Brevet FR2582571A1 — publié le 19861205

La présente invention a pour objet un procédé de fabrica- tion d'un matériau à fumer dans lequel on forme, à l'aide d'une extrudeuse, un ruban expansé d'un mélange comprenant au moins du carboxyméthylamidon et de l'eau. Elle a également pour objet un matériau à fumer expansé com- prenant au moins du carboxyméthylamidon et de l'eau. Un tel procédé permet la fabrication d'un ersatz de tabac. De plus, la possibilité d'incorporer au mélange des pous- sières de tabac naturel procure un moyen de récupération de ces poussières, que l'industrie du tabac produit en assez grandes quantités. On connatt déjà de nombreux procédés de fabrication d'er- satz de tabac. Par exemple, l'U.S. 3 098 492 enseigne l'extrusion du mé- lange d'un type d'amidon peu soluble dans l'eau froide et d'une poudre de tabac. Après extrusion, la matériau doit être séché, ce qui implique une consommation assez impor- tante d'énergie. De plus sa densité est trop élevée par rapport à celle du tabac. Pour réduire la densité du produit obtenu, l'U.S. 4 391 285 et la demande européenne 0 113 595 enseignent l'emploi, comme agent d'expansion d'un mélange contenant de la pou- dre de tabac, d'un liquide volatil incorporé au mélange, dont la vaporisation, sous l'action de la chaleur apres extrusion, provoque l'expansion du matériau. L'U.S. 4 233 993 enseigne l'extruaion d'un ruban compre- nant du carboxyméthylamidon, et son expansion à l'aide d'un liquide volatil. Dans ces trois derniers cas, on obtient un matériau de fai- ble densité, comparable à celle du tabac, mais d'une rigi- dité et d'une consistance telles qu'il ne donne pas, après hachage, des brins pouvant être introduits et se comporter comme du tabac naturel dans une cigarette. De plus, la vaporisation du liquide volatil utilisé comme agent d'expansion implique une consommation assez impor- tante d'énergie. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, elle a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau à fumer dans lequel 'on forme, à l'aide d'une extrudeuse, un ruban expansé d'un matériau comprenant au moins du carboxyméthylamidon et de l'eau caractérisé par le fait que l'on introduit, à l'entrée de l'extrudeuse, avec le carboxyméthylamidon, de la poudre de tabac en quantité telle que le rapport entre le poids de la poudra de tabac et le poids du carboxyméthylamidon soit supérieur ou égal a 0/100 et inférieur à environ 65/35, puis une solution aqueuse d'un premier composé, et, avant la sortie de l'ex- trudeuse, une solution aqueuse d'un deuxième composé, tel que sa réaction, en solution, avec le premier composé, don- ne naissance à un dégagement gazeux, le pourcentage de la quantité d'eau totale introduite, par rapport à la matière introduite, étant compris entre environ 15 % et environ %, on chauffe une zone du corps de l'extrudeuse voisine de l'entrée, pour que-la température y reste comprise entre environ 60 C et environ 80OC, et on refroidit le reste du corps de l'extrudeuse pour que la température du matériau en sortie soit voisine de la température ambiante. Avec le procédé de l'invention, le matériau obtenu est du- rablement cohérent et souple, et il peut être haché pour produire des brins souples et élastiques comparables à ceux obtenus à partir du tabac naturel. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire que l'on chauffe le matériau après extrusion, ce qui réduit l'énergie consom- mée pour la mise en oeuvre du procédé. Ce résultat est obtenu parce que, dans un mélange de pou- dre de tabac, de matrice polymère aux propriétés liantes, et d'eau, classiquement utilisé pour fabriquer un ersatz de tabac, on a sélectionné le carboxyméthylamidon comme matrice polymère, pour l'utiliser conjointement avec un procédé ne nécessitant pas un chauffage important du mé- lange, pour éviter une cuisson de la matrice polymère, responsable de la rigidité des matériaux connus. Dans les procédés connus, on doit chauffer le mélange soit pour le sécher, soit pour obtenir