ОБРАБОТКА ТАБАКА
TOBACCO PROCESSING

Область техники
Изобретение относится к обработке табака и, в частности, к экстракции выбранных составляющих из табака, например, для сокращения некоторых компонентов дыма.
Уровень техники
Табачный материал может быть обработан или переработан для получения модифицированной смеси, которая при сгорании дает дым, в котором конкретные составляющие дыма выборочно сокращены или удалены по сравнению с необработанным табаком. Однако при этом процессе содержание сахара и никотина табака предпочтительно остается по существу неизменным, так что вкус и курительные свойства табака сохраняются.
В этой области техники известны способы удаления или по меньшей мере сокращения выбранных составляющих из табака. Такие способы могут включать этап экстракции, на котором табачный материал экстрагируют с водным или органическим растворителем, этап отделения, на котором экстрагированный раствор отделяют от нерастворимого остатка табака посредством фильтрации, центрифугирования или т.п., и этап обработки, на котором экстрагированный раствор обрабатывают для удаления конкретных составляющих. Обработанный экстракт табака затем рекомбинируют с экстрагированным табаком для обеспечения того, чтобы некоторые составляющие табака удерживались в восстановленном табачном материале.
В патентах US 5311886 и 5601097 предлагаются способы удаления белков из табака, связанные с экстракцией табачного материала с водным растворителем, содержащим поверхностно-активное вещество и, необязательно, протеолитический фермент. Водный экстракт (содержащий растворимые компоненты табака) отделяют от нерастворимого остатка табака и обрабатывают для удаления любых нежелательных составляющих, обычно содержащих поверхностно-активное вещество и полипептиды. Обработанный экстракт табака концентрируют и рекомбинируют с промытым и высушенным остатком табака, обеспечивая, таким образом, удержание некоторых составляющих, таких как водорастворимые ароматизирующие компоненты и никотин, в конечном продукте. В патенте US 5601097 дополнительно предлагается последовательная экстракция табака с поверхностно-активным веществом и протеолитическим ферментом, которая может обеспечивать большее снижение табачного белка, чем наблюдалось после только одной экстракции.
В европейской патентной публикации ЕР 1623634 предлагается фракционирование экстракта табака и дифференцированная обработка фракций в соответствии с содержащимися составляющими. Фракцию, содержащую нужные составляющие, рекомбинируют с экстрагированным табаком, в то время как фракцию, содержащую нежелательные составляющие, либо отбрасывают, либо ее часть рекомбинируют с экстрагированным табаком. Восстановленный табачный материал, полученный таким образом, содержит полный набор нужных составляющих (таких как никотин), но по существу не содержит нежелательных составляющих (таких как нитраты и амины).
При способах, предлагаемых в европейской патентной публикации ЕР 0517407, экстракт табака отделяют от нерастворимого остатка табака, и он контактирует с дополнительным экстрактом табака, полученным экстракцией табака с основным раствором. Комбинацию экстрактов затем наносят на экстрагированный табак для создания восстановленного продукта.
В патенте US 5243999 предлагается способ, в котором экстракт табака обрабатывают при определенной температуре, чтобы вызвать кристаллизацию некоторых составляющих или их осаждение из раствора. В альтернативном варианте или дополнительно экстрагированный раствор может контактировать с частицами активированного угля, чтобы дополнительно удалить из него выбранные составляющие. После рекомбинации обработанного экстракта с экстрагированным табаком получают продукт со сниженным количеством нитрата калия и альдегидов.
В европейской патентной публикации ЕР 0535834 предлагается способ, в котором экстракт табака фильтруют или центрифугируют для удаления каких-либо по существу нерастворимых составляющих. Экстрагированный табак обрабатывают веществом, способным высвобождать пектины, присутствующие в табачном материале, обработанным до заранее определенной формы, а затем обработанный экстракт табака наносят на него.
Предшествующие способы позволяют успешно получить восстановленный табак с более низким количеством нежелательных составляющих, чем в необработанном табаке. Однако они не лишены недостатков.
