EP0208566A1

EP0208566A1 - Procédé de fabrication d'un matériau à fumer et matériau à fumer

Info

Publication number: EP0208566A1
Application number: EP86401113A
Authority: EP
Inventors: Jean Claude Battard
Original assignee: Societe Nationale dExploitation Industrielle des Tabacs et Allumettes SAS
Current assignee: Societe Nationale dExploitation Industrielle des Tabacs et Allumettes SAS
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1987-01-14
Also published as: EP0208566B1; FR2582571B1; FR2582571A1; DE3661459D1

Abstract

On introduit dans une extrudeuse un mélange contenant au moins 35 % de carboxyméthylamidon et de poudre de tabac, puis une solution à 5 % de bicarbonate de soude. Juste avant la sortie on introduit une solution à 5 % d'acide citrique. Le corps de l'extrudeuse est modérément chauffé au voisinage de l'entrée, pour diminuer la viscosité du mélange sans le cuire, et ensuite refroidi pour que le mélange sorte de l'extrudeuse à température ambiante. Le matériau à fumer obtenu en sortie de l'extrudeuse est expansé et durablement souple et cohèrent. Il peut être par exemple haché pour donner des brins souples et élastiques proches de ceux obtenus avec du tabac naturel.

Description

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau à fumer dans lequel on forme, à l'aide d'une extrudeuse, un ruban expansé d'un mélange comprenant au mains du csrbaxyméthylemidan et de l'eau.
Elle a également pour objet un matériau à fumer expansé comprenant au moins du carboxyméthylamidon et de l'eau.
Un tel procédé permet la fabrication d'un ersatz de tabac. De plus, la possibilité d'incorporer au mélange des poussières de tabac naturel procure un moyen de récupération de ces poussières, que l'industrie du tabac produit en assez grandes quantités.
On connaît déjà de nombreux procédés de fabrication d'ersatz de tabac.
Par exemple, l'U.S. 3 098 492 enseigne l'extruaion du mélange d'un type d'amidon peu soluble dans l'eau froide et d'une poudre de tabac. Après extrusion, la matériau doit être séché, ce qui implique une consommation assez importante d'énergie. De plus sa densité est trop élevée par rapport à celle du tabac.
Pour réduire la densité du produit obtenu, l'U.S. 4 391 285 et la demande européenne 0 113 595 enseignent l'emploi, comme agent d'expansion d'un mélange contenant de la poudre de tabac, d'un liquide volatil incorporé au mélange, dont la vaporisation, sous l'action de la chaleur après extrusion, provoque l'expansion du matériau.
L'U.S. 4 233 993 enseigne l'extrusion d'un ruban comprenant du carboxyméthylemidon, et son expansion à l'aide d'un liquide volatil.
Dans ces trois derniers cas, on obtient un matériau de faible densité, comparable à celle du tabac, mais d'une rigi- dite et d'une consistance telles qu'il ne donne pas, après hachage, des brins pouvant être introduits et se comporter comme du tabac naturel dans une cigarette.
De plus, la vaporisation du liquide volatil utilisé comme agent d'expansion implique une consommation assez importante d'énergie.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
A cet effet, elle a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau à fumer dans lequel on forme, à l'aide d'une extrudeuse, un ruban expansé d'un matériau comprenant au moins du carboxyméthylamidon et de l'eau caractérisé par le fait que l'on introduit, à l'entrée de l'extrudeuse, avec le carboxyméthylamidon, de la poudre de tabac en quantité telle que le rapport entre le poids de la poudre de tabac et le poids du carboxyméthylamidon soit supérieur ou égal à 0/100 et inférieur à environ 65/35, puis une solution aqueuse d'un premier composé, et, avant la sortie de l'extrudeuse, une solution aqueuse d'un deuxième composée tel que sa réaction, en solution, avec le premier composé, donne naissance à un dégagement gazeux, le pourcentage de la quantité d'eau totale introduite, par rapport à la matière introduite, étant compris entre environ 15 % et environ 30 %, on chauffe une zone du corps de l'extrudeuse voisine de l'entrée, pour que la température y reste comprise entre environ 60°C et environ 80°C, et on refroidit le reste du corps de l'extrudeuse pour que la température du matériau en sortie soit voisine de la température ambiante.
