Tabakersatz
Die Erfindung betrifft einen Tabakersatz sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Rauchmaterial, das in Zigaretten, Pfeifentabak sowie andere Rauchwaren eingemengt werden kann, und zwar entweder als alleiniger Rauchbestandteil oder zum teilweisen Ersatz des Tabaks, sowie auf eine Verwendung zur Herstellung eines derartigen Materials. Es liegt in der Natur der Raucherprodukte, dass die Herstellung eines Tabakersatzes ein äusserst schwieriges Verfahren darstellt. Die mit dem Rauchen und der Herstellung eines Produktes, das den Raucher sowohl hinsichtlich des Geschmacks als auch des Aromas sowie hinsichtlich anderer Qualitäten, die ein Raucher von einem Tabak erwartet, verbundenen Feinheiten gestalten eine Synthese eines derartigen Produktes schwierig.
Obwohl viele Versuche, insbesondere während des Krieges, wo es schwierig war, Tabak zu erhalten, zur Herstellung von Tabakersatz unternommen wurden, hat keiner der Versuche zur Entwicklung eines zufriedenstellenden Tabakersatzes geführt.
Die biologischen Voraussetzungen, die für das Wachstum einer Tabakpflanze erforderlich sind, unterscheiden sich völlig von den chemischen und physikalischen Erfordernissen für die Erzeugung eines Rauches, der von dem Raucher als angenehm empfunden wird.
Oft liegen im Tabak Bestandteile vor, welche die Bildung eines vom Standpunkt des Rauchers weniger erwünschten Rauches zur Folge haben, und die dazu neigen, den Charakter des Rauches von Tabakproduliten in nachteiliger Weise zu beeinflussen. So enthält Tabak, welcher ein Naturprodukt darstellt, einige Bestandteile, die, könnte der Verbraucher des Tabaks seine Wahl treffen, besser aus dem Tabak weggelassen würden. Weiterhin variiert Tabak von Ernte zu Ernte und sogar von Blatt zu Blatt, und zwar sowohl hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung als auch seiner physikalischen Struktur. Es wäre natürlich am vorteilhaftesten, wenn es möglich wäre, ein Raucherprodukt derart zusammenzusetzen, dass nur alle erwünschten und keine der unerwünschten Eigenschaften des Tabaks zur Geltung kommen.
Ein derartiges synthetisches Produkt oder Tabakersatz würde es möglich machen, aus den Formulierungen diejenigen Bestandteile wegzulassen, die eine nachteilige Wirkung ausüben, und zwar entweder biologisch oder organoleptisch, und in das Raucherprodukt diejenigen Bestandteile einzubringen, die im Rauch erwünscht sind.
Es wurden Versuche unternommen, synthetische Produkte herzustellen, welche als Tabakersatz dienen können. Allerdings konnte vor der vorliegenden Erfindung kein vollständig zufriedenstellendes Produkt entwickelt werden. Es war tatsächlich nicht möglich, ein synthetisches Produkt herzustellen, das auch im entferntesten an die erwünschten Qualitäten eines Rauchertabaks herankommt.
Es wurde nun ein Tabakersatz entwickelt, der hinsichtlich des Rauchergenusses einem natürlichen Tabak gleichkommt und gleichzeitig nicht die unerwünschten Eigenschaften besitzt, die oft einem natürlichen Tabak anhaften. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung die Schaffung eines Raucherproduktes, das vollkommen gleichmässig ist und unter kontrollierten Bedingungen hergestellt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein neues Verfahren zur Herstellung eines derartigen Raucherproduktes zur Verfügung.
Ein Raucherprodukt, das einen Tabakersatz darstellt, wird auf neue Weise aus sorgfältig ausgewählten Bestandteilen hergestellt.
Die wesentlichen Bestandteile, die zur Herstellung des erfindungsgemässen Tabakers atzes verwendet werden, sind: 1. ein filmbildender Bestandteil und 2. ein mineralischer Bestandteil.
1. Der filmbildende Bestandteil. Dieser ist vorzugsweise ein pektinhaltiges Material. Dieses Material kann jedoch auch Algin oder dergleichen enthalten. Der filmbildende Bestandteil kann aus einem sauren Gum (saures Pektinmaterial) mit einer Säurezahl oberhalb 30 mg KOH pro g Gum bestehen. Eine Klasse von Substanzen, und zwar die Calcium-Magnesium-Kalium-Natrium Salze der Polyuronsäuren, stellen ungefähr ein Drittel des strukturellen Kohlehydrats von Tabakblättern dar und liefern in kombinierter Form die für das Glimmen erforderlichen Materialien.
Repräsentative Beispiele für diese Klasse sind saure Pektine und Pektate, die aus Tabak zur Verfügung stehen, Pektin aus Zitrusfrüchten, Alginsäure, Polyuronsäuren, Salze dieser Säuren, synthetische Ester von Alginsäure, Ester von Pektinsäuren oder andere Pektine, die Filme bilden und als Filmbildner verwendet werden können. Pektine aller Methylierungsgrade können eingesetzt werden. Sogar Mischungen aus Pektinmaterialien mit hohen und niederen Molekulargewichten können erfindungsgemäss verwendet werden. Am bevorzugtesten wird ein Pektinmaterial eines solches Typus verwendet, das aus Tabakpflanzenteilen gewonnen wird, die Pektine mit Erdalkalimetallvernetzungen enthalten, wobei das Material wie folgt gewonnen wird:
1.
Die Tabakpflanzenteile werden mit einer Behandlungslösung kontaktiert, welche ein Reagens enthält, das die Erdalkalimetallvernetzungen zerstört, worauf
2. wenigstens teilweise die erhaltenen Tabakpektine aus den Zwischenräumen der behandelten Tabakpflanzen freigesetzt werden und
3. die Tabakpektine abgetrennt werden.
Ein derartiges Material stellt einen besonders geeigneten filmbildenden Bestandteil dar. Nachstehend werden einige Methoden zur Herstellung derartiger Tabakpektine beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sollen unter dem Begriff Pektinsubstanzen (der Einfachheit wegen wird, sofern nicht anders angegeben, der Ausdruck Pektine in der Bedeutung von Pektinsubstanzen verwendet) solche Substanzen verstanden werden, die in vielen Pflanzenprodukten gefunden werden. Sie bestehen im wesentlichen aus teilweise methylierten Galakturonsäuren, die in langen Ketten miteinander verknüpft sind.
Die in Tabakpflanzen gefundenen Pektine enthalten Acetylgruppen und unterscheiden sich von im Handel erhältlichen Pektinen, die in anderen Pflanzen gefunden werden, beispielsweise von den Pektinen, die in Zuckerrüben, Zitrusfrüchten und anderen Früchten vorkommen. Tabakprotopektine sind in heissem Wasser völlig unlöslich. In vielen Fällen sind die Pektinketten in alkalischen Lösungen im Vergleich zu Protopektinen, die aus anderen Quellen stammen, besonders stabil.
Sie setzen sich hauptsächlich aus wasserunlöslichen Pektinen (Protopektinen) zusammen, die aus den Calcium- und Magnesiumsalzen teilweise veresterter und leicht acetylierter Polymerer von Galakturonsäure bestehen. Die zweiwertigen Calcium- und/oder Magnesiumatome wirken als Vernetzungen zwischen den Säureketten, so dass die Polymeren wasserunlöslich werden.
Zur Veranschaulichung kann die nachstehend angegebene Strukturformel des Calciumsalzes eines Polymeren aus Galakturonsäure dienen:
EMI2.1
<tb> <SEP> Vernetzung <SEP> Vernetzung
<tb> <SEP> COOCa <SEP> CH3COO <SEP> OH <SEP> COOCa <SEP> < <SEP> OH <SEP> OH
<tb> <SEP> I <SEP> 1 <SEP> I <SEP> 1 <SEP> I <SEP> I
<tb> <SEP> C <SEP> O <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O <SEP> CC
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<tb> O-C-H <SEP> H-C-O-C-H <SEP> H-C-O-C-H <SEP> H-C-O-C-H
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<tb> <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OH <SEP> OCOCH3 <SEP> OCOC
<tb>
Obwohl Pektine seit langem als Bestandteile
des Pflanzengewebes bekannt sind, hat es sich herausgestellt, dass es äusserst schwierig ist, Pektine von den restlichen Pflanzenbestandteilen abzutrennen und sie als homogene Zusammensetzungen zu gewinnen. Die Abtrennung von Pektinen von Tabak ist sogar noch schwieriger als die Abtrennung von Pektinen von anderen Pflanzen.
