Цеолитная система доставки аромата для табака, инкапсулированная в воске - RU2676074C1
Код документа: RU2676074C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к системам доставки аромата для курительных изделий, в которых ароматическое вещество включено в цеолит и инкапсулировано в воске. Эта система доставки аромата может комбинироваться с табаком для курительных изделий.
Сгораемые курительные изделия, такие как сигареты, обычно содержат субстрат табака, представляющего собой резаный табак (обычно в виде резаного наполнителя), окруженный бумажной оберткой, образующей табачный стержень. Для использования сигареты курильщик поджигает один конец сигареты, и стержень резаного табака начинает гореть. Затем курильщик принимает вдыхаемый дым в свой рот, затягиваясь на противоположном конце или конце сигареты, подносимом ко рту, который обычно содержит фильтр. В этих традиционных сигаретах табак сгорает и образуются температуры, высвобождающие летучие соединения в дым, вдыхаемый курильщиком. Известно, что для модификации аромата дыма, вдыхаемого курильщиком, сигареты оснащаются односегментными и многосегментными мундштучными фильтрами, содержащими ароматизаторы, такие как ментол.
Известно несколько курительных изделий, в которых субстрат, генерирующий аэрозоль, такой как субстрат табака, нагревается, а не сгорает. Такие изделия могут быть обозначены термином «изделия, генерирующие аэрозоль». Примеры систем, использующих изделия, генерирующие аэрозоль, включают в себя системы, нагревающие табакосодержащий субстрат выше 200 градусов Цельсия для образования никотинсодержащего аэрозоля. Обычно в таких нагреваемых изделиях, генерирующих аэрозоль, вдыхаемый аэрозоль обычно генерируется в результате передачи тепла от источника тепла на субстрат или материал, образующий аэрозоль, который может быть расположен внутри, вокруг или ниже по потоку относительно источника тепла. Во время употребления изделия, генерирующего аэрозоль, летучие соединения высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, посредством передачи тепла от источника тепла и попадают в воздух, втягиваемый через изделие. Когда высвобожденные соединения охлаждаются, они конденсируются с образованием аэрозоля, вдыхаемого потребителем.
Например, при изготовлении этих курительных изделий субстрат табака нагревают или высушивают для удаления воды. В ходе этого этапа нагревания или высушивания летучие соединения, такие как ароматизаторы, удаляются из субстрата табака, изменяя вкус готового курительного изделия. В настоящее время ароматические средства распыляются на высушенный субстрат табака и этот процесс обозначается термином «верхнее заполнение». Эта процедура является сложной, поскольку дозировка и окончательная концентрация ароматического вещества на субстрате табака может зависеть от условий окружающей среды и конструкции распылительного устройства. Кроме этого, ароматическое вещество может перемещаться таким образом, чтобы выделяться из субстрата табака при хранении. Все эти факторы могут приводить к нежелательной изменчивости вкуса продукта.
Желательно улучшить однородность вкуса курительного изделия и устойчивость при хранении ароматизаторов, добавленных в субстрат табака (табачный стержень или субстрат, генерирующий аэрозоль).
Системы доставки аромата по изобретению, описанные здесь, могут применяться в традиционных сгораемых курительных изделиях или в субстрате, генерирующем аэрозоль, курительных изделий, генерирующих аэрозоль. Системы доставки аромата могут обеспечить курительным изделиям прогнозируемое и стабильное высвобождение ароматического вещества. Это особенно полезно при сочетании с субстратами, генерирующими аэрозоль, которые нагреваются в ходе производства субстрата, генерирующего аэрозоль.
Как описано в настоящем документе, система доставки аромата для табака включает в себя ароматическое вещество, включенное в цеолит и инкапсулированное в воске. Предпочтительно восковый материал имеет температуру плавления приблизительно 100 градусов Цельсия или выше. Ароматическое вещество может представлять собой гидрофобную жидкость. Цеолитовый материал может быть гидрофобным. Композиции для курения включают в себя систему доставки аромата и табак. Предпочтительно табак представляет собой гомогенизированный табак или формованный листовой табак.
Различные аспекты системы доставки аромата, описанные в настоящем документе, могут обладать одним или несколькими преимуществами по сравнению со стандартными табачными композициями. Например, системы доставки аромата обеспечивают улучшенные ощущения от ароматического вещества по сравнению с табачными композициями, не содержащими систему доставки аромата. Восковый материал и цеолитовый материал не способствуют или изменяют ноты ароматического вещества табачной композиции. Восковые материалы инкапсулируют цеолитовую сердцевину с включенным ароматическим веществом для защиты ароматического вещества в ходе изготовления и хранения курительного изделия, включающего в себя эти табачные композиции, а также прогнозируемым образом высвобождают ароматическое вещество в ходе употребления курительного изделия. Комбинирование системы доставки аромата с табачным материалом для формирования табачной композиции также обеспечивает равномерное распределение ароматического вещества в табачной композиции. Системы доставки аромата могут заменять или улучшать ноты ароматического вещества табака, которые были модифицированы в ходе производства субстрата, генерирующего аэрозоль. Кроме этого, восковое покрытие или оболочка, окружающая или инкапсулирующая цеолитовую сердцевину, включающую ароматическое вещество, может представлять собой жертвенный слой, который может выполнять функцию теплообменника, дополнительно защищая сердцевину от высвобождения ароматического вещества в ходе изготовления или хранения табачной композиции. Дополнительные преимущества одного или нескольких аспектов системы доставки аромата, описанных в настоящем документе, станут очевидны специалистам в данной области после прочтения и понимания настоящего изобретения.