Avac le procédé de l'invention, le matériau obtenu est durablement cohérent et souple, et il peut être haché pour produire des brins souples et élastiques comparables a ceux obtenus à partir du tabac naturel.
Par ailleurs, il n'est pas nécessaire que l'on chauffe le matériau après extrusion, ce qui réduit l'énergie consommée pour la mise en oeuvre du procédé.
Ce résultat est obtenu parce que, dans un mélange de pou- _dre de tabac, de matrice polymère eux propriétés liantes, et d'eau, classiquement utiliaé pour fabriquer un erastz de tabac, on a aélectionné le cerboxyméthylsmidon comme matrice polymère, pour l'utiliser conjointement \avec un procédé ne nécessitant pas un chauffage important du mélange, pour éviter une cuisson de la matrice polymère, responsable de la rigidité des matériaux connus.
Dans les procédés connus, on doit chauffer le mélange soit pour le sécher, soit pour obtenir son expansion par vaporisation d'un produit volatil. Le procédé de l'invention prévoit l'apport d'une quantité d'eau relativement faible dans le mélange, ce qui rend inutile un séchege. Il prévoit également un procédé d'expansion original qui consiste à provoquer un dégagement gazeux eu sein du mélange par réaction chimique, à froid, de deux composes.
Le procédé de l'invention permet ainsi, après un chauffage modéré à l'entrée de l'extrudeuse, pour diminuer la viaco- sité du mélange, de refroidir ensuite constamment celui-ci au cours de sa progression dans l'extrudeuse, pour éviter sa cuisson, et permet d'obtenir, avec, comme matrice polymère, du carboxyméthylamidon, un matériau expsnsé durablement souple et cohérent.
Le chauffage à l'entrée de l'extrudeuse doit être suffisant pour diminuer la viscosité du mélange à cet endroit, ce qui se produit au-dessus de 60° environ, mais il doit rester inférieur à 80° pour éviter toute cuisson.
La sélection qui a été faite du carboxyméthylamidon, parmi l'ensemble des matrices polymères connues, résulte du fait que cet amidon modifié de type axionique possède une formule chimique permettant une hydratation sans chauffage, insensible à une élévation modérée de la température, et qui ne rétrograde pas à froid, c'est-à-dire qui ne donne lieu ni à une gélification, ni à une précipitation.
Ainsi, le carboxyméthylamidon peut ee dissoudre dans l'eau a température modérément élevée pour conférer au mélange de durables qualités de souplesse.
Les autres matrices polymères habituellement utilisées ne conviennent pas. C'est ainsi que, si l'on remplace le carboxyméthylamidon par de la cellulose, on obtient un matériau dont la structure n'est pas cohérente, car les mécanismes de création des liaisons hydrogène nécessaires à l'obtention de cette cohésion ne peuvent se produire à cause de la durée trop brève du procédé, et de la quantité d'eau trop faible mise en jeu. Les dérivée cellulosiques conduisent à un matériau plutôt filmogène insuffisamment cohérent et, de plus, les dérivés cellulosiques non ioniques comme la méthylcellulose floculent au-dessus de 55°. Dr, comme cela a été signalé, il est nécessaire que la température à l'entrée de l'eatrudeuse soit d'au mains 60° pour réduire la viscosité du mélange. Les alginates conduisent à un matériau friable car sa structure est insuffisamment retentrice d'eau. Les pectines conduisent à un matériau épais, mais sans structure. Les matrices polymères d'origine animale, comme la gélatine ou la caséine conduisent à un matériau dont l'odeur est désagréable. Enfin, l'amidon natif, qui rétrograde à froid, conduit à une structure trop rigide.
