Verfahren zur Aufbereitung von Tabak und Tabak, aufbereitet nach diesem Verfahren

Abstract

 Zur Aufbereitung von Tabak werden die unlöslichen Proteine zunächst durch enzymatische Behandlung löslich gemacht, ausgelöst und dann in der Lösung durch metabolische Assimilation eliminiert. Die übrigen Lösungsbestandteile werden an den Tabak zurückgegeben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Tabak bei dem zunächst unlösliche Proteinbestandteile und.Proteinuntereinheiten durch enzymatische Behandlung in lösliche Proteinfragmente zerlegt werden und dann die löslichen Bestandteile in Wasser gelöst werden und die gewonnene Lösung vom behandelten Tabak abgetrennt wird und Tabak, aufbereitet nach diesem Verfahren.

[0002] Bei einem aus der US-PS 3 132 651 bekannten Verfahren, bei dem durch Enzyme der Alterungsprozeß - sogenanntes aging - beschleunigt und Nikotin entfernt werden soll, werden aus dem Tabak Proteinbestandteile zusammen mit löslichen Inhaltsstoffen des Tabaks extrahiert. Man gewinnt so einen aufbereiteten Tabak, in dem zwar die Proteinbestandteile, die dort unerwünscht sind, fehlen, der aber außerdem viele seiner löslichen Inhaltsstoffe entbehrt und damit nur noch ein kaum genießbares Tabakprodukt ist.

[0003] Dem erfinderischen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, einen aufbereiteten Tabak zu erzielen, dessen Gehalt an Proteinbestandteilen und deren Untereinheiten erheblich reduziert ist, dessen Gehalt an übrigen löslichen Bestandteilen jedoch möglichst nicht reduziert ist.

[0004] Das erfinderische Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß aus der abgetrennten Lösung durch von Mikroorganismen hervorgerufene, metabolische Assimilation und anschließendes Abtrennen der Biomasse Proteinbestandteile und Proteinuntereinheiten und niedermolekulare Stickstoffverbindungen eliminiert werden und daß die in der Restlösung verbleibenden Lösungsbestandteile vorbehandeltem Tabak zugesetzt werden.

[0005] Durch die metabolische Assimilation gelangen die unerwünschten Proteinbestandteile und deren Untereinheiten sowie niedermolekulare Stickstoffverbindungen, wie Amine, Ammoniak, Nitrat und, falls vorhanden, Nitrit in die Biomasse, während die übrigen löslichen Bestandteile, die aus dem Tabak herausgelöst wurden, im wesentlichen in der Restlösung verbleiben und dem Tabak gegebenenfalls nach Einengung der Restlösung wieder zugesetzt werden können.

[0006] Im grünen Tabak sind die meisten Proteinbestandteile löslich, so daß man sie ohne enzymatische Behandlung herauslösen könnte. Das empfiehlt sich aber nicht, weil dann diese Proteinbestandteile nicht mehr bei der Trocknung, dem sogenannten curing, zur Verfügung stehen, bei der sie eine wichtige Funktion übernehmen. Beim Trocknen jedoch wird ein Großteil er ursprünglich löslichen Proteinbestandteile denaturiert zu unlöslichen Proteinuntereinheiten. Diese können dann aber-nach dem erfinderischen Verfahren durch die vorgesehene enzymatische Vorbehandlung größtenteils wieder löslich gemacht werden.

[0007] Die enzymatische Behandlung erfolgt.zweckmäßig in einer Mischung aus zerkleinertem Tabak und Wasser im Gewichtsverhältnis _{1 :} 3 bis 1 : 12, vorzugsweise 1 : 5. Dabei kann man zerkleinerten, getrockneten, grünen Tabak oder zur Wiederaufbereitung zerkleinerte Tabakabfälle einsetzen. Wenn man den Tabak pulverisiert einsetzt, genügt ein Gewichtsverhältnis von Tabak zu Wasser von 1 : 3 bis 1 : 5. Die enzymatische Behandlung in einer Aufschlämmung ist vorteilhaft, weil dadurch eine intensive Einwirkung des Enzyms auf die Proteinbestandteile und Proteinuntereinheiten begünstigt wird. Wenn man dagegen ganze Tabakblätter oder Strips - das sind entrippte Tabakblätter - einsetzt, benötigt man ein Gewichtsverhältnis von Tabak zu Wasser von 1 : 8 bis 1 : 12, vorzugsweise 1 : 10. Die optimalen Bedingungen bei enzymatischer Behandlung hinsichtlich des Tabak-Wasser-Verhältnisses, des pH-Wertes, der Lösung und der Behandlungstemperatur hängen von dem jeweils eingesetzten Enzym ab. Man findet sie gegebenenfalls durch Probieren. Die optimale Behandlungstemperatur bei den meisten Enzymen liegt im Bereich zwischen 30⁰C (Grad Celsius) und 70°C. Viele Enzyme, auch die Proteasen, haben ein Optimum bei 37°C. Daneben gibt es aber auch Proteasen, die bei wesentlich höheren Temperaturen am aktivsten sind, zum Beispiel Waschmittelenzyme. Der optimale pH-Wert liegt für viele Enzyme im Bereich zwischen pH 7,0 und pH 7,5. Eine Ausnahme bilden jedoch die sauren _Pro- teasen, zum Beispiel Pepsin, deren pH-Optimum zwischen 1,5 und 4 liegt. Der optimale pH-Wert wird vorzugsweise mit 1 N KOH ( ₁ normale Kaliumhydroxydlösung) oder 85 %iger H₃PO₄ (Phosphorsäure) eingestellt.

