(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タバコ特有ニトロサミン（ＴＳＮＡ）及び可溶性金属イオンを水性タバコ抽出物から選択的に除去する方法であって、
水性タバコ抽出物を準備し、
前記抽出物をＴＳＮＡ選択吸着剤と接触させるステップを含み、前記ＴＳＮＡ選択吸着剤は少なくとも２のＴＳＮＡ選択吸着指数を有し、
前記抽出物を金属選択吸着剤と接触させるステップを含み、前記金属選択吸着剤は、少なくとも１５の金属選択吸着指数を有し、
前記ＴＳＮＡ選択吸着剤及び前記金属選択吸着剤を前記抽出物と接触させる前に前記水性タバコ抽出物を濃縮することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記金属選択吸着剤は、約６０のＣｄ吸着指数を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属選択吸着剤は、官能化樹脂である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記樹脂は、イミノ二酢酸基で官能化される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記金属選択吸着剤は、キレート機能基で官能化されたスチレン・ジビニルベンゼン樹脂である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記金属選択吸着剤は、カドミウム、ニッケル、水銀、鉛及び／又は砒素の除去のために少なくとも１５の金属選択吸着指数を有する請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
水性タバコ抽出物を用いることにより再構成タバコを製造することに関する種々の方法が開示されている。例として、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５を参照されたい。タバコプラントの抽出物の内容物を調整するための種々の方法もまた開示された。例えば、特許文献６は、水性タバコ抽出物を取得するためにタバコプラント部分を水と接触させ、前述の抽出物がその特定の金属イオンの内容物を調整するように処理し、処理された水性タバコ抽出物を抽出されたタバコ部分と再び組み合わせることを説明する。特許文献７は、タバコ材料を脱窒素するためのプロセスを説明し、ここでは、クラウンエーテルを含む有機溶剤を用いて、可溶性タバコ構成成分の水溶液から特定の成分を抽出する。特許文献８、特許文献９、及び特許文献１０は、タバコからニコチンといったアルカロイドを除去するのに超臨界溶剤を用いることを説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第１，０１６，８４４号
【特許文献２】米国特許第３，７６０，８１５号
【特許文献３】米国特許第３，８４７，１６３号
【特許文献４】米国特許第３，３８６，４４９号
【特許文献５】米国特許第４，６７４，５１９号
【特許文献６】米国特許第３，６１６，８０１号
【特許文献７】米国特許第５，８１０，０２０号
【特許文献８】米国特許第４，１５３，０６３号
【特許文献９】米国特許第５，１１９，８３５号
【特許文献１０】米国特許第５，４９７，７９２号
【特許文献１１】米国特許第５，３３９，８３８号
【特許文献１２】米国特許第５，０７９，２７４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
タバコプラント抽出物から特定の成分を選択的に分離するための改善された方法及び装置が開示される。本明細書は、とりわけ、水性タバコ抽出物から特定の成分を経済的かつ選択的に除去するための方法及び装置を説明する。例えば、水性タバコ抽出物からタバコ特有ニトロサミン（ＴＳＮＡ）の量を選択的に還元する方法は、抽出物とＴＳＮＡ選択吸着剤を接触させることを含む。本明細書において用いられるように、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、アルカロイドといった水性タバコ抽出物の他の成分より実質的に大きい程度まで、ＴＳＮＡ化合物を選択的に吸着する作用剤である。ＴＳＮＡ選択吸着剤は、好ましくは２より大きい、より好ましくは４より大きい、最も好ましくは約８より大きいＴＳＮＡ指数を有する。
ＴＳＮＡ選択吸着剤は、多孔性樹脂ポリマーとすることができる。多孔性樹脂ポリマーは、ビーズ形態で与えることができる。樹脂は、マクロ孔質樹脂とすることができる。樹脂は、膨潤状態で架橋されたスチレン・ジビニルベンゼンコポリマー樹脂であることが好ましい。こうした樹脂の好ましい種類は、マクロ孔及びミクロ孔の両方を含む孔質構造体を有し、すなわち、直径が１００オングストロームのオーダーの相対的に大きいキャビティ及びチャネルを有し、小さいキャビティに枝分かれすることはない。これらの小さい孔は、１００オングストロームより小さい平均直径、例えば、約３０から６０オングストローム、又は約４６オングストロームといった約４０から５０オングストロームの平均直径を有することが好ましい。
【０００４】
さらに、特定の金属イオン（例えば、カドミウム）の量を水性タバコ抽出物から選択的に還元する方法は、抽出物を、金属選択吸着剤と接触させることを含む。金属選択吸着剤は、例えば、ビーズ形態の官能化樹脂とすることができる。樹脂は、膨潤状態で架橋されたスチレン・ジビニルベンゼン樹脂といったポリマー樹脂とすることができ、樹脂には、金属結合官能基が組み込まれている。官能化樹脂は、キレート機能基といった金属結合官能基を含むことができる。好ましいキレート機能基の種類は、イミノ二酢酸機能基である。
上述の方法は、さらに、タバコプラント部分を切断する、タバコプラント部分を収集する、及びタバコプラント部分を水といった水性溶液と接触させるように水性タバコ抽出物を製造するステップを含むことができる。上述の方法は、さらに、水性タバコ抽出物を濃縮するステップを含むことができる。上述の方法ステップは、水性タバコ抽出物の複数の成分を選択的に除去するステップを含む処理方法の一部として組み合わせることができる。さらに、濃縮タバコ抽出物を複数の選択吸着剤と接触させるステップを、タバコ抽出物を選択吸着剤の混合ベッドと接触させる単一のステップと組み合わせるように方法を組み合わせることができ、一連の選択剤は、樹脂接触容器の長さに沿って分散されるか、又は、各々の選択吸着剤を含む一連の接続容器に分散される。
【０００５】
或いは、水性タバコ抽出物は、１つ又はそれ以上のバッチプロセスステップにおいて、１つ又はそれ以上の選択吸着剤と接触することができ、抽出物及び作用剤は、作用剤がベッドを形成しないように容器内で接触させられる。例えば、作用剤及び抽出物は、容器内で接触させられて、作用剤が懸架されるが、発泡するほど活発ではない状態に維持するのに十分な攪拌又はかき混ぜを受ける。作用剤及び抽出物は、次いで、濾過といったあらゆる適切な方法、又は、作用剤が沈降するのを可能にすることにより分離され、これは遠心力により加速することができる。
