DK155908B

DK155908B - Fremgangsmaade til behandling af tobak til nedsaettelse af afgivelse af gasfasekomponenter under forbraendingen

Info

Publication number: DK155908B
Application number: DK453681AA
Authority: DK
Inventors: Gus Demitrios Keritsis
Original assignee: Philip Morris Prod
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1989-06-05
Also published as: DK155908C; BR8106869A; PH20375A; EP0034922A1; SU1178311A3; AU6751881A; JPH0112470B2; DE3170572D1; GR74120B; ES8205542A1; US4589428A; AR228269A1; WO1981002379A1; AU540521B2; DK453681A; CA1153543A; EP0034922B1; ES499624A0; JPS57500182A

Description

DK 155908 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i krav 1's indledning angivne art til behanding af tobak til nedsættelse af afgivelse af gasfasekomponenter under forbrændingen.

5 Summarisk forklaret går fremgangsmåden ud på en mak simerende nedsættelse af afgivelse af nitrogenoxyder, HCN og CO i tobaksrøg. Tobaksmaterialer bringes i kontakt med en vandig opløsning til dannelse af en tobaksekstrakt, der behandles til fjernelse af kaliumnitrat. Derefter genindføres 10 der kaliumioner i tobaksekstrakten til et niveau i nærheden af det der oprindeligt forefandtes i den uekstraherede tobak. Ved tilbageførsel af kaliumioner til den denitrerede ekstrakt opnås der en større nedsættelse af afgivelsen af gas-fase-bestanddele i forhold til den fjernede mængde nitrat end 15 hvis kaliumioner ikke tilbageføres til tobaksmaterialerne. Desuden iagttages der en større nedsættelse med hensyn til HCN og CO.

Beskrivelse af kendt teknik 2Q Tobak indeholder et antal nitrogenholdige substanser som under brænding af tobakken frembringer forskellige komponenter i røgen. Fjernelse af nogle af disse komponenter såsom oxyderne af nitrogen anses for ønskelig.

Nitratsalte såsom kalium-, kalcium- og magniumnitrat __ er en hovedgruppe nitrogenholdige substanser som er forløbe-25 re for nitrogenoxider, navnlig nitrogenoxid. Disse nitratsalte findes normalt i stor rigelighed i stilke og strimler af bur-ley-tobak, i varmluftkanal-hærdede tobaksstilke i mindre grad, og i rekonstitueret tobak som udnytter disse komponenter. Der 2Φ har været gjort forsøg på at nedsætte eller fjerne nitraterne fra disse tobakssorter for at fremkalde en væsentlig nedsættelse af de nitrogenoxyder som afgives med røgen deraf. Blandt de teknikker som har været anvendt til dette formål er ekstraktionsmetoder, hvorved nitraterne fjernes fra tobaksmaterialet.

^ Ved ekstraktionsteknik bringes tobaksmaterialer i al mindelighed i kontakt med vand. På denne måde dannes der en ekstrakt som indeholder tobakkens opløselige stoffer, herunder ,-:.-2

DK 155908B

nitraterne. Ekstrakten opsamles og kan kasséres eller kan behandles til fjernelse,af nitraterne. Den denitrerede ekstrakt kan derefter genpåføres på det fibrøse, uopløselige tobaksmateriale hvorfra den oprindelig fjernedes.

5 Selv cmekstraktbehandlingsmetoder søger til et minimum at nedbringe fjernelse af andre materialer end nitrater fra tobakken og derved undgå at påvirke tobakkens subjektive ejendommeligheder eller dens mætningskapacitet, brændingskvaliteter og lignende, fjernes der faktisk andre materialer ved så-10 danne metoder. Fx fjernes nitraterne almindeligvis som kaliumsalte. Specielt beskriver US patentskrifterne 4.131.118 og 4.131.117 en denitreringsproces ved hvilken kaliumnitrat krystalliseres fra en vandig tobaksekstrakt, efterfulgt af genindføring af den denitrerede ekstrakt i tobakken. I US patent-15 skrift 3.847.164 udføres denitrering ved hjælp af ionretarderingsharpikser som retarderer ionisk materiale, specielt kaliumnitrat, i tobaksekstrakter medens ikke-ioniske bestanddele passerer upåvirket. Således fjerner disse metoder ikke blot nitrationer, men også kaliumioner.

20 Ved siden af denitrering bruges der ekstraktionsproces ser hvor der ønskes fjernelse af andre tobakskomponenter. Fx beskriver US patentskrift 3.616.801 en fremgangsmåde til forbedring af tobakkens brændeegenskaber, røgaroma og aske ved at kontrollere tobakkens ionindhold. Ved den der angivne frem-25 gangsmåde fjernes 20-95% af alkalimetal- og jordalkalimetal- ioner, hvis salte i tobakken har smp. 315-455°C fra en vandig tobaksekstrakt, efterfulgt af genindføring af den deioni-serede ekstrakt i tobakken. Blandt de behandlinger der foreslås til regulering af metalionindholdet er ionbytning og mem-30 bran-elektrodialyse. Fjernelse af kaliumioner og erstatning af dem med ammonium-, hydrogen-, kalcium- eller magniumioner angives at være særlig ønskelig ved udnyttelse af denne proces for at modvirke dårlige brændeegenskaber. Niveauer for andre ioner, herunder nitrat, kan også reguleres til ændring af to-bakkens egenskaber. I eksempel 6 fjernedes over 50% både af nitrat- og kaliumioner ved elektrodialyse.

DK 155908 B

3

Af forskellige grunde har det også været foreslået at sætte kaliumsalte til konventionelle, uekstraherede tobaksmaterialer. Ifølge tysk offentliggørelsesskrift 2.632.693 kan fx KNaCO^^^O, °9 glykoler sættes til tobaksstilke til 5 en pH på 8-9 hvorefter stilkene blandes med indlægsblade. Denne behandling af tobaksstilke siges at nedsætte røgens indhold af aldehyder og kondensat. I US patentskrift 2.776.916 angives det at kaliumfosfater har fugtighedsgivende egenskaber ved tilsætning til tobak i en mængde på mindst 0,5 vægt%. US pa-10 tentskrift 467.055 angiver en fremgangsmåde til forbedring af brændeegenskaberne af tobakssorter af ringe kvalitet ved at påføre dem kaliumkarbonat. Behandlingen siges også at gøre tobakken rådsikker.

