DE60116273T2

DE60116273T2 - Tabakverarbeitung

Info

Publication number: DE60116273T2
Application number: DE60116273T
Authority: DE
Inventors: Gerard Kevin MCADAM; David Bassett O'REILLY; John Andrew MANSON; Geoffrey Ian Rownhams ANDERSON
Original assignee: British American Tobacco Investments Ltd; British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: AU2001235863B2; KR20020075808A; DE60116273D1; PT1267650E; US20040025891A1; BR0109264B1; AU3586301A; ES2251464T3; JP3931084B2; NZ521065A; ATE313968T1; BR0109264A; WO2001065954A1; MY136703A; CA2400408C; CN1438843A; EP1267650A1; RU2002125119A; CA2400408A1; EG22308A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Tabak, um den Gehalt an Nitrosaminen darin zu reduzieren oder zu eliminieren, insbesondere an tabakspezifischen Nitrosaminen.
Tabakspezifische Nitrosamine schließen N'-Nitrosonornicotin, 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanon, N'-nitrosoanatabin und N'-nitrosoanabasin ein.
Zahlreiche Verfahren für das Entfernen von Nitrosaminen aus Tabak sind bekannt. In US 5,803,081 und WO 98/58555 wird grünblättriger Tabak (das heißt Tabak vor dem Trocknen) Mikrowellenbestrahlung, Erhitzen durch Konvektion oder Gefriertrocknen ausgesetzt, um Mikroben zu töten, von denen angenommen wird, dass sie für die Bildung von Nitrosaminen während des Trocknens des Tabaks verantwortlich sind. Ein Nachteil dieses Verfahren ist es, dass das Verfahren als Voraussetzung spezielle Trocknungspraktiken für den Tabak einschließt, wobei die Trocknungspraktiken am Tabak in einer frühen Phase nach der Ernte durchgeführt werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Reduktion von Nitrosaminen in Tabak zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur selektiven Reduktion von Nitrosaminen in Tabak zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Tabakbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
Vorzugsweise werden Nitrosamine aus dem superkritischen fluiden Extraktionsmedium abgetrennt, indem das Extraktionsmedium einem Verfahren zur Nitrosaminentfernung ausgesetzt wird.
Geeigneterweise, umfasst das Verfahren zur Nitrosaminentfernung einen Chemisorptionsschritt. Vorzugsweise kann der Chemisorptionsschritt die Verwendung eines Ionenaustauschers umfassen.
Alternativ kann das Verfahren zur Nitrosaminentfernung einen Adsorptionsschritt umfassen. Ein geeignetes Adsorbent kann ausgewählt werden, aus einem oder mehreren aus der Gruppe bestehend aus Glaskügelchen, aktivierter Holzkohle, Aluminiumsilikat und Zeolithen. Weitere geeignete Adsorbentien, die dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden.
In einer weiteren Alternative kann das Verfahren zur Nitrosaminentfernung die Behandlung des Extraktionsmediums mit ultraviolettem Licht (UV) umfassen, was zur Zerstörung der Nitrosamine im Extraktionsmedium führt.
Weitere Alternativen schließen ein, das Entfernen der Nitrosamine durch Präzipitieren der Nitrosamine aus dem Extraktionsmedium; durch das Aussetzen des Extraktionsmediums nitrosaminspezifischer enzymatischer Zersetzung; oder durch chromatographische oder andere Trennungsverfahren, die dem Fachmann bekannt sind.
Das Verfahren zur Nitrosaminentfernung aus dem Extraktionsmedium kann mehr als eines der oben genannten Verfahren zur Nitrosaminentfernung umfassen. Zumindest unter bestimmten Umständen wird die Verwendung einer Vielzahl an Entfernungsverfahren (zusammen umfassend ein Multiverfahren) in einer verbesserten Spezifität der Nitrosaminentfernung resultieren. Zum Beispiel kann das Verfahren zur Nitrosaminentfernung ein Multiverfahren sein, umfassend einen Chemisorptionsschritt in Kombination mit oder gefolgt von einer Behandlung mit UV-Licht. Vor der UV-Lichtbehandlung kann ein Waschschritt benötigt werden, um die Nitrosamine aus dem Chemisorptionsmedium zu entfernen, wobei das UV-Licht anschließend auf die Waschflüssigkeiten angewandt wird. Wasser, eine Säure, eine Salzlösung oder ein Alkohol können geeigneterweise im Waschschritt verwendet werden.
Geeigneterweise kann das Extraktionsmedium, aus dem einige, wenn nicht alle der Nitrosamine entfernt worden sind, in Kontakt mit dem Tabak gebracht werden, sodass ein Extrakt bzw. mehrere Extrakte ohne Nitrosamine im Medium, in den Tabak eingefügt oder wieder eingefügt werden. Solch ein Extrakt, bzw. solche Extrakte können zum Beispiel Nikotin und/oder Geschmackssubstanzen enthalten.
Stark bevorzugt ist das verwendete superkritische Fluid superkritisches Kohlendioxid, obwohl andere superkritische Fluide, die dem Fachmann bekannt sind, geeignet sein können.