Термин «восковый материал» относится к продуктам из природного или синтетического воска, которые являются гидрофобными и могут переходить в расплавленно-жидкое состояние (температура каплеобразования) при температурах ниже 200 градусов Цельсия и фактически не содержат золообразующих соединений.
Термин «ароматизатор» или «ароматическое вещество» относится к органолептическим соединениям, композициям или материалам, изменяющим вкусовые или ароматические характеристики субстрата табака при его потреблении.
Термин «цеолитовый материал» относится к материалу на основе двуокиси кремния, обладающему микропористой структурой. Обычно цеолиты представляют собой микропористые алюмосиликатные материалы.
Термин «курительное изделие» включает сигареты, сигары, сигариллы и другие изделия, в которых курительный материал, такой как табак, поджигается и сжигается для получения дыма. Термин «курительное изделие» также включает в себя изделия, в которых композиция для курения не сгорает, такие как, помимо прочего, курительные изделия, прямо или косвенно нагревающие композицию для курения, не воспламеняя или сжигая композицию для курения, или курительные изделия, в которых композиция для курения не горит и не нагревается, а для доставки никотина, ароматического соединения или других материалов из субстрата табака используются поток воздуха или химическая реакция.
Используемый в данном документе термин «дым» или «дым, вдыхаемый курильщиком» используется для описания аэрозоля, образуемого при нагревании или сгорании субстрата табака курительного изделия. Аэрозоль, образуемый курительным изделием, может представлять собой, например, дым, образуемый горючими курительными изделиями, такими как сигареты, или аэрозоли, образуемые негорючими курительными изделиями, такими как нагреваемые курительные изделия или ненагреваемые курительные изделия.
Используемый в данном документе термин «распыление» обозначает процесс, при котором жидкость, которая может содержать расплавленный материал, раствор, эмульсию или их комбинацию, вынуждена течь сквозь одно или несколько отверстий в распылителе и разделяется на капли или частицы.
Настоящее изобретение предоставляет системы доставки аромата для курительных изделий. Система доставки аромата включает в себя ароматическое вещество, включенное в цеолитовый материал, образующий сердцевину. Восковый материал окружает сердцевину и образует инкапсулированную сердцевину или ароматическое вещество с двойной инкапсуляцией.
Система доставки аромата, описанная в настоящем документе, предоставляет усовершенствованный способ внедрения ароматизаторов в курительное изделие. Типы ароматизаторов, используемые в курительных изделиях, обычно относительно летучие и сложно сохранять допустимые уровни ароматизаторов в курительных изделиях при изготовлении и хранении. Летучие ароматизаторы также могут перемещаться в другие части курительных изделий и могут негативно влиять на характеристики других компонентов курительного изделия, таких как любые сорбенты, расположенные внутри фильтра.
Система доставки аромата может регулируемым образом высвобождать ароматическое вещество или ароматизатор в окружающую среду путем повышения температуры окружающей среды. Восковый материал образует оболочку вокруг сердцевины. Предпочтительно восковый материал обладает температурой плавления (каплеобразования), превышающей приблизительно 100 градусов Цельсия. Температура плавления (каплеобразования) может быть определена с помощью стандартного метода исследований для определения температуры каплеобразования восков, известного из стандарта ASTM D3954-94(2010).
Ароматическое вещество или ароматизатор могут быть распределены в цеолитном материале. Во многих вариантах выполнения ароматическое вещество или ароматизатор включен в цеолитовый материал с диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии. Сердцевинная частица затем может быть инкапсулирована с восковым материалом для формирования инкапсулированной сердцевины.
Сердцевинная частица может быть распределена в восковом материале при формировании инкапсулированной сердцевины. Предпочтительно сердцевинная частица распределена в восковом материале, когда восковый материал находится в расплавленной форме. Инкапсулированная сердцевинная частица может быть сформирована любым подходящим способом. Предпочтительно инкапсулированная сердцевинная частица сформирована любым подходящим способом, таким как пульверизация путем охлаждения распылением смеси расплавленного воска и сердцевинной частицы.
Охлаждение распылением обеспечивает более однородный размер частиц, чем, например, традиционная сушка распылением. Кроме этого, охлаждение распылением уменьшает количество тепла, применяемого к ароматическому веществу, таким образом уменьшая потери из-за испарения или нежелательные изменения ароматического вещества. Предпочтительно охлаждение распылением осуществляется инертным газом, таким как углекислый газ или азот, для дальнейшего уменьшения преобразования или нежелательных изменений ароматического вещества.