son expansion par vapori- sation d'un produit volatil. Le procédé de l'invention prévoit l'apport d'une quantité d'eau relativement faible dans le mélange, ce qui rend inutile un séchage. Il prévoit également un procédé d'expansion original qui consiste à provoquer un dégagement gazeux au sein du mélange par réac- tion chimique, à froid, de deux composés. Le procédé de l'invention permet ainsi, après un chauffage modéré à l'entrée de l'extrudeuse, pour diminuer la visco- sité du mélange, de refroidir ensuite constamment celui-ci au cours de sa progression dans l'extrudeuse, pour éviter sa cuisson, et permet d'obtenir, avec, comme matrice poly- mère, du carboxyméthylamidon, un matériau expansé durable- ment souple et cohérent. Le chauffage à l'entrée de l'extrudeuse doit être suffisant pour diminuer la viscosité du mélange à cet endroit, ce qui se produit au-dessus de 60 environ, mais il doit rester inférieur à 80 pour éviter toute cuisson. La sélection qui a été faite du carboxyméthylamidon, parmi l'ensemble des matrices polymères connues, résulte du fait que cet amidon modifié de type axionique possède une for- mule chimique permettant une hydratation sans chauffage, insensible à une élévation modérée de la température, et qui ne rétrograde pas à froid, c'est-à-dire qui ne donne lieu ni à une gélification, ni à une précipitation. Ainsi, le carboxyméthylamidon peut se dissoudre dans l'eau à température modérément élevée pour conférer au mélange de durables qualités de souplesse. Les autres matrices polymères habituellement utilisées ne conviennent pas. C'est ainsi que, ai l'on remplace le car- boxyméthylamidon par de la cellulose, on obtient un maté- riau dont la structure n'est pas cohérente, car les méca- nismes de création des liaisons hydrogène nécessaires à I'obtention de cette cohésion ne peuvent se produire à cau- se de la durée trop brève du procédé, et de la quantité d'eau trop faible mise en jeu. Les dérivés cellulosiques conduisent à un matériau plutôt filmogène insuffisamment cohérent et, de plus, les dérivés cellulosiques non ioni- ques comme la méthylcellulose floculent au-dessus de 55 . Or, comme cela a été signalé, il est nécessaire que la tem- pérature à l'entrée de l'extrudeuse soit d'au moins 60 pour réduire la viscosité du mélange. Les alginates condui- sent à un matériau friable car sa structure est insuffisam- ment retentrice d'eau. Les pectines conduisent à un maté- riau épais, mais sans structure. Les matrices polymères d'origine animale, comme la gélatine ou la caséine condui- sent à un matériau dont l'odeur est désagréable. Enfin, l'amidon natif, qui rétrograde à froid, conduit à une struc- ture trop rigide. La poudre de tabac et le carboxyméthylamidon sont in- troduits à l'entrée de l'extrudeuse dans des proportions telles que le poids de carboxyméthylamidon représente au moins 35 % du poids total. Une proportion de carboxy- méthylamidon inférieure à cette limite conduit, comme on pourra le constater à travers un exemple, à un matériau non cohérent qui s'effrite comme une pierre friable.La proportion de tabac n'a d'importance que pour la saveur du matériau obtenu, et reste sans influence sur ses qualités plastiques. Ainsi on peut envisager de mettre une propor- tion très faible, voire nulle de poudre de tabac. i La poudre de tabac sera avantageusement d'une granulométrie inférieure à 500 /um, cette limite étant liée à l'homogé- néité du matériau final, et dépendant du type d'extrudeuse utilisé. Ainsi, une extrudeuse bi-vis, qui permet un meil- leur malaxage qu'une extrudeuse mono-vis, permettra d'obte- nir, à partir d'une poudre de granulométrie donnée, un ma- tériau plus homogène que celui obtenu avec une extrudeuse mono-vis. Avantageusement, on introduit après la zone.chauffée du corps de l'extrudeuse, voisine de l'entrée, la solution aqueuse du premier composé Dans la zone du corps de l'ex- trudeuse voisine de la sortie, après l'introduction de la solution aqueuse du deuxième composé, le premier et le deu- xième