СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАБАЧНОГО ЭКСТРАКТА Российский патент 2020 года по МПК A24B15/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу получения табачного экстракта и к табачному экстракту, полученному этим способом. Изобретение также предлагает картриджи, содержащие табачный экстракт, для использования в курительном изделии и курительные изделия, включающие табачный экстракт.

Уровень техники

Табачный материал нагревается в курительных изделиях для высвобождения веществ, содержащихся в материале, и подачи их в виде аэрозоля.

Курительные изделия, такие как сигареты, сигары и т.п., сжигают табак в процессе использования с образованием табачного дыма. Были предприняты попытки предложить альтернативу курительным изделиям, которые сжигают табак, за счёт создания продуктов, высвобождающих соединения без сжигания. Примерами таких продуктов являются нагревательные устройства, которые высвобождают соединения в результате нагревания (но не горения) материала. Материалом может быть, например, табак или другие нетабачные продукты, которые могут содержать или не содержать никотин.

Электронные сигареты или “e-сигареты“ представляют собой иной продукт, который был создан как альтернатива горючим продуктам. Эти устройства содержат способный улетучиваться раствор, который генерирует при нагревании вдыхаемый аэрозоль. Такие растворы могут содержать компоненты табака. Поэтому было бы полезно иметь возможность селективно экстрагировать компоненты табака.

В документе EP 1915064 описан способ получения восстановленного табака, включающий стадию экстрагирования табака. Процесс экстракции использует сверхкритический диоксид углерода для экстракции табачных компонентов с последующим контактированием сверхкритического диоксида углерода, содержащего экстрагированные табачные компоненты, с пропиленгликолем. Компоненты табака переходят в пропиленгликоль. Диоксид углерода является сверхкритическим по всему объёму.

Раскрытие изобретения

Первым объектом настоящего изобретения является способ получения табачного экстракта, предусматривающий:

(a) контактирование табака с растворителем для экстракции в первой камере таким образом, чтобы табачные компоненты экстрагировались из табака в растворитель для экстракции, при этом растворитель для экстракции представляет собой сверхкритическую жидкость в первой камере;

(b) пропускание растворителя для экстракции, содержащего табачные компоненты, по трубопроводу во вторую камеру, при этом в трубопроводе имеется клапан и условия на выходе из клапана таковы, что растворитель для экстракции является субкритическим; и

(c) закачивание улавливающего растворителя в поток ниже клапана, при этом табачные компоненты высвобождаются из растворителя для экстракции в результате перехода к субкритическим условиям и растворяются в улавливающем растворителе, причём табачные компоненты, растворённые в улавливающем растворителе, собираются во второй камере.

В некоторых случаях улавливающий растворитель подаётся насосом в поток перед второй камерой. Другими словами, улавливающий растворитель закачивается в линию между первой и второй камерами.

Авторами изобретения было установлено, что варьирование процесса экстракции с использованием сверхкритического растворителя для экстракции приводит к изменению состава табачного экстракта и/или физических свойств экстракта.

Переход к субкритическим условиям позволяет успешно и эффективно разделять табачные компоненты и растворитель для экстракции. Это означает, что концентрация табачных компонентов в улавливающем растворителе более высокая и химический состав отличается по сравнению со способом EP1915064 (в котором растворитель для экстракции является сверхкритическим по всей линии). Это улучшает органолептические свойства экстракта. Более того, экстракт, полученный способом согласно EP1915064, имеет более низкую вязкость, чем экстракт, полученный способом по настоящему изобретению; это объясняется тем, что используемый в EP1915064 в качестве растворителя для экстракции диоксид углерода контактирует с пропиленгликолевым улавливающим растворителем и газообразный диоксид углерода захватывается пропиленгликолем. Экстракт с повышенной вязкостью лучше подходит для использования в курительных изделиях, поскольку такой экстракт проще в обработке и его легче сохранять/удерживать в изделии.

Применение субкритических условий для разделения также имеет преимущество перед указанным способом (в котором условия таковы, что растворитель для экстракции является сверхкритическим по всей линии), которое состоит в том, что меньше энергии требуется для поддержания таких условий. Поэтому заявленный способ является более энергосберегающим, более дешёвым в эксплуатации и его можно быстрее реализовать.

Авторы изобретения считают, что закачивание улавливающего растворителя в поток приводит к лучшей однородности готового экстракта (в улавливающем растворителе) и к более эффективному поглощению вкусо-ароматических соединений улавливающим растворителем по сравнению со способом по EP1915064, в котором улавливающий растворитель является статическим во второй камере по всему объёму.

