MX2012009686A - Metodos para extraer y asilar constituyentes de un material celulosico. - Google Patents

Abstract

Un método para extraer y aislar constituyentes de una materia celulósica, que comprende proveer la materia celulósica; poner en contacto la materia celulósica con un fluido supercrítico; separar el fluido supercrítico de la materia celulósica, para formar de esa manera un extracto y un refinado; y separar por destilación por lo menos un compuesto presente en el medio de extracción.

Description

MÉTODOS PARA EXTRAER Y AISLAR CONSTITUYENTES DE UN MATERIAL CELULÓSICO Campo de Invención La presente invención se refiere a un método para extraer y aislar constituyentes de un material celulósico, y a los constituyentes que se aislan usando el método. Más específicamente, la invención se refiere a un método que comprende la extracción supercrítica de material celulósico, como por ejemplo tabaco, seguido de la separación por destilación de por lo menos uno de los constituyentes que están presentes en el medio de extracción.

Los constituyentes del material celulósico que se van a extraer y aislar tienen propiedades como saborizantes y/o aromatizantes, porque confieren un sabor o aroma al material celulósico del cual se los aisla, o un material celulósico al cual se los agregue subsiguientemente.

Los constituyentes aislados son para utilizar para intensificar el sabor y/o el aroma de productos, y en particular, de productos de tabaco combustibles y no combustibles, o productos para el reemplazo de tabaco o nicotina.

Antecedentes de la invención Los usuarios de productos de tabaco combustibles y no combustibles pueden ser muy sensibles al sabor del producto que utilizan. Los procesos relacionados con la elaboración de dichos productos pueden dar como resultado la eliminación de constituyentes del tabaco que contribuyen a su sabor y/o aroma. Como resultado, puede ser deseable intensificar el sabor del tabaco antes, durante o después del procesamiento.

Además de esto, puede ser deseable a crear productos que provean al usuario una sensación de sabor o aroma asociada con un producto de tabaco, pero que no contengan tabaco en sí mismos, por ejemplo, productos libres de tabaco o de reemplazo de la nicotina.

También puede ser deseable crear productos que provean al usuario una sensación de sabor o aroma en particular, por ejemplo, un sabor y/o aroma a mentol.

Dichos objetos se pueden conseguir usando agentes saborizantes y/o aromatizantes.

Los saborizantes son sustancias capaces de conferir una sensación en la boca del usuario. La sensación es percibida principalmente por los sentidos del gusto y el olfato, pero también puede ser detectada por los receptores táctiles y térmicos que hay en la boca, que detectan sensaciones trigeminales tales como astringencia, acritud y sensación de calor o frío.

La mayoría de las sustancias que producen sabores en la boca son polares, no volátiles y solubles en agua. Las sustancias que confieren aroma deben ser suficientemente volátiles como para permitir su detección por los receptores olfatorios, ya sea de la vía nasal u oral. La multitud de sabores que un usuario es capaz de detectar se debe a las interacciones de los compuestos químicos con sabor, y los receptores trigeminales y olfatorios.

En la siguiente la tabla 1 se dan algunos ejemplos de clases de compuestos aromatizantes y saborizantes no volátiles y volátiles, sin embargo, se debe apreciar que las sustancias químicas de una única clase pueden suscitar muchos sabores diferentes, especialmente en concentraciones diferentes.

Tabla 1 Los agentes que tienen propiedades como saborizantes y/o aromatizantes se pueden obtener de diversas fuentes. Muchas de dichas fuentes son naturales, por ejemplo materiales celulósicos tales como Mentha arvensis o Mentha piperita, de los cuales se pueden aislar un saborizante con gusto a menta, Zingiber officinale, del cual se puede aislar un saborizante con gusto a jengibre, los capullos de Ribes nigrum (grosella negra), de los cuales se puede aislar el saborizante solanona, Trigonella foenum-graecum (fenogreco), del cual se puede aislar el saborizante dihidroactinidiólido [(7aR)-5,6,7,7a-tetrahidro-4,4,7a- trimetil-2(4H)-benzofuranona], y Cichorium intybus, del cual se puede aislar un saborizante con gusto a achicoria.

Otra fuente de saborizantes es el tabaco, que se sabe que contiene saborizantes tales como pulegona; piperonal; geranilacetona; 3-metilbutanal; benceno etanol; tetradecanoato de metilo; aldehidos aromáticos tales como benzaldehído y fenil acetaldehído; aldehidos alquílicos tales como nonanal, pentanal y hexanal; alquenilbencenos tales como safrol, írans-anetol, miristicina y metileugenol; cetonas tales como ionona, solanona; terpenos alcoholes tales como el linalool; y terpenos monocíclicos o volátiles tales como cembreno y dihidroactinidiólido.

Es deseable poseer la capacidad de extraer del material celulósico los constituyentes que pueden tener propiedades como saborizantes y/o aromatizantes.

Es posible extraer los componentes de material celulósico usando solventes. Por ejemplo, CN 1166 753 divulga el uso de éter de petróleo y etanol absoluto, aplicados en caliente o en frío para extraer los componentes del tabaco, proveyendo de esa manera un "extracto de tabaco". Sin embargo, este método de extracción tiene la desventaja de requerir un paso de tratamiento para separar y eliminar el solvente del extracto, por ejemplo un paso de filtración o destilación. La necesidad de realizar un paso de tratamiento adicional para eliminar el solvente demora tiempo y es costoso, y también puede dar como resultado la eliminación de constituyentes del material celulósico que tiene propiedades físicas similares a las del solvente del "extracto". Por ejemplo, un compuesto aromático o con sabor extraído que tiene un punto de ebullición similar al del solvente puede ser eliminado junto con el solvente como resultado de una separación por destilación, que distingue entre los componentes en base a su punto de ebullición. Esto puede dar como resultado una contaminación del solvente con el compuesto aromático o con sabor extraído, y la pérdida en el extracto del compuesto con sabor/aroma.

También se sabe que los componentes solubles del material celulósico se pueden extraer usando solventes en el estado supercrítico. Este proceso es conocido como extracción supercrítica, o extracción con fluido supercrítico. Un fluido supercrítico es cualquier sustancia a una temperatura o presión sobre su punto crítico termodinámico. Cuando un fluido se encuentra cerca de su punto crítico, pequeños cambios de presión o temperatura dan como resultado grandes cambios de sus propiedades tales como la densidad.

El principio básico de la extracción con fluido supercrítico es que se pone en contacto una materia prima con un fluido supercrítico, para dar como resultado el particionamiento hacia la fase supercrítica de las sustancias volátiles contenidas en la materia prima. Después de la disolución de todo el material soluble, se separa el fluido supercrítico que contiene las sustancias disueltas, y los componentes disueltos de la materia de alimentación se separan del fluido supercrítico.

Según se usa aquí, "fluido supercrítico" se refiere a un medio a la temperatura y presión en su punto crítico o mayor, preferiblemente sobre su punto crítico. Al aumentar la temperatura y la presión a lo largo de la línea de fases líquido/gas, la distinción entre los estados líquido y gaseoso desaparece gradualmente hasta un punto, el denominado "punto crítico", en que las fases líquida y gaseosa se vuelven una sola fase. De esta manera, los fluidos supercríticos se caracterizan por tener propiedades físicas y térmicas entre las del líquido y el gas puros. Por lo tanto, la expresión "fluido supercrítico" abarca un medio con dos fases cuando la presión y/o la temperatura están por debajo y cerca del punto crítico y un medio con solo una fase cuando la presión y la temperatura se encuentran en el punto crítico o son mayores. Cerca del punto crítico y sobre este, las propiedades del medio cambian rápidamente solo con leves variaciones de la presión y/o la temperatura. Los fluidos supercríticos poseen un poder de solvatación similar al de los solventes orgánicos líquidos, pero poseen difusividades mucho mayores, menores viscosidades y menores tensiones superficiales y por lo tanto penetran fácilmente a los sólidos porosos y fibrosos. Como consecuencia de esto, el poder de solvatación de los fluidos supercríticos se puede ajustar cambiando la presión o la temperatura.

WO 01/65954 divulga un método que comprende el uso de un medio de extracción que es un fluido supercrítico a alta temperatura y presión, para tratar tabaco para eliminar las nitrosaminas.

CN 1899142 divulga el uso de CO2 supercrítico para eliminar la nicotina contenida en las hojas de tabaco.

