DE69402316T2

DE69402316T2 - Behandlung von rauchmaterial

Info

Publication number: DE69402316T2
Application number: DE69402316T
Authority: DE
Inventors: William Cunningham
Original assignee: Imperial Tobacco Ltd Great Britain
Current assignee: Imperial Tobacco Group Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: ES2101541T3; GR3022950T3; JPH08511947A; BG100235A; CZ396A3; BR9406869A; RO114218B1; HUT73339A; EP0706331B1; AU6978694A; HU214448B; CN1041892C; AU677343B2; US5740817A; HU9503970D0; EP0706331A1; WO1995001108A1; DK0706331T3; CN1127464A; RU2114537C1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verarbeitung von Rauchmaterialien, insbesondere Tabak und Tabak-Ersatzstoffen.
In der Tabakindustrie ist es bekannt, Tabak zu expandieren, um sein Schüttvolumen zu erhöhen. Die Erhöhung des Schüttvolumens des Tabaks erhöht den Füllgehalt von Tabak, und zusätzlich erzeugen Rauchartikel, die einen Anteil an expandiertem Tabak enthalten, weniger Teer und enthalten weniger Nikotin, weil das Gewicht des Tabaks reduziert wird.
Es gibt viele bekannte Verfahren zum Expandieren von Tabak. Eines dieser Verfahren verwendet Kohlendioxid zum Expandieren des Tabaks. Bei diesem Vorgang wird Tabak in flüssigem Kohlendioxid unter Druck eingeweicht, der Druck wird zur Verfestigung des Kohlendioxids freigegeben, und anschließend wird der Tabak einer hohen Temperatur ausgesetzt, die das Kohlendioxid sublimiert. Die Tabakzellen expandieren aufgrund einer raschen Druckerhöhung im Inneren der Zellen.
Bei einem anderen Verfahren werden organische Lösungsmittel verwendet, um den Tabak zu imprägnieren. Dann wird der Tabak rasch Temperaturen von mindestens 30º über dem Siedepunkt des Lösungsmittels ausgesetzt. Diese rasche Verdampfung bewirkt wiederum, daß die Zellwände des Tabaks expandieren.
Ein weiteres bekanntes Expansionsverfahren sieht das Imprägnieren von Tabak mit Stickstoff unter hohem Druck vor, der über 10 MPa (100 bar) liegt. Der Tabak wird dann dekomprimiert und durch ein Dampftunnel geführt, in welchem die Temperatur rasch auf etwa 90º C erhöht wird, wodurch der Tabak expandiert wird.
GB 675 292 beschreibt ein Verfahren zum Expandieren von Tabak, bei dem dem Tabak zuerst Luft entzogen wird und die Luft dann durch Dampf oder Wasserdampf ersetzt wird. Der behandelte Tabak wird mit Dampf erhitzt und der Druck dann reduziert, damit der Tabak expandiert. Eine Vorbehandlung zum Entfernen von Luft aus dem Tabak erscheint für dieses Verfahren unabdingbar.
Mit vorliegender Erfindung soll ein Verfahren zum Expandieren von Rauchmaterial vorgeschlagen werden, das eine Vorbehandlungsstufe zum Entfernen von Luft nicht erforderlich macht. Es wurde festgestellt, daß die Anwesenheit von Luft während des Verfahrens nicht zu schädlichen Einflüssen führt und deshalb eine Vorbehandlung zum Entfernen von Luft nicht erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Behandeln von Rauchmaterial vorgeschlagen, bei dem das Rauchmaterial, das bei einer Temperatur von 70 bis 220º C etwa bei oder über Atmosphärendruck bei Vorhandensein von Luft einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 bis 75 Gewichtsprozent besitzt, erhitzt und der Druck auf das erhitzte Material mit einer Rate reduziert wird, die ausreicht, um das Rauchmaterial zu expandieren.
