專利名稱：經(jīng)擠壓的煙草物料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用作吸煙物料的制備，具體地說，涉及采用擠壓技術(shù)的煙草產(chǎn)品的制造方法。
香煙是眾知的吸煙制品，它們具有大體上呈圓柱桿狀的形狀結(jié)構(gòu)，包括由包裝材料，如紙所包裝的煙草物料，如此形成所謂的“煙絲條”。制造含有從一端對(duì)準(zhǔn)煙絲條的一端的圓柱形過濾器的香煙已成為需要。通常，過濾器是由纖維材料，如醋酸纖維所制成，并采用包在香煙一端的香煙過濾嘴材料將其連接到煙絲條上。香煙通?？砂ń?jīng)過加工的、復(fù)制的或精制的煙草物料。盡管用于煙草加工、復(fù)制或精制的一些方法是已知的，但采用各種擠壓技術(shù)來提供這樣一些物料已引起了人們的興趣。
一些參考資料列舉了提供經(jīng)擠壓的，可用作吸煙材料的方法。例如，第3，203，432號(hào)美國專利中，Green等人提出將煙草研磨成很小的尺寸，并將該煙草與水混合，將該混合物擠壓成長絲狀。第4，598，721號(hào)美國專利中，Stiller等人提出采用具有制備絲狀產(chǎn)品的模壓頭和模壓頭上裝有旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓機(jī)從煙草下腳中制備壓扁的纖維小片。第3，932，081號(hào)美國專利中，Buchman等人提出從磨碎的煙草懸浮液中制備擠壓的可用作吸煙的纖維。第4，347，855號(hào)美國專利中Lanzillotti等人和第4，391，285號(hào)美國專利中Burnett等人提出了具有高度特定的形狀、構(gòu)造以及控制多孔性和控制密度的擠壓吸煙制品。第4，510，950和第4，625，739號(hào)美國專利中，Keritsis等人提出了提供含有經(jīng)發(fā)泡和擠壓的煙草的吸煙制品。
盡管已存在有各種物理加工可用作吸煙的材料的方法，但尚未有已知的任何專一的方式或方法，可用于在擠壓過程中將煙草物料的規(guī)定的和有效的組成改變。為了有效和高效地提供獨(dú)特的可用于吸煙的物料，且該物料具有改善的或規(guī)定的吸煙特性或組成，就需要采用一種在擠壓過程中能顯著地改變煙草物料的化學(xué)組成的方法。
本發(fā)明涉及經(jīng)擠壓的可用于吸煙的物料。較佳地，可用于吸煙的物料是通過擠壓分散的煙草物料而得到的。如果需要的話，其它的填充物料也可以與煙草物料一起加工。根據(jù)本發(fā)明，填充物料(其中至少一部分填充物料是煙草物料)和一種能改變煙草物料的化學(xué)組成的作用劑被置于擠壓設(shè)備中并進(jìn)行擠壓。上述的作用劑是一種能使煙草物料的化學(xué)組成變性和/或能置換或能從煙草中釋放出某些選擇性組分的材料。在足以使所述作用劑成為具有使煙草物料化學(xué)變性或能從煙草中釋放出某些選擇性組分的能力的條件下，將填充物料和上述作用劑進(jìn)行擠壓。尤其，與上述作用劑有關(guān)的填充物料的份量、在擠壓裝置中的混合作用、濕度水平、和擠壓裝置中所采用的溫度和壓力都會(huì)引起煙草物料的變性或一定量的選擇性組分高效地從煙草物料中釋放出來。在擠壓裝置中，從最終的擠壓物中分別收集過量的作用劑和從煙草物料中所分離的組分。
在這里所使用的，且僅限于說明本發(fā)明，從煙草物料中置換出選擇性組分的術(shù)語“置換”意思是煙草物料釋放出某些選擇性組分或者選擇性的組分從煙草物料中被移出，并從煙草中淘汰一定的量。尤其，所選擇的組分可以從煙草物料中分離出來或從煙草物料中排出至一定的量。例如，可以從煙草物料中抽提、揮發(fā)、或其它方法從煙草物料中釋放或趕出所選擇的組分。
在這里所使用的，且僅限于說明本發(fā)明，與煙草物料的化學(xué)組成的變性有關(guān)的術(shù)語“使變性”意思是煙草物料經(jīng)歷一個(gè)化學(xué)變化或經(jīng)化學(xué)改變到一定的程度。
本發(fā)明可以以有效和高效的方式加工可用于吸煙的物料。本發(fā)明尤其有益的是在將煙草的化學(xué)組成改變到一定的程度的同時(shí)，可以將煙草加工成所需要的形狀和形式。例如，在一個(gè)擠壓裝置內(nèi)，將烤煙與氨接觸，這樣(ⅰ)一定量的尼古丁(煙堿)可以從煙草中釋放出來或被置換出來，和(ⅱ)氨和烤煙的還原糖類可以產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并由此在經(jīng)擠壓的物料中形成一定的反應(yīng)香味。或者，在一個(gè)擠壓裝置中，在(ⅰ)一定量的尼古丁可以從煙草中釋放出來或被置換出來，和(ⅱ)氨與糖類可在擠壓物料中化學(xué)反應(yīng)的條件下，將細(xì)纖維煙草和氨以及有效量的糖類添加劑(如果糖或葡萄糖)相接觸。在任一種情況下，將所釋放的尼古丁和所得到的脫尼古丁的擠壓物分別地收集。
所得到的經(jīng)擠壓的可用于吸煙的物料可以采用該領(lǐng)域中已知的技術(shù)而使用。例如，可以將擠壓物加工為類片狀的形式，再進(jìn)一步加工，用添加劑處理，與其它物料相混合，切段或加工而獲得所需要的大小等等。最佳的是將該擠壓物用作為香煙制造時(shí)的去筋煙葉或煙葉補(bǔ)充劑。