Способы, известные в этой области, включают экстракцию в обычном реакторе периодического действия с последующим отделением водного экстракта от нерастворимого остатка табака с использованием обычной фильтрации, центрифугирования или использования одного или более проходов смеси через шнековый пресс или тому подобное. Пропускная способность таких процессов экстракции и отделения явно ограничена максимальной емкостью выбранного аппарата. Кроме того, по мере возрастания размера емкости для смешивания, используемой в реакторе периодического действия, поддержание турбулентного смешивания на краях емкости становится затруднительным. Поэтому масштаб этапов экстракции и обработки ограничен размером емкости, которая может быть эффективно использована на практике.
Эффективность процесса отделения также зависит от конкретного используемого метода фильтрации. Это означает, что хотя эти процессы экстракции эффективны, они не подходят для выполнения в промышленном масштабе.
Таким образом, остается потребность в способе с высокой пропускной способностью, который можно использовать для эффективного отделения экстракта табака от нерастворимого остатка табака и эффективно экстрагировать нежелательные составляющие из табака.
Предлагаемое изобретение преодолевает трудности предшествующего уровня техники, предусматривая способ обработки табака с использованием горизонтального ленточного фильтра. Этот способ может быть непрерывным процессом, эффективность которого значительно улучшена по сравнению с наблюдаемой при методах поточной обработки, известных в этой области техники. Таким образом, предлагается промышленное применение описанного способа, обеспечивающее увеличение масштаба процессов обработки табака относительно достижимого в настоящее время уровня. Предлагаемый способ также не требует использования поверхностно-активного вещества, что, как очевидно, устраняет необходимость удалять поверхностно-активное вещество из остатка табака на более поздних стадиях процесса обработки.
В описанном в настоящем документе способе и экстракция табака, и отделение экстракта табака от остатка табака могут быть выполнены с использованием горизонтального ленточного фильтра.
Горизонтальные ленточные фильтры известны в промышленности, не связанной с табачной промышленностью, включая горное дело, добывающую и металлургическую промышленность. Действительно, эти фильтры длительное время использовали при осушении таких материалов, как минеральный песок, железная руда, концентраты угля и свинцово-цинковой руды, благодаря универсальности их использования, адаптации к коррозионным шламам и пригодности для обработки при большой пропускной способности.
Горизонтальные ленточные фильтры содержат бесконечную, рециркулирующую ленту, сконструированную для обеспечения слива фильтрата к отверстиям на ленте. Лента может быть изготовлена из каучука с поперечными канавками для слива, или она может быть изготовлена из полиакрилэфиркетона (PEEK), вплетенного в ячейку, которая является достаточно свободной, чтобы обеспечить слив. Возможны другие материалы и расположение слива. Шлам отделяемого материала подается на ленту. Фильтрат сливается через отверстия в ленте, в то время как шлам переносится вдоль, возможно, с использованием вакуума, но в альтернативном варианте под действием только силы тяжести, в результате чего обезвоженный материал выбрасывается на конце.
Горизонтальные ленточные фильтры представляют собой эффективные и надежные устройства отделения жидкостей/твердых веществ для интенсивного ежедневного применения. Улучшение технологии за последние годы привело к созданию больших лент с высокой механической прочностью. Таким образом, это, в сочетании с успехами технологии машин, которые должны были поддерживать тяжелые ленты во время эксплуатации, обеспечило возможность создания фильтров с высокой пропускной способностью. Современные горизонтальные ленточные фильтры способны достигать скорости ленты более 50 м/мин и обеспечивать очень короткое время цикла.
Поскольку фильтрация с использованием горизонтального ленточного фильтра также может быть выполнена с помощью вакуума, отделение текучей среды от нерастворимого остатка, остающегося на ленте, является высокоэффективным процессом.
Кроме того, последовательность рабочих операций во время фильтрации такова, чтобы водный растворитель был применен к ультраконцентрату ближе к концу фильтра, и фильтрат собирают и перерабатывают путем применения поступающего материала в точке выше по потоку на ленте. Это означает, что конечный промывной фильтрат, собранный после заключительного этапа противоточной промывки, содержит повышенную концентрацию растворимых материалов по сравнению с фильтратами, полученными после обычной фильтрации.