或いは、向流構成を接触ステップにおいて使用することができる。こうした構成においては、水性タバコ抽出物及び選択吸着剤は、容器の対向する部分から導入される。例えば、水性タバコ抽出物は、容器の上方部分に導入することができ、選択吸着剤は、容器の底部分に連続して導入して、作用剤の流速が、抽出物を通る栓流を実現できるようになり、容器の上部又はその近くから収集され、抽出物は、容器の底部又はその近くから収集される。或いは、水性タバコ抽出物は、容器の下方部分に導入することができ、選択吸着剤は、容器の情報部分に導入することができ、水性タバコ抽出物の上向き流速度は、選択吸着剤が抽出物を通って下方に流れるように維持して、作用剤は容器の底部分で又はその近くから収集することができ、抽出物は容器の上部分で又はその近くから収集することができるようにする。
【０００６】
抽出物を、直列又は並列に接続された複数の接触容器に同時に通すことが有利とすることができる。こうしたシステムにおいては、多数の非稼動容器を維持するのがさらに有利とすることができ、これは稼動容器の数とおよそ等しいとすることができ、スタンバイ又は再構成モードにあるとすることができる。
水性タバコ抽出物及び選択吸着剤は、約２対１より少ない長さ対直径の割合を有する接触容器内で接触されることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
タバコのようなプラントから喫煙材料を準備する際、再構成材料は、可溶性抽出物をプラントの不溶性部分から分離することにより製造することができる。可溶性部分及び不溶性部分は別個に処理することができ、次いで、完成品において再び組み合わせることができる。こうした再構成材料は、喫煙物品の種々の部分において用いることができ、自然なタバコ及び／又は他の材料と配合することができる。可溶性部分を処理する際、例えば、他の適用例において用いるために、又は、再構成製品の特性を変化させるために、特定の成分を分離するのが望ましいとすることができる。例えば、全体が引用により本明細書に組み入れられる、本出願人が所有する特許文献６及び特許文献１１を参照されたい。
タバコプラントの水性抽出物は、技術分野において認識されるあらゆる好適な方法、例えば、濾水、蒸留水、脱イオン水、共用栓水、又は水溶液といった水をタバコプラント材料と接触させることを含む方法により生成することができる。酸、基、塩、緩衝剤、及び／又はアルコールのような水溶性溶剤を含む添加剤は、タバコの可溶性構成成分の抽出を変更するように水に加えることができる。
【０００８】
タバコは、通常、処理前に乾燥又は硬化される。或いは又はこれに加えて、タバコの処理において製造されることがあるタバコプラント材料の小片及び粉体は、水性タバコ抽出物を作成する際に用いることができる。タバコ材料は、コンテナ内で、混合物が攪拌される、又は、コンテナを回転させることなどによる別の方法でかき混ぜることができる時間の期間において、水又は水溶液と接触させられる。混合物の温度及び圧力は、抽出プロセスを最適化するように制御することができる。例えば、水又は水溶液の温度は、約４３℃から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）のように約３８℃（約１００°Ｆ）より大きくてよいが、溶液の沸点より低いか又はこれと等しいことが好ましい。好ましい温度は約４６℃〜５２℃（約１１５°Ｆから約１２５°Ｆ）、例えば約４９℃（約１２０°Ｆ）である。上昇した温度の溶液が望まれる場合には、混合物は、抽出期間中に加熱することができ、又は、溶液は、プラント材料に接触する前に加熱することができる。所望の場合には、抽出物は、抽出及び／又は処理中に上昇温度で維持することができる。
タバコの可溶性部分を含む液体水性抽出物は、デカント、濾過、又は遠心分離といったいずれかの適切な方法により、混合物の不溶性部分から分離することができる。例えば、液体部分及び固体部分は、不溶性部分が沈降することが可能になった後で、液体抽出物をデカントすることにより分離することができ、これは、混合物をドラムなどにおいて回転させることにより、混合物を押し付けることにより、バケツ型又はバスケット型のような遠心分離機により、こうしたステップなどの組み合わせ又はシーケンスにより助けることができる。不溶性タバコ部分から液体抽出物を分離するのに好ましい種類の遠心分離機は、Ａｌｆａ−Ｌａｖａｌにより製造されたバスケット型遠心分離機などである。分離後で抽出物の濃縮前、抽出物は、予濃縮抽出物と呼ぶことができる。
【０００９】
本明細書に説明される方法においては、水性抽出物は、濃縮されることが好ましい。濃縮前の水性抽出物における可溶性タバコ成分量は、例えば、抽出物における水性溶液とタバコ材料の比率、葉部分と茎部分の相対的な割合、時間、温度、圧力、及び抽出の他の条件のような種々の要因により影響を受けることがある。抽出物の濃縮は、あらゆる好適な方法により達成することができ、その例は、気化及び逆浸透を含む。抽出物は、水性溶剤の気化により経済的に濃縮できることが好ましい。気化は、抽出物を低下圧力及び／又は上昇温度に曝すことにより、及び、回転容器といった溶剤の露出表面積を増加させる装置により加速することができる。
典型的には、抽出物は、約４３℃から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）、好ましくは約４９℃（約１２０°Ｆ）といった上昇温度で維持される。水性タバコ抽出物の特性は、高温で抽出物の粘性を増加させて、低温が抽出物の流れの処理及び吸着能力を改善するようにすることができる。回転装置上の容器などにおいて抽出物を常に攪拌するか或いは別の方法により混合するのは有利とすることができる。こうした攪拌は、抽出物におけるゲルの形成を阻止するのに十分であることが好ましく、抽出物が発泡するほど活発ではないことが好ましい。
抽出物における濃縮程度は、比重及び屈折率といった種々の方法により測定することができる。本発明の方法において用いるために、抽出物は、１．５×、２×、又は３×から５×の係数だけ濃縮されるのが好ましいとすることができ、例えば、抽出物は、４３℃から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）で約１．２ｇ／ｍｌから約１．３５ｇ／ｍｌの密度に濃縮することができ、例えば１．２８ｇ／ｍｌである。
【００１０】
水性タバコ抽出物からのタバコ特有ニトロサミン（ＴＳＮＡ）の選択的除去
水性タバコ抽出物からＴＳＮＡを選択的に除去するのに効果的なＴＳＮＡ選択吸着剤の好ましい特性が識別された。本明細書に用いられるように、ＴＳＮＡは、化合物４−（メチルニトロサミノ）−１−（３−ピリジル）−１−ブタノン（ＮＮＫ）Ｎ’−ニトロソノルニコチン（ＮＮＮ）、Ｎ’−ニトロソアナバシン（ＮＡＢ）、及びニトロソアナタビン（ＮＡＴ）を含む。したがって、例えば、水性タバコ抽出物からこれらのＴＳＮＡの１つ又はそれ以上の量を選択的に還元する方法は、抽出物とＴＳＮＡ選択吸着剤を接触させることを含むことができる。活性炭のような不特定吸着剤は、ＴＳＮＡといった誘起化合物を水性溶液から除去できるが、好ましい特性の組み合わせを有する吸着剤は、驚くほど選択的で効果的であることが見出された。
好ましいＴＳＮＡ選択吸着剤は、スチレン又はアルキルスチレン及びジビニルベンゼン及び／又はトリビニルベンゼンコポリマー樹脂の高度架橋非イオンコポリマーのビーズを含む。Ｆｒｉｄｅｌ−Ｃｒａｆｔ触媒を用いて膨潤状態において後架橋されたハロアルキル化スチレン・ジビニルベンゼン樹脂のビーズを含む作用剤が好ましい。こうした樹脂は、特許文献１２及びそこに挙げられる引用文献に詳細に説明されており、その全体は引用により組み込まれている。
【００１１】
