KR20110031456A - 담배 처리 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 담배로부터 바람직하지 못한 성분들을 제거하기 위한 방법을 제공하며, 그러한 방법은 수평 벨트 필터를 이용하여 수성 용매 또는 유기 용매로 담배를 추출하는 단계 및 추출 생성물을 필터링하는 단계를 포함한다. 추출물 및 불용성 담배 잔류물이 엔자임을 이용하여, 화학적으로 또는 다른 방식으로 추가적으로 처리되어 바람직하지 못한 성분의 전량을 제거한다. 추출물 및 불용성 담배 잔류물이 재조합되어 연소될 때 최초 물질 보다 덜 해로운 재생 담배 물질을 형성한다.

Description

담배 처리{TOBACCO TREATMENT}

본원 발명은 담배(tobacco)의 처리와 관련한 것으로서, 특히, 예를 들어, 특정 연기(smoke) 성분을 감소시키기 위해서 선택한 성분을 담배로부터 추출하는 것에 관한 것이다.

연소될 때 연기를 만들어 내는 변경된 블렌드(modified blend)를 생산하기 위해서 담배 물질이 처리되고 프로세싱될 수 있을 것이며, 이때 처리되지 않은 담배에 비해서 연기의 특정 성분들이 선택적으로 감소되거나 또는 제거될 것이다. 그러나, 바람직하게, 담배의 풍미 및 연기 특성들이 유지될 수 있도록, 담배의 당류(sugar) 및 니코틴 함량은 이러한 프로세스에 의해서 실질적으로 영향을 받지 않고 유지된다.

선택된 성분들을 담배로부터 제거하기 위한 또는 적어도 감소시키기 위한 방법이 소위 당업계에 공지되어 있다. 그러한 방법은 수성 용매 또는 유기 용매를 이용하여 담배 물질을 추출하는 추출 단계, 필터링에 의해서 불용성 담배 잔류물로부터 추출 용액을 분리하는 분리 단계, 추출 용액을 처리하여 특정 성분을 제거하는 원심분리 등(or the like) 및 처리 단계를 포함할 수 있을 것이다. 이어서, 담배의 특정 성분들이 재생된 담배 물질 내에서 유지될 수 있도록, 처리된 담배 추출물을 추출된 담배와 재조합한다.

미국 특허 5,311,886 및 5,601,097 에는 담배로부터 단백질을 제거하기 위한 방법이 개시되어 있는데, 그러한 방법은 계면활성제 및, 선택적인, 프로테올리틱 엔자임(proteolytic enzyme)을 포함하는 수성 용매를 이용하여 담배 물질을 추출하는 단계를 포함한다. 그러한 수성 추출물(용해된(solubilised) 담배 성분을 포함)은 불용성 담배 잔류물로부터 분리되고 그리고 처리되어 통상적으로 계면활성제 및 폴리펩타이드를 포함하는 바람직하지 못한 성분을 제거한다. 처리된 담배 추출물이 농축되고 그리고 세척 및 건조된 잔류물과 재조합되며, 그에 따라 수용성 향미(flavour) 성분들 및 니코틴과 같은 특정 성분들이 최종 제품 내에 보유될 수 있게 보장한다.

또한, 미국 특허 5,601,097 에는 계면활성제 및 프로테오리틱 엔자임으로 담배를 연속적으로 추출하는 것이 개시되어 있으며, 이때 단일 추출만을 거친 후에 관찰되는 것 보다 담배 단백질이 상당히 많이 감소될 수 있을 것이다.

유럽 특허 공개 1 623 634 에는 담배 추출물의 분류(fractionation) 및 포함된 성분에 따른 분류물의 차별적(differential) 처리가 기재되어 있다. 희망 성분들을 포함하는 분류물이 추출된 담배와 재조합되는 한편, 바람직하지 못한 성분들을 포함하는 분류물은 폐기되거나 또는 그 일부가 추출된 담배와 재조합된다. 그에 따라 얻어지는 재조합된 담배 물질은 바람직한 성분들(예를 들어, 니코틴)의 완전한 전량(complement)을 포함하면서도, 바람직하지 못한 성분들(예를 들어, 질산염 및 아민)은 실질적으로 포함하지 않는다.

유럽 특허 공개 0 517 407 에 기재된 방법에서, 담배 추출물이 불용성 담배 잔류물로부터 분리되고 그리고 기본 용액을 이용하여 담배를 추출함으로써 얻어진 추가적인 담배 추출물과 접촉 처리된다. 이어서, 추출물들의 조합물이 추출된 담배로 인가되어 재생된 제품을 형성한다.

미국 특허 5,243,999 에 기재된 프로세스에서, 특정 성분들이 용액으로부터 결정화되거나 또는 석출되도록 담배 추출물이 온도 처리된다. 추출된 용액은 활성화된 탄소 입자들과 대안적으로(alternatively) 또는 추가적으로 접촉되고, 그에 따라 그로부터 추가적인 선택 성분을 제거한다. 처리된 추출물을 추출된 담배와 재조합한 후에, 포타슘 나이트레이트 및 알데히드가 적은 제품이 얻어진다.

유럽 특허 공개 0 535 834 에 기재된 방법에서, 본질적으로 불용성인 성분들을 제거하기 위해서 담배 추출물이 필터링되거나 원심분리된다. 추출된 담배는 담배 물질 내에 존재하는 펙틴을 방출할 수 있는 약제(agent)로 처리되고, 소정 형상으로 프로세싱되고, 그리고 처리된 담배 추출물이 인가된다.

종래 기술에 따른 방법은 바람직하지 못한 성분의 양이 처리되지 않은 담배 보다 적은 재생 담배를 성공적으로 제공한다. 그러나, 그러한 방법은 또한 단점들을 가진다.