composé réagissent. Cette réaction dégage un gaz qui reste soumis à la pression ambiante élevée dans le corps de l'extrudeuse, mais se dilate dès sa sortie, pour expan- ser le ruban extrudé. Si le deuxième composé est introduit trop tôt, une mousse préjudiciable au ban fonctionnement de l'appareil peut se former. Avantageusement, les deux solutions aqueuses sont introdui- tes en quantités égales. Comme des exemples permettront de le constater, une proportion totale d'eau inférieure à en- viron 15 % correspond à un mélange trop sec qui bloque l'extrudeuse, et une proportion supérieure à environ 30 % donne un matériau peu structuré et qui se délite. La pro- portion d'eau préférée est de 25 %. Un des composés peut par exemple être choisi dans le groupe formé par le bicarbonate de soude, le bicarbonate de po- tassium, le carbonate acide d'ammonium, l'oxalate d'ammo- nium. L'autre composé peut alors être choisi dans le groupe formé par l'acide citrique, l'acide oxalique, l'acide lac- tique et l'acide malique. Les concentrations du premier composé et du deuxième com- posé, avantageusement égales, doivent être supérieures à environ 3 %. En dessous de cette limite, le dégagement ga- zeux est insuffisant pour provoquer une expansion et la densité du matériau obtenu est trop élevée, comme le mon- trera un exemple. Des concentrations supérieures à 8 % sont possibles, mais au-delà de cette limite, le dégagement gazeux supplémentaire n'apporte aucune modification dans l'expansion. Les concentrations préférées sont de 5 %. Le couple formé par le bicarbonate de soude et l'acide citri- que,qui ne laisse aucune saveur désagréable au matériau, est préféré. L'acide citrique est d'ailleurs présent natu- rellement dans le tabac. Les composés peuvent être introduits dans un ordre quelcon- que, mais impérativement de façon séparée. Avantageusement, on utilise une extrudeuse dont la vis est pourvue d'un contre-filet entre l'endroit o est introduit la solution du premier composé et l'endroit o est introduit la solu- tion du second composé. Ce contre-filet, comprenant par exemple et de manière classique, un filet disposé à contre- sens par rapport aux filets de la vis, et pourvu de fenê- tres, permet de créer localement une surpression favo- risant le malaxage du mélange et,ici, la pénétration de l'eau dans la matrice polymère. Il a aussi ici pour fonc- tion d'éviter la remontée du gaz dégagé par la réaction des deux composés, et de la mousse qui l'accompagne éven- tuellement. Avantageusement, on peut introduire dans l'extrudeuse, avec les solutions du premier ou du deuxième composé, ou dans une solution introduite spécialement des additifs classiques, par exemple: - des humectants comme la glycérine et le sorbitol en pro- portion inférieure à environ 10 %; - des modificateurs de combustion comme le carbonate de so- dium, le citrate de calcium et le phosphate acide di-ammo- nique, en proportion inférieure à environ 5 %; - des agents moussants tensio-actifs, comme le sodium lau- ryl sulfate, en proportion inférieure à environ 5 %; - et des agents de saveur, comme de la poudre de cacao, de la réglisse, du miel, en proportion inférieure à environ 2 % pour chacun d'eux. Dans ce cas c'est la quantité d'eau totale introduite qui doit rester comprise dans les limites données. Il est par ailleurs possible d'ajouter au carboxyméthylami- don un pourcentage inférieur à environ 5 % d'une ou plu- sieurs matrices polymères connues pour modifier, par exem- ple, les conditions d'écoulement dans l'extrudeuse. La présente invention a par ailleurs également pour objet un matériau à fumer, comprenant du carboxyméthylamidon, ca- ractérisé par le fait qu'il comprend au moins 35 % en poids de carboxyméthylamidon, au plus 10 % d'humectants, au plus % de modificateurs de combustion, au plus 5 % d'agents tensio-actifs, des agents de saveur en proportion au plus égale à 2 % pour chacun d'eux, le reste étant du tabac, qu'il possède une structure souple et cohérente, et que sa densité est