücken von aufbereiteten Tabakblättern an, die durch Dreschen, Schlegeln oder Schneiden ganzer aufbereiteter Blätter erhalten werden. Der Tabak kann alternativ in Form von Streifen vorliegen, die von einem ganzen Blatt geschnitten werden, oder als geschnitzeltes Blatt. Der zu behandelnde Tabak wird in Körben in der Verarbeitungskammer angeordnet.
• Der aufbereitete Tabak wird gemäß der Erfindung einem verringerten Druck von nicht mehr als 70 mbar (7 kPa) ausgesetzt. Durch diese Behandlung wird Luft in der Verarbeitungskammer und Luft, die in Taschen zwischen den Tabakblätterstücken oder innerhalb der Zellstruktur eingeschlossen wird und die sonst nachteilig auf die anschließende Imprägnierung der Zellstruktur wirkt, durch den Isopentan-Dampf entfernt. Die Anwendung von verringerten Drücken über 70 mbar entfernt im Tabak eingeschlossene Luft nicht in ausreichendem Maße, und infolgedessen wird die anschließende Imprägnierung der Zellstruktur des Tabaks durch Isopentan-Dampf nachteilig beeinflusst. Vorzugsweise wird der Druck in der Kammer unter 70 mbar (7 kPa) soweit wie möglich reduziert und dies wird durch die Leistung des verwendeten Evakuierungs- und Rückgewinnungssystems bestimmt. Es wurde festgestellt, dass Drücke in der Größen ordnung von 40–70 mbar (4–7 kPa) dauernd bei diesem Verfahren erzielbar sind und gute Resultate ergeben.
• Anschließend wird Isopentan-Dampf in die Verarbeitungskammer eingepumpt. Es ist für vorliegende Erfindung wichtig, dass kein flüssiges Isopentan in die Verarbeitungskammer eindringen kann. Deshalb muss flüssiges Isopentan, das außerhalb der Verarbeitungskammer gelagert wird, vollständig verdampft werden, bevor es in die Verarbeitungskammer gelangt und in Kontakt mit dem Tabak kommt. Da Isopentan ein hochflüchtiges und leicht entflammbares Lösungsmittel ist, muss die ingenieurmäßige Auslegung des Verfahrens- und Rückgewinnungssystems sorgfältig vorgenommen werden. Die Temperatur des Isopentan-Dampfes, der in die Kammer eintritt, liegt in der Größenordnung von 70°–90°C. Isopentan-Dampf mit einer Temperatur über 90°C soll im Falle vorliegender Erfindung nicht verwendet werden, da dies die anschließende Dampf-Expansionsbehandlung nachteilig beeinflusst und verhindert, dass eine ausreichende Expansion des Tabaks erzielt wird. Wenn der Wärmetauscher so eingestellt wird, dass er Isopentan-Dampf bei einer Temperatur unter 70°C erzeugt, besteht die Gefahr, dass flüssiges Isopentan durchströmt und in die Verarbeitungskammer gelangt. Isopentan-Dampf kann bei einer solchen Temperatur beim Eintritt in die Kammer durch den Inhalt der Kammer soweit gekühlt werden, dass er kondensiert. Die Wirkung, die sich aufgrund des Einführens von flüssigem Isopentan in die Verarbeitungskammer ergibt, besteht darin, den Vorgang zu unterbrechen. Zunächst führt flüssiges Isopentan, das in der Kammer vorhanden ist, Energie aus dem System beim Verdampfen ab. Des weiteren wird der Energiebedarf bei Rückgewinnungsvorgängen, die mit einem Überschuss an Isopentan arbeiten, erhöht.
• Die Menge an Isopentan, die die Zellen im Tabakblatt imprägniert, wird durch den Druck des Isopentan-Dampfes, der in der Verarbeitungskammer erzeugt wird, gesteuert. Der Isopentan-Dampf wird in die Kammer injiziert, bis ein Innendruck von mindestens 4000 mbar (400 kPa) vorzugsweise in der Größenordnung von 4000–4500 mbar (400–450 kPa) erreicht ist. Wenn dieser Druckwert erreicht ist, wird die Kammer abgedichtet und anschließend steigt der Innendruck weiter an (typischerweise bis etwa 5000 mbar (500 kPa)), da die Temperatur des Isopentan-Dampfes weiter steigt. Der Tabak wird in Kontakt mit Isopentan-Dampf bei einem Druck von mindestens 4000 mbar (400 kPa) bis zu 30 Minuten Dauer gehalten, damit eine vollständige Durchdringung der Zellen des Tabakblattes durch das Isopentan erfolgen kann. Es wurde festgestellt, dass eine optimale Expansion des Tabaks dadurch erreicht wird, dass der hohe Druck etwa 30 Minuten lang aufrecht erhalten wird. Es wird angenommen, dass während der Imprägnierphase das Isopentan, das innerhalb der Zellstruktur auftritt, unter Druck in die Flüssigphase gebracht wird.