당업계에 공지된 방법들은 통상의 배치식(batch) 반응기 내에서의 추출 단계와, 이어서 통상적인 필터링, 원심분리 또는 스크류 프레스(screw press) 등을 통한 혼합물의 한번 이상 통과시키는 것을 이용하여 불용성 담배 잔류물로부터 수성 추출물을 분리하는 단계를 포함한다. 그러한 추출 및 분리 프로세스의 생산량(throughput)은 선택된 장치의 최대 용량에 의해서 분명하게 제한된다. 또한, 배치 반응기에서 사용된 혼합 용기의 크기가 커짐에 따라, 용기의 엣지에서 난류 혼합을 유지하는 것이 점점 더 어려워지고 있다. 그에 따라, 추출 및 처리 단계의 규모는 실제 효과적으로 사용될 수 있는 용기의 크기에 의해서 제한될 것이다.

분리 프로세스의 효율은 또한 채용되는 특정 필터링 기술에 따라 달라질 것이다. 이는, 이러한 추출 프로세스들이 효과적이기는 하지만, 상업적인 규모로 운영하기에는 적합하지 않을 수 있다는 것을 의미한다.

그에 따라, 불용성 담배 잔류물로부터 담배 추출물을 효과적으로 분리하고 그리고 바람직하지 못한 성분을 담배로부터 효과적으로 추출하기 위해서 사용될 수 있는 높은 생산성의 프로세스 여전히 요구되고 있다 할 것이다.

본원 명세서에 기재된 본원 발명은 수평 벨트 필터를 이용하는 담배 처리용 프로세스를 제공함으로써 종래 기술에서의 문제점을 해결하였다. 그러한 프로세스는 연속적인 프로세스일 수 있고, 그 효율은 당업계에 공지된 배치 프로세싱 기술에서 관찰되는 효율 보다 상당히 개선된다. 그에 따라, 본원 명세서에서 설명되는 프로세스는 상업적 용도에 적용될 수 있고, 담배 처리 프로세스의 규모를 현재에 달성 가능한 정도를 넘어서 확대할 수 있을 것이다. 본원 명세서에서 설명되는 프로세스는 또한 계면활성제의 사용을 필요로 하지 않으며, 이는 처리 프로세스의 후속 단계들에서 담배 잔류물로부터 계면활성제를 제거할 필요가 없게 할 것이다.

본원 명세서에서 설명되는 프로세스에서, 담배를 추출하는 것 및 담배 추출물을 담배 잔류물로부터 분리하는 것이 수평 벨트 필터를 이용하여 실시될 수 있을 것이다.

수평 벨트 필터는 담배 산업과 관련이 없는 광산, 광업 및 야금학적 산업을 포함하는 산업계에서 공지되어 있다. 사실상, 이러한 필터는 광물 모래, 철광석, 석탄 및 납 아연 농축광과 같은 물질을 탈수하기 위해서 이용되어 왔는데, 이는 그러한 필터의 작업 탄력성, 마모성 슬러리에 대한 조정 가능성 및 많은 처리량을 취급할 수 있는 취급 적합성 때문이다.

수평 벨트 필터는 여과액이 벨트 상의 홀을 향해서 배수될 수 있도록 구성된 무한의(endless) 재순환 벨트를 포함한다. 그러한 벨트는 배수를 위한 횡방향 홈들을 구비하는 상태로 고무(rubber)로 제조될 수 있고, 또는 배수가 될 정도로 느슨한 메시(mesh)로 직조된 폴리아릴에테르에테르케톤(polyaryletheretherketone; PEEK™)로 제조될 수 있다. 다른 물질 및 배수 구조가 이용될 수도 있을 것이다. 분리될 물질의 슬러리가 벨트 상으로 공급된다. 여과액이 벨트 내의 홀을 통해서 배수되는 한편, 슬러리는, 진공의 보조를 받아서, 그 대신에 중력 만으로 결과물과 함께 이송되고, 최종적으로 탈수된 매트가 배출된다.

수평 벨트 필터는 가혹한(heavy duty) 용도의 경우에 효율적이고 신뢰성 있는 액체/고체 분리 유닛이다. 최근 몇 년 간에 걸친 기술적 진보로 인해서, 높은 기계적 강도의 대형 벨트들이 제조될 수 있었다. 이는, 작업 중에 큰 하중의 벨트를 지지하는데 필요한 장치 기술의 진보와 결합되어, 높은 생산량의 필터를 제조할 수 있게 만들었다. 최신 수평 벨트 필터는 50 m/분의 벨트 속도에 도달할 수 있고 그리고 매우 짧은 사이클 시간을 제공할 수 있다.

수평 벨트 필터를 이용한 필터링이 또한 진공의 보조를 받아서 실시될 수 있기 때문에, 벨트 상에 잔류하는 불용성 잔류물로부터 유체를 분리하는 것이 매우 효과적인 프로세스가 될 수 있을 것이다.

수성 용매가 필터의 단부를 향해서 보유물(retentate)로 인가되도록 그리고 여과액이 수집되고 벨트 상의 상류 지점에서 도입 물질로 인가됨으로써 재순환되도록 필터링 중의 작업 순서가 구성된다. 이는, 최종 역류식(counter-current) 세정 단계 후에 수집된 마지막 세정 여과액이 통상의 필터링 후에 수집된 여과액에 비해서 높은 농도의 용해가능 물질을 포함한다는 것을 의미한다.

그러나, 담배 산업에 대한 수평 벨트 필터의 적합성은 결코 명확하지 않다. 이들 필터는 무겁고 밀도가 높은 물질로부터 유체를 분리하도록 디자인된 것이고, 그에 따라, 담배의 처리에서 그러한 것을 이용할 수 있는 것에 대해서는 어떠한 제안도 없었다.