La poudre de tabac et le carboxyméthylamidon sont introduits à l'entrée de l'extrudeuse dans des proportions telles que le poids de carboxyméthylamidon représente au moins 35 % du poids total. Une proportion de carboxyméthylamidon inférieure à cette limite conduit, comme on pourra le constater à travers un exemple, à un matériau non cohérent qui s'effrite comme une pierre friable.La proportion de tabac n'a d'importance que pour la saveur du matériau obtenu, et reste sans influence sur ses qualités plastiques. Ainsi on peut envisager de mettre une proportion très faible, voire nulle de poudre de tabac.
La poudre de tabac sera avantageusement d'une granulométrie inférieure à 500 µm, cette limite étant liée à l'homogénéité du matériau final, et dépendant du type d'extrudeuse utilisé. Ainsi, une extrudeuse bi-vis, qui permet un meilleur malaxage qu'une extrudeuse mono-vie, permettra d'obtenir, à partir d'une poudre de granulométrie donnée, un matériau plus homogène que celui obtenu avec une extrudeuse mono-vis.
Avantageusament, on introduit après la zone ...chauffée du corps de l'extructeuse, voisine de l'entrée, la solution aqueuse du premier composé Dans la zone du corps de l'extrudeuse voisine de la sortie, après l'introduction de la solution aqueuse du deuxième composé, le premier et le deuxième composé réagissent. Cette réaction dégage un gaz qui reste soumis à la pression ambiante élevée dans le corps de l'extrudeuse, mais se dilate dès sa sortie, pour expan- ser le ruban extrudé. Si le deuxième composé est introduit trop tôt, une mousse préjudiciable au bon fonctionnement de l'appareil peut se former.
Avantageusement, les deux solutions aqueuses sont introduites en quantités égales. Comme des exemples permettront de Ie constater, une proportion totale d'eau inférieure à environ 15 % correspond à un mélange trop sec qui bloque l'extrudeuse, et une proportion supérieure à environ 30 % donne un matériau peu structuré et qui se délite. La proportion d'eau préférée est de 25 %.
Un des composés peut par exemple être choisi dans le groupe formé par le bicarbonate de soude, le bicarbonate de potassium, le carbonate acide d'ammonium, l'oxalate d'ammonium. L'autre composé peut alors être choisi dana le groupe formé par l'acide citrique, l'acide oxalique, l'acide lactique et l'acide malique.
Les concentrations du premier composé et du deuxième composé, avantageusement égales, doivent être supérieures à environ 3 %. En dessous de cette limite, le dégagement gazeux est insuffisant pour provoquer une expansion et la densité du matériau obtenu est trop élevée, comme le montrera un exemple. Des concentrations supérieures à 8 % sont possibles, mais au-delà de cette limite, le dégagement gazeux supplémentaire n'apporte aucune modification dans l'expansion. Les concentrations préférées sont de 5 %. Le couple formé parler bicarbonate de soude et l'acide citrique,qui ne laisse aucune saveur désagréable au matériau, est préféré. L'acide citrique est d'ailleurs présent naturellement dans le tabac.
Les composés peuvent être introduits dans un ordre quelconque, mais impérativement de façon séparée. Avantageusement, on utilise une extrudeuse dont la via est pourvue d'un contre-filet entre l'endroit où est introduit la solution du premier composé et l'endroit ou est introduit la solution du second composé. Ce contre-filet, comprenant par exemple et de manière classique, un filet disposé à contresens par rapport aux filets de la vis, et pourvu de fenêtres, permet de créer localement une surpression favorisant le malaxage-du mélange et,ici, la pénétration de l'eau cana la matrice polymère. Il a aussi ici pour fonc- ticn d'éviter la remontée du gaz dégagé par la réaction ces deox composés, et de la mousse qui l'accompagne éventuellement.
Svantagausement, on peut introduire dans l'extrudeuse, avec les solutions du premier ou du deuxième composé, ou dans une solution introduite spécialement des additifs classiques, par exemple :