Von den Tabakteilen, die erfindungsgemäss verwendet werden können, seien Blätter, Stengel und Stiele oder Mischungen dieser Bestandteile, die in Folien- oder Flockenform oder in Form einzelner Teilchen vorliegen können, erwähnt. Vorzugsweise werden die Teile zermahlen, zerschnitten oder anderweitig in eine Form gebracht, die eine grosse Oberfläche besitzt. Die Pflanzenteile, welche von den Stengeln oder Mittelrippen gebildet werden und oft als Tabakblattstiele bezeichnet werden. sind die bevorzugten Ausgangsmaterialien. Tabakstiele, die geringere Mengen an pektinhaltigen Materialien enthalten, können ebenfalls eingesetzt werden.
In der ersten Stufe des Verfahrens werden Tabakpektine aus pektinhaltigen Materialien im Tabak dadurch freigesetzt, dass die pektinhaltigen Materialien mit einem Reagens zur Umsetzung gebracht werden, welches mit dem Calcium (und/oder Magnesium), das in den Materialien enthalten ist, unter Bildung einer Verbindung oder eines Produktes mit einer geringeren Calciumionenkonzentration und im Falle von Magnesium mit einer geringeren Magnesiumionenkonzentration in der Behandlungslösung als das natürlich vorkommende Calcium- (oder Magnesium-)Pektat zu reagieren vermag. Unter dem Begriff Konzentration soll die mittlere Konzentration oder Aktivität verstanden werden, wie sie in Glasstone, Textbook of Physical Chemistry , 2. Auflage, Seite 945 (D. V. Nostrand Company, Inc.) erläutert wird.
Die Umsetzung kann allgemein durch die Gleichung I wiedergegeben werden, welche die Reaktion eines Typus von Tabakprotopektin (eines Calciumsalzes eines Polymeren von Galakturonsäure), in welchem Calciumvernetzungen zugegen sind, mit dem erfindungsge mässen Reagens zeigt. In der Gleichung kann R für Wasserstoff stehen, wobei in diesem Falle das Produkt aus Pektinsäure besteht. R kann ferner ein einwertiges anorganisches Kation, wie beispielsweise Natrium, Kalium oder Ammonium, sein.
Die Gleichung I ist wie folgt:
Gleichung I
EMI3.1
<tb> <SEP> Vernetzung
<tb> <SEP> COOCa <SEP> -- <SEP> CH3COO <SEP> OH
<tb> <SEP> O <SEP> o <SEP> C <SEP> C
<tb> <SEP> 7H <SEP> 711 <SEP> H <SEP> H <SEP> \
<tb> -0-0-11 <SEP> 11-0-0 <SEP> 0-11 <SEP> 11-0-0- <SEP> + <SEP> zR
<tb> <SEP> \11 <SEP> 117 <SEP> \H <SEP> 7
<tb> <SEP> 17 <SEP> H/ <SEP> \I <SEP> 7
<tb> <SEP> C <SEP> C <SEP> C <SEP> O
<tb> <SEP> OH <SEP> OH <SEP> COOCH3
<tb> Calciumpektat erfindungsgemässe
Behandlungslösung
EMI3.2
<tb> <SEP> COOR <SEP> CH3COO <SEP> OH
<tb> <SEP> O <SEP> C--C
<tb> <SEP> 1 <SEP> 7'
<tb> /A <SEP> /H <SEP> H
<tb> <SEP> 11-0-0 <SEP> 0-11 <SEP> 11-0-0- <SEP> + <SEP> Z-Ca
<tb> \\H <SEP> H/ <SEP> \H <SEP> 7
<tb> <SEP> \H <SEP> 7
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> OH <SEP> 011 <SEP> 000 <SEP> C <SEP> 113 <SEP> Produkt <SEP> mit <SEP> geringerer <SEP> Kationen
<tb>
<SEP> OH <SEP> OH <SEP> OOCH3 <SEP> konzentration <SEP> als <SEP> das <SEP> Calcium
<tb> <SEP> Pektinsäure <SEP> oder <SEP> lösliches <SEP> Pektat <SEP> pektat <SEP> in <SEP> der <SEP> Behandlungslösung.
<tb>
Gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens wirkt das Reagens, das in Lösung vorliegen kann und vorzugsweise in Lösung vorliegt, durch Bildung eines Niederschlags mit dem Calcium oder Magnesium. Es kann ein in Wasser lösliches einwertiges Metallsalz der Formel MnX sein, worin M ein einwertiges anorganisches Kation, n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1, 2 oder 3 und X ein Anion, das ein- und mehrwertig sein kann, bedeuten, so dass das Calciumsalz der Formel CapXq, worin p und q ganze Zahlen entsprechend der Funktionalität von X sind, im wesentlichen in der Behandlungslösung unlöslich ist. Wirksame einwertige Kationen sind beispielsweise die Alkalimetalle, z.B. Natrium, Kalium und Lithium sowie Ammonium- und substituierte Ammoniumionen der Formel (NR4)+, worin R für Aryl oder Alkyl steht.
Der Anionenteil des Moleküls kann aus C032-, P043 -, HPO4 -, HO.i - oder dergleichen bestehen. Beispielsweise kann die Verbindung MnX aus Natriumcarbonat, Na2C03, bestehen, da Natrium ein einwertiges anorganisches Kation ist und Calciumcarbonat im wesentlichen in Wasser unlöslich ist. Weitere repräsentative Beispiele für Ausfällungsmittel sind die Orthophosphate, Metaphosphate und Carbonate von Natrium, Kalium, Lithium und Ammonium. Im Falle der Orthophosphate kann der Anionenteil des Moleküls entweder aus P043-, HPO42- oder H.)PO4 - bestehen. Wird beispielsweise Ammoniumorthophosphat verwendet, dann besteht der Niederschlag aus Calcium- und/oder Magnesiumammoniumphosphat.
Der pH dieser Reaktion sollte zwischen ungefähr 5,8 und 10 liegen, während die Temperatur vorzugsweise zwischen ungefähr 250 C und ungefähr 1350 C betragen sollte, wobei eine Reaktionsdauer von ungefähr einer Minute bis ungefähr 24 Stunden eingehalten wird. Spezifische Beispiele für Ausfällungsmittel, die verwendet werden können, sind Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Lithiumcarbonat, Ammoniumorthophosphat, saures Ammoniumphosphat und Natriumorthophosphat.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wirkt das Reagens durch Maskierung (sequestering) des Calciums oder Magnesiums, wobei die Calcium- oder Magnesiumatome durch Bildung eines löslichen Komplexes mit dem Reagens entfernt werden.
Geeignete Reagenzien dieses Typus sind alle beliebigen Maskierungsmittel, die mit dem Calcium oder Magnesium einen Komplex oder ein Chelat bilden, wobei diese Elemente entfernt werden und einer erneuten Vernetzung mit dem Pektin entzogen werden. Beispiele für derartige Maskierungsmittel sind i6çthylendiamintetra- essigsäure sowie ähnliche Aminosäuren, Alkalipolymetaphosphate, wie beispielsweise Tetrametaphosphate, Hexametaphosphate und Trimetaphosphate, Pyrophosphate und Tripolyphosphate, wie beispielsweise
Natriumhexametaphosphat,
Tetranatriumpyrophosphat und
Pentanatriumtripolyphosphat .
Der Mechanismus, der bei Verwendung eines Maskierungsmittels abläuft, kann derart sein, dass entweder ein Komplex oder ein Chelat gebildet wird. In jedem Falle stehen Calcium und Magnesinmionen nicht länger für eine Vereinigung mit den Pektationen in der Lösung zur Verfügung. Viele natürlich vorkommenden Amine und Peptide sind ebenfalls als Maskierungsmittel für Calcium und/oder Magnesium wirksam. Repräsentative Beispiele sind Alanin, Asparaginsäure, Gly cin, Glycylglycin, Glutaminsäure, Serin, Tyrosin und Dijod-l-tyrosin.
