способ получения восстановленного табачного материала

Формула изобретения

1. Способ получения восстановленного табачного материала, предусматривающий:

(а) экстрагирование натурального табачного материала водным экстракционным растворителем с получением экстракционного раствора, содержащего компоненты натурального табачного материала, и экстракционного остатка;

(б) адсорбционное разделение экстракционного раствора с использованием адсорбента для уменьшения количества нитрозоаминов;

(в) изготовление полотна восстановленного табака с использованием экстракционного остатка; и

(г) добавление по меньшей мере части экстракционного раствора, в котором количество нитрозоаминов уменьшено, в полотно восстановленного табака;

при этом адсорбентом является высоко гидрофобный адсорбент, и адсорбционное разделение выполняют в течение 60 мин с использованием высоко гидрофобного адсорбента в количестве 10-110 вес.% растворимых компонентов в экстракционном растворе.

2. Способ по п.1, в котором адсорбентом является пористый пластик на основе стирола, активированный уголь, или адсорбент, в котором гидрофобная группа связана с поверхностью адсорбента.

3. Способ по п.1, в котором высоко гидрофобный адсорбент используют в количестве, соответствующем 15-60 вес.% растворимых компонентов экстракционного раствора.

4. Способ по п.1, в котором рН экстракционного раствора выше 2, но ниже 10.

5. Способ по п.1, в котором рН экстракционного раствора выше 4, но ниже 10.

6. Способ по п.1, в котором адсорбционное разделение проводят при температуре от 0 до 100°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения восстановленного табачного материала.

Такие табачные материалы как натуральные табачные листья, резаный табак, средние жилки листа, стебли и корни, содержат различные компоненты, включая никотин, нитрозоамины, углеводороды и белки. В процессе получения восстановленного табачного материала эти компоненты, экстрагированные из натурального табачного материала, снова вводят в полотно восстановленного табака, изготовленного экстракционного остатка. Некоторые из этих компонентов натурального табачного материала желательно уменьшить или удалить, а другие не только не требуется удалять, но даже желательно увеличить их количество для аромата дыма или по другим причинам.

Например, в WO 02/28209 раскрыт способ, согласно которому экстракционный раствор, получаемый экстрагированием табака с использованием растворителя, вводят в контакт с таким адсорбентом как активированный уголь или цеолит, чтобы понизить содержание табачных нитрозоаминов (ТНА). Также согласно этому патентному документу 1 экстракционный раствор с пониженным содержанием нитрозоаминов вводят в восстановленный табачный материал.

Например, патент США №5,810,020 предлагает удалять нитрозоамины с использованием обработки жидкостно-жидкостной экстракцией с использованием большого количества коронного эфира.

Согласно международной публикации WO 01/65954 табак обрабатывают сверхкритическим диоксидом углерода для экстракции нитрозоаминов и из экстракта удаляют нитрозоамин.

Нитрозоамины, например ТНА, в натуральных табачных материалах являются веществами, которые желательно удалить. Но ТНА по своей структуре аналогичны никотину - полезному компоненту, и поэтому очень трудно удалять ТНА избирательно и при этом не удалять никотин. Поэтому, пользуясь обычными методами, трудно приготовить восстановленный табачный материал со значительным содержанием никотина, но по существу без ТНА, с использованием раствора экстракта, полученного из натурального табачного материала и такого волокнистого компонента, как экстракционный остаток.

В частности, с использованием способа согласно международной публикации WO 02/28209 обеспечена возможность отделения ТНА от азотной кислоты и сахаридов, но никотин адсорбируется и удаляется вместе с ТНА адсорбентом.

Способ по патенту США №5810020 нежелателен из соображений безопасности, т.к. требует использования большого количества коронного эфира. Способ согласно международной публикации WO 01/65954 предлагает дорогостоящий способ сверхкритической экстракции и поэтому его практическое применение незначительное.

Описание изобретения

Цель изобретения заключается в обеспечении способа относительно простого изготовления восстановленного табачного материала, содержащего значительное количество никотина, но по существу без ТНА, путем разделения никотина и ТНА в экстракционном растворе, полученном из натурального табачного материала.

Изобретение обеспечивает способ изготовления восстановленного табачного материала с использованием экстракционного раствора, полученного экстракцией из натурального табачного материала с использованием водного экстракционного растворителя и экстракционного остатка.