La extracción supercrítica tiene la ventaja sobre otras técnicas de extracción de que el solvente se puede eliminar del extracto sin necesidad de un paso de tratamiento adicional. El sistema se puede hacer retornar a las condiciones atmosféricas (o no supercríticas) luego de la extracción, para dar como resultado de esa manera la evaporación del solvente. Esto tiene la ventaja de que se puede recolectar el solvente en su forma pura (es decir sin estar contaminado por los componentes extraídos) y se lo puede reciclar dentro del sistema, mientras que ninguno de los constituyentes extraído se pierde con el solvente.

Sin embargo, la extracción supercrítica no permite, la eliminación selectiva de componentes individuales de la materia prima. Por lo tanto, si se desea separar un(unos) componente(s) en particular de la materia prima, el componente que se desea se debe aislar del fluido supercrítico, y las sustancias restantes se deben recircular de retorno a la materia prima.

Por ejemplo, la extracción supercrítica se puede llevar a cabo en condiciones suficientes para extraer esencialmente todos los solutos de la materia de alimentación celulósica. Luego, la extracción es seguida de un paso de aislación, donde los componentes constituyentes se separan del fluido supercrítico. Se puede eliminar uno de los componentes aislados, mientras que los otros componentes se reciclan con el fluido supercrítico a la materia de alimentación celulósica, para reconstituir así de manera efectiva la materia de alimentación.

Un ejemplo de este procedimiento se da en EP 0 280 817, que divulga un proceso cuya meta es proveer tabaco con niveles de nicotina reducidos, mientras que los niveles de los otros componentes permanecen sustancialmente invariables. El proceso de EP 0 280 817 incluye hacer atravesar el tabaco por un solvente en el estado supercrítico o en estado líquido. Luego, el solvente se hace pasar a través de una trampa que contiene ácido donde se lo libera esencialmente de nicotina. El solvente, empobrecido en nicotina, pero aún rico en los otros componentes que se particionaron a la fase supercrítica, se recicla de retorno al componente celulósico del tabaco.

CN 1459256 divulga el uso de una extracción con CO2 supercrítico para eliminar elementos dañinos del tabaco. El CO2 supercrítico que contiene el extracto de picadura de tabaco se alimenta a unos separadores rectificadores que contienen materiales adsorbentes, como por ejemplo carbón activado, bajo presión y a temperatura controlada, para eliminar los componentes dañinos del tabaco. Luego el CO2 supercrítico se vuelve a poner en contacto con la picadura de tabaco y se reducen la temperatura y la presión para volver a transferir los componentes que se desean de vuelta a la picadura.

También se conocen medios para aislar componentes del fluido supercrítico. Por ejemplo, US 6.637.438 divulga el uso de cromatografía líquida de alta presión (HPLC) para separar las fracciones que se obtienen por extracción con fluido supercrítico. Sin embargo, en los métodos de separación tales como la cromatografía se usan solventes que son potencialmente tóxicos, que dañan el medio ambiente y/o son inflamables, y que típicamente es necesario eliminar de los componentes después de la aislación. Dichos solventes incluyen benceno, ciclohexano, dimetilsulfóxido, acetonitrilo, ácido trifluoroacético, trietilamina y metanol.

Además, puede ser muy difícil aislar de manera efectiva de un fluido supercrítico a los componentes individuales que son constituyentes. Este es el caso en particular en que el componente que se desea está presente dentro de la materia prima en cantidades muy pequeñas, o cuando la propiedad del componente por la cual se lo aisla es muy similar a la de otros componentes que hay en la materia prima. Por ejemplo, las técnicas cromatográficas tales como la HPLC y la cromatografía de gases se basan en las diferencias de polaridad entre las muestras que se van a separar. La cromatografía por filtración en gel se basa en las diferencias de peso molecular. Por lo tanto usando dichas técnicas es muy difícil aislar a los componentes que tienen un peso molecular o una polaridad similar.

Otro método conocido para separar una mezcla de líquidos miscibles es la destilación. La destilación es el proceso de calentar un líquido hasta que entre en ebullición, capturar y enfriar los vapores calientes que resultan, y recolectar la muestra condensada que se obtiene como resultado. Usando la destilación, es posible separar mezclas en base a diferencias en las volatilidades de los componentes de una mezcla líquida en ebullición. Los modelos ideales de destilación esencialmente están regidos por las leyes de Raoult y de Dalton.

La ley de Raoult supone que un componente contribuye a la presión de vapor total de la mezcla de manera proporcional al porcentaje en que está en la mezcla y a su presión de vapor cuando es puro.

La ley de Dalton especifica que la presión total que ejerce una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de cada componente individual en una mezcla de gases. Cuando se calienta una mezcla líquida, se elevará la presión de vapor de cada componente dentro de la mezcla, haciendo así que se eleve la presión de vapor total. Cuando la presión de vapor total alcanza a la presión que rodea el líquido, ocurre la ebullición y el líquido pasa al estado gaseoso en todo el volumen del líquido. Una mezcla con una determinada composición tiene un punto de ebullición a una determinada presión, cuando los componentes son solubles entre sí.

En el punto de ebullición, todos los componentes volátiles de la mezcla entran en ebullición, pero el porcentaje de un único componente en el vapor es el mismo que su porcentaje de la presión de vapor total. Los componentes más livianos tienen una mayor presión parcial y por lo tanto en el vapor están más concentrados, pero los componentes volátiles más pesados también tienen una presión parcial y necesariamente también se evaporan, aunque en el vapor están menos concentrados.

Típicamente, la destilación se lleva a cabo usando una columna de fraccionamiento. La mezcla se calienta hasta que se vaporiza. El vapor pasa subiendo por la columna de fraccionamiento, donde se enfría gradualmente. Los diferentes componentes del vapor se condensan en diferentes niveles dentro de la columna de fraccionamiento, permitiendo separar los componentes (ahora líquidos) de la mezcla original.

Una desventaja del procedimiento de destilación simple, donde se usa una única fase de vaporización y condensación, es que no puede separar de manera efectiva una mezcla cuyos puntos de ebullición difieran en menos de 60-70°C. Los ciclos de fraccionamiento repetidos, para intentar separar mezclas con puntos de ebullición más similares, pueden ser costosos, y aún así pueden no alcanzar la meta de proveer un destilado puro de una de las sustancias en la mezcla, en particular cuando los componentes tienen el mismo punto de ebullición, o puntos de ebullición muy similares.

Por ejemplo, CN 1166 753 divulga el uso de un proceso de destilación molecular multietapas para separar los componentes del tabaco de un extracto que se obtuvo por exposición de piezas de tabaco machacado al éter de petróleo en frío o en caliente.

Las dificultades en aislar de manera efectiva los componentes individuales que son constituyentes de un extracto que se obtuvo por extracción supercrítica presentan un problema en particular cuando se toma en cuenta la aislación de los componentes del tabaco que confieren sabor o aroma al tabaco. Esto se debe a que la naturaleza de muchos de dichos componentes es similar a los componentes de tabaco que se consideran no deseables y a que tienen propiedades físicas similares a estos.

Por ejemplo, puede ser deseable asegurar que los componentes aislados no sean contaminados con nitrosaminas. Las nitrosaminas son una clase de compuestos químicos se describieron en la literatura química hace 100 años. Se sabe que el tabaco contiene ciertas nitrosaminas, que se conocen como nitrosaminas específicas del tabaco (TSNAs). Las TSNAs consisten en cuatro compuestos químicos: N-nitrosonornicotina (NNN); 4-metil-N-nitrosamino-1-(3-piridil)-1 -butanona (NNK); N-nitrosoanatabina (NAT); y N-nitrosoanabasina (NAB). No se piensa que las TSNAs estén presentes en cantidades significativas en las plantas de tabaco en desarrollo ni en el tabaco recién cortado (tabaco verde), sino que se piensa que se forman durante el curado y estacionamiento del tabaco.

Otro compuesto que puede ser deseable eliminar de manera selectiva de un extracto de tabaco es el benzo[a]pireno (Ba]P), un hidrocarburo policíclico que se encuentra en el medio ambiente, y en el humo del tabaco.

Puede no ser deseable que los constituyentes del tabaco que se aislan para utilizar sus características deseables de sabor o aroma estén significativamente contaminados con benzo[a]pireno ni/o TSNAs. Dicha contaminación puede ocurrir al utilizar algunos métodos para aislar compuestos, como resultado de la similitud de propiedades físicas de dichos compuestos con las de los constituyentes del tabaco que se desea aislar.