ＴＳＮＡ選択吸着剤は、非イオン系スチレン・ジビニルベンゼンマクロ孔質樹脂又は高度架橋樹脂とすることができる。高度架橋樹脂は、何百オングストロームのオーダーで、小さい孔及びチャネルに分岐する相対的に大きい孔と、何十オングストロームのオーダーでの直径を有する小さい孔とを有する。したがって、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、幅広い孔径の分散を含む高内表面積を有することが好ましい。好ましいＴＳＮＡ選択吸着剤は、約１００オングストロームより少ない孔径、又は、約５０オングストロームより少ない（例えば、約４６オングストローム）の孔径により特徴付けることができる。ＴＳＮＡ選択吸着剤の内表面積は、約３００ｍ2／ｇからの範囲、より好ましくは少なくとも約１０００ｍ2／ｇ又はそれより大きく、最も好ましくは約１１００ｍ2／ｇとすることができる。約１．１５ｃｍ3／ｇ又はそれより大きい合計多孔率（粒子特有孔隙量）もまた好ましい。好ましいＴＳＮＡ選択吸着剤樹脂は、約２０から５０メッシュまでの粒径と、約５００（ｇ／ビーズ）より大きいクラッシュ強度とを有して、高度架橋樹脂を示す。
スチレン・ジビニルベンゼン樹脂を含む好ましいＴＳＮＡ選択吸着剤は、少なくとも約１．２ｇ／ｃｍ3、例えば約１．２４ｇ／ｃｍ3の固相密度、少なくとも約０．３ｇ／ｃｍ3、例えば約０．３５ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．５０ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．７、例えば０．７１の空隙率を有することができ、バルク空隙率は約０．３、例えば０．３１であり、粒子空隙率は約０．６、例えば０．５９である。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、少なくとも約１．１ｃｍ3／ｇ、例えば約１．１７ｃｍ3／ｇとすることができる。粒径は、好ましいＳａｕｔｅｒ平均直径が約０．７ｍｍとすることができ、数平均直径は約０．６５ｍｍで、粒子の約７０％より大きくなることが好ましく、粒子は０．５ｍｍと０．８ｍｍの間の直径を有することができる。
【００１２】
ＴＳＮＡ選択吸着剤の好ましい特性を有する樹脂の好ましい例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されるＤｏｗｅｘ（商標）Ｏｐｔｏｐｏｒｅ（商標）Ｌ４９３である（この製造者によるＸＵＳ−４３４９３とも示され、気相用途に準備されるときにはＶ４９３とも示される）。Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商標）ＭＮ−２００は、ある意味ではＤｏｗｅｘ（商標）Ｏｐｔｏｐｏｒｅ（商標）Ｌ４９３と同様であり、許容可能なＴＳＮＡ選択吸着剤の別の例である。さらに別の例として、ＴＳＮＡ化合物を水性タバコ抽出物から除去することができるアクリル酸エステルポリマー樹脂は、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  ＨａａｓＸＡＤ−７である。例示的なポリマー樹脂の中で、ＴＳＮＡの選択的な除去に対しては、Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｏｐｔｏｐｏｒｅ（商標）Ｌ４９３がＲｏｈｍ  ａｎｄ  ＨａａｓＸＡＤ−７より好ましい。上記のことを考慮すると、ＴＳＮＡ選択吸着剤の付加的な好ましい特性は、これらの製品の物理的な特性を調べることにより求めることができる。
理論に縛られることを意図するものではないが、ＴＳＮＡの還元が生じる機構は、分子サイジングと結合する疎水性相互作用によるものであると信じられている。吸着剤の化学成分及び構造特性の両方が、有効性及び選択性に寄与すると信じられている。したがって、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、非イオン系であり、ＴＳＮＡ分子に対して選択性のあるサイズの孔を含むことが好ましい。上記の好ましい特性及び商品は例示的なものであり、限定的なものでもないし、又は、網羅的なものでもない。ＴＳＮＡ選択剤は、例のうちの１つであることはないし、又は、すべての好ましい特性をもたなくてもよい。しかし、本方法に用いるのに好ましいＴＳＮＡ選択吸着剤は、一般に、例示的な好ましい作用剤の特性と同様な複数の特徴を有する。
【００１３】
吸着剤と接触させられる抽出物の特徴は、選択された成分の吸着に影響をもつことがある。例えば、ＴＳＮＡの濃度を増加させることは、ＴＳＮＡ選択吸着剤の吸着能力を増加させる。より高い温度は、ＴＳＮＡ選択吸着剤の吸着能力を減少させる。しかし。濃縮タバコ抽出物の粘度は、温度に強力に影響されることがあり、粘度は吸着速度に影響を与えることがある。単純に、参考のために、約４９℃（約１２０°Ｆ）の温度が好ましいとすることができ、又は、最適化のための始点として働くことができる。最適温度は、抽出物の状態及び装置の配置に応じて熟練した従業者により判断されて、処理のための適切な粘度を維持し、吸着能力を与えるという要求のバランスをとる。
抽出物のｐＨは、ＴＳＮＡ選択吸着剤の選択性に影響を与えることがある。高いｐＨは、アミンといった有機基の吸着に有利である。低いｐＨは、一般に、フェノールといった有機酸の吸着に有利である。約５から約７、例えば、５．７から約６．１までのｐＨ範囲が典型的に好ましい。
ＴＳＮＡ選択吸着剤は、ＴＳＮＡ化合物をタバコ抽出物から効果的に除去し、他の化合物より大きい程度でＴＳＮＡ化合物を除去する作用剤として定義される。例えば、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、水性タバコ抽出物に存在する他の有機化合物より大きい程度でＴＳＮＡを抽出することが好ましい。タバコ抽出物の選択性を測定することができる例示的な化合物は、アルカロイド、還元糖、及び可溶性アンモニアである。
【００１４】
ＴＳＮＡを水性タバコ抽出物から除去する際の材料の有効性は、標準化された条件下で、標準化された吸着剤の量を用いて、ＴＳＮＡ化合物の還元の直接的な測定により求めることができる。例えば、ＴＳＮＡ化合物及び他の化合物の濃度は、あらゆる認識される量的な手順を用いて、未処理の濃縮水性タバコのサンプルにおいて求めることができる。吸着性を測定するために、濃縮抽出物のサンプル（３５ｍｌ）（約１．２５ｇ/ｃｍ3）は、抽出物及び吸着材料を回転板上のバイアルに置くことなどにより、吸着剤が懸架した状態を維持するのに十分な一定の攪拌又はかき混ぜ状態の下で、吸着材料１ｇの存在下で、タバコ抽出物の処理と一致する温度、例えば、４３°から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）で平衡に達することが可能になる。合計ＴＳＮＡ化合物の濃縮は、処理済み及び未処理抽出物について比較される。０から１００までのスケールのＴＳＮＡ吸着指数は、３５ｍｌの濃縮水性タバコ抽出物から１ｇの作用剤で除去された合計ＴＳＮＡ化合物の百分率をとることにより定義することができる。本方法に用いられるＴＳＮＡ選択吸着剤は、約５０より大きい吸着指数を有することが好ましい。約７０より大きい吸着指数をもつＴＳＮＡ選択吸着剤が好ましく、約８０より大きい吸着指数をもつ作用剤が最も好ましい。
【００１５】