Von Aminosäuren, die als löslich ma chende Mittel über eine Chelierung wirksam sind, seien ss-Alanin-N,N-diessigsäure,
Aminobarbitursäure-N,N-diessigs äure,
2-Aminobenzoesäure-N,N-diessigsäure, ss-Aminoäthylphosphonsäure-N,N-diessigsäure, 3-Aminoäthylsulfonsäure-N,N-diessigsäure und Athylendiamin-tetraessigsäure erwähnt. Der pH-Wert dieser Reaktion sollte zwischen ungefähr 4 und ungefähr 10 liegen, während die Temperatur vorzugsweise auf einen Wert zwischen ungefähr 0 C und ungefähr 1450C während einer Zeitspanne von ungefähr einer Minute bis ungefähr 24 Stunden eingestellt werden sollte.
Es können ferner Reagenzien verwendet werden, die teilweise als Ausfällungsmittel gemäss der ersten Ausführungsform der Erfindung und teilweise als Maskierungsmittel gemäss der zweiten Ausführungsform der Erfindung wirken. Ein derartiges Reagens ist beispielsweise DAP (sekundäres Diammoniumorthophosphat).
Gemäss einer dritten Ausführungsform des Verfahrens besteht das Reagens aus einer Säure, welche die freigesetzte, jedoch unlösliche freie Pektinsäure sowie lösliche Calcium und Magnesiumsalze bildet.
Von geeigneten Säuren seien anorganische Säuren, wie beispielsweise Salzsäure, Phosphorsäure und Schwefelsäure sowie ähnliche Säuren, die unter den nachstehend angegebenen Bedingungen Calcium und Magnesiumsalze bilden, erwähnt. Die Säure kann in Form von 0,25 n- bis 5,0 n-Lösungen verwendet werden; sie wird jedoch vorzugsweise in Form von 0,5 n- bis 1,0 n-Lösungen eingesetzt. Die genaue Verdünnung und die zu verwendende Menge schwankt mit der jeweils verwendeten Säure. Es ist nur erforderlich, dass eine ausreichende Säuremenge vorliegt, um das in dem zu behandelnden Tabak vorhandene Calcium und Magnesium in die Calcium und Magnesiumsalze der Säure umzuwandeln. Die Säurebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen ungefähr -10 C und ungefähr 553C durchgeführt.
Die Säurebehandlung besteht darin, dass die Tabakteile so lange mit der Säure behandelt werden, bis die erhaltene Mischung einen pH von ungefähr 1,0 bis ungefähr 2,5 besitzt. Vorzugsweise wird der pH auf ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,7 eingestellt, wobei der zweckmässigste pH-Bereich zwischen 1,15 und 1,55 liegt. Diese Behandlung wird ungefähr 10 Minuten bis 24 Stunden lang durchgeführt, wobei die Behandlungszeit teilweise von der Grösse der Tabakteilchen abhängt.
Vorzugsweise wird die erhaltene Mischung anschlie ssend mit Wasser gewaschen. Dieses Waschen mit Wasser wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen ungefähr 150 C und ungefähr 350 C durchgeführt, wobei vorzugsweise destilliertes Wasser verwendet wird.
Wird diese Waschstufe angewendet, dann sollte eine ausreichende Menge Wasser eingesetzt werden, um die Calcium und Magnesiumsalze der Säuren, die bei der vorstehend beschriebenen Behandlung gebildet werden, zu entfernen. Es sollten daher wenigstens 2 Volumina Wasser pro Volumen der bei der Säurebehandlung anfallenden Mischung verwendet werden. Das Waschwasser wird von dem Tabak nach irgendwelchen geeigneten Methoden abgetrennt, beispielsweise dadurch, dass die Waschung in einer Zentrifuge, Filterpresse, in einem Büchner-Trichter oder in irgend einer anderen Apparatur durchgeführt wird, in welcher Flüssigkeiten im wesentlichen von festen Materialien entfernt werden können.
Die bei der Säurebehandlung anfallende Mischung und vorzugsweise die nach der vorstehend beschriebenen Waschung erhaltene Mischung wird dann durch Zugabe einer alkalischen Substanz auf einen pH von ungefähr 2,7 bis ungefähr 10,5 gebracht. Von geeigneten alikalischen Materialien seien Alkalimetallhydroxyde und Ammoniumhydroxyd sowie Alkalisalze, wie beispielsweise Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat, Natriumphosphat und ähnliche Salze erwähnt, welche die Pektinsäure in eine lösliche Form überzuführen vermögen. Das alkalische Material kann irgend eine wasserlösliche Verbindung sein, die ein einwertiges anorganisches Kation enthält und in der Lage ist, beim Auflösen in Wasser Hydroxydionen zu erzeugen. Weitere Beispiele für derartige Verbindungen sind Ammoniumhydroxyd, Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd und Lithiumhydroxyd.
Vorzugsweise wird die alkalische Behandlung so lange durchgeführt, bis der pH der erhaltenen Mischung einen Wert von ungefähr 4,5 bis ungefähr 5,5 besitzt. Die Temperatur dieser Stufe kann ungefähr -1 C bis ungefähr 453 C betragen, sie wird jedoch vorzugsweise auf ungefähr 15 C bis ungefähr 350C eingestellt. Das alkalische Material wird vorzugsweise in Form fester Teilchen oder in Form von Lösungen mit Konzentrationen von ungefähr 5 % bis ungefähr 50 % verwendet.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass in der ersten Stufe der ersten Ausführungsform des Verfahrens, d. h.
gemäss der ersten Ausführungsform in bezug auf die Entfernung von Calcium und Magnesiumvernetzungen von den Tabak-Pektinen, das Behandlungsmittel Z-R die Calcium und/oder Magnesiumvernetzungen des Tabak Protopektins angreift und einen Niederschlag bildet, der ein Salz von Calcium und/oder Magnesium ist, so dass auf diese Weise die Calcium und/oder Magnesiumvernetzungen von dem Tabak-Protopektin und von der Lösung entfernt werden. In der ersten Stufe der zweiten Ausführungsform wird als Behandlungsmittel Z-R ein Maskierungsmittel verwendet, das einen Komplex oder ein Chelat mit dem Magnesium und/oder Calcium des Tabak-Protopektins bildet, so dass auf diese Weise das Calcium und/oder Magnesium nicht mehr für eine erneute Vereinigung mit den Pektinen zur Verfügung stehen.
In der ersten Stufe der dritten Ausführungsform wird als Behandlungsmittel Z-R eine Säure verwendet, welche die Calcium und/oder Magnesiumvernetzungen des Tabak-Protopektins angreift und lösliche Calcium und/oder Magnesiumsalze bildet, die anschliessend zur Beseitigung des Kontaktes mit den Pektinen weggewaschen werden.
In der ersten Stufe jeder der ersten zwei Ausführungsformen des Verfahrens liegt das anfallende Pektin in einem Zustand vor, der für eine Freisetzung aus der Tabakzellenstruktur geeignet ist. R in der Gleichung I ist ein einwertiges anorganisches Kation, beispielsweise Natrium. In der ersten Stufe der dritten Ausführungsform muss die bei der Säurebehandlung anfallende unlösliche Pektinsäure mit einem alkalischen Material vor der Freisetzung aus der Tabakzellenstruktur umgesetzt werden.
Sind die Tabak-Pektine aus dem Tabak in Freiheit gesetzt, und zwar durch die Entfernung der Calcium- und Magnesiumvernetzungen, dann sollten sie aus den Zwischenräumen des Tabaks herausgeholt werden, d. h. sie sollen der Lösung oder Suspension verfügbar gemacht oder in bestimmten Fällen nur auf die Oberfläche der Tabakteilchen abgeschieden werden. Gemäss den Ausführungsformen 1 und 2 kann diese Freisetzung gleichzeitig mit der ersten Stufe durch die Umsetzung mit der Lösung des Behandlungsmittels durchgeführt werden. Gemäss der Ausführungsform 3 soll jedoch, wie vorstehend bereits erwähnt, die bei der Behandlung anfallende unlösliche Pektinsäure mit einem alkalischen Material umgesetzt werden, bevor sie freigesetzt werden kann. In einem derartigen Falle kann die Freisetzung gleichzeitig mit der Zugabe des alkalischen Materials während eines Waschvorgangs durchgeführt werden.
In jedem Falle kann eine zusätzliche Behandlungsflüssigkeit oder Wasser verwendet werden, um die Freisetzung durch ein Waschen der behandelten Tabakteilchen zu bewirken.