Авторы изобретения обратили внимание на такой адсорбент с повышенной гидрофобностью, как активированный уголь, с точки зрения его использования как простого средства для разделения никотина и ТНА в экстракционном растворе, полученном из натурального табачного материала, посредством водного экстракционного растворителя. Такой высокогидрофобный адсорбент, как активированный уголь, адсорбирует ТНА вместе с никотином. Но авторы изобретения обнаружили, что ТНА возможно в значительной степени удалить с одновременным снижением количества адсорбции никотина до минимального уровня путем регулирования времени адсорбции и количества используемого адсорбента. Настоящее изобретение основано на этих выводах.

Изобретение обеспечивает способ изготовления восстановленного табачного материала согласно которому: (а) экстрагируют натуральный табачный материал водным экстракционным растворителем, чтобы получить экстракционный раствор, содержащий компоненты натурального табачного материала, и экстракционный остаток; (б) проводят адсорбционное разделение экстракционного раствора с использованием адсорбента для уменьшения количества нитрозоаминов; (в) приготавливают полотно восстановленного табака с использованием экстракционного остатка; (г) вводят по меньшей мере часть экстракционного раствора с пониженным количеством нитрозоаминов в полотно восстановленного табака; при этом адсорбентом является высокогидрофобный адсорбент, и адсорбционное разделение выполняют в течение 60 мин, используя для этого высокогидрофобный адсорбент в количестве 10-110% от веса растворимых компонентов в экстракционном растворе.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена схема технологического процесса изготовления восстановленного табачного материал согласно осуществлению изобретения.

Оптимальный вариант осуществления изобретения

Описание изобретения более подробно излагается ниже со ссылкой на различные осуществления.

Изобретение представляет собой способ изготовления восстановленного табачного материала путем существенного удаления ТНА: (N'-нитрозонорникотин) (ННН), 4-(метилнитрозоамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон (ННК), N'-нитрозоанатабин (НАТ) и пр. из экстракционного раствора, полученного экстрагированием натурального табачного материала водным экстракционным растворителем, с одновременным максимально возможным подавлением потери никотина; введения экстракционного раствора в полотно восстановленного табака, приготовленные с использованием экстракционного остатка.

На чертеже показана схема технологического процесса способа изготовления восстановленного табачного материала согласно осуществлению изобретения.

Согласно чертежу сначала натуральный табачный материал 11 обрабатывают S1 экстрагированием путем смешивания и перемешивания натурального табачного материала 11 и экстракционного растворителя 12.

В качестве натурального табачного материала 11 можно использовать натуральные табачные листья, резаный табак, средние жилки листа, стебли, и корни, и их смесь. В качестве экстракционного растворителя можно использовать водный растворитель. Водный экстракционный растворитель, такой как вода, может быть щелочным или кислотным. Также в качестве водного экстракционного растворителя можно использовать смесь воды и смешиваемый с водой органический растворитель. Примерами этого органического растворителя являются спиртами, например этанол. В этих экстракционных растворителях можно растворить неорганическую соль, например гидроксид натрия. Обработку S1 экстракцией выполняют обычно при температуре 50-100 ^оС в течение от 5 мин до 6 часов.

По завершении обработки S1 экстракцией полученную экстракционную смесь разделяют S2, например фильтрацией, чтобы разделить ее на экстракционный раствор 13 и экстракционный остаток 14. Экстракционный раствор 13 содержит водорастворимые компоненты в натуральном табачном материале, таком как никотин и ТНА.

Экстракционный остаток 14 по существу состоит из волокон. Полотно 15 восстановленного табака изготавливают обычным способом с использованием экстракционного остатка 14. Полотно 15 восстановленного табака могут частично или полностью состоять из экстракционного остатка 14.

С другой стороны, экстракционный раствор 13, полученный при разделении S2, проходит адсорбционную обработку S4 с использованием высокогидрофобного адсорбента. В данном изобретении адсорбционное разделение S4 можно выполнить за счет введения экстракционного раствора 13 в контакт с высокогидрофобным адсорбентом. Высокогидрофобным адсорбентом является адсорбент с высоким уровнем гидрофобности. Его примерами являются: активированный уголь, пористый пластик на основе стирола и адсорбент, в котором модифицирующая группа повышения гидрофобности (гидрофобная группа), например бром, вводят в пористый пластик на основе стирола. С использованием высокогидрофобного адсорбента ТНА можно в значительной степени удалить, с одновременным подавлением потери никотина из табачного экстракта.