Fra norsk patentskrift nr. 117.963 kendes et rekonsti-15 tueret tobaksprodukt hvor et fiberholdigt tobaksmateriale som indeholder tobakspektiner hvorfra kalcium- og magnesium-tværbindinger er fjernet, er bragt til at indeholde en eller flere kalciumforbindelser svarende til 2-3% Ca, en kåliumforbin-delse svarende til 0,19-5% K samt visse organiske syrer, 5-20 20% sukker og et fugtighedsbevarende stof. Der dannes ved fremstillingen ingen vandig ekstrakt af tobaks-udgangsmaterialet som tilbageføres, og den sluttelige K-mængde i produktet har ifølge beskrivelsen ingen relation til det oprindelige indhold deraf. Formålet synes at være at tilvejebringe et to-25 baksprodukt ud fra tobaksstængler - ikke tobaksblade - som har lignende rygeegenskaber som lyse tobaksblade. Men kan ikke af denne kendte teknik slutte at det kan være hensigtsmæssigt at ekstrahere denitrificeret tobak, specielt ved denitrifi-kationen at fjerne kaliumnitrat og derpå tilføre i det væsent-30 lige samme kaliummængde i form af et andet kaliumsalt end nitrat, specielt ikke da det norske skrift ikke oplyser nogen konkret grund til denne angivne kaliummængde.

Ifølge US patentskrift 2.972.557 behandles røgtobak med en alkalimetalforbindelse såsom natriumbikarbonat, kali-35 umbikarbonat eller kaliumrutenat i en mængde på omkring 2 til 8% for at frembringe et røgprodukt som brænder ved en temperatur under 427°C. Ifølge opfinderen nedsætter tempera-

DK 155908B

4 turkontrolsubstanserne den mængde forbindelser, som kan forflygtiges og frigives til røgen.

I OS patentskrift 3.126.011 er der angivet en fremgangsmåde til nedsættelse af højmolekylære forbindelser som stammer 5 fra pyrolyse af tobaksmaterialer. Der foreslås ubrændbare faststoffer med evne til at smelte endotermisk ved en temperatur ved eller under tobakkens brændetemperatur, og de omfatter salte af borater, fosfater og silikater samt hydrater deraf, med kationer udvalgt blandt kalium, litium og natrium. Sal-10 tene påføres tobakken i en mængde mellem 3 og 10 vægt%. I US patentskrift 2.914.072 er der beskrevet en fremgangsmåde til kvalitetsforbedring af tobak af ringe kvalitet og navnlig tobak med forhøjet alkalinitet af røgen. Ifølge opfinderen fremmer primære og sekundære katalysatorer i kombination med 15 alifatiske syrer en højere grad af termisk ødelæggelse af nitrogenbaser og nedsætter dermed røgens alkalinitet. Salte af kobolt, mangan, nikkel, kobber, krom og sølv kan være primær katalysator, mens salte af kalium, magnium, barium og natrium kan være sekundær katalysator. Påføring på tobak af ca. 2% af 20 hver gruppe af salte frembringer åbenbart tilfredsstillende resultater.

I nogle tilfælde ekstraheres tobak i omfattende grad og den resulterende ekstrakt kasseres. Der gøres ikke noget forsøg på selektivt at fjerne visse bestanddele fra ekstrak-25 ten og derefter returnere ekstrakten til den fibrøse tobaksrest. Fx underkastes ifølge US patentskrift 2.122.421 tobaksblade, der skal bruges til cigar-dæksblade, en "udblødnings-eller vaskebehandling" efterfulgt af yderligere eks-traktion i et vandigt-alkalisk bad, i almindelighed ved pH mellem 8 30 og 11. Ifølge opfinderen ødelægges tobakkens brændekvaliteter som regel fuldstændigt ved den ovenfor beskrevne behandling.

For at retablere brændeegenskaberne tilsættes der et salt såsom kaliumacetat til den udpinte, fibrøse tobaksrest ved dypning af remanensen i et vandigt bad indeholdende ca. 1,5 kg 35 kaliumacetat pr. liter opløsning.

Ifølge US patentskrift 2.029.494 underkastes tobaksblade ekstraktion i et salpetersyreholdigt bad hvorved prak- DK 155908 5 tisk talt alle naturligt forekommende gummier, olier, nikotin og mineralsk materiale inklusive salte fjernes. "Skeletbadet" bestående i det væsentlige af forveddene og stivelses-komponenter behandles derefter for at give det de ønskede farve-, 5 duft-, aroma-, aske- og rygeegenskaber. En opløsning indeholdende lige dele tobaksekstrakt stammende fra tobaksstilke, en mineralblanding indeholdende kaliumacetat, kaliumnitrat og kalciumacetat samt en tredie opløsning indeholdende kaliumkarbonat tilberedes og tilføres de i forvejen ekstraherede 10 tobaksblade. De således behandlede blade bruges derpå som cigar-dæksblade.

Det er almindeligt anerkendt at kassation af tobaksekstrakter resulterer i tab af værdifulde opløselige tobaksstoffer af hvilke mange bidrager væsentligt til tobakkens 15 subjektive karakteristik. Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er fordelagtig ved at tobak underkastes vandi« ekstraktion og den resulterende ekstrakt denitreres, hvorved kaliumnitrat fjernes overvejende medens andre ønskelige opløselige tobaksstoffer forbliver intakte. Derefter genindføres 20 kaliumioner i den for kalium udpinte tobak i en grad der nærmer den som oprindelig var tilstede før ekstraktion.

En forholdsmæssigt større nedgang i afgivelsen af nitrogenoxyder til tobaksrøg i forhold til graden af nitratfjernelse opnås end når kaliumionerne ikke genindføres.

25 Den foreliggende opfindelse angår således en frem gangsmåde til behandling af tobak til nedsættelse af afgivelse af gasfase'komponenter under forbrændingen, ved hvilken fremgangsmåde man danner en vandig ekstrakt af tobak, behandler ekstrakter til denitrering, specielt fjernelse af kaliumnitrat 30 derfra,og forener den denitrerede ekstrakt og den fibrøse tobaksrest med hinanden. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved at man efter denitreringen af ekstrakten under den videre behandling tilsætter et andet kaliumsalt end kaliumnitrat i en sådan mængde at kalium-35 indholdet i tobaksproduktet retableres til tilnærmelsesvis samme niveau som det der forefandtes i den uekstra-herede tobak .