In der nächsten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens können die in Freiheit gesetzten und abge trennen Tabakpektine anschliessend aus der Behandlungslösung ausgefällt werden, beispielsweise dadurch, dass eine Umwandlung in die unlösliche Pektinsäure oder in ein unlösliches Salz der Pektinsäure erfolgt.
Die Ausfällung kann auch durch die Wirkung eines mit Wasser mischbaren Lösungsmittels, wie beispielsweise Aceton oder Äthylalkohol, erfolgen, und zwar derart, dass ein wasserlösliches Salz der Pektinsäure aus der Lösung gedrängt wird.
Im Falle von Tabakpektinlösungen, wie beispielsweise Lösungen von Natrium- und Kaliumpektinaten und/oder Pektaten kann dies dadurch erfolgen, dass die Lösung so lange angesäuert wird, bis die Pektine ausfallen. Man kann auch ein Gelierungsmittel, wie beispielsweise eine alkoholische Lösung, die vorzugsweise einen pH von ungefähr 1-9 und vorzugsweise von unungefähr 1-5 besitzt, zugeben. Der pH der alkoholischen Lösung kann durch Zugabe einer Mineralsäure, beispielsweise HOI, zu dem Alkohol einreguliert werden.
Obwohl als bevorzugtes Gelierungsmittel Äthanol verwendet wird, kann auch irgendein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel mit bis zu ungefähr 10 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden, beispielsweise ein Keton, wie beispielsweise Aceton, oder ein Di äther, wie beispielsweise Dioxan. Mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel, wie beispielsweise ein Äther, z.B. Äthyläther, können eingesetzt werden, wenn sie mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton, kombiniert werden.
Die Tabakpektine können durch Konzentrierung der Lösung oder Suspension, in der sie zugegen sind, bis zur Ausfällung gewonnen werden. Dieser Niederschlag kann ebenfalls als schwer zu handhabende Masse charakterisiert werden, da die Pektinlösung nach der Konzentrierung im allgemeinen zunehmend viskoser wird, bis sie schliesslich trocknet, wobei ein Rückstand in einem olasartiaen festen Zustand zurückbleibt.
Eine erfindungsgemässe bevorzugte einleitende Stufe besteht darin, die Tabakpflanzenteile, die vorzugsweise auf eine relativ kleine Grösse vermahlen oder zerschnitten werden, mit kaltem Wasser zu waschen. Diese Waschung mit Wasser dient dazu, Verunreinigungen, welche die anschliessenden erfindungsgemässen Behandlungen in nachteiliger Weise beeinflussen könnten, zu entfernen. Es ist dann besonders zweckmässig, eine derartige Waschstufe mit kaltem Wasser einzuschalten, wenn Alkalicarbonate in der ersten Stufe als Reagenzien eingesetzt werden. Im allgemeinen sollte während einer derartigen Waschung mit Wasser eine derart ausreichende Menge Wasser verwendet werden, dass alle vorhandenen Tabakpflanzenteile bedeckt sind. Die Temperatur des Wassers kann zwischen -10 C und 1000 C liegen, wird jedoch vorzugsweise auf ungefähr 200 0 eingestellt.
Die Wasserwäsche sollte sich im allgemeinen auf eine Zeitspanne von ungefähr t/, bis 2 1/, Stunden erstrecken. Ein Rühren während der Wäsche ist zweckmässig, jedoch nicht notwendig. Nach Beendigung der Wasserwäsche kann das Wasser von den Tabakteilen durch Filtration, Dekantieren oder mittels anderer geeigneter Methoden entfernt werden.
Unter dem Begriff Tabakpektine sollen in Freiheit gesetzte Tabakpektine sowie Pektine verstanden werden, die von Tabak befreit oder aus Tabak freigesetzt worden sind und deshalb nicht an die Tabakstruktur gebunden werden. Diese Pektine unterscheiden sich von den unlöslichen, natürlich vorkommenden Protopektinen, die in der Pflanzenzellenstruktur gebunden sind. Unter den genannten Begriff fallen ferner freies Pektin oder Pektinsäure sowie die löslichen Salze, beispielsweise die Natrium-, Kalium- und Ammoniumpektate und -pektinate, und unlösliche Salze, beispielsweise die Calcium und Magnesiumpektate und -pektinate, und zwar je nachdem, welche Methode zur Freisetzung und Gewinnung dieser Tabakpektine aus den na türlich vorkommenden unlöslichen Protopektinen angewendet wird.
2. Der mineralische Bestandteil. Dieser Bestandteil, der dazu verwendet wird, dem Rauchermaterial hinsichtlich Glimmvermögen und Asche günstige Eigenschaften zu verleihen, kann aus einem Alkali- oder Erdalkalisalz, beispielsweise einem Calcium, Natrium-, Kalium- oder Magnesiumsalz, oder aus einem Ton bestehen.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich der filmbildenden Bestandteile zu ersehen ist, enthalten viele der als filmbildenden Bestandteile verwendeten Materialien in Kombination die Elemente Natrium, Kalium, Calcium oder Magnesium, so dass sie einen ausreichenden Gehalt an mineralischen Bestandteilen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besitzen. Dieses kombinierte Mineral, beispielsweise eine Mischung aus Calciumpektat und Kaliumpektat. kann in einen Tabakersatz eingebracht werden, um diesem zufriedenstellende Brenneigenschaften zu verleihen. In den meisten Fällen wird jedoch die filmbildende Komponente mit anderen Mineralstoffen vermischt. In vielen Fällen ist es zweckmässig und vorzuziehen, wasserunlösliche Mineralien zuzusetzen, wie beispielsweise Calcium und/oder Magnesiulorthophosphate, Pyrophosphat, Polyphosphate und dergleichen.
Ein besonders vorteilhafter mineralischer Bestandteil ist ausgefälltes Tricalciumphosphat (NF-Grad), das drei Stunden lang bei 10000 C calciniert wird. Diese Phosphate besitzen den besonderen Vorteil, dass sie dazu in der Lage sind, kleine Mengen an Calcium und Magnesiumionen in Freiheit zu setzen. Diese Freisetzung ist erforderlich, um die Zusammensetzungen mit der genauen Textur, welche die Formulierung beim Aufgie ssen auf ein Stahlband oder dergleichen besitzen muss, strangzupressen. Dieses Merkmal ist dann besonders wichtig, wenn die Zusammensetzungen keine Faser enthalten, welche normalerweise eine derartige Funktion erfüllt.
Beispiele für geeignete Alkali- und Erdalkalisalze, die sich erfindungsgemäss einsetzen lassen, sind:
Kaliumchlorid, Kaliumsulfat,
Kaliumphosphat, Kaliumnitrat,
Natriumchlorid, Natriumsulfat,
Natriumphosphat, Kaliumnitrat,
Calciumchlorid, Calciumsulfat,
Calciumphosphat, Calciumnitrat,
Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat,
Magnesiumphosphat, Magnesiumnitrat,
Lithiumchlorid, Lithiumsulfat,
Lithiumnitrat oder dergleichen. Es gibt ferner viele Tone, die sich als mineralische Füllstoffe verwenden lassen. Tone sind Mischungen aus hydrierten Silicaten von Aluminium, Calcium, Magnesium und Zink, gewöhnlich mit wechselnden Mengen an Eisen, Mangan, Kobalt oder anderen Schwermetallen, die den Tonen oft eine starke Färbung verleihen. Trivialnamen für einige geeignete Tone sind Kaolin, Montmorillonit, Bentonit, Attapulgit, Allophan, Illit und dergleichen.
Gewöhnlich ist es zweckmässig, einen stark gefärbten oder weissen Ton zu verwenden. Manchmal hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, gebrannte und erneut vermahlene Tone einzusetzen, da eine derartige Behandlung die mehrwertigen Kationen in weitgehenderem Masse einer allgemeinen Verfügbarkeit entziehen, so dass damit in geringerem Masse die Wahrscheinlichkeit besteht, dass diese Kationen mit dem Polyuronsäure-Bestandteil der erfindungsgemässen Zusammensetzungen in Wechselwirkung tritt.