Контакт между экстракционным раствором 13 и высокогидрофобным адсорбентом можно обеспечить введением частиц высокогидрофобного адсорбента в экстракт 13, с последующим перемешиванием.

Либо контакт между экстракционным раствором 13 и высокогидрофобным адсорбентом можно обеспечить прохождением экстракционного раствора 13 через слой адсорбента, заполненный частицами высокогидрофобного адсорбента.

Количество используемого высокогидрофобного адсорбента соответствует 10-110% веса растворимых компонентов в экстракционном растворе 13. Если количество высокогидрофобного адсорбента меньше 10%, то ТНА в экстракционном растворе невозможно удалить в достаточной степени. С другой стороны, если количество адсорбента превышает 110%, то количество адсорбируемого никотина значительно увеличивается. Предпочтительно, чтобы количество высокогидрофобного адсорбента соответствовало 10-50% веса растворимых компонентов в экстракте 13. Нужно отметить, что количество растворимых компонентов в экстракте можно определить методом лиофилизации.

Время контакта между экстракционным раствором 13 и высокогидрофобным адсорбентом: в пределах 60 мин. При контакте в пределах 60 мин ТНА можно удалить с одновременным значительным подавлением адсорбции никотина. Предпочтительное время контакта 5-60 мин и более предпочтительное 5-30 мин.

Чтобы подавить адсорбцию никотина и повысить адсорбцию ТНА согласно изобретению значение рН экстракта в контакте с высокогидрофобным адсорбентом предпочтительно выше 2, но ниже 10 и, более предпочтительно выше 4, но ниже 10. Значение рН можно регулировать введением кислоты или щелочи. Предпочтительная температура экстракционного раствора 0-100^оС и, более предпочтительно 20-60^оС.

Прошедший адсорбцию/разделение экстракт отделяют (S5) от высокогидрофобного адсорбента (отработанного адсорбента 17). Если контакт между экстрактом и высокогидрофобным адсорбентом осуществляют введением адсорбента в экстракт и перемешиванием, то эту операцию отделения выполняют фильтрацией. И если контакт между экстрактом и высокогидрофобным адсорбентом выполняют за счет прохождения экстракта через слой высокогидрофобного адсорбента, то экстракт после адсорбции, разумеется, вытекает из слоя высокогидрофобного адсорбента в состоянии, отделенном от адсорбента. Полученный таким образом экстракт 16, уже прошедший адсорбционную обработку, вводят (S5) полностью или частично в полотно восстановленного 5 табака - после или без концентрирования экстракта; таким образом можно получить восстановленный табачный материал 18. Сигарета, полученная с использованием таким образом полученного восстановленного табачного материала 18, имеет значительно пониженное количество ТНА в дыме при горении.

Приводимое выше описание изложено в качестве осуществлений изобретения, но оно ими не ограничивается. Разумеется, упоминаемые выше осуществления можно комбинировать.

Далее изобретение описывается со ссылкой на различные примеры, не ограничивающие настоящее изобретение.

В приведенных ниже примерах количество ТНА было измерено по способу измерения ТНА в резаном табаке сорта «Ариста» (Нормативный способ Т-309: Определение нитрозоаминов в цельном табаке, разработанный Министерством здравоохранения, от 31 декабря 1999 г.). В частности, в целях измерения табачный экстракт или обработанную адсорбентом жидкость исследовали жидкостной хроматографией - масс-спектрометрией/масс-спектрометрией. Количество никотина измеряли по стандарту DIN 10373 Немецкого Института Нормализации. В частности, в табачный экстракт или в обработанную адсорбентом жидкость ввели гидроксид натрия, чтобы сделать его/ее щелочной, и затем в нее также ввели гексан. Полученное вещество смешали, чтобы направить никотин в гексановую фазу и потом только гексановую фазу, для измерения, исследовали методом газовой хроматографии/хроматографическим методом структурно-группового анализа с применением флуоресцирующих индикаторов.