DK 155908 B

6

Som kaliumsalt til gentilførsel af kalium efter fjernelsen af kaliumnitrat kan man fx bruge citratet, acetatet, malatet, karbonatet, bikarbonatet eller fosfatet. Den anvendte mængde afhænger af tobakkens oprin-5 delige kaliumindhold, der i det mindste i hovedsagen skal retableres. Kaliumsaltet kan sættes til ekstrakten og den således kaliumberigede del derefter påføres den u-opløselige fibrøse tobaksdel. Man kan også påføre den uopløselige tobaksdel ekstrakten efter fjernelse af ka-10 liumnitratet uden ny kaliumberigelse, og desuden tilbageføre kaliumioner i form af kaliumsalte (undtagen nitratet) til den fibrøse tobaksdel, eller man kan inkorporere kaliumionerne på et hvilket som helst trin af konventionel tobaksbehandling.

3_5 Røgtobaksprodukter der indeholder tobak som er behandlet i henhold til opfindelsen udvikler forholdsvis mindre nitrogenoxid ved rygningen end produkter hvor kaliumnitrat er fjernet, men kaliumioner ikke tilbageføres til tobakken. Også den udviklede mængde HCN går 20 ned. Disse virkninger af fremgangsmåden ifølge opfindelsen ses tydeligt af tabeller i omstående eksempler..

Tobak dénitreres således på en måde som forøger den relative reduktion af afgivelse af oxider af nitrogen og nedsætter afgivelse af HCN og CO.

25 Dette opnås ved fjernelse af kaliumnitratsalte efterfulgt af genindførelse af kaliumioner i form af andre salte end kaliumnitrat. Ved at retablere kaliumionerne til tilnærmelsesvis det oprindelige niveau opnås der en større nedsættelse af afgivelsen af nitrogenoxyder, navnlig nitrogenoxyd, i forhold 30 til den fjernede mængde nitrat end når kalium ikke genindføres.

Ved udøvelse af fremgangsmåden bringes tobaksmaterialet j typisk i kontakt med en vandig opløsning for at ekstrahere j de opløselige komponenter, herunder kalium- og nitratsalte. i

Den anvendte vandige opløsning kan være vand eller fortrins-35 vis en denitreret vandig ekstrakt af tobak indeholdende tobakkens opløselige komponenter. Ekstraktionen kan udføres under anvendelse af vægtforhold mellem vandig opløsning og tobak ; i

DK 155908 B

7 på 5:1 til 100:1 ved 20-100°C, fortrinsvis 60-95?C, i en periode på fra nogle få sekunder til flere minutter eller mere i afhængighed af den særlige temperatur og rumfang vand eller opløselige komponenter der anvendes. For at maksimere ekstraktio-5 nen af nitrat presses, centrifugeres eller filtreres den be-fugtede tobak i almindelighed ved slutningen af ekstraktionstiden, hvorved der sker fjernelse af overskydende vand og tilbageværende nitrat som måtte være til stede på tobaksoverfladen og i suspension. Ved anvendelse af denne arbejdsmåde kan man undgå 10 behovet for overdreven tørring af tobakken for at fjerne overskud af fugtighed.

Den vandige tobaksekstrakt behandles derefter til fjernelse af kaliumnitrat indeholdt deri, fortrinsvis under minimering af tabet af andre tobaksopløselige bestanddele. Kaliumnitratet kan 15 fjernes ved fremgangsmåder der er angivet i US patentskrifterne 4.131.117 og 4.131.118, hvor tobaksekstrakten koncentreres i vakuum til et samlet tørstofindhold på omkring 30 til 70% og et indhold af nitrat-nitrogen på omkring 1% til 3%. Den koncentrerede ekstrakt føres derefter ind i en afkølet cen-20 trifuge for at bevirke krystallisation af kaliumnitratet. Det krystallinske salt skilles fra ekstrakten ved fx filtrering eller centrifugering.

Kalium sættes i form af et salt såsom citratet, acetatet, malatet, karbonatet, bikarbonatet eller 25 fosfatet til den denitrerede tobaksekstrakt, den fibrøse del eller begge i tilstrækkelig mængde til at tilbageføre kaliumet i det væsentlige til det oprindelige niveau forud for ekstraktionen. Saltet tilsættes fortrinsvis som en vandig sprøjtevæske, men kan tilføres på en hvilken som helst måde ved 30 hvilken der opnås en jævn fordeling på tobakken. Kaliumsaltet kan tilsættes efter ekstraktion og før tørring, eller det kan indkorporeres i behandlingsopløsninger og påføres tobakken på et hvilket som helst trin under konventionel behandling. Tilbageføringen af kaliumioner til den ekstraherede 35 tobak resulterer i nedsatte mængder af nitrogen, kulmonoxyd og HCN i sammenligning med ekstraheret tobak der ikke er blevet behandlet til tilbageføring af kaliumionerne.

DK 155908 B

8

Den mængde kaliumsalte der er til stede i tobakken vil variere i afhængighed af den type tobak som behandles. Fx har burley-tobakker i almindelighed højere indhold af kaliumsalte end lys tobak. Høstvariationer på grund af årstidsfaktorer kan 5 også påvirke mængden af kaliumsalte der er til stede i tobak.

For at bestemme den mængde kaliumioner som mistes under deni-treringen, ved hvilken kaliumnitrat fjernes overvejende, er det blot nødvendigt at måle indholdet af kalium før og efter denitreringen af tobakken. Kaliumbestemmelser kan foretages 10 ved ekstraktion af en lille prøve af tobakken med fortyndet syre og analyse af en prøve af ekstrakten ved en koncentionel atomabsorptionsspektrofotometri. Enkeltheder i den fremgangsmåde der bruges til måling af kaliumniveau kan findes i Analytical Methods of Analysis by Atomic Absorption Spectrophotometry, of-15 fentliggjort af Perkin Elmer, september 1976.