Ein nikotinliefernder Bestandteil ist nicht wesentlich, jedoch wird ein derartiger Bestandteil vorzugsweise zugesetzt. Das Nikotin kann auf bekannte Weise durch Einmengung von Nikotin in den Tabak zugeführt werden. Beispielsweise kann es als solches dem Tabakersatz zugemischt werden oder kann in Form eines Materials zugefügt werden, das Nikotin beim Brennen des Tabakersatzes in Freiheit setzt. Die zuletzt genannte Methode wird in der USA-Patentschrift Nr. 3 109 436, welche die Zugabe eines Nikotin-Ionenaustauscherharzes zu Tabak zum Inhalt hat, beschrieben. Das Nikotin kann ferner in andere Teile des Tabakproduktes, beispielsweise das Filter oder das Zigarettenpapier, eingemengt werden, wobei das gleiche Ergebnis erzielt wird.
Ein nicht wesentlicher, jedoch bevorzugter Bestandteil ist ein Weichmacher. Der Weichmacher wird dazu verwendet, um der Gesamtzusammensetzung die gewünschten Verarbeitungseigenschaften zu verleihen.
Von geeigneten Weichmachern seien bestimmte Tabak extral;te, die durch Auslaugen von Tabakteilen mit Wasser oder mit Mischungen von Lösungsmitteln, wie beispielsweise Aceton, Methanol oder Isopropanol, mit Wasser oder durch Auslaugen von Tabakteilchen mit nicht wässrigen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Hexan, Tetrachloräthylen, Äthyl äther oder dergleichen, erhalten werden, erwähnt. Beispiele für andere Weichmacher sind die ein-, zwei- und dreibasischen Säuren, beispielsweise Milchsäure, Apfelsäure, Weinsäure oder Zitronensäure.
Ferner können als Weichmacher Glycerin, Triäthylenglykol, Sorbit, Invertzucker, Rohrzukker, Oligosaccharide, Triglyceridfette und -öle, langkettige Fettalkohole, geradkettige Paraffine, n-Paraffine, Paraffinwachse, Bienenwachs, Candellilawachs, Carnaubawachs, Zuckerrohrwachs, Maleate, Zitrate oder Stärkesirup verwendet werden. Besonders geeignete Weichmacher sind Natriumcitrat und Kaliumcitrat.
Wird eines dieser Materialien oder eine Kombination aus diesen Materialien verwendet, dann ergibt eine subjektive Bestimmung des Geschmacks und des Aromas des Rauches, der aus den Produkten erhalten wird, dass die Einmengung der erwähnten Materialien günstige Ergebnisse zur Folge hat.
Andere Materialien, welche in den Tabakersatz eingemengt werden können, sind beispielsweise nikotinenthaltende Extrakte aus Tabakblättern sowie andere Ge schmackstoffe, die dem Rauch einen erwünschten Geschmack verleihen. Von derartigen Geschmacksstoffen seien beispielsweise Lakritze, falsche Vanille, die hauptsächlich Öle oder Rum, Schokolade, Fruchtessenzen oder dergleichen erwähnt.
Die Mengen der wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemässen Formulierung werden von den als mineralisches Substrat und als Weichmacher verwendeten Materialien bestimmt. Beispielsweise kann der Polyuronsäuregehalt von ungefähr 20-70 X, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, schwanken. Wird ein hygroskopisches organisches Salz als Weichmacher verwendet, dann liegt die bevorzugte Menge an Polyuronsäure bei ungefähr 50 %. Im allgemeinen sollte der filmbildende Bestandteil 5-90 Gew.% der Zusammen setzung ausmachen.
Die Mineralien in den Tabakblättern, welche die gesamte Asche in dem pyrolysierten Produkt ergeben, liegen zwischen 18 und 23so, bezogen auf das Gesamtgewischt. Diese Mineralien bestehen hauptsächlich aus Calcium-Magnesium-Kalium-Salzen, wobei die Calcium-Magnesium-Salze in verschiedenen Molverhältnissen vorherrschen. Ein repräsentatives durchschnittliches Molverhältnis liegt bei 1 Mol Calcium und Magnesium pro 1 Mol Kalium. Für einige Blätter und Stengel wurden Calcium: Kalium-Verhältnisse bis zu 2,5:1 und bis herab zu 0,7:1 und sogar bis zu 0,45:1, bezogen auf das Gewicht, festgestellt.
Es existieren keine starren Grenzen innerhalb des angegebenen Bereichs für das Mg: Ca : K-Verhältnis, die besonders zweckmässig sind, da die Zusammensetzung sich insofern erheblich verändern kann, als natürlicher Tabak eine erheblich schwankende Zusammensetzung besitzt. Im allgemeinen sollte jedoch der mineralische Bestandteil vorzugsweise ungefähr 15-30%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzungen, ausmachen.
Der bevorzugte Bereich für den Weichmacher liegt bei ungefähr 25 Gew.%, obwohl eine weichmachende Wirkung in dem Bereich von 15-40S festgestellt wird.
Wie jedoch vorstehend erwähnt, ist ein Weichmacher lediglich ein stark bevorzugter Bestandteil, der jedoch auch aus der Zusammensetzung weggelassen werden kann.
Nikotin, ein ebenfalls bevorzugter Bestandteil, kann ungefähr 0,3 Gew.% bis ungefähr 3 Gew.% der Zusammensetzung ausmachen.
Die Reihenfolge, in welcher die Bestandteile zugegeben werden, ist insofern von Bedeutung, als Calciumsalze, sofern solche verwendet werden, dem filmbildenden Bestandteil zu einem Zeitpunkt zugesetzt werden sollten, wenn der pH-Wert der Mischung wenigstens 5,0 beträgt, damit die Calciumsalze daran gehindert werden, vorzeitig solubilisiert zu werden. Der PH- Wert der Mischung sollte auf ungefähr oberhalb 5,0 gehalten werden, da bei einem geringeren pH-Wert das Calcium sehr löslich ist und eine Gelierung verursacht. Ein bevorzugter pH-Bereich liegt zwischen 5,6 und 8,0.
Soll die Mischung vergossen werden, dann kann sie in ein Bindemittel mit einem Feststoffgehalt von 5,0 bis 25,0 % eingebracht werden. Ein bevorzugter Feststoffbereich liegt zwischen 9 und 15X. Soll die Mischung stranggepresst werden, dann kann ein höherer Feststoffgehalt eingehalten werden, beispielsweise in der Grössenordnung von 80%. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es zweckmässig, den Feststoffgehalt hoch zu halten, um ein Eindampfen grosser Wassermengen pro Gewichtseinheit des Produktes zu vermeiden.
Aus der erfindungsgemässen Zusammensetzung kann auf einem Stahlband oder dergleichen nach herkömmlichen Giessverfahren ein Film gegossen werden, wobei ein Material gebildet wird, das anschliessend zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitzelt wird. Die erfindungsgemässen Zusammensetzungen können wahlweise zu verschiedenen Formen stranggepresst oder zur Bildung eines Films mittels heisser Walzen stranggepresst werden.
Die Bildung eines vergossenen Films aus den erfindungsgemässen Zusammensetzungen gestattet eine bevorzugte erfindungsgemässe Verarbeitungsmethode, da der Film in einfacherer Weise verarbeitet und daher leichter in ein Produkt umgewandelt werden kann, welches einem natürlichen Tabakblätterprodukt sehr nahe kommt. Allerdings kann der erfindungsgemässe Tabakersatz auch nach anderen Methoden hergestellt werden, von denen das Strangpressen zu einer faserartigen Form oder Folienform oder zu anderen Formen erwähnt sei. Alle diese Formen können zu Stücken der gewünschten Grösse oder zur Einmengung in einen Tabakersatz zerschnitten werden.
Das durch Veränderungen der vorstehend angegebenen Bereiche und durch Vergiessen mit einem Feststoffgehalt von 9-15 % auf einem Stahlband hergestellte Füllmaterial lässt sich gut auf einer Zigarettenherstellungsmaschine verarbeiten. Sein Füllvermögen ähnelt demjenigen natürlicher Blätter. Seine Brennqualitäten und seine Aschefestigkeit sind gut. Eine subjektive Bestimmung der aus dem erfindungsgemässen Füllmaterial hergestellten Zigaretten zeigt, dass diese einen keine Reizwirkung verursachenden Rauch erzeugen, der dem Rauch von Tabakblättern sehr nahe kommt.