Однако пригодность горизонтальных ленточных фильтров для табачной промышленности очевидна. Эти фильтры предназначены для отделения текучей среды от тяжелых и плотных материалов, и в таком случае нет сомнений, что они могут быть использованы при обработке табака. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что горизонтальные ленточные фильтры действительно подходят для использования при экстракции табака и на удивление хорошо отделяют экстракт табака от нерастворимого остатка. Наиболее примечательно, что доля растворимых составляющих табака, выходящих в водный экстракт, может быть увеличена по сравнению с наблюдаемой посредством простой поточной экстракции.
Использование горизонтальных ленточных фильтров, таким образом, повышает эффективность процессов экстракции и отделения табака и позволяет достичь более высокой пропускной способности.
Сущность изобретения
Соответственно по первому аспекту настоящего изобретения предлагается способ обработки табака с использованием горизонтального ленточного фильтра.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ включает экстракцию табака с водным или органическим растворителем и фильтрацию продукта экстракции. Либо один, либо оба этапа, экстракции и фильтрации, могут быть выполнены на горизонтальном ленточном фильтре. Экстрагируемый табак может непрерывно подаваться на горизонтальный ленточный фильтр, и этапы экстракции и фильтрации могут быть выполнены непрерывно по мере транспортировки табака вдоль фильтра. Фильтрат может быть переработан и использован в качестве растворителя при экстракции табака, подаваемого на горизонтальный ленточный фильтр. В предпочтительном варианте осуществления перерабатываемый фильтрат может быть фильтратом от одной или более стадий противоточной промывки ниже по потоку.
В другом варианте осуществления способ по настоящему изобретению дополнительно включает обработку табака ферментом. В предпочтительном варианте осуществления ферментом является протеолитический фермент.
Способ может дополнительно включать промывку обработанного ферментом табака солевым раствором. Этот этап по существу является этапом экстракции, поскольку остаточный фермент экстрагируется из табачного волокна. Этап солевой промывки предпочтительно выполняется на горизонтальном ленточном фильтре. Обработанный ферментом табак может быть промыт солевым раствором дважды, причем два этапа солевой промывки выполняются на отдельных горизонтальных ленточных фильтрах. В предпочтительном варианте осуществления солевая промывка выполняется непрерывно по мере транспортировки табака вдоль фильтра(ов), и фильтрат от второй солевой промывки предпочтительно перерабатывается и используется в качестве солевого раствора при первой солевой промывке табака, подаваемого на горизонтальный ленточный фильтр первой солевой промывки.
В другом варианте осуществления способ дополнительно включает деактивацию фермента в табаке. Деактивация может быть выполнена посредством обработки паром, термообработки или химической обработки табака. Деактивацию предпочтительно выполняют на табаке на горизонтальном ленточном фильтре.
Таким образом, в одном варианте осуществления способ осуществляется с использованием нескольких горизонтальных ленточных фильтров и является непрерывным процессом.
В другом варианте осуществления способ включает экстракцию табака с водным или органическим растворителем, обработку табака ферментом, промывку обработанного ферментом табака солевым раствором и деактивацию фермента в табаке, причем один или несколько из этих этапов выполняют на горизонтальном ленточном фильтре. В другом варианте осуществления все эти этапы выполняют на горизонтальном ленточном фильтре.
В предпочтительном варианте осуществления экстракт табака, выделенный на этапе экстракции, обработан для удаления из него белка предпочтительно посредством его обработки бентонитом. В альтернативном варианте или дополнительно экстракт табака может быть обработан для удаления из него полифенолов предпочтительно посредством его обработки поливинилполипирролидоном (PVPP).
Способ по настоящему изобретению предпочтительно дополнительно включает рекомбинацию экстрагированного табака и обработанного экстракта табака.
Во втором аспекте настоящего изобретения предлагается табачный продукт, полученный посредством способа по настоящему изобретению.
