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Verfahren zur Verminderung des Nikotingehalts von Tabak Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rauchtabak, der beim Verbrennen einen
Rauch mit vermindertem Gehalt an Nikotin bildet.
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Die Medizin und die Öffentlichkeit haben sich in den letzten Jahren
mit dem hohen Prozentsatz an Herz- und Gefäßerkrankungen sowie Lungenkrebs bei Tabakrauchern
befaßt. Da von einigen Fachleuten behauptet wurde, daß diese Schäden durch im Tabakrauch
vorhandenes Nikotin und Teere verursacht werden, ist es allgemein üblich geworden,
Zigaretten und andere Rauchwaren mit Filtern zu versehen, welche dazu dienen sollen,
zumindest einen Teil des Nikotins und der Teere aus dem vom Raucher eingeatmeten
Rauch zu entfernen. Die grundlegende Lösung, den Nikotingehalt des Tabaks selbst
zu beseitigen oder wesentlich herabzusetzen, wurde auch angewendet. Keines dieser
Verfahren zur Verringerung der Menge an Nikotin und Teeren, welche vom Raucher eingeatmet
werden, war völlig zufriedenstellend, da beide Verfahren den Geschmack und das Aroma
des Tabaks verändern und dadurch den Genuß beim Rauchen herabsetzen.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung zur Behandlung des Tabaks wird
der Anteil an Nikotin wesentlich herabgesetzt, welcher imTabakrauch flüchtig wird,
ohne jedoch den Geschmack oder das Aroma des so behandelten Tabaks nachteilig zu
beeinflussen oder den Genuß des Rauchers herabzusetzen. Das neue Verfahren besteht
darin, den Tabak entweder in Form der rohen Blätter, der fermentierten Blätter,
des fermentierten und geschnittenen Rauchtabaks oder der fertigen Rauchtabakwaren,
wie z. B. Zigarren und Zigaretten, entweder lose oder in Packungen der Einwirkung
gewisser niederer Alkylhalogenide unter milden Reaktionsbedingungen auszusetzen.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird der Tabak in einem beliebigen
Stadium der Herstellung des Fertigproduktes in einem geschlossenen Gefäß bei Temperaturen
unter 60° C über die Gasphase 4 bis 20 Stunden lang der Einwirkung von 1 bis 1,3
Mol Monobrom- oder Monochloräthan oder -methan je Mol im Tabak vorhandenen Nikotins
ausgesetzt. Vorzugsweise wird der Tabak 4 bis 20 Stunden lang bei einer Temperatur
zwischen 45 und 50° C der Einwirkung von Methylbromid ausgesetzt, welches in einer
Menge von etwa 1 bis 1,2 Mol pro Mol im Tabak enthaltenen Nikotins zur Anwendung
gelangt.
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Man hat zwar schon Tabak mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen behandelt.
Dabei hat man nicht gemäß dem Verfahren nach der Erfindung die Behandhing in einem
geschlossenen Gefäß bei Temperaturen unter 60° C über die Gasphase 4 bis 20 Stunden
lang der Einwirkung quantitativ bestimmter Mengen des obengenannten Monobrom- oder
Monochloräthans oder -methans ausgesetzt. Es ist Gegenstand des älteren Patents
1020 554, Tabak vor dem Fermentieren etwa 1 Stunde lang der Einwirkung gasförmiger,
sterilisierend wirkender Kohlenwasserstoffe auszusetzen. Die Behandlung kann dabei
auch in geschlossenen Gefäßen durchgeführt werden. Die 4 bis 20 Stunden andauernde
Einwirkung bestimmter Mengen von Monobrom- oder Monochloräthan oder -methan ist
nicht genannt.
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Das USA.-Patent 1962 145 bezieht sich auf eine Behandlung von
Tabak zwecks Verminderung des Nikotingehalts mit Äthylenoxyd. Es ist bekannt, daß
Äthylenoxyd ein außerordentlich agressives Reaktionsmittel ist, das mit den verschiedensten
organischen Körpern Verbindung eingeht. Das durch diese Entgegenhaltung offenbarte
Verfahren setzt einen Fachmann nicht in den Stand, brauchbare oder rauchbare nikotinarme
Tabake herzustellen. Tatsache ist, daß bei der in der Entgegenhaltung beschriebenen
Behandlungsmethode das Reaktionsmittel dem behandelten
Tabak anhaftet,
wodurch das Aroma desselben vollkommen zerstört wird.* Der Rauch wirkt auf
Zunge und Atmungsorgane beißend und irritierend ein.