comprise entre environ 1 et environ 1,4. La présente invention sera mieux.comprise à l'aide de la description suivante d'exemples de mise en oeuvre du procé- dé de l'invention. a Exemple N 1 On a utilisé une extrudeuse bi-vis de type classique, pour- vue d'une entrée principale et de deux entrées auxiliaires, la première située peu après l'entrée principale et la se- conde juste avant la sortie, pourvue d'un manchon de chauf- fage au voisinage de l'entrée et de trois manchons de re- froidissement Jointifs entre le manchon de chauffage et la sortie, et dont la vis est pourvue d'un contre-filet situé entre les deux entrées auxiliaires. On a introduit à l'entrée principale du carboxyméthylami- don à un débit de 12,2 kg/h et de la poudre de tabac de granulométrie inférieure à 500 /um, à un débit de 16 kg/h. On a introduit, à l'aide d'une première pompe reliée à la première entrée auxiliaire, une solution aqueuse à 5 % de bicarbonate de soude et à 5 % de glycérine, à un débit de 4,6 1/h. On a introduit, à l'aide d'une seconde pompe re- liée à la seconde entrée auxiliaire, une solution aqueuse à 5 % d'acide citrique et à 0,5 % de sodium lauryl sulfate, à un débit de 4,6 1/h. Les manchons de chauffage et de refroidissement ont été réglés pour que, en régime perma- nent, les températures dans chacune des quatre zones cor- respondant aux quatre manchons soient, de l'entrée vers la sortie, égales à: 66 C, 82 0C, 45 C et 22 C. Le ruban obtenu en sortie de l'extrudeuse était correcte- ment expansé, la densité du matériau était de 1,2, sa structure était souple et cohérente de manière durable dans le temps et il possédait une saveur agréable de tabac. Exemple N 2 En se plaçant rigoureusement dans les mêmes conditions que précédemment, on a supprimé la glycérine, et le sodium lauryl sulfate. Le matériau obtenu ne se distinguait du matériau obtenu dans l'expérience de l'exemple I que par des caractéristi- ques secondaires. Exemple N 3 En se plaçant dans les mêmes conditions que dans l'exemple N 01,on a interverti les introductions de la solution de bi- carbonate de soude et de glycérine, et de la solution d'a- cide citrique et de sodium lauryl sulfate. On a obtenu un matériau identique à celui obtenu dans l'ex- périence de l'exemple N 1. Exemple N 4 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, on a changé uniquement les débits de la première et de la deuxième pom- pes, pour introduire chacune des solutions aqueuses à un débit de 10 1/h. Le matériau obtenu en sortie n'était pas structuré, il se présentait sous forme d'une pâte se délitant et se séparant en une phase solide et une phase liquide. Exemple N 5 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, on a changé uniquement les débits de la première et de la deuxième pom- pes, pour introduire chacune des solutions aqueuses à un débit de 2 1/h. L'extrudeuse s'est bloquée car le mélange était trop compact. Exemple N 6 Par rapport aux conditions de l'exemple ND 1, on a changé les proportions de carboxyméthylamidon et de poudre de ta- bac pour introduire le carboxyméthylamidon à un débit de 8,2 kg/h et la poudre de tabac a un débit de 20 kg/h. Le matériau obtenu en sortie s'effritait comme une pierre friable, n'ayant aucune cohérence. Exemple N 7 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, on a changé les proportions de carboxyméthylamidon et de poudre de ta- bac pour introduire le carboxyméthylamidon à un débit de kg/h et la poudre de tabac à un débit de 8,2 kg/h. Le matériau obtenu en sortie était comparable, pour ses qualités plastiques et sa densité, au matériau obtenu dans l'expérience de l'exemple N 1, mais sa saveur de tabac était beaucoup moins prononcée. Exemple N 8 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, on a rempla- cé le bicarbonate de soude par du carbonate acide d'ammo- nium et l'acide citrique par de l'acide oxalique, en con- servant les mêmes concentrations. Le matériau obtenu en sortie était comparable, pour ses qualités plastiques et sa densité, au