СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИДАНИЯ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ПРОДУКТУ ТАБАЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
METHOD AND APPARATUS FOR IMPARTING ORGANOLEPTIC QUALITY TO TOBACCO INDUSTRY PRODUCT

Область техники
Изобретение относится к области придания органолептического качества продукту табачной промышленности.
Уровень техники
Там, где это разрешено местными правовыми нормами, в продукцию табачной промышленности могут вводиться добавки, меняющие некоторые из его органолептических или воспринимаемых потребителем качеств. В сигареты, сигары, снюс, жевательный табак и др. могут вводиться добавки, изменяющие их вкусовой букет. Примеры подходящих добавок включают ментол, кофе, можжевельник, бузину, бадьян, а также многие другие.
До настоящего времени подобные добавки вводились в продукты табачной промышленности в процессе их изготовления. Например, добавки могут быть введены в табачные штранги при изготовлении курительных изделий. Кроме того, добавки могут быть введены в оберточную бумагу, окружающую табачный штранг. В этом случае добавка может быть введена в адгезив, используемый в процессе изготовления. Оба эти способа предусматривают необходимость определенного контакта между табачным продуктом и добавкой.
В US 3991771 предлагается установка, в которой табачный продукт прогоняется через ряд камер для обработки и затем табак выталкивается в конвейер. Такая технология требует большого количества дополнительного оборудования (камер обработки) и не дает возможности эффективно регулировать и получать нужный уровень органолептических свойств продукта.
Краткое изложение сущности изобретения
На примере представленных ниже частных вариантов выполнения изобретения подробно описывается устройство для придания органолептического качества продукту табачной промышленности (далее - продукт-реципиент) с использованием воспринимаемого вещества, полученного от продукта-донора, включающее камеру (обработки) продукта-донора и камеру (обработки) продукта-реципиента, при этом в устройстве обеспечивается многократная циркуляция текучей среды между камерой продукта-донора и камерой продукта-реципиента так, что по меньшей мере одно воспринимаемое вещество, получаемое из продукта-донора, переносится из камеры продукта-донора в камеру продукта-реципиента и приводится в контакт с продуктом-реципиентом.
В одном варианте выполнения продукт-донор может представлять собой растительное сырье, а продукт-реципиент может быть продуктом табачной промышленности. Для выделения воспринимаемого вещества растительное сырье может быть нагрето до температуры в интервале 10-150°C. Например, продукт-донор может включать мяту, нагреваемую до 90°C, или кофе, нагреваемое до 40°C, или гвоздику, нагреваемую до 110°C.
Растительное сырье может подготавливаться в замороженном состоянии и перемалываться в порошок перед прокачкой через него текучей среды.
Температура растительного сырья может быть изменена с течением времени и, например, растительное сырье может быть нагрето до первой температуры в течение первого периода времени для выделения первого воспринимаемого вещества при относительно низкой первой температуре кипения, после чего температуру растительного сырья поднимают до второй, более высокой, температуры для выделения второго воспринимаемого вещества с более высокой температурой кипения по сравнению с первым воспринимаемым веществом.
Продуктом табачной промышленности может быть один из продуктов из перечня, включающего табак, снюс, пакетированный снюс, бумагу для фильтра, ободковую бумагу, фильтрующий материал, курительные изделия, емкости для курительных изделий или заготовки для формирования емкостей для курительных изделий.
В одном варианте выполнения текучая среда, поступающая в камеру продукта-донора, предварительно нагревается для усиления выделения воспринимаемого вещества из продукта-донора.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания изобретения далее приводится описание вариантов его выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 представлено в перспективе в разобранном виде устройство в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг.2 представлен вид сбоку устройства в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг.3 представлен вид сбоку другого резервуара для обработки, который может быть использован в устройстве, показанном на фиг.2;
на фиг.4 представлен вид сбоку варианта выполнения устройства для придания органолептического качества продукту-реципиенту и
на фиг.5 представлена в увеличенном виде камера продукта-донора из варианта выполнения, показанного на фиг.4.
Подробное описание изобретения
В настоящем описании термином продукт-реципиент называют продукт, которому сообщается органолептическое качество. В описанных здесь вариантах выполнения продукт-реципиент представляет собой продукт, используемый в табачной промышленности. Подразумевается, что такие продукты табачной промышленности включают как конечные продукты, например снюс в рассыпной или пакетированной форме, фильтры курительных изделий, законченные курительные изделия или емкости для курительных изделий, так и промежуточные продукты, например табак, фильтрующий материал, заготовки для формирования емкостей для курительных изделий и т.д. Использование заготовок вместо полностью сформированных емкостей для курительных изделий позволяет экономить место.
В том случае, если продуктом-реципиентом является табак, могут быть использованы различные разновидности табака на разных стадиях обработки. Например, могут использоваться резаный табак, табак в виде целого листа или пластинчатый, табачный стебель, листы восстановленного скрошенного табака или молотый табак. В вариантах выполнения настоящего изобретения, где продуктом-реципиентом является табак, табачные штранги могут быть сформированы для использования в курительных изделиях хорошо известным способом, после чего им могут быть приданы органолептические качества.
В настоящем описании термином продукт-донор называют продукт, используемый для придания органолептического качества продукту-реципиенту. В вариантах выполнения, описанных ниже, продукты-доноры включают растительное сырье, например мяту, можжевельник, анис, бадьян и гвоздику, хотя могут быть использованы и другие продукты-доноры.