圖1和圖2是本發(fā)明的典型的加工步驟的較佳具體實(shí)例的示意圖。
參照?qǐng)D1和圖2，它們是本發(fā)明的典型的較佳的加工步驟的示意流程圖。尤其，該流程圖所列出的各種加工步驟可用于得到脫尼古丁的煙草物料。
參照?qǐng)D1，采用球磨機(jī)或其它合適的粉碎設(shè)備，將煙草物料10進(jìn)行尺寸減小步驟13。將磨碎的煙草物料16轉(zhuǎn)移并計(jì)量地進(jìn)入至擠壓機(jī)19的進(jìn)料區(qū)。將結(jié)合劑22計(jì)量進(jìn)入擠壓機(jī)19的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，并將磨碎的煙草物料16和結(jié)合劑22在擠壓機(jī)19中干燥混合，并將所需要的水份含量計(jì)量地供給至混合物。濕度通常由氫氧化銨水溶液25進(jìn)行調(diào)節(jié)。將所得到的潮濕的混合物歷經(jīng)擠壓條件28，該條件包括提高的溫度和壓力，使在溶解和活化結(jié)合劑時(shí)，可獲得很好混合的，半軟化的，半固體的物料。而擠壓機(jī)中的溫度和壓力也要足夠地使尼古丁可以從煙草物料中釋放出來。氣體組分(如水蒸汽、氨氣和尼古丁)在排氣區(qū)30排出，并從擠壓機(jī)的模具31的上游收集。尤其，在氣體組分從排放區(qū)排放出來以前，在擠壓器內(nèi)部的壓力能使相對(duì)大量的水份呈液態(tài)是最需要的。但是，排氣區(qū)30的壓力比沿?cái)D壓機(jī)的上游區(qū)的壓力維持得低得多，以促使揮發(fā)性的物料從經(jīng)擠壓的混合物中排放出來。半軟化的、半固體的物料通過模具31上的開口，所得到的擠壓物34與排放的水氣、氨和尼古丁被分別地進(jìn)行收集。收集擠壓物的方式可以各不相同，并取決于該物料的所需要的用途。如果需要的話，可采用輥系統(tǒng)35或其它的物理處理方法對(duì)從擠壓機(jī)的模具出來的擠壓物進(jìn)行處理。對(duì)于水份含量低于40%的混合物來說，這種隨機(jī)的物理處理是尤其需要的。將所得到的物料冷卻至環(huán)境溫度，而得到有彈性的經(jīng)加工的煙草物料37，它的尼古丁含量小于煙草物料10。
參照?qǐng)D2，將煙草物料歷經(jīng)尺寸減小步驟13。將所得到的磨碎的煙草物料16計(jì)量并轉(zhuǎn)至擠壓機(jī)19的進(jìn)料區(qū)。將所需要的含量的氫氧化銨水溶液25計(jì)量地加入至混合物。該溶液可隨機(jī)地含有一定量的糖，如葡萄糖，果糖等，尤其，當(dāng)煙草物料是細(xì)纖維煙草或有高含量的細(xì)纖維煙草時(shí)。將所得到的潮濕的混合物歷經(jīng)擠壓條件28，該條件包括提高的溫度和壓力，以使尼古丁可以從煙草物料中釋放出來。氣體組分(如水蒸汽，氨氣和尼古丁)從擠壓機(jī)的排放區(qū)30排出，并從擠壓機(jī)的模具31的上游加以收集。尤其，在氣體組分從排放區(qū)中釋放出來以前，在擠壓器內(nèi)部的壓力能使相對(duì)大量的水份保持在液體狀態(tài)是最重要的。但是，在排氣區(qū)30的壓力比沿著擠壓機(jī)的上游區(qū)的壓力所維持的要低得多，以促進(jìn)揮發(fā)性的物料從經(jīng)擠壓的混合物中排放出來。任意地，可以將蒸汽38在氫氧化銨溶液25被計(jì)量加入擠壓機(jī)的位置的下游，但在排氣區(qū)30的上游導(dǎo)入擠壓機(jī)。這樣，蒸汽可以幫助從煙草物料中排出尼古丁。分別地，將結(jié)合劑22溶解于水介質(zhì)40中，該介質(zhì)可任意地包含少量甘油或其它的濕潤劑。將含有溶解的結(jié)合劑的水介質(zhì)40從排放區(qū)30的下游計(jì)量加入至擠壓機(jī)19中，這樣，所需要濃度的水份和結(jié)合劑就可與煙草物料相接觸了。將所得到的潮濕的混合物歷經(jīng)擠壓條件42，以獲得很好混合的，半軟化的，半固體的物料。將該半軟化的、半固體的物料通過模具31的開口，并收集所得到的擠出物34。如果需要的話，擠壓器模具出口處的擠出物可采用輥系統(tǒng)35或其它的物理方法進(jìn)行處理。對(duì)于水份含量低于約40%的混合物來說，這種隨機(jī)的物理處理是尤其需要的。將所得到的物料冷卻至環(huán)境溫度，而獲得尼古丁含量小于煙草物料10，有彈性的經(jīng)加工的煙草物料37。
這里所使用的擠壓機(jī)是可以變動(dòng)的。盡管單螺旋擠壓機(jī)可以使用，但較佳的擠壓機(jī)是雙螺旋擠壓機(jī)，其中復(fù)合旋轉(zhuǎn)式雙螺旋擠壓機(jī)是尤其好的。尤其有用的是所稱的“蒸煮擠壓機(jī)”，它可以加熱加入到擠壓機(jī)中的物料。各種各樣的螺旋構(gòu)造均可使用。例如，具有喂料、混合、泵送、剪切等元件組合的螺旋可根據(jù)需要選出，以得到最佳的結(jié)果。具有能夠提供較大的輸出能力，具有間斷或非共軛的刮板，或能“反刮”或“逆轉(zhuǎn)”的部分或元件的螺旋也可以使用。典型的螺旋元件和具有這些元件的組合的螺旋對(duì)于擠壓機(jī)的制造是有用的。