matériau obtenu dans l'expérience de l'exemple N 1, mais possédait une saveur désagréable d'ammoniac. Exemple N 9 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, les concen- trations des solutions de bicarbonate de soude et d'acide citrique ont été réduites à 2 %. Il Le matériau obtenu en sortie n'était pas expansé, et pré- sentait une structure très dense sans inclusion d'air. Exemple N 10 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, les concen- trations des solutions de bicarbonate de soude et d'acide citrique ont été augmentées à 9 %. Le matériau obtenu en sortie était comparable à celui ob- tenu dans l'expérience de l'exemple N 1. Exemple N 11 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, la concen- tration de la solution de bicarbonate de soude a été rédui- te à 3 % et celle de la solution d'acide citrique a été augmentée à 8 %. Le matériau obtenu en sortie était comparable à celui ob- tenu dans l'expérience de l'exemple N 1. Exemple N 12 Par rapport aux conditions de l'exemple N 1, la concen- tration de la solution de bicarbonate de soude a été aug- mentée à 8 % et celle de la solution d'acide citrique a été réduite à 3 %. Le matériau obtenu en sortie était comparable à celui ob- * tenu dans l'expérience de l'exemple N 1. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un matériau à fumer dans le- quel on forme, à l'aide d'une extrudeuse, un ruban expansé d'un matériau comprenant au moins du carboxyméthyleamidon et de l'eau caractérisé par le fait que l'on introduit, à l'entrée de l'extrudeuse, avec le carboxyméthylamidon, de la poudre de tabac en quantité telle que le rapport entre le poids de la poudre de tabac et le poids du carboxyméthyl- amidon soit supérieur ou égal à 0/100 et inférieur à envi- ron 65/35, puis une solution aqueuse d'un premier composé, et, avant la sortie de l'extrudeuae, une solution aqueuse d'un deuxième composé, tel que as réaction, en solution, avec le premier composé, donne naissance à un dégagement gazeux, le pourcentage de la quantité d'eau totale intro- duite, par rapport à-la matière introduite, étant compris entre environ 15 % et environ 30 %, on chauffe une zone du corps de l'extrudeuse voisine de l'entrée, pour que la tem- pérature y reste comprise entre environ 60 0C et environ 80 C, et on refroidit le reste du corps de l'extrudeuae pour que la température du matériau en sortie soit voisine de la température ambiante. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choi- Bit un des composés dans le groupe formé par le bicarbonate de soude, le bicarbonate de potassium, le carbonate acide d'ammonium, l'oxalate d'ammonium, on choisit l'autre compo- sé dans le groupe formé par l'acide citrique, l'acide oxa- lique, l'acide lactique et l'acide malique, et les concen- trations des solutions aqueuses sont comprises entre envi- ron 3 % et environ 8 %. 3.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel les con- centrations des solutions aqueuses sont égales à 5 %. 4.- Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel l'un des composés est le bicarbonate de soude et l'autre composé est l'acide citrique. 5.- Procédé selon l'une des revendications I à 4, dans le- quel on utilise une extrudeuse dont la vis est pourvue d'un contre-filet situé entre l'endroit o on introduit la so- lution aqueuse du premier composé, et l'endroit o on in- troduit la solution aqueuse du deuxième composé.. 6.- Procédé selon l'une des revendications I à 5, dans le- quel le pourcentage de la quantité d'eau totale introduite est de 25 %. 7.- Matériau à fumer, comprenant du carboxyméthylamidon, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins 35 % en poids de carboxyméthylamidon, au plus 10 % d'humectants, au plus 5 % de modificateurs de combustion, au plus 5 % d'agents tensio-actifs, des agents de saveur en proportion au plus égale à 2 % pour chacun d'eux, le reste étant du tabac, qu'il possède une structure souple et cohérente, et que sa densité est comprise entre environ 1 et environ 1,4.