• Sobald diese Zeitperiode verstrichen ist, wird der gesamte überschüssige Isopentan-Dampf aus der Kammer dadurch entfernt, dass der Druck in der Kammer so rasch wie möglich vorzugsweise auf etwa Atmosphärendruck reduziert wird. Die Druckänderung erfolgt somit adiabatisch. Dadurch, dass eine adiabatische Druckänderung sichergestellt ist, wird ein Aufbrechen und Trennen der Zellstruktur, die sehr schädlich wäre, vermieden. Es wurde festgestellt, dass diese Druckreduzierung in weniger als 15–20 Minuten, typischerweise etwa in 15 Minuten erreicht werden kann.
• Unmittelbar im Anschluss an die Evakuierung der Kammer wird die Temperatur des imprägnierten Tabaks rasch dadurch erhöht, dass der Tabak in Kontakt mit Dampf gebracht wird. Als Folge des Temperaturanstiegs wird das Volumen der Isopentan-Flüssigkeit im Inneren der Tabakblattzellen vergrößert und freigegeben, wodurch die Zellstruktur des Tabaks expandiert. Bei Betrachtung im Elektronenmikroskop ergibt sich, dass die Zellwände aufgrund dieser Behandlung angeschwollen sind. Zusätzlich scheint sich die Oberfläche des Blattes zu rauhen. Typischerweise wird der Dampf in die Kammer eingeführt, und der Druck in der Kammer auf einen Wert in der Größenordnung von 1000 mbar (100 kPa) bis 1400 mbar (140 kPa) und vorzugsweise von 1000–1200 mbar (100–120 kPa) angehoben. Dabei soll die Einwirkung des Dampfes sorgfältig erfolgen, damit keine Turbulenzen innerhalb der Kammer entstehen, was einen schädlichen Effekt auf die Expansion des Tabaks haben würde. Vorzugsweise wird die Expansionsstufe als abgeschlossen betrachtet, wenn der Dampf, der aus der Kammer durch das Evakuier- und Rückgewinnungssystem erschöpft ist, auf eine Tem peratur von 90–95°C, insbesondere etwa 94°C angestiegen ist. An diesem Punkt wird die Zufuhr von Dampf unterbrochen. Die Zeitperiode zwischen dem Start der Dampfeinführung bis zum Erreichen dieser Erschöpfungstemperatur soll vorzugsweise nicht größer als 4 Minuten und möglichst nicht größer als 2 Minuten sein.
• Unmittelbar im Anschluss an die Beendigung der Expansionsstufe wird der expandierte Tabak einer Verdampfungs-Neuordnung unterzogen, um die endgültige gewünschte Expansion und den Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen. Typischerweise ist der End-Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks so nahe wie möglich an dem Pegel, bevor der Vorgang begonnen wurde. Eine Neuordnung kann im allgemeinen durch Evakuieren der Verarbeitungskammer im Anschluss an die Beendigung der Expansionsstufe auf einen Druck in der Größenordnung von 180–220 mbar (18–22 kPa) erreicht werden. Im Anschluss daran wird der Druck isothermisch auf Atmosphärendruck zurückgeführt, und der expandierte Tabak aus der Verarbeitungskammer entfernt.
• Der so behandelte Tabak kann dann erforderlichenfalls in üblicher Weise gemischt und dann einer Zigarren- oder Zigaretten-Produktionsanlage zugeführt werden.
• Um den Füllwert eines aufbereiteten, gedroschenen Zigarren-Tabakproduktes zu messen, wie dies in den folgenden Beispielen beschrieben wird, wird eine Füllwert-Einrichtung verwendet, die im wesentlichen aus einem Zylinder mit einem Druchmesser von 64 mm besteht, in dem ein Kolben mit einem Durchmesser von 63 mm gleitet. Der Kolben besitzt eine abgestufte Dichtung auf der Seite. Dem Kolben wird Druck aufgegeben und das Volumen in Millimetern eines gegebenen Tabakgewichtes von 14,18 g wird bestimmt. Versuche haben gezeigt, dass diese Einrichtung den Füllwert einer gegebenen Menge an gedroschenem Zigarrentabak mit guter Reproduzierbarkeit exakt bestimmen läßt. Der Druck auf den Tabak, der von dem Kolben ausgeübt wird, betrug bei allen Beispielen 12,8 kPa; er wurde 10 Minuten lang aufgegeben und während dieser Zeit wurde der Füllwert abgelesen. Der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks beeinflusst die Füllwerte, die durch dieses Verfahren bestimmt werden, so dass vergleichbare Füllwerte bei ähnlichem Feuchtigkeitsgehalt erzielt wurden.