ＴＳＮＡ選択剤の選択指数は、以下のような手順を用いて定義することができる。合計ＴＳＮＡ化合物のレベル及びアルカロイド化合物のレベルは、濃縮水性タバコ抽出物のサンプルにおいて求められる。濃縮水性タバコ抽出物のサンプル（３５ｍｌ）は、一定のかき混ぜで、例えば、約４３℃から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）といった、こうした抽出物の処理と一致する温度で、作用剤の量（１ｇ）と接触させられる。混合物は平衡に達することが可能になる。作用剤は、濃縮水性タバコ抽出物と分離され、ＴＳＮＡ化合物のレベル及びアルカロイド化合物のレベルが濃縮水性タバコ抽出物において再び求められる。ＴＳＮＡ選択指数は、４３℃（１１０°Ｆ）で、３５ｍｌの濃縮水性タバコ抽出物において、１ｇの作用剤で、アルカロイドの還元百分率により除算される全ＴＳＮＡ化合物のレベルの還元百分率として定義される。例として、ＴＳＮＡのレベルを８０％だけ還元し、アルカロイドのレベルを１０％だけ還元する作用剤は、ＴＳＮＡ選択指数８を有する。本明細書の用途によるＴＳＮＡ選択吸着剤は、好ましくは少なくとも約２のＴＳＮＡ選択指数を有し、好ましくは約４、最も好ましくは少なくとも約８（例えば、２０、３０、４０、５０、又は６０±５）のＴＳＮＡ選択指数を有する。
この点で、Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｏｐｔｉｐｏｒｅ（商標）Ｌ４９３（又はＶ４９３）樹脂は、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  ＨａａｓＸＡＤ−７といった代替的な樹脂又は汎用吸着剤より、ＴＳＮＡに対して実質的に大きい組み合わされた有効性及び選択性を有することが見出された。これらの樹脂粒子の比較平均特性は、表１に概説される。
【００１６】
有利なことに、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、約７０又はそれより大きいＴＳＮＡ吸着指数を有し、少なくとも約５のＴＳＮＡ選択指数を有することができる。例えば、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、約８０又はそれより大きいＴＳＮＡ吸着指数を有し、少なくとも約１０のＴＳＮＡ選択指数を有することができる。或いは、ＴＳＮＡ選択吸着剤は、約５０又はそれより大きいＴＳＮＡ吸着指数を有し、約１０より大きいＴＳＮＡ選択指数を有することができる。
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表１
【００１７】
カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び他の可溶性金属イオンの水性タバコ抽出物からの選択的な除去
カドミウムといった金属イオンの量を水性タバコ抽出物から選択的に還元するための方法は、抽出物と金属選択吸着剤を接触させることを含むことができる。水性タバコ抽出物から、可溶性金属イオンを選択的に除去するのに有効な金属選択吸着剤の性質が識別された。水性タバコ抽出物から金属イオンを除去する有効性及び選択性の驚くべき組み合わせは、以下のような特性の組み合わせを有する弱酸カチオン交換樹脂を用いることにより実現することができる。
好ましい樹脂は、金属選択キレート官能基をもつマクロ孔質又は高度架橋スチレン・ジビニルベンゼン樹脂を含む。好適な樹脂は、約１４から５２又は約１６−５０メッシュの好ましいメッシュスクリーンを有する。粒径は、平均Ｓａｕｔｅｒ直径が約０．４４ｍｍであり、数平均が約０．４２ｍｍであり、約７０％又はそれ以上の粒子は０．３５ｍｍと０．５ｍｍとの間の直径を有するものであることが好ましい。
【００１８】
樹脂は、メタノールにおいて、約１．４ｇ／ｃｍ3、例えば１．４３ｇ／ｃｍ3の平均固相密度、空気において、約０．５ｇ／ｃｍ3、例えば約０．４７ｇ／ｃｍ3の平均バルク密度、及び約０．６ｇ／ｃｍ3、例えば０．６４ｇ／ｃｍ3の平均粒子を有することが好ましい。空隙率全体は、約０．７、例えば０．６７であり、バルク空隙率は約０．２５、例えば０．２７であり、粒子空隙率は約０．５５であることが好ましい。したがって、粒子特有空隙容量は、約０．８５ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。好ましい樹脂は、少なくとも約１．１ｅｑ／ｌの交換容量を有し、より好ましくは少なくとも約１．３５ｅｑ／ｌの容量を有する。有利なことに、樹脂は、キレート機能基で官能化される。金属選択吸着剤は、キレート機能基酸により官能化された樹脂であり、少なくとも約１．１ｅｑ／ｌの交換容量を有することが好ましい。
キレート機能基は、一般に、金属イオンの原子軌道と多かれ少なかれ適応可能な分子の幾何学的形状において、酸素又は窒素原子といった金属結合原子を呈示する官能化学基である。金属結合原子の位置が、特定の金属原子の原子価軌道の幾何学的形状に最も近く対応するとき、特異性及び親和力が最適化される。イミノ二酢酸の酸基は、その選択金属結合特性のために、好ましいキレート機能基である。キレート機能基の付加的な例は、ニトロ三酢酸（ＮＴＡ）及びエチレンジアミン四酢酸を含み、さらに樹脂に組み込むことができる。金属選択吸着剤は、キレート機能基で官能化されたスチレン・ジビニル樹脂とすることができる。
【００１９】
好ましい金属選択吸着剤の例は、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓにより製造されたＡｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＩＲＣ−７４８を含む。イミノ二酢酸官能基を有するマクロ孔質スチレン・ジビニルベンゼン樹脂は、Ｔｈｅ  Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたＰｕｒｏｌｉｔｅ（商標）Ｓ−９３０、及び、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたＤｏｗｅｘ（商標）ＩＤＡ−１である。さらに別の例は、Ｂｉｏ−Ｒａｄにより販売されるＣｈｅｌｅｘ２０、及び、Ｓｙｂｒｏｎ（商標）Ｂａｙｅｒ（商標）Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたＬｅｗａｔｉｔ  ＴＰ  ２０７及びＴＰ  ２０８を含む。特定の金属を水性タバコ抽出物から選択的に除去するための別の代替的な作用剤は、アミノホスホン官能基（−ＮＨＣＨ2ＰＯ3）を含むスチレン・ジビニル樹脂を含む。こうした樹脂の例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたＤｏｗｅｘ（商標）ＩＰＡ−１である。
当業者であれば、上で識別された金属選択吸着剤の好ましい特性及び上記の商品例は例示的なものであり、限定するものでもないし、網羅的なものでもないことを認識するであろう。これらの例により示される特性の組み合わせをもつあらゆる吸着材料、すなわち、金属選択キレート官能基を含む多孔性材料は、本明細書に説明される方法の範囲内で、適切な吸着性及び選択性を有するのであれば、金属選択吸着剤とすることができる。
【００２０】