Geeigneterweise wird eine Säure, vorzugsweise eine organische Säure vor der Behandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid, zum Tabak gegeben. Alternativ kann die Säure im superkritischen Fluid enthalten sein. Des Weiteren, wenn ein Ionenaustauscher oder Adsorbentmaterial anwesend ist, kann die Säure in dem Ionenaustauscher oder Adsorbent enthalten sein. Eine geeignete Säure kann eine organische Säure sein, ausgewählt aus einer oder mehreren aus der Gruppe bestehend aus Malonsäure, Ascorbinsäure, Succinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Weinsäure, Schleimsäure und Zitronensäure oder ein Salz-Derivat beziehungsweise Salz-Derivate davon. Vorzugsweise ist die organische Säure ein Zitronensäuresalz, zum Beispiel ein Kaliumcitrat. Andere geeignete Säuren können Mineralsäuren, zum Beispiel Schwefelsäure und Phosphorsäure sein. Geeigneterweise ist die Säure in Lösung, wenn die Säure am Tabak angewandt wird. Eine derartige Lösung kann durch Sprühen angewandt werden. Vorzugsweise kann die Anwendung der Säure am Tabak in einem Überzugszylinder, der üblicherweise in der Tabakindustrie zum Auftragen von Überzügen auf den Tabak verwendet wird, erfolgen.
Andere Modifizierungsmittel, wie zum Beispiel organische Lösungsmittel oder Alkohole können alternativ oder zusätzlich verwendet werden.
Vorzugsweise findet die Extraktionsbehandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid bei einem erhöhten Druck und einer erhöhten Temperatur statt. Wenn das superkritische Fluid Kohlendioxid ist, kann geeigneterweise ein Druck im Bereich von 100 bis 350 bar verwendet werden, vorzugsweise beträgt der Druck etwa 200 bis 300 bar und stärker bevorzugt etwa 240 bis 260 bar. Vorzugsweise ist die verwendete Temperatur größer als etwa 35°Celsius, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 35 bis etwa 140°Celsius und sogar noch stärker bevorzugt im Bereich von etwa 35 bis etwa 90°Celsius.
Vorteilhafterweise wird der Tabak während der Extraktionsbehandlung desselben mit dem superkritischen Fluid in einer verschließbaren Kammer oder Bombe platziert.
Erhitzen kann durch Wärmetransfer oder durch elektromagnetische Strahlung (das heißt Mikrowellen- oder Radiofrequenzheizen) erfolgen. Wenn elektromagnetische Strahlung verwendet wird, muss die verschlossene Kammer oder Bombe natürlich aus einem elektromagnetische Strahlung nicht absorbierenden Material gebaut sein, das heißt nichtmetallischem Material, das in der Lage ist, dem Betriebsdruck zu widerstehen. Ein geeignetes derartiges Material kann zum Beispiel ein Polyfluorkohlenwasserstoffmaterial wie Teflon (Handelsmarke) umfassen.
Der technische Effekt des Entfernens der tabakspezifischen Nitrosamine durch das Behandeln des Tabaks mit superkritischem Fluid war bisher unbekannt. Stark bevorzugt sind die Bedingungen, bei denen die Extraktionsbehandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid stattfindet, auf die Extraktion von Nitrosaminen durch das superkritische Fluid ausgerichtet, im Vergleich zu anderen tabakspezifischen Verbindungen, wie zum Beispiel Nikotin. Vorteilhafterweise wird kein oder sehr wenig Nikotin aus dem Tabak durch das Extraktionsmedium entfernt. Bedingungen, die die Nitrosaminextraktion (im Vergleich zur Nikotinextraktion) bevorzugen, schließen einen pH des Tabaks unterhalb von etwa 6,5 und vorzugsweise weniger als etwa 5,5 ein.
Vorzugsweise-wird das Verhältnis der prozentualen Reduktion an Nitrosaminen zur prozentualen Reduktion an Nikotin im Tabak, bei dem Tabak der dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgesetzt worden ist, im Bereich von etwa 1,1:1 bis etwa 18:1, stärker bevorzugt etwa 1,3:1 bis etwa 10:1 und sogar noch stärker bevorzugt etwa 2:1 bis etwa 6:1, sein.
Für einen vorgegebenen Satz an Behandlungsbedingungen, einschließlich zum Beispiel die Massendurchflussrate des Extraktionsmediums pro Masseneinheit Tabak, wird, nachdem ein Zeitintervall vom Beginn des Behandlungsverfahrens an verstrichen ist, eine maximale Differenz zwischen der Extraktion der (größeren) prozentualen Menge an Nitrosaminen und der (geringeren) prozentualen Menge an Nikotin auftreten. Es wird daher bevorzugt sein, die Extraktionsbehandlung bei oder in etwa zu diesem Zeitpunkt abzubrechen.