I visse tilfælde kan en partielt denitreret tobaksekstrakt, fremstilles i henhold til den fremgangsmåde der tidligere er beskrevet i US patenterne 4.131.117 og 4.131.118, hvis indhold inkorporeres i nærværende beskrivelse som reference, 20 denitreres yderligere, fx ved ionmembran-elektrodialyse. Det er også muligt at denitrere tobaksekstrakten ved elektrodialyse uden forudgående behandling ved krystallisationsprocessen.

Ved en foretrukken fremgangsmåde til at udføre denitre-ring reguleres en tobaksekstrakt, hvad enten den er delvis de-25 nitreret eller ej, til et tørstofindhold på omkring 5 til 50% og en specifik modstand på omkring 8-50 ohm-centimeter og cirkuleres derpå hurtigt gennem de skiftende celler i en elektrodialyseenhed. Enheden- indeholder en anionpermeabel mem-· bran henimod anoden og i en afstand på ikke over ca. 1 mm fra 30 en anionimpermeabel membran henimod kationen. Der cirkuleres saltlage i de øvrige celler og der påføres en spænding på omkring 0,5 til omkring 2,0 volt/cellepar hvorved nitratsaltene selektivt ekstraheres ind i saltlagecellerne uden væsentlig fjernelse af andre af tobakkens opløselige komponenter.

35 De anioner der er til stede i tobaksekstraktcellerne, specielt nitrationerne, vandrer henimod anoden ved påføring af et elektrisk potentiale. Saltlagecellerne, som nitrationer- 9 DK 155908 ne vandrer ind i, har en anionimpermeabel membran henimod anoden; derfor forbliver nitrationerne og opkoncentreres i saltlagecellerne og kan herved fjernes fra systemet. Kaliumioner vandrer på lignende måde henimod katoden ved påføring 5 af et elektrisk potentiale.

De elektroder der bruges i elektrodialyseenheden kan være af kul, rustfrit stål, platin eller en anden type ikke-korrossivt ledende materiale som ikke reagerer med elektrolytten og som ikke indfører metalioner i opløsningen, specielt 10 polyvalente ioner såsom Cu++ og Al+++, som kan reagere med ionmembranen eller med tobakkens opløselige komponenter og bevirke membranforurening og/eller afskalning på membranoverfladen. Fortrinsvis bruges der Hastelloy kul-katodeplader og platiniserede niob-anodeplader.

15 Opløsningerne i elektrodecellerne kan være forskellige for anoden og katoden, men er fortrinsvis ens. Disse elektro-lytopløsninger bør indeholder en ca. 0,1N opløsning af et alkalimetalsalt, fortrinsvis et kaliumsalt af en anion som ikke vil reagere og som vil frembringe minimum gas ved elektroderne, 20 eller af en anion som ikke vil forurene membranerne eller fælde polyvalente kationer såsom Ca++, Mg++, Al+++ og deslige på membranens overflade. I denne forbindelse skal man have opmærksomheden henvendt på det pH som bruges. Elektrolytter som særlig foretrækkes er dem der indeholder kaliumacetat ellei 25 -sulfat og som har et pH på omkring 2-5.

De membraner der bruges til at isolere elektroderne kan være af samme art og tykkelse som dem der bruges i hele gruppen. Imidlertid er disse membraner fortrinsvis tykkere, mere ioniske og tættere (mindre porøse). Men desuden kan de 30 afstandsstykker, der er anbragt mellem elektroderne og anode-katodemembranerne være af samme tykkelse som dem der bruges i hele gruppen, men fortrinsvis bør de være tykkere, dvs. ca. dobbelt så tykke som de øvrige afstandsstykker for at tillade større cirkulationsforhold af elektrolytten på overfladen af

*3 C

elektroderne.

Saltlageopløsningen vil typisk være vandig. Det foretrækkes at der er en lille koncentration af ionisk materiale

DK 155908B

10 til stede i lagen under arbejdets indledende fase for at bevirke nogen ledningsevne. Således kan saltlagen fx fra begyndelsen podes til 0,1 vægt% kalium- eller natriumnitrat, -klorid eller -acetat, eller salpetersyre, saltsyre eller eddikesyre 5 eller med kalium- eller natriumhydroxyd.

De anionpermeable membraner kan være neutrale eller ioniske membraner med en positiv fikseret elektrisk ladning. Positivt ladede membraner som vil tiltrække og lade passere anioner og frastøde kationer er anionpermeable. Kationpermeable 10 membraner er negativt ladede og vil tiltrække og lade passere kationer og frastøde anioner. Neutrale membraner vil tillade både anioner og kationer at passere igennem når der påføres en spænding over den ioniske opløsning som er indesluttet mellem sådanne membraner. Anvendelsen af elektrodialyse 15 vil blive beskrevet mere udførligt i de efterfølgende eksempler.

Når meget tynde strømme skal deioniseres og for at nedsætte membranforurening og energibehovene, dvs. undgå elektrolyse, forøges processens effektivitet i et system der bruger 20 ionbytterharpikser og membran-elektrodialyse. I elektro-regene-reret ionbytnings-deionisering er arrangementet det samme som membran-elektrodialyse undtagen at der tilføjes et blandet leje af svage ionbytter- eller ioniske harpikser til hver celle gennem hvilken tobakkens opløselige komponenter skal føres. Den 25 til detionisering værende tynde opløsning af ioner går ind i de celler som indeholder det blandede leje af harpikser. Ionerne "indfanges" eller opsamles af harpikserne, hvilket bevirker forøget ionisk koncentration og elektrisk ledningsevne mellem elektroderne i elektrodialysecellen og derved behøves der en 30 mindre mængde elektrisk kraft. Det påførte elektriske potentiale bevirker at anionerne overføres gennem deres respektive membraner til saltlagecellerne, hvor de koncentreres og fjernes. Det blandede leje af de svage ionbytterharpikser regenereres kontinuerligt uden afbrydelse og uden anvendelse af høje mængder 35 yderligere kemikalier eller yderligere kraft som tilfældet med standard ionbyttere. Det blandede leje af svage ionbytterharpikser kan være sammensat af en enkelt harpiks med både

DK 155908 E

11 negative og positive grupper, af to forskellige harpikser, en anionisk og en kationisk, i leje- eller "afstandsstykke"-typeform. Afstandsstykkefomen kan være i en kurv eller vævet materiale af trådtypen eller i filmform (lignende bipolære mem-5 braner) særlig forsynet med manifolder til at muliggøre strømning.