本明細書に用いられる金属選択吸着剤は、可溶性金属を、濃縮水性タバコ抽出物から、他の成分、すなわちアルカロイドといった有機化合物より大きい程度まで効果的に除去する作用剤である。可溶性金属を水性タバコ抽出物から除去する際の材料の有効性の尺度は、標準化された条件下で、標準化された吸着剤の量を用いて、可溶性金属の還元の直接的な測定により求めることができる。例えば、可溶性金属の濃度は、あらゆる認識される量的な手順を用いて、未処理の濃縮水性タバコのサンプルにおいて求めることができる。吸着性を測定するために、濃縮抽出物のサンプル（３５ｍｌ）（約１．２５ｇ/ｃｍ3）は、材料を回転板上のバイアルに置くことなどにより、吸着剤が懸架した状態を維持するのに十分な一定の攪拌又はかき混ぜ状態の下で、吸着材料１ｇの存在下で、タバコ抽出物の処理と一致する温度、例えば、４３°から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）で平衡に達することが可能になる。処理済み及び未処理抽出物における合計可溶性金属の濃縮が比較される。便宜上、０から１００までの吸着指数は、４３℃（１１０°Ｆ）で、３５ｍｌの濃縮水性タバコ抽出物から１ｇの作用剤で除去された可溶性金属の百分率をとることにより定義することができる。本発明の方法に用いられる可溶性金属選択吸着剤は、約６０より大きい吸着指数を有することが好ましい。約７０より大きい吸着指数をもつ可溶性金属選択吸着剤が好ましく、約７５又はそれより大きい指数をもつ作用剤が最も好ましい。
【００２１】
選択性は、直接的な試験により求めることができる指数により説明することができる。金属（即ち金属カチオン）と有機化合物との間で選択的である作用剤は、種々の金属イオン間で選択的な作用剤とは対照的に、好ましい。すなわち、金属とタバコ抽出物の有機成分との間の選択性は、金属選択吸着剤の有益な基準になる。例えば、カドミウム選択指数は、以下のように金属選択吸着剤に対して定義することができる。カドミウムのレベル及びアルカロイド化合物のレベルは、濃縮水性タバコ抽出物のサンプルにおいて求められる。濃縮水性タバコ抽出物の量（３５ｍｌ）は、一定のかき混ぜ（すなわち、抽出物に気泡を導入したり発泡体を生成したりすることがない攪拌又は穏やかな振とう）で、約４３℃から約６０℃（約１１０°Ｆから１４０°Ｆ）といった、こうした抽出物の処理と一致する温度で、作用剤の量（１ｇ）と接触される。混合物は、均衡に達することが可能になる。作用剤は、濃縮水性タバコ抽出物から分離され、カドミウムのレベル及びアルカロイド化合物のレベルが濃縮水性タバコ抽出物において再び求められる。金属選択指数は、４３℃（１１０°Ｆ）で、３５ｍｌの濃縮水性タバコ抽出物において、１ｇの作用剤で、アルカロイドの還元百分率により除算されるカドミウムのレベルの還元百分率により定義される。例として、カドミウムのレベルを７５％だけ還元し、アルカロイドのレベルを５％だけ還元する作用剤は、カドミウム選択指数１５を有する。本明細書の用途によるカドミウム選択吸着剤は、１５より大きいカドミウム選択指数を有し、より好ましくは約２０（例えば、３０、４０、５０、６０又は７０±５）のカドミウム選択指数を有する。以下に述べられるように、種々の条件は、作用剤の選択性に影響を与えることができる。これらの要因を考慮すると、喫煙材料の準備のためにタバコ抽出物を処理することと両立する最も好都合な条件は、本明細書に説明される方法を適用する際に個々に求められるべきであることが理解されるであろう。
【００２２】
有利なことに、金属選択吸着剤は、約７５又はそれより大きいＣｄ吸着指数を有し、約１５又はそれより大きいＣｄ選択指数を有することができる。例えば、金属選択吸着剤は、約７５又はそれより大きいＣｄ吸着指数を有し、約２０又はそれより大きいＣｄ選択指数を有することができる。
この発見により、カドミウム、ニッケル、水銀、及び鉛といった金属を、水性タバコ抽出物から選択的に除去するための方法は、水性抽出物を金属選択吸収剤と接触させることを含む。金属選択吸着剤は、マクロ孔質架橋金属結合ポリマー樹脂とすることができる。好ましいマクロ孔質樹脂は、コポリマーとして形成され、次いで、膨潤状態で後架橋されるものである。こうしたポリマーは、イミノ二酢酸基といったキレート官能基を含むことが好ましい。本方法の好ましい例においては、この方法は、水性抽出物をイミノ二酢酸官能化スチレン・ジビニルベンゼン樹脂と接触させることを含む。
特定の二価カチオンに対するイミノ二酢酸官能キレート基を有するスチレン・ジビニルベンゼンコポリマーの相対的な親和性は、対イオン、抽出物のイオン強度、及び液体抽出物のｐＨにより影響を受けることがある。したがって、Ｈｇ2+の選択性は、硝酸の存在下で増加させることができる。塩化物イオンの存在下では、Ｈｇ2+は少ない程度の特異性で除去することができ、他のイオンは高い相対親和性で除去することができる。
【００２３】
別の例として、Ｈｇ2+対Ｃｄ2+に対するこうしたポリマー樹脂の相対親和性は約ｐＨ４より大きいとすることができ、Ｃｄ2+は、より高いｐＨ（ｐＨ９辺り）で増加させることができ、ここでは水性抽出物のイオン強度は、より大きい（１．５Ｍイオン強度の溶液などにおいて）。
したがって、水性抽出物は、タバコ抽出物を調整することにより、イオン強度又は特定の対イオン（ＮＯ3）の存在を増加させるか又は減少させることにより、特定の可溶性金属イオンの選択的な除去に対して調整することができる。こうした調整は、処理ステップ（すなわち、濃縮、希釈、硝酸の除去など）を構成して、選択された成分の望ましい除去により選択性を最大化するようにすることにより、完全な処理方法の一部として経済的に達成することができる。例えば、抽出物のイオン強度は、タバコ抽出物の濃縮又は希釈により調整することができる。さらに、硝酸といった非金属イオンの除去を達成する処理ステップは、抽出物を、キレート官能基を含むマクロ孔質ポリマーと接触させることを含むステップの前及び／又は後で実行することができる。
【００２４】
別の例として、抽出された水性タバコのｐＨは、抽出物がキレート樹脂と接触する前に、約ｐＨ７より低くなるように、例えば約ｐＨ５又は約ｐＨ４に調整されることができる。ｐＨは、強酸又は弱酸及び塩基及び緩衝剤化合物を含む酸性又は塩基化合物により調整することができる。しかし、約ｐＨ２といった非常に低いｐＨでは、樹脂は、金属イオンを結合できないことがある。したがって、キレート樹脂と接触中のｐＨは、酸性キレート官能基のｐＨより上であることが好ましい。或いは、例えば、抽出された水性タバコのｐＨは、抽出物をキレート樹脂と接触させる前に、約ｐＨ７より上、例えば、約ｐＨ９又は約ｐＨ１２に調整することができる。
方法を詳述すると、装置は、タバコ抽出物をキレート樹脂に、２又はそれ以上の回数だけ接触させるように構成することができ、抽出物は、キレート樹脂との各々の接触間で１つ又はそれ以上の金属イオンの選択的除去を増加させるように調整されている。
【００２５】
水性タバコ抽出物からの硝酸の選択的除去
典型的には、硝酸は、結晶化によりタバコ抽出物から除去される。しかし、このことは、処理及び付随機器動作及び維持管理費の別個のステップを必要とする。抽出物を硝酸選択吸着剤と接触させることを含む、硝酸の量を水性タバコ抽出物から選択的に還元する方法は、結晶化なしで行うことができる。さらに、方法は、別個に実行してもよいし、又は、タバコ抽出物の１つ又はそれ以上の他の成分の選択的な除去と組み合わせてもよい。水性タバコ抽出物において用いられる硝酸選択吸着剤の好ましい特性が識別された。
好ましい硝酸選択吸着剤は、強い塩基又は弱い塩基の機能基により官能化されることが好ましい、ゲル又は高度架橋樹脂として、アニオン系スチレン・ジビニルベンゼンコポリマー又はアクリル・ジビニルベンゼンを含む。好ましい硝酸選択吸着剤は、第三又は第四アミン又は第四アンモニウム官能基を含むことができる。