Der Druck auf das Rauchmaterial wird vorzugsweise auf 0,1 bis 50 kPa (1 bis 500 mbar) reduziert. Es wurde festgestellt, daß diese Werte eine gute Expansion des Rauchmaterials ergeben.
Der Ausdruck "bei Vorhandensein von Luft" bedeutet, daß mindestens 2% Luft vorhanden ist. Die Atmosphäre, in der das Rauchmaterial erhitzt wird, kann 100% Luft oder Gemische von zwischen 2 und 100% Luft mit anderen Gasen, z.B. Dampf, Kohlendioxid und Stickstoff sein.
Zweckmäßigerweise wird das Rauchmaterial durch direktes Aufgeben von Dampf, entweder gesättigtem oder überhitztem Dampf, erhitzt. Das Rauch material wird auf eine Temperatur im Bereich von 70 bis 220º C unter einem Druck von 0,1 bis 2 MPa (1 bis 20 bar), vorzugsweise im Bereich von 102 bis 160º C unter einem Druck von 0,11 bis 0,5 MPa (1,1 bis 5 bar) erhitzt. Andererseits kann das Rauchmaterial dadurch erhitzt werden, daß es anderen, relativ heißen Gasen oder Strahlungswärme, z.B. einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird.
Die Druckreduzierung auf Vakuumbedingungen erfolgt vorzugsweise rasch und beispielsweise in etwa 0,04 Sekunden. Der Vorgang ist gut geeignet, Tabak zu expandieren, und die Schüttexpansion kann in der Größenordnung von 20 bis 100% liegen.
Gute Resultate wurden erzielt, wenn das Rauchmaterial einen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von 20 bis 75 Gewichtsprozent (insbesondere 30 bis 75 Gewichtsprozent) besitzt und in die Nähe oder unter den ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt während des Verfahrens zurückkehrt, z.B. auf einen Feuchtigkeitsgehalt von bis zu 15 Gewichtsprozent. Überraschenderweise ergibt sich bei einer Durchführung des Verfahrens in der vorbeschriebenen Weise, daß das expandierte Rauchmaterial seinen expandierten Zustand beibehält, ohne daß eine weitere Behandlung, z.B. durch Gefriertrocknen, erforderlich wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird z.B. wie folgt durchgeführt. Rauchmaterial mit einem Wassergehalt zwischen 5 und 75% Wasser auf einer Nassgewichtsbasis wird in ein Heizgefäß eingebracht. Für einen Wassergehalt am höheren Ende dieses Bereiches kann es erforderlich sein, das Rauchmaterial mit in der Technik an sich bekannten Verfahren zu befeuchten. Es kann erwünscht sein, Zusatzstoffe in das Wasser einzugeben, das verwendet wird, um das Rauchmaterial zu benetzen, damit die Leistung in Hinblick auf verbesserte Expansionswerte, Nachgiebigkeit oder eingeprägte Raucheigenschaften des Rauchmaterials verbessert wird. Hitze wird solange zugeführt, bis die gewünschte Temperatur und der gewünschte Druck erreicht sind. Das Rauchmaterial wird dann einer raschen Druckentastung auf Vakuumbedingungen unterworfen, entweder durch rasches Reduzieren des Druckes im Gefäß oder durch Überführen des Rauchmaterials direkt in ein zweites Gefäß unter Vakuumbedingungen. Die rasche Druckreduzierung in Verbindung mit der Hitze im Rauch material bewirkt eine rasche Verdampfung des in den Zellstrukturen des Rauchmaterials vorhandenen Wassers und ergibt seine Expansion. Das Rauchmaterial kann einer oder mehreren solchen Stufen der Erhitzung und einer anschließenden raschen Druckreduzierung auf Teilvakuumdrücke unterzogen werden.