合適的擠壓機(jī)是商業(yè)上可購得的那些，如Werner和pfleidererContinua37，L/D為27∶1，WernerTX-52，L/D為34∶1和BakerPerkinsMPF-50，L/D為25∶1。配備有脫氣的排氣口和一合適的螺旋的Brabender單螺旋擠壓機(jī)也可以被使用。這些擠壓機(jī)的操作對(duì)于該領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很顯而易見的。
在本發(fā)明中所用的煙草物料是可以變動(dòng)的。典型地，煙草物料包括煙草絲、煙草末、煙草葉片、煙草的去筋煙葉、容積膨化煙葉、從各種加工過程和香煙制造過程中所回收的廢煙草、煙葉莖和煙草桿、重制后的煙草物料的碎片和/或薄片、經(jīng)輥壓的煙葉莖、基本完整的葉子形式的煙草等以及它們的組合物。對(duì)煙草物料的各種小片和顆粒的原始尺寸的要求是不嚴(yán)格的。
術(shù)語“基本完整的葉子形式”意思是包括含有莖的完整的葉子?；旧贤暾娜~子形式的煙草物料包括由儲(chǔ)藏室所提供的熏制煙草;和從大包、大桶和箱子中得到的陳化煙草。尤其，含有莖的完整的葉子可以不除去其中任何部分而被使用。通常，基本上完整的葉子形式的煙草物料包括經(jīng)捶擊的或去莖的煙草。但是，在進(jìn)一步加工以前，采用篩選技術(shù)或其它技術(shù)凈化或除去煙葉中的沙子則是需要的。
這里所使用的最佳的煙草包括細(xì)纖維煙草、烤煙、馬里蘭煙草和東方煙草。其它類型的煙草，如稀有的或特制的煙草也可以采用。各種煙草可以分別地使用或以它們的混合物而使用。
如果需要的話，煙草物料可與一定量的其它的填充物料一起加工。在本發(fā)明中，術(shù)語“填充物料”涉及煙草物料以及除煙草物料以外的能提供一部分?jǐn)D壓的可用于吸煙的物料的體積的任何其它材料。除煙草物料外的合適的填充物料的實(shí)例包括碳化或熱分解的物料，煙草取代物料，有機(jī)填充物料，如谷類，無機(jī)填充物料，如粘土、碳酸鈣或氧化鋁，或其它的一些物料和它們的混合物。與煙草物料相關(guān)的所使用的其它填充物料的量取決于所需要的成煙性能和最終的可用于吸煙的物料的物理性質(zhì)。
為了使被擠壓的物料的利用效率最佳化，填充物料通常具有規(guī)定好的顆粒大小。根據(jù)擠壓的模具的大小，填充物料的單個(gè)顆粒大小約小于5目。典型地，可將煙草物料和隨選的其它的填充物料的尺寸減小，如此得到的單個(gè)顆粒的尺寸約小于30目，較佳為約小于40目，更佳為約小于60目，最佳為約小于100目。采用研磨機(jī)、錘磨機(jī)、球磨機(jī)或其它合適的使尺寸減小的設(shè)備進(jìn)行研磨或減小物料的尺寸，可以得到小尺寸的填充物料。磨碎的填充物料可以轉(zhuǎn)移至擠壓機(jī)中而無需進(jìn)一步地加工。如果需要的話，尺寸減小步驟可以在采用高剪切效應(yīng)的螺旋元件或產(chǎn)生剪切力的螺旋元件的擠壓機(jī)的螺桿套筒中進(jìn)行。
如果需要的話，香料、煙草調(diào)香物料，如甘油或其它濕潤劑、表層裝飾物料或其它的香味增強(qiáng)物料可以摻入最終要擠壓的混合物中。香味增強(qiáng)物料可包括有機(jī)酸(如乙酰丙酸)、糖類等，如可參考Leffingwell等人(1972)的“吸煙制品的煙草調(diào)料”(Tobaccoflavoringforsmokingproducts)。香味添加劑可以在過程的不同階段中加入;如果需要的話，香味添加劑可以摻入作用劑，然后進(jìn)入擠壓機(jī)中而與填充物料相接觸。所使用的香味添加劑的選擇和含量對(duì)于該領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是明顯的。
煙草物料和根據(jù)本發(fā)明從煙草物料中所置換出來的選擇性組分的專一變性可以是不同的。但是，煙草物料的化學(xué)組成通常可以根據(jù)本發(fā)明的方法而改變，即一定量的尼古丁可以從煙草物料中被置換出來。這樣，本發(fā)明的方法為該領(lǐng)域的技術(shù)人員提供了獲得脫尼古丁的煙草物料的方便的方法?！懊撃峁哦　币庵复嬖谟跓煵菸锪现械拇罅康哪峁哦”慌欧懦鰜恚湫偷?，約大于煙草物料中尼古丁的5%(重量)，較佳地為約大于10%(重量)的尼古丁從煙草物料中排出，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的大多數(shù)脫尼古丁的應(yīng)用是所需要的。測定煙草的尼古丁含量的方法可參考Harvey等人，《“Tob·Sci.》Vol.25，P131(1981)。
可使煙草物料變性或可置換煙草物料的選擇性的組分的作用劑是可以變動(dòng)的;如果需要的話，該作用劑可以是各種物料的混合物。但是，一種尤其好的作用劑是氨。氨被用于從煙草中釋放或置換尼古丁，和使置于擠壓機(jī)中的煙草物料變性。尤其，氨可以與擠壓裝置中的水分相結(jié)合，也可與所采用的任何其它流體相結(jié)合，這樣就可以提供從煙草中排放出選擇性的組分的條件。例如，氨和水份的組合物可以有效地調(diào)節(jié)煙草的pH值，使尼古丁容易地從煙草中被置換出來。氨可以以各種形式提供。例如，氨可以是氣體形式、水溶液形式，如氫氧化銨、或固體形式，如碳酸銨。用于從煙草物料中置換出尼古丁的其它作用劑可以包括過氧化氫、碳酸鉀、碳酸氫鈉等。這些作用劑可以促進(jìn)或增加從煙草物料中排出尼古丁。