En anden fremgangsmåde til at fjerne kaliumnitrat i overensstemmelse med opfindelsen indebærer brug af ionbytningseller ionretardelingsteknik. Tobaksekstrakten i enten fortyndet 10 eller koncentreret form føres over et blandet leje af anion-og kationbytterharpikser hvorved kaliumnitratet fjernes. I et typisk forløb føres tobaksekstrakten med en tørstofkoncentration på 3 til 30% over et blandet leje eller kolonne af anion/kationbytterharpikser såsom Rexyn 101 (H), der er en 15 sulfoneret polystyren-difenylbenzen-copolymer med RSO^ aktive grupper (kationbytning) og Re yn 201 (OH) som er en poly-styren-divinylbenzen-alkyl kvaternær amin med R^N"^ aktiv gruppe (anionbytning).

Denitrering kan også udføres ved hjælp af Donnan dialy-20 se. Ved anvendelse af denne metode udnyttes en kationisk membran (positiv ladet, anion permeabel) til adskillelse af tobaksekstrakten fra strippeopløsningen. Strippeopløsningen vil fortrinsvis være en stærk base såsom natrium- eller kalium-hydroxyd ved pH 7,5 til 9,5. Den tid der behøves til at deni-25 trere tobaksekstrakten afhænger af membranoverfladen, membranens tykkelse og tobaksekstrakt-cellén såvel som den anvendte nitratkoncentration og temperatur. Der kan sættes sådanne materialer som metafosfater til tobaksekstrakten eller strippe-medierne for at bevare polyvalente metalioner i opløsning og 20 forhindre udfældning af dem på membranoverfladen.

For yderligere at minimere tab af andre opløseli ge stoffer end nitratsalte kan ekstraktionen af tobaksmaterialet udføres med denitrerede tobaksekstrakter. Ved hjælp af denne forholdsregel er det muligt at nedsætte mængden af ikke-35 nitrat-materialer som fgernes fra tobakken eftersom ekstraktvæsken efter flere ekstraktioner vil nærme sig mætning. Således vil, bortset fra nitrater, nedsatte mængder af materia-

DK 155908B

12 ler blive fjernet under påfølgende ekstraktionstrin. Dette er en foretrukken arbejdsmetode til behandling af.tobaksstrimler eller rekonstitueret tobak.

Efter denitrering af tobaksekstrakten genkombineres 5 ekstrakten med det uopløselige tobaksmateriale hvorfra den var fjernet. På dette punkt foretages der ved de tidligere beskrevne konventionelle metoder en bestemmelse af kaliumioner tabt under ekstraktionen. Gentilførslen af kalium foretages ved tilsætning til den deni-10 trerede ekstrakt eller den fibrøse tobaksdel af et passende kaliumsalt såsom citratet, acetatet, malatet, karbonatet, bikarbonatet eller fosfatet, almindeligvis i vandig opløsning. Gentilførslen kan udføres ved sprøjtning, dypning og lignende.

I nogle tilfælde kan det være ønskeligt at inkorporere kali-15 umsaltet på et senere trin af behandlingen. Til dette formål kan kaliumsaltet sættes til behandlingsopløsningerne eller på et hvilket som helst andet behandlingstrin hvor der optræder tilførsel af additiver som fx tilsætning af fugtigheds-trækker. Forud for gentilførslen kan ekstrakten koncentreres 20 om nødvendigt eller ønsket. Gentilførslen kan udføres ved hjælp af hvilke som helst hensigtsmæssige midler såsom sprøjtning, overtrækning, dypning eller opslæmningsprocesser. Tobakken kan derefter tørres eller behandles på anden måde for at sætte den i en tilstand til anvendelse i tobaksprodukter.

25 Derefter kan behandlet tobak bruges i et hvilken som helst ønsket røgtobaksprodukt. Tobaksprodukterne vil udvise nedsat afgivelse af nitrogenoxyder, HCN og CO under brænding. Desuden er forholdet mellem nitrogenoxydreduktion og fjernet nitrat større for produkter dannet af tobak behandlet i over-30 ensstemmelse med opfindelsen end for produkter som indeholder tobak der ikke er blevet selektivt denitreret.

Det vil forstås at fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan anvendes til hel, gæret råtobak, skåret eller hakket tobak, tobaksindlæg, rekonstitueret tobak, tobakstilke og lig-35 nende. I nærværende beskrivelse omfatter referencer til tobak og tobaksmaterialer alle sådanne former for tobak. Det vil desuden forstås at den tobak der er behandlet i overens-

DK 155908 B

13 stemmelse med opfindelsen nedsætter afgivelse af nitrogenoxyd hos alle tobaksprodukter der konsumeres ved brænding, og at referencer til røgtobaksprodukter omfatter cigarer, cigaretter, cigarillos, pibetobak og deslige.

5 Nogle eksempler belyser nærmere fremgangsmåden iføl ge opfindelsen.

Eksempel 1

Burley-tobak ekstraheredes med vand og portioner af ekstrakten underkastedes ionbytningsbehandlinger. En portion behandledes med Fisher Scientific Rexyn 201 (OH) anion-bytterharpiks, der er en polystyren-divinylbenzen-alkyl-kva-ternær amin med ϊ*4Ν+ aktive grupper, for selektivt at fjerne nitrationer uden at fjerne kaliumioner. En anden portion af tobakkens opløselige komponenter behandledes med et blandet leje af bytterharpiks sammensat af ovennævnte Fischer Scientific Rexyn 201 (OH) harpiks og en Fisher Scientific Rexyn 101 (H) kationbytterharpiks, der er en sulfoneret poly-2q styren-divinylbenzen-copolymer med RSO^ aktive grupper, for at bevirke fjernelse af både kalium- og nitrationer. Sammensætningen af ekstrakt og gasfaseafgivelsen fra tobakken efter genforening med ekstrakterne analyseredes. Lignende analyser foretoges på uekstraheret Burley-tobak, Burley-tobak 2^ ekstraheret med vand og Burley-tobak ekstraheret med vand og behandlet med kaliumcitrat.

Tilsvarende analyser udførtes på en tobaksblanding sammen af Burley, Bright, orientalsk og rekonstitueret tobak hvor Burley-delen og den rekonstituerede tobaksdel blev ud-sat for de forskellige ekstraktions- og/eller gentilførselsbehandlinger .