[0008] Vorzugsweise wird das Enzym mit einer Konzentration eingesetzt, die so groß gewählt ist, daß bei für das eingesetzte, aktive Enzym optimaler Behandlungstemperatur im Bereich zwischen 30⁰C und 70°C, optimalem pH-Wert und unter ständigem Umrühren ehe das Enzym 9/10 seiner ursprünglichen Aktivität verloren hat, der Gehalt des Tabaks an unlöslichen Proteinstoffen und Proteinuntereinheiten auf 20 bis 40 % (Prozent), vorzugsweise 33 %, des Ausgangswertes reduziert wird.

[0009] Erreicht man bis zu dem angegebenen Enzymabbau die angestrebte Proteinreduktion nicht, dann wird zweckmäßig eine höhere Enzymkonzentration eingesetzt; erreicht man die angestrebte Proteinreduktion schon ehe der angegebene Enzymabbau stattgefunden hat, dann war die Enzymkonzentration unnötig hoch angesetzt und man kann sie für spätere Chargen reduzieren. So findet man durch Probieren leicht die für das jeweils eingesetzte Enzym vorteilhafte Konzentration. Man kann bei so als optimal ermittelten Enzymkonzentration die Proteinreduktion weniger weit treiben, indem man die Behandlung vorzeitig abbricht. Dann hat man aber das Enzym nicht ausgenutzt.

[0010] Als Enzyme'können solche mit proteolitischer Aktivität verwendet werden; die meisten bakteriell und mycologisch'gebildeten proteolitischen Enzyme sind hier geeignet. Es kann sich dabei um reine Enzyme oder um Enzymgemische handeln. Eine Auswahl geeigneter Enzyme ist in TABELLE ₁ am Schluß der Beschreibung angegeben.

[0011] Für die metabolische Assimilation wird zweckmäßig die abgetrennte Lösung sterilisiert und dann mit einer in ihre exponentielle Wachstumsphase versetzten Kultur von Mikroorganismen, die die Fähigkeit besitzen, Protein und Proteinuntereinheiten, hauptsächlich Aminosäuren, zu assimilieren, angeimpft wird und unter Zugabe von Zucker auf günstigen Lebensbedingungen für diese Kultur gehalten wird, bis die gelösten Proteinfragmente und anderen niedermolekularen Stickstoffverbindungen zu mindestens 95 % als Aufbaustoffe für das zelleigene Protein der Mikroorganismen verbraucht sind. Dann wird die metabolische Assimilation abgebrochen durch Abtrennen der Biomasse.

[0012] Durch die Sterilisation und den Einsatz in exponentieller Wachstumsphase wird sichergestellt, daß die ausgewählte Kultur selektiv tätig ist und nicht durch andere Mikroorganismen verseucht wird. Durch den Abbruch der metabolischen Assimilation wird sichergestellt, daß nur die erwünschten Reaktionen hervorgerufen werden.

[0013] Im Tabakrauch erwünschte Aromastoffe bilden sich beim Abbrennen des Tabaks durch Zersetzung von bestimmten Amadoriverbindungen, die ihrerseits bei der thermischen Reaktion bestimmter Aminosäuren mit Zucker entstehen. Diese Aminosäuren sind in dem behandelten und mit der Restlösung versetzten Tabak unter Umständen nicht in für eine optimale Aromabildung hinreichenden Mengen vorhanden. Man könnte die Gehälter auffüllen durch Fremdzusatz solcher Aminosäuren oder Amadoriverbindungen. Das ist aber unter dem Gesichtspunkt, daß möglichst keine _Fremd- stoffe dem Tabak zugesetzt werden sollen, und auch unter Kostengesichtspunkten ungünstig.