Вариант выполнения устройства для придания органолептического качества продукту-реципиенту представлен на фиг.1, где продукт-донор включает растительное сырье, а продукт реципиент включает продукт табачной промышленности, в данном случае табак. Показанное на фиг.1 устройство содержит камеру 1 продукта-реципиента, в которую помещается продукт 2 табачной промышленности. В данном примере этим продуктом является резаный табачный лист, но могут использоваться и другие продукты-реципиенты, как это было описано ранее. Внутри камеры 1 может быть помещена сетчатая полка 3, служащая для размещения на ней продукта 2 табачной промышленности. Камера 1 имеет уплотняемую крышку 5, которую можно открыть для загрузки продукта-реципиента в камеру и извлечения его оттуда. Могут быть также установлены манометр 6 и предохранительный клапан 7.
В варианте выполнения, показанном на фиг.1, донорское растительное сырье 8 загружено в резервуар 9 обработки. Сырье 8 может содержаться в резервуаре 9 растительного сырья в твердом виде, например, в форме листьев или ягод либо молотых листьев или ягод, в зависимости от конкретного размера ячейки сетки, о чем более подробно будет сказано далее. В альтернативном варианте растительное сырье 10 может содержаться в форме газообразного экстракта или жидкости под давлением вместе с подходящим пропеллентом. В последнем случае, когда растительное сырье 8 находится в газообразной или жидкой форме под давлением, резервуар 9 для растительного сырья может быть приспособлен для газообразного или жидкого содержимого так, как это должно быть понятно специалисту.
Текучая среда, в данном примере воздух, повторно прокачивается насосом 11 через камеры 1, 9 продукта-донора и продукта-реципиента по системе труб, содержащей трубопроводы 10. Трубопровод 10 включает три части 10a, 10b, 10c и может быть изготовлен из любого подходящего материала, который сам по себе не вносит значительных загрязнений в поток текучей среды. Подходящим материалом является нержавеющая сталь, но также могут использоваться и трубы из некоторых пластиков. Первая часть 10A проходит между насосом 11 и резервуаром 9 продукта-донора. Вторая часть 10b проходит между резервуаром 9 продукта-донора и резервуаром 1 продукта-реципиента. Третья часть 10c проходит от резервуара 1 продукта-реципиента к насосу 11. Воздух может прокачиваться насосом 11 в направлении, показанным стрелкой на фиг.1, хотя в другом варианте выполнения прокачка может выполняться в противоположном направлении.
В процессе работы воздух накачивается насосом 11 через первую часть 10а трубопровода в камеру 9 продукта-донора, и воспринимаемые компоненты растительного сырья 8 в камере 9 переносятся воздушным потоком через вторую часть 10b трубопровода в камеру 1 продукта-реципиента. Внутри камеры 1 воздух, переносящий воспринимаемые компоненты растительного сырья 8, проходит через продукт 2 табачной промышленности, находящийся в камере 1 так, что продукт 2 табачной промышленности пропитывается воспринимаемыми компонентами растительного сырья 8. Воздух выходит из камеры 1 через третью часть 10с трубопровода для повторной прокачки насосом 11 по трубопроводу 10 в течение заданного времени, и когда продукт табачной промышленности пропитается воспринимаемым веществом в достаточной мере, продукт может быть извлечен из камеры через временно открываемую крышку 5.
На фиг.2 представлена альтернативная конструкция, включающая камеру продукта-донора в виде резервуара 12 растительного сырья, камеру продукта-реципиента в виде смесительного барабана 13 для табака и насос 11. Текучая среда, в данном примере включающая воздух, прокачивается насосом 11 в замкнутом контуре через трубопровод, включающий воздушную трубу 10а, в резервуар 12 растительного сырья. Между резервуаром 12 и смесительным барабаном 13 проходит труба 10b, а между смесительным барабаном 13 и насосом 11 проходит другая труба 10с. Насос 11 может включать перистальтический насос. Могут использоваться и другие насосы, например, среди прочих, лопастной насос, центробежный компрессор, поршневой насос, шестеренчатый насос и насос с гидравлическим поршнем. Показанное на фиг.2 устройство может работать при атмосферном давлении.
Резервуар 12 имеет внутреннюю камеру 14 для размещения в ней растительных продуктов 8, например можжевельника, кофе, бадьяна или любого другого подходящего растительного продукта. Растительный продукт 8 размещается на проволочной сетке 15, расположенной в нижней части 16 камеры 14. Вода 17 находится в части 16 камеры ниже проволочной сетки 15. Однако не всегда есть необходимость использовать воду, в зависимости от степени влажности растительного продукта 8. Боковые стенки резервуара 12 обернуты тепловой рубашкой 18, а снизу под резервуар 12 подложена тепловая подставка 19. Тепловая рубашка 18 и тепловая подставка 19 выполнены с возможностью подводить тепло к содержимому камеры 12 и могут управляться соответствующим образом. Например, тепловые рубашка и подставка могут использовать электрический нагрев и (или) нагрев паром. Труба 10а, соединяющая перистальтический насос 11 и резервуар 12 обработки, входит в резервуар 12 сверху. Воздух, накачиваемый в резервуар 12, проходит через внутреннюю трубу 20, расположенную внутри резервуара 12, в нижнюю часть так, что поток затем проходит внутри через растительное сырье 8 для получения воспринимаемого вещества для передачи его табачному продукту-реципиенту в барабане 13.
Конструкция смесительного барабана 13 для табака обеспечивает размещение в нем нужного количества продукта 2 табачной промышленности для насыщения или пропитывания его воспринимаемыми компонентами из растительного продукта 8, находящегося в резервуаре 12 обработки. Смесительный барабан 13 может быть выполнен с возможностью его вращения двигателем 21 вокруг его центральной оси 22. Вращение смесительного барабана 13 способствует впитыванию продукта 2 табачной промышленности воспринимаемыми компонентами растительного продукта 8.