그러나, 본원 발명의 발명자들은 수평 벨트 필터가 사실상 담배의 추출에 이용하기에 적합하고 그리고 불용성 잔류물로부터 담배 추출물을 분리하는데 있어서 놀라울 정도로 우수한 효과를 제공한다는 것을 발견하였다. 가장 주목할 만한 것은, 수성 추출물 내에 남아 있는(ending up) 가용성 담배 성분의 비율이 단순한 배치식 추출을 통해서 관찰되는 것 보다 개선될 수 있다는 것이다.

그에 따라, 수평 벨트 필터의 이용은 담배 추출 및 분리 프로세스의 효율을 개선하고 그리고 보다 높은 생산성을 달성할 수 있게 한다.

발명의 요약

따라서, 본원 발명의 제 1 측면에서, 수평 벨트 필터를 이용하여 담배를 처리하기 위한 프로세스가 제공된다.

본원 발명의 실시예에서, 프로세스는 수성 용매 또는 유기 용매를 이용하여 담배를 추출하는 단계 및 추출 제품을 필터링하는 단계를 포함한다. 추출 및 필터링 단계들 중 어느 하나 또는 양자 모두가 수평 벨트 필터 상에서 실시될 수 있을 것이다. 추출되는 담배가 수평 벨트 필터 상으로 연속적으로 공급되고 그리고 담배가 필터를 따라서 이송될 때 추출 및 필터링 단계가 연속적으로 실시될 것이다. 여과액이 재순환되고 그리고 수평 벨트 필터로 공급되는 담배의 추출에서 용매로서 사용될 것이다. 바람직한 실시예에서, 재순환되는 여과액은 하나 또는 둘 이상의 하류의 역류식 세정 단계로부터 유래된 것이다.

다른 실시예에서, 본원 발명의 프로세스는 엔자임을 이용하여 담배를 처리하는 단계를 추가적으로 포함한다. 바람직한 실시예에서, 엔자임은 프로테오리틱 엔자임이다.

프로세스는 엔자임-처리된 담배를 염(salt) 용액으로 린싱하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 이러한 단계는, 잔류 엔자임이 담배 섬유(fibre)로부터 추출됨에 따라, 본질적으로 추출 단계라 할 것이다. 바람직하게, 염 린싱 단계가 수평 벨트 필터 상에서 실시된다. 엔자임-처리된 담배가 염 용액으로 2차례 린싱되고, 이때 2차례의 염 린싱 단계가 독립된 수평 벨트 필터 상에서 실시된다. 바람직한 실시예에서, 염 린싱 단계는 담배가 필터(들)를 따라서 이송될 때 연속적으로 실시되고 그리고 제 2 염 린싱으로부터의 여과액이 바람직하게 재순환되고 그리고 제 1 염 린싱 수평 벨트 필터 상으로 공급되는 담배의 제 1 염 린싱에서의 염 용액으로서 사용된다.

다른 실시예에서, 프로세스는 담배 내의 엔자임을 비활성화시키는 단계를 더 포함한다. 비활성화는 담배에 대한 증기 처리, 열처리 또는 화학적 처리에 의해서 실시된다. 바람직하게, 비활성화는 수평 벨트 필터 상의 담배에 대해서 실시된다.

그에 따라, 실시예에서, 프로세스는 다수 수평 벨트 필터 필터를 이용하여 실시되고 그리고 연속적인 프로세스가 된다.

다른 실시예에서, 프로세스는 수성 또는 유기 용매로 담배를 추출하는 단계, 엔자임으로 담배를 처리하는 단계, 엔자임-처리된 담배를 염 용액으로 린싱하는 단계, 그리고 담배 내의 엔자임을 비활성화시키는 단계를 포함하고, 이때 하나 또는 둘 이상의 단계들이 수평 벨트 필터 상에서 실시된다. 추가적인 실시예에서, 이들 모든 단계가 수평 벨트 필터 상에서 실시된다.

바람직한 실시예에서, 바람직하게 벤토나이트로 처리함으로써, 추출 단계로부터의 담배 추출물을 처리하여 그로부터 단백질을 제거한다. 담배 추출물은, 바람직하게 폴리비닐폴리피롤리돈(PVPP)으로 처리함으로써, 폴리페놀을 제거하기 위해서 추가적으로 또는 대안적으로 처리될 수 있을 것이다.

본원 발명의 프로세스는 바람직하게 추출된 담배와 처리된 담배 추출물의 재조합을 추가로 포함한다.

본원 발명의 두 번째 측면에서, 본원 발명의 프로세스에 의해서 획득될 수 있는 담배 제품이 제공된다.

본원 발명의 세 번째 측면에서, 본원 발명의 프로세스에 의해서 획득될 수 있는 담배를 포함하는 끽연 물품이 제공된다.

도 1은 담배가 수평 벨트 필터 상에서 이송될 때 담배를 추출하고 세정 여과액을 재순환하기 위한 작업 시퀀스(sequence)를 도시한 도면이다.
도 2는 수평 벨트 필터를 이용하여 추출된 담배를 염 린싱하기 위한 작업 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 3은 담배가 수평 벨트 필터 상에서 이송될 때 추출된 담배를 제 2 염 린싱하고 그리고 세정 여과액을 재순환하기 위한 작업 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 4는 수평 벨트 필터를 이용하여 염을 제거하고 엔자임을 비활성화하기 위해서 담배를 신선한 용수로 린싱하기 위한 작업 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 5는 직렬의 다수의 수평 벨트 필터를 이용하여 담배의 추출 및 후속 세정을 실시하는 담배 처리 프로세스를 도시한 도면으로서, 담배 추출물 및 프로세싱된 담배가 재조합되는 것을 도시한 도면이다.