硝酸選択吸着剤の好ましい特性を有する樹脂の好ましい例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されるＤｏｗｅｘ（商標）Ｍａｒａｔｈｏｎ（商標）ＷＢＡ−２、Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｍａｒａｔｈｏｎ（商標）Ａ及びＭＴＯ−Ｄｏｗｅｘ（商標Ｍ４３）、及び、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＦＰＡ５１、ＦＰＡ５３、及びＦＰＡ９０Ｃｌを含む。硝酸選択吸着剤は、例示された材料に限定されるものではないことに注意すべきである。硝酸選択吸着剤の好ましい特性は、これらの例示的な硝酸選択吸着剤を調べることにより求めることができる。さらに、作用剤が硝酸選択吸着剤の吸着及び選択性を有する限り、上記の例とは異なる特徴を含む硝酸選択吸着剤を製造することができる。
【００２６】
弱塩基官能性の高度架橋スチレン・ジビニル樹脂を含む、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＦＰＡ５１により例示される好ましい硝酸選択吸着剤は、約１．０６ｇ／ｃｍ3の固相密度、約０．３２ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．４７ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．７０の空隙率を有し、約０．３１のバルク空隙率、及び約０．５６の粒子空隙率を有することが好ましいとすることができる。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、約１．１８ｃｍ／ｇ3であるのが好ましいとすることができる。粒径は、Ｓａｕｔｅｒ平均直径が約０．３４ｍｍとすることができ、数平均直径が約０．２９ｍｍとすることができるようであることが好ましい。
アクリル酸ビニルベンゼンゲルを含む、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＦＰＡ５３により例示される好ましい硝酸選択吸着剤は、約１．１５ｇ／ｃｍ3の固相密度、約０．６３ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．９７ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．４５の空隙率を有し、約０．３５のバルク空隙率及び約０．１６の粒子空隙率を有することが好ましいとすることができる。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、約０．１６ｃｍ／ｇ3であるのが好ましいとすることができる。粒径は、Ｓａｕｔｅｒ平均直径が約０．４９ｍｍとすることができ、数平均直径が約０．４５ｍｍとすることができるようであることが好ましい。
【００２７】
強塩基第四アンモニウム官能性のスチレン・ジビニル樹脂の高度架橋樹脂を含む、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＦＰＡ９０ＣＩにより例示される好ましい硝酸選択吸着剤は、約１．２６ｇ／ｃｍ3の固相密度、約０．４６ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．６０ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．６３の空隙率を有し、約０．２３のバルク空隙率、及び約０．５３の粒子空隙率を有することが好ましいとすることができる。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、約０．８８ｃｍ／ｇ3であるのが好ましいとすることができる。粒径は、Ｓａｕｔｅｒ平均直径が約０．４２ｍｍとすることができ、数平均直径が約０．３６ｍｍとすることができるようであることが好ましい。
弱塩基第三アミン官能性のスチレン・ジビニル樹脂の高度架橋樹脂を含む、Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｍａｒａｔｈｏｎ  ＷＢＡ−２により例示される好ましい硝酸選択吸着剤は、約１．１１ｇ／ｃｍ3の固相密度、約０．４２ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．６１ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．６３の空隙率を有し、約０．３２のバルク空隙率、及び約０．４５の粒子空隙率を有することが好ましいとすることができる。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、約０．７３ｃｍ／ｇ3であるのが好ましいとすることができる。粒径は、Ｓａｕｔｅｒ平均直径が約０．５３ｍｍとすることができ、数平均直径が約０．５０ｍｍとすることができるようであることが好ましい。
【００２８】
強塩基第四アミン官能性のスチレン・ジビニル樹脂の高度架橋樹脂を含む、Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｍａｒａｔｈｏｎ  Ａにより例示される好ましい硝酸選択吸着剤は、約１．２６ｇ／ｃｍ3の固相密度、約０．６５ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．９６ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．４８の空隙率を有し、約０．３２のバルク空隙率、及び約０．２４の粒子空隙率を有することが好ましいとすることができる。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、約０．２５ｃｍ／ｇ3であるのが好ましいとすることができる。粒径は、Ｓａｕｔｅｒ平均直径が約０．３５ｍｍとすることができ、数平均直径が約０．３３ｍｍとすることができるようであることが好ましい。
１．５５ｅｑ／ｌｉｔｅｒより大きい弱塩基官能性のスチレン・ジビニル樹脂の高度架橋樹脂を含む、Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｍ４３により例示される好ましい硝酸選択吸着剤は、約１．１３ｇ／ｃｍ3の固相密度、約０．４３ｇ／ｃｍ3のバルク密度、及び約０．６１ｇ／ｃｍ3の粒子密度を有することができる。こうした樹脂は、約０．６２の空隙率を有し、約０．３０のバルク空隙率、及び約０．４６の粒子空隙率を有することが好ましいとすることができる。こうした樹脂の粒子特有孔隙量は、約０．７５ｃｍ／ｇ3であるのが好ましいとすることができる。粒径は、Ｓａｕｔｅｒ平均直径が約０．５２ｍｍとすることができ、数平均直径が約０．４６ｍｍとすることができるようであることが好ましい。
【００２９】
好ましくは、硝酸選択吸着剤は、硝酸の吸着のために、例えば、約０．３５ミリモルより多い実質的な容量のロードを有し、約０．３７ミリモルより多いことが好ましく、より好ましくは、約０．６％（すなわち、０．１２ミリモル／ｍｌ）の硝酸抽出物を有する抽出物において１グラムの吸着剤当たり約０．３８ミリモル又は０．４２ミリモルより多い硝酸のロードを有して、約６時間より少ない時間で、より好ましくは約４時間より少ない時間、最も好ましくは約２時間又はそれより少ない時間で、タバコ抽出物と接触したときに平衡に達することができる。