В некоторых случаях улавливающий растворитель включает один или более агентов, генерирующих аэрозоль. В некоторых случаях улавливающий растворитель состоит, в основном, из или состоит из одного или более агентов, генерирующих аэрозоль.

В некоторых случаях растворитель для экстракции, используемый в вышеописанном способе, включает диоксид углерода. В некоторых случаях растворитель для экстракции состоит, в основном, из или состоит из диоксида углерода.

В некоторых случаях улавливающий растворитель, используемый в вышеописанном способе, включает полиол (многоатомный спирт). В некоторых случаях улавливающий растворитель включает глицерин и/или пропиленгликоль. В некоторых случаях улавливающий растворитель состоит, в основном, из или состоит из глицерина.

В некоторых случаях табачные компоненты, экстрагированные способами, описанными здесь, включают один или более из никотина и вкусо-ароматических веществ табака.

В некоторых случаях способ, описанный здесь, может дополнительно включать стадию обеспечения улавливающего растворителя, содержащего растворённые табачные компоненты, в картридже, причём картридж имеет конфигурацию, позволяющую использовать его в курительном изделии.

Вторым объектом изобретения является табачный экстракт, полученный или который может быть получен описанным здесь способом.

Следующим объектом изобретения является картридж, имеющий конфигурацию, позволяющую использовать его в курительном изделии, причём картридж содержит табачный экстракт, полученный или который может быть получен описанным здесь способом. Картридж может иметь конфигурацию, позволяющую использовать его в электронной сигарете.

Ещё одним объектом изобретения является курительное изделие, содержащее табачный экстракт, полученный или который может быть получен описанным здесь способом. В некоторых случаях курительное изделие может содержать табачный экстракт во вставном картридже, причём картридж имеет конфигурацию, позволяющую использовать его в курительном изделии. Курительное изделие может дополнительно включать мундштук. Курительное изделие может дополнительно включать нагревательный элемент для улетучивания в процессе использования этого изделия улавливающего растворителя, содержащего табачный экстракт.

Курительное изделие может представлять собой электронную сигарету.

Следующим объектом изобретения является применение табачного экстракта, полученного или который может быть получен описанным здесь способом, для генерирования вдыхаемого аэрозоля. В некоторых случаях табачный экстракт применяется в курительном изделии для генерирования вдыхаемого аэрозоля.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, приведенных только в качестве примера.

Осуществление изобретения

Во избежание разночтения термин “табачный экстракт” в контексте описания относится к улавливающему растворителю, содержащему компоненты табака.

Сверхкритическая жидкость - это любое вещество при температуре и давлении выше его критической точки, в котором не существует раздельных жидкой и газообразной фаз. Сверхкритические жидкости могут проникать через твёрдые тела подобно газу и растворять материалы подобно жидкости. Сверхкритические жидкости имеют более высокую плотность жидкости, чем газы, и поэтому показывают более высокую растворяющую способность.

В некоторых случаях к табачному экстракту могут добавляться одна или более вкусо-ароматических добавок. В контексте описания термин “вкусо-ароматическая добавка” относится к материалам, которые, если местные санитарные правила разрешают, могут использоваться для создания желательного вкуса или аромата в продукте для взрослых потребителей.

Эти добавки могут включать экстракты (например, экстракты лакрицы, гортензии, листа японской белой магнолии обнажённой, ромашки, пажитника, гвоздики, ментола, мяты японской, анисового семени, корицы, трав, гаультерии, вишни, ягод, персика, яблок, ликёра Драмбуи, виски Бурбон, шотландского виски, американского виски, мяты кудрявой, мяты перечной, лаванды, кардамона, сельдерея, каскарилла (экстракт из коры кротонового дерева), мускатного ореха, сандалового дерева, бергамота, герани, медовой эссенции, розового масла, ванили, лимонного масла, апельсинового масла, кассии, тмина, коньяка, жасмина, иланг-иланговый экстракт, экстракты шалфея, фенхеля, душистого гвоздичного перца, имбиря, аниса, кориандра, кофе или мятного масла из любых видов растений рода Mentha); усилители вкуса и аромата; блокаторы активных центров рецепторов горького вкуса; активаторы или стимуляторы активных центров сенсорных рецепторов; сахара и/или сахарозаменители (например, сукралоза, ацесульфам калия, аспартам, сахарин, цикламаты, лактоза, сахароза, глюкоза, фруктоза, сорбит или маннит) и другие добавки, такие как активированный уголь, хлорофилл, минералы, растительные компоненты или освежители дыхания. Они могут быть имитатами, синтетическими или натуральными ингредиентами либо смесями перечисленного. Они могут быть в любой подходящей форме, например, в форме масла, жидкости или порошка.