본원 발명의 일 실시예에서, 추출되는 담배 물질은 스트립형, 절단형, 파쇄형(shredded) 담배이다. 바람직한 실시예에서, 담배는 파쇄된 담배이다. 그러나, 본원 명세서에 기재된 방법을 이용하여 다른 형태의 담배도 추출할 수 있을 것이다.

담배 물질이 추출용 용매와 혼합되어 슬러리를 형성한다. 용매는 중량비로 10:1 내지 50:1, 바람직하게는 20:1 내지 40:1 그리고 가장 바람직하게는 25:1 내지 30:1의 비율로 담배 물질에 첨가된다. 특히 바람직한 실시예에서, 용매는 27:1 의 중량비로 담배 물질로 첨가된다.

용매는 유기 용매일 수 있으나, 바람직하게는 수성 용액 또는 물이다. 추출 프로세스의 시작시에, 용매는 일반적으로 물이나, 에탄올 또는 메탄올과 같은 알콜을 포함할 수 있고, 또는 계면활성제를 포함할 수도 있을 것이다. 담배로부터 추출되는 특정 성분에 따라서, 다른 용매가 이용될 수도 있을 것이다.

슬러리가 먼저 담배 혼합 탱크 내에서 형성되고 그 후에 추출 실시를 위해서 플러그 유동(plug flow) 반응기 또는 연속 교반형 탱크 반응기와 같은 제 2 탱크로 펌핑될 것이다.

추출은 15-85 ℃에서 실시될 것이고, 바람직하게는 65 ℃에서 실시될 것이다. 담배가 현탁액(suspension) 내에서 유지되도록, 추출 중에 슬러리를 계속적으로 교반하는 것이 바람직할 것이다. 추출은 15 분 내지 2시간 동안 실시되어야 할 것이다. 바람직한 실시예에서, 추출은 약 20분 동안 실시된다.

추출 동안에, 가용성 담배 성분들이 담배 물질로부터 제거되어 용액으로 유입된다. 이들 성분에는, 니코틴, 당류, 일부 단백질, 아미노산, 펙틴, 폴리페놀, 및 향미재가 포함된다. 초기 담배 중량의 약 55%가 용해될 수 있을 것이다.

담배의 섬유질 구조를 유지하기 위해서 담배 섬유 내의 펙틴이 추출 및 처리 프로세스 동안에 교차-결합된 상태로 유지되는 것이 중요하다. 따라서, 칼슘이 담배 추출에 사용된 용매 및 하류 프로세싱 과정에 사용된 임의 용매로 첨가될 수 있을 것이다.

추출 후에, 슬러리가 추출 탱크로부터 제 1 수평 벨트 필터의 벨트 상으로 공급될 수 있다. 슬러리가 이송될 때 여과액은 벨트 내의 홀을 통해서 배수된다. 이러한 여과액("모재(mother) 여과액")이 수집된다.

한편, 수평 벨트 필터의 벨트 상에 잔류하는 불용성 담배 잔류물은 이송되는 동안에 역류식 세정에 의해서 추가적으로 추출될 수 있고, 그에 따라 가능한 한 많은 가용 성분들이 담배로부터 제거될 수 있을 것이다.

수평 벨트 필터를 따라서 이동하는 동안에 담배를 추출하기 위한 작업 시퀀스에서, 신선한 용매가 필터의 단부를 향해서 담배로 인가되고 그리고 여과액("세정 여과액")이 수집될 수 있을 것이다.

세정 여과액은, 상류 지점에서 벨트 상에서 이동하는 유입 담배 잔류물로 인가됨으로써, 재순환될 수 있을 것이다. 세정 여과액의 수집 및 유입 담배로의 상류 재인가가 수차례, 바람직하게는 3차례, 4차례, 또는 5차례까지도 반복될 수 있을 것이다. 그에 따라, 벨트의 헤드에서 수집된 최종 세정 여과액은 담배 잔류물이 필터의 길이를 따라 이동할 때 담배 잔류물로부터 제거되는 가용성 담배 성분들로 농축될 수 있을 것이다.

담배가 수평 벨트 필터를 따라서 이동하는 동안의 담배의 추출 및 여과액의 재순환을 위한 작업 시퀀스의 계획이 도 1에 도시되어 있다.

담배 슬러리를 형성하기 위해서 추출이 준비된 신선(fresh) 담배에 첨가함으로써 최종 세정 여과액이 추가로 재순환될 수 있을 것이다. 예를 들어, 최종 세정 여과액이 담배 혼합 탱크로 첨가될 수 있고, 그러한 탱크 내에서 담배 슬러리가 추출에 앞서서 형성될 것이다.

그에 따라, 추출 프로세스는 연속적인 프로세스가 될 것이고, 그러한 연속적인 프로세스에서 신선한 담배가 재순환된 세정 여과액을 이용하여 추출된다. 이러한 추출 프로세스의 시작시에만 신선 용매로 담배가 추출된다. 일단 추출 프로세스가 시작되면, 추출에서 신선한 용매는 사용되지 않고, 용매는 재순환된 세정 여과액만으로 구성된다.

추출 프로세스가 계속됨에 따라, 추출물은 가용성 담배 성분들로 보다 농축된다. 이들 성분들은 추출 탱크(모재 여과액 형성)에서의 1차 추출 동안에 용액으로 유입된 성분들뿐만 아니라, 수평 벨트 필터(세정 여과액 형성) 상에서의 2차 추출 동안에 용액으로 유입된 성분들도 포함한다.

그에 따라, 최종 여과액은 모재 여과액 및 세정 여과액 모두를 포함한다. 그렇게 함으로써, 필터링 후의 결과물인 담배 잔류물에서 추출에 이용된 용매에서 용해될 수 있는 그러한 성분들이 고갈된다.