Resultaterne fremgår af tabel 1.

35

DK 155908 B

14 —cB w w 65 63 65 δ E5 55 55 TTa Η Η H Η Η P P P P P >< p p p p p tj tj tj hi hj T3

P P P P P Η H (—’ I—* I—* CD

Pj p· ο.. pi o. ro cd ro ro ro Η· Η- Η- Η H- ·<; c< ^ *-< t<

P P 3 P P

vP ip ifi iP ip n '—” H- jvpparowroro^roro!^ w p pppNjf^opptiJW^-'o ro p ft Η· H· O CD P H· W· I CD CD P P“ tj Η- O O rtrtOOPrtrtrt P ro OPP HHPPP-HHH P rt

P cr \ P 0\DJ rtp p o Pi H

p'H^r^i-iP'p'H h p •Cri-p ro p rt p ro ro h-Pj

rt rt rt ti tt tt itu H PH

rt ro η· ro h· ro roro up flj rorto rt O rt rt rt Ώ

rt 3 P

σ 3 D· +3 k: ro ro rt Pi rt p.

rt rt ro ro tu rt rt ----3?s—1

o o o o o o o ooo S

^ t > >1 « t ^ > > i ø

NJ O O OtOCUtO tO tO >£» jO

tO -U CTl CTiUlOO O H I

21 -.-„ i-3

P

(jO OJ (- MCjOMU) U N f> D* «%«*«· « *» «· ** «i·'*«* οψ φ ocnoo m m m Ό ω u> h 5*i h vovoui ω vi ui ot ui to o

H

2! O

to Η Η Η ω M KJ towpi o P

* ί ί « , » .. XCD

to M » -J H CO U> 00 CO ife H th

o p I CD

CU ro 3 --q H· W \ n Pi Ω U> H CO to to O O OHH 2J1-5H·

V V V V V V V V V V X p lP

O N) lp» iP o to P oococn HPP

O ^ 1-j i ro cu rt __ ti s

W Η H to t—1 Η Η HHH P

vvv V V s > vvv ø to cn oo o co ut to -«j co co o < ro

Pi n —— ----^ n pi rø ti · p O iP · Η Η Η Η H \

V£) <sC) [—> Ό CO H O O O to OP

Η- P ip rt P P ti H

ro rt

DK 155908 E

15

Eksempel 2

Tobak blev pulpet med vand og ekstrakten indeholdende de opløselige stoffer fraskiltes og koncentreredes. Ekstrakten denitreredes partielt i overensstemmelse med krystal-5 lisationsmetoderne i US patenterne 4.131.117 og 4.131.118.

En portion af den resulterende ekstrakt denitreredes derpå yderligere ved elektrodialyse under anvendelse af en 20 celle-parsenhed. Membranerne var ca. 22,5 x 25 cm med et effektivt membranareal på 0,465 m . Cellerne omfattede Ionics' 61CZL 10 386 kationpermeable parret med 103QXL 386 anionpermeable mem braner. Disse anionpermeable memebraner er ca. 0,63 mm tykke, indeholder ca. 36 vægt% vand og omfatter tværbundne copolymerer af vinylmonomerer og indeholder kvaternære ammoniumanion-byttergrupper og er homogent filmstøbte i arkform på et arme-15 rende syntetisk vævet stof sammensat af modakrylisk polymer.

De kationpermeable memebraner er ca. 0,6 ram tykke, indeholder ca. 40 vægt% vand og omfatter tværbundne sulfonerede copolyme-rer af vinylforbindelser som også er homogent filmstøbte i arkform på syntetiske armerende vævede stoffer. Afstandsstyk-20 kerne var 1 mm. Membranerne foran elektroderne var Ionics' 61AZL-389 som var adskilt fra platin-niob, rustfri stålelektroder af 2 mm tykke afstandsstykker. Saltlageopløsningerne var 0,1% vandig KNO^-opløsninger og elektrolytterne var 0,1N i^SO^ °9 H2^4 me<^ reguleret til 2-4. Elektrodialysen ud-25 førtes ved påføring af 30 volt. Temperaturen af de opløselige komponenter under arbejdet blev ikke kontrolleret og varierede mellem ca. 88 til 98°C. pH ved 22°C var ca. 4,75.

Halvdelen af den resulterende denitrerede ekstrakt førtes derpå tilbage til en portion af den tobaksbane der 30 dannedes af den ekstraherede pulp og brugtes til dannelse af prøvecigaretter. En anden prøve fremstilledes ved tilsætning af kaliumacetat til de tilbageværende elektrodialyserede opløselige stoffer før gentilførslen til banen. Kontrolprøven omfattede bane behandlet med den partielt denitrerede ekstrakt.

35 Resultatet af analysen af disse prøver er vist i tabel 2.

DK 155908 B

16 rt α r+ O Jr* f ί-3 n "I < O (D O (D (D K Η- H· O' 3 tf 3 Ό iP o p Η· P H- O (D P Λ*

Wrt Wrt 3 i-5 P

l-j H 10 fl> H· -ID (D rt rt 3

g Hj Hj H- H- <P

(D (D (D rt P

O- rt rt C Pj d (D H Hi

Hj H Hj ffi p CD CD (D iP & H-1 W tf rt ro

Η- O O P

d P P rt H- 3 tn ro O rt

p et rt tf H

O Η- Η- P (D

ro ft rt tf Hi rt d d H·

p ro ro P

rt H Hi IP

--0) ro rt rt d __Hi 0\° a η o o o O ft) s > *> CO tf

o o co i O

cn σι cn 2 P

ro rt H- -.---rt d CO to <a° ro » - N 2 Hj

σι σι co + (D

r+ h3

P

rt tf o ro

tf H

Γ------ P

tf HJ

a ω O H co O d T3 .. x ro d° vo cn σι t-1 Hi

o p iP

i 3 ro P

to p ro ro _______\ P Hi

Pi 3 d

W H d CD

πρη ro ro hj a P ^ P

«. X ro H CTi CO H fD H·

O

I < Hi hj ro s

----p, iP

ro HJ HJ ·

» » O O

to oo σι O Π o o co d

Htl

" O

O ro H·

H- · cP

ιρ n d

P · H

η ro ro P rt

Η H rt 3 H

o o oo rt S

P iP

H

Di ti

P

iP

__\__

DK 155908 B

17

Eksempel 3 3 kg strippet Burley-tobak ekstraheredes med 26 liter vand ved 80°C. Tobakken dyppedes i vandbadet i en kontakttid på 1 minut. Den ekstraherede tobak tørredes, ækvilibreredes, 5 blev finskåret og oparbejdedes til cigarettet med konventionelle celluloseacetatfiltere påsat. Uekstraheret Burley-tobak blev også finskåret og anvendt til kontrolcigaretter. En anden portion identisk strippet Burley-tobak ekstraheredes på samme måde og tørredes og ækvilibreredes. Kaliumindholdet 10 i den ekstraherede tobak måltes og der tilførtes kaliumcitrat til den tørrede tobak til et niveau der nærmede sig det der forefandtes oprindelig.