В процессе работы воздух накачивается перистальтическим насосом 11 в резервуар 12 обработки. Воздух подводится к нижней части внутренней камеры 14 по внутренней трубе 20 и проходит через воду 17, находящуюся в части камеры 14 ниже проволочной сетки 15, на которой находится растительный продукт 8. Предпочтительно тепловая рубашка 18 и тепловая подставка 19 нагревают резервуар до температуры примерно 90°C. Приложенное тепло и воздушный поток способствуют испарению значительной части воды, находящейся в резервуаре 12 обработки, с образованием водяного пара. Воздух и водяной пар выталкиваются вверх сквозь проволочную сетку 15 и растительный продукт 8. Тепло, приложенное к резервуару 12 растительного сырья, передается в находящийся в нем растительный продукт 8. Эта энергия заставляет испаряться часть воспринимаемого вещества, содержащегося в растительном продукте 8, переходя в газовую фазу внутри резервуара. По мере того как воздух и водяной пар проходят через резервуар 12 обработки, они увлекают пары воспринимаемого вещества и создают смесь, которую в дальнейшем будем называть технологическим воздухом. Далее технологический воздух выталкивается из резервуара 12 через трубу 10b, соединяющую резервуар 12 со смесительным барабаном 13, который содержит некоторое количество продукта 2 табачной промышленности для его пропитки парами воспринимаемого вещества растительного продукта 8.
Смесительный барабан 13 имеет температуру более низкую, чем резервуар обработки, и поэтому при прохождении технологического воздуха в барабан по трубе 10b из резервуара 12 пары воспринимаемого вещества начинают конденсироваться в барабане 13.
Вращение барабана 13 вокруг оси 22 цилиндра двигателем 21 обеспечивает тщательное перемешивание продукта 2 табачной промышленности и сконденсированных воспринимаемых компонентов в барабане 13. Таким путем продукт 2 табачной промышленности становится пропитанным воспринимаемыми компонентами из растительного продукта 8. Описанный выше процесс может быть продолжен до тех пор, пока не испарится вся вода, находящаяся в камере 12 обработки. В альтернативном варианте процесс может продолжаться заранее заданное время для достижения желаемого уровня пропитывания продукта 2 табачной промышленности.
На фиг.3 представлена альтернативная камера продукта-донора, включающая резервуар 23 обработки. Резервуар 23 имеет вытянутую форму и расположен вертикально, при этом воздух от насоса 11 входит в резервуар из впускного отверстия 24, расположенного вблизи дна резервуара 23. Вода хранится в камере 25 хранения воды и подается в резервуар 23 через впускное отверстие 26 по трубопроводу 27 под управлением клапана 28. Так же, как и в случае резервуара 12, показанного на фиг.2, резервуар 23, показанный на фиг.3, нагревается тепловой рубашкой 18. Вода испаряется воздушным потоком и приложенным теплом от тепловой рубашки 18. Водяной пар проходит вверх, сквозь растительный продукт 8, находящийся в камере 14 и расположенный на проволочной сетке 15. Технологический воздух, содержащий пары воспринимаемого вещества, выходит из резервуара 23 через выпускное отверстие 29 для воздуха и передается по трубе 10b к смесительному барабану 13, как это показано на фиг.2, где происходит конденсация паров воспринимаемого вещества и пропитка находящегося там продукта 2 табачной промышленности.
Экспериментальные данные
Для анализа влияния различных условий пропитки были проведены эксперименты по пропитыванию табака можжевельником при использовании устройства, описанного выше со ссылкой на фиг.2 и 3. Было исследовано пять образцов с использованием SPME-GC/MS (микроэкстрация твердой фазы - газовая хроматография/масс-спектрометрия - от англ. Solid Phase Microextraction - Gas Chromatography/Mass Spectrometry) анализа ароматических компонентов, нанесенных на табак в процессе пропитывания.
Таблица 1
Образец
Описание образца
Можжевельник 1
2 кг можжевеловой ягоды, перемолотой в замороженном виде, нагревается до 90°C с использованием устройства, показанного на фиг.4, с 10 кг табака
Можжевельник 2
2 кг можжевеловой ягоды, перемолотой в замороженном виде, нагревается до 90°C с использованием устройства, показанного на фиг.3, с 10 кг табака
Можжевельник 3
Табак, пропитанный в эксперименте Можжевельник 1, был дополнительно пропитан 2 кг можжевеловой ягоды, перемолотой в замороженном виде, нагретой до 90°C, с использованием устройства, показанного на фиг.4
Можжевельник 4
Табак, пропитанный в эксперименте Можжевельник 2, был дополнительно пропитан 2 кг можжевеловой ягоды, перемолотой в замороженном виде, нагретой до 90°C, с использованием устройства, показанного на фиг.4
Контрольный образец можжевельника
Молотая можжевеловая ягода, без табака
Контрольный образец табака
Только табак, без можжевельника
Результаты анализа представлены в Таблице 2. Количество конкретного компонента, присутствующего в каждом образце, получено усреднением по двум повторным пробам, за исключением контрольного образца можжевельника, где анализировалась только одна проба.