В контексте описания “агент, генерирующий аэрозоль” означает агент, который способствует образованию аэрозоля при нагревании. Агент, генерирующий аэрозоль, может способствовать образованию аэрозоля путём активизации начального испарения и/или конденсации газа в твёрдый и/или жидкий аэрозоль.

В большинстве случаев подходящие агенты, генерирующие аэрозоль, включают (но их перечень не ограничен названными здесь) многоатомные спирты (полиолы), такие как сорбит, глицерин и гликоли, например, пропиленгликоль или триэтиленгликоль; не многоатомные спирты, такие как одноатомные спирты; углеводороды с высокой температурой кипения; кислоты, такие как молочная кислота; производные глицерина; сложные эфиры, такие как диацетин, триацетин, триэтиленгликольдиацетат, триэтилцитрат или миристаты, включающие этилмиристат и изопропилмиристат; и сложные эфиры алифатических карбоновых кислот, такие как метилстеарат, диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. В некоторых случаях агент, генерирующий аэрозоль, содержит один или более из глицерина, пропиленгликоля, триацетина и изопропилмиристата, предпочтительно - глицерина и/или пропиленгликоля.

Массовое отношение агента, генерирующего аэрозоль, к табаку (в пересчёте на сухую массу) может составлять примерно от 2:1 до 1:3, предпочтительно - примерно от 3:2 до 1:2, предпочтительно - примерно 1:1.

Способ по изобретению может дополнительно включать начальную стадию добавления воды к табаку. Количество добавляемой воды может составлять примерно от 2% до 20% в пересчёте на сухую массу табака, предпочтительно - примерно от 2%, 5% или 8% до примерно 12%, 15%, 18% или 20%. Эта предобработка водой увеличивает переход полярных компонентов табака (таких как вкусо-ароматические вещества) из табака в улавливающий растворитель.

В способе по изобретению повышенное давление при сверхкритических условиях повышает растворяющую способность и увеличивает эффективность экстракции. Однако для достижения и поддержания повышенного давления требуется больше энергии. Поэтому, чтобы сбалансировать эти противоречивые требования, были выбраны сверхкритические условия. Если сверхкритическая жидкость содержит диоксид углерода, то давление, при котором происходит экстракция, может составлять в некоторых случаях примерно от 8 МПа, 10 МПа, 15 МПа, 20 МПа или 25 МПа до примерно 85 МПа, 70 МПа, 55 МПа, 40 МПа или 30 МПа, предпочтительно - 8-85 МПа, 15-40 МПа или 20-30 МПа. Если сверхкритическая жидкость содержит диоксид углерода, то температура, при которой происходит экстракция, может составлять в некоторых случаях примерно от 308K (35°C), 318K (45°C) или 328K (55°C) до 473K (200°C), 430K (157°C), 390K(117°C) или 350K (77°C), предпочтительно - 308-473K, 308-430K или 328-350K.

Переход к субкритическим условиям снижает плотность жидкости в растворителе для экстракции и, следовательно, приводит к осаждению компонентов табака. Условия должны быть такими, чтобы давление было ниже критического давления растворителя для экстракции и/или температура была ниже критической температуры растворителя для экстракции. Для обеспечения тепловой эффективности соответственно подбираются такие условия, чтобы давление было ниже критического давления растворителя для экстракции, в то время как температура оставалась выше критической температуры.

Эффективность разделения табачных компонентов и растворителя для экстракции улучшается по мере того, как условия поддерживаются далее на уровне ниже критической точки растворителя для экстракции. Однако после разделения (требующего давления сжатия) растворитель для экстракции обычно собирается и хранится; в некоторых случаях он может рециркулировать в экстракционную камеру. Таким образом, субкритические условия соответственно не слишком отличаются от “ниже критической точки” для улучшения энергосбережения. Соответственно субкритические условия были выбраны, чтобы сбалансировать эти противоречивые требования. Если растворитель для экстракции содержит диоксид углерода, то давление, при котором происходит разделение, может в некоторых случаях составлять примерно от 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа или 5,5 МПа до 7,3 МПа, 7 МПа, 6,5 МПа, 6 МПа, 5,5 МПа или 5 МПа, предпочтительно - 3-7,3 МПа или 4-6 МПа. Если растворитель для экстракции содержит диоксид углерода, то температура субкритических условий, при которой происходит разделение, может в некоторых случаях составлять примерно от 280K(6,85°C), 300K(26,85°C), 320K(46,85°C) или 330K(56,85°C), до 473K(199,85°C), 430K, 390K или 350K, предпочтительно - 308-473K, 308-430K или 328-350K.