추출된 담배가 필터링의 말기에 압착(squeeze)되고, 그에 따라 그로부터 여분의 액체가 제거된다. 그에 따라, 수평 벨트 필터로부터 배출되는 추출된 담배는 통상적으로 탈수처리된 매트 형태이다.

최종 담배 제품에서 바람직하지 않은 성분들을 제거하기 위해서, 이하에서 담배 추출물로서 지칭되는 최종 여과액이 후속 처리될 수 있을 것이다. 바람직하지 않은 성분들에는, 단백질, 폴리펩타이드, 아미노산, 폴리페놀, 질산염, 아민, 니트로스아민, 및 색소 화합물이 포함된다. 그러나, 추출된 담배의 풍미 및 끽연 특성이 원래의 물질의 풍미 및 끽연 특성과 필적될 수 있도록, 당류 및 니코틴과 같은 바람직한 성분들의 레벨(level)은 영향을 받지 않고 유지되어야 할 것이다.

바람직한 실시예에서, 담배 추출물을 처리하여 단백질, 폴리펩타이드 및/또는 아미노산을 제거한다. 히드록시아파타이트(hydroxyapatite) 또는 아타팔자이트나 벤톰테(attapulgite or bentomte)와 같은 풀러의 토류 광물(Fuller's Earth mineral) 등의 불용성 흡착제를 이용하여, 원래의 담배 물질 내에 포함된 단백질의 60% 까지 제거될 수 있을 것이다.

바람직하게, 폴리펩타이드를 제거하기 위해서, 담배 추출물이 벤토타이트로 처리된다. 벤토나이트는 초기에 추출되는 담배의 2-4 중량%의 양으로 추출물에 첨가된다. 그 대신에, 담배 추출물이 물 내의 벤토나이트 슬러리를 포함하는 탱크 내로 공급될 수 있을 것이다. 적절한 슬러리는 64 kg의 물(시간당 양)에 약 7 kg의 벤토나이트, 예를 들어 64.18 kg의 물(시간당 양)에 약 7.13 kg의 벤토나이트를 포함한다. 어떠한 경우에도, 벤토나이트 농도는 담배 추출물의 단백질 함량을 실질적으로 감소시킬 수 있을 정도로 충분히 높아야 하지만, 그로부터 니코틴을 추가적으로 흡착할 정도로는 높지 않아야 한다.

또한, 벤토나이트 처리는 담배 추출물 내에서 발견되는 색소 화합물의 제거에 효과적일 수 있을 것이며, 상기 색소 화합물은, 제거되지 않았을 때, 농축 후에 추출물을 어둡게 하는 경향이 있다. 추출물 처리에 충분한 벤토나이트가 사용되었을 때, 감소된 양의 색소 화합물로 인해서 외관이 과다하게 어두워지지 않는 제품을 획득할 수 있을 것이다.

벤토나이트 처리 후에, 담배 추출물이 원심분리 및/또는 필터링에 의해서 슬러리로부터 정제될 수 있을 것이다.

담배 추출물은 추가적으로, 또는 대안적으로, 폴리페놀 제거를 위해서 처리될 수 있을 것이다. 폴리비닐폴리피롤리돈(PVPP)은, 맥주로부터 폴리페놀을 제거하기 위해서 브루잉(brewing) 산업에서 전통적으로 이용되어 왔던, 폴리페놀에 대한 불용성 흡착제이다. 초기에 추출된 담배 중량의 5-10%에 상당하는 양의 폴리비닐폴리피롤리돈(PVPP)이 추출물에 첨가될 수 있을 것이다. 이러한 PVPP의 양은 용액 내의 폴리페놀의 50 내지 90%를 제거할 수 있다.

PVPP에 의해서 담배 추출물로부터 폴리페놀을 제거하기 위한 최적의 pH는 약 3인 것으로 믿어진다. 그에 따라, PVPP에 의한 흡착의 효율은 히드로클로릭 산과 같은 적절한 산의 첨가를 통해서 추출물의 pH를 감소시킴으로써 증대될 수 있을 것이다.

폴리페놀을 흡착하기 위해서 PVPP를 이용하는 것에 대한 대안으로서, 폴리페놀을 분해(degrade)하기 위해서 하나 또는 둘 이상의 엔자임이 담배 추출물에 첨가될 수 있을 것이다. 적절한 엔자임으로서 락카아제(우리시올 산화효소; urishiol oxidase)가 있다.

그러나, 본원 발명은 담배로부터 단백질 및/또는 폴리페놀만을 제거하기 위한 방법으로 제한되지 않는다. 엔자임에 대신에 또는 추가적으로, 담배 추출물로부터 다른 희망하지 않는 담배 성분들을 제거하기 위해서 약제 또는 흡착제들이 사용될 수 있을 것이다. 추출물로부터 제거될 수 있는 추가적인 희망하지 않는 성분들의 예에는, 질산염, 아민 및 니트로스아민이 포함된다.

만약 다수의 성분들이 담배 추출물로부터 제거된다면, 다수의 탱크들이 직렬로 구성되어야 할 것이며, 이때 선택된 희망하지 않는 성분의 전량(complement)이 제거될 수 있도록, 각 탱크는 서로 다른 엔자임, 약제 또는 흡착제를 포함한다. 그 대신에, 희망하지 않는 성분들이 단일 단계에서 제거될 수 있도록, 하나의 탱크가 다수의 엔자임, 약제 또는 흡착제를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 담배로부터 단백질 또는 페놀을 제거할 뿐만 아니라, 하나 또는 둘 이상의 추가적인 비희망 성분들을 또한 제거하기 위해서, 벤토나이트 또는 PVPP 유지 탱크가 하나 또는 둘 이상의 추가적인 엔자임, 약제 또는 첨가제를 포함할 수 있을 것이다.