В третьем аспекте настоящего изобретения предлагается курительное изделие, содержащее табак, полученный посредством способа по настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показана последовательность операций экстракции табака и переработки промывного фильтрата по мере транспортировки табака на горизонтальном ленточном фильтре;
на фиг.2 показана последовательность операций для солевой промывки экстрагированного табака с использованием горизонтального ленточного фильтра;
на фиг.3 показана последовательность операций для второй солевой промывки экстрагированного табака и переработки промывного фильтрата по мере транспортировки табака на горизонтальном ленточном фильтре;
на фиг.4 показана последовательность операций для промывки табака свежей водой для удаления соли и деактивации фермента с использованием горизонтального ленточного фильтра;
на фиг.5 показан процесс обработки табака, в котором экстракцию и последующую промывку табака выполняют с использованием множества горизонтальных ленточных фильтров последовательно. Экстракт табака и обработанный табак затем рекомбинируют.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
В одном варианте осуществления настоящего изобретения табачный материал для экстракции представляет собой полоски, резаный, измельченный или молотый табак. В предпочтительном варианте осуществления табаком является резаный табак. Однако другие виды табака могут быть экстрагированы с использованием методов, описанных в настоящем документе.
Табачный материал может быть смешан с растворителем для экстракции в виде шлама. Растворитель может быть добавлен к табачному материалу в соотношении между 10:1 и 50:1, предпочтительно между 20:1 и 40:1 и наиболее предпочтительно между 25:1 и 30:1 по массе. В конкретном предпочтительном варианте осуществления растворитель добавляют к табачному материалу в соотношении 27:1 по массе.
Растворителем может быть органический раствор, но предпочтительно водный раствор или вода. В самом начале процесса экстракции растворителем обычно является вода, но он также может содержать спирты, такие как этанол или метанол, или он может содержать поверхностно-активное вещество. Могут быть использованы другие растворители в зависимости от конкретных составляющих, экстрагируемых из табака.
Шлам сначала может быть сформирован в баке для смешения табака перед перекачкой во второй бак, такой как реактор идеального вытеснения или проточный реактор с мешалкой, для выполнения экстракции.
Экстракция может быть выполнена при температуре 15-85°С, предпочтительно при температуре 65°С. Предпочтительно, чтобы шлам непрерывно перемешивался во время экстракции, чтобы табак оставался в суспензии. Экстракцию следует выполнять в течение времени от 15 минут до двух часов. В предпочтительном варианте осуществления экстракцию выполняют в течение приблизительно 20 минут.
Во время экстракции растворимые компоненты табака будут удалены из табачного материала и попадают в раствор. Они включат никотин, сахара, некоторые белки, аминокислоты, пектины, полифенолы и ароматизаторы. Может быть растворено примерно до 55% исходной массы табака.
Важно, чтобы пектины в табачном волокне оставались перекрестно сшитыми на протяжении экстракции и процесса обработки, чтобы сохранялась волокнистая структура табака. Соответственно, может быть добавлен кальций к растворителю, используемому для экстракта табака, и к любым растворам, используемым в процедурах обработки ниже по потоку.
После экстракции шлам может быть подан из бака экстракции на первый горизонтальный ленточный фильтр. Фильтрат сливается через отверстия в ленте по мере транспортировки шлама. Этот фильтрат ("материнский фильтрат") собирают.
При этом нерастворимый остаток табака, остающийся на ленте горизонтального ленточного фильтра, может быть дополнительно экстрагирован противоточной промывкой по мере его транспортировки, чтобы как можно больше растворимых составляющих были удалены из табака.
Последовательность операций для экстракции табака по мере его перемещения вдоль горизонтального ленточного фильтра такова, чтобы свежий растворитель мог быть нанесен на табак в конце фильтра, а фильтрат ("промывной фильтрат") собран.
Промывной фильтрат может быть переработан путем нанесения на поступающий остаток табака, перемещающийся на ленте в точке выше по потоку. Сбор и повторное нанесение выше по потоку промывного фильтрата на поступающий остаток табака могут быть повторены большое число раз, предпочтительно три, четыре или даже пять раз. Таким образом, окончательный промывной фильтрат, который собирают на передней части ленты, может быть концентратом этих растворимых составляющих табака, которые были удалены из остатка табака по мере его перемещения по длине фильтра. Схема последовательности операций для экстракции табака и переработки промывного фильтрата по мере перемещения табака вдоль горизонтального ленточного фильтра показана на фиг.1.