Массовый расход, при котором улавливающий растворитель закачивается в поток, может подбираться таким образом, чтобы поток улавливающего растворителя в систему был примерно постоянным в продолжение всего процесса.

Примеры

Аналитические методы

Приведенные ниже значения активности воды измеряли при 24,9 - 25,2°C с помощью анализатора активности воды фирмы Aqualab Pre. Значения определяли методом точки росы.

Значения вязкости, приведенные нижа, измеряли при 25°C с помощью реометра Gemini от Bohlin Instruments.

Предварительная экстракция (предобработка табака)

Измельчённый лист табака Виржиния с размером частиц от 355 мкм до 3,5 мм предварительно обрабатывали путём добавления воды (10% общей массы табака). Смесь табака и воды оставляли для достижения равновесия в течение 15 минут после добавления воды (что является достаточным периодом времени для полного поглощения воды).

Предварительно обработанный табак (1,2 кг плюс 10 мас.% воды) помещали в корзину экстрактора из нержавеющей стали, и корзину загружали в экстрактор (5 л, автоклав). Корзину закрывали на концах металлокерамическими пластинами (диаметр пор 100 мкм, перепад давления вокруг пластины не более 1 бар), которые распределяли сверхкритическую жидкость на входе и предупреждали унос твёрдых частиц на выходе. Использование корзины также позволило быстро загрузить и разгрузить экстрактор. От стенки экстрактора корзина была герметизирована во избежание растекания сверхкритической жидкости вокруг неё.

Пример 1. Пример способа по изобретению

Экстрактор соединялся с сепаратором переходным трубопроводом, в котором был смонтирован клапан-регулятор давления. Диоксид углерода можно было прокачивать через систему при массовом расходе 5 - 23 кг/ч. В настоящем примере диоксид углерода прокачивался через систему при массовом расходе 10 кг/ч.

Экстракционная камера поддерживалась при 26 МПа и 338K(65°С), а сепарационная камера - при 4,5 МПа и 318K(45°С). Осаждение экстракта в сепарационной камере достигалось за счёт снижения давления и температуры (от сверхкритических до субкритических условий) с помощью регулирующего клапана, который снижал плотность жидкости диоксида углерода и, следовательно, растворяющую способность CO2. Глицерин, предварительно нагретый до 318K, подавался насосом в трубопровод между регулирующим клапаном и сепаратором при 6,7 г/мин (так что в ходе эксперимента в линию было введено 1,2 кг глицерина). Глицерин, содержащий экстрагированные табачные компоненты, собирался на дне сепаратора.

Газообразный CO2, выходил из сепаратора после прохождения через разделитель жидкость/газ (который удалял остаточный жидкий экстракт, вкраплённый в газ). CO2 собирался и направлялся на рециркуляцию в экстракционную камеру.

Процесс длился в течение трёх часов, после чего подача потока CO2 отключалась. Сбрасывалось давление в системе (до атмосферных условий). Затем из сепаратора сливался глицерин, содержащий табачные компоненты, и взвешивался.

Сравнительный тест

Сравнительный тест проводился в том же устройстве, что и пример 1. Однако условия были сверхкритическими (26 МПа и 338K(65°С)) по всему устройству. Кроме того, вместо впрыскивания глицерина в линию между экстракционной и сепарационной камерами глицерин просто подавался в сепарационную камеру до того, как начиналась экстракция, и он присутствовал в сепарационной камере в течение всего процесса.

Все другие аспекты сравнительного теста были такими же, что и в примере 1.

Сравнительный тест является репрезентативным примером способов, описанных в EP1915064.

Данные

Свойства табачного экстракта

Эксперимент Никотин
(мг/г) Вода
(мас.%) NNN*)
(нг/г) NNK**)
(нг/г) Вяз-кость
(Па⋅с) pH Плот-ность
(г/см³) Актив-ность воды
(Aw) Пример 1 10,45 9,1 111 72 0,74 5,38 1,26 0,14 Сравн. тест 4,7 5,5 71,1 49,1 0,32 6,73 1,25 0,24

Специфические нитрозамины табака:

*) NNN = нитрозонорникотин

**) NNK = 4-(N-метил-N-нитрозамино-)-1-(3-пиридил-)-1-бутанон

Можно видеть, что вязкость экстракта примера 1 более чем в два раза выше вязкости экстракта, полученного способом, аналогичным описанному в EP1915064 (т.е. сравнительный тест). Более вязкий экстракт легче обрабатывать и удерживать в курительном изделии.