Таблица 2
Образец
Контрольный табак (мг)
Можжевельник 1 (мг)
Можжевельник 2 (мг)
Можжевельник 3 (мг)
Можжевельник 4 (мг)
Можжевельник контрольный(мг)
Скипидар
0,00
0,07
0,09
0,11
0,38
3,42
Фелландрен
0,00
0,20
0,21
0,30
0,91
8,42
Терпинен
0,00
0,55
0,56
0,75
1,59
7,25
Терпинолен
0,00
0,80
0,88
1,06
3,52
13,02
Линалоол
0,00
0,02
0,02
0,04
0,06
0,14
Сабинен гидрат
0,00
0,04
0,03
0,07
0,08
0,33
Карвоментол
0,01
0,33
0,32
0,67
0,68
1,35
Терпинеол
0,00
0,04
0,03
0,08
0,09
0,65
Цитронеллол
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,08
Борнилацетат
0,00
0,17
0,16
0,30
0,43
2,86
Цитронеллил-бутират
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,17
Кубебен
0,01
0,13
0,12
0,25
0,59
2,29
Лонгипинен
0,00
0,01
0,01
0,02
0,05
0,27
Иланген
0,00
0,01
0,01
0,02
0,05
0,49
Элемен
0,01
0,11
0,11
0,19
0,35
2,47
Кубебен
0,00
0,02
0,02
0,03
0,06
0,96
Изоледен
0,00
0,01
0,01
0,02
0,23
2,77
Аморфен
0,00
0,15
0,13
0,25
0,48
6,28
Кадинен
0,00
0,16
0,12
0,26
0,47
7,44
Селинадиен
0,00
0,01
0,01
0,02
0,03
1,03
Лонгифолен
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,20
Как можно заметить из Таблицы 2, компоненты, присутствующие в контрольном образце можжевельника и отсутствующие в контрольном образце табака, присутствуют в образцах Можжевельник 1-4, приготовленных в соответствии с настоящим изобретением.
Аналогичные результаты могут быть получены при использовании другого варианта выполнения, показанного на фиг.4 и 5. Как видно на фиг.4, устройство включает камеру 30 продукта-донора и камеру 31 продукта-реципиента. Камера 30 продукта-донора и камера 31 продукта-реципиента могут быть сформированы из любого долговечного материала, который может противостоять воздействию условий окружающей среды, например изменениям температуры, давления и влажности. Подходящие материалы могут включать, помимо прочего, металлы, например сталь, в частности нержавеющую сталь или любой другой прочный материал или сплав. Также может использоваться и пластический материал, при условии, что его конкретный состав не выделяет загрязнителей в продукт-реципиент.
На фиг.5 камера 30 продукта-донора показана более подробно. Камера 30 продукта-донора представляет собой цилиндрический резервуар, имеющий закупоривающее устройство, например крышку 5, для загрузки и извлечения продукта-донора 8.
Камера 31 продукта-реципиента может иметь вид вращающегося барабана, как это показано на фиг.4, который может вращаться вокруг оси 22 вращения двигателем 21, как это показано на фиг.2. Камера 31 продукта-реципиента также может иметь закупоривающее устройство, например крышку (не показана), для загрузки и извлечения продукта-реципиента 2.
Камера 30 продукта-донора и камера 31 продукта-реципиента соединены трубопроводной системой в форме замкнутого контура из труб 10. Первая труба 10a проходит между насосом 11 и камерой 30 продукта-донора. Вторая труба 10b проходит от камеры 30 продукта-донора к камере 31 продукта-реципиента. Третья труба 10c проходит между камерой 31 продукта-реципиента и насосом 11. При этом текучая среда может многократно прокачиваться между камерой 30 продукта-донора и камерой 31 продукта-реципиента по замкнутому контуру, изолированному от атмосферы.
Трубы 10 могут быть изготовлены из долговечного материала, устойчивого к воздействию внешних условий, например высокой температуры, влажности и расходов текучей среды, а места соединений не должны включать герметика, который вносит загрязнения в поток текучей среды.
В вариантах выполнения, показанных на фиг.4, насос 11 используется для прокачки текучей среды через трубы 10 и камеры 30, 31 и может включать перистальтический насос. Могут, однако, использоваться и насосы другого типа. Насосы другого типа могут включать, среди прочих, лопастной насос, центробежный компрессор, поршневой насос, шестеренчатый насос и насос с гидравлическим поршнем. Насос 11 оборудован устройством 32 управления насосом для управления расходом, с которым текучая среда циркулирует в устройстве.
Камера 30 продукта-донора может быть снабжена перемешивателем для перемешивания находящегося в ней продукта-донора 8. Например, стержень 33 для перемешивания может использоваться для перемешивания продукта-донора 8 для стимулирования извлечения воспринимаемого вещества из продукта-донора в поток текучей среды.
Камера 30 имеет сетку (не показана на фиг.4 или 5) в нижней части, аналогичную сетке 15, показанной на фиг.2, для создания несущей опоры продукту-донору 8 и для распределения воздушного потока по основанию слоя материала продукта-донора.
В альтернативном случае продукт-донор 8 может перемешиваться вибрацией камеры 30 либо камера может быть выполнена в виде камеры с псевдоожиженным слоем, в которой поток сам перемешивает продукт-донор.
Продукт-реципиент 2 также может перемешиваться и, как показано на фиг.4, цилиндрическая камера 31 продукта-реципиента может вращаться вокруг оси 20 вращения. Кроме того, перемешиватель, например стержень для перемешивания (не показан), по существу аналогичный стержню 33 для перемешивания, может быть использован для перемешивания продукта-реципиента 2, обеспечивая более равномерное распределение по продукту-реципиенту 2.
Кроме того, продукт-реципиент 2 может перемешиваться вибрацией камеры 31 продукта-реципиента. Вибрация продукта-реципиента 2 дополнительно способствует контакту воспринимаемых веществ, получаемых из продукта-донора 8, с продуктом-реципиентом 2.