作用劑可以以各種方式加入到擠壓裝置中。例如，可以將填充物料與有效量的固體形式的作用劑進(jìn)行干混合，然后，將所得到的混合物加入擠壓裝置中;或也可將填充物料與固形作用劑分別地加入到擠壓裝置中。或者，填充物料可以通過第一加料口加入擠壓裝置，而作用劑的液體溶液或分散液則可通過位于第一加料口下游的第二加料口加入到擠壓裝置中。此外，填充物料可以通過第一加料口加入到擠壓裝置中，而氣體形式的作用劑可通過位于第一加料口下游的第二加料口加入擠壓裝置中。
與填充物料相關(guān)的所采用的上述作用劑的量可以變動(dòng)。所采用的作用劑的量可取決于諸如作用劑的性質(zhì)、須要變性或置換的所選擇的組分、這種需要變性的或置換的所選擇的組分的量、作用劑和填料所承受的擠壓條件(如溫度和壓力)等的因素。如作用劑是氨的情況下，氨(作用劑)的使用量較典型地是約0.5%～5%，較佳為約1%～3%，以所加工的煙草物料的干重為基準(zhǔn)。
在擠壓過程中，且在所需要的氣體組分排出以前，填充物料的水份含量可以不同。如果需要的話，潮濕的填充物料可以與一種非水的流體相結(jié)合，該流體能夠補(bǔ)充或增加(ⅰ)使煙草的一定的選擇性組分變性，或(ⅱ)從煙草中置換出某些選擇性的組分。這種流體可包括二氧化碳;醇，如甲醇、乙醇和異丙醇;鹵碳化合物，如商業(yè)上可購得的氟利昂(Freons);烴，如丙烷、戊烷和己烷等。典型地，填充物料加工時(shí)總流體含量(如，它包括的水份含量)為約20%～約60%之間，較佳為約25%～35%，以在擠壓裝置中所加工的物料的總量為基準(zhǔn)。
可以有各種擠壓條件，它們可足以使所選擇的組分從煙草物料中置換出來，另外它們可以使煙草物料變性。這些條件使能夠或允許作用劑可從煙草中置換出所選擇的組分。典型地，溫度實(shí)質(zhì)上高于環(huán)境溫度可有助于組分從煙草物料中大量地排出。例如，溫度在80℃～170℃，較佳為100℃～150℃的范圍對(duì)于采用氨作為上述的作用劑的煙草物料的脫尼古丁作用是所需要的。
擠壓裝置中所采用的壓力可以不同。通常，物料在高于大氣壓，但低于2，000磅/平方英寸(表壓)，較佳為小于1，500磅/平方英寸的壓力下加工。典型地，采用氨作為上述作用劑的煙草物料的脫尼古丁作用通?？稍趬毫Υ笥诩s200磅/平方英寸下進(jìn)行。需要配備擠壓裝置，這樣，在其中所建立在設(shè)備內(nèi)的壓力可以在排氣區(qū)迅速地減小，這樣，揮發(fā)物(如前述的作用劑以及被置換的所選擇的組分)可從擠壓裝置中迅速地排出。通常，較合適的是維持排氣區(qū)的壓力低于大氣壓，以使氣體物質(zhì)可以迅速地從擠壓裝置中排出。例如，排氣區(qū)的壓力可保持在低于大氣壓3英寸汞柱至12英寸汞柱。
根據(jù)這些因素如上述的作用劑的選擇和/或用于在擠壓過程中與連同水份在一起的流體，可以選擇擠壓過程的溫度和壓力，這樣，作用劑和/或流體可建立一個(gè)超臨界的狀態(tài)。而在超臨界的條件下，這些物料通?？梢蕴峁┆?dú)特的性質(zhì)，這樣就可以從煙草中置換出所選擇的組分。
填充物料和作用劑都要?dú)v經(jīng)一個(gè)時(shí)間周期，該周期足以使所選擇的組分從煙草物料中置換出來或可使煙草物料化學(xué)變性。通常，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，這種時(shí)間周期的范圍為約0.5分鐘～約3分鐘，較佳為約0.75分鐘～約2分鐘。該時(shí)間周期可以根據(jù)擠壓機(jī)螺桿套筒的長度、擠壓條件和從煙草中排出的所需要的組分而變動(dòng)。通常，可提供足夠混合和剪切煙草物料的螺旋構(gòu)造和上述的作用劑對(duì)于時(shí)間周期的要求相對(duì)要短一些。
從煙草物料中排放出來的組分和任何殘余物或未反應(yīng)的作用劑可與擠壓物分別地從擠壓機(jī)中排出。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，在擠壓過程中所使用的作用劑的大部分作為殘余物、未反應(yīng)物或過量作用劑而排出。例如，尼古丁可以隨水蒸汽/氨混合氣而帶走和排出，或在填充物料經(jīng)過擠壓模具之前從擠壓機(jī)中排出。如果需要的話，水蒸汽可以在將作用劑加入套筒的位置的下游，而在排氣區(qū)的上游加入到擠壓機(jī)的螺桿套筒中。水蒸汽可以有助于除去欲從煙草中排出的組分，因此可最大限度地從煙草中排放出這些組分。蒸汽排出通?？梢酝ㄟ^排氣口或其它一些擠壓技術(shù)中慣用的裝置而進(jìn)行。因?yàn)檎羝c所收集的擠出物是分開收集的，所以擠壓物通常具有(ⅰ)可忽略不計(jì)的殘余物或未反應(yīng)的氨的含量水平，或(ⅱ)如此低水平的殘余物或未反應(yīng)的氨，以致于所存在的氨不會(huì)使最終的可用于吸煙物料對(duì)于相關(guān)的器官感覺引起不協(xié)調(diào)的特性。
擠壓裝置的氣體混合物的排出區(qū)的螺旋構(gòu)造通常具有大的輸出能力，以保證排出區(qū)的螺桿只有低程度的裝填。這樣，在擠壓機(jī)螺桿套筒的排出區(qū)，低裝填率的填充物料就使得由填充物料所施加的壓力很小，這樣，排出口的填充物料的溢流變得最小或排除了。典型地，具有間斷或非共軛螺紋的螺旋構(gòu)造在排氣區(qū)可以提供所需要的大的輸出能力，以當(dāng)進(jìn)行填充物料的所需要的混合時(shí)，減小螺旋被裝填的程度，這樣，其中包含蒸汽的物料可以容易地從排氣區(qū)把蒸汽排放出來。為了有助于從擠壓機(jī)中排出蒸汽，在排氣區(qū)可采用真空。