[0014] Die Erfindung schlägt daher vor, die in der abgetrennten Biomasse enthaltenen Proteine destruktiv zu hydrolisieren, wobei die Hydrolysebedingungen so gewählt werden, daß diejenigen Aminosäuren, wie zum Beispiel Tryptophan, die mit reduzierendem Zucker und Erhitzen (Maillard Reaktion) nicht in solche Amadoriverbindungen umsetzbar sind, die beim thermischen Zersetzen Tabakaromen freisetzen, selektiv zerstört werden, und daß dann die anderen Aminosäuren mit reduzierendem Zucker in Amadoriverbindungen, wie zum Beispiel Asparaginsäure, Leucin, Arginin, Threonin, Glutamin, Glycin und Valin, umgesetzt werden und daß die so gewonnenen Amadoriverbindungen dem vorbehandelten Tabak zugesetzt werden.

[0015] Durch die metabolische _Assimilation der Mikroorganismen liegen unter Umständen größere Mengen von diesen Aminosäuren in der Biomasse vor als in der abgetrennten Lösung vorhanden waren, wodurch ohne besonderes Zutun ein wünschenswerter Gewinn an diesen für die Aromabildung wichtigen Aminosäuren erzielbar ist.

[0016] Das Zusetzen der in der Restlösung verbliebenen Lösungsbestandteile und/oder der aus der Biomasse separierten Aminosäuren und/oder'der daraus gewonnenen Amadoriverbindungen an den vorbehandleten Tabak erfolgt vorzugsweise fein verteilt in wässrigem Milieu mit anschließender Trocknung des angereicherten, vorbehandelten Tabaks.

[0017] Wenn hier und im folgenden davon gesprochen wird, daß dem Tabak Substanzen extrahiert werden und andere Substanzen daraus wieder zugesetzt werden, dann muß das sich nicht unbedingt auf die gleiche Tabakcharge beziehen. Man kann einer ersten Tabakcharge Substanzen entziehen und die wieder zuzusetzenden _Sub- stanzen einer zweiten Tabakcharge, die vorher einer entsprechenden Extraktion unterzogen wurde, wieder zusetzen.

[0018] Mit dem erfinderischen Verfahren ist ein aufbereiteter, als Rauchprodukt geeigneter Tabak erzielbar, der gekennzeichnet ist durch einen Proteingehalt von 2 bis ₁0, vorzugsweise 3, Trockengewichtsprozent und einen Amadoriverbindungsgehalt von 0,1 bis 10, vorzugsweise 5,0, Trockengewichtsprozent. Bei den Amadoriverbindungen handelt es sich um diejenigen, die beim thermischen Zerfall Tabakaromen freisetzen.

[0019] Zigaretten, die aus solchem Tabak hergestellt wurden, ergaben die in TABELLE ₂ am Schluß der Beschreibung angegebenen Analysewerte.

[0020] Die Erfindung wird nun anhand einiger Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

[0021] In 10 1 (Liter) Wasser wurden 3,75 g (Gramm) des Enzyms Protease EC 3.4.24.4 mit einer Enzymaktivität von 1,0 Enzymeinheit pro mg (Milligramm) gelöst. Eine Enzymeinheit ist diejenige Aktivität, die Casein bei pH 7,5 und 37°C (Grad Celsius) dermaßen hydrolisiert, daß pro Minute die Menge von 1 Mykromol Tyrosin freigesetzt wird. In diese 10 1 Enzymlösung wurden ₁ kg (Kilogramm) aufzubereitende Tabakmischung (American Blend) in Form von sogenannten Strips (entrippte Blätter) eingeschlämmt. Diese Schlämme wurde 6 Stunden bei 37°C stehengelassen und dabei gelegentlich umgerührt. Dann wurde die wässrige Phase von den Strips abgetrennt und danach wurden die Strips zweimal mit je 2,5 1 Wasser von 80°C gewaschen und anschließend ausgepreßt. Die wässrige Phase, das Waschwasser und die beim Auspressen anfallende Flüssigkeit wurde zur Lösung vereinigt. Es ergaben sich insgesamt 12 1 Lösung.

[0022] Der vorbehandelte Tabak, das sind die ausgepreßten Strips, wurde in strömender Warmluft bis auf eine Restfeuchte von 18 % (Prozent) getrocknet und aufbewahrt. Die aufzubereitende Tabakmischung, die Lösung und der vorbehandelte Tabak wurden analytisch untersucht. Es ergaben sich dabei Analysenwerte wie in TABELLE 3 .

angegeben.