Примеры 1-8

При температуре 25^оС 100 г резаного табачного листа (X-KL1) смешали с 1000 мл воды и смесь перемешали, тем самым осуществляя экстрагирование резаного табака. Полученную таким образом экстракционную смесь профильтровали, чтобы разделить ее на экстракционный раствор и экстракционный остаток. Из экстракционного остатка изготовили полотно восстановленного табака.

Прочие данные: активированный уголь (со средним диаметром частиц 1100 мкм, с удельной площадью поверхности 1638 кв.м/г) был введен в экстракционный раствор (рН: 6,0) в количествах (%), указанных в Таблице 1 по отношению к количеству растворимых компонентов экстракционного раствора; перемешивание выполняли в течение времени (время адсорбционной обработки), указываемого в Таблице 1, при 25^оС, с последующей фильтрацией. Были анализированы: общее количество ТНА и количество никотина в экстракционном растворе (фильтрате) после адсорбционной обработки. Результаты представлены в Таблице 1. Таблица 1 также показывает степень изменения общего содержаний ТНА и никотина. В Таблице 1 термин «без обработки» указывает, что экстракт не проходил адсорбционную обработку (То же относится к Таблицам 2-6).

Таблица 1
	Количество адсорбента (%)	Время адсорб. обработки (мин)	Общее колич. ТНА ( г/г)	Колич. никотина (мг/г)	Степень изменения общего количества ТНА (а)	Степень изменения никотина (б)	Разность (а-б)
Без обработки	-	-	30,5	23,4	-	-	-
Пр.1	13	15	11,8	17,2	-61%	-26%	-35%
Пр.2	13	30	10,0	16,4	-67%	-30%	-37%
Пр.3	13	60	8,9	14,1	-71%	-39%	-31%
Пр.4	13	120	8,5	14,0	-72%	-40%	-32%
Пр.5	25	15	7,7	21,3	-75%	-9%	-66%
Пр.6	25	30	4,1	17,6	-86%	-25%	-62%
Пр.7	25	60	2,6	15,0	-91%	-36%	-56%
Пр.8	50	5	6,2	15,5	-80%	-34%	-46%

По результатам Таблицы 1 видно, что при использовании адсорбента (активированного угля) в количестве 10-50% от количества растворимых компонентов в экстракте и когда адсорбционную обработку выполняли от 5 до 60 мин, то ТНА уменьшились на 60% или более, с одновременным подавлением степени уменьшения количества никотина в пределах менее 40% (Примеры 1-3 и 5-8). В частности, когда количество применявшегося адсорбента было равно 25% от количества растворимых компонентов в экстракте, и когда адсорбционную обработку проводили с течение 15-30 мин, то разница между степенью изменения общего количества ТНА и степенью изменения количества никотина составила от -62 до -66%; и этом говорит о повышении ТНА-избирательной удаляемости (Примеры 5-6).

Экстракты, прошедшие адсорбционную обработку согласно Примерам 1-3 и 5-6, были введены в полотно восстановленного табака, соответственно, с получением восстановленного табачного материала.

Примеры 9-11

Были выполнены те же операции, что и в Примерах 1-8, за тем исключением, что искусственный адсорбент на основе стирольного пластика с бромовой химической связью (SP 207 производства компании Mitsubishi Chemical Corp.) был использован в качестве высокогидрофобного адсорбента в соответствующих количествах, указываемых в Таблице 2, и его перемешивали вместе с экстрактом в течение соответствующих периодов, указываемых в Таблице 2. Результаты анализа общего количества ТНА и количества никотина в экстракте (фильтрате) после адсорбционной обработки также указаны в Таблице 2.

Таблица 2
	Количество адсорбента (%)	Время адсорбционной обработки (мин)	Общее количество ТНА ( г/г)	Количество никотина (мг/г)	Степень изменения общего количества ТНА (а)	Степень изменения никотина (б)	Разность (а-б)
Без обработки	-	-	32,3	20,4	-	-	-
Пр.9	50	15	8,7	18,9	-73%	-7%	-66%
Пр.10	50	30	7,2	18,1	-78%	-11%	-66%
Пр.11	50	60	5,9	15,9	-82%	-22%	-60%

Результаты Таблицы 2 показывают, что общее количество ТНА было уменьшено на 70% с одновременным подавлением степени уменьшения количества никотина в пределах 25% в каждом примере. В частности, когда количество применявшегося адсорбента было равно 50% от количества растворимых компонентов в экстракте, и когда адсорбционную обработку проводили с течение 15-30 мин, то разница между степенью изменения общего количества ТНА и степенью изменения количества никотина составила от -66%, и это говорит о повышении ТНА-избирательной удаляемости (примеры 9-10).