從擠壓機(jī)中排出的蒸汽被毀掉或處理、濃縮、截留，或回收或分離。例如，可將水、氨和尼古丁的蒸汽混合物冷卻，使之通過一種酸溶液鼓泡，并排氣?；蛘?，可將蒸汽通過吸附材料，如碳、氧化鋁、酸化硅膠等，以使氨和尼古丁的蒸汽可以從氣流中除去。
為了增加各種填料顆粒互相之間的粘聚性，從而獲得具有良好物理性能的擠壓物，結(jié)合劑在這里是有用的。這里可以使用很廣范圍的各種結(jié)合劑。但是，這里所使用的較佳的結(jié)合劑包括刺槐豆膠和蒼耳烷膠的混合物。將溶解的刺槐豆膠和蒼耳烷膠的混合物在高于80℃下加熱，然后將加熱后的水質(zhì)混合物冷卻至低于結(jié)合劑的凝結(jié)點(diǎn)(如低于55℃)，可以形成一種可逆的凝膠。
合適的結(jié)合劑可以包括約15%-約75%的刺槐豆膠，較佳為約25%-約65%的刺槐豆膠，更佳為約40%-約60%的刺槐豆膠;和約25%-約85%的蒼耳烷膠，較佳約35%-約75%的蒼耳烷膠，更佳為約40%-約60%的蒼耳烷膠，以結(jié)合劑的總量為基準(zhǔn)。較佳的是所用的結(jié)合劑的量為約0.2%-約6%，較常用為低于約5%，更佳為約1%-約4%，最佳為約2%-3%，以結(jié)合劑和填充物料的干重的總重量為基準(zhǔn)。
磨碎的煙草物料、任意的其它填充物料和結(jié)合劑互相之間的接觸方式可以不同。例如，結(jié)合劑可以以基本干的、未活化的形式使用，并可整塊地加入磨碎的填充物料中。例如，可以將結(jié)合劑分散于填充物料中，或與填充物料相混合，然后，將所需要水平的水份供給至混合物。如果需要的話，干的結(jié)合劑和磨碎的填充物料的混合可以在擠壓機(jī)的螺桿套筒中進(jìn)行。但是，物料混合也可在物料被喂入擠壓機(jī)以前進(jìn)行。另外一個(gè)例子是，將結(jié)合劑與水相混合，并歷經(jīng)結(jié)合劑的組分溶解的條件。然后，將溶解的結(jié)合劑喂入擠壓機(jī)并與填充物料相混合。
在這里所使用的，與結(jié)合劑組分有關(guān)的術(shù)語“溶解”意思是結(jié)合劑的組分具有水合，部分水合或能均勻地分布于整個(gè)水質(zhì)溶劑中的能力。
這里所使用的，與結(jié)合劑有關(guān)的術(shù)語“活化”意思是將潛在的粘合特性引入至結(jié)合劑。例如，結(jié)合劑的潛粘合特性是其粘合性隨著將刺槐豆膠/蒼耳烷膠結(jié)合劑的溶解的組分加熱到比活化溫度高一些而增加的?；罨梢酝ㄟ^將它與水分一起加熱、加壓、剪切或與其它一些物理參數(shù)相結(jié)合而進(jìn)行。例如，通過活化作用后，結(jié)合劑通?？勺鳛橐环N能通過冷卻形成凝膠，并由此將填充物料粘合到一起的粘合劑。通常，潮濕的煙草和經(jīng)活化的結(jié)合劑的混合物呈現(xiàn)出半軟化的、易成型的、有些稠的、或有些似面團(tuán)狀性能的，并有些膠粘性和粘性的性質(zhì)。可以相信的，這是結(jié)合劑組分之間的內(nèi)聚合物鏈的結(jié)合的結(jié)果，我們可以相信，刺槐豆膠/蒼耳烷膠結(jié)合劑的組分可呈現(xiàn)協(xié)同的粘合特性。我們相信，這種內(nèi)聚合物鏈的結(jié)合是通過將結(jié)合劑的粘合組分調(diào)整到結(jié)合劑可進(jìn)行活化的溫度和條件下而開始的。
從擠壓模具中出來以前的填充物料/結(jié)合劑的混合物中的水分含量是可以變動(dòng)的?；旌衔锖兴?，這樣，混合物就具有適于擠壓的半軟化的、半固體的性能。典型地，混合物的水分含量低就需要較大的能量才能得到最終所要的經(jīng)擠壓的產(chǎn)品;而當(dāng)混合物的水分含量高，就會(huì)得到抗張強(qiáng)度差的產(chǎn)品，或需要不希望的很大的用于干燥處理的能量。典型地，從擠壓模具中出來的所加工的煙草物料、隨選的填充物料以及結(jié)合劑中的水分含量至少約為15%(重量)，較佳約為至少17%(重量);但最通常為約小于45%(重量)，較佳為約小于40%(重量)，更佳為小于30%(重量)。典型地，從擠壓模具中取出的填充物料和結(jié)合劑的水分含量是約18%(重量)～約25%(重量)。
將潮濕的填充物料/結(jié)合劑歷經(jīng)擠壓條件。擠壓條件可以變動(dòng)，但其通常包括將物料在擠壓機(jī)的螺桿套筒中，在高于環(huán)境溫度的溫度下混合，然后迫使混合的物料通過擠壓模具上的開口或小孔。
擠壓物在大于結(jié)合劑形成凝膠的溫度下而從擠壓機(jī)的模具的開口或小孔中排出來。例如，在結(jié)合劑是刺槐豆膠和蒼耳烷膠的混合物的情況下，擠壓物應(yīng)在高于約55℃的溫度下迅速地從模具的小孔中排出。但是，較佳的是擠壓物從模具中排出的溫度大于100℃。在該條件下，通常水份含量為約15%～約35%(重量)的擠壓物被收集，根據(jù)經(jīng)擠壓的混合物的初始水份含量。典型地，擠壓物要很快冷卻，以使結(jié)合劑成為凝膠，從而獲得彈性的可用于吸煙的物料。經(jīng)冷卻的物料是彈性和撓性的，并可方便地取用。低水分含量的擠出物與高水份含量的擠出物的性質(zhì)相比較，是更堅(jiān)硬的。