Cigaretter indeholdende 100% af den ekstraherede; ekstraherede og citratpåfyldte; og ubehandlede Burley-tobak så-15 vel som ca. 30% af hver af prøverne i blanding med en typisk tobaksblanding blev røget under kontrollerede laboratoriebetingelser. Den samlede mængde faststof (TPM) og gasfasebe-standdele analyseredes for at bestemme afgivningsmængderne. Nitrat-nitrogenindholdet i de behandlede og ubehandlede to-20 bakker bestemtes ved hjælp af et Technicon Autoanalyzer II system med en modifikation af fremgangsmåden som offentliggjort af L. F. Kamphake et al., International Journal of Air and Water Pollution, bind 1, side 205-216, 1976. Resultaterne fremgår af efterfølgende tabel 3.

25 30 35

DK 155908 B

18 rt X Π) ω da CD 03 HX W Hi O O' H O' Η X H >

(-'-(U^r'HOi^h-'fDOHSH-fDOfDOOO O

Η H W (D HWpjHipo Hr+HOHOOO O

Hi H· rt O H rt O itO (tH(l)<*> (D«1 rt# H

& (DHDi H& O rt rt Η K

h 3 o h- jd h- oh- rt\(D id od) tn

0-0 0*0 OO HO XX W ** Hp (D

Η- Φ lQ Φ iQ lQ rtpJWOtn H O·

rt Η H tjd H-MrtHrtH O

h (D 3 ®s 03 hh-HhH O rt pi (t(D rt Φ HO I C pj (D P) ·<; o rt \ Dj Qj i o. 3 i k; i _ I__ dp s

o o o o o o O

- „ „ .. .. (jj

Η to U> Η H ιΡ» I

LO oj lo to LJ LO 3 H

--:--o LO to LO LO HU) Qj

^ > > > X X e#P H

lo lo -4 o σι >p» W (S

oo to σι h -o o iQ

O dP

>P* 00 I -O —J I CD S

to o I to O I Pi O

·, > tpu) 4^ LO (Dl 0 s

uQ

----—----1-3

3 tg PJ

io ns er Η Η Η H HH \0 Φ

(ji ui ιΡ» αι ίο >^· O H

^ > N f-J· ft ui co en ^ to vo ώ u>

(D f li Η H

φ φ rt» O Π

Η Η Η H HHH-O

en σι ld ui loiC'lQ'· o Η' 3 Φ lQ rt \ 0 0! Η- Ω O O O O O O iQ 3 'i X X X X X (D^/d Η HHH tOHH^ >f* o ω 001031¾ rt iQ Φ

\ H

----—--(D

o 3 en

H- O C

o o o o o o ip > H

*·« «· >* Jl) ft to to LO η Μ ιΡ h 3 f to LD O 00 -J H φ lQ rt rt \ Φ

______ H

o >d H- ·

LO LD LD LO LD iQ O

P> · H - Φ rt p,

H

(U

iQ

\

0 dP

to i Ln lo ι φ 3

σι ω i σι i Pj O

« ·* ^ > t.Q

«*J Co H N> £U

o

iQ

DK 155908 B

19

Disse data viser at der opnås forbedret reduktion med hensyn til sådanne gasfase-røgkomponenter som NO, HCN og i mindre omfang CO når kalium føres tilbage til tobakker som er blevet behandlet til fjernelse af kaliumnitrat. De anførte 5 data viser også at kalium-gentilførsel ikke ændrer antallet af drag.

Eksempel 4 Trin A

Ved anvendelse af den almindelige fremgangsmåde som beskrevet i US patent 4.131.118 blev en blanding af tobakker indeholdende ca. 30 vægt% Burley tobaksstilke ekstraheret med vand. Den vandige tobaksekstrakt skiltes fra de fibrøse tobaksmaterialer og koncentreredes i vakuum til ca. 45% opløselige faststoffer. Den koncentrerede tobaksekstrakt førtes derefter til en afkølet krystallisationsenhed der holdtes på en temperatur på ca. -12 til -10°C. Det krystallinske kaliumnitrat-materiale der dannede sig, fraskiltes ved centrifugering og en prøve af den denitrerede ekstrakt gentilførtes u v til det tidligere ekstraherede tobaksmateriale, der var blevet støbt i arkform. Dette rekonstituerede tobaksark mærkedes ark A. Portioner af ark A behandledes med en opløsning af kaliumcitrat og mærkedes A^ til A^. Der fremstilledes cigaretter indeholdende 100% af de således tilberedte ark og de blev 25 røget automatisk. Gasfasekonstituenterne måltes drag for drag ved konventionel teknik. Røgdataerne er anført i tabel 4 nedenfor .

Trin B 30 -

En prøve af den denitrerede ekstrakt fremstillet i trin A denitreredes extensivt ved hjælp af den ioniske rnern-bran-elektrodialysemetode i det væsentlige som beskrevet i eksempel 2. Denne ekstrakt gentilførtes derpå til det tidli-^ gere ekstraherede fibrøse tobaksmateriale til frembringelse af et rekonstitueret tobaksark mærket B. Portioner af dette ark behandledes med en opløsning af kaliumcitrat og mærkedes henholdsvis B-^ og B£. Der fremstilledes cigaretter fra de 20

DK 155908 B

således tilberedte ark og de blev røget mekanisk som i trin A. Kontrolcigaretten fremstillet i trin A blev også røget af hensyn til sammenligning. Røgdataerne er anført i tabel 4.