Окончательный промывной фильтрат может быть дополнительно переработан добавлением к свежему табаку для формирования табачного шлама, готового для экстракции. Например, окончательный промывной фильтрат может быть добавлен в бак для смешения табака, в котором табачный шлам формируется перед экстракцией.
Процесс экстракции, таким образом, может быть непрерывным процессом, в котором свежий табак экстрагируют с использованием переработанного промывного фильтрата. Только в начале этого процесса экстракции осуществляется экстракция табака со свежим растворителем. Когда начинается процесс экстракции, свежий растворитель при экстракции не используется, а только растворитель, изготовленный из переработанного промывного фильтрата.
По мере продолжения процесса экстракции экстракт, таким образом, становится более концентрированным в отношении растворимых составляющих табака. Эти составляющие включают те, которые попадают в раствор во время первичной экстракции в баке для экстракции (формируя материнский фильтрат), а также те, которые попадают в раствор во время вторичной экстракции на горизонтальном ленточном фильтре (формируя промывной фильтрат).
Окончательный фильтрат, таким образом, содержит и материнский, и промывной фильтраты. При этом остаток табака, который образуется после фильтрации, не содержит тех составляющих, которые являются растворимыми в растворителе, используемом для экстракции.
Экстрагированный табак может быть отжат в конце фильтрации, чтобы удалить из него излишек жидкости. Экстрагированный табак, выходящий с горизонтального ленточного фильтра, таким образом, обычно представлен в виде обезвоженного слоя.
Окончательный фильтрат, далее упоминаемый в настоящем документе как экстракт табака, может быть впоследствии обработан для удаления тех составляющих, которые нежелательны в конечном табачном продукте. Нежелательные составляющие включают белки, полипептиды, аминокислоты, полифенолы, нитраты, амины, нитрозамины и пигментные соединения. Уровни нежелательных составляющих, таких как сахар и никотин, однако, должны оставаться неизменными, чтобы аромат и курительные свойства экстрагированного табака были сравнимы с ароматом и курительными свойствами исходного материала.
В предпочтительном варианте осуществления экстракт табака обрабатывают для удаления белков, полипептидов и/или аминокислот. До 60% белков, содержащихся в исходном табачном материале, может быть удалено с использованием нерастворимого абсорбента, такого как гидроксиапатит или отбеливающая глина, такая как аттапульгит или бентонит.
Экстракт табака предпочтительно обрабатывают бентонитом, чтобы удалить из него полипептиды. Бентонит может быть добавлен к экстракту в количестве 2-4% по массе исходно экстрагированного табака. В альтернативном варианте экстракт табака может подаваться в бак, содержащий шлам бентонита в воде. Пригодный шлам содержит приблизительно 7 кг бентонита приблизительно в 64 кг воды (количества в час), например 7,13 кг бентонита в 64,18 кг воды (количества в час). В любом случае, концентрация бентонита должна быть достаточно высокой по существу, чтобы снизить содержание белка в экстракте табака, но не столь высокой, чтобы дополнительно адсорбировать из него никотин.
Обработка бентонитом также может быть эффективна при удалении компонентов пигментов, обнаруженных в экстракте табака, которые, если их не удалить, имеют тенденцию затемнять экстракт после концентрации. Когда достаточно бентонита используется для обработки экстракта, результатом может быть сниженное количество соединений пигментов в продукте, который не затемнен чрезмерно внешне.
После обработки бентонитом экстракт табака может быть очищен от шлама центрифугированием и/или фильтрацией.
Экстракт табака может быть также или альтернативно обработан для удаления из него полифенолов. Поливинилполипирролидон (ПВПП, или PVPP) является нерастворимым адсорбентом для полифенолов, традиционно используемым в пивоваренной промышленности для удаления полифенолов из пива. ПВПП в количестве 5-10% по массе исходно экстрагированного табака может быть добавлен к экстракту. Это количество ПВПП позволяет удалить от 50 до 90% полифенолов в растворе.