擠出物可以如此收集，并用于吸煙制品的制造中。例如，可以將擠壓物收集于一個(gè)料箱或其它合適的容器中，或放在一個(gè)移動(dòng)帶或其它運(yùn)送裝置中。如果需要的話，可以將擠壓物弄碎成短條或碎片。通常，擠壓物原為長絲的可立刻采用旋轉(zhuǎn)刀等將其弄碎成短絲或碎片?？刹捎脡毫佁幚頂D壓物，以減小它們的厚度。當(dāng)使用蒼耳烷膠/刺槐豆膠結(jié)合劑時(shí)，較佳的是在擠壓物加熱(如在離開模具后的瞬間是熱的)和結(jié)合劑在冷卻成膠之前，將擠壓物進(jìn)行物理處理(如采用壓力輥等)。例如，模具可具有能使擠壓物直接送入輥壓接觸式的輥對(duì)的輥隙的構(gòu)造。典型的輥壓處理是通過采用具有很強(qiáng)的分離力的輥系統(tǒng)而進(jìn)行的。
當(dāng)加工步驟結(jié)束后，可以將擠壓物干燥至水分含量為約10%～約15%，以供進(jìn)一步使用。
本發(fā)明所提供的擠壓物可以呈多種形狀而被使用。擠壓物的形狀通常取決于擠壓機(jī)的模具的構(gòu)造，因?yàn)槟＞邔?duì)于將所需要的形狀提供給最終的吸煙可用的物料是具有決定性作用。擠壓劑的形式可以為條狀、薄片狀、片狀、管狀、圓筒狀、具有幾個(gè)沿縱向延伸的通道的圓筒狀、具有類似蜂窩狀的橫截面形狀的圓筒或任何其它所需要的形狀。因?yàn)閿D壓物的形狀和組分可以很大地變動(dòng)，所以擠壓物可用于各種吸煙制品的制造中。
擠壓物通常以片狀的形式被使用。類似片狀的物料可呈現(xiàn)好的撓性和抗張強(qiáng)度。這里所使用的術(shù)語“片狀”意思是指物料的形狀為其長度和寬度要比其厚度大得多。典型地，片的厚度接近于煙葉、烤煙或經(jīng)加工的煙草或濕的重制煙草片狀產(chǎn)品的厚度。例如，片的厚度約為0.002英寸到約0.02英寸，較佳約為0.002英寸到約0.008英寸。加工物料的片或帶的長度和寬度可以不同。片的寬度通常由諸如擠壓模具構(gòu)造或擠壓物的物理處理方法這樣的因素所決定。類似片狀的物料大多能令人滿意地呈現(xiàn)好的撓性和抗張強(qiáng)度。典型地，具有可與煙草葉片比得上的厚度的經(jīng)加工的片所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度接近于煙草葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。當(dāng)被盡可能薄時(shí)，片仍能呈現(xiàn)出良好的物理性能是所最希望的。采用各種常用的切割裝置，可以切割片使之成為煙葉葉片或濕的重制的煙草物料(如條或碎片每英寸有約32個(gè)片段)?？蓪D壓物裝入容器內(nèi)，整理頂端并用各種調(diào)味劑處理，與其它可用于吸煙的物料混合，并在香煙制造中用作去筋煙葉。
擠壓物可以碎片的形式或條狀的形式而被使用。碎片或條狀的擠壓物所呈現(xiàn)的好的撓性和抗張強(qiáng)度是所最期望的。較佳地，這種物料的物理尺寸比得上用煙草去筋煙葉，所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度接近于用煙草去筋煙葉的;并可與通常的去筋煙葉一起加工，用于香煙制造工藝中，且不會(huì)喪失其牢固的結(jié)構(gòu)完整性。碎片或條的厚度可比得上先前所描述的類似片狀的物料的厚度。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，每一個(gè)碎片或條的寬度都比得上去筋煙葉的寬度。但是，具有截面形狀是圓形的、方形的、長方形的、蛋形的、梯形的等形式的條可以根據(jù)模具的構(gòu)造而獲得。為了能具有大量的成波形的或卷曲的條以能改善其裝填密度，短條可以采用本發(fā)明的方法制作。
下面的實(shí)例是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的各種具體例，但它并不將本發(fā)明的范圍局限于此。除另外指明外，所有百分?jǐn)?shù)均是以重量為準(zhǔn)的。
實(shí)例1經(jīng)擠壓的煙草以如下的方式提供。
烤煙的尼古丁含量為3.49%，總糖含量為12.5%，還原糖含量為11.0%。煙草的特定氨的含量為0.05%。煙草采用錘磨機(jī)磨碎，并得到60目的細(xì)分煙草物料。細(xì)分物料的水份含量約為11%。
使用Werner和PfleidereContinua37，L/D為27∶1的雙螺旋擠壓機(jī)。擠壓機(jī)包括兩個(gè)相同的螺桿，它們偏置于旋轉(zhuǎn)軸旁使相互嚙合。每一個(gè)螺桿的直徑均為3.7cm，采用7.6kw的電動(dòng)機(jī)，在螺旋速度為275rpm下操作。雙螺桿各自有從鄰近電動(dòng)機(jī)部位開始至鄰近于模具的適當(dāng)?shù)奈恢蒙系脑橹沟囊粋€(gè)聯(lián)合體。