Der erfindungsgemässe Tabakersatz kann allein zur Einmengung in ein Raucherprodukt, beispielsweise in Zigaretten, Zigarren, Zigarillos, Rauchertabak oder dergleichen, verwendet werden oder in irgend einem Mengenverhältnis mit Tabak, und zwar entweder Tabak aus natürlichen Blättern oder künstlich zusammen gesetztem Tabak, kombiniert werden. Der Tabakersatz ist jedoch besonders geeignet zur Verwendung ohne den Zusatz irgendeines Tabaks, da er derart hergestellt werden kann, dass er im wesentlichen alle erwünschten Eigenschaften eines Tabaks. bringt, wobei im wesentlichen alle unerwünschten Eigenschaften eines Tabaks fehlen.
Beispiel I
Aus den Mittelrippen eines Burley-Tabaks wird durch Behandlung mit Diammoniumphosphat (DAP), und zwar in einer Menge von 20%, bezogen auf das Trockengewicht der Mittelrippen, Pektin extrahiert.
Der pH wird zu Beginn der Behandlung auf 7 eingestellt, worauf die Mischung eine Stunde lang auf 900 C: erhitzt wird. Nach Beendigung dieser Zeitspanne wird der Saft aus der Mischung ausgepresst und zur Gewinnung eines Gels in angesäuertes Aceton eingegossen. Das Gel wird mittels eines Käsetuches abfiltriert, verpresst, getrocknet und gewogen. Dabei wird in einer Ausbeute von ungefähr 15% das Pektin gewonnen. Das Material ist körnig und besitzt die Eigenschaften einer Pektinsäure.
9,1 g des extrahierten Pektins werden in Kombination mit 0,3 g Kaliumhydroxyd, 0,5 g Ammoniak in Lösung, um den pH auf 5,0 einzustellen, und 1,4 g Calciumpyrophosphat als Filmbildner verwendet. Das Calcium und Kalium werden eingesetzt, um dem Film gute Brenneigenschaften zu verleihen. Das. Calciumsalz wird zuletzt zugegeben, um das Pektin an einer Gelierung zu hindern, bevor der Film gebildet wird. Die Mischung wird auf ein endloses Band stranggepresst, worauf der erhaltene Film dampfgetrocknet wird. Der Film besitzt eine Dicke von ungefähr 127,0 p, ist undurchsichtig und zeigt eine gute Plastizität. Nach dem Anzünden brennt der Film gut und vermag das. Feuer gut zu halten, wobei eine kompakte weisse Asche gebildet wird. Der Film wird zur Herstellung eines Zigarettenfüllmaterials, das in Zigaretten eingemengt wird, zerschnitzelt.
Die Zigaretten werden geraucht, wobei ihre Brenneigenschaften beobachtet werden. Die Brenneigenschaften sind gut. Der Rauch besitzt einen sehr milden Geschmak.
Beispiel 2
197,5 g Kaliumhydroxyd und 193,5 g Magnesiumhydroxyd werden zu 18,6 kg Wasser zugegeben und in einer Cowles-Auflösun gsvorrichtung dispergiert.
1135,0 g Alginsäure (Kelacid, hergestellt von der Kelco Company) werden der Dispersion zugefügt, worauf die Mischung weiter gerührt wird. Dann werden weitere 18,6 kg Wasser sowie die nachstehend angegebenen Bestandteile in die Auflösungsvorrichtung eingefüllt: 454,0 g Triäthylenglykol (TÄG)
45,0 g Nikotin
57,0 g heller Tabakextrakt (in Äthyiendichlorid lös liche Bestandteile) mit Hexan als Träger
Der pH-Wert der Mischung beträgt 4,7. Der Feststoffgehalt wird zu 6,35 % ermittelt.
Das Material wird auf ein endloses Band stranggepresst, teilweise mit Infratrotwärme getrocknet und anschliessend von dem Band entfernt. Dann werden Streifen mit einer Länge von 20,3-25,4 cm aus dem Film ausgeschnitten und zur Vervollständigung des Trocknungsverfahrens ausgelegt. Die Streifen werden dann zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitten. Das Material lässt sich auf einer Zigarettenherstellungsmaschine gut verarbeiten.
Beispiel 3
Eine Reihe von Formulierungen wird hergestellt, um die Magnesium- oder Calcium- : Kalium-Verhält- nisse zu ermitteln, welche die wirksamsten Brenneigenschaften eines Films zur Folge haben, der als Ersatz für ein Tabakfüllmaterial in einer Zigarette bestimmt ist. Das aus jeder der Formulierungen hergestellte Bindemittel wird dadurch gewonnen, dass Pektinsäure und Calcium oder Magnesiumhydroxyd in heissem Leitungswasser dispergiert wird, worauf Kaliumhydroxyd zur Einstellung eines pH von 5,6 zugegeben wird. Die Mischung wird auf einem Dampfbad erhitzt, wobei sich ein Gleichgewichts-pH von 6,5 einstellt.
Das Material wird nach herkömmlichen Giessverfahren vergossen und entweder wasserdampf- oder luftgetrocknet. Der erhaltene Film wird zu einem Zigaret tenfüllmaterial zerschnitzelt, worauf Zigaretten hergestellt werden. Die Formulierungen und Brenneigenschaften sind nachstehend angegeben: a) 51,5 g Pektinsäure
7,1 g Kaliumhydroxyd
3,7 g Magnesiumhydroxyd
Der gebildete Film vermag das Feuer gut zu halten. Die Kohle und Asche blähen sich nicht auf (d. h.
es erfolgt kein Aufpuffen). Ausserdem wird eine kompakte weisse Asche gebildet.
b) Werden 4,7 g Calciumhydroxyd anstelle des Magnesiumhydroxyds in der obigen Formulierung verwendet, dann werden die gleichen Brenneigenschaften beobachtet.
c) 51,5 g Pektinsäure
5,54 g Magnesiumhydroxyd 3, 16 g Kaliumhydroxyd
Der aus dieser Formulierung hergestellte Film vermag nicht das Feuer zu halten.
d) 51,5 g Pektinsäure
3,13 g Calciumhydroxyd
9,52 g Kaliumhydroxyd
Der aus dieser Formulierung hergestellte Film vermag das Feuer gut zu halten. Die Kohle und Asche schäumen auf (d. h. es erfolgt ein Aufpuffen), ausserdem bildet sich eine dunkle Asche.
e) Werden 2,45 g Magnesiumhydroxyd anstelle des Calciumhydroxyds in der vorstehenden Formulierung d) verwendet, dann werden die gleichen Brenneigenschaften beobachtet.
Beispiel 4
268 g Apfelsäure werden in 20 1 Leitungswasser in einer Cowles-Auflösungsvorrichtung dispergiert. Die Dispersion wird mit 272 g einer Ammoniumhydroxydlösung neutralisiert. Dann werden 1000 g Natriumpolypektat (Produkt 6024, Sunkist Growers), in die Cowles-Aufiösungsvorrichtung gegeben, worauf die Mischung gründlich gerührt wird. Anschliessend werden 20 g Nikotin, 50 g Tabakextrakt (Extrakt, der mit Athylendichlorid aus hellen Tabakblättern extrahierbar ist) und 208 g Tricalciumphosphat in der genannten Reihenfolge zugegeben. Dann wird ein Farbmaterial zugesetzt, um die Farbe behandelter Tabakblätter zu simulieren. Die verwendeten Farben waren F-, D- und C-Farbstoffe, Nr. 1 blau, Nr. 6 gelb, Nr. 2 rot und Nr. 5 gelb. Das erhaltene Bindematerial besitzt einen Gleichgewichts-pH-Wert von 6,8.
Das Bindemittel wird in einer Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1524 Ed auf ein endloses Band stranggepresst, unter Anwendung von Infrarotwärme getrocknet und anschliessend mittels eines Abstreichmessers von dem Band abgehoben. Der Film ist lederartig, flexibel und besitzt eine faltige Oberfläche, die in ihrem Griff und Aussehen vollkommen einem Tabakblatt ähnelt.
Der Film wird in Folien mit einer Abmessung von 20.3 x 30,5 cm zerschnitten und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 12 S kommen gelassen. Die Folien werden dann zu einem Zigarettenfüllmaterial verschnitten, indem etwa 9 Schnitte pro cm durchgeführt werden.
Auf einer Hauni-Zigarettenherstellungsmaschine wird das Füllmaterial zu Zigaretten ohne Filter verarbeitet.
Im Vergleich zu einem normalen Zigarettenfüllmaterial aus Tabak lässt sich das Füllmaterial gut verarbeiten.