Оптимальное рН для удаления полифенолов из экстракта табака посредством ПВПП считается равным примерно 3. Следовательно, эффективность адсорбции ПВПП может быть повышена путем снижения рН экстракта посредством добавления соответствующей кислоты, такой как хлористоводородная кислота.
В качестве альтернативы использования ПВПП для адсорбции полифенолов один или более ферментов могут быть добавлены к экстракту табака для разложения в нем полифенолов. Подходящим ферментом является лакказа (оксидаза ох).
Настоящее изобретение, однако, не ограничивается способами для удаления только белков и/или полифенолов из табака. В альтернативном или дополнительном варианте могут быть использованы ферменты, химические вещества или адсорбенты для удаления других нежелательных составляющих табака из экстракта табака. Примеры дополнительных нежелательных составляющих табака, которые могут быть удалены из экстракта, включают нитраты, амины и нитрозамины.
Если множество составляющих должно быть удалено из экстракта табака, большое число баков могут быть установлены последовательно, каждый из которых содержит другой фермент, химическое вещество или адсорбент, чтобы удалить выбранный набор нежелательных составляющих. В альтернативном варианте один бак может содержать множество ферментов, химических веществ или адсорбентов, чтобы нежелательные составляющие можно было удалить за один этап. Например, бак для удержания бентонита или ПВПП может содержать один или более дополнительных ферментов, химических веществ или адсорбентов, чтобы удалять не только белок или фенолы из табака, но также одну или более дополнительных нежелательных составляющих.
После обработки экстракта табака для удаления выбранных нежелательных составляющих экстракт предпочтительно концентрируют до концентрации твердых веществ от 20 до 50% по массе. Концентрации до 10% твердых веществ являются наиболее эффективно достижимыми с использованием обратного осмоса. Другая концентрация до приблизительно 40% твердых веществ может быть достигнута посредством выпарного аппарата с падающей пленкой. Могут быть использованы другие способы концентрирования, известные специалистам в этой области.
Концентрированный экстракт табака впоследствии может быть рекомбинирован с экстрагированным табаком.
Табак, экстрагированный в водном растворе, как описано выше, однако, предпочтительно дополнительно экстрагируется для удаления одной или более дополнительных нежелательных составляющих перед рекомбинированием с концентрированным экстрактом табака.
Дополнительно экстракция табака может быть выполнена с использованием фермента, специально выбранного для удаления выбранной составляющей.
TM
TM
TM
TM
В предпочтительном варианте осуществления ферментом является протеолитический фермент для удаления белка из табака. Фермент предпочтительно является бактериальным или грибковым ферментом и более предпочтительно является ферментом, используемым промышленно в пищевой промышленности и производстве моющих средств. Фермент может быть выбран из группы, состоящей из Savinase, Neutrase, Enzobake и Alcalase, которые все предлагаются компанией Novo Inc.
TM
Протеолитический фермент предпочтительно добавляют к табаку в количестве от 0,1 до 5% по массе табачного материала. Например, Savinase может быть добавлен к табаку в количестве приблизительно 1% по массе.
Табак может быть повторно суспендирован в раствор выбранного фермента. Соотношение воды и табака в шламе должно быть между 10:1 и 50:1, предпочтительно между 20:1 и 40:1 и наиболее предпочтительно между 25:1 и 30:1 по массе. В конкретном предпочтительном варианте осуществления соотношение воды и табака составляет 27:1 по массе.
рН смеси табака/фермента должно быть таким, которое способствует оптимальной активности фермента. Соответственно, может оказаться удобным подавать обезвоженный слой табака, выходящий с первого горизонтального ленточного фильтра в бак, в котором рН регулируется, например, путем добавления основания, например гидроксида натрия. Табак с регулируемым рН затем может подаваться в бак дозирования фермента для смешивания с выбранным ферментом. Смесь табака/фермента впоследствии может подаваться в реактор идеального вытеснения, где выполняется ферментативная экстракция.
Ферментативная экстракция должна быть выполнена при температуре, способствующей оптимальной активности фермента. Предпочтительно должен быть использован узкий диапазон температур, например 30-40°С, во избежание денатурации фермента.