- des humectants comme la glycérine et le sorbitol en proportion inférieure à environ 10 %;
- des modificateurs de combustion comme le carbonate de eo- dium, le citrate de calcium et le phosphate acide di-ammo- nique, en proportion inférieure à environ 5 %;
- des agents moussants tensio-actifs, comme le sodium leu- ryl sulfate, en proportion inférieure à environ 5 %;
- et des agents de saveur, comme de la poudre de cacao, de la réglisse, du miel, en proportion inférieure à environ 2 % pour chacun d'eux.

Dans ce cas c'est la quantité d'eau totale introduite qui doit rester comprise dans les limites données.
Il eat par ailleurs possible d'ajouter au carboxyméthylamidon un pourcentage inférieur à environ 5 % d'une ou plusieurs matrices polymères connues pour modifier, par exemple, les conditions d'écoulement dans l'extrudeuse.
La présente invention a par ailleurs égaiement pour objet un matériau à fumer, comprenant du carboxyméthylamidon, caractérisé par le fait qu'il comprend au moina 35 % en poids de carbnxyméthylamidon, au plus 10 % d'humectants, au plus 5 % de modificateurs de combustion, au plus 5 % d'agents tensio-actifs, des agents de saveur en proportion au plus égale à 2 % pour chacun d'eux, le reste étant du tabac, qu'il possède une structure souple et cohérente, et que sa densité est comprise entre environ 1 et environ 1,4.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Exemple N° 1

On a utilisé une extrudeuse bi-vis de type classique, pourvue d'une entrée principale et de deux entrées auxiliaires, la première située peu après l'entrée principale et la seconde juste avant la sortie, pourvue d'un manchon de chauffage au voisinage de l'entrée et de trois manchons de refroidissement jointifs entre le manchon de chauffage et la sortie, et dont la vis est pourvue d'un contre-filet situé entre les deux entrées auxiliaires.
On a introduit à l'entrée principale du carboxyméthylamidon à un débit de 12,2 kg/h et de la poudre de tabac de granulométrie inférieure à 500 µm, à un débit de 16 kg/h. On a introduit, à l'aide d'une première pompe reliée à la première entrée auxiliaire, une solution aqueuse à 5 % de bicarbonate de soude et à 5 % de glycérine, à un débit de 4,6 1/h. On a introduit, à l'aide d'une seconde pompe reliée à la seconde entrée auxiliaire, une solution aqueuse à 5 % d'acide citrique et à 0,5 % de sodium lauryl sulfate, à un débit de 4,6 1/h. Les manchons de chauffage et de refroidissement ont été réglés pour que, en régime permanent, les températures dans chacune des quatre zones correspondant aux quatre manchons soient, de l'entrée vers la sortie, égales à :
66°C, 82°C, 45°C et 22"C.
Le ruban obtenu en sortie de l'extrudeuse était correctement expansé, la densité du matériau était de 1,2, sa structure était souple et cohérente de manière durable dans le temps et il possédait une saveur agréable de tabac.

Exemple N° 2

En se plaçant rigoureusement dans les mêmes conditions que précédemment, on a supprimé la glycérine, et le sodium lauryl sulfate.
Le matériau obtenu ne se distinguait du matériau obtenu dans l'expérience de l'exemple 1 que par des caractéristiques secondaires.

Exemple N° 3

En se plaçant dans les mêmes conditions que dans l'exemple N°1,on a interverti les introductions de la solution de bicarbonate de soude et de glycérine, et de la solution d'acide citrique et de sodium lauryl sulfate.
On a obtenu un matériau identique à celui obtenu dans l'expérience de l'exemple N° 1.

Exemple N° 4

Par rapport aux conditions de l'exemple N° 1, on a changé uniquement les débits de la première et de la deuxième pompes, pour introduire chacune des solutions aqueuses à un débit de 10 1/h.
Le matériau obtenu en sortie n'était pas structuré, il se présentait sous forme d'une pâte se délitant et se séparant en une phase solide et une phase liquide.

Exemple N° 5

Par rapport aux conditions de l'exemple N" 1, on a changé uniquement les débits de la première et de la deuxième pompes, pour introduire chacune des solutions aqueuses à un débit de 2 1/h.
L'extrudeuse s'est bloquée car le mélange était trop compact.

Exemple N° 6

Par rapport aux conditions de l'exemple N° 1, on a changé les proportions de carboxyméthylamidon et de poudre de tabac pour introduire le carboxyméthylamidon à un débit de 8,2 kg/h et la poudre de tabac a un débit de 20 kg/h.
Le matériau obtenu en sortie s'effritait cnmme une pierre friable, n'ayant aucune cohérence.

Exemple N° 7

Par rapport aux conditions de l'exemple N" 1, on a changé les proportions de carboxyméthylamidon et de poudre de tabac pour introduire le carboxyméthylamidon à un débit de 20 kg/h et la poudre de tabac à un débit de 8,2 kg/h.
Le matériau obtenu en sortie était comparable, pour ses qualités plastiques et sa densité, au matériau obtenu dans l'expérience de l'exemple N° 1, mais sa saveur de tabac était beaucoup moins prononcée.