Dem Rauchmaterial kann indirekte Hitze während und/oder nach der Vakuumstufe (vorzugsweise während der Vakuumstufe) aufgegeben werden, um die Wasserverdampfung zu beschleunigen. Dies kann auf verschiedene Weise, etwa durch Strahlungswärme (z. B. Mikrowellen- oder Infrarot-Strahlung) erreicht werden. Zweckmäßigerweise wird dies nach der Erfindung durch Erhitzen des Rauchmaterials unter Verwendung einer Mikrowellenstrahlung vor einer Druckreduzierung durchgeführt, und es wird die Erhitzung im gleichen Gefäß nach der Druckreduzierung fortgesetzt. Das resultierende, getrocknete, expandierte Produkt hat eine stabilere Struktur.
Vom Standpunt der Tabakerzeugung her kann der vorstehend beschriebene Vorgang für eine chargenweise Expansion des Tabaks verwendet werden, oder kann als eine kontinuierliche On-Line-Verfahrensstufe eingeführt werden. In letzterem Fall werden natürlich die Anforderungen an die Handhabung und Speicherung reduziert.
Der expandierte Tabak kann deshalb, wenn er in Luft erhitzt wird, erzeugt werden, ohne daß Substanzen verwendet werden, die teuer sind bzw. Rückgewinnungssysteme erforderlich machen, die die Verfahrenskosten erhöhen. Der expandierte Tabak ist elastisch nachgiebig und zerfällt nicht. Zusätzlich führt das Wasser nicht dazu, daß Bestandteile des Tabaks ausgelaugt werden.
Die Verbesserung des Füllvermögens (Filling Power Improvement - FPI) liegt im Bereich von 20 bis 100%. Mit einem FPI von 30% kann das Tabakgewicht eines Rauchartikels um zu 17% reduziert werden. Mit einem FPI von 60% kann das Tabakgewicht um bis zu 26% reduziert werden.
Aufgrund der Elastizität bzw. Rückstellkraft von expandiertem Tabak, der nach dem Verfahren nach vorliegender Erfindung behandelt worden ist, bestehen keine praktischen Beschränkungen in bezug auf die Menge, die bei der Herstellung eines Rauchartikels verwendet werden kann, gleichgültig, ob es sich um eine Zigarette oder eine Zigarre handelt.
Der nach der Erfindung expandierte Tabak hat im Vergleich zu bekanntem expandiertem Tabak in Hinblick auf seine Eigenschaften erhebliche Vorteile, ebenso ist das Verfahren zur Herstellung gegenüber bekannten Verfahren günstig.
Die Figuren 1 und 2 zeigen anhand von Ausführungsbeispielen schematische Darstellungen von Vorrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden können.
Nach Fig. 1 wird Rauchmaterial (nicht dargestellt) in die Druckkammer 10 durch eine erste Abdichtung 12 eingeführt, wo es mit über die Zuleitung 14 eingeführtem druckaufgeladenem Dampf behandelt wird. Das behandelte Rauchmaterial gelangt dann durch eine zweite Abdichtung 16 mit entsprechenden Luftsperren in die Vakuumkammer 18, die über einen Auslaß 20 an ein Vakuum angeschlossen ist. Eine Wärmequelle 22 liefert Strahlungswärme, um die Temperatur des Rauchmaterials auf einem vorgegebenen Wert zu halten, während das Vakuum aufgegeben wird. Das resultierende Produkt, expandierter Tabak wird aus der Kammer 18 über eine dritte Abdichtung 24 mit entsprechenden Luftsperren entfernt.
Nach Fig. 2 wird Rauchmaterial 30 in einem glockenförmigen Glasbehäter 32 durch einen Probenträger 34 aufgenommen. Das Rauchmaterial 30 wird dadurch erhitzt, daß es Mikrowellenstrahlung aus einem Mikrowellengenerator 36 über einen Welenleiter 38 und einen Betriebsart-Rührer 40 ausgesetzt wird. Ist die Vakuumpumpe 42 eingeschaltet, ist das Ventil 46 geöffnet, damit der Druck in dem Gefäß 32 über die Verbindungsleitung 44 reduziert wird, so daß das Rauchmaterial expandiert. Der Vorgang des Erhitzens kann fortgesetzt werden, um den Feuchtigkeitsgehalt des expandierten Tabaks noch weiter zu senken.