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Der geschilderte Sachverhalt ist in dem USA.-Patent 2 760 495 betont
worden. Es wird auf die Ausführung der Patentschrift, Spalte 1, Zeilen 30 bis 36,
verwiesen, in denen hervorgehoben wird, daß das Verfahren von Gross und Dixon sich
nicht eingeführt hat. Diese Nachteile suchen die Erfinder des USA.-Patents
2760495 durch ein außerordentlich kompliziertes Verfahren zu beseitigen,
bei dem Äthylenoxyd in der Gasphase komplizierten Bedingungen unterworfen wird,
die mit dem einfachen Verfahren gemäß vorliegender Anmeldung nicht vergleichbar
sind.
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Bei allen bisher bekannten Verfahren haftete das Reaktionsmittel dem
behandelten Tabak an, wodurch das Aroma desselben zerstört wurde. Der Rauch wirkte
daher auf Zunge und Atmungsorgane beißend und irritierend ein. Diese Nachteile ergeben
sich vor allen Dingen bei der Verwendung von Äthylenoxyd, welches ein außerordentlich
aggressives Reaktionsmittel ist. Alle bisher bekannten Verfahren konnten daher nicht
in die Praxis eingeführt werden. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der
Erfindung besteht darin, daß unter Benutzung von Akylhalogeniden ausschließlich
eine Reaktion mit den Alkaloiden des Tabaks erfolgt. Die Aromabestandteile bleiben
also völlig erhalten, und es ist in dem behandelten Tabak kein Gasrückstand nachweisbar.
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Dies erklärt sich aus den niedrigeren Siedetemperaturen und dem hohen
Dampfdruck der in Betracht kommenden halogenierten Kohlenwasserstoffe.
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Obgleich es noch nicht eindeutig erwiesen wurde, ist der geringere
Nikotingehalt von gemäß der Erfindung behandeltem Rauchtabak wahrscheinlich auf
die Reaktion der zur Behandlung dienenden niederen Alkylbalogenide mit dem Nikotin
des Tabaks zurückzuführen, wobei sich eine oder mehrere nicht flüchtige brennbare
Verbindungen bilden, welche beim Verbrennen des Tabaks in harmlose Verbrennungsprodukte
verwandelt werden. Auf diese Weise wird die Verdampfung des Nikotins verhindert.
Es wird angenommen, daß die zur Behandlung dienenden Alkylhalogenide mit dem im
behandelten Tabak vorhandenen Nikotin im wesentlichen gemäß folgender Gleichung
reagieren:
Hierin stellt R das Radikal eines niederen Alkyls dar, das nicht über 2 Kohlenstoffatome
hat, d. h. ein Methyl- oder ein Äthylradikal, und X Jod, Brom oder Chlor. Wahrscheinlich
findet auch in gewissem Maße eine Reaktion zwischen dem zur Behandlung dienenden
Alkylhalogenid und dem Stickstoffatom in dem N-Methylpyrrolidinring des Nikotinmoleküls
statt, welcher in obiger Formel mit B bezeichnet wird. Demzufolge dürfte gemäß der
Erfindung behandelter Tabak ein Gemisch von Nikotinalkylhalogenidreaktionsprodukten
einschließlich Verbindungen enthalten, in welchen die Alkylhalogenidanlagerung an
einem oder beiden der Stickstoffatome des Nikotinmoleküls stattgefunden bat.
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Die einzelnen zur Behandlung dienenden Alkylhalogenide, welche sich
bei der Behandlung von Tabak gemäß der Erfindung als geeignet erwiesen haben und
verhindern, daß Nikotin als solches im Tabakrauch verflüchtigt auftritt, werden
in nachstehender Tabelle angeführt:
| Behandlungsmittel |
| Siedepunkt Normaler |
| Alkylhalogenid physikalischer |
| in ° C Zustand |
| Methylchlorid ............. -24 Gas |
| Methylbromid ............. 3,5 Gas |
| Äthylchlorid .............. 13 Gas |
| Äthylbromid .............. 38,4 Flüssigkeit |
Diese Agenzien werden in der Dampf- bzw. Gasphase verwendet, um eine innige Berührung
des zu behandelnden Tabaks zu gewährleisten und dabei die Möglichkeit einer negativen
Beeinflussung des Geschmacks des Produkts auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Die
niedrigersiedenden, zur Behandlung dienenden Stoffe, die im allgemeinen bevorzugt
werden, können zur leichteren Handhabung vor der Verwendung gekühlt und verflüssigt
werden, um sie dann in Anwesenheit des zu behandelnden Tabaks verdampfen zu lassen.