Exemple N° 8

Par rapport aux conditions de l'exemple N° 1, on a remplacé le bicarbonate de soude par du carbonate acide d'ammonium et l'acide citrique par de l'acide oxalique, en conservant les mêmes concentrations.
Le matériau obtenu en sortie était comparable, pour ses qualités plastiques et sa densité, au matériau obtenu dans l'expérience de l'exemple N° 1, mais possédait une saveur désagréable d'ammoniac.

Exemple N° 9

Par rapport aux conditions de l'exemple N° 1, les concentrations des solutions de bicarbonate de soude et d'acide citrioue ont été réduites à 2 %.
Le matériau obtenu en sortie n'était pas expansé, et présentait une structure très dense sans inclusion d'air.

Exemple N° 10

Par rapport aux conditions de l'exemple N" 1, les concentrations des solutions de bicarbonate de saude et d'acide citrique ont été augmentées à 9 %.
Le matériau obtenu en sortie était comparable à celui obtenu dans l'expérience de l'exemple N° 1.

Exemple N° 11

Par rapport aux conditions de l'exemple N° 1, la concentration de la solution de bicarbonate de soude a été réduite à 3 % et celle de la solution d'acide citrique a été augmentée à 8 %.
Le matériau obtenu en sortie était comparable à celui obtenu dans l'expérience de l'exemple N° 1.

Exemple N° 12

Par rapport aux conditions de l'exemple N° 1, la concentration de la solution de bicarbonate de soude a été augmentée à 8 % et celle de la solution d'acide citrique a été réduite à 3 %.
Le matériau obtenu en sortie était comparable à celui obtenu dans l'expérience de l'exemple N° 1.

Claims

1.- Procédé de fabrication d'un matériau à fumer dans lequel on forme, à l'aide d'une extrudeuse, un ruban expansé d'un matériau comprenant au mains du carboxyméthylamidon et de l'eau caractérisé par le fait que l'on introduit, à l'entrée de l'extrudeuse, avec le carhoxyméthylamidon, de la poudre de tabac en quantité telle que le rapport entre le poids de la poudre de tabac et le poids du carboxyméthylamidon soit supérieur ou égal à 0/100 et inférieur à environ 65/35, puis une solution aqueuse d'un premier composé, et, avant la sortie de l'extrudeuse, une solution aqueuse d'un deuxième composé, tel que aa réactian, en solution, avec le premier composé, donne naissance à un dégagement gazeux, le pourcentage de la quantité d'eau totale introduite, par rapport à la matière introduite, étant compris entre environ 15 % et environ 30 %, on chauffe une zone du corps de l'extrudeuse voisine de l'entrée, pour que la température y reste comprise entre environ 60°C et environ 80°C, et on refroidit le reste du corps de l'extrudeuse pour que la température du matériau en sortie soit voisine de la température ambiante.

2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choisit un des composés dans le groupe formé par le bicarbonate de soude, le bicarbonate de potassium, le carbonate acide d'ammonium, l'oxalate d'ammonium, on choisit l'autre composé dans le groupe formé par l'acide citrique, l'acide oxalique, l'acide lactique et l'acide malique, et les concentrations des solutions aqueuses sont comprises entre environ 3 % et environ 8 %.

3.- Procédé selon la revendication Z, dans lequel les concentrations des solutions aqueuses sont égales à 5 %.

4.- Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel l'un des composés est le bicarbonate de soude et l'autre compose est l'acide citrique.

5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on utilise une extrudeuse dont la vis est pourvue d'un contre-filet situé entre l'endroit où on introduit la solution aqueuse du premier composé, et l'endroit où on introduit la solution aqueuse du deuxième composé..

6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le pourcentage de la quantité d'eau totale introduite est de 25 %.

7.- Matériau à fumer, comprenant du carboxyméthylamidon, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins 35 % en poids de carboxyméthylamidon, au plus 10 % d'humectants, au plus 5 % de modificateurs de combustion, au plus 5 % d'agents tensio-actifs, des agents de saveur en proportion au plus égale à 2 % pour chacun d'eux, le reste étant du tabac, qu'il possède une structure souple et cohérente, et que sa densité est comprise entre environ 1 et environ 1,4.