Экстракты, прошедшие адсорбционную обработку согласно примерам 9-11, были введены в полотно восстановленного табака, соответственно, с получением восстановленного табачного материала.

Примеры 12-14

Были выполнены те же операции, что и в примерах 1-8, за тем исключением, что активированный уголь со средним диаметром частиц в 150 мкм и с удельной площадью поверхности, равной 1140 кв.м/г, был использован в качестве высокогидрофобного адсорбента в соответствующих количествах, указываемых в Таблице 3, и его перемешивали вместе с экстрактом в течение соответствующих периодов, указываемых в Таблице 3. Результаты анализа общего количества ТНА и количества никотина в экстракте (фильтрате) после адсорбционной обработки также указаны в Таблице 3.

Таблица 3
	Количество адсорбента (%)	Время адсорбционной обработки (мин)	Общее количество ТНА ( г/г)	Количество никотина (мг/г)	Степень изменения общего количества ТНА (а)	Степень изменения никотина (б)	Разность (а-б)
Без обработки	-	-	30,5	23,4	-	-	-
Пр.12	50	15	3,9	22,6	-87%	-3%	-84%
Пр.13	50	30	2,8	19,3	-91%	-17%	-73%
Пр.14	50	60	1,9	15,3	-94%	-35%	-59%

Результаты Таблицы 3 показывают, что общее количество ТНА было уменьшено на 70% или более, с одновременным подавлением степени уменьшения количества никотина в пределах 35% в каждом примере. В частности, когда количество применявшегося адсорбента было равно 50% от количества растворимых компонентов в экстракте и когда адсорбционную обработку проводили с течение 15-30 мин, то разница между степенью изменения общего количества ТНА и степенью изменения количества никотина составила от -73 до -84%, и это говорит о повышении ТНА-избирательной удаляемости (примеры 12-13).

Экстракты, прошедшие адсорбционную обработку согласно примерам 12-14, были введены в полотно восстановленного табака, соответственно, с получением восстановленного табачного материала.

Примеры 15-20

Резаный табак был экстрагирован согласно процедурам примеров 1-8, и полученные таким образом экстракты были отрегулированы до значений рН 2,0 или 10,0 введением кислоты (уксусной кислоты) или щелочи (гидроксид натрия). Экстракты были обработаны активированным углем, использованным в примерах 12-14 в соответствующих условиях, указываемых в Таблице 4. Результаты анализа общего количества ТНА и никотина в экстракте (фильтрате) после адсорбционной обработки приводятся в Таблице 4.

Таблица 4
	рН экстр. р-ра	Количество адсорбента (%)	Время адсорбционной обработки (мин)	Общее количество ТНА ( г/г)	Количество никотина (мг/г)	Степень изменения общего количества ТНА (а)	Степень изменения никотина (б)	Разность (а-б)
Без обработки		-	-	30,5	23,4	-	-	-
Пр.15	2,0	50	15	23,8	23,3	-22%	-0%	-22%
Пр.16	2,0	50	30	23,4	22,9	-23%	-2%	-21%
Пр.17	2,0	50	60	24,1	22,5	-21%	-4%	-17%
Пр.18	10,0	50	15	1,3	3,0	-96%	-87%	-9%
Пр.19	10,0	50	30	0,8	1,5	-97%	-93%	-4%
Пр.20	10,0	50	60	0,9	1,1	-97%	-95%	-2%

Согласно Таблице 4 при значении рН раствора, равном 2,0, и ТНА, и никотин адсорбировались трудно (примеры 15-17), но при значении рН раствора, равном 10,0, было удалено около 90% или более и ТНА, и никотина (примеры 18-20). В случае примеров 12 14, в которых значение рН экстракта было равно 6,0, и ТНА-избирательная адсорбция была хорошей: значение рН раствора предпочтительно выше 2, но меньше 10. То есть для повышенного ТНА-избирательного удаления предпочтительно, чтобы значение рН экстракта было выше 4,0, при котором ТНА ионизируются, но ниже 10, при котором никотин ионизируется.