[0023] Die TABELLE 3 ' zeigt, daß 58 Trockengewichtsprozent der in der aufzubereitenden, eingesetzten Tabakmischung vorhandenen Proteine abgebaut worden sind und die Abbauprodukte in die Lösung überführt wurden.

[0024] In die ₁2 1 Lösung wurden folgende Zusätze eingegeben:

Glukose (40 g per 1,086 g N0₃-N + NH2/NH3-N) .......... 5⁰6 ^g KH₂PO₄ (Kaliumhydrophosphat) (0,2 % pro Extraktmenge) . 24 g.

[0025] Die so aufbereitete Lösung wurde in einem Autoklaven bei 105°C unter Druck sterilisiert und dann druckentlastet und auf 30°C abgekühlt und in einen 20 1 Fermenter überführt. Die 30°C warme, aufbereitete Lösung wurde mit 600 ml (Milliliter) einer sich in ihrer exponentiellen Wachstumsphase befindenden Kultur von Candida utilis NCYC 707.angeimpft. Die angeimpfte Lösung wurde 8 Stunden lang unter Belüftung und laufendem Umrühren im Fermenter belassen. Der pH-Wert wurde zunächst mit KOH (Kaliumhydroxyd) und später mit Zitronensäure auf pH 5,5 stabilisiert. Dabei wurden die Proteine, Aminosäuren, Nitrate und Nitrite durch metabolische Assimilation abgebaut. Nach Ablauf der 8 Stunden wurde die Biomasse abzentrifugiert. Man erhielt 2,25 1 Biomasse mit einem Feststoffgehalt von 16 %, entsprechend 360 g wasserfreier Biomasse.

[0026] Der durch das Zentrifugieren gewonnene überstand - die sogenannte Restlösung - enthielt die Tabakalkaloide in der ursprünglich vorhandenen Konzentration, darüberhinaus aber nur noch Spuren an löslichen Stickstoffverbindungen. Das Gesamtvolumen der Restlösung betrug 9,75 1, die bis zur späteren Weiterverwendung bei 20°C aufbewahrt wurden.

[0027] Die abfiltrierte Biomasse wurde mit 1 1 6N Salzsäure 15 Stunden in einem Rundkolben unter Rückfluß gekocht. Dabei zerfiel die Biomasse und die Proteine wurden destruktiv hydrolisiert, wobei die Aminosäure Tryptophan so weitgehend zerstört wurde, daß sie analytisch nach der Hydrolyse nicht mehr nachweisbar war.

[0028] Das Hydrolysat wurde von den Rückständen der Biomasse durch Filtrieren getrennt, wobei die überschüssige Salzsäure entwich. Der Trockenrückstand, der zu einem großen Teil aus Aminosäuren bestand, wurde mit 100 ml Wasser angerührt und vom unlöslichen Rückstand abfiltriert. Man erhielt ein Aminosäurengemisch mit einem Wassergehalt von etwa 50 %.

[0029] Dieses Aminosäurengemisch wurde mit NH₄0H (Ammoniumhydroxyd) auf pH 7 eingestellt und mit 100 g Glukose versetzt und 2 Stunden unter Rückfluß in einem Rundkolben gekocht, wobei sich der Rundkolben bräunte und Amadoriverbindungen gebildet wurden. Der noch heiße Kolbeninhalt wurde mit der vorher gewonnenen Restlösung ausgewaschen, so daß die löslichen Amadoriverbindungen in die Restlösung übergingen.

[0030] Die so gewonnene, nun mit Amadoriverbindungen angereicherte Restlösung wurde auf den vorbehandelten Tabak, also die ausgepreßten Strips, in einer rotierenden _Flavourtrommel aufgesprüht, wobei während des Sprühens das überschüssige Wasser durch Einblasen von Warmluft abgedampft wurde.

[0031] Der so gewonnene, aufbereitete Tabak hatte beziehungsweise entfaltete sein volles ursprüngliches Aroma und enthielt Alkaloidstickstoff, das heißt Nikotin, in der ursprünglichen Konzentration. Dagegen war der Gehalt an Proteinstickstoff um 58 % und der Gehalt an Amin-, Ammoniak- und Nitratstickstoff um 90 % gegenüber den ursprünglichen Gehältern im eingesetzten Tabak reduziert.

Beispiel 2 bis 22

[0032] Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 1 nur durch die aus TABELLE 4 ersichtlichen Sachverhalte.

[0033] In den Beispielen 1 bis 22 wurden als Mikroorganismen die Candida utilis NCYC 707 eingesetzt. Weitere Mikroorganismen, die die Fähigkeit besitzen, Proteine und Proteinuntereinheiten zu assimilieren, und die anstelle der Candida utilis NCYC 707 einsetzbar sind, sind in TABELLE 5

angegeben.