Die Zigaretten werden auf ihren Zugwiderstand getestet. Der Zugwiderstand wird als Druckabfall längs einer Zigarette angegeben, und zwar in mm Wasser, wenn Luft durch die Zigarette mit einer Geschwindigkeit von 1050 ml/Minute strömt. Zur Bestimmung dieser Druckdifferenz wird ein Ende der Zigarette in ein speziell ausgelegtes Rohr eingesetzt, durch welches Luft gezogen wird. Die Druckdifferenz zwischen dem offenen und geschlossenen Ende der Zigarette wird gemessen. Dabei stellt man fest, dass eine in den Handel gebrachte Zigarette im Vergleich zu einer aus Tabak hergestellten Zigarette einen um 252 niedrigeren Zugwiderstand besitzt, der jedoch nicht so niedrig ist, dass die Zigarette nicht allen Anforderungen in ausreichendem Masse entspricht.
Die Testzigaretten werden auf einer Analysenwaage in Gruppen von 40 Zigaretten gewogen, wobei die Gewichte der einzelnen Zigaretten berechnet und mit dem Gewicht von Vergleichszigaretten verglichen werden.
Die untersuchten Zigaretten besitzen ein etwas geringeres Gewicht als die Vergleichszigaretten.
Die getesteten Zigaretten sowie die Vergleichszigaretten werden mittels einer mit konstanten Volumen arbeitendem Rauchmaschine, die in 60 Sekunden einen 35 ml-Zug während einer Zeitdauer von 2 Sekunden nimmt, geraucht. Der Rauch wird auf einen Cam- bridge-Filterkörper geleitet, der Teilchen mit einer Grösse über 0,3 ,u zurückhält. Der Filterkörper wird vor und nach dem Rauchen von jeweils 4 Zigarettentypen gewogen, um die Gesamtmenge an gesammelten, in Teilchenform vorliegenden Substanzen zu bestimmen.
Die gesamten, in Teilchenform vorliegenden Substanzen der getesteten Zigarette betragen 12,5 mg!Zigarette.
Dies entspricht ungefähr der Hälfte der Vergleichszigarette.
Zur Bestimmung des Gesamtalkaloidgehaltes der getesteten Zigaretten und der Vergleichszigaretten wird das Füllmaterial zur Entfernung von mit Wasserdampf flüchtigen Alkaloiden einer Wasserdampfdestillation unterzogen. Das Destillat wird dann für eine spektrophotometrische Bestimmung verwendet. Das UV-Absorptionsspektrum des Destillats wird mit entsprechenden Standards verglichen. Unter Zugrundelegung dieses Vergleichs wird eine quantitative Bestimmung der gesamten Alkaloide durchgeführt. Der Gesamtalkaloidgehalt der getesteten Zigarette ist im Vergleich mit demwenigen der Vergleichszigarette günstig.
Die Zugzahl für die getesteten Zigaretten und die Vergleichszigaretten werden bestimmt, indem 4 Zigaretten geraucht werden, wobei die Anzahl der Züge gezählt wird, die erforderlich ist, bis die Verbrennungslinie die 30-mm-Marke der Zigaretten erreicht. Der Durchschnittswert der Anzahl der Züge wird für die einzelnen Zigaretten angegeben. Die Zugzahl, welche für die Testzigarette ermittelt wird, beträgt 13,2. Die Zugzahl für die Vergleichszigarette wird zu 8,0 ermittelt.
In der vorstehend beschriebenen Weise werden mittesl einer Rauchmaschine 40 getestete Zigaretten geraucht, wobei die aus festen Teilchen bestehende Phase mittels Cambridge-Filterkörpern gesammelt wird. Die Filterkörper werden dann mit Methanol extrahiert worauf das Material dazu verwendet wird. die Menge an Benzo(a)pyren in dem Rauch im Vergleich zu der Benzo(a)pyrenmenge zu bestimmen, die mit einer mit einem ganz hellen Tabak gefüllten Zigarette, welche als Vergleichszigarette dient, erhalten wird.
Der Methanolextrakt wird auf einem Dampfbad auf 3-4 ml eingedampft, worauf genügend Kieselgel (3 bis 4 g) zur Absorption der Lösung zugegeben wird. Das Kieselgel wird in einem Stickstoffstrom von Methanol befreit und oben auf eine vorher präparierte 25 x 600-mm Säule, die 40 g Kieselgel, gepackt als eine Aufschlämmung in Hexan, enthält, aufgegeben. Die ganze Ko- lonne wird zuerst mit 400 ml Hexan zur Entfernung von Wachsen eluiert. Anschliessend wird sie mit Benzol eluiert. Die ersten 130 ml des Eluats, welche den Boden der Kolonne nach der Benzolfront erreichen, werden gesammelt.
Das Benzoleluat wird zur Trockne eingedampft, worauf der Rückstand, der in wenigen Tropfen Benzol aufgenommen wird, auf acetyliertes Papier in Form eines 25 mm (1 inch)-Fleckens aufgegeben wird. Das Papier wird 16 Stunden lang aufsteigend mit Methylcellosolve entwickelt. Nach der Entwicklung erscheint die Benzo(a)pyrenzone bei Bestrahlung mit einer UV Lampe gegenüber einem bläulich-weissen Hintergrund als purpur-fluoreszierender Flecken, dessen Rr-Wert 0,3 beträgt. Der Flecken wird ausgeschnitten und in kleine Stücke zerschnitten, die in ein kleines Fläschchen gelegt und mit 5,0 ml Benzol-Methanol (4: 1) bedeckt werden.
Nach 1 Stunde wird das Lösungsmittel abdekantiert, worauf sein Fluoreszenzemissionsspektrum mittels eines Aminco-Keirs-Spektrophosphorime- bers unter Verwendung einer Anregungswellenlänge von 385 m,u gemessen wird. Die Menge an Benzo(a)pyren wird durch Vergleich der Höhe der 405 m Emissionsbande mit einer Eichkurve, die aus Standardbenzo (a)pyrenlösungen erhalten wird, bestimmt. Die Freisetzung von Benzo(a)pyren aus der Zigarette mit der ganz hellen Tabakfüllung beträgt 0,8 ppm. Die Freisetzung aus der getesteten Zigarette beträgt 0,45 ppm, so dass die freigesetzte Menge praktisch um die Hälfte vermindert ist.
Die Zigarette wird von einer Gruppe von Experten geraucht und im Vergleich zu im Handel erhältlichen Standardzigaretten bewertet. Dabei stellt sich heraus, dass der Rauch der getesteten Zigarette in nennenswerter Weise keine rauhen Geschmacksnoten aufweist.
Die Testzigarette wird von den Raucherexperten besser als angenehm eingestuft, da viele der testenden Personen diese Zigarette gegenüber der Vergleichszigarette, einer Standardzigarette, bevorzugen.
Beispiel 5
750 g Natriumpolypektat, die mit 250 g Polygalakturonsäure (Sunkist-ProduBt) Verstärkt sind, werden in 19 1 Leitungswasser durch Rühren der Mischung in einer Cowles-Auflösungsvorrichtung dispergiert. Dieser Dispersion werden folgende Materialien zugesetzt: 111 g Calciumpyrophosphat
21,00 g Nikotin
53,00 g Tabakextrakt (in Äthylendichlorid lösliche
Bestandteile) 200,0 g Triäthylenglykol (Sie)
43,00 g konzentriertes Ammoniak
Die Materialien werden in einer bestimmten Reihenfolge zugegeben. Das Calciumpyrophosphat wird zuerst zugesetzt, worauf sich die Zugabe des Tabakextraktes anschliesst, der in das TÄG gegeben wird. Bei einem pH-Wert von 3,5-4,0 wird der Mischung Nikoc tin zugesetzt.
Schliesslich erhöht das konzentrierte Ammoniak den pH-Wert auf 5,0-5,5. Bei Einhaltung dieser Reihenfolge der Zugabe wird ein Bindemittelprodukt mit einem Feststoffgehalt von 6,3 % erzeugt. Zur Simulierung der Tabakfarbe wird nach der in Beispiel 4 beschriebenen Methode ein Farbmaterial zugesetzt.
Das Material wird auf endloses Band in einer Schicht von ungefähr 1524 ,a stranggepresst. Der Film wird teilweise mittels Infrarotwärme getrocknet, von dem Band entfernt und in die Luft zum Trocknen gelegt. Der getrocknete Film besitzt eine Dicke von ungefähr 152,4 ,u. Er ist biegsam und weist eine matte Oberfläche auf. Der Film wird zu Folien verschnitten und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 12% kommen gelassen. Die Folien werden dann zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitzelt. Sie lassen sich ohne Bildung unerwünschter Staubmengen zerkleinern. Auf einer Hauni-Zigarettenherstellungsmaschine werden Zigaretten hergestellt.