硝酸選択吸着剤は、硝酸化合物をタバコ抽出物から効果的に除去し、硝酸化合物を、他の化合物より大きい程度まで除去する作用剤として定義される。例えば、硝酸選択吸着剤は、水性タバコ抽出物に存在する他の有機構成成分より大きい程度まで硝酸を抽出することが好ましい。タバコ抽出物における選択性を測定することができる例示的な化合物は、アルカロイド、還元糖、及び可溶性アンモニアである。
【００３０】
硝酸を水性タバコ抽出物から除去する際の作用剤の有効性は、標準化された条件下で、標準化された吸着剤の量を用いて、硝酸化合物の還元の直接的な測定により求めることができる。例えば、硝酸化合物及び他の化合物の濃度は、あらゆる認識される量的な手順を用いて、未処理の濃縮水性タバコのサンプルにおいて求めることができる。約１．２８ｇ／ｍｌの密度を有するもののような濃縮抽出物のサンプル（３５ｍｌ）は、抽出物及び吸着材料を回転板上のバイアルに置くことなどにより、吸着剤が懸架した状態を維持するのに十分な一定の攪拌又はかき混ぜ状態の下で、吸着材料３ｇの存在下で、タバコ抽出物の処理と一致する温度、例えば、４３°から約６０℃（約１１０°Ｆから約１４０°Ｆ）で平衡に達することが可能になる。合計硝酸化合物の濃縮は、処理済み及び未処理抽出物について比較される。０から１００までのスケールの吸着指数は、４３℃（１１０°Ｆ）で、３５ｍｌの濃縮水性タバコ抽出物から３ｇの作用剤で除去された合計硝酸化合物の百分率をとることにより定義することができる。本方法に用いられる硝酸選択吸着剤は、約１２又は１６より大きく、約２３より大きい吸着指数を有することが好ましい。硝酸選択吸着剤は、約３７の硝酸吸着指数を有することができる。約３７より大きい硝酸選択吸着剤がより好ましく、約４４又は５１又はそれより大きい指数をもつ作用剤が最も好ましい。
【００３１】
硝酸選択剤の選択指数は、以下のような手順を用いて定義することができる。合計硝酸化合物のレベル及びアルカロイド化合物のレベルは、濃縮水性タバコ抽出物のサンプルにおいて求められる。濃縮水性タバコ抽出物のサンプル（３５ｍｌ）は、一定のかき混ぜで、例えば、約４３℃（約１１０°Ｆ）といった、こうした抽出物の処理中に通常維持される温度で、作用剤の量（３ｇ）と接触させられる。混合物は平衡に達することが可能になる。作用剤は、濃縮水性タバコ抽出物と分離され、硝酸化合物のレベル及びアルカロイド化合物のレベルが濃縮水性タバコ抽出物において再び求められる。全硝酸化合物のレベルの還元百分率は、アルカロイドの還元百分率により除算される。例として、硝酸の濃度を４２％だけ還元し、アルカロイドの濃度を４．１％だけ還元する作用剤は、１０より大きい硝酸選択指数を有する。本明細書の用途による硝酸選択吸着剤は、好ましくは少なくとも約３．８の硝酸選択指数を有し、好ましくは約４、より好ましくは約１２、最も好ましくは少なくとも約４５又はそれより大きい硝酸選択指数を有する。
有利なことには、硝酸選択吸着剤は、少なくとも約１２の硝酸吸着指数と、少なくとも約４の硝酸選択指数を有することができる。例えば、硝酸選択吸着剤は、少なくとも約５０の硝酸吸着指数と、少なくとも約１２の硝酸選択指数を有することができる。
【００３２】
選択吸着剤を濃縮タバコ抽出物と接触させるのに好ましい方法
水性抽出物は、この抽出物を、円筒形コラムといった容器、又は、好ましくは、後者の構成と並列に接続される複数の容器に含まれるポリマー樹脂ビーズに通すことにより、吸着剤と接触することができる。好ましい構成においては、並列に接続された少なくとも２つのコラムは、常にオンラインであり、およそ等しい数のコラムは、例えば、温水、蒸気、及び／又は溶媒洗浄による再生のためにオフラインである。例えば、抽出物は、この抽出物内の金属イオンの量を実質的に減少させるのに十分な期間だけ、並列して接続された複数のコラムにおいて、イミノ二酢酸官能化スチレン・ジビニルベンゼン樹脂のベッドを通されることができる。接触期間は、抽出物の流速及びコラムにおける樹脂ビーズのベッド深さを制御することにより調整可能である。本明細書に説明される方法に用いるための流速は、結合動力学により接触時間を制御するために調整することができる。流速は、作用剤に対する結合の速度定数、及び、ベッドの空隙容量により設定されて、およそ１つの空隙容量が、速度定数と等しい時間において、作用剤に通されるようになることが好ましい。
タバコ抽出物が濃縮水性タバコ抽出物であるとき、抽出物を吸着剤のコラムに通すことによる接触ステップを行うのは、驚くほど困難であることがある。例えば、吸着剤のコラムにおける水性タバコ抽出物のゲル化は、系統用循環ポンプを圧倒する圧力効果を生成することがあり、又は、吸着剤ベッドを通るチャネリングをもたらすことがある。したがって、接触ステップにおいて、代替的な構成を使用するのが有利とすることができる。さらに、選択吸着剤の吸着速度特性の結果として、以下に説明される好ましい方法を用いることにより、作用剤の吸着能力のより大きい部分を使用することが可能になると判断された。
【００３３】
したがって、水性タバコ抽出物は、１つ又はそれ以上のプロセスステップにおいて、１つ又はそれ以上の選択吸着剤と接触させられることができ、この抽出物及び作用剤は、作用剤が、接触ステップ中にベッドを形成しないように、容器内で接触させられる。例えば、作用剤及び抽出物は、容器内で接触されられて、発泡を生じさせるほど活発なものではないことが好ましいが、作用剤が懸架された状態を維持するのに十分な攪拌又はかき混ぜを受ける。作用剤及び抽出物は、作用剤が沈降することが可能になった後で、抽出物を濾過又はデカントするといったいずれかの適当な方法により、その後、分離することができる。
或いは、向流構成を接触ステップにおいて使用することができる。こうした構成においては、水性タバコ抽出物及び選択吸着剤は、容器の対向する部分から導入される。例えば、水性タバコ抽出物は、容器の上方部分に導入することができ、選択吸着剤は、連続して、容器の下方部分に導入することができ、作用剤の流速は抽出物を通して栓流を実現して、容器の上部又はその近くから収集され、抽出物は容器の底部又はその近くから収集される。或いは、水性タバコ抽出物は、容器の下方部分に導入することができ、選択吸着剤は容器の上方部分に導入することができ、水性タバコ抽出物の上向き流速度は、選択吸着剤が抽出物を下向きに通って、作用剤が容器の底部から収集され、抽出物が容器の上部分から収集されることができるように維持することができる。
【００３４】
１つより多い選択吸着剤を接触容器と組み合わせて、例えば、ＴＳＮＡを水性タバコ抽出物から除去する方法の接触ステップ、及び、金属イオンを抽出物から除去する方法の接触ステップを同時に実行できるようにするのが有利とすることができる。このことは、コラム又はバッチプロセスのいずれかを用いて達成することができる。したがって、水性タバコ抽出物において金属及びＴＳＮＡを選択的に還元する方法は、抽出物に金属選択吸着剤及びＴＳＮＡ選択吸着剤を接着させるステップを含むことができる。作用剤の割合は、およそ等しいとすることができ、すなわち、１：１のＴＳＮＡ選択剤と金属選択剤の割合とすることができる。例えば、ＴＳＮＡ選択剤と可溶性金属選択剤の好ましい組み合わせは、乾燥重量で、Ｄｏｗ  ＯｐｔｉｐｏｒｅＬ４９３及びＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  ＩＲＣ−７４８又は、これらの樹脂の好ましい物理特性を有する比較可能な作用剤のおよそ１：１の混合物である。或いは、方法を詳細にすると、作用剤の割合は、作用剤の相対能力及び／又は動力学と適合するように選択することができる。割合は、さらに、所与の期間において、その作用剤により選択的に除去された成分の相対濃度で、作用剤の相対能力と適合するように選択するのが有利とすることができる。