[0034] 

[0035] TABELLE 2

[0036] Analysenwerte

Ansprüche

1. Verfahren zur Aufbereitung von Tabak, bei dem zunächst unlösliche Proteinbestandteile und Proteinuntereinheiten durch enzymatische Behandlung in lösliche Proteinfragmente zerlegt werden und dann die löslichen Bestandteile in Wasser gelöst werden und die gewonnene Lösung vom behandelten Tabak abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der abgetrennten Lösung durch von Mikroorganismen hervorgerufene, metabolische Assimilation und anschließendes Abtrennen der Biomasse Proteinbestandteile und Proteinuntereinheiten und niedermolekulare Stickstoffverbindungen eliminiert werden und daß die in der Restlösung verbleibenden Lösungsbestandteile vorbehandeltem Tabak zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung von grünem Tabak dieser zunächst unter _Denaturie- rung löslicher Proteinbestandteile in unlösliche Proteinuntereinheiten getrocknet wird (curing) und erst dann der enzymatischen Behandlung unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung von zerkleinertem, getrockneten, grünen Tabak und zur Wiederaufbereitung von zerkleinerten _Tabakabfäl- len aus dem Tabak und Wasser im Gewichtsverhältnis ₁ : 3 bis 1 : 12, vorzugsweise 1 : 5, eine Aufschlämmung gebildet wird, die dann der enzymatischen Behandlung unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die enzymatische Behandlung mit einem Enzym mit proteolitischer Aktivität in einer Tabak-Wasser-Aufschlämmung im Gewichtsverhältnis 1 : 3 bis 1 : 12, vorzugsweise 1 : 5, und mit einer Enzymkonzentration erfolgt, die so groß gewählt ist, daß bei für das eingesetzte, aktive Enzym optimaler Behandlungstemperatur im Bereich zwischen ₃0° _C (Grad Celsius) und 70°C, optimalem pH-Wert und unter ständigem Umrühren .ehe das Enzym 9/₁0 seiner ursprünglichen Aktivität verloren hat, der Gehalt des Tabaks an unlöslichen Proteinstoffen und Proteinuntereinheiten auf 20 bis 40 % (Prozent), vorzugsweise 33 %, des Ausgangswertes reduziert wird.

₅5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur metabolischen Assimilation die abgetrennte Lösung sterilisiert und dann mit einer in ihre exponentielle Wachstumsphase versetzten-Kultur von Mikroorganismen, die die Fähigkeit besitzen, Proteine und Proteinuntereinheiten zu assimilieren, angeimpft wird und unter Zugabe von Zucker auf günstigen Lebensbedingungen für diese Kultur gehalten wird, bis die gelösten Proteinfragmente und anderen niedermolekularen Stickstoffverbindungen zu mindestens 95 % als Aufbaustoffe für das zelleigene Protein der Mikroorganismen verbraucht sind und daß dann die metabolische Assimilation abgebrochen wird durch Abtrennen der Biomasse.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der abgetrennten Biomasse enthaltene Proteine destruktiv hydrolisiert werden, derart, daß diejenigen Aminosäuren, die mit reduzierendem Zucker und Erhitzen (Maillard Reaktion) nicht in solche Amadoriverbindungen umsetzbar sind, die beim thermischen Zersetzen Tabakaromen freisetzen, selektiv zerstört werden und daß dann die anderen Aminosäuren mit reduzierendem Zucker in Amadoriverbindungen umgesetzt werden und daß die so gewonnenen Amadoriverbindungen dem vorbehandelten Tabak zugesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusetzen der in der Restlösung verbliebenen Lösungsbestandteile und/oder der aus der Biomasse separierten Aminosäuren an den vorbehandelten Tabak fein verteilt erfolgt im wässrigen Milieu mit anschließender Trocknung des angereicherten, vorbehandelten Tabaks.

8. Tabak, aufbereitet nach einem Verfahren aus einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Proteingehalt von 2 bis 10, vorzugsweise 3 Trockengewichtsprozent und einen Amadoriverbindungsgehalt von 0,1 bis 10, vorzugsweise 5,0 Trockengewichtsprozent.

Der Stamm CBS 359 ist falsch zitiert. Dem richtig zitierten Stamm DSM 70167 entspricht der NCYC 359. Ein Beleg für diese Entsprechung ist beigefügt. Es wird gebeten, diesen Fehler in den Amtsakten zu korrigieren und den Fehler zu entschuldigen. Die geänderte Seite 18 ist beigefügt.