선택된 비희망 성분들을 제거하기 위한 담배 추출물의 처리에 이어서, 바람직하게 추출물이 20 내지 50 중량%의 고체 농도까지 농축된다. 10% 이하 고체까지의 농축은 삼투성을 이용하여 가장 효과적으로 달성될 수 있을 것이다. 약 40% 고체까지의 추가적인 농축은 박막하강농축기(falling film evaporator)에 의해서 달성될 수 있을 것이다. 다른 농축 방법이 이용될 수 있을 것이고 그리고 그러한 것이 당업자에게 공지되어 있을 것이다.

농축된 담배 추출물이 추출된 담배와 후속하여 재조합될 수 있을 것이다.

그러나, 바람직하게는, 농축된 담배 추출물과 재조합되기에 앞서서 하나 또는 둘 이상의 비희망 성분들을 추가적으로 제거하기 위해서, 전술한 바와 같이 수성 용역 내에서 추출된 담배가 추가적으로 추출된다.

선택된 성분의 제거를 위해서 특별하게 선택된 엔자임을 이용하여 담배의 추가적인 추출이 실시될 수 있을 것이다.

바람직한 실시예에서, 엔자임은 담배로부터 단백질을 제거하기 위한 프로테올리틱 엔자임이다. 바람직하게, 엔자임은 박테리아 또는 곰팡이 엔자임이고, 보다 바람직하게, 식품 및 세정 산업에서 상업적으로 이용되는 엔자임이다. 엔자임은 Novo Inc. 가 공급하는 Savinase™, Neutrase™, Enzobake™ 및 Alcalase™ 로부터 선택될 수 있을 것이다.

바람직하게, 프로테올리틱 엔자임이 담배 물질의 0.1 내지 5 중량%의 양으로 담배에 첨가된다. 예를 들어, Savinase™이 약 1 중량%의 양으로 담배에 첨가될 수 있을 것이다.

담배는 선택된 엔자임의 용액 내에서 다시 슬러리화될 수 있을 것이다. 슬러리 내에서 물 대 담배의 중량 비율은 10:1 내지 50:1, 바람직하게 20:1 내지 40:1 그리고 가장 바람직하게 25:1 내지 30:1이다. 특히 바람직한 실시예에서, 물 대 담배의 비율은 중량비로 27:1 이다.

담배/엔자임 혼합물의 pH는 최적의 엔자임 활동을 촉진할 수 있어야 할 것이다. 따라서, 제 1 수평 벨트 필터로부터 배출되는 담배의 탈수된 매트를 탱크 내로 공급하는 것이 편리할 수 있을 것이며, 이때 상기 탱크 내에서는, 예를 들어, 소듐 히드록사이드와 같은 염기의 첨가에 의해서 pH가 조정될 수 있을 것이다. pH가 조절된 담배가 선택된 엔자임과의 혼합을 위해서 엔자임 투여(dosing) 탱크 내로 공급될 수 있을 것이다. 이어서, 담배/엔자임 혼합물이 플러그 유동 반응기 내로 공급될 수 있을 것이며, 그러한 반응기에서 엔자임에 따른(엔자임을 이용한) 추출이 실시된다.

엔자임에 따른 추출은 최적의 엔자임 활동을 촉진하는 온도에서 실시되어야 할 것이다. 바람직하게, 엔자임의 변성을 방지하기 위해서 30-40 ℃와 같은 좁은 온도 범위가 이용되어야 할 것이다.

Savinase™이 선택된 엔자임인 경우에, 최적의 작업 조건은 57 ℃ 및 pH 9-11이다.

엔자임에 따른 추출은 적어도 45 분 동안 실시되어야 할 것이며; 그 보다 짧은 지속시간은 프로테올리틱 엔자임이 담배 단백질을 분해(degrade)기에는 충분히 않다고 믿어진다.

물론, 담배로부터 다수의 성분들을 제거하기 위해서 다수의 엔자임을 이용한 추출을 이용할 수 있을 것이다. 이들은 연속적으로 실시될 수 있고 또는 다수의 엔자임들이 단일 처리 단계에서 담배에 첨가될 수 있을 것이다.

후속하는 독립적인 추출 단계를 형성하는 대신에, 처리 프로세스의 가장 최초의 추출 단계에서 엔자임을 포함시킬 수도 있을 것이다.

엔자임을 이용한 추출에 이어서, 담배/엔자임 혼합물이 제 2 수평 벨트 필터로 공급될 수 있고 그리고 모재 여과액이 수집되고 그리고 폐기물로서 처리될 수 있을 것이다. 엔자임이 없도록 린싱하기 위해서, 불용성 담배 잔류물이 염 용액, 바람직하게 소듐 클로라이드 용액으로 세정될 수 있을 것이다. 염 린싱은 제 1 수평 벨트 필터 상에서의 담배 추출에서 이용된 것과 유사하게 연속적인(sequential) 역류 방식으로 실시될 수 있을 것이다.

그에 따라, 염 용액이 필터의 단부를 향해서 담배로 인가될 수 있을 것이다. 세정 여과액이 재순환될 수 있을 것이고 그리고 상류 지점에서 벨트 상에서 이동하는 담배 잔류물을 세정하는데 이용될 수 있을 것이다. 세정 여과액을 수집하고 상류에서 유입 담배 잔류물로 재인가하는 것이 수차례, 바람직하게 3차례, 4차례, 또는 5차례까지 반복될 수 있을 것이다. 벨트의 헤드에서 수집된 최종 세정 여과액이 폐기물로서 처리된다. 이러한 것이 도 2에 도시되어 있다.

염 린싱된 담배가 벨트의 단부에서 압착되어, 여분의 액체를 제거할 수 있을 것이다.