Примеры 21-38

Выполнены те же процедуры, что и в Примерах 1-8, за тем исключением, что активированный уголь был использован в других условиях, которые указаны в Таблице 5. Результаты анализа общего количества ТНА и никотина в экстракте (фильтрате) после адсорбционной обработки также указаны в Таблице 5.

Таблица 5
	Количество адсорбента (%)	Время адсорбционной обработки (мин)	Общее количество ТНА ( г/г)	Количество никотина (мг/г)	Степень изменения общего количества ТНА (а)	Степень изменения никотина (б)	Разность (а-б)
Без обработки	-	-	30,5	23,4	-	-	-
Пр.21	2	15	26,2	20,4	-14%	-13%	-2%
Пр.22	2	30	27,9	19,6	-9%	-16%	7%
Пр.23	2	60	27,7	19,3	-9%	-18%	8%
Пр.24	2	120	24,8	19,1	-19%	-18%	0%
Пр.25	5	15	27,4	18,2	-10%	-22%	12%
Пр.26	5	30	24,5	18,1	-20%	-22%	3%
Пр.27	5	60	22,3	16,2	-27%	-31%	4%
Пр.28	5	120	16,6	16,1	-45%	-31%	-14%
Пр.29	50	120	3,7	3,3	-88%	-86%	-2%
Пр.30	125	30	2,2	0,2	-93%	-99%	7%
Пр.31	250	5	0,1	4,2	-100%	-82%	-18%
Пр.32	250	15	1,8	1,7	-94%	-93%	-1%
Пр.33	250	30	1,1	0,6	-96%	-98%	1%
Пр.34	250	60	1,0	0,7	-97%	-97%	0%
Пр.35	500	5	0,0	1,4	-100%	-94%	-6%
Пр.36	500	15	0,4	0,5	-99%	-98%	-1%
Пр.37	500	30	0,0	0,0	-100%	-100%	0%
Пр.38	500	60	0,0	0,0	-100%	-100%	0%

Согласно результатам Таблицы 5 в случаях, когда количество используемого адсорбента и период адсорбции выходят за пределы, определенные данным изобретением, то невозможно обеспечить повышение адсорбции ТНА с одновременным подавлением адсорбции никотина.

Примеры 39-47

Выполнены те же операции, что и для примеров 1-8, за тем исключением, что активный глинозем, являющийся гидрофильным адсорбентом, был использован в качестве адсорбента в соответствующих количествах, указываемых в Таблице 6, и его перемешивали вместе с экстрактом в течение соответствующего периода, указываемого в Таблице 6. Результаты анализа общего количества ТНА и никотина в экстракте (фильтрате) после адсорбционной обработки также указаны в Таблице 6.

Таблица 6
	Количество адсорбента (%)	Время адсорбента обработки (мин)	Общее количество ТНА ( г/г)	Количество никотина (мг/г)	Степень изменения общего количества ТНА(а)	Степень изменения никотина (б)	Разность (а-б)
Без обработки	-	-	33,7	25,1	-	-	-
Пр.39	50	15	30,7	22,9	-9%	-9%	0%
Пр.40	50	30	30,7	23,5	-9%	-6%	-3%
Пр.41	50	60	33,3	24,4	-1%	-3%	2%
Пр.42	250	15	31,8	23,2	-6%	-8%	2%
Пр.43	250	30	32,8	22,8	-3%	-9%	6%;
Пр.44	250	60	32,6	23,7	-3%	-6%	2%
Пр.45	500	15	32,2	24,4	-5%	-3%	-2%
Пр.46	500	30	33,3	24,7	-1%	-1%	0%
Пр.47	500	60	33,1	25,0	-2%	0%	-2%

Согласно данным Таблицы 6: при использовании гидрофильного адсорбента ТНА по существу не удаляются.

Как упомянуто выше, согласно изобретению обеспечена возможность отделения никотина и ТНА от экстракционного раствора, получаемого из натурального табачного материала, относительно простым способом и возможность изготовления восстановленного табачного материала, по существу не имеющего ТНА - с одновременным максимально возможным подавлением потери никотина.