TM
Оптимальные рабочие условия, когда Savinase является выбранным ферментом, соответствуют температуре 57°С и рН 9-11.
Ферментативная экстракция должна быть проведена в течение по меньшей мере 45 минут; любая более короткая продолжительность считается недостаточной для того, чтобы протеолитический фермент расщепил белки табака.
Безусловно, несколько ферментативных экстракций может быть выполнено, если несколько составляющих должны быть удалены из табака. Их следует выполнять последовательно, или несколько ферментов могут быть добавлены к табаку за один этап обработки.
Также остается возможным, чтобы фермент был включен в самый первый этап экстракции процесса обработки, чем путем введения последующего отдельного этапа экстракции.
После ферментативной экстракции смесь табака/фермента может быть подана на второй горизонтальный ленточный фильтр, и материнский фильтрат может быть собран и обработан, как отходы. Нерастворимый остаток табака может быть промыт солевым раствором, предпочтительно раствором хлорида натрия, чтобы промыть его от фермента. Солевое ополаскивание может быть выполнено последовательным противоточным образом, аналогично используемому при экстракции табака на первом горизонтальном ленточном фильтре.
Солевой раствор, таким образом, может быть нанесен на табак ближе к концу фильтра. Промывной фильтрат может быть переработан и использован для промывки остатка табака, перемещающегося на ленте, в точке выше по потоку. Сбор и повторное нанесение выше по потоку промывного фильтрата на поступающий остаток табака могут быть повторены большое число раз, предпочтительно три, четыре или даже пять раз. Окончательный промывной фильтрат, собранный на передней части ленты, обработан, как отходы. Это показано на фиг.2.
После солевого ополаскивания табак может быть отжат на конце ленты, чтобы удалить излишек жидкости из него.
Табак затем может быть подан в бак смешения с солевым ополаскиванием и реактор идеального вытеснения или проточный реактор с мешалкой для сочетания с солевым раствором при втором солевом ополаскивании.
Смесь может быть подана на третий горизонтальный ленточный фильтр, и осуществляют сбор материнского фильтрата. Этот фильтрат обработан, как отходы, и не перерабатывается. Свежий солевой раствор, предпочтительно раствор хлорида натрия, может быть нанесен на табак около конца фильтра. Как и раньше, промывной фильтрат может быть переработан и использован для промывки остатка табака, перемещающегося на ленте, в точке выше по потоку. Сбор и повторное нанесение выше по потоку промывного фильтрата на поступающий остаток табака могут быть повторены большое число раз, предпочтительно три, четыре или даже пять раз. Окончательный промывной фильтрат, собранный на передней части ленты, может быть переработан и использован при первой солевой промывке. Это показано на фиг.3.
Табак после солевой промывки может быть отжат на конце ленты для удаления из него излишка воды. Далее его предпочтительно комбинируют со свежей партией соленой воды для обеспечения как можно более полного удаления фермента из табака. Для этой цели могут быть использованы бак для смешивания и реактор идеального вытеснения или проточный реактор с мешалкой.
Чтобы удалить соль после солевой промывки табака, может быть выполнена промывка чистой водой. Табак после солевой промывки может быть подан на ленту четвертого горизонтального ленточного фильтра, и материнский фильтрат собирают и перерабатывают для использования при первой или второй солевой промывке. Свежая вода затем может быть нанесена на табак на конце ленты. Промывной фильтрат может быть переработан и использован для промывки остатка табака, перемещающегося на ленте, в точке выше по потоку. Сбор и повторное нанесение промывного фильтрата выше по потоку на поступающий остаток табака могут быть выполнены большое число раз, предпочтительно три, четыре или даже пять раз. Окончательный промывной фильтрат, собранный на передней части ленты, может быть возвращен в емкость, служащую для каждой из промывок соленой водой. Это показано на фиг.4.
Однако солевая промывка и водой может быть достаточной для удаления всех ферментов из табака. Важно, чтобы конечный табачный продукт не обладал ферментативной активностью вообще во избежание риска для оператора процесса каких-либо вредных реакций, связанных с ферментом в готовом продукте.