이어서, 제 2 염 린스에서의 염 용액과 조합되도록 담배가 염 린스 혼합 탱크 및 플러그 유동 반응기 또는 연속 교반 탱크 반응기로 공급될 수 있을 것이다.

혼합물이 제 3 수평 벨트 필터 및 수집된 모재 여과액으로 공급될 수 있을 것이다. 이러한 여과액은 폐기물로서 처리되고 그리고 재순환되지 않는다. 신선한 염 용액, 바람직하게 소듐 클로라이드 용액이 필터의 단부를 향해서 담배로 인가될 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 세정 여과액이 재순환될 수 있고 그리고 상류 지점에서 벨트 상에서 이동하는 담배 잔류물을 세정하는데 이용될 수 있을 것이다. 세정 여과액의 수집 및 유입 담배 잔류물에 대한 상류 재인가가 수차례, 바람직하게 3차례, 4차례, 또는 5차례까지 반복될 수 있을 것이다. 벨트의 헤드에서 수집된 최종 세정 여과액이 재순환될 수 있고 그리고 제 1 염 린스에서 사용될 수 있을 것이다. 이러한 것이 도 3에 도시되어 있다.

과다한 물을 제거하기 위해서 염 린싱된 담배가 벨트의 단부에서 압착될 수 있을 것이다. 이어서, 바람직하게, 담배로부터 가능한 한 거의 완전하게 엔자임을 제거하기 위해서 염 용수의 신선한 배치(batch)와 조합된다. 혼합 탱크 및 플러그 유동 반응기 또는 연속 교반 탱크 반응기가 이러한 목적을 위해서 사용될 수 있을 것이다.

염 린싱된 담배로부터 염을 제거하기 위해서, 청정수 린스가 실시될 수 있을 것이다. 염 린싱된 담배가 제 4 수평 벨트 필터의 벨트로 공급될 수 있을 것이고 그리고 모재 여과액이 수집되고 제 1 또는 제 2 염 린싱에서의 사용을 위해서 재순환된다. 이어서, 신선한 용수가 벨트의 단부를 향해서 담배로 인가된다. 세정 여과액이 재순환될 수 있고 그리고 상류 지점에서 벨트 상에서 이동하는 담배 잔류물을 세정하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 세정 여과액을 수집하고 유입되는 담배 잔류물로 상류에서 재인가하는 것이 다수 차례, 바람직하게 3차례, 4차례 또는 5차례까지 반복될 수 있을 것이다. 벨트의 헤드에서 수집된 최종 세정 여과액이 각각의 염 용수 린스를 제공하는 저장용기로 복귀될 수 있을 것이다. 이러한 것이 도 4에 도시되어 있다.

그러나, 염 및 용수 린싱이 담배로부터 모든 엔자임을 제거하기에 충분하지 않을 수 있을 것이다. 마무리된 제품에서 엔자임과 관련된 부정적인 반응이 프로세스 운전자에게 해가 되는 것을 피하기 위해서, 최종 담배 제품이 엔자임 활량(activity)을 전혀 포함하지 않는 것이 중요하다.

그에 따라, 염 및 용수 린스에 후속하여, 담배 내에 남아 있는 잔류 엔자임을 비활성화 처리하기 위해서 세정된 담배를 처리할 수도 있을 것이다. 이는 엔자임을 비활성화시키기에 충분할 정도로, 그러나 담배가 고유의 풍미 형태를 잃지 않을 정도로, 담배를 증기 처리함으로써 이루어질 수 있을 것이다. 실시예에서, 증기 처리가 98 ℃에서 4분 동안 실시되나, 그 잔류 시간은 필요한 경우에 10분까지 연장될 수 있을 것이다. 그 대신에, 예를 들어 담배를 마이크로웨이브처리(microwaving) 또는 베이킹(baking)함으로써, 엔자임을 비활성화하도록 담배가 처리될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 엔자임이 화학적으로 변성될 수 있을 것이며; 그러나 담배로부터 화학물질을 제거하기 위한 단계가 실시되어야 할 것이다.

만약 담배가 증기로 처리된다면, 도 4에 도시된 바와 같이, 이는 담배가 제 4 수평 벨트 필터의 단부에 근접할 때 실시될 수 있을 것이다. 과다한 액체가 압착에 의해서 담배로부터 제거될 수 있을 것이다.

그에 따라, 프로세스는 일련의 독립된 단계들을 포함할 수 있을 것이고, 그러한 단계들 중 하나 또는 둘 이상의 단계가 수평 벨트 필터를 이용하여 실시될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 프로세스의 모든 단계들이 수평 벨트 필터를 이용하여 실시된다. 그에 따라, 프로세스가 연속적인 프로세스가 될 수 있을 것이며, 그러한 연속적인 프로세스에서 신선한 담배가 제 1 수평 벨트 필터로 연속적으로 공급되고 그리고 프로세싱된 담배가 하류로 연속적으로 생산될 것이다. 일 실시예에서, 담배 추출, 염 린싱 및 엔자임 비활성화 단계들이 수평 벨트 필터 상에서 각각 실시되고 그리고 다수의 필터들이 이러한 목적을 위해서 직렬로 정렬될 수 있을 것이다. 이러한 것이 도 5에 도시되어 있다.

이어서, 처리된 담배가 추가적으로 처리되어, 담배 추출물과의 재조합에 적합해질 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, 매트화된 담배를 자유 유동 섬유로 분쇄하는 분쇄장치(delumper)로 담배가 공급된다.

이어서, 프로세싱된 담배가 농축된 담배 추출물과 재조합될 수 있을 것이다. 처리된 추출물을 다시 추출 담배에 첨가하는 것은 담배의 수용성 풍미 성분들 및 니코틴이 최종 제품에서 보유될 수 있게 보장한다. 그에 따라, 재조합은 원래의 물질과 유사한 물리적 형태 및 외관, 맛 그리고 끽연 특성을 가지면서도, 선택된 단백질, 폴리페놀 또는 다른 성분(들)이 상당히 감소된 담배 제품을 제공할 수 있을 것이다.