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Die höhersiedenden, zur Behandlung dienenden Agenzien werden, obgleich
brauchbar, wegen der verhältnismäßig hohen Behandlungstemperatur nicht bevorzugt,
welche erforderlich ist, um sie in der Dampfphase zu halten. Weiterhin ist es schwieriger,
einen Überschuß an Behandlungsmittel aus dem behandelten Tabak zu entfernen, wenn
es höhersiedende Verbindungen sind.
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Die Brauchbarkeit des Behandlungsmittels wird auch durch die Art des
in ihm vorhandenen Halogens beeinflußt. Obgleich Jodide besser reagieren als Bromide
oder Chloride,. sind sie nicht zu empfehlen, da festgestellt wurde, daß mit diesen
Verbindungen behandelter Tabak dazu neigt, beim Brennen kleine Mengen freien Jods
im Rauch abzugeben. Die Chloride sind von den drei brauchbaren Halogeniden am wenigsten
reaktionsfähig und erfordern deshalb relativ längere Reaktionszeiten und höhere
Reaktionstemperaturen, wodurch der Geschmack des behandelten Tabaks beeinträchtigt
werden kann. Deshalb werden die Bromide und insbesondere Methylbromid bevorzugt,
da sie reaktionsfähiger als die Chloride sind und doch die erwähnten Nachteile der
Jodide nicht aufweisen. Methylchlorid, das sonst ein brauchbares Behandlungsmittel
wäre,
ist, wirtschaftlich gesehen, wegen seines hohen Dampfdruckes nicht vorteilhaft,
da dieser die Verwendung verhältnismäßig teurer druckfester Reaktionsgefäße erfordert.
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Gemäß dem neuen Verfahren wird das zur Behandlung dienende niedere
Alkylhalogenid in einen den zu behandelnden Tabak enthaltenden Reaktionsbehälter
gebracht, der dann so lange bei normaler oder erhöhter Temperatur gehalten wird,
bis die Behandlung des Tabaks beendet ist. Zahlreiche Faktoren, wie z. B. die Reaktionsbereitschaft
des Behandlungsmittels, die Reaktionstemperatur und der Druck, die Konzentration
und Menge des verwendeten Behandlungsmittels und der Nikotingehalt des Tabaks beeinflussen
die Behandlungszeit. In der Regel werden jedoch Behandlungszeiten angewendet, die
zwischen etwa 2 und unter 48 Stunden liegen, in den meisten Fällen aber genügt eine
Reaktionszeit von etwa 4 bis 20 Stunden.
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Die geeigneten Reaktionstemperaturen erstrecken sich von der niedrigsten
Temperatur, bei welcher mit dein betreffenden, Behandlungsmittel eine merkliche
Reaktion erzielt werden kann, bis zu der Temperatur, bei welcher der Geschmack des
Tabaks ernstlich beeinträchtigt wird. Da in den meisten Fällen durch Verwenden von
Temperaturen, die unter der normalen Raumtemperatur liegen, kein Vorteil zu erzielen
ist, ist die obere Temperaturgrenze von Bedeutung. Es wurde festgestellt, daß die
praktische obere Grenze der Reaktionstemperatur 60° C ist, da höhere Temperaturen
besonders bei längerer Behandlungszeit den Geschmack des Tabaks beeinträchtigen
können. Die bevorzugten Reaktionstemperaturen liegen zwischen etwa 45 und 50° C,
da diese ohne Gefahr angewendet werden können und doch hoch genug sind, um mit den
obenerwähnten bevorzugten Behandlungsmitteln eine befriedigende Reaktionsgeschwindigkeit
zu erreichen. Wollte man hochsiedende Behandlungsmittel, wie Methyl- oder Äthyljodid
verwenden, so müßte man bis zu 100° C erhitzen. Derartige Reaktionstemperaturen
sind aber nicht zu empfehlen.
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Die gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangende Menge an niederen
Alkylhalogeniden ändert sich je nach dem Nikotingehalt des zu behandelnden Tabaks.