Beispiel 1

Zigarrenfülltabak wurde in gesättigtem Dampf bei einem Druck von 200 kPa (2 bar) über die Zeitspannen nach Tabelle 1 erhitzt. Die Temperatur des Tabaks hat 133º C, die Temperatur des Dampfes nahezu oder ganz erreicht. Nachdem die Dampfeinspeisung abgeschaltet worden war, wurde der Tabakdruck entlastet, indem ein Ventil zu einer angeschlossenen Vakuumquelle mit einem Druck von 0,8 kPa (8 mbar) geöffnet wurde und der Temperatur Gelegenheit gegeben wurde, nur auf eine gegebene Abschalttemperatur abzufallen. Die Resultate sind in Taballe 1 wiedergegeben.

Beispiel 2

Es wurden Versuche durchgeführt, unter Verwendung eines 6 kW Mikrowellenofens, der eine Vakuumpumpe aufwies, die in der Lage war, einen Druck von etwa 2,5 kPa (25 mbar) zu liefern. Die für die Tests verwendete Vorrichtung ist die gleiche wie die schematisch in Fig. 2 dargestellte.
Die Grundfolge des Verfahrens war wie folgt:
1 Eine kleine Tabakprobe wird unter das glockenförmige Glasgefäßt gesetzt.
2 Die Vakuumpumpe wird angeschaltet, wobei das Verbindungsventil die geschlossene Position einnimmt.
3 Die Mikrowellen-Quelle wird auf volle Leistung geschaltet, um den Tabak vorzuerhitzen.
4 Bei eingeschalteter Mikrowellenenergie wird das Vakuumventil geöffnet.
Der Mikrowellenzyklus wird abgeschlossen. Das Gefäß wird druckentlastet und die Probe entnommen.
Die Resultate der Tests, die anhand von in Schnipsel geschnittenen Zigaretten und Zigarrenfiltern durchgeführt worden waren, sind in Tabelle 2 angegeben. TABELLE 1
* + 1 gibt an, daß der Dampf nach der anfänglichen Dampfzeit abgeschaltet worden ist und dem Tabak Gelegenheit gibt zu einer zusätzlichen, eine Minute dauernden Ausgleichszeit gegeben wurde, bevor das Vakuum gezigen wurde.
/ gibt Mehrfach-Zyklen mit Dampfzeiten für jeden Zyklus und der Temperatur an, die mit Vakuum vor einem erneuten Dampfen oder am Ende des Tests erzielt wurde. TABELLE 2

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Rauchmaterial, das bei einer Temperatur von 70 - 220º C etwa bei oder über Atmosphärendruck bei Vorhandensein von Luft einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 - 75 Gewichtsprozent besitzt, erhitzt wird, und der Druck auf das erhitzte Rauchmaterial mit einer Rate reduziert wird, die ausreicht, um das Rauchmaterial zu expandieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Druck auf das erhitzte Rauch material auf 0,1 - 50 kPa reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Rauchmaterial auf 102 - 160º C erhitzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei dem der Vorgang des Erhitzens durchgeführt wird, während das Rauchmaterial einem Druck von 0,1 - 2 MPa ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei dem das Rauchmaterial vor dem Erhitzen einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 - 75 Gewichtsprozent hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt des expandierten Rauch materials auf dem oder unterhalb des Feuchtigkeitsgehalts des Rauchmaterials vor dem Erhitzen liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt des expandierten Rauchmaterials bis zu 15 Gewichtsprozent beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem das Rauchmaterial unter Verwendung von Dampf erhitzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem das Rauchmaterial erhitzt wird, indem es Strahlungswärme oder Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, bei dem das Rauchmaterial während und/oder nach der Druckreduzierung zur Beschleunigung der Wasserverdampfung erhitzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Rauch material während und/oder nach der Druckreduzierung dadurch erhitzt wird, daß es Strahlungswärme ausgesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Strahlungswärme durch Mikrowellenstrahlung bereitgestellt wird.