Следовательно, промытый табак может быть обработан для деактивации какого-либо остаточного фермента, остающегося в табаке после промывки солевым раствором и водой. Это может быть выполнено обработкой табака паром в достаточной степени для деактивации фермента, но не настолько, чтобы табак потерял свою волокнистую форму. В одном варианте осуществления обработку паром выполняют при температуре 98°С в течение четырех минут, но время пребывания может быть увеличено до 10 минут или около того, если это необходимо. В альтернативном варианте табак может быть подвергнут термообработке для деактивации фермента, например, при воздействии СВЧ-излучения или спекании табака. В другом варианте осуществления фермент может быть деактивирован посредством химической денатурации; однако должны быть предприняты шаги для удаления химического вещества из табака.
Если табак обработан паром, это может быть выполнено по мере того, как табак приближается к концу четвертого горизонтального ленточного фильтра, как показано на фиг.4. Излишек жидкости может быть удален из табака посредством его отжатия.
Таким образом, способ может включать последовательность отдельных этапов, один или более из которых могут быть выполнены с использованием горизонтального ленточного фильтра. В одном варианте осуществления все этапы способа выполняют с использованием горизонтального ленточного фильтра. Следовательно, способ может быть непрерывным процессом, в котором свежий табак непрерывно подается на первый горизонтальный ленточный фильтр, и обработанный табак непрерывно производится ниже по потоку. В одном варианте осуществления каждый из этапов экстракции табака, солевой промывки и деактивации выполняют на горизонтальном ленточном фильтре, и для этой цели несколько фильтров могут быть расположены последовательно. Это показано на фиг.5.
Обработанный табак затем может быть дополнительно обработан с приданием ему свойств для рекомбинации с экстрактом табака. В предпочтительном варианте осуществления табак подается в распределитель, который разрывает спутанный слой табака на свободно плавающие волокна.
Обработанный табак затем может быть рекомбинирован с концентрированным экстрактом табака. Добавление обработанного экстракта назад к экстрагированному табаку обеспечивает удержание водорастворимых ароматизирующих компонентов табака и никотина в конечном продукте. Следовательно, рекомбинация дает табачный продукт, который обладает аналогичной физической формой и внешним видом, вкусом и курительными свойствами, что и исходный материал, но по существу со сниженными уровнями белка, полифенолов или другой выбранной составляющей(их).
Рекомбинация может быть достигнута распылением экстракта табака на табак. Количество исходного экстракта, рекомбинированного с обработанным табаком, зависит от количества, которое потеряно во время обработки экстракта для удаления выбранных составляющих, и различно для разных типов табака.
Стандартный процесс сушки может быть использован для сушки табака до, во время или после рекомбинации с обработанным экстрактом табака. Начальное влагосодержание табака обычно составляет приблизительно 70-80%.
В предпочтительном варианте осуществления влагосодержание после сушки должно составлять приблизительно 14%.
Нагретая сушилка, такая как ленточная сушилка, может быть использована для снижения влагосодержания в табаке приблизительно до 30%. Вторая нагретая сушилка, такая как воздушная сушилка, затем может быть использована для дальнейшего снижения влагосодержания приблизительно до 14%.
Окончательно высушенный продукт впоследствии может быть обработан до конечной формы, такой как лист, который, когда он нарезан, может формировать весь или часть наполнителя сигареты.
Вследствие того что до 30% исходных составляющих табака удалены из него во время процесса экстракции и обработки, концентрация оставшихся составляющих на единицу массы табака выше в готовом продукте по сравнению с исходным материалом. Эти составляющие включают целлюлозу, которая, вместе с сахарами и крахмалами, может производить вредные летучие вещества, такие как ацетальдегид и формальдегид, в дыме при сгорании.
Для компенсации этого особый тип фильтра может быть включен в курительное изделие, содержащее обработанный табак. В патенте US 4033361 предлагается соответствующий фильтр, который содержит макропористый анионообменный каучук аминного типа, содержащий по существу только первичные аминные группы в качестве адсорбента для летучих составляющих табачного дыма. Уголь также может быть включен в этот фильтр.