Как показано на фиг.4 и 5, снаружи камеры 30 продукта-донора может быть помещен источник тепла, например тепловая рубашка 18, для нагревания ее содержимого, а именно продукта-донора 8, а также любой текучей среды, находящейся в камере 30 продукта-донора. Тепловая рубашка 18 может представлять собой резистивный нагревательный элемент, обмотанный вокруг камеры 30 продукта-донора и имеющий наружный изолирующий слой для снижения потерь тепла снаружи устройства. Как должно быть понятно специалистам, существуют альтернативные способы нагревания камеры 30 обработки, включающие, помимо прочего, пропускание пара или горячей воды в рубашку вокруг резервуара или по змеевику, расположенному внутри резервуара. Тепловая рубашка 18 может обертываться вокруг всей окружности и также верхних и нижних концов камеры 30 и показана в разрезе для иллюстрации камеры 30 продукта-донора и ее содержимого.
В альтернативном варианте или в комбинации с тепловой рубашкой 18 текучая среда, входящая в камеру 30 по трубе 10a, может быть предварительно подогрета для нагревания содержимого камеры 30 продукта-донора. Для этого вокруг трубы 10a может быть расположена тепловая рубашка 34 для подогревания текучей среды, входящей в камеру 30. В другом варианте текучая среда может быть подогрета пропусканием ее через подходящий теплообменник. Преимуществом подогрева воздуха является увеличенная теплопередача в растительный продукт 8, находящийся внутри камеры 30 обработки.
Другая тепловая рубашка 35 может быть помещена вокруг трубы 10b для поддержания температуры текучей среды с воспринимаемым веществом, проходящей от камеры 30 к камере 31, и предотвращения конденсации до достижения камеры 31.
Продукт-донор 8 может быть подготовлен перед его помещением в камеру 30 продукта-донора. Например, в вариантах выполнения, где продуктом-донором является мята, мята может быть нарезана или перемолота до требуемого среднего размера частицы. В мяту добавляется вода в количестве, например, 10-15 мл, к примеру 30 мл, на килограмм мяты.
Растительное сырье, например кофе, можжевельник и анис, может быть заморожено для сохранения им воспринимаемых веществ перед использованием в устройстве. Типичным интервалом температур, до которых может быть заморожено растительное сырье, является интервал от -26°C до 0°C. Сырье может быть размолото до его замораживания или после. Замороженное растительное сырье затем может размалываться снова в процессе приготовления для использования в устройстве. При перемалывании растительного сырья частицы распределяются по размеру, при этом желательно, чтобы 50% частиц попадали в интервал размеров от 0,5 мм до 1,5 мм. Такая подготовка растительного сырья перед использованием в устройстве облегчает выделение воспринимаемых веществ из продукта-донора 8 при использовании устройства.
Как упоминалось ранее, текучая среда, например воздух, многократно прокачивается в замкнутом контуре по системе труб 10. Однако могут быть использованы и другие текучие среды, например газ или смеси газов, с минимальным содержанием кислорода для снижения риска самопроизвольного возгорания, например, пыли, образующейся в процессе помола, или табачной пыли. Подходящим газом является азот, но в качестве альтернативы может быть использован водяной пар или инертные газы, например благородные газы, к примеру гелий. Другим преимуществом использования технологической текучей среды с малым содержанием кислорода является то, что меньше вероятность окисления воспринимаемых веществ, благодаря чему можно избежать изменений их характерного вкуса или запаха.
В процессе использования текучая среда вводится в основание камеры 30 продукта-донора по трубе 10a и увлекает воспринимаемое вещество, содержащее ароматизатор, который должен быть сообщен продукту-реципиенту в камере 31 продукта-реципиента. Образовавшаяся в камере 30 текучая среда, содержащая ароматизатор, проходит в трубу 10b и попадает в камеру 31 продукта-реципиента для сообщения ароматизатора продукту-реципиенту 2, как это будет более подробно описано ниже.
Далее труба 10c переносит текучую среду от камеры 31 продукта-реципиента через насос 11 обратно в камеру 30 продукта-донора для завершения цикла, который может быть повторен достаточное число раз для достижения нужного уровня пропитывания табачного продукта. Впускное отверстие трубы 10c расположено ниже уровня табака 2 для гарантии того, что текучая среда, переносящая воспринимаемое вещество от трубы 10b, всасывается через табачный продукт для передачи воспринимаемого вещества табаку. На впускном отверстии трубы 10c установлен впускной сетчатый фильтр 36 для предотвращения попадания табака в трубу, чтобы снизить вероятность попадания его в камеру 30.
Кроме того, в трубе 10c между камерой 31 продукта-реципиента и насосом 11 может быть установлен пылесборник 37 для сбора табачной пыли или твердых отходов. Пылесборник может включать, например, отстойник большого объема, центробежный сепаратор, фильтрующую систему с фильтрующей средой или воздухоочиститель, который удаляет твердые частицы из потока текучей среды, но не препятствует рециркуляции оставшихся воспринимаемых веществ, захваченных потоком текучей среды.
В альтернативном варианте или дополнительно фильтры могут быть установлены в каком-либо другом месте устройства, например, там, где труба 10b выходит из камеры 31 продукта-реципиента.
Различные параметры среды внутри устройства, например температура, влажность, давление или расход текучей среды, могут быть измерены с использованием одного или более измерительных устройств. В варианте выполнения, показанном на фиг.4 и 5, для измерения температуры внутри камеры 30 продукта-донора используется термометр или термопара 38. Для измерения других параметров могут быть использованы другие измерительные устройства 39, например гигрометр или другое подходящее измерительное устройство для измерения влажности, манометр для измерения давления, а ротаметр - для измерения расхода текучей среды в устройстве 1.