螺桿各自包括一個(gè)9cm長的排氣進(jìn)料元件，10cm長的進(jìn)料螺桿，4個(gè)1cm長的30°的向前推進(jìn)的槳葉，5cm長的進(jìn)料螺桿，各自為1cm長的4個(gè)30°向前推進(jìn)的槳葉，各自為1cm長的2個(gè)30°后退的槳葉，5cm長的進(jìn)料螺桿，1cm長的后退元件，1cm長的前進(jìn)元件，1cm長的后退元件，1cm長的前進(jìn)元件，5cm長的進(jìn)料螺桿，4cm長的短螺矩螺桿，各自為1cm長的2個(gè)30°前進(jìn)的槳葉，各自為1cm長的4個(gè)后退槳葉，2cm長的后退螺桿，3cm長的進(jìn)料螺桿，9cm長的排氣螺桿，5cm長的進(jìn)料螺桿，各自為1cm長的2個(gè)30°向前推進(jìn)的槳葉，1cm長的后退元件，1cm長的前進(jìn)元件，1cm長的后退元件，1cm長的前進(jìn)元件，5cm長的進(jìn)料螺桿，4cm長的短螺矩螺桿和8cm長的鄰近模具的進(jìn)料螺桿。模具是厚度約為1.6cm，直徑約為9.25cm，且具有一個(gè)直徑為6mm的圓孔的圓形金屬盤。
擠壓機(jī)中有三個(gè)控溫區(qū)。鄰近電動(dòng)機(jī)的溫度區(qū)用自來水冷卻，它沿?cái)D壓機(jī)的套筒體延伸約15cm。第二溫度區(qū)在第一溫度區(qū)到第三溫度區(qū)之間的區(qū)中，沿?cái)D壓機(jī)的套筒延伸約50cm。在第二溫度區(qū)的溫度維持在約155℃。第三溫度區(qū)從第二溫度區(qū)開始至鄰近模具的區(qū)，沿套筒延伸約30cm。第三溫度區(qū)中的溫度被維持于約155℃。
將磨碎的煙草物料和顆粒狀的結(jié)合劑的干混合物以7.26kg/分的速率送入擠壓機(jī)的第一進(jìn)料區(qū)。第一進(jìn)料區(qū)的中心部分距螺桿輸入的頂端約5cm?；旌衔锖?7份磨碎的煙草物料和3份結(jié)合劑。結(jié)合劑是刺槐豆膠和蒼耳烷膠1∶1的混合物。
將氫氧化銨水溶液以3.48升/小時(shí)的速率加入擠壓機(jī)的第二進(jìn)料區(qū)。第二進(jìn)料區(qū)是距螺桿輸入端約12cm的一個(gè)口。溶液含95.8份水和4.2份氫氧化銨。
一個(gè)壓力計(jì)被置于距螺桿輸入端約60cm處。在該點(diǎn)測定套筒體內(nèi)的壓力，并將其維持在247磅/平方英寸(表壓)。
排氣區(qū)置于距螺桿輸入端約69cm處。在排氣區(qū)維持比大氣壓低4英寸汞柱的壓力。排氣區(qū)的一根管子提供了使排出的蒸汽經(jīng)過一個(gè)冷卻容器而冷凝，然后再經(jīng)過稀鹽酸水溶液的通道。排出的蒸汽經(jīng)過鹽酸溶液時(shí)鼓泡，殘余的蒸汽采用實(shí)驗(yàn)室真空管道排出。尼古丁和氨均被收集于酸溶液中。
溫度計(jì)被置于距螺桿輸入端約76cm處。在這一點(diǎn)所測得的在套筒中的加工物料的溫度約為127℃。
經(jīng)加工的煙草的圓柱形條從模具中擠出，并落下約15cm至壓力輥系統(tǒng)的輥隙中。輥系統(tǒng)包括兩個(gè)輥面相互接觸的輥。每一個(gè)輥的直徑約為15.25cm，長度均為15.25cm。采用水壓裝置使輥之間保持輥面相接觸，輥的輥隙的壓力采用600磅/平方英寸。輥是相對(duì)旋轉(zhuǎn)的，這樣，被送入輥的輥隙中的擠出物就可均勻通過。當(dāng)一個(gè)輥以75rpm的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一個(gè)輥以39rpm的速度旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入輥系統(tǒng)的圓柱形的擠壓物在輥系統(tǒng)中最終成為類似片的形狀(即寬度約為2英寸，厚度約為0.005英寸)。
權(quán)利要求
1.一種制備可用于吸煙的擠壓物的方法，其特征在于該方法包括a)提供填充物料，至少一部分填充物料是煙草物料；b)提供一種能從煙草物料中置換出所選擇的組分的作用劑；c)利用擠壓裝置將填充物料和上述作用劑歷經(jīng)擠壓條件，該擠壓條件為能足以從煙草物料中置換出所選擇的組分；和d)分別地(i)從擠壓裝置中排出在擠壓過程中從煙草物料中所置換出來的組分，和(ii)獲得擠壓物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的填充物料和作用劑被分別地送入擠壓裝置中。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的填充物料在作用劑被加入擠壓裝置之前被加入擠壓裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的填充物料被連續(xù)地導(dǎo)入擠壓裝置，作用劑從填充物料被加入擠壓裝置處的下游而連續(xù)地加入擠壓裝置。
5.如權(quán)利要求2，3或4所述的方法，其特征在于所述的作用劑以氣體或液體的形式被使用。
6.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于所述的作用劑是氨，所述的所選擇的組分是尼古丁。
7.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于擠壓條件包括將填充物料和作用劑歷經(jīng)80℃～170℃的溫度。