담배 추출물을 담배 상으로 스프레잉함으로써 재조합이 이루어질 수 있을 것이다. 프로세싱된 담배와 재조합되는 원래의(original) 추출물의 양은 선택된 성분들을 제거하기 위해서 추출 처리되는 동안에 손실되는 양에 따라서 달라질 것이고, 그리고 담배의 타입에 따라서 달라질 것이다.

처리된 담배 추출물과의 재조합 이전에, 도중에, 또는 그 후에, 표준 건조 프로세스를 이용하여 담배를 건조할 수 있을 것이다. 담배의 최초 수분 함량은 통상적으로 약 70-80% 이다. 바람직한 실시예에서, 건조 후의 수분 함량은 약 14% 이다.

에이프런 건조기와 같은 가열 건조기를 이용하여 담배 내의 초기 수분 함량을 약 30%까지 줄일 수 있을 것이다. 이어서, 공기 건조기와 같은 제 2 가열식 건조기를 이용하여 약 14%까지 수분 함량을 추가적으로 감소시킬 수 있을 것이다.

최종 건조 제품이 후속 처리되어 시트(sheet)와 같은 마무리된 형태를 취할 수 있을 것이며, 그러한 마무리된 형태가 분쇄되어 궐련 필터의 일부 또는 전부를 형성할 수 있을 것이다.

그러나, 추출 및 처리 프로세스 동안에 담배의 최초 성분들의 30%가 제거되기 때문에, 담배의 단위 중량 당 잔류 성분의 농도는 최초 물질에 비해서 마무리된 제품에서 더 높을 것이다. 이러한 성분들에는 셀룰로즈가 포함되며, 그러한 셀룰로즈는 연소될 때 연기 내에서 당류 및 전분과 함께 아세트알데히드 및 포름알데히드와 같은 유해한 휘발성 물질을 생성할 수 있을 것이다.

이러한 것을 보완하기 위해서, 처리된 담배를 포함하는 끽연 물품이 특별한 타입의 필터를 포함할 수 있을 것이다. 미국 특허 4,033,361에 적절한 필터가 기재되어 있으며, 그러한 필터는 휘발성 담배-연기 성분에 대한 흡착제로서 실질적으로 일차(primary) 아미노 그룹들만을 포함하는 거대 기공형(macroporous) 음이온-교환 수지를 포함한다. 또한, 탄소가 필터에 포함될 수 있을 것이다.

Claims (25)

1. 수평 벨트 필터를 이용하는 담배 처리를 위한 프로세스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   수성 용매 또는 유기 용매로 담배를 추출하는 단계 및 추출 생성물을 필터링하는 단계를 포함하는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 추출 단계 및 필터링 단계 모두가 수평 벨트 필터 상에서 실시되는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 추출되는 담배가 수평 벨트 필터 상으로 연속적으로 공급되고, 그리고 상기 추출 및 필터링 단계들은 담배가 필터를 따라서 이송되는 동안에 연속적으로 실시되는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   여과액이 재순환되고 그리고 상기 수평 벨트 필터로 공급되는 담배의 추출에서의 용매로서 사용되는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   담배를 엔자임으로 처리하는 단계를 더 포함하는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 엔자임이 프로테올리틱 엔자임인
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 엔자임-처리된 담배를 염 용액으로 린싱하는 단계를 더 포함하는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 염 린싱 단계가 수평 벨트 필터 상에서 실시되는
   담배 처리를 위한 프로세스.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔자임-처리된 담배가 염 용액으로 두 차례 린싱되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 2 차례의 염 린싱 단계들이 개별적인 수평 벨트 필터들 상에서 실시되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 염 린싱은 담배가 필터(들)를 따라서 이송되는 동안에 연속적으로 실시되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    제 2 염 린싱으로부터의 여과액이 재순환되고 그리고 제 1 염 린싱 수평 벨트 필터로 공급되는 담배의 제 1 염 린싱에서의 염 용액으로서 사용되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
14. 제 6 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    담배 내의 엔자임을 비활성화시키는 단계를 더 포함하는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 비활성화가 담배를 증기 처리, 열 처리 또는 화학적 처리함으로써 실시되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 비활성화가 수평 벨트 필터 상의 담배에서 실시되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 직렬 수평 벨트 필터들을 이용하여 실시되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
18. 제 1 항에 있어서,
    (a) 수성 용매 또는 유기 용매로 담배를 추출하는 단계;
    (b) 엔자임으로 담배를 처리하는 단계;
    (c) 엔자임-처리된 담배를 염 용액으로 린싱하는 단계; 그리고
    (d) 담배 내의 엔자임을 비활성화시키는 단계를 포함하며;
    상기 단계 (a) 내지 (d) 중 하나 또는 둘 이상의 단계가 수평 벨트 필터 상에서 실시되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
19. 제 2 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    담배 추출로부터 얻어진 담배 추출물을 처리하여 그로부터 단백질을 제거하는 처리 단계를 더 포함하는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 담배 추출물이 벤토나이트로 처리되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
21. 제 2 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    담배 추출로부터 얻어진 담배 추출물을 처리하여 그로부터 폴리페놀을 제거하는 처리 단계를 더 포함하는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 담배 추출물이 폴리비닐폴리피롤리돈(PVPP)으로 처리되는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추출된 담배와 처리된 담배 추출물을 재조합하는 단계를 추가로 포함하는
    담배 처리를 위한 프로세스.
    
24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 의해서 획득될 수 있는 담배.
    
25. 제 24 항에 따른 담배를 포함하는 끽연 물품.
    

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