Для управления температурой, до которой тепловая рубашка 18 нагревает содержимое камеры 30 продукта-реципиента, и уровня подогрева, обеспечиваемого тепловыми рубашками 34, 35 вокруг труб 10a, 10b, которые ведут к камере 30 и от нее, может использоваться контроллер 40. Контроллер 40 может включать интерфейс 41 пользователя, позволяющий ввести значение температуры, до которой должно быть подогрето содержимое камеры 30 продукта-донора. Температурой можно управлять на основании данных о температуре, полученных от термометра 38. Например, если термометр 38 измеряет температуру 100°, пользователь может ввести в контроллер 40 через пользовательский интерфейс 41 команду понизить температуру, например, до 90°. Контроллер 40, соответственно, дает команду тепловой рубашке 18 на снижение температуры.
Контроллер 40 может быть автоматизированным. В этом случае контроллер может быть запрограммирован на автоматическое снижение температуры, когда температура, измеренная термометром 38, поднимается выше установленной величины, обеспечивая управляющую цепь обратной связи, которая поддерживает температуру на заранее установленном номинальном уровне. Например, контроллер 40 может управлять мощностью, подводимой к тепловой рубашке 18 для поддержания температуры вблизи установленного значения 90°.
В то время как на фиг.4 и 5 представлен вариант выполнения, где цепь температурной обратной связи может быть создана для камеры 30 продукта-донора, следует иметь в виду, что такая же цепь обратной связи может быть создана и для других частей устройства 1, например камеры 31 продукта-реципиента или отдельных труб 10. Например, тепловой источник, термометр и контроллер могут быть подключены к камере 31 продукта-реципиента.
В некоторых вариантах выполнения контроллер 40 может быть выполнен с возможностью изменения различных других параметров (т.е. вдобавок к температуре или вместо нее) в зависимости от измеряемого параметра. Например, контроллер может изменять температуру в зависимости от измеренных величин влажности или давления. В другом варианте давление может быть изменено в зависимости от измеренной температуры. В общем случае устройство может иметь цепь обратной связи, в которой параметром можно управлять в зависимости от измеренной величины этого же или другого параметра.
Следует понимать, что в то время как измерение параметров и управление ими было описано применительно к камере 30 продукта-донора, в других вариантах выполнения может осуществляться управление параметрами любой части устройства в зависимости от параметра, измеренного в какой-либо иной части устройства. Например, в некоторых вариантах выполнения камера 31 продукта-реципиента может быть оснащена источником тепла и контроллером. Содержимое камеры 31 продукта-реципиента может быть нагрето до некоторой температуры в зависимости от, например, измеренного давления внутри камеры 30 продукта-донора.
В процессе работы текучая среда, например воздух, нагнетается насосом 11 в камеру 30 продукта-донора по трубе 10a. Тепловая рубашка 18 нагревает содержимое камеры 30 продукта-донора до заранее установленной температуры, задаваемой контроллером 40. Температура, до которой нагревается содержимое камеры 30 продукта-донора, зависит от продукта-донора 8, находящегося в камере, хотя обычно для растительного сырья составляет в интервале 10-150°C, более конкретно в интервале 20-110°C. Например, мята может быть нагрета до номинальной температуры 90°C, кофе может быть нагрет до температуры 40°C, гвоздика может быть нагрета до температуры 110°C. Когда содержимое камеры 30 продукта-донора нагревают до определенной температуры, некоторые воспринимаемые вещества, содержащиеся в продукте-доноре 8, температура кипения которых ниже этой температуры, становятся летучими.
Текучая среда, выходящая из камеры 30 продукта-донора через трубу 10b, может быть нагрета тепловой рубашкой 35, которая снижает количество испарившегося воспринимаемого вещества, которое сконденсировалось до попадания в камеру 31 продукта-реципиента. В показанном на фиг.5 варианте выполнения труба 10b показана проходящей вертикально от камеры 30 продукта-донора. Преимущество такой конструкции состоит в том, что любые вещества, сконденсированные в трубе 10b, скорее всего, попадут обратно в камеру 30 продукта-донора, где может произойти их повторное испарение. В результате может быть снижено количество вещества, конденсирующегося в трубе 10b.
Между содержимым камеры 31 продукта-реципиента и камеры 30 продукта-донора может быть установлен перепад температур. В дополнение к использованию теплового источника для камеры 30 продукта-донора, как показано на фиг.4 и 5, тепловой источник, например тепловая рубашка (не показана), также может быть использован для камеры 31 продукта-реципиента с соответствующими датчиками температуры, присоединенными к контроллеру 40, для поддержания перепада температуры.
Значительное количество воспринимаемого вещества, переносимого в камеру 31 продукта-реципиента из камеры 30 продукта-донора по трубе 10b, конденсируется в камере 31 продукта-реципиента и входит в контакт с находящимся там продуктом-реципиентом 2. Продукту-реципиенту 2 при этом сообщается органолептическое качество воспринимаемых веществ, полученных от продукта-донора 8.
Перемешивание в камере 31 продукта-реципиента, как упоминалось ранее, также способствует соприкосновению между воспринимаемыми веществами, полученными от продукта-донора 8, с продуктом-реципиентом 2 в камере 31 продукта-реципиента.