8.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于在蒼耳烷膠和刺槐豆膠結(jié)合劑存在下，將填充物料歷經(jīng)擠壓條件。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在擠壓裝置中，排出從煙草物料中置換出的組份的區(qū)的壓力相對(duì)于擠壓裝置的上游區(qū)的壓力來說是較低的。
10.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于基本上所有的填充物料都是煙草物料。
11.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于基本上所有的填充物料均是烤煙，且作用劑是氨。
12.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于基本上所有的填充物料都是細(xì)纖維煙草物料和作用劑是氨，該方法還包括提供至少一種糖添加劑，它和氨一起加入。
13.一種制備可用于吸煙的擠壓物的方法，其特征在于該方法包括a)提供填充物料，至少一部分填充物料是煙草物料;b)提供一種能使煙草物料的化學(xué)組成變性的作用劑;c)采用擠壓裝置，將填充物料和上述作用劑歷經(jīng)擠壓條件，該擠壓條件為足以使煙草物料的化學(xué)組成變性;以及d)分別地(ⅰ)從擠壓裝置中排出在擠壓過程中形成的殘余作用劑，和(ⅱ)獲得擠壓物。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于填充物料和作用劑被分別地加入至擠壓裝置中。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述的填充物料系在作用劑被加入擠壓裝置以前加入至擠壓裝置中。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于填充物料被連續(xù)地加入至擠壓裝置，作用劑則從填充物料加入擠壓裝置處的下游連續(xù)地加入擠壓裝置。
17.如權(quán)利要求14，15或16所述的方法，其特征在于所述的作用劑是以氣體或液體的形式使用的。
18.如權(quán)利要求13，14，15或16所述的方法，其特征在于擠壓條件包括將填充物料和作用劑歷經(jīng)80℃～170℃的溫度。
19.如權(quán)利要求13，14，15或16所述的方法，其特征在于所述的填充物料在蒼耳烷膠和刺槐豆膠作用劑存在下歷經(jīng)擠壓條件。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在擠壓裝置中，在殘余作用劑從擠壓裝置中的排出區(qū)的壓力相對(duì)于擠壓裝置的上游區(qū)的壓力來說是較低的。
21.如權(quán)利要求13，14，15或16所述的方法，其特征在于基本上所有的填充物料都是煙草物料。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的作用劑是氨。
23.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于所述的作用劑是過氧化氫。
24.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于所述的作用劑是二氧化碳。
25.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于所述的作用劑是碳酸鉀。
26.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于所述的作用劑是碳酸氫鈉。
27.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于它還包括在作用劑加入的區(qū)的下游，但是在從煙草中置換出來的組分從擠壓裝置中排出區(qū)的上游而將蒸汽加入至擠壓裝置中。
28.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于所述的擠壓條件包括在擠壓裝置內(nèi)的壓力約大于200磅/平方英寸(表壓)。
29.如權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于在擠壓裝置中，在從煙草物料中置換出來的組分被從擠壓裝置中排出的區(qū)的壓力低于大氣壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及在擠壓過程中，經(jīng)擠壓的煙草的化學(xué)組成發(fā)生變化。將細(xì)分后的煙草和氨加入擠壓機(jī)。將擠壓機(jī)中溫度和壓力相結(jié)合以將尼古丁從擠壓機(jī)中排出。此外，氨和在煙草中的糖可以反應(yīng)而進(jìn)一步地使煙草的化學(xué)組成改進(jìn)。擠壓物與釋放的物料分別地冷卻。采用這種方法，在改變煙草的化學(xué)組成的同時(shí)，煙草可重整成擠壓物的形狀。
文檔編號(hào)A24B3/14GK1034306SQ89100059
公開日1989年8月2日 申請(qǐng)日期1988年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月22日
發(fā)明者霍華德·克里斯蒂安·托夫特, 肯尼思·韋斯特列·史密斯, 卡羅琳·列森·卡彭特 申請(qǐng)人:R.J.雷諾茲煙草公司