5

Trin C

En prøve af det ekstraherede fibrøse tobaksmateriale opnået i trin A blev støbt til et tobaksark og mærket ark C. De opløselige tobakkomponenter blev ikke tilbageført til 10 arket. Portioner af ark C blev behandlet med en opløsning af kaliumcitrat,, tørret og derpå oparbejdet til cigaretter mærket til . Cigaretterne inklusive en kontrol mærket C blev røget og gasfasen blev analyseret som i trin A. Resultaterne fremgår af tabel 4.

15 20 25 30 35

DK 155908 B

21 O O O O tø tø ω > > > > > fv O tø U> NS H οο h co N) i— ΟΗ- β

Dj cQ cD

(i m o* m p ro rt rt P i · oooo o o o σ o o o o ΚΩ ·.·.·.·. v v _ v » » ·> ·» Op oooo oooo oooo 2 to Ο Ο O 1—1 ΟΟΗΜ HHHNJ Mi

* W vi U) O O 00 OOIOOH P

W

———-----ro oooo oooo oooo tø tø* ^ ^ ^ ^ ^ oo Η Η Η H OOOO ΟΗΟΟ tø 3 (_ιοι_ιμ-ι cn oo oo co o co co O w ο ω σι #» oooNJ .t* h co o Μ Η· ft

___—--C

ro w io w ω mhhw w w μ m 03 ^ V» *3 V| *3 V| ^ ^ *3 ^ O ft

Ji.'JOOO M to 05 CJ O ~J —! LO (D

OOOO CJ U) tO O OCnUICO M

H· — g

OOOO OOOO OOOO cQ

* ** *3 ^ *« -j ^ 2! oooo oooo oooo O Dj

0 O O H O O 1—1 Cfl W Ul ω CO H

01 ^ IS 10 ΟΟΟΜΟ Ό 03 CO -o p cQ i-3

P

_______L__ tf -——-- ro

Dj > H

I I I I HHHI I I I j—1 M3 II il CjOCjOHI IIIO Pft Ή

cQ P H

jfc> CO NJ O vj (ji Ja. Js. P P *> tø o\° > V *3 V Ν 3 3 +

ω cd it· vj O'JfO'j -j to vi oo M

u o vj ιπ ω vi oo m ift»cDocn ro

cD

3 ro _______ - ^ a ό [0 [Il 01 DI oooo oooo O P°

Ό *O ^ ^ ^ ^ ^ LO

0000 OOOU) Co U> U> U> lp

Μ Μ Μ M OOwj-v] OHNSSO a H

tø* ro ft --Ifi i-3 < I—i f—1 I—i |—1 fv> W NJ jfc> CO U> CO CO 0¾

•3 3*·% ViVi^N *3 3, -« N ft CQ

Η μ ω u -vi co cd o i—' to w ui Prt 00 O W IH vj o -J K3 NJHWCJ1 ' a

DK 155908 B

22 «

Eksempel 5 30 dele strippet Burley-tobak ekstraheredes med 450 dele vand ved 90°C. Den fibrøse tobaksdel skiltes fra deft vandige del ved centrifugering og lufttørredes ved stuetem-5 peratur.

Den vandige ekstrakt behandledes med en blandet anion-kationbytterharpiks (Fisher Scientific Rexyn 201(OH) og Rexyn 101 (H)) til fjernelse både af kalium- og nitrationer. Derefter koncentreredes den denitrerede ekstrakt til et faststof-10 indhold på ca. 15%.

Den koncentrerede ekstrakt fordeltes i 3 portioner med lige stor vægt og gentilførtes til portioner med lige stor vægt af den fibrøse tobaksrest til frembringelse af tre ark rekonstitueret tobak på følgende måde: 15 Ark A: ekstrakt plus rest;

Ark B: ekstrakt plus rest plus kaliumcitrat i tilstrækkelig mængde til at give en 2 vægt%s tilbageførsel af kalium til det endelige ark;

Ark C: som B undtagen at gentilførslen af kalium i 20 form af kaliumcitrat var 4 vægt%.

De ovenfor fremstillede restituerede tobaksark blev finskåret og der fremstilledes cigaretter som blev røget mekanisk. En ubehandlet strippet Burley-prøve blev også oparbejdet til cigaretter og brugtes som kontrol. Gasfasen ind-25 samledes og analyseredes. Resultaterne fremgår af tabel 5 nedenfor.

Tabel 5

Prøve % NO^-N % K NO mg/ CO mg/ HCN mg/ drag ^ tvb1 tvb cigaret cigaret cigaret antal

Kontrol 0,57 4,5 0,67 14 0,17 10,8

Ark A 0,05 1,6 0,19 15 0,16 13,1

Ark B 0,05 3,5 0,10 14 0,09 11,8

Ark C 0,05 4,9 0,08 .12 0,06 12,5 35 Tørvægtsbasis

Claims

1. Fremgangsmåde til behandling af tobak til nedsættelse af afgivelse af gasfasekomponenter under forbrændingen, ved hvilken fremgangsmåde man danner en vanding ek- 5 strakt af tobak, behandler ekstrakten til denitrering, specielt fjernelse af kaliumnitrat derfra, og forener den denitrerede ekstrakt og den fibrøse tobaksrest med hinanden, kendetegnet ved at man efter denitreringen af ekstrakten under den videre behandling tilsætter et andet ka-10 liumsalt end kaliumnitrat i en sådan mængde at kaliumindholdet i tobaksproduktet retableres til tilnærmelsesvis samme niveau som det der oprindelig forefandtes i den uekstraherede tobak.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 15 ved at tobakken ekstraheres med en denitreret vandig opløsning af opløselige tobakskomponenter.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved at kaliumsaltet har en anion udvalgt blandt citrat, acetat, fosfat, karbonat, bikarbonat og 20 malat.

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved at kaliumindholdet af den uekstraherede tobak bestemmes ved analyse af den vandige ekstrakt og at kaliumsaltet sættes til den 25 denitrerede ekstrakt i en sådan mængde, at kaliumindholdet i ekstrakten retableres til det målte niveau.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved at tilsætningen af kaliumsaltet udføres efter at den denitrerede ekstrakt 30 er blevet forenet med den fibrøse tobaksrest. 35