Любой подходящий цеолитовый материал, способный поглощать ароматизатор, может использоваться для формирования сердцевинной частицы. Было синтезировано множество цеолитов и известно множество цеолитов, встречающихся в природе. Цеолиты были классифицированы как «гидрофобные» или «деалюминированные» цеолиты. Степень гидрофобности обусловлена соотношением Si/Al. Цеолиты с высоким соотношением Si/Al несут меньше заряда решетки и обычно называются «гидрофобными» или «деалюминированными»; противоположное верно для цеолитов с высоким содержанием оксида алюминия, которые называются «гидрофильными». Некоторые примеры гидрофобных цеолитов включают в себя силикалит, морденит и цеолит Y. Одно из отличий, существующих между этими цеолитами, заключается в размере и доступности пор, присутствующих в кристаллах цеолита. Например, силикалит и цеолит Y имеют трехмерные системы пор, которые легко доступны, в то время как система пор морденита является двумерной и, следовательно, не так легко доступна. Что касается размера пор, как цеолит Y, так и морденит принадлежат к наибольшим известным группам цеолитов с размером пор, соответственно равным приблизительно 7 и 7,5 A; с другой стороны, силикалит имеет размер пор, равный приблизительно 5,5 A (см. D.W.Breck, Zeolite Molecular Sieves, Wiley, New York, 1974.). Тем не менее, существует ограничение размера для выборочного молекулярного поглощения гидрофобными деалюминированными цеолитами, и во многих случаях гидрофобные цеолиты не могут поглощать молекулы, которые слишком велики и не помещаются в их микропористую структуру. Предпочтительно цеолитовый материал является гидрофобным для включения ароматического вещества.
Примеры гидрофобных цеолитовых материалов доступны в продаже под торговым наименованием UK8 и UZ8 у компании Chemiewerk, Германия. Примеры гидрофильных цеолитовых материалов доступны в продаже под торговым наименованием 13X8 и 4A у компании Silkem, Словения.
Во многих вариантах выполнения цеолитовый материал имеет размер частиц приблизительно менее 100 микрометров, или приблизительно менее 50 микрометров или приблизительно менее 20 микрометров. Во многих вариантах выполнения цеолитовый материал имеет размер частиц, превышающий приблизительно 1 микрометр, или превышающим приблизительно 5 микрометров или превышающим приблизительно 10 микрометров. Предпочтительно цеолитовый материал имеет размер частиц в диапазоне от приблизительно 1 микрометра до приблизительно 50 микрометров или от приблизительно 1 микрометра до приблизительно 20 микрометров.
Микропористая структура цеолита может быть насыщена ароматизаторами любым подходящим способом. Предпочтительно микропористая структура цеолита насыщена ароматизатором посредством насыщения диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии. Как показано в примерах, представленных ниже, ароматизатор рассеивается в диоксиде углерода при температуре и давлении, подходящих для формирования одной фазы. Эта одна фаза насыщает микропористую структуру цеолита для включения ароматизатора в цеолитовый материал.
Ароматизаторы или ароматические вещества могут представлять собой жидкие или твердые ароматические вещества (при комнатной температуре, равной приблизительно 22 градуса Цельсия, и давлении в одну атмосферу) и могут включать в себя ароматические составы, материалы, содержащие ароматические вещества, и прекурсоры ароматических веществ. Ароматизатор может включать в себя один или несколько природных ароматизаторов, один или несколько синтетических ароматизаторов или комбинацию природных и синтетических ароматизаторов. Предпочтительно ароматическое вещество представляет собой жидкость. Предпочтительно ароматическое вещество представляет собой гидрофобную жидкость.
Гидрофобное жидкое ароматическое вещество обычно способно растворяться в органических растворителях, но слабо растворяется в воде. Предпочтительно это гидрофобное жидкое ароматическое вещество характеризуется параметром растворимости Гильдебранда, составляющим менее 30 МПа1/2. Несовместимость с водой большинства маслянистых жидкостей фактически может быть выражена с помощью параметра растворимости Гильдебранда δ, который обычно ниже 25 МПа1/2, в то время как для воды он составляет 48 МПа1/2, и 15–16 МПа1/2 для алканов. Этот параметр предоставляет применимую шкалу полярности, коррелированную с плотностью энергии когезионной связи молекул. Для возникновения естественного смешивания необходимо поддерживать минимальную разность параметров δ смешиваемых молекул. В справочнике параметров растворимости (изд. A.F.M. Barton, CRC Press, Bocca Raton, 1991) предоставлен перечень величин δ для многих химических веществ, а также способы вычисления рекомендованных групповых долей, позволяющие рассчитывать величины δ для сложных химических структур.
Ароматизаторы или ароматические вещества относятся к множеству ароматических материалов природного или синтетического происхождения. Они включают в себя единичные соединения и смеси. Предпочтительно ароматизатор или ароматическое вещество обладает ароматическими свойствами, которые улучшают ощущение от негорючего курительного изделия для обеспечения, например, ощущения, подобного ощущению от курения горючего курительного изделия. Например, ароматизатор или ароматическое вещество может улучшать ароматические свойства, такие как степень наполнения ротовой полости и многогранность. Многогранность в общем смысле известна как общий баланс аромата, являясь более «богатой» без доминирования отдельных сенсорных признаков. Степень наполнения ротовой полости описывается как восприятие густоты и объема в ротовой полости и горле потребителя.
Подходящие ароматические вещества и ароматы содержат, помимо прочего, любое натуральное или синтетическое ароматическое вещество или аромат, такой как табачный, дымный, ментоловый, мятный (такой как перечная мята и кучерявая мята), шоколадный, лакричный, цитрусовый и другие фруктовые ароматы, гаммаокталактоновый, ванилиновый, этилванилиновый, ароматы для свежести дыхания, пряные ароматы, такие как коричный, метилсалицилатный, линалооловый, масло бергамота, масло герани, масло лимона, масло имбиря и тому подобные.
Другие подходящие ароматические вещества и ароматы могут включать ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из кислоты, спирта, сложного эфира, альдегида, кетона, пиразина, их сочетаний или смесей и т.п. Подходящие ароматические соединения могут быть выбраны, например, из группы, состоящей из фенилуксусной кислоты, соланона, мегастигматриенона, 2-гептанона, бензилового спирта, цис-3-гексенил ацетата, валериановой кислоты, валерианового альдегида, сложного эфира, терпена, сесквитерпена, нуткатона, мальтола, дамасценона, пиразина, лактона, анетола, изо-s валериановой кислоты, их сочетаний и т.п.
Дальнейшие конкретные примеры ароматических веществ можно найти в современной литературе, например, в книге Perfume and Flavour Chemicals, 1969, авторы S. Arctander, Montclair N.J. (USA); Fenaroli's Handbook of Flavour Ingredients, CRC Press или Synthetic Food Adjuncts автора M.B. Jacobs, van Nostrand Co., Inc.. Они хорошо известны специалистам в области ароматизации, т. е. придания запаха или вкуса продукту.
В некоторых вариантах выполнения ароматизатор является высокоэффективным ароматизатором и обычно используется в концентрациях, дающих в результате менее 200 частей на миллион в аэрозоле или дыме, вдыхаемом курильщиком. Примеры таких ароматизаторов являются ключевыми ароматическими соединениями табака, такими как бета-дамасценон, 2-этил-3,5-диметилпиразин, фенилацетальдегид, гваякол и фуранеол. Человек может ощущать другие ароматизаторы лишь при более высоких уровнях концентрации. Эти ароматизаторы, которые называются в настоящем документе низкоэффективными ароматизаторами, обычно используются в концентрациях, дающих в результате на порядок большее количество ароматизатора, высвобождаемого в аэрозоль или дым, вдыхаемый курильщиком. Подходящие низкоэффективные ароматизаторы включают, помимо прочего, натуральный или синтетический ментол, перечную мяту, курчавую мяту, кофе, чай, пряности (такие как корица, гвоздика и имбирь), какао, ваниль, фруктовые ароматы, шоколад, эвкалипт, герань, эвгенол и линалоол.
Некоторые ароматизаторы, подходящие в изобретении, описанном в настоящем документе, способны насыщать цеолитовый материал, предпочтительно путем комбинирования ароматизатора с диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии и цеолитовым материалом. Эти ароматизаторы включают в себя, например, 3-метилбутаналь, фурфурилтиол, диметилтрисульфид, 2-этил-3,5(6)-диметилпиразин, гваякол, 3-этилфенол, или 4-изопропилфенол.
Ароматическое вещество может присутствовать в сердцевины в любом применимом количестве. Во многих вариантах выполнения ароматическое вещество присутствует в сердцевины в количестве по меньшей мере приблизительно 1 вес.%. Во многих вариантах выполнения ароматическое вещество присутствует в сердцевины в количестве меньшем, чем приблизительно 50 вес.%. Во многих вариантах выполнения ароматическое вещество присутствует в сердцевины в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 50 вес.%, или от приблизительно 1 до приблизительно 25 вес.%, или от приблизительно 1 до приблизительно 10 вес.%.
Сердцевина может обладать любым подходящим размером частиц или наибольшим поперечным размером. Во многих вариантах выполнения сердцевина имеет размер частиц приблизительно менее 30 микрометров или приблизительно менее 20 микрометров. Во многих вариантах выполнения сердцевина имеет размер частиц приблизительно более 1 микрометра или приблизительно более 5 микрометров. Во многих вариантах выполнения сердцевина имеет размер частиц в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 30 микрометров, или от приблизительно 1 до приблизительно 25 микрометров, или от приблизительно 1 до приблизительно 20 микрометров.
Восковые материалы, подходящие для инкапсуляции частиц сердцевины, выбираются из группы, состоящей из природных и синтетических восков и их смесей. Природные воски получают из животных, растений, минералов и нефти. Воски животного происхождения включают в себя, например, пчелиный воск, китайский воск, ланолин, шеллачный и спермацетовый воск и тому подобное. Воски растительного происхождения включают в себя, например, карнаубский воск, канделильский воск, воск из мирики, воск из сахарного тростника, касторовый воск, воск из эспарто, японский воск, воск жожоба, воск оурикури, воск из рисовых отрубей, соевый воск и тому подобное. Воски минерального происхождения включают в себя, например, церезиновый воск, монтан-воск, озокеритовый воск, торфяной воск и тому подобное. Воски нефтяного происхождения включают в себя, например, парафиновый воск, вазелин, микрокристаллический воск и тому подобное. Синтетические воски включают в себя, например, полиэтиленовые воски, воски Фишера-Тропша, химически модифицированные воски, воски с замещенными амидами, полимеризованные альфа-олефины и тому подобное.
Особенно подходящие восковые материалы не изменяют ароматическое вещество субстрата табака, обладают подходящей температурой плавления или каплеобразования, температурой вспышки, температурой воспламенения, полярностью и безопасны для употребления. Температура вспышки и воспламенения восковых материалов особенно важна когда система доставки аромата, описанная в настоящем документе, скомбинирована с табаком и нагревается при изготовлении субстрата табака. Предпочтительно использовать восковые материалы, обладающие температурой вспышки и температурой воспламенения, которые превышают температуры, воздействующие на восковые материалы в процессе изготовления. Температура вспышки является наименьшей температурой, при которой пламя будет воспламенять пары нагретого наполнителя, в то время как температура воспламенения является наименьшей температурой, при которой пары воспламеняются и горят в течение по меньшей мере 2 секунд.
Во многих вариантах выполнения восковый материал имеет температуру плавления приблизительно 50 градусов или выше, или приблизительно 75 градусов или выше, или приблизительно 90 градусов или выше. Ароматическое вещество может высвобождаться из системы доставки аромата при нагревании воскового материала выше его температуры плавления. В предпочтительных вариантах выполнения восковый материал системы доставки аромата имеет температуру плавления приблизительно 100 градусов Цельсия или выше, или приблизительно 120 градусов Цельсия или выше, или приблизительно 140 градусов Цельсия или выше, или приблизительно 150 градусов Цельсия или выше. Во многих вариантах выполнения восковый материал обладает температурой плавления в диапазоне от приблизительно 100 градусов Цельсия до 150 градусов Цельсия или от приблизительно 110 градусов Цельсия до приблизительно 140 градусов Цельсия. Во многих вариантах выполнения восковый материал обладает температурой плавления до приблизительно 200 градусов Цельсия.
Примеры подходящих восков включают в себя полиэтиленовые воски, полиэтиленгликолевые воски или растительные воски. Типичные примеры полиэтиленовых восков реализуются под торговым наименованием CERIDUST компанией Clariant International Ltd., Швейцария. Типичные примеры полиэтиленгликолевых восков реализуются под торговым наименованием CARBOWAX компанией Dow Chemical Co., США. Типичные примеры растительных восков реализуются под торговым наименованием REVEL компанией Loders Croklaan, Нидерланды.
Использование системы доставки аромата, описанной в настоящем документе, для предоставления ароматизатора внутри курительного изделия преимущественным образом уменьшает потерю ароматизатора при хранении с тем, чтобы сохранить большую пропорцию ароматизатора в курительном изделии. Следовательно, система доставки аромата может подавать более насыщенное ароматическое вещество в дым, вдыхаемый курильщиком. Поскольку потеря ароматизатора уменьшена, можно внедрить меньшее количество ароматизатора в каждое курительное изделие, одновременно обеспечивая такое же воздействие на ароматическое вещество, как обеспечивается в современных курительных изделиях.
Инкапсулированная сердцевина может обладать любым подходящим размером частиц или наибольшим поперечным размером. Во многих вариантах выполнения инкапсулированная сердцевина имеет размер частиц приблизительно менее 200 микрометров или приблизительно менее 100 микрометров. Во многих вариантах выполнения инкапсулированная сердцевина имеет размер частиц приблизительно более 5 микрометров или приблизительно более 10 микрометров. Во многих вариантах выполнения инкапсулированная сердцевина имеет размер частиц в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 200 микрометров, или от приблизительно 5 до приблизительно 100 микрометров, или от приблизительно 5 до приблизительно 80 микрометров.
Сердцевина может комбинироваться с восковым материалом в любом применимом количестве для формирования инкапсулированной сердцевины или системы доставки аромата. Во многих вариантах выполнения сердцевина представляет по меньшей мере приблизительно 1 вес.% от общего веса инкапсулированной сердцевинной частицы. Во многих вариантах выполнения сердцевина представляет по меньшей мере приблизительно 5 вес.% от общего веса инкапсулированной сердцевинной частицы. Во многих вариантах выполнения сердцевина представляет менее приблизительно 50 вес.% от общего веса инкапсулированной сердцевинной частицы. Во многих вариантах выполнения сердцевина представляет диапазон от приблизительно 1 до приблизительно 50 вес.% от общего веса инкапсулированной сердцевинной частицы, или от приблизительно 5 до приблизительно 50 вес.% от общего веса инкапсулированной сердцевинной частицы, или от приблизительно 5 до приблизительно 25 вес.% от общего веса инкапсулированной сердцевинной частицы.
Система доставки аромата может комбинироваться с табачным материалом для формирования табачной композиции или композиции для курения, обеспечивающей стабильное и прогнозируемое высвобождение ароматического вещества по мере нагревания табачной композиции или композиции для курения до температуры, при которой восковый материал плавится и высвобождает ароматическое вещество в дым, вдыхаемый курильщиком, или в аэрозоль для употребления. Система доставки аромата может комбинироваться с резаным табаком для формирования табачной композиции или композиции для курения для использования с традиционными горючими курительными изделиями. Предпочтительно система доставки аромата может комбинироваться с восстановленным или гомогенизированным табаком для формирования табачной композиции или композиции для курения для использования с изделиями, генерирующими аэрозоль. Предпочтительно гомогенизированный табак представляет собой формованный листовой табак.
Курительные изделия, которые включают устройства, генерирующие аэрозоль, как правило, содержат субстрат, образующий аэрозоль, который собран, часто с другими компонентами, в форме стержня. Как правило, форма и размер такого стержня выполнены таким образом, чтобы позволять вставлять его в устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее нагревательный элемент для нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
«Субстрат, образующий аэрозоль», в контексте настоящего документа, представляет собой тип композиции для курения, которую можно использовать для получения аэрозоля в устройстве, генерирующем аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может высвобождать ароматическое соединение при горении или нагревании. Образующий аэрозоль субстрат может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак и систему доставки аромата, где ароматическое вещество высвобождается из субстрата при нагревании. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. Необязательно субстрат, образующий аэрозоль, может быть предоставлен на носителе или быть включенным в него, при этом носитель может принимать форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубок, полос или листов. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность носителя в форме, например, листа, пены, геля или суспензии. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность носителя или альтернативно может быть нанесен в виде узора с целью предоставления неоднородной вкусоароматической доставки во время использования.
Гомогенизированный табак может применяться для изготовления субстрата, генерирующего аэрозоль, для использования в курительных изделиях, которые подвергаются нагреванию в устройстве, генерирующем аэрозоль. Используемый в данном документе термин «гомогенизированный табак» означает материал, образованный посредством агломерации табачных частиц. Табачную пыль, образовавшуюся при измельчении табака в ходе транспортировки и изготовления, листовая пластинка, стебли и другие табачные отходы, которые в конечном счете являются тонкоизмельченными, можно смешивать со связующим для агломерации табака в виде частиц. Гомогенизированный табак может содержать другие добавки в дополнение к ароматической композиции или композиции для доставки аромата, включая, помимо прочего, средства для образования аэрозоля, пластификаторы, увлажняющие средства и нетабачные волокна, наполнители, водные и неводные растворители и их комбинации. Гомогенизированный табак может быть формованным, экструдированным или вальцованным. Из уровня техники известно несколько способов восстановления для изготовления гомогенизированных табачных материалов. Они включают, помимо прочего, процессы бумажного производства, относящиеся к типу, описанному, например, в US 5724998; процессы формования (формования листа), относящиеся к типу, описанному, например, в US 5724998; процессы восстановления тестообразной массы, относящиеся к типу, описанному, например, в US 3894544; и процессы экструзии, относящиеся к типу, описанному, например, в GB 983928.
Система доставки аромата может быть встроена в субстрат формованного листового табака, образованный в процессе формования листьев. Этот тип способа известен как способ формования листьев и широко применяется в табачной промышленности для производства восстановленного или гомогенизированного табака для использования в обычной сигарете. Субстраты формованного листового табака могут быть образованы путем комбинирования порошка гомогенизированного табака с водой, глицерином и другими необязательными добавками для формирования суспензии и комбинирования системы доставки аромата в суспензии. Суспензия затем может быть отлита в форме и высушена (нагрета) для удаления воды и формирования субстрата формованного листового табака.
Процесс формования листьев может включать применение температур до приблизительно 140°C, как, например, от приблизительно 90°C до 140°C. Соответственно, восковый материал системы доставки аромата предпочтительно стабилен при таких температурах. Предпочтительно восковый материал стабилен при таких температурах, так что ароматическое вещество не высвобождается в ходе этапа нагревания в процессе формования листа. Во многих вариантах выполнения восковый материал обладает температурой плавления, по существу равной температуре сушки на этапе высушивания в процессе формования листа. В некоторых вариантах выполнения восковый материал обладает температурой плавления, которая меньше температуры сушки на этапе высушивания в процессе формования листа. В этих вариантах выполнения по меньшей мере часть оболочки или воскового материала при плавлении отделяется от сердцевины и распределяется внутри гомогенизированного табачного материала. Предпочтительно восковый материал обладает температурой плавления, превышающей температуру, используемую для формирования субстрата формованного листового табака.
Все научные и технические термины, используемые в данном документе, имеют значения, обычно используемые в данной области, если не указано иное. Приводимые ниже определения предназначены для облегчения понимания некоторых терминов, часто используемых в данном документе.
Используемые в данной заявке формы единственного числа включают варианты выполнения, имеющие ссылки на множественное число, если из содержания явно не следует иное.
Используемый в данной заявке союз «или» обычно используется в значении, включающем «и/или», если из содержания явно не следует иное. Термин «и/или» означает один или все из перечисленных элементов или комбинацию любых двух или нескольких перечисленных элементов.
Используемые в данной заявке выражения «иметь», «имеющий», «включать», «включающий», «содержать», «содержащий» или им подобные используются в своем широком смысле, и в целом означают «включая без ограничения». Следует понимать, что выражения «состоящий фактически из», «состоящий из» и т.п. относятся к категории «содержащий» и т.п.
Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам выполнения изобретения, которые могут дать определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Тем не менее, другие варианты выполнения могут также быть предпочтительными при тех же или других обстоятельствах. Кроме того, перечисление одного или нескольких предпочтительных вариантов выполнения не подразумевает, что другие варианты выполнения не являются пригодными, и не предназначено для исключения других вариантов выполнения из объема изобретения, включая формулу изобретения.
На фиг.1 показано схематическое изображение примерной системы 10 доставки аромата или инкапсулированной сердцевины ароматического вещества. Схематическое изображение не обязательно выполнено в масштабе и представлено для целей иллюстрации, а не ограничения. На графических материалах показаны различные аспекты, описанные в данном изобретении. Тем не менее, следует понимать, что другие аспекты, не показанные на графических материалах, попадают в рамки объема и сущности настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1, система 10 доставки аромата включает в себя ароматическое вещество 12, включенное в цеолитовый материал 14, образующий сердцевину 11, и восковый материал 16, инкапсулирующий сердцевину 11.
Сердцевина 11 имеет размер частиц или наибольший поперечный размер D1. Система 10 доставки аромата имеет размер частиц или наибольший поперечный размер D2.
Неограничивающие примеры, изображающие систему доставки аромата, как описано выше, и субстраты табака и курительные изделия, содержащие такие системы доставки аромата, описаны ниже.
Примеры
Различные восковые материалы были оценены, как описано ниже, относительно их применимости в системе доставки аромата, как описано выше.
Температуры вспышки и воспламенения для выбранных восковых наполнителей были определены согласно ISO 2592 (метод открытого прибора Кливленда). Температура вспышки является наименьшей температурой, при которой пламя будет воспламенять пары нагретого наполнителя, в то время как температура воспламенения является наименьшей температурой, при которой пары воспламеняются и горят в течение по меньшей мере 2 секунд. Следует понимать, что на практике температура плавления воскового материала будет зависеть, например, от любых примесей или других компонентов в воске, а также от давления. Результаты этого исследования (при атмосферном давлении) приведены в таблице 1.
Органолептический анализ восковых материалов осуществляется с использованием описательного критерия «общая органолептическая нейтральность» для обозначения различий насыщенности. Поскольку органолептическая и психологическая усталость наступает после 7–8 образцов, для оценочного исследования (ISO 8587) выбран план сбалансированного неполного блока (BiB) (ISO 29842). Эксперты по оценке получают по пять образцов на сессию в случайном порядке и должны оценить образцы согласно критерию. Для достижения достаточного уровня точности проводят четыре сессии. Результаты этой BiB-оценки представлены в таблице 2.
Несколько систем доставки аромата сформированы путем включения ароматического вещества в цеолитовый материал с помощью включения диоксида углерода в сверхкритическом состоянии. Таким образом определяется растворимость различных ароматизаторов в диоксиде углерода в сверхкритическом состоянии.
Фазовые равновесия ароматического вещества в CO2
Наблюдения за поведением фаз осуществляются в ячейке со смотровым окном объемом 62 мл, находящейся под высоким давлением. Максимальные рабочее давление и температура составляют 700 бар и 200°C. Эта ячейка со смотровым окном оснащена пропеллерной мешалкой, обеспечивающей вихревое перемешивание. Ячейка со смотровым окном нагревается посредством электрического нагревающего элемента, присоединенного к терморегулятору (Eurotherm 2216e). Температура внутри ячейки измеряется термопарой Ni-Cr (GTH 1150 Greisinger electronic, точность ±1,0°C). Давление измеряется цифровым манометром (Wika, точность 0,1 бар). Жидкий CO2 заряжали в ячейку со смотровым окном посредством насоса высокого давления (макс. давление 600 бар).
Наблюдения за равновесиями фаз осуществляются для ароматизатора гваякола в диоксиде углерода в диапазоне давлений от 50 до 600 бар при температурах 40°C, 60°C и 80°C. Ячейка со смотровым окном объемом 62 мл, находящаяся под высоким давлением, была заполнена 20 мл гваякола при комнатных условиях. Рабочие условия, применяемые для наблюдения за поведением фаз, показаны на фиг. 2 и представлены в виде кругов.
Наблюдения за равновесиями фаз осуществляются для ароматизатора 3-метилбутаналь в диоксиде углерода. Смесь 3-метилбутаналя и CO2 вначале приводят в гетерогенное состояние (двухфазная область). Температуру поддерживают постоянной и давление медленно изменяют путем изменения объема ячейки до тех пор, пока вторая фаза не исчезнет. Фазовые переходы определяют зрительно. Линия фазового перехода построена для двух различных соотношений объема CO2 – 3-метилбутаналя относительно общего максимального объема ячейки: 5 и 2 (объем/объем) и показана на фиг. 3. На фиг. 3 видно, что растворимость CO2 в жидкой фазе является относительно высокой, даже при умеренных давлениях, на что указывает увеличение уровня жидкости в двухкомпонентной системе. Существует полная смешиваемость между CO2 и 3-метилбутаналем над линией фазового перехода – однофазная область. Линия фазового перехода для двухкомпонентной системы с более высоким соотношением CO2:3-метилбутаналь (R=5) находится чуть выше по сравнению с соотношением, равным 2.
Наблюдения за равновесиями фаз осуществлялись для ароматической смеси ароматизатора «PMI Key» в диоксиде углерода. Смесь ароматического вещества PMI Key представлена в следующей таблице 3.
Осуществляют наблюдения за поведением фаз в системе, состоящей из смеси ароматического вещества PMI Key/CO2, в диапазоне давлений от 50 до 250 бар в температурном диапазоне от 40°C до 130°C. Смесь ароматического вещества PMI key и CO2 вначале приводят в гетерогенное состояние (двухфазная область). Температуру поддерживают постоянной и давление медленно повышают путем изменения объема ячейки до тех пор, пока вторая фаза не исчезнет. Фазовые переходы определяют зрительно. Линия фазового перехода построена для соотношения CO2:смесь ароматического вещества key = 5 (объем/объем) относительно общего максимального объема ячейки. Видно, что линия фазового перехода следует линейной тенденции. Результаты представлены на фиг. 4.
Просеивание цеолита
Два разных цеолитовых материала используются для охвата диапазона полярностей доступных в продаже цеолитов. В качестве типичных примеров гидрофильных цеолитов были проанализированы следующие материалы: 13X&4A (SILKEM, Словения). В качестве типичных примеров гидрофобных цеолитов были проанализированы следующие материалы: UK8&UZ8 (Chemiewerk, г. Бад-Кестриц, Германия). Внедрение цеолитов 13X и UZ8 в процесс формования листьев в объеме 3 вес.% и формирование субстрата табака анализируют на примере кремния в аэрозоле, образованном субстратом табака. Результаты показывают, что двуокись кремния не была обнаружена в аэрозоле.
Высвобождение ароматического вещества из цеолитной сердцевины
Для оценки способности материала на основе двуокиси кремния (цеолитов) удерживать и высвобождать ароматические ингредиенты были проведены термогравиметрические анализы, оценивающие потерю ароматического вещества в цеолитовых материалах, загруженных ароматическим веществом. На фиг. 5 показаны результаты высвобождения ароматического вещества разными цеолитами, которые могут использоваться в качестве материала сердцевины. Удержание ароматического вещества гидрофильными цеолитами находится в диапазоне от 7,7 до 8,2%, в то время как гидрофобные цеолиты демонстрируют удержание ароматических ингредиентов до 23%. Температуры высвобождения указывают на то, что материал сердцевины должен защищать ингредиенты ароматического вещества от непреднамеренного высвобождения ароматического вещества в процессе формования листа.
Оценка материалов оболочки сердцевины
В следующей таблице 4 указано размещение цеолитного материала (UZ8), загруженного ароматизатором и инкапсулированного в восковом материале (Ceridust 3610). Система доставки аромата была сформирована путем включения ароматического вещества в цеолит для формирования сердцевины и последующего охлаждения распылением сердцевины восковым материалом (Ceridust 3610) для формирования инкапсулированной сердцевины или системы доставки аромата. Сердцевина составляла приблизительно 10 вес.% от общего веса первых семи систем доставки. Последний образец содержал 20 вес.% сердцевины, загруженной в материал оболочки.
Затем эти образцы были проанализированы на предмет распределения размеров частиц, объемной плотности и морфологии.
Распределение размеров частиц измеряется методом лазерной дифракции с помощью прибора Malvern Mastersizer 2000. Устройство распределения в жидкости «Hydro MU» используется для измерения частиц, распределенных в этаноле. После распределения образцов в этаноле ультразвуковую ванну включают на 3 минуты для дробления агломератов. Через 1 минуту начинают измерение. Все образцы измеряют дважды и указывают средние величины. Интерпретацию данных осуществляют согласно теории Фраунгофера.
Mastersizer дробит агломераты с помощью ультразвуковой ванны перед измерением размера частиц; размер частиц, измеренный способом лазерной дифракции, отличается от ожидаемого размера частиц просеянных фракций. Просеивание образцов не разрушает агломераты и просеянные фракции фактически состоят из агломератов, а не из фракций одиночных частиц.
На фиг. 6 и фиг. 7 представлены распределения размеров частиц образцов сердцевины-оболочки из примеров, указанных в таблице 2, образованных процессом охлаждения распылением, описанным выше. Два диапазона размеров частиц (63–125 мкм и 125–250 мкм) собирают и анализируют на предмет объемной плотности и высвобождения ароматического вещества, представленных ниже.
Объемную плотность образцов сердцевины-оболочки из примеров, указанных в таблице 2, измеряют согласно DIN ISO 697. На фиг. 8 и фиг. 9 показаны объемные плотности.
На фиг. 10 представлены изображения, полученные сканирующим электронным микроскопом (СЭМ), чистого Ceridust C3610, охлажденного распылением. На фиг. 11 представлено изображение, полученное сканирующим электронным микроскопом (СЭМ), чистого незагруженного цеолита UZ8. На фиг. 12 представлено изображение, полученное сканирующим электронным микроскопом (СЭМ), системы доставки аромата, состоящей из Ceridust C3610 + 10% незагруженного цеолита.
Как показано на фиг. 10–12, форма частиц чистого распыленного Ceridust 3610 и форма частиц с инкапсулированными цеолитами является сферической и поверхность почти гладкая. В противоположность этому, частицы чистых незагруженных цеолитов имеют угловатую форму. В объеме частиц распыленной суспензии Ceridust 3610 и незагруженных цеолитов почти не было обнаружено угловатых частиц, что указывает на то, что большая часть цеолитов инкапсулирована в Ceridust 3610.
Высвобождение ароматического вещества
Затем оценивали высвобождение ароматического вещества из системы доставки аромата. Система доставки аромата, описанная в настоящем документе, была образована насыщением цеолитов и последующим охлаждением распылением. Система доставки аромата была добавлена к суспензии формованного листа перед образованием субстрата формованного листового табака в концентрации 3% (объем/объем). Формованный лист был образован согласно стандартной процедуре формования листьев, включающей этап сушки при температуре приблизительно 100°C. В ходе изготовления формованного листа не наблюдалось ничего необычного, что указывает на отсутствие потерь или низкие потери ароматического вещества. Используя образованный формованный лист, были изготовлены расходные материалы (табачные палочки) для использования в субстрате, генерирующем аэрозоль.
Высвобождение ароматического вещества было проанализировано в соответствии с эталонным режимом интенсивного курения согласно Министерству здравоохранения Канады. Результаты показаны на фиг. 13.
Реферат
Изобретение относится к системе доставки аромата для табака, которая содержит ароматическое вещество, включенное в цеолитовый материал и образующий сердцевину; и восковый материал, окружающий сердцевину и образующий инкапсулированную частицу ароматического вещества. Технический результат заключается в обеспечении однородности вкуса курительного изделия и устойчивость при хранении ароматизаторов, добавленных в субстрат табака. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил., 4 табл.