Werden die Zigaretten auf ihren Zugwiderstand getestet und nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise gewogen, dann stellt sich heraus, dass der Zugwiderstand 17-23 mm Wasser und das durchschnittliche Gewicht 1,1 g beträgt.
Die Testzigaretten und eine als Vergleichszigarette verwendete handelsübliche Zigarette werden mittels einer Rauchmaschine mit konstantem Volumen geraucht, wobei der Rauch filtriert und der Gehalt an teilchenförmigen Substanzen nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode bestimmt wird. Der Gehalt an teilchenförmigen Substanzen der Testzigarette beträgt ungefähr 50% der Menge der Vergleichszigarette.
Die Zugzahl für die Testzigarette und die Vergleichszigarette wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode bestimmt. Die Zahl ist etwas höher als die für die Vergleichszigarette ermittelte Zahl.
Der Benzo(a)pyrengehalt des Rauchs der getesteten Zigarette wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise bestimmt und mit der entsprechenden Menge einer Vergleichszigarette verglichen, die aus einem ganz hellen Tabak hergestellt wird.
Die Testzigarette besitzt einen Benzo (a)pyrengehalt, der gegenüber demjenigen der Vergleichszigarette erheblich herabgesetzt ist.
Die Mitglieder einer Gruppe von Taucherexperten, welche die Zigarette subjektiv beurteilen, stellen fest, dass der Rauch mild und angenehm ist.
Beispiel 6
700 g Natriumpolypektat werden nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise dispergiert. Die nachstehend angegebenen Bestandteile werden wie in Beispiel 2 zugesetzt:
350,0 g Rohrzucker
157,5 g Calciumpyrophosphat
210,0 g Triäthylenglykol
14,0 g Nikotin
35,0 g Tabakextrakt (in Athylendichlorid lösliche
Substanzen)
14 1 Leitungswasser
Der Gleichgewichts-pH beträgt 6,8
Diese Mischung wird auf ein endloses Band gegossen und mittels Infrarotwärme teilweise getrocknet.
Der Film wird von dem Band mittels eines Abstreichmessers entfernt und durch Lufttrocknung weiter getrocknet. Der Film wird dann zu Folien verschnitten und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 12 % kommen gelassen.
Die Folien werden zu einem Zigarettenfüllmaterial zerschnitzelt und zur Herstellung von Zigaretten verwendet.
Der Zugwiderstand der Zigaretten, welcher nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode bestimmt wird, beträgt 23-25 mm Wasser. Das Gewicht der Zigaretten wird zu ungefähr 75% des Gewichtes von Standardzigaretten, die zum Vergleich untersucht werden, ermittelt.
Der Gehalt an in Partikelform vorliegenden Substanzen, welcher gemäss Beispiel 1 bestimmt wird, beträgt 31,1 mg/Zigarette. Dieser Gehalt ist höher als derjenige der Vergleichszigarette, welcher 21,8 mg/Zigarette beträgt.
Die für die untersuchte Zigarette nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode ermittelte Zugzahl beträgt 11,3. Für die Vergleichszigarette wird eine Zugzahl von 8 ermittelt.
Die Freisetzung von Benzo(a)pyren der untersuchten Zigaretten und der Vergleichszigaretten (die aus einem ganz hellen Tabak hergestellt werden) wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode chromatographisch ermittelt. Sie beträgt 0,35 bzw. 0,8 ppm.
Die untersuchten Zigaretten und Vergleichszigaretten werden von einer Gruppe von Personen getestet.
Der Rauch der getesteten Zigaretten wird als mild und angenehm beurteilt. Er besitzt einen leicht süssen Geschmack und ein Aroma, welches an karamelisierten Zucker erinnert.
Ohne sich an eine bestimmte Theorie binden zu wollen, nimmt man an, dass das erfindungsgemäss verwendete folienbildende Material wegen der einzigartigen chemischen und stereochemischen Eigenschaften der natürlichen Pektinsubstanzen, Algine oder dergleichen ein erwünschtes Produkt ergibt.
Die Pektine und Algine sind infolge der an das fünfte Kohlenstoffatom ihrer Monomereneinheiten gebundenen Carboxylgruppen Säuren, wohingegen Zellulose oder Hemizellulose an dieser Stelle primäre Alkoholgruppen, Methylgruppen oder Wasserstoff enthält. Die Carboxylgruppe wird bei einer bei tiefer Temperatur durchgeführten Pyrolyse leichter angegriffen als die entsprechenden Gruppen der Zellulose und Hemizellulose. Die Carboxylgruppe bietet ferner die Möglichkeit, sich mit Asche-produzierenden Kationen und Kohlehydratmaterialien zu einem einzigen Molekül zu verbinden.
Die üblichen synthetischen Oxyzellulosen besitzen eine teilweise Ergänzung der Carboxylgruppen an dem 5. Kohlenstoffatom, behalten jedoch einige unveränderte Zelluloseeinheiten bei. Sie besitzen ferner andere Zelluloseeinheiten in verschiedenen Oxydationsstufen, die willkürlich mit Stickoxyden verestert sind. Daher unterschieden sich die Pektine konstitutionell von konkurrierenden raucherzeugenden Kohlehydratmaterialien.
Sie sind ferner gegenüber einigen spezifischen stereochemischen Konfigurationen, von denen bekannt ist, dass sie hinsichtlich der Pyrolyse erhebliche Unterschiede aufweisen, einzigartig und unterschiedlich. Die Pektine (im allgemeinen zusammen mit Stärke) besitzen an dem l-Kohlenstoffatom eine a-Struktur, während Zellulose, Hemizellulose oder Oxyzellulose an dem l-Kohlenstoffatom eine ss-Struktur aufweisen. Dass dieser Unterschied im Hinblick auf die Pyrolyse sehr gross ist, ergibt ein Vergleich von Stärke und Zellulose bei der Pyrolyse. Stärke bildet bei einer Tieftemperaturpyrolyse Zwischenprodukte, d. h. thermische Stärkedextrine, die Gegenstand einer eigenen Stärketechnologie sind. Demgegenüber zersetzt sich Zellulose bei viel höheren Temperaturen ohne Bildung ähnlicher Materialien.
Die Pektine sind ebenfalls von Stärke oder Zellulosematerialien aufgrund der unterschiedlichen stellungsmässigen Anordnung an dem 4-Kohlenstoffatom, das den Pektinpolymeren eine trans - anstelle der cis -Konfiguration, die in der Stärke gefunden wird, verleiht, verschieden. Während die a-Konfiguration einzig und allein zu einem cis -Stärkepolymerisat führt, führt die gleiche Konfiguration zu einer trans -Struktur des Polymeren im Falle von Pektinen.
Andere Zusammenhänge gehen aus den folgenden Formeln hervor, welche die strukturellen Beziehungen der entsprechenden Monomereneinheiten und Polymeren zeigen:
EMI10.1
a-D-Glukose ss-D-Glukose (Stärke) (Zellulose, Xylan, oxydierte Zellu lose, bei welcher aus der Gruppe CH2OH eine COOH-Gruppe wird)
EMI10.2
(Pektine, in welchen aus der ss-D-Galaktose CH20H-Gruppe eine 00011- Gruppe wird) a-D-Galaktose ----- bedeutet oberhalb der Papierebene.
bedeutet unterhalb der Papierebene
EMI11.1
I = Pektinsäure (Polygalakturonsäure) (a-Konfigura tion, Galaktose) II = Polyglukuronsäure, Xylan COOH = H (ss-Kon figuration, Glukose) Zellulose COOH=CH2OH III = Stärke (cr-;Konfiguration, Glukose).
Wie zu ersehen, besitzen die Algine an dem Ci- Atom ss-Konfiguration. Wegen der Konfigurationen der Mannuronsäure- und Glukuronsäureeinheiten weisen sie jedoch eine trans -Polymerisatstruktur auf.
b) aus den Zwischenräumen der so behandelten Pflan zenteile die erhaltenen Pektine mindestens teilweise freisetzt, c) die Pektine von den behandelten Pflanzenteilen ab