Текучая среда может многократно прокачиваться между камерой 30 продукта-донора и камерой 31 продукта-реципиента. Такая многократная циркуляция может проводиться столько раз, сколько необходимо для придания продукту-реципиенту нужного уровня органолептического качества, полученного от продукта-донора. Например, рециркуляция может проводиться в течение заданного периода времени, обычно составляющего 4-9 часов, например 5-7 часов, к примеру 6 часов, либо процесс может продолжаться, пока не будет достигнут заданный в процессе уровень воспринимаемых параметров.
Устройство 1 может быть выполнено из таких материалов, которые обеспечивают снижение количества посторонних веществ (т.е. нежелательных веществ из окружающей устройство 1 среды), попадающих в устройство 1. Например, для формирования камеры 30 продукта-донора и камеры 31 продукта-реципиента могут быть использованы материалы, обладающие низкой пористостью, например нержавеющая сталь или алюминий.
Кроме того, соответствующие закупоривающие устройства, например крышка 5 камеры 30 продукта-донора и крышка (не показана) камеры 31 продукта-реципиента, могут быть снабжены уплотнителем для сведения к минимуму проникновения снаружи посторонних веществ и минимизации потерь в окружающую атмосферу технологического воздуха, содержащего пары воспринимаемых веществ.
Области, где происходит соприкосновение составных частей устройства 1, например, где соединяются камера 30 продукта-донора и труба 10a, могут быть выполнены с возможностью снижения поступления в устройство посторонних веществ. Например, размеры компонентов могут быть выбраны так, чтобы обеспечить тугую посадку, либо могут использоваться подходящие уплотнители, не выделяющие загрязнителей.
Температура содержимого камеры 30 продукта-донора может регулироваться посредством контроллера, как это было описано выше, путем изменения температуры в различных частях устройства, например в камере 30 продукта-донора. Различные воспринимаемые вещества продукта-донора 8, находящиеся в камере 30 продукта-донора, могут переходить в летучее состояние при различных температурах, и путем изменения температуры внутри камеры 30 продукта-донора от первого значения температуры в течение первого периода времени до второго значения температуры в течение второго периода времени можно способствовать испарению различных воспринимаемых веществ в различные периоды времени.
1
1
1
1
1
1
Например, в первый период Р времени камера 30 продукта-донора может быть нагрета до температуры Т. Воспринимаемое вещество S продукта-донора 8, имеющее температуру кипения менее Т, в основном переходит в газообразное состояние и переносится в потоке текучей среды под действием насоса 11 по трубе 10b в камеру 31 продукта-реципиента. Воспринимаемые вещества, для испарения которых требуются температуры более высокие, чем Т, в течение первого периода Р времени в газообразное состояние в основном не переходят.
2
2
1
2
1
1
2
1
2
1
2
2
В течение второго периода Р времени камера 30 продукта-донора может быть нагрета до температуры Т, большей, чем температура Т. Поскольку Т больше, чем T, воспринимаемые вещества S, описанные выше, продолжают испаряться. Кроме того, воспринимаемые вещества S, температура кипения которых выше T, но ниже, чем Т, и испарение которых в период P времени было слабым, начинают испаряться в течение периода Р. Эти воспринимаемые вещества S могут теперь быть перенесены в потоке текучей среды насосом 11 в камеру 31 продукта-реципиента.
При этом температура камеры 30 продукта-донора может последовательно повышаться в соответствующие интервалы времени для испарения воспринимаемых веществ со все более высокими температурами кипения.
1
1
1
При более высоких температурах может начаться деградация продукта-донора 8 или воспринимаемых компонентов. Посредством постепенного повышения температуры в последовательных временных интервалах такая деградация может наступить уже после того, как воспринимаемые вещества с более низкими температурами кипения были в основном испарены. Если же, напротив, продукт-донор 8 был подвергнут воздействию высокой температуры, значительно превосходящей точку кипения воспринимаемых веществ S, в течение периода Р времени, органолептические качества воспринимаемого вещества S могли пострадать.
Изменение температуры во время последовательных временных интервалов может быть выполнено вручную, например, ручной установкой контроллера 40 посредством интерфейса 41 пользователя. В альтернативном варианте контроллер 40 может включать память для хранения инструкций и процессор, благодаря чему изменение температуры в последовательные периоды времени может быть автоматизировано. Например, в памяти могут храниться инструкции по нагреванию камеры 30 продукта-донора до температуры примерно 30°C в течение 20 минут, после чего камера 30 продукта-донора должна нагреваться до температуры примерно 90°C в течение 60 минут.
В ходе описанного выше процесса может проводиться анализ образцов текучей среды в узле 42 анализа, например, масс-спектрометра или газового хроматографа, посредством которого получают хроматограмму, содержащую информацию о том, какие вещества присутствуют в образцах текучей среды и в каком количестве. Например, хроматограмма может показывать, что имеются в некотором количестве конкретные воспринимаемые вещества, полученные из продукта-донора 8. Кроме того, может быть подвергнуто анализу присутствие любых веществ, которые были использованы для подготовки продукта-донора 8 перед выполнением описанного выше процесса, например воды. Хроматограммы могут также показывать наличие внутри устройства посторонних веществ, что может указывать на наличие утечки.
В вариантах выполнения, описанных со ссылкой на фиг.4 и 5, узел 42 анализа присоединен к трубе 10c, однако узел 42 анализа может быть присоединен к любой из труб 10a и 10b. Действительно, узел анализа может получать и анализировать образцы из одной точки или из нескольких точек вдоль системы 10 труб, либо внутри камер 30, 31.
Образцы текучей среды могут быть получены из трубы 10b перед входом текучей среды в камеру 31 продукта-реципиента и (или) из трубы 10c после того, как текучая среда покинет камеру 31 продукта-реципиента. Будучи полученными до и после прохождения камеры 31 продукта-реципиента, эти образцы могут быть подвергнуты сравнению для получения информации о том, какие вещества остались внутрь камеры 31 продукта-реципиента.