Описанные здесь различные варианты осуществления изобретения представлены только для того, чтобы помочь в понимании и изучении заявленных отличительных признаков. Эти варианты осуществления представлены только как показательный образец вариантов осуществления и не являются исчерпывающими и/или исключительными.

Следует понимать, что преимущества, варианты осуществления изобретения, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие аспекты, описанные здесь, не должны рассматриваться как ограничения объёма изобретения, регламентируемого формулой изобретения, или как ограничения на эквиваленты формулы изобретения, и что могут использоваться другие варианты осуществления и могут вноситься модификации в пределах объёма заявленного изобретения. Различные варианты осуществления изобретения могут соответственно содержать, состоять или, в основном, состоять из соответствующих комбинаций раскрываемых элементов, компонентов, особенностей, частей, стадий, средств, отличающихся от тех, которые конкретно описаны в настоящем документе. Кроме того, данное описание может включать другие изобретения, не заявленные в настоящее время, но которые могут быть заявлены в будущем.

Изобретение предлагает способ получения табачного экстракта, предусматривающий (a) контактирование табака с растворителем для экстракции в первой камере таким образом, чтобы компоненты табака экстрагировались из табака в растворитель для экстракции, при этом растворитель для экстракции является сверхкритической жидкостью в первой камере; (b) пропускание растворителя для экстракции, содержащего табачные компоненты, по трубопроводу во вторую камеру, при этом в трубопроводе имеется клапан, и условия на выходе из клапана таковы, что растворитель для экстракции является субкритическим; и (c) закачивание улавливающего растворителя в поток ниже клапана, при этом табачные компоненты высвобождаются из растворителя для экстракции в результате перехода к субкритическим условиям и растворяются в улавливающем растворителе, причём табачные компоненты, растворённые в улавливающем растворителе, собираются во второй камере. 5 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Способ получения табачного экстракта, включающий в себя следующие стадии:

(a) контактирование табака с растворителем для экстракции в первой камере таким образом, чтобы компоненты табака экстрагировались из табака в растворитель для экстракции, при этом растворитель для экстракции является сверхкритической жидкостью в первой камере;

(b) пропускание растворителя для экстракции, содержащего табачные компоненты, по трубопроводу во вторую камеру, при этом в трубопроводе имеется клапан, и условия на выходе из клапана таковы, что растворитель для экстракции является субкритическим; и

(c) закачивание улавливающего растворителя в поток ниже клапана, при этом табачные компоненты высвобождаются из растворителя для экстракции в результате перехода к субкритическим условиям и растворяются в улавливающем растворителе, причём табачные компоненты, растворённые в улавливающем растворителе, собираются во второй камере.

2. Способ по п. 1, в котором растворитель для экстракции содержит диоксид углерода.

3. Способ по п. 2, в котором на стадии (a) температура составляет примерно 308-473K (35-199,85°C), предпочтительно - 328-350K (55-77°C), и давление составляет примерно 8-85 МПа, предпочтительно - 20-30 МПа.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором улавливающий растворитель содержит агент, генерирующий аэрозоль.

5. Способ по п. 4, в котором улавливающий растворитель содержит полиол (многоатомный спирт).

6. Способ по п. 5, в котором улавливающий растворитель содержит глицерин и/или пропиленгликоль.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором табачные компоненты включают один или более из никотина и вкусо-ароматических веществ табака.

8. Способ по любому из пп. 1-7, дополнительно включающий в себя стадию обеспечения наличия улавливающего растворителя, содержащего растворённые табачные компоненты, в картридже, при этом картридж имеет такую конфигурацию, которая позволяет использовать его в курительном изделии.

9. Табачный экстракт, который может быть получен способом по любому из пп. 1-7.

10. Картридж, имеющий конфигурацию, позволяющую использовать его в курительном изделии, при этом картридж содержит табачный экстракт по п. 9.

11. Курительное изделие, содержащее табачный экстракт по п. 9.

12. Применение табачного экстракта, который может быть получен способом по любому из пп. 1-8, для генерирования вдыхаемого аэрозоля.

13. Применение по п. 12, согласно которому табачный экстракт используется в курительном изделии.