• Beispiel 1
• 150 kg aufbereiteter, gedroschene Zigarrentabak mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 14 –14,5% und einem Füllwert von 5,08 ccm/g, bestimmt nach dem vorbeschriebenen Verfahren, wurde in Körben untergebracht und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt – die Werte wurden nach dem vorbeschriebenen Vorgang bestimmt. Der Tabak wurde einem verringerten Druck von 64 mbar (6,4 kPa) und Isopentan-Dampf in der Größenordnung von 70°C–90°C in die Verfahrenskammer eingepumpt sowie der Druck auf 4300 mbar (430 kPa) erhöht. Der Tabak wurde dann 30 Minuten lang in Kontakt mit dem Isopentan gebracht; am Ende dieser Zeitdauer war der Druck auf 4964 mbar angestiegen. Der gesamte überschüssige Isopentan-Dampf wurde aus der Kammer durch adiabatisches Reduzierendes Druckes auf 1100 mbar (110 kPa) über eine Zeitperiode von etwa 6 Minuten reduziert. Im Anschluss an diese Evakuierung wurde Dampf in die Verarbeitungskammer injiziert, bis der Dampf, der durch das Evakuierungs- und Rückgewinnungssystem abgezogen wurde, auf 104°C angestiegen war. Auf eine Neuordnung durch Verdampfen folgte dann durch weitere Evakuierung der Kammer auf einen Druck von 200 mbar (20 kPa) die Rückführung auf Atmosphärendruck und das Entfernen des expandierten Tabaks aus der Verarbeitungskammer. Der endgültige Füllwert des Tabaks betrug 8,14 cdg und der Feuchtigkeitsgehalt betrug 14–14,5%.
• Der Vorgang nach Beispiel 1 wurde für weitere Zyklen des Tabaks wiederholt und die Resulte sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Verfahrensparameter aus den Beispielen 2, 3 und 4 waren die gleichen wie bei Beispiel 1, wenn nicht anders angegeben. Die Druckwerte, die in der Verarbeitungskammer während der vollen Behandlungsperiode nach den Beispielen 1–4 verwendet wurden, sind graphisch in den 1–4 dargestellt.
• Tabelle 1

  

Claims (6)

1. Verfahren zur Behandlung von Tabak durch eine Folge von Schritten: (1) in einer Kammer wird der Tabak einem reduzierten Druck nicht höher als 70 mbar (7 kPa) ausgesetzt, (2) die Zellstruktur des Tabaks wird mit Isopentan-Dampf bei einer Temperatur im Bereich von 70–90°C imprägniert und der Tabak in Kontakt mit Isopentan-Dampf bei einem Druck von mindestens 4 bar (400 kPa) während eines Zeitraumes von bis zu 30 Minuten gehalten, um den Tabak zu imprägnieren, (3) überschüssiger Isopentan-Dampf wird aus dem imprägnierten Tabak durch Evakuieren der Kammer entfernt, wobei die Druckänderung adiabatisch vorgenommen wird, (4) der imprägnierte Tabak wird mit Dampf in Kontakt gebracht, um den Tabak zu expandieren, und (5) der expandierte Tabak wird einem Neuordnungsvorgang durch Vakuum unterzogen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Schritt (1) der Tabak einem reduzierten Druck im der Größenordnung von 40–70 mbar (4–7 kPa) ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in Schritt (2) der Tabak in Kontakt mit dem Isopentan-Dampf bei einem Druck in der Größenordnung von 4000–4500 mbar (400–450 kPa) über einen Zeitraum von etwa 30 Minuten gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem in Schritt (4) der Dampf in die Kammer eingeführt wird, um den Druck auf einen Wert von 1000–1400 mbar (100–140 kPa) anzuheben.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Einführung von Dampf in die Kammer unterbrochen wird, wenn die Temperatur des Überschussdampfes, der die Kammer verlassen kann, eine Temperatur von 90–95°C, insbesondere etwa 94°C erreicht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem der Neuordnungsvorgang umfasst, dass der expandierte Tabak einer Vakuumtrocknung bei reduziertem Druck in der Größenordnung von 180–220 mbar (18–22 kPa) unterzogen wird.