Da eine völlige Entfernung des Nikotins aus dem Tabakrauch zur Verwirklichung der
wesentlichen Vorteile der Erfindung nicht erforderlich ist, braucht nicht das gesamte
Nikotin des Tabaks mit dem Behandlungsmittel zur Reaktion gebracht zu werden. Deshalb
ist es nicht notwendig, in jedem Falle das Behandlungsmittel in stöchiometrischen
Verhältnissen (1 Mol des Behandlungsmittels auf 1 Mol Nikotin) zu verwenden. Da
aber andere Faktoren, wie z. B. die Reaktionstemperatur und die Behandlungszeit,
die Vollständigkeit der Behandlung beeinflussen, ist es wünschenswert, mindestens
1 Mol Behandlungsmittel für jedes in dem zu behandelnden Tabak vorhandene Mol Nikotin
zu verwenden. Es wurde darüber hinaus festgestellt, daß bessere Ergebnisse erzielt
werden, wenn ein Überschuß an Behandlungsmittel verwendet wird, z. B. bis zu 1,3
Mol pro Mol Nikotin. Bei Verwendung des zur Behandlung bevorzugten Methylbromids
wird 1,1 bis 1,2 Mol desselben pro Mol Nikotin in dem zu behandelnden Tabak empfohlen.
Ein großer Überschuß an Behandlungsmittel sollte aber vermieden werden, da es den
Geschmack des Tabaks beeinträchtigen könnte.
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Die zur Behandlung dienenden Halogenide können entweder einzeln oder
untereinander gemischt verwendet werden oder aber mit irgendeinem geeigneten indifferenten
Gas verdünnt zur Anwendung gelangen. Beispiel I Von einer bestimmten Menge fermentierten
und. geschnittenen, zur Herstellung von Zigaretten geeigneten Rauchtabaks wird eine
Nikotinanalyse gemacht. Eine Probe von 910 g des 2,8 Gewichtsprozent Nikotin enthaltenden
Tabaks wird in einen Glasbehälter gepackt, der gerade ausreicht, um diese Tabakmenge
unterzubringen. Etwa 17,3 g (10 ccm) Methylbromid (etwa 16'% mehr als die stöchiometrische
Menge) werden in einer Sole auf etwa -20° C gekühlt. Alsdann führt man das Reagenzglas,
welches das Behandlungsmittel enthält, in den mit Tabak vollgepackten Behälter ein.
Die Mündung des Glasbehälters wird schnell durch Zuschmelzen in der Flamme vor dem
Verdampfen des Methylbromids aus dem Reagenzglas dicht verschlossen. Der dicht verschlossene
Behälter wird dann 24 Stunden lang in ein auf etwa 45° C erhitztes Wasserbad gebracht.
Dann wird der Behälter dem Bad entnommen, abgekühlt und geöffnet. Der behandelte
Tabak wird zu Zigaretten verarbeitet. Der Rauch dieser Zigaretten normaler Größe
(7 cm) enthält gewichtsmäßig 0,81 mg Nikotin im Vergleich zu einem Nikotingehalt
von 2,55 mg im Rauch einer gleichen Zigarette, die aus dem unbehandelten Tabak hergestellt
worden war, welcher derselben Menge entnommen worden war wie die Versuchsprobe.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Verringerung des Nikotingehalts
im Tabakrauch um 68% erreicht. Beispiel II Eine Behandlung in industriellem Maßstab
kann erfolgen, indem etwa 90,7 kg rohe Tabakblätter mit einem Nikotingehalt von
etwa 2,5 Gewichtsprozent in einen Niederdruck-Wassermantelautoklav gebracht werden
und etwa 1,13 kg gekühltes Äthylchlorid hinzugefügt wird. Dann wird der Autoklav
auf 55° C erhitzt und 24 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Das entstehende
Erzeugnis zeigt nach Verarbeiten zu Zigaretten einen- im wesentlichen unveränderten
Geschmack, erzeugt aber beim Verbrennen einen Rauch mit wesentlich geringerem Nikotingehalt.
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Obgleich es in vielen Fällen möglich ist, durch Einstellen der Reaktionsbedingungen
innerhalb der oben angegebenen Grenzen den Nikotingehalt des Rauches des behandelten
Tabaks praktisch auf Null herabzusetzen, ist es im allgemeinen nicht wünschenswert,
derart vorzugehen, da das entstehende Produkt einen flauen, vielen Rauchern unannehmbar
erscheinenden Geschmack hat. Um den wesentlichen Vorteil gemäß der Erfindung zu
erzielen, ist es deshalb nicht nötig, das Nikotin völlig aus dem Tabak zu entfernen.
Es wird deshalb bevorzugt, die Reaktionsbedingungen derart einzustellen, daß nur
etwa 40 bis 801)/o, vorzugsweise aber 50 bis 70% des Nikotins des Tabakrauchs entfernt
werden. Natürlich ist jede merkliche Nikotingehaltsverringerung im Rauch, sogar
eine so geringe wie 15 bis 20%, von einigem Wert, aber offensichtlich muß ein höherer
Prozentsatz entfernt werden, um einen wesentlichen Vorteil zu erreichen.