На основании полученных таким образом результатов посредством контроллера 40 может быть изменена температура частей устройства, например камеры 30 продукта-донора. Например, если хроматограмма показывает присутствие воспринимаемого вещества в образце текучей среды в количестве ниже требуемого уровня, тогда температура может быть увеличена для усиления испарения этого воспринимаемого вещества. И наоборот, если количество, в котором присутствует воспринимаемое вещество, слишком велико, температура камеры продукта-донора может быть снижена для ослабления испарения воспринимаемого вещества. Кроме того, хроматограмма может указывать на уровень, при котором процесс завершается, показывая ход концентрации воспринимаемых компонентов в процессе работы. Полученные зависимости могут помочь в принятии решения, когда следует остановить процесс циркуляции технологической текучей среды или нагревания резервуара обработки, поскольку кривая выделения воспринимаемых веществ характеризуется естественным спадом и имеет точку, где при дальнейшей обработке выход воспринимаемых компонентов будет минимальным.
Ниже приведено два частных примера использования устройства, показанного на фиг.4 и 5, где одной загрузке продукта-реципиента сообщается органолептическое качество воспринимаемого вещества, полученного от одной загрузки продукта-донора.
Пример 1 - Кофе
Камера 31 продукта-реципиента содержала скрошенный табак 2 товарного сорта, предназначенный для сигаретных табачных штрангов.
Камера 30 продукта-донора содержала кофе, приготовленный помолом зерен кофе Коста-Рика, дающего настой с мягким вкусом. Перед использованием зерна были заморожены и смолоты в мельнице с просеивающей насадкой. После того как смолотый кофе был помещен в камеру 30, начался нагрев до температуры 30°C как тепловой рубашкой 18, так и тепловыми рубашками 34, 35.
Для перемешивания содержимого камеры 30 использовалась лопасть 33 мешалки, сначала с небольшим числом оборотов, например одним или двумя, через интервалы времени обычно 20 минут, а затем по 3-4 оборота с интервалами примерно один час по мере течения процесса. Общее время экстрагирования составляло примерно 7 часов.
Подогрев камеры 30 был усилен два раза: с 30°C до 45°C через 55 мин и затем до 55°C еще через час.
Табак 2 после извлечения из камеры 31 имел ясно различимый запах кофе.
Пример 2 - Можжевельник
Камера 31 продукта-реципиента содержала скрошенный табак 2 товарного сорта, предназначенный для сигаретных табачных штрангов.
Камера 30 продукта-донора содержала можжевеловые ягоды, приготовленные помолом.
Перед использованием ягоды были заморожены и сначала смолоты в мельнице без просеивающей насадки, затем снова заморожены и смолоты в мельнице и пропущены через 4 мм сито. После того как смолотый материал был помещен в камеру 30, выполнялся нагрев до температуры 90°C как тепловой рубашкой 18, так и тепловыми рубашками 34, 35 в течение 6 часов.
Как и в Примере 1, для перемешивания содержимого камеры 30 использовалась лопасть 33 мешалки. Табак 2 при извлечении его из камеры 31 издавал хорошо различимый запах можжевельника.
В обоих примерах табак мог быть оставлен в камере 31 на некоторое время после выключения насоса 11 перед извлечением из камеры, что, как было установлено, способствует пропитыванию ароматизатором табака-реципиента.
В модификации устройства лопасть 33 предназначена для работы в качестве перемалывающего органа с тем, чтобы перемалывание растительного сырья могло выполняться внутри камеры 30 м закрытой крышкой. Этим снижается образование пыли, происходящее при перемалывании растительного сырья вне устройства.
Также как и изменение температуры камеры 30 продукта-донора, могут быть изменены и влажность, расход текучей среды и (или) давление внутри устройства, а также продолжительность процесса, степень перемешивания содержимого камеры 30 продукта-донора и камеры 31 продукта-реципиента. Изменение этих параметров может выполняться без прерывания самого процесса.
Следует понимать, что возможно приспособить любое описанное здесь устройство или изменить его конструкцию для работы либо при частичном вакууме, либо при давлении выше атмосферного. Некоторое растительное сырье положительно реагирует на использование давления, отличающегося от атмосферного, позволяя извлекать больше воспринимаемых компонентов, страдающих от воздействия температуры.
Для рассмотрения различных вопросов и объяснения изобретения настоящее описание во всей его полноте показывает, в качестве иллюстрации, различные варианты, в которых может быть выполнено настоящее изобретение и может более эффективно сообщать органолептическое качество продукту-реципиенту с использованием воспринимаемого вещества, полученного от продукта-донора. Приведенные в раскрытии преимущества и особенности относятся только к частным вариантам выполнения и не являются ни исчерпывающими, ни исключительными. Они предназначены только для обеспечения лучшего понимания и объяснения заявленных признаков. Следует иметь в виду, что преимущества, варианты выполнения, примеры, функции, признаки, конструкции и (или) другие особенности изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие это изобретение, определяемое формулой, либо эквивалентами формулы, и что могут быть использованы другие варианты выполнения, а вводимые модификации могут соответствовать существу и области притязаний изобретения. Различные варианты выполнения могут, соответственно, содержать различные комбинации, состоять или в основном состоять из различных комбинаций, раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, шагов, средств и т.п. Кроме того, изобретение включает другие варианты, не заявляемые в настоящей заявке, но которые могут быть заявлены в дальнейшем.