También puede ser que no se desee que los constituyentes del material celulósico que se aislan para utilizar sus características de sabor o aroma estén contaminados significativamente con nicotina. Por ejemplo, puede ser deseable utilizar a dichos constituyentes en un producto libre de nicotina. La contaminación por nicotina puede ocurrir al utilizar algunos métodos de aislación, como resultado de la similitud de las propiedades físicas de la nicotina con las de los constituyentes de la materia prima celulósica sobre la que se desea realizar la aislación.

Por ejemplo, la nicotina tiene un peso molecular de 162,24g, y el saborizante safrol tiene un peso molecular de 162,2g. Por lo tanto, no se puede utilizar un procedimiento de separación estándar por filtración en gel, que aisla a los compuestos de una mezcla en base a su peso molecular, para obtener una muestra sustancialmente pura de safrol a partir de un fluido supercrítico que se ha puesto en contacto con una materia prima que también contenía nicotina.

A continuación, en la Tabla 2, se detallan algunas de las propiedades físicas de los compuestos aromáticos que se encuentran típicamente en el tabaco. La Tabla 2 también da detalles de algunas de las propiedades físicas de los componentes de tabaco que pueden ser considerados no deseables.

Tabla 2 NNN: N-nitrosonornicotina; NNK: 4-metil-N-nitrosamino-1-(3-piridil)-1-butanona¡ NAT: N-nitrosoanatabina; NAB: N-nitrosoanabasina; B[a]P: benzo[a]pireno PM: peso molecular; Peb: Punto de ebullición; Pf: Punto de fusión La contaminación de uno o más de los constituyentes que se desean con compuestos no deseables da como resultado la necesidad de procesar adicionalmente la muestra. Esto puede ser costoso y demora tiempo.

JP 9-10502 divulga un procedimiento para extraer un "componente objetivo", como por ejemplo nicotina, a partir de un material natural sólido en bruto, que incluye poner al material en bruto en contacto con un primer fluido a alta presión. Luego, el fluido, y los componentes disueltos en el mismo, se ponen en contacto con un absorbente. Luego, los componentes solubles en el absorbente se ponen en contacto con un segundo fluido a alta presión, que ha sido sometido a un gradiente de temperatura. El gradiente de temperatura asegura que solo los componentes objetivo se disuelvan en el segundo fluido a alta presión. El segundo fluido a alta presión que contiene los componentes objetivo se introduce en un separador donde el(los) componente(s) objetivo se separan al reducir la solubilidad del componente objetivo en el segundo fluido a alta presión.

WO 2007/053096, que se refiere a la aislación y eliminación de nitrosaminas del tabaco, divulga un método que requiere más de 10 pasos de tratamiento. Un objeto de la presente invención consiste en proveer un proceso simple que permita la aislación selectiva de componentes de la materia prima celulósica. En particular, un objeto de la invención consiste en proveer un proceso simple que permita la aislación de compuestos con puntos de ebullición y/o presiones de vapor similares.

Un objeto adicional de la invención consiste en proveer un proceso que comprende menos de 5 pasos de tratamiento.

Un objeto adicional de la invención consiste en proveer un proceso que relativamente no dañe el medio ambiente, porque no requiere matrices de separación contaminantes.

Otro objeto de la invención consiste en proveer un proceso que no requiere el uso de un solvente de extracción potencialmente tóxico o inflamable para extraer componentes solubles del material celulósico; y que no requiere el uso de un solvente para aislar constituyentes del extracto.

Un objeto adicional de la presente invención consiste en proveer un método que es muy controlable en términos de los instrumentos y/o maquinaria que se puede obtener comercialmente para llevar a cabo los pasos.

Un objeto adicional de la presente invención consiste en proveer un proceso que es relativamente poco costoso.

Un objeto adicional de la invención consiste en proveer un proceso que es relativamente limpio, porque la maquinaria relacionada con el proceso no requiere demasiados ciclos de limpieza para retornar a su condición de puesta en marcha original.

Por lo tanto, en un primer aspecto de la presente invención, se provee un proceso para extraer y aislar constituyentes de material celulósico, donde el proceso comprende: poner en contacto el material celulósico con un fluido supercrítico en condiciones que permiten obtener un extracto; eliminar del extracto el material insoluble; y fraccionar el extracto por destilación para dar uno o más constituyentes aislados.

La expresión "constituyentes de un material celulósico" o "constituyentes del material celulósico" según se usa aquí, se refiere a compuestos que pueden ser solubilizados por el fluido supercrítico.

Los ejemplos de fluidos que se pueden utilizar de una manera práctica en aplicaciones supercríticas son: dióxido de carbono, hexafluoruro de azufre, óxido nitroso, hidrocarburos halogenados con hasta 4 átomos de carbono tales como CF4, CHF3, CCIF3, CBrF3, CF2 = CH2> CF3-CF2CF3l CHCIF2, CCI2F2, CHCI2F, CCI3F, CBrF3, CFCI = CF2, CH3-CF3, octafluorociclobutano, e hidrocarburos que incluyen hasta 7 átomos de carbono tales como propano, butano, pentano, hexano, ciciohexano, tolueno, etanol, acetona, acetato de metilo, éter dietílico, diclorometano, tetracloruro de carbono. Otros fluidos útil incluyen N2O, SF6 y argón.

En algunas formas de realización preferidas, el fluido supercrítico no es un solvente de extracción tóxico, inflamable ni perjudicial para el medio ambiente. Por lo tanto, en algunas formas de realización, el fluido supercrítico no es metanol ni hexano. En algunas formas de realización preferidas, el fluido supercrítico es dióxido de carbono (CO2).

El material celulósico se puede obtener de cualquier especie del reino de Plantae, como por ejemplo árboles, flores, hierbas, arbustos, pastos, enredaderas, heléchos, musgos y otros similares.

En ciertas formas de realización, el material celulósico se obtiene de verbasco, clavo de olor, menta, té, eucaliptus, o manzanilla.

En algunas formas de realización preferidas, el material celulósico se obtiene de plantas vasculares, y aún más preferiblemente plantas vasculares que dan semillas, como por ejemplo Pinophyta (coniferas), Cycadophyta (cicas), Ginkophyta (ginkgo), Gnetophyta (gneofitas), y Magnoliophyta. Las familias de materia vegetal que se encuentran dentro de la división Magnoliophyta incluyen a las Cannabaceae, que incluyen al género Humulus (lúpulo), y Solanaceae, que es también se denominan plantas solanáceas o de la familia de la papa. Dentro de la familia Solanaceae, un género preferido específicamente es Nicotiana, y material celulósico que se prefiere específicamente para utilizar en la presente invención son las especies de Nicotiana que se denomina plantas de tabaco o simplemente tabaco.

El tabaco contiene bastante más de 3000 compuestos dentro del rango que va de los de la matriz fibrosa, por ejemplo compuestos poliméricos de alto peso molecular tales como la celulosa, pasando por una variedad de constituyentes de peso molecular intermedio que generalmente no son volátiles, por ejemplo hemicelulosa y lignina, a los constituyentes de bajo peso molecular, que incluyen a los compuestos con aroma y sabor.

Los ejemplos de componentes del tabaco incluyen derivados carotenoides, alcaloides, nitrosaminas, humectantes, metales, compuestos no poliméricos ejemplificados por nicotina, nornicotina, anabasina, miosmina, anatabina, glicerol, propilenglicol, trietilenglicol, amoníaco, níquel, plomo, cadmio, cromo, arsénico, selenio, mercurio, benzo[a]pireno, nitrato, triacetina, propionato de sodio, ácido sórbico, y eugenol.

En algunas formas de realización preferidas de la invención, los constituyentes de un material celulósico extraído y aislado por un proceso de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención tienen propiedades como saborizantes y/o aromatizantes, porque confieren un sabor o aroma al material celulósico del cual se los aisla, o a un material celulósico al cual se los agregue subsiguientemente.

En algunas formas de realización, el constituyente puede ser uno o más de: cumarina, pulegona, fenil acetaldehído, nonanal, cembreno, linalool, ionona, geranilacetona, 3-metilbutanal, pentanal, hexanal, benceno etanol, tetradecanoato de metilo, benzaldehído, piperonal, írans-anetol, solanona, di-dihidroactinidiólido, safrol, metil eugenol, miristicina y coadyuvantes o derivados de los mismos.