さらに、複数の接触容器を同時に用いるのが有利とすることができ、これは、処理ストリームと実質的に同様であり、これと並行に接続できる。こうしたシステムを用いる際、多数の非稼働中の容器を維持するのがさらに有利とすることができ、これはスタンバイ又は再生モードにある稼働中の容器とおよそ等しいものである。
【００３５】
濃縮水性タバコ抽出物の選択された成分の除去に対して修正されたコラム装置
接触ステップにおいてコラム構成を用いることが望まれるとき、方法は、目的に適応された装置を用いて実行されることが好ましい。上述のように、タバコ抽出物は、抽出物を選択吸着剤と接触される前に濃縮できることが有利である。吸着剤が樹脂ビーズのベッド形態であり、接触容器がコラム形態であるとき、樹脂ビーズコラムの稼動期間の持続時間を最大にするのが有利である。しかし、これらの目標を同時に実現するためには、濃縮タバコ抽出物が樹脂ビーズベッドにゲルを形成する傾向があるという障害が発見された。このことは、コラムにわたる圧力降下の迅速な増加をもたらして、コラムの動作可能な稼動期間を短くする。樹脂ビーズコラムの稼動期間の持続時間を増加させ、圧力降下の増加に関連する問題に対処するために、樹脂ビーズベッドコラムの通常設計に修正をすることができる。
液体を吸着樹脂と接触させるコラムは、通常、約５：１又はそれより大きい長さ：直径の相対寸法を有し、ここで長さは、入口と出口との間の距離として理解され、幅は直交方向における平均寸法である。濃縮タバコ抽出物を、こうした比較的長い寸法のコラムに流すことは、抽出物のゲル化を大きくし、コラムの稼動期間を短くすることになる。本発明の方法に適用されたとき、この効果は、約１：１又は好ましくは約０．６から０．７５：１の長さ：直径といった約２：１より少ない長さ：直径の寸法のコラムを用いることにより、減少させることができる。実際、並列コラムのスケール及び数は、望ましい容量により、熟練した従業者により判断される。
【００３６】
さらに、コラムの長さに沿って離間された１つ又はそれ以上の圧力板を含むことにより、圧力降下全体がコラムを通してより一様に分散されることになる。これらの圧力板は、好ましくは薄く、さらに相対的に剛性があり、直径とコラムの内径がおよそ等しく、抽出物が流れることができる１つ又はそれ以上の孔があけられたディスクである。板は、セラミック、プラスチック、ポリカーボネート、といったあらゆる好適な材料、及びステンレス鋼といった金属で製造することができる。圧力板は、１つ又はそれ以上の一様に分散された穴又は通路により孔があけられる。１つ又はそれ以上のメッシュスクリーンもまた用いることができる。板は、板をコラムの側面に取り付けることにより、又は、別の方法により、板がコラムの長さに沿って移動しないようにすることにより、コラムの所定の位置に保持することができる。
方法の接触ステップが組み合わされたとき、板は、容器内の異なる吸着剤のベッド間に配置することができる。しかし、作用剤を分離する必要はない。例えば、複数の混ぜられた選択吸着剤を含む混合ベッドを製造することができる。このように、単一の均質的に混合されたベッドを用いて、水性タバコ抽出物の複数の成分の選択的な除去を達成することができる。
【００３７】
本明細書に説明される方法に適応された装置は、１つ又はそれ以上の選択作用剤接触容器を含むことができる。好ましい構成においては、接触ステップは、選択作用剤において行われ、別の容器における作用剤は再生される。容器又は容器の対は、並列して接続することができる。例えば、上述の方法を説明する方法を実行するように適応されたタバコ抽出物処理装置の一部は、並列に接続された４つの選択作用剤接触容器を含むことができ、２つの容器はあるとき稼動し、２つの容器においては、作用剤は、蒸気といった溶剤を容器に流すことにより、再生される。
種々の方法及びデバイスが、例及び好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者であれば、本明細書に説明されるものの範囲から離れることなく、種々の変更を行うことができ、同等物を採用できることが明らかであろう。以下の付加的な実施例は、本明細書に説明される原理を示すために与えられ、どのような方法によっても、本明細書に説明される方法及びデバイスを制限するものとして考慮されるべきではない。
【実施例】
【００３８】
実施例１：ＴＳＮＡ及び金属選択吸着剤を識別する
以下の材料は、濃縮タバコ抽出物の成分の吸着に対して試験された。
0005495226.tif 000003
各々の吸着材料の０、０．０３、０．１、０．３、及び１ｇをもつ濃縮タバコ抽出物（３５ｍｌ）のバイアルが、回転プラットフォーム上で、穏やかなかき混ぜの下で、６０℃（１４０°Ｆ）で２４時間だけ平衡にされた。合計ＴＳＮＡ並びにアルカロイド、還元糖、可溶性アンモニア、Ｎｉ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ及びＰｂを含むＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＮＫ、及びＮＮＮが求められた。
【００３９】
ＴＳＮＡ化合物に対する吸着材料の吸着効率が表２に示される。Ｄｏｗｅｘ（商標）Ｏｐｔｉｐｏｒｅ（商標）Ｌ４９３が、合計ＴＳＮＡを濃縮タバコ抽出物から選択的に除去するのに最も効果的であった。水は、他の化合物が吸着されたときに、吸着剤から変位されることになる。本明細書に報告される比較測定の目的のために、この可能性のある効果に対処する試みはなされていない。
0005495226.tif 000004
表２
【００４０】
可溶性材料に対する材料の吸着能力及び選択性が表３に示される。Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  ＩＲＣ−７４８が、合計Ｃｄを濃縮タバコ抽出部物から除去するのに最も効果的で選択的であった。
0005495226.tif 000005
表３
【００４１】
０．５ｇのＤｏｗ  Ｏｐｔｉｐｏｒｅ  Ｌ４９３及びＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  ＩＲＣ−７４８がＴＳＮＡ及びＣｄの組み合わされた吸着性及び選択性に対して試験された。結果が表４に示される。
0005495226.tif 000006
表４
【００４２】
実施例２：硝酸選択吸着剤を識別する
材料は、濃縮タバコ抽出物の硝酸及び他の成分の吸着に対して試験された。乾燥吸着材料の０、０．１、０．３、１及び３ｇをもつ濃縮タバコ抽出物（３５ｍｌ）のバイアルが、回転プラットフォーム上で、穏やかなかき混ぜの下で、４３℃（１１０°Ｆ）で１から２４時間だけ平衡にされた。硝酸、並びに、アルカロイド、還元糖、可溶性アンモニアの濃度が求められた。
硝酸に対する３ｇの吸着材料の吸着能力及び選択性、及び、アルカロイドに対する選択性が表５に示される。（観察されたものにおいて、エラーから０の境界より少ない減少が示された。計算選択性の目的のために、これは１％とされる）。
0005495226.tif 000007
表５
【００４３】
各々の個々の参照が、特定的に及び個々に、全体が引用により本明細書に組み込まれるように、上述の参照のすべては、引用により、全体が同じ程度で本明細書に組み込まれる。