Eine geeignete Massendurchflussrate des superkritischen fluiden Extraktionsmediums pro kg Tabak ist im Bereich von etwa 1 kg/h bis etwa 55 kg/h und wird von den Verfahrensbedingungen, wie der Tabakpackungsdichte in der Kammer und der Größe der Kammer, abhängig sein. Vorteilhafterweise ist die Massendurchflussrate des superkritischen fluiden Extraktionsmediums pro kg Tabak im Bereich von 10 bis 40 kg/h, noch vorteilhafterweise ist sie im Bereich von 15 bis 35 kg/h und sogar noch stärker vorteilhafterweise ist sie etwa 30 kg/h, obwohl diese Ausführungen von den gewünschten Produktcharakteristika abhängen.
Vorteilhafterweise ist der gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung behandelte Tabak geschnittener Tabak, der lamina- und/oder stammgeschnittener Tabak ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Tabak einer oder mehrere aus ganzblättrigen Tabak, Tabakstaub oder rekonstituiertem Tabak sein.
Wenn es angemessen erscheint, kann der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelte Tabak einem Konditionierungsschritt ausgesetzt werden, wobei der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks nach der Behandlung auf weniger als etwa 15%, vorzugsweise weniger als 13% gebracht wird.
Wenn es der Fall ist, dass nach der Behandlung des Tabaks mit dem superkritischem Fluid, die Nitrosamine vom superkritischen fluiden Extraktionsmedium getrennt werden, indem das Medium einem Verfahren zur Nitrosaminentfernung ausgesetzt wird, fließt das Medium vorzugsweise in einem geschlossenem System umher.
Geeigneterweise kann das geschlossene System eine erste Kammer zur Behandlung des Tabaks mit superkritischem Fluid enthalten und eine zweite Kammer in der das Verfahren zur Nitrosaminentfernung stattfindet, worin die erste und die zweite Kammer durch Verbindungsmittel, zum Beispiel einer Röhre bzw. Röhren verbunden ist.
Ein derartiges System umfasst weiterhin Fluidtransfermittel, die so betrieben werden können, dass ein Umhertließen des Extraktionsmediums im geschlossenen System verursacht wird. Ein Material zur Nitrosaminentfernung, wie ein Ionenaustauschharz oder Adsorbent kann in der zweiten Kammer angebracht sein, sodass das superkritische fluide Extraktionsmedium nach der Behandlung des Tabaks mit dem Selben über die Verbindungsmittel, zur zweiten Kammer transferiert werden, worin Nitrosamine vollständig oder im wesentlichen entfernt werden. Das superkritische Fluidextraktionsmedium, ohne den Nitrosaminen kann dann zum Tabak in der ersten Kammer rückgeführt werden.
Geeigneterweise können eine Vielzahl an miteinander verbundenen Kammern zur Behandlung des Tabaks mit superkritischem Fluid zur Verfügung gestellt werden und/oder eine Vielzahl an miteinander verbundenen Kammern, können für das Verfahren zur Nitrosaminentfernung zur Verfügung gestellt werden. Wenn es der Fall ist, dass mehr als eine Kammer entweder für die Behandlung des Tabaks oder für das Verfahren zur Nitrosaminentfernung zur Verfügung gestellt werden, oder für beide, dann kann das superkritische Fluid sequenziell durch die Kammern fließen.
Alternativ kann das geschlossene System eine erste oder einzige Kammer umfassen, die Einlass und Auslassmittel aufweißt, worin Verbindungsmittel den Einlass mit den Auslassmitteln der Kammer verbinden. Geeigneterweise können die Verbindungsmittel zum Transfer des superkritischen fluiden Extraktionsmediums unter der Wirkung der Fluidtransfermittel aus den Auslassmitteln der Kammer zu und durch eine Verfahrensstation zur Nitrosaminentfernung zu den Einlassmitteln der Kammer dienen. Vorzugsweise wird die Menge an Fluid in den Verbindungsmitteln auf ein Minimum reduziert. Ein Material zur Nitrosaminentfernung, wie ein Ionenaustauscher oder ein Adsorbent kann innerhalb jedes geeigneten durchlässigen Behälters enthalten sein, um ein Mittel zur Verfügung zu stellen, durch dass das ein Fluid durch den Behälter passieren kann und ein Mittel durch das der Tabak vor dem Kontakt mit dem Material zur Nitrosaminentfernung bewahrt wird.
Alternativ kann das Verfahren zur Nitrosaminentfernung zum Beispiel durch den Transfer des Mediums durch eine UV-Lichtquelle gebildet sein. In diesem Fall müssen die Verbindungsmittel für UV-Licht durchlässig sein.
Geeigneterweise können eine Vielzahl an verbundenen Kammern zur Behandlung des Tabaks mit superkritischem Fluid zur Verfügung gestellt werden.
Zusätzlich zum Aussetzen des Tabaks einer Behandlung mit dem superkritischen Fluid, um Nitrosamine aus dem Tabak zu extrahieren, kann der Tabak einem mikrobischen Deaktivierungsverfahren ausgesetzt werden. Wie oben angegeben, wird angenommen, dass Mikroben einschließlich Enferobacter agglomerans, Bacillus spp, Fusarium equisetti, Cladosporium cladosporoides, Altenaria alternata und Acremonium arxii für die Bildung von Nitrosaminen während des Trocknens des Tabaks verantwortlich sind oder beitragen. Tatsächlich wird angenommen, dass Mikroben auch ein beitragender Faktor für die Bildung von Nitrosaminen im Tabak während der Lagerung im getrockneten Tabak sein könnten. Eine Reduktion der mikrobischen Aktivität im Tabak durch ein mikrobisches Deaktivierungsverfahren reduziert daher die Wahrscheinlichkeit der erneuten Bildung von Nitrosaminen, nach der Tabakextraktion desselben. Das mikrobische Deaktivierungsverfahren kann vor oder nach dem Aussetzen des Tabaks einer Behandlung mit dem superkritischen Fluid, durchgeführt werden. Eine weitere Alternative ist es, den Tabak einer Behandlung mit superkritischem Fluid unter mikrobischen Deaktivierungsbedingungen auszusetzen, sodass die mikrobische Deaktivierung und Extraktion simultan auftreten.
Geeigneterweise kann das mikrobische Deaktivierungsverfahren ein Pasteurisationsverfahren umfassen, worin der Tabak auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird und bei dieser Temperatur für eine vorgegebene Zeitspanne gehalten wird. Als ein Beispiel kann der Tabak auf eine Temperatur im Bereich von etwa 70°C bis etwa 150°Celsius für eine Zeitspanne zwischen etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Minuten erhitzt werden. Das Erhitzen kann zum Beispiel durch Konvektionserhitzung, indem der Tabak mit einem gasförmigen Heizmedium in Kontakt gebracht wird, Mikrowellenerhitzen oder Radiofrequenzerhitzen, erfolgen.
Geeigneterweise ist der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks, der dem Sterilisationsverfahren ausgesetzt wird, entweder durch einen Vor- oder einen Nachkonditionierungsschritt einstellbar.
Alternativ kann die Behandlung des Tabaks mit, zum Beispiel ionisierender Strahlung, UV-Strahlung, Gefriertrocknen oder einem Elektronenstrahl, um die Mikroben zu töten, als mikrobisches Deaktivierungsverfahren verwendet werden.
Zusätzlich zur Behandlung des Tabaks mit dem superkritischem Fluid, um die Nitrosamine aus dem Tabak zu extrahieren, kann der Tabak auch einem Verfahren zur Nitrit-/Nitratentfernung ausgesetzt werden. Nitrite sind wichtige Vorstufen von Nitrosaminen, wogegen Nitrate Vorstufen von Nitriten sind. Es wird angenommen, dass nach dem Nitrosaminentfernen, verbleibende Nitrite im Tabak die Möglichkeit haben mit Alkaloiden, die auch im Tabak vorhanden sind, zu reagieren und somit wieder Nitrosamine bilden. Das Verfahren zur Nitrit-/Nitratentfernung kann geeigneterweise die Schritte der Lösungsmittelextraktion, um die Nitrite/Nitrate aus dem Tabak zu entfernen, gefolgt von Ionenaustausch um die Nitrite/Nitrate zu binden, umfassen. Alternativ können die Nitrite durch einen Oxidationsschritt entfernt werden. In einer weiteren Alternative kann eine Entfernung der Nitrite/Nitrate unter Verwendung von Mikroorganismen, wie in einem aus GB 1 440 171 , GB 1 585 024 , US 4709,710 oder GB 2 014 031 offenbart, verwendet werden.
Wie bei dem mikrobischen Deaktivierungsverfahren kann das Verfahren zur Nitrit/Nitratentfernung vor, nach oder während der Behandlung des Tabaks mit dem superkritschen Fluid erfolgen. Wenn das Verfahren zur Nitrit/Nitratentfernung simultan zur Behandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid durchgeführt wird, kann das Verfahren, um Nitrite aus dem Tabak zu entfernen, zum Beispiel den Schritt umfassen, entweder Ascorbinsäure am Tabak vor der Behandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid anzuwenden; Einfügen von Ascorbinsäure in das superkritische Fluid; oder wenn ein Ionenaustauscher oder Adsorbentmaterial anwesend ist, Einfügen von Ascorbinsäure in den Ionenaustauscher oder das Adsorbent. Die Ascorbinsäure hat den Effekt des Einfangens der Nitrite aus dem Tabak.
Das Verfahren zur Nitrit/Nitratentfernung kann als Alternative zu oder zusätzlich zum mikrobischen Deaktivierungsverfahren durchgeführt werden.
Das erfinderische Verfahren stellt einen Burley-Tabak mit einem anfänglichen Nitrosamingehalt nach dem Trocknen im Bereich von etwa 0,3 ppm – etwa 30 ppm zur Verfügung, der nach dem Verfahren einen Nitrosamingehalt der um mindestens 45% erniedrigt ist, aufweist. Wenn der Tabak ein Burley-Tabak ist, der einen Nitrosamingehalt von 5 – 6 ppm aufweist, ist der Gehalt nach dem Verfahren vorzugsweise 3,6 ppm oder weniger.
Das erfinderische Verfahren stellt auch einen Virginia-Tabak mit einem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt nach dem Trocknen von weniger als 8,5 ppm zur Verfügung, der nach dem Behandeln einen Nitrosamingehalt, der um mindestens 45% erniedrigt worden ist, enthält.
Vorzugsweise hat der behandelte Burley- oder Virginia-Tabak einen Nitrosamingehalt von mindestens 60% unterhalb dem des Ausgangsgehalts.
Das erfinderische Verfahren stellt auch einen "US blended"-Tabak zur Verfügung, der einen Ausgangsnikotingehalt im Bereich von 0,10 – 2,0 % und einen Nitrosamingehalt im Bereich von 0,10 – 1,2 μg/g aufweist, der nach dem Behandeln eine prozentuale Erniedrigung an Nitrosaminen zur prozentualen Erniedrigung an Nikotin im Bereich von 1:1 bis 10:1 aufweist.
Das erfinderische Verfahren stellt auch einen "Virginia blended"-Tabak zur Verfügung, der einen Ausgangsnikotingehalt im Bereich von 0,30 – 2,15 % und einen Nitrosamingehalt im Bereich von 0,10 – 1,5 μg/g aufweist, der nach dem Behandeln eine prozentuale Erniedrigung an Nitrosaminen zur prozentualen Erniedrigung an Nikotin im Bereich von 1:1 bis 10:1 aufweist.
Vorzugsweise ist das Verhältnis im Bereich von 5:1 oder mehr und stärker bevorzugt 8:1 oder mehr: Damit die vorliegende Erfindung klar verstanden wird und leicht umgesetzt wird, wird nun mit Beispielen, auf die begleitenden Diagrammzeichnungen verwiesen, in denen:
1 ein Gerät zur Durchführung eines Verfahrens gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 ein Gerät zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Gerät wie es in 1 gezeigt wird, ist ein geschlossenes System, umfassend eine erste Kammer 1 und eine zweite Kammer 2, worin die erste und die zweite Kammer 1, 2 durch verbindende Leitungen 3 miteinander verbunden sind. Das geschlossene System umfasst weiterhin Fluidtransfermittel, nämlich eine Pumpe 4. Das Gerät umfasst des weiteren einen Reservoirtank 5, verbunden mit der ersten Kammer 1 über eine Leitung 6. Ventil 7 ist in der Leitung 6 lokalisiert, das Ventil 7 ist dafür ausgelegt den Tank 5 zu verschließen.
Beispiel 1
Während des Betriebs des Geräts aus 1 werden etwa 30 kg geschnittener Tabak mit einem Feuchtigkeitsgehalt von entweder etwa 14 % oder etwa 25 % (siehe Tabelle 1) in die erste Kammer 1 platziert, die Kammer hat ein Volumen von 150 l. Ein Ionenaustauscher, nämlich ein saures Ionenaustauschharz (wie von Bayer GmbH erhältlich) mit einem Gewicht von 4,4 kg wird in die zweite Kammer 2 platziert, die Kammer hat ein Volumen von 150 l. Der Ionenaustauscher wird mit etwa 500 g festem Kaliumzitratgranulat vermischt. Der Reservoirtank 5 wird mit Kohlendioxid befüllt, wobei Kohlendioxid anschließend durch Pumpenmittel (nicht gezeigt) komprimiert wird und durch Pumpenmittel aus dem Reservoirtank 5 zur ersten und zweiten Kammer 1, 2 und den verbindenden Röhren 3 transferiert wird, bis die vorgeschriebenen Extraktionsbedingungen erreicht werden, nämlich ein Druck von etwa 250 bar und eine Temperatur von etwa 70°Celsius. An diesem Punkt wird der Kohlendioxidreservoirtank durch Verschließen des Ventils 7 verschlossen. Das superkritische Kohlendioxid wird dann unter der Wirkung der Pumpe 4 durch die erste Kammer 1 (und daher durch den darin enthaltenen Tabak) und durch die zweite Kammer 2 (und daher durch das darin enthaltene Ionenaustauschharz) über die verbindenden Röhren 3 zirkuliert. Das superkritische Medium zur Kohlendioxidextraktion wird etwa für eine Zeitspanne von entweder 1,5 Stunden oder 3 Stunden durch das geschlossene System zirkuliert. Anschließend werden die erste und zweite Kammer 1, 2 dekomprimiert, indem die Öffnungsbelüftungsmittel (nicht gezeigt) und die Kammern geöffnet werden.
Die Nikotin- und Nitrosamingehälter des somit behandelten Tabaks werden dann unter Verwendung geeigneter Standardlabortests bewertet.
Es wurde gefunden, dass ein derartiges Tabakextraktionsverfahren einen wesentlichen Teil der tabakspezifischen Nitrosamine aus dem behandelten Tabak entfernt. Tabelle 1 offenbart die prozentualen Reduktionen von sowohl Nikotin als auch Nitrosaminen im Tabak nach der Behandlung des Tabaks, wie oben beschrieben. Die Gesamtmenge an verwendeten CO₂ für diese Beispiele war 2190 kg.
Tabelle 1
Eine Behandlung von 1,5 Stunden führte zu einer größeren Differenz zwischen der prozentualen Menge an Nitrosaminen und der prozentualen Menge an extrahiertem Nikotin, im Vergleich zur Behandlung für 3 Stunden.
Beispiel 2
Es wurde angenommen, dass die oben genannte Extraktionzeit weiter reduziert werden könnte, ohne die prozentuale Reduktion an Nitrosaminen wesentlich zu beeinträchtigen, während die prozentuale Reduktion an Nikotin weiter reduziert wird. Zum Beispiel kann die Extraktionszeitspanne zwischen etwa 15 Minuten bis etwa 1,5 Stunden, vorzugsweise zwischen etwa 20 Minuten bis etwa 1 Stunde, stärker bevorzugt zwischen etwa 25 Minuten bis 40 Minuten und sogar noch stärker bevorzugt etwa 30 Minuten, betragen.
Die Extraktionsbedingungen werden vorzugsweise weiter auf die Extraktion von Nitrosaminen im superkritischen Fluid gerichtet, im Vergleich zu anderen tabakspezifischen Verbindungen wie Nikotin. Mehrere weitere Verfahren die Extraktion in Richtung Nitrosaminentfernung auszurichten, im Vergleich mit anderen spezifischen Tabakverbindungen, können zusätzlich zu oder getrennt von der Anpassung der Extraktionszeitspanne verwendet werden. Zum Beispiel kann der pH des Tabaks bei weniger als etwa 6,5, vorzugsweise etwa 5,5 gehalten werden. Gemäß einer weiteren Alternative kann das superkritische fluide Extraktionsmedium gesättigt oder im wesentlich gesättigt sein, mit tabakspezifischen Verbindungen oder kommerziell erhältlichen chemischen Analogen davon, anders als die Nitrosamine vor dem Kontaktieren des Extraktionsmediums mit der Tabakbehandlung. Eine weitere Alternative, wenn das superkritsche Fluid Kohlendioxid ist, kann es sein, den Tabak auf eine Temperatur unterhalb von etwa 35°C abzukühlen, sodass wenn das superkritische Kohlendioxid in die Kammer gepumpt wird, die den Tabak enthält, die allgemeine Effektivität des Extraktionsverfahrens reduziert wird, wobei vorzugsweise gegen die Entfernung von tabakspezifischen Verbindungen die andere sind als Nitrosamine, ausgerichtet wird. Anpassen an die Extraktion von Nitrosaminen kann auch durch Verändern (das heißt Erhöhen) der Packungsdichte des Tabaks in der Extraktionskammer erfolgen.
Weiterhin kann das Anpassen durch Verändern, das heißt Erniedrigen der Massendurchflussrate des superkritschen fluiden Extraktionsmediums pro Masseneinheit Tabak erfolgen. Zum Beispiel Reduzieren der Durchflussrate des superkritischen Fluids pro Kilogramm Tabak auf weniger als 30 kg/h. Jede der oben angesprochenen Verfahren, zur Ausrichtung der Extraktion auf Nitrosaminentfernung im Vergleich zu anderen tabakspezifischen Verbindungen, kann separat oder in zahlreichen Kombinationen untereinander durchgeführt werden.
Als eine optionale Zugabe zum oben beschriebenen Verfahren, kann das Ionenaustauschharz, das sich in der zweiten Kammer 2 befindet, nach der Dekomprimierung des geschlossenen Systems gespült oder mit Wasser gewaschen werden. Die Waschflüssigkeiten werden anschließend mit UV-Licht aus einer UV-Lichtquelle (nicht gezeigt) behandelt. Aussetzen der Waschflüssigkeiten an UV-Licht führt zur Zersetzung der Nitrosamine in den Waschflüssigkeiten. Ein anderer Extrakt beziehungsweise andere Extrakte als Nitrosamine in den Waschflüssigkeiten werden dann wieder in den Tabak eingefügt. Ein anderer Extrakt beziehungsweise andere Extrakte können zum Beispiel Nikotin und/oder Geschmackssubstanzen enthalten. Auf diese Weise ist es das Endresultat, dass Nitrosamine selektiv aus dem Tabak entfernt werden, ohne das der Geschmack des Tabaks abträglich beeinflusst werden würde.
Einige Beispiele der oben beschriebenen Variationen werden in Tabelle 2 unten offenbart.
Hinsichtlich der Variabilität der Nikotin- und Nitrosamingehälter in jeder der Tabakschargen, wurden aus jeder Charge 300 g als Kontrolle für die Charge zurückbehalten. Die Nikotin- und Nitrosamingehälter für jede Kontrolle aus den 4 Chargen, die entnommen wurden, werden in Tabelle 3 unten angegeben.
Tabelle 3
Beispiel 3
Das in 2 gezeigte Gerät ist ebenfalls ein geschlossenes System, wobei das Gerät eine Kammer 1, ausgestattet mit einem Einlass 8 und einem Auslass 9, Verbindungsröhre 10, wobei die Röhre 10 den Einlass 8 mit dem Auslass 9 der Kammer 1 verbindet und Fluidtransfermittel, das heißt eine Pumpe 4, umfasst. Dieses Gerät umfasst des Weiteren einen Reservoirtank 5, verbunden mit der Kammer 1 über die Leitung 6. Ventil 7 befindlich in Leitung 6, ermöglicht es, dass Tank 5 geschlossen wird. Gegenüber einer Position der Röhre 10 befindet sich eine UV-Lichtquelle.
Während des Betriebs des Geräts aus 2 werden etwa 100 kg geschnittener Tabak mit einem näherungsweisen Feuchtigkeitsgehalt, in Kammer 1 platziert. Der Reservoirtank 5 wird mit Kohlendioxid beladen, wobei das Kohlendioxid anschließend durch Pumpmittel (nicht gezeigt) komprimiert wird und dann durch die Pumpmittel aus dem Reservoirtank 5 zur Kammer 1 und Röhre 10 transferiert wird, bis die vorgeschriebenen Extraktionsbedingungen erreicht werden, nämlich ein Druck von etwa 250 bar und eine Temperatur von etwa 50°Celsius. Anschließend wird der Tank 5 geschlossen, indem das Ventil 6 geschlossen wird. Das superkritische Kohlendioxid wird dann zirkuliert, unter der Wirkung der Pumpe 4 durch die Kammer 1 (und daher durch den darin enthaltenen Tabak) und durch die Röhre 10. Die UV-Lichtquelle 11 bestrahlt das superkritische Kohlendioxidextraktionsmedium in der Röhre 10. Daher werden Nitrosamine im superkritischen Kohlendioxid zersetzt. Zersetzungsprodukte davon können entfernt werden, zum Beispiel indem das superkritische Kohlendioxid durch ein Metallsieb (nicht gezeigt) durchgeleitet wird. Die Röhre 10 umfasst mindestens im Bereich der UV-Lichtquelle 11 ein Material das UV-Licht durchlässig ist, zum Beispiel ein Hochdruckquarzglas. Die Menge an superkritischen Kohlendioxid in der verbindenden Röhre 10 wird durch Verwendung einer Röhre 10 mit einer Bohrung mit einem kleinen Durchmesser (das heißt ein Durchmesser von etwa 1 cm) auf einem Minimum gehalten. Das superkritische Kohlendioxid wird nach dem Aussetzen am UV-Licht in Kammer 1 zurückgeleitet und nochmal mit dem Tabak darin in Kontakt gebracht. Das superkritische Kohlendioxid wird für eine Zeitspanne von 30 Minuten zirkuliert. Anschließend wird Kammer 1 und die Röhre 10 dekomprimiert, indem Belüftungsmittel (nicht gezeigt) geöffnet werden. Der auf diese Weise behandelte Tabak ist frei oder im Wesentlichen frei von Nitrosaminen, während der Nikotingehalt des Tabaks im Wesentlichen derselbe vor und nach der Behandlung blieb.
Ein Weiteres alternatives Gerät (nicht gezeigt) umfasst im wesentlichen das Gerät das in 2 gezeigt wird, mit einem Material zur Nitrosaminentfernung, das innerhalb eines fluiddurchlässigen Behälters in der Kammer 1 gehalten wurde. Das Fluid kann durch das System öfters rezirkuliert werden, vor dem Entfernen und dem optionalen anschließenden Entfernen der Nitrosamine daraus.

Claims

Tabakverarbeitungsverfahren, worin Tabak mit einem pH-Wert von weniger als 6,5 einer Behandlung mit einem superkritischen fluiden Extraktionsmedium unterworfen wird, um Nitrosamine aus dem Tabak zu extrahieren, wobei der Tabak eines oder mehrere darstellt von geschnittenem Tabak, Gesamtblatttabak, Tabakstaub und rekonstituiertem Tabak.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Nitrosamine von dem superkritischen fluiden Extraktionsmedium getrennt werden, indem man das Extraktionsmedium einem Verfahren zur Nitrosaminentfernung unterwirft.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verfahren zur Nitrosaminentfernung einen Chemisorptionsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Chemisorptionsschritt die Verwendung eines Ionenaustauschers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verfahren zur Nitrosaminentfernung einen Adsorptionsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, worin ein Adsorptionsmittel des Adsorptionsschrittes ausgewählt ist unter einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus Glaskügelchen, Aktivkohle, Aluminiumsilicat und Zeoliten.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verfahren zur Nitrosaminentfernung die Behandlung des Extraktionsmediums mit ultraviolettem (UV) Licht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verfahren zur Nitrosaminentfernung entweder die Ausfällung der Nitrosamine aus dem Extraktionsmedium oder das Unterwerten des Extraktionsmediums unter einen Nitrosamin-spezifischen enzymatischen Abbau oder die chromatographische Trennung der Nitrosamine von dem Extraktionsmedium umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-8, worin das Verfahren zur Nitrosaminentfernung eine Vielzahl von Entfernungsverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-9, worin nach dem Verfahren zur Nitrosaminentfernung das Extraktionsmedium, das vollständig oder im Wesentlichen frei von Nitrosaminen ist, mit dem Tabak in Kontakt gebracht wird, so dass andere Extrakte) als Nitrosamine in dem Extraktionsmedium in den Tabak eingearbeitet oder wieder eingearbeitet werden können.
Verfahren nach Anspruch 10, worin der oder die Extrakte) Nikotin und/oder Aromasubstanzen umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das superkritische fluide Extraktionsmedium superkritisches Kohlendioxid ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin eine Säure dem Tabak vor der Behandlung des Tabaks mit superkritischem Fluid oder dem superkritischen Fluid vor der Behandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wenn abhängig von Anspruch 3, worin dem Ionenaustauscher oder Adsorptionsmittel eine Säure zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, worin eines oder mehrere von einem organischen Lösungsmittel oder einem Alkohol zusätzlich oder alternativ zur Säure zugesetzt wird bzw. zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Säure eine organische Säure ist.
Verfahren nach Anspruch 16, worin die Säure eine organische Säure darstellt, ausgewählt aus einer oder mehreren aus der Gruppe, bestehend aus Malonsäure, Ascorbinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Äpfelsäure, Weinsäure, Mucinsäure und Zitronensäure oder einem Salzderivat derselben.
Verfahren nach Anspruch 17, worin die organische Säure ein Zitronensäuresalz ist.
Verfahren nach Anspruch 18, worin das Zitronensäuresalz Kaliumcitrat ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Extraktion der Nitrosamine aus dem Tabak mit dem superkritischen Fluid bei erhöhtem Druck und Temperatur abläuft.
Verfahren nach Anspruch 20, worin dann, wenn das superkritische Fluid superkritisches Kohlendioxid ist, der Druck im Bereich von 100 bis 350 bar liegt.
Verfahren nach Anspruch 21, worin der Druck etwa 200 bis 300 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 22, worin der Druck etwa 240 bis 260 bar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20-23, worin die Temperatur größer als etwa 35 °C ist.
Verfahren nach Anspruch 24, worin die Temperatur in einem Bereich von etwa 35 °C bis etwa 140 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 25, worin die Temperatur in einem Bereich von etwa 35 °C bis etwa 90 °C liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Tabak während der Extraktionsbehandlung desselben mit superkritischem Fluid in eine verschließbare Kammer oder Bombe eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20-27, worin die erhöhte Temperatur mittels Wärmetransfer oder mittels elektromagnetischer Strahlung bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin kein oder sehr wenig Nikotin aus dem Tabak in das Extraktionsmedium entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der pH-Wert der Säure unterhalb von etwa 5,5 liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Verhältnis der prozentualen Verringerung an Nitrosaminen zur prozentualen Verringerung an Nikotin im Bereich von etwa 1,1:1 bis etwa 18:1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 31, worin das Verhältnis in dem Bereich von etwa 1,3:1 bis etwa 10:1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 32, worin das Verhältnis im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 6:1 liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin eine geeignete Massenströmungsrate des superkritischen fluiden Extraktionsmediums pro kg an Tabak etwa 1 – 55 kg/h beträgt.
Verfahren nach Anspruch 34, worin die Massenströmungsrate im Bereich von etwa 10 – 40 kg/h liegt.
Verfahren nach Anspruch 35, worin die Massenströmungsrate in dem Bereich von 15 – 35 kg/h liegt.
Verfahren nach Anspruch 36, worin die Massenströmungsrate etwa 30 kg/h beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Tabak einem mikrobischen-Deaktivierungsverfahren unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 38, worin das mikrobische-Deaktivierungsverfahren einen Pasteurisierungsprozess umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, worin der Tabak für eine Zeitspanne zwischen 30 Sekunden bis 2 Minuten auf eine Temperatur im Bereich von etwa 70 °C bis etwa 150 °C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, worin das Pasteurisierungsverfahren durch Erwärmen des Tabaks mittels Konvektionswärme durch In-Kontakt-Bringen des Tabaks mit einem gasförmigen Heizmedium, durch Mikrowellenerwärmung oder mittels Radiofrequenzerwärmung bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 38-41, worin der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks, der dem mikrobischen Desaktivierungsverfahren unterworfen wird, mit Hilfe entweder eines Vor- oder eines Nachkonditionierungsschrittes einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 38, worin das mikrobische-Deaktivierungsverfahren die Verwendung von ionisierender Strahlung, UV-Strahlung, Gefriertrocknung oder eines Elektronenstrahls umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-43, worin der Tabak vor, während oder nach der Behandlung des Tabaks mit dem superkritischen Fluid einem Nitrit/Nitrat-Entfernungsverfahren unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 44, worin das Nitrit/Nitrat-Entfernungsverfahren die Schritte der Lösungsmittelextraktion zur Entfernung von Nitriten/Nitraten aus dem Tabak, gefolgt von Ionenaustausch zur Bindung der Nitrite/Nitrate, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, worin das Nitrit-Entfernungsverfahren einen Oxidationsschritt oder die Verwendung von Mikroorganismen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 44-46, worin Ascorbinsäure auf den Tabak angewandt, mit dem superkritischen Fluid eingearbeitet oder mit einem Chemisorptionsmedium eingearbeitet wird.