En algunas formas de realización preferidas, los constituyentes de un material celulósico extraído y aislado por un proceso de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención están sustancialmente libres de nicotina, una o más nitrosaminas y/o benzo[a]pireno. En la mayoría de las formas de realización preferidas, los constituyentes de un material celulósico extraído y aislado por un proceso de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención están sustancialmente libres de nicotina.

En algunas formas de realización preferidas, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención son sustancialmente puros.

En ciertas formas de realización, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención son entre 80-100%; 90-100%; 95-100%; 98-100%; 99-100%; o 99,5-100% puros. En algunas formas de realización, los constituyentes aislados son entre 75-95% puros; 75-90% puros; o 85-90% puros.

El término "puro" según se usa aquí, significa que el(los) constituyente(s) aislado(s) consiste(n) en el(los) constituyente(s) deseado(s) solo(s), y que no estén contaminados con otro(s) constituyente(s) del material celulósico.

En algunas formas de realización preferidas, el material celulósico que se utiliza en métodos de acuerdo con el primer aspecto de la invención comprende o consiste en material proveniente del tallo o la lámina de una planta. En formas de realización particularmente preferidas, el material celulósico comprende o consiste en tallo de tabaco o lámina de tabaco. En la mayoría de las formas de realización preferidas, el material celulósico que se utiliza comprende o consiste en lámina de tabaco.

Típicamente, la mayoría de los compuestos con sabor se mantienen dentro de la porción de la lámina de la hoja de una planta, y por lo tanto el uso de la lámina en los métodos de acuerdo con la presente invención mejora el rendimiento de los compuestos saborizantes/con aroma. Sin embargo, la lámina también contiene la mayoría de los azúcares y la nicotina. Además de esto, la mayoría de nitrosaminas y B[a]P se encuentran en la lámina de tabaco Virginia curado al aire caliente, y en la lámina y tallo de curado al aire tabaco Burley. Por lo tanto, es probable que los constituyentes extraídos de la lámina estén contaminados con nicotina, y/o una o más nitrosaminas y/o B[a]P.

Opcionalmente, el material celulósico se puede tratar de una o más maneras antes del paso de extracción supercrítica, según se dice en el paso (a) del primer aspecto de la presente invención, para obtener características óptimas para la extracción. Por ejemplo, el material celulósico se puede pretratar con bases químicas tales como el bicarbonato de amonio.

Como alternativa, o además de eso, el material celulósico se puede prehidratar antes de la extracción supercrítica. Esto se puede realizar, por ejemplo, tomando material celulósico con un contenido de humedad conocido (según se establece mediante procedimientos de análisis estándar), y ubicando un peso conocido en un receptáculo con una cantidad deseada de agua. El material celulósico y el agua se mezclan, y el receptáculo se sella y se deja durante aproximadamente 24 horas a aproximadamente 4°C para dejar que se equilibre. El contenido de humedad se puede establecer realizando ensayos sobre una muestra del material celulósico usando procedimientos de análisis estándar.

El contenido de agua del material celulósico preferiblemente no debería superar un nivel donde se forma una suspensión acuosa que da como resultado la desintegración del material celulósico. Típicamente, antes de la extracción con un fluido supercrítico, el material celulósico, específicamente tabaco, tiene un contenido de humedad (agua) entre menos del 10% en peso y aproximadamente 50% en peso; preferiblemente entre menos de aproximadamente 10% y hasta aproximadamente 35% en peso; más preferiblemente entre menos del aproximadamente 10% y aproximadamente 20% en peso; y aún más preferiblemente menor de 1, 2, 3, 4 o 5% y un contenido de humedad de hasta aproximadamente 10% en peso.

El pretratamiento del material celulósico, por ejemplo, con agua, se puede utilizar para desplazar el equilibrio entre los tipos de constituyentes del material celulósico que se extraen usando los procesos de acuerdo con la presente invención. La hidratación de la materia prima celulósica puede afectar el equilibrio de los compuestos extraídos, como resultado de la mezcla del agua con el fluido supercrítico. La mezcla da como resultado un cambio en la polaridad y/o el pH del solvente de extracción de fluido supercrítico/agua en comparación con la polaridad y/o el pH del fluido supercrítico donde hay presente una mínima cantidad de agua.

El pretratamiento de material celulósico por molienda, trituración o cualquier otra manera que reduzca su tamaño (por ejemplo para obtener una picadura) puede hacer que se obtengan mejores capacidades de extracción, como resultado del incremento de área superficial del material celulósico expuesta al solvente de extracción. Esto permite obtener un contacto íntimo entre el líquido de extracción que se utiliza durante el paso (a) de un proceso de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención y el material celulósico.

Durante la extracción supercrítica se puede aplicar cualquier presión y temperatura con la condición de que el fluido se encuentre en el punto crítico o sobre este. Para el dióxido de carbono la temperatura puede ser tan baja como aproximadamente 30°C, más preferiblemente por lo menos aproximadamente 31 ,1°C. La temperatura es apropiadamente de por lo menos aproximadamente 35°C, preferiblemente aproximadamente 40°C, y puede ser de por lo menos aproximadamente 100°C. La temperatura puede variar dentro del rango entre aproximadamente 30°C y aproximadamente 150°C; más preferiblemente entre aproximadamente 35°C y aproximadamente 100°C; aún más preferiblemente entre aproximadamente 35°C y aproximadamente 80°C.

La presión que se aplica durante la extracción puede ser cualquier presión igual a la presión crítica del fluido supercrítico que se emplea en el método o mayor. Para el dióxido de carbono, la presión puede ser tan baja como de aproximadamente 7,0 MPa, preferiblemente la presión es de por lo menos aproximadamente 7,38 ó 7,382 MPa. Más preferiblemente, la presión es de por lo menos aproximadamente 15 MPa; más preferiblemente por lo menos aproximadamente 25 MPa; y aún más preferiblemente por lo menos 30 MPa. La presión es preferiblemente de entre aproximadamente 7,382 MPa y aproximadamente 100 MPa; más preferiblemente entre aproximadamente 15 MPa y aproximadamente 80 MPa; y aún más preferiblemente entre aproximadamente 20 MPa y aproximadamente 60 MPa.

Cuando se utiliza dióxido de carbono como fluido supercrítico, durante la extracción supercrítica se prefiere en particular una temperatura de 40°C y una presión 30 MPa (300 bar).

En una forma de realización particularmente preferida, la extracción supercrítica se lleva a cabo usando 70 kg de dióxido de carbono como el fluido supercrítico por cada kg de material celulósico, a una temperatura durante la extracción supercrítica de aproximada o exactamente 40°C y una presión de aproximada o exactamente 30 MPa.

Se ha descubierto que una temperatura de 40°C y una presión de 30 MPa da un óptimo poder de solvatación para el tabaco, asegurando de esa manera que la mayor cantidad posible de las sustancias volátiles en el tabaco que se utiliza como materia prima sean extraídas y se particionen a la fase supercrítica.

La duración del contacto del material celulósico con el fluido supercrítico puede variar y apropiadamente es tal que permita la extracción de por lo menos un 20% en peso de los solutos del material celulósico. La duración de la extracción se ve afectada por el tipo de fluido supercrítico que se utilice, el tipo de material celulósico que se utilice, la forma del material celulósico, las condiciones de extracción que se utilicen y por el tipo de recipiente de extracción. Típicamente, el material celulósico se pone en contacto con el fluido supercrítico durante por lo menos 5 minutos; más preferiblemente durante por lo menos 20 minutos; y aún más preferiblemente durante por lo menos 60 minutos.

La limpieza de la maquinaria de extracción luego de la extracción supercrítica de acuerdo con la invención se puede realizar llevando a cabo una o más "corridas en seco", haciendo pasar un solvente supercrítico a través de la maquinaria en ausencia de materia prima celulósica. Las formas de realización de la presente invención en las cuales se utiliza un fluido supercrítico de extracción no tóxico o no inflamable/ que no daña el medio ambiente, como por ejemplo dióxido de carbono (CO2), como en algunas formas de realización preferidas de la invención, facilitan el proceso de limpieza. Este es el caso en particular donde la maquinaria se utiliza para un único tipo de materia prima celulósica, como por ejemplo tabaco.

Después de la extracción supercrítica, el fluido supercrítico que comprende a los solutos del material celulósico se separa del material celulósico, preferiblemente manteniendo las condiciones supercríticas. Esta separación origina un extracto, que también se denomina medio de extracción/solución de extracción, y un refinado, que es el material celulósico (insoluble) empobrecido. La separación del refinado del extracto se puede realizar por cualquier medio de separación apropiado, como por ejemplo filtración, decantación, sedimentación o tamizado.

Luego, los solutos que contiene el extracto se separan por destilación. Se ha descubierto que es posible usar la presente invención para conseguir una alta sensibilidad en el proceso de destilación. Esto permite separar los constituyentes que contiene el extracto que tienen puntos de ebullición muy similares, como por ejemplo diferencias en el punto de ebullición de 5-10°C o menores, permitiendo de esa manera la aislación de compuestos aromáticos, a la vez que se minimiza la contaminación con sustancias no deseables, como por ejemplo nitrosaminas, B[a]P y/o nicotina. Dicha sensibilidad se consigue mediante una cuidadosa selección de los parámetros relacionados con el proceso de destilación, y en particular, con la(s) temperatura(s) y presión(es) que se utilizan durante la destilación, y la velocidad con que se introduce el extracto a la cámara de destilación.

Al controlar cuidadosamente ciertos parámetros durante el proceso de destilación, se pueden aislar del solvente de extracción aún pequeñas cantidades de constituyentes del material celulósico. Los constituyentes extraídos pueden estar en una forma altamente concentrada, y esto puede ser beneficioso, ya que puede ser necesaria solo una muy pequeña cantidad del constituyente para conferir o intensificar el sabor o aroma al producto al cual se incorpora. Esto significa que el proceso es eficiente y eficaz en función de los costos.

En algunas formas de realización preferidas de acuerdo con la presente invención, la destilación se lleva a cabo a una presión reducida (en comparación con la presión atmosférica). Esto se puede realizar llevando a cabo el proceso de destilación al vacío. La destilación al vacío funciona en base al principio de que la ebullición ocurre cuando la presión de vapor de un líquido supera a la presión ambiente. Por ejemplo, la nicotina hierve a 247°C a la presión atmosférica, pero a 124°C a 0,022 atm (17 torr; 22,6 milibares (mbar)). De esa manera, el uso de una presión reducida puede hacer que el proceso de destilación sea más eficiente y más eficaz en función de los costos.

En ciertas formas de realización, el paso de destilación de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención es una destilación molecular.

"Destilación molecular" significa el uso de una destilación al vacío para dar una presión muy baja, como por ejemplo menor de 5, 2, 1 ó 0,5 mbar.

Dependiendo de las condiciones supercríticas de extracción que se utilicen, el extracto que se obtiene como resultado del paso de extracción supercritica de acuerdo con los métodos de la presente invención puede ser rico en agua, comprendiendo aproximadamente un 80% de agua. En algunos casos, el extracto puede comprender un contenido de agua de hasta 98%. Por lo tanto, en algunas formas de realización de acuerdo con la presente invención, el primer paso de destilación puede incluir la extracción del agua en exceso. Puede ser ventajoso eliminar el exceso de agua del extracto antes de llevar a cabo más etapas de destilación, ya que entonces los constituyentes aislados que resultan del extracto estarán más concentrados. Además, no es posible condensar el agua a muy bajas presiones, como por ejemplo a aquellas que se pueden utilizar durante las últimas etapas del proceso de destilación, y la presencia de agua en exceso puede afectar la capacidad de succión de cualquier bomba de vacío que se utilice. De esa manera, la eliminación del agua como parte de la destilación inicial contribuye a mejorar la eficiencia de los pasos de destilación siguientes. Por lo tanto, en ciertas formas de realización, los extractos ricos en agua se calientan a 100-110°C, opcionalmente a una presión reducida, como por ejemplo 100-130 mbar. En algunas formas de realización preferidas, se utilizan una temperatura de 100-110°C y una presión de 100 mbar.

El proceso de destilación típicamente origina tres fracciones: una fracción 'pesada' (que también se conoce como el 'residuo'); una fracción 'media' (que también se conoce como el 'destilado'); y una fracción 'liviana' (que también se conoce como la 'muestra de la trampa fría'). El particionamiento de elementos dentro del extracto para dar las diversas fracciones está determinado por su volatilidad: las ceras y otras sustancias similares típicamente se acumulan en el residuo; las sustancias más volátiles típicamente se acumulan en el destilado; mientras que las sustancias más volátiles de todas se acumulan en la trampa fría. En los casos donde el extracto es rico en agua, el destilado puede ser rico en agua.

En algunas formas de realización preferidas, el extracto se introduce en la cámara de destilación continuando las condiciones de presión reducida, que preferiblemente se crean usando vacío, y calor. Al introducir el extracto en dichas condiciones, y con una velocidad una apropiada, se forma dentro de la cámara una película delgada de extracto. Los componentes volátiles comienzan a evaporarse de la película, y el sistema es suficientemente sensible como para permitir la condensación de componentes de diferente volatilidades en posiciones en particular (que se denominan "dedos fríos") dentro del aparato, de donde se pueden extraer, separando así de manera efectiva a los componentes que hay dentro del extracto. Al ajustar el vacío, la temperatura, la velocidad con que se introduce del extracto y por lo tanto el caudal de la película delgada que se forma dentro de la cámara, se pueden controlar las proporciones relativas de las fracciones "liviana" y "pesada" que permanecen en el extracto.

La trampa fría se utiliza típicamente para recolectar todos los componentes extremadamente volátiles que no se condensan sobre los dedos fríos, sino que permanecen volatilizados en las condiciones que se utilizan. En algunas formas de realización la trampa fría puede servir simplemente para proteger de los componentes más volátiles a cualquiera de las bombas de vacío que se estén utilizando.

En algunas formas de realización preferidas, el extracto se introduce en la cámara de destilación de una manera suficientemente lenta para permitir la formación de una película delgada dentro de la cámara.

En algunas formas de realización preferidas, el primer paso de destilación incluye calentar el extracto a una temperatura de entre 100-110°C, a una presión reducida, como por ejemplo 90-130 mbar. Más preferiblemente, se usa una temperatura de 100-110°C y una presión de aproximadamente 100 mbar. El destilado y las muestras de la trampa fría se extraen del sistema y entonces se pueden alterar los parámetros de destilación, para obtener fracciones adicionales.

Por lo tanto, en ciertas formas de realización, el residuo que se obtiene como resultado del primer paso de destilación se fracciona adicionalmente llevando la presión dentro del sistema a entre 1 y 5 mbar, más preferiblemente 1 y 3 mbar, y aún más preferiblemente se usa una presión de 2 mbar; con una temperatura inicial de entre 110 y 180°C; más preferiblemente entre 120-160 °C; aún más preferiblemente entre 135 y 155 °C, y aún más preferiblemente una temperatura inicial de 150°C; reduciéndola hasta entre 110 y 150° C, y más preferiblemente a 140°C.

Se puede llevar a cabo una corrida de destilación o corridas de destilación adicionales, alterando adicionalmente la presión y/o la temperatura del sistema, obteniéndose así fracciones adicionales. Por ejemplo, desde una temperatura inicial de entre 110 y 180°C; más preferiblemente entre 120-160 °C; aún más preferiblemente entre 135 y 155 °C, y aún más preferiblemente 150°C; la temperatura del sistema se puede reducir hasta entre 110 y 140° C, y más preferiblemente 130°C, a la vez que se mantiene una presión dentro del sistema de entre 1 y 5 mbar, más preferiblemente y 3 mbar, y aún más preferiblemente una presión de 2 mbar.

Las fracciones que se obtienen del proceso de destilación se pueden concentrar para utilizar como compuestos aromáticos, por ejemplo calentándolas para eliminar el exceso de agua.

Las cantidades de nicotina, B[a]P y TSNAs en las fracciones se pueden determinar usando procedimientos operativos estándar, como por ejemplo los que se resumen en los siguientes Ejemplos 2 y 3, con los cuales estarán familiarizadas las personas con experiencia.

El uso de la extracción supercrítica para extraer constituyentes del material celulósico, seguida del fraccionamiento del extracto usando una destilación de una manera que permita la aislación selectiva de uno o más componentes que se encuentran en el extracto, confiere varias ventajas respecto de las técnicas conocidas para separar y aislar constituyentes de un material celulósico.

En primer lugar, el proceso de acuerdo con la presente invención permite aislar compuestos cuyos puntos de ebullición y presiones de vapor son similares. Esto significa que los compuestos dentro de material celulósico se pueden extraer y aislar con exactitud, para dar muestras sustancialmente puras.

A diferencia de las técnicas de extracción/aislación conocidas, el proceso es simple, y comprende, en algunas formas de realización, menos de 5 pasos de tratamiento.

El presente proceso es relativamente poco perjudicial para el medio ambiente ya que no requiere matrices de separación contaminantes tales como sílices, alúminas o cuentas para separar los constituyentes del material celulósico del solvente de extracción. La ausencia de matrices de separación también significa que el presente proceso es relativamente poco costoso.

Además, el paso de fraccionamiento del extracto para aislar los constituyentes no requiere el uso de un solvente. Con esto se evitan los riesgos para el medio ambiente y para la salud, asociados con el uso de muchos solventes. De esa manera, también se reducen los costos, ya que la extracción de un solvente de un sistema puede requerir un uso intensivo de energía y, por lo tanto, puede ser costoso.

Además, en algunas formas de realización preferidas de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el paso de extraer componentes solubles del material celulósico no requiere el uso de un solvente de extracción potencialmente tóxico, perjudicial para el medio ambiente o inflamable, como por ejemplo metanol o hexano. Nuevamente, esto evita los riesgos asociados con el uso de dichos solventes para el medio ambiente y para la salud, y reduce el costo asociado con la eliminación de dichos solventes del sistema.

El proceso es también relativamente limpio, ya que no requiere excesivos ciclos de limpieza para retornar maquinaria de extracción y/o destilación a la condición de puesta en marcha original. Este es el caso en particular donde la maquinaria se utiliza únicamente para tratar material celulósico, y en particular, para tratar tabaco.

El proceso es muy controlable en términos de los instrumentos y/o la maquinaria que se puede obtener comercialmente para llevar a cabo los pasos. Por ejemplo, el equipo que se puede obtener comercialmente típicamente permite un cuidadoso control de las presiones y los tiempos relacionados con el procedimiento de extracción supercrítica; y de las temperaturas, el tiempo y las presiones relacionados con el procedimiento de destilación. Esto permite conducir el proceso en condiciones muy precisas. Esto también significa que se pueden variar mucho las condiciones en que se conducen la extracción y la aislación, para optimizar la aislación de ciertos compuestos en particular.

De esta manera el proceso de acuerdo con el primer aspecto de la invención permite aislar constituyentes del material celulósico que o bien están sustancialmente libres de uno o más de: nitrosaminas, y en particular, uno o más nitrosaminas específicas del tabaco (TSNAs); nicotina; y benzo[a]pireno (B[a]P), o que tienen niveles reducidos de uno o más de dichos compuestos en comparación con el material celulósico del cual se aislaron, o del material celulósico del cual se aislaron cuando se los concentra y/o procesa en una extensión comparable.

En un aspecto adicional de la presente invención se proveen uno o más constituyentes de un material celulósico que se puede obtener por un proceso de acuerdo con el primer aspecto de la invención.

En algunas formas de realización preferidas, los constituyentes aislados confieren un sabor o aroma al material celulósico del cual se los aisla, o un material celulósico al cual se los agregue subsiguientemente.

En algunas formas de realización, el constituyente puede ser uno o más de: cumarina, pulegona, fenil acetaldehído, nonanal, cembreno, linalool, ionona, geranilacetona, 3-metilbutanal, pentanal, hexanal, benceno etanol, tetradecanoato de metilo, benzaldehído, piperonal, frans-anetol, solanona, dihidroactinidiólido, safrol, metil eugenol, miristicina y coadyuvantes o derivados de los mismos.

Los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención se pueden utilizar para intensificar el sabor de tabaco para utilizar en productos de tabaco. Como alternativa, dichos constituyentes se pueden utilizar para crear, o como parte de, productos libres de tabaco, como por ejemplo productos para el reemplazo de tabaco o nicotina. Por ejemplo, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención se pueden incorporar a pastillas, o productos para inhalación tales como aquellas que utilizan las personas que están dejando de fumar.

Como alternativa, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención se pueden utilizar para crear productos que proveen al usuario una sensación particular de sabor o aroma, por ejemplo, se pueden incorporar los constituyentes aislados a bandas o películas para disolver, pastillas, cápsulas, sprays nasales, sprays orales, aerosoles y gomas de mascar.

En algunas formas de realización preferidas, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención o bien están sustancialmente libres de una o más nitrosaminas, y en particular, de nitrosaminas específicas del tabaco (TSNAs), nicotina y/o benzo[a]pireno (B[a]P), o bien tienen niveles reducidos en comparación con el material celulósico del cual se aislaron, o del material celulósico del cual se aislaron cuando se lo procesa y/o concentra en una extensión comparable.

En algunas formas de realización preferidas, el contenido de nicotina de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 25 mg/ml, y más preferiblemente menor de 20, 19, 18, 17 ó 16 mg/ml.

En algunas formas de realización preferidas, el contenido total de TSNA de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 8, 7, 6,9 ó 6 pg/ml; más preferiblemente menor de 5, 4, 3, 2 o 1 Mg/ml; y aún más preferiblemente menor de 0,5 o 0,1 pg/ml.

En algunas formas de realización preferidas, el nivel de nitrosonornicotina (NNN) de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 3,5Mg/ml; más preferiblemente menor de 3 pg/ml; y aún más preferiblemente menor de 2 pg/ml o se encuentra por debajo del nivel de cuantificación.

En algunas formas de realización preferidas, el nivel de 4-metil-N-nitrosamino-1 -(3-piridil)-1 -butanona (NNK) de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 1 ,7 pg/ml; más preferiblemente menor de 1 ,6 pg/ml; y aún más preferiblemente menor de 1 ,5 g/ml o se encuentra por debajo del nivel de cuantificación.

En algunas formas de realización preferidas, el nivel de N-nitrosoanatabina (NAT) de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 2,4 g/ml; más preferiblemente menor de 2 g/ml; y aún más preferiblemente menor de 1 ,8 pg/ml, o se encuentra por debajo del nivel de cuantificación.

En algunas formas de realización preferidas, el nivel de N-nitrosoanabasina (NAB) de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 0,14 pg/ml; y más preferiblemente menor de 0, 1 pg/ml, o se encuentra por debajo del nivel de cuantificación.

En algunas formas de realización preferidas, el nivel de benzo[a]pireno de los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención es menor de 40 ng/g; preferiblemente menor de 30 ng/g; más preferiblemente menor de 25 ó 20 ng/g, aún más preferiblemente menor de 10 ó 5 ng/g, y aún más preferiblemente menor de 1 , 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 ó 0, 1 ng/g.

En ciertas formas de realización, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención tienen una pureza de entre 80-100%, 90-100%, 95-100% o 98-100%. En algunas formas de realización, los constituyentes aislados de acuerdo con la presente invención tienen una pureza de entre 75-95%, 75-90% ó 85-90%.

En un aspecto adicional de la presente invención, se provee un aparato para extraer constituyentes del material celulósico, que comprende medios para poner en contacto material celulósico con fluido supercrítico en condiciones que son suficientes para extraer uno o más soluto(s) de la materia vegetal, formando de esa manera un extracto y un refinado; medios para separar el extracto del refinado; y medios de destilación para separar uno o más constituyentes que se encuentran en el extracto.

El aparato que permite operar en condiciones en las cuales el solvente de extracción está presente en el estado supercrítico es conocido en el arte, y típicamente comprende uno o más recipientes resistentes a la presión y componentes asociados de la planta.

En ciertas formas de realización, el aparato comprende un tanque de extracción, dentro del cual se introduce un fluido supercrítico, como por ejemplo dióxido de carbono supercrítico, proveniente de un tanque de trabajo mediante una o más bombas. El dióxido de carbono se puede conducir a través de un intercambiador de calor para llevarlo a la temperatura de proceso. Luego, el dióxido de carbono se pone en contacto íntimo con la materia vegetal. Esto se puede llevar a cabo conduciendo al fluido supercrítico a través de uno o más recipientes conectados en paralelo, que contienen la materia vegetal.

Los medios para separar el extracto del refinado son conocidos en el arte. En ciertas formas de realización, el medio de separación comprende a tanque de compensación o un recipiente separador, que contiene una trampa para los constituyentes básicos, para eliminar de esa manera los particulados y/o cierta materia disuelta o en suspensión.

Los medios de destilación son conocidos en el arte, y típicamente comprenden un matraz de destilación, un cabezal de destilación o columna de fraccionamiento, medios para monitorear la temperatura, un condensador y uno o más recipientes receptores. El cabezal de destilación/columna de fraccionamiento conecta al condensador con el matraz de destilación. Los medios para monitorear la temperatura típicamente se sitúan en la ramificación del cabezal de destilación, para medir la temperatura del vapor gaseoso. El condensador es típicamente una columna de paredes dobles con un flujo de agua fría por su capa exterior. Al matraz de destilación se le pueden agregar perlas de nucleación para hacer que la ebullición sea más pareja. El sistema también puede comprender medios para el descarte de el(los) soluto(s) separados.

Descripción de las figuras La Figura 1 es un esquema de los pasos en un proceso de destilación típico.

La Figura 2 es un diagrama de flujo que describe el proceso de extracción y destilación para una forma de realización de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención.

La Figura 3 es un diagrama de flujo de la secuencia de los eventos de destilación según se los utiliza en el Ejemplo 1 , a continuación. Se debería notar que los materiales de las corrientes residuales se recolectaron durante arranque y parada de las unidades de destilación que se detallan en el diagrama, y durante los cambios de parámetros (por ejemplo temperatura y presión). De esa manera, los residuos se generaron cuando las unidades estaban corriendo en condiciones inestables.

Ejemplo 1 (i) Extracción con C02 supercrítico Se extrajeron aproximadamente 5 kg de tabaco con C02 supercrítico. La picadura de tabaco se extrajo usando una planta de extracción con CO2, en las condiciones que se establecen en la tabla 3: Tabla 3 Condiciones para la extracción de picadura de tabaco con CO2 supercrítico *Los extractos provenientes todas las cargas, excepto por la carga 6 se combinaron y se almacenaron en frío hasta la destilación. El extracto proveniente de la carga 6 también se almacenó en frío, para su análisis.

El rendimiento en extracto en bruto de la extracción con CO2 supercrítico de 4941 ,8 g de picadura de tabaco fue de 443,2 g (8,97%). Se envió una muestra del mismo para su análisis y la cantidad restante (307,9 g) se fraccionó usando destilación. (ii) Destilación El extracto de tabaco (416,65 g) para destilar fue una suspensión rica en agua de sólidos cerosos. Se estimó que el contenido de agua del extracto era del 80%. El proceso para la destilación fue según se establece a continuación. 1. La primera etapa de destilación, incluyendo la eliminación de agua, se llevó a cabo operando el sistema a una presión de 130 mbar y 100°C. Se obtuvo un residuo de 61 ,4 g, con un destilado (Fracción 1) de 246 g, es decir una división 20:80, según se esperaba por la cantidad de agua que se estimó que había en el extracto en bruto de tabaco. 2. El residuo de la etapa 1 anterior se siguió fraccionando a una presión de 2 mbar, y una temperatura inicial de 150°C, se redujo a 140°C (para dar la Fracción 2), durante lo cual se produjo cierta carbonización del residuo, y a 130°C (para dar la Fracción 3).

En la Figura 3 se muestra la secuencia de eventos de destilación y cómo se recolectaron las muestras. Hubo nueve muestras para análisis. Además, hubo cuatro corrientes residuales, que se recolectaron durante las fases de arranque o parada de la destilación, es decir mientras las unidades de destilación no estaban en funcionamiento en condiciones estables.

Tabla 4 Detalles de las muestras de la destilación Resultados El primer paso de destilación rindió 246,0 g de la Fracción 1 (1613/01 destilado; 79,9%).

El residuo proveniente de dicho paso, "Residuo 1613/01" (rendimiento = 61 ,4 g, 19,9%), se dividió y se utilizó para una destilación en dos condiciones diferentes: 1) la destilación de 10,7 g de Residuo 1613/01 a una presión de 2 mbar, inicialmente a 150°C luego reduciendo a 140°C, rindió 3,3 g de la Fracción 2 (destilado 1613/02; 30,8%); y 2) la destilación de 14,0 g de Residuo 1613/01 a una presión de 2 mbar a 130°C, rindió 3,7 g de la Fracción 3, (destilado 1613/03; 26,4%).

Se determinaron las cantidades de nicotina, benzo[a]pireno y TSNAs en el tabaco que se utilizó como materia prima, el extracto en bruto y las Fracciones 1-3 de la destilación usando procedimientos estándar que resultarán familiares para las personas con experiencia en el arte, según se detalla en los Ejemplos 2 y 3. Los resultados se dan a continuación en la tabla 5, junto con la correspondiente información sobre el rendimiento.

Tabla 5 Análisis y rendimientos de reacción de la destilación del extracto de tabaco Límites de Cuantificación (LOQs): B[a]P = 0,04 ng/g; TSNAs: NAB = 0,04 pg/g; NAT = 0,08 pg/g; NNK = 0,08 pg/g; NNN = 0,08 pg/g Para comparación, el tabaco procesado (es decir el tabaco que ha sido concentrado y procesado en una extensión comparable al tabaco que se utiliza en el presente Ejemplo, y que está listo para incorporar a un artículo para fumar) típicamente tiene los siguientes niveles de nitrosaminas específicas del tabaco, nicotina y B[a]P: Nicotina (en base a la mezcla de tabaco): 24 mg/g BíalP: 0,8 ng/g TSNAs: NAB: 140,55 ng/g (0,1405 pg/g) NAT: 2473,78 ng/g (2,474 pg/g) NNK: 1791 ,49 ng/g (1 ,791 pg/g) NNN: 3539,25 ng/g (3,539 Mg g) Contenido total de TSNA : 7945,07 ng/g (7,945 ug/ml) Como se puede ver en la tabla 5, la Fracción 3 contiene significativamente menos B[a]P que el tabaco que se utilizó como materia prima.

Además de esto, los niveles de todas las TSNAs de la Fracción 1 se encuentran por debajo del Límite de Cuantificación [LOQ]. Además, el nivel de cada una de NAB, NAT, NNK NNN, B[a]P y nicotina en la Fracción 1 es menor que los niveles comparables en el tabaco sin procesar que se utiliza como materia prima. Además, el nivel de cada una de NAB, NAT, NNK, NNN, B[a]P y la nicotina en la Fracción 1 es menor que los niveles comparables en el tabaco procesado en una extensión comparable.

Sin embargo, la Fracción 1 , es un destilado acuoso. Las cantidades de nicotina, TSNA (contenido total), y B[a]P en la Fracción 1 , si se concentra (eliminando el agua, por ejemplo por liofilización) para dar un destilado de 3,5 g, son de aproximadamente las siguientes: Nicotina: 1085,1 mg/ml B[a]P: <28,11 ng/ml Contenido total de TSNA : 5,69 pg/ml Por lo tanto, la Fracción 1 en forma de concentrado contiene significativamente menos B[a]P que el tabaco sin procesar que se utiliza como materia prima; y un menor contenido total de TSNA que el tabaco procesado en una extensión comparable.

Ejemplo 2: Método para la determinación de niveles de b[a]P (hasta una concentración de 5ng/g) En síntesis, se extrae una muestra de prueba 2g en KOH metanólico y se limpia usando separaciones líquido/líquido. Luego, la muestra se analiza por cromatografía de gases y espectrometría de masas (GCMS) y se corrige por el contenido de humedad, para dar un resultado de n g/g en base al peso seco.

Reactivos: Solución de extracción 60g de KOH en aproximadamente 500ml de metanol y 100ml de agua. La mezcla se agita hasta que se enfría, y se corrige cualquier reducción de volumen por el agregado de metanol.

Solución de dimetilformamida (DMF)/H20 100ml de H2O y aproximadamente 500ml de DMF. La mezcla se sacude bien y se deja enfriar. Una vez frío, se corrige cualquier reducción de volumen por el agregado de más DMF.

Solución saturada de cloruro de sodio 500ml de H2O y suficiente cloruro de sodio como para que no se disuelva todo. Sacudir bien.

Sílice desactivada al 10% Se introducen 200g de sílice activada en un frasco Schott de 1 L con una tapa sellada de PFTE, y se inserta un tapón de vidrio. Se introducen 20ml de agua en el frasco en alícuotas de 5 mi, haciendo rodar el frasco entre los agregados. El frasco se deja equilibrar durante por lo menos 2 horas.

Solución para el pico del estándar interno Se diluyen 10ml de la solución madre de ISTD [estándar interno; por Internal STandarD] llevándolos a 500ml con ciclohexano (conc. = 10ng/ml) Estándares de calibración Solución madre A (concentración de B[a]P = 500ng/ml): 0,5ml de B[a]P en ciclohexano a I OOng/µ? diluido para llevarlo a 100ml con ciclohexano de grado para HPLC.

Solución madre B (concentración de B[a]P = 50ng/ml): 10ml de solución madre A diluida para llevarla a 100ml con HPLC metanol.

Solución madre de ISTD (conc. de B[a]P-Di2 = 500ng/ml): 0,5ml de B[a]P deuterado en ciclohexano a 100 ng/µ? diluido para llevarlo a 100ml con ciclohexano de grado para HPLC.

Solución madre de ISTD y solución madre B, en las cantidades que se muestran en la siguiente tabla se llevan a 50ml con ciclohexano de grado para HPLC.

Preparación de muestras Para cada conjunto de extracciones se debe extraer como muestra de control una muestra del tabaco de referencia (2R4F; www.2r4f.com).

Extracción Se agregan 2g (±0,01 g) de muestra a 1 mi de la solución para el pico del estándar interno. Agregar 60ml de KOH metanólico y tapar. Sacudir y poner en un baño de agua a 60°C durante 2 horas, sacudiendo ocasionalmente. Sacar del baño y poner en campana de gases hasta que se enfríe.

Transferencia del B[a]P de metanol a ciclohexano Poner aproximadamente 5ml de ciclohexano en una ampolla de decantación. Ubicar un embudo con un tapón de lana de vidrio sobre la parte superior de la ampolla de decantación y filtrar el extracto a través de la lana de vidrio dentro de la ampolla de decantación. Enjuagar el matraz cónico y el embudo con aproximadamente 100ml de ciclohexano. Tapar la ampolla de decantación y sacudir vigorosamente. Permitir que las dos capas se separen y se separe por decantación la capa de metanol (capa del fondo). Decantar la capa de ciclohexano. Volver a introducir la capa de metanol en la ampolla de decantación y agregar otros 100ml de ciclohexano, sacudir vigorosamente. Permitir que las dos capas se separen. Descartar la capa de metanol y retornar la primera capa de ciclohexano al embudo.

Eliminación del KOH del ciclohexano Agregar aproximadamente 50ml de agua al ciclohexano que se encuentra en la ampolla de decantación y sacudir bien. Permitir que las dos capas se separen, y descartar la capa acuosa del fondo. Repetir tres veces. Mientras se está sacudiendo se formará una emulsión y esta se puede descartar durante las separaciones. Una vez completos todos los lavados con agua, decantar la capa de ciclohexano restante en un tubo para TurboVap, transferir el tubo a una TurboVap a 40°C y evaporar el extracto para reducirlo hasta aproximadamente 50ml.

Transferencia del B[a]P desde ciclohexano a DMF/H20 Transferir los 50ml de ciclohexano a una ampolla de decantación y agregar un volumen igual de la solución de DMF/H20 al embudo, sacudir vigorosamente. Permitir que las dos capas se separen. Decantar la mezcla de DMF/H2O (capa del fondo) en un matraz. Agregar otros 50ml de DMF/H2O a la ampolla de decantación y sacudir bien. Permitir que las dos capas se separen y separar por decantación la mezcla de DMF/H20 (capa del fondo). Descartar la capa superior de ciclohexano.

Transferencia del B[a]P de DMF/H20 a Ciclohexano Enjuagar la ampolla de decantación varias veces con ciciohexano para eliminar todo residuo. Transferir el extracto combinado en DMF/hfeO a la ampolla de decantación. Agregar un volumen igual de ciciohexano y 50ml de solución saturada de cloruro de sodio. Sacudir bien. Permitir que las dos capas se separen; entre las dos capas se formará una capa de sal, descartar la capa de DMF/H20 (del fondo). En un embudo de vidrio disponer flojamente un tapón de lana de vidrio y verter aproximadamente 2-3cm de sulfato de sodio anhidro granulado en el embudo. Poner el embudo en un tubo para TurboVap y filtrar la capa de ciciohexano a través del sulfato de sodio hacia el tubo para TurboVap. En una TurboVap evaporar la muestra a 40°C para concentrarla hasta aproximadamente 10ml.

Limpieza de la columna de sílice Se pesan 5g (±0,05g) de sílice desactivada en un 10% y se agregan aproximadamente 10ml de ciciohexano: se formará una suspensión. Transferirla a una columna de vidrio; seguir enjuagando el vaso de precipitados hasta arrastrar toda la sílice a la columna. Agregar un espesor de 2cm de sulfato de sodio granulado. Disponer un tubo para TurboVap bajo la columna. Verter la muestra de 10ml en la columna y permitir que el ciciohexano se filtre a través de la columna hacia el tubo para TurboVap. Enjuagar el tubo para TurboVap original con aproximadamente 50ml de ciciohexano y transferirlo cuidadosamente a la columna, asegurándose de no perturbar la sílice. Agregar lentamente otros 100ml de ciciohexano para eluir el B[a]P de la columna.

Parámetros de GCMS Inyector: Admisión: Horno: Información de espectrometría de Línea de transferencia al MSD: Temperatura inicial: 280°C Tiempo Inicial: 0,00 min Columna: Línea de Transferencia al MSD: Análisis Se puede crear una curva de calibración graficando la relación entre la respuesta del B[a]P deuterado y las áreas de respuesta del B[a]P, contra la concentración de B[a]P en los estándares y se calculan la pendiente y la ordenada al origen.

Cálculo del instrumento (Relación de respuestas - Ord. al origen) x Conc. estándar interno (ng/ml) = B[a]P ng/ml Pendiente Conversión de ng/ml a ng/g en base al peso húmedo Volumen final de muestra (mi) x BfalP (ng/ml) = B[a]P ng/g en base al peso húmedo Peso de muestra húmeda (g) Conversión de ng/g de muestra húmeda a ng/g de muestra seca B[a]P ng/g muestra húmeda x (100) = B[a]P ng/g en base al peso seco (100 - humedad %) Ejemplo 3: Determinación de niveles de TSNAs La determinación cuantitativa de las TSNAs en el tabaco se puede llevar a cabo usando un tándem de cromatografía líquida - espectrometría de masas (LC-MS/MS).

En síntesis, se pesan aproximadamente 0,5 g de tabaco picado en un tubo de centrífuga, y se agregan 100 µ? de una mezcla que contiene cuatro estándares internos diferentes. Dichos estándares internos son los equivalentes deuterados (NAB-d4, NAT-d4, NNK-d4 y NNN-d4) de las 4 TSNAs que están siendo cuantificados (NAB, NAT, NNK y NNN). Subsiguientemente la muestra se extrae por agregado de 20 mi de metanol. Luego se sónica la suspensión durante 30 min y se centrifuga durante 5 min a 5000 rpm. Se transfieren aproximadamente 1 ,4 mi del sobrenadante a una ampolleta para muestreador automático para analizar por LC-MS/MS. El sistema se calibra con un conjunto de estándares de TSNA estandarizados internamente. Los niveles de agregado de los estándares internos de los estándares de calibración de TSNA son comparables a los niveles de agregado de los estándares internos en las muestras.

Soluciones madre de estándar interno Las soluciones madre de estándar interno se utilizan para preparar soluciones madre intermedias de estándar interno: Soluciones madre intermedias de estándar interno Dichas soluciones madre intermedias de estándar interno se utilizan para preparar las soluciones madre de trabajo de estándar interno: Soluciones madre de trabajo de estándar interno Los estándares de trabajo se preparan por dilución de las soluciones mad los estándares: Preparación de las soluciones de trabajo de estándares Los estándares estandarizados internamente y control de calidad se preparan por agregado solución de estándar interno (IS_0,1 ) a las soluciones de trabajo de estándares y a la solución madre de estándar para control de calidad [QC]: Preparación de los estándares estandarizados internamente y soluciones para control de calidad Por lo tanto, las concentraciones de NAB-d4, NAT-d4, NNK-d4 y NNN-d4 respectivamente 5, 10, 10, 10 ng/ml en todos los estándares estandarizados internamente y las soluciones para control de calidad.

Claims (18)

Reivindicaciones

1. Un proceso para extraer y aislar constituyentes de material celulósico, CARACTERIZADO PORQUE el proceso comprende: poner en contacto el material celulósico con un fluido supercrítico en condiciones que permiten obtener un extracto; eliminar del extracto el material insoluble; y fraccionar el extracto por destilación para dar uno o más constituyentes aislados.

2. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 1 , CARACTERIZADO PORQUE el fluido supercrítico que se utiliza en el paso (a) es dióxido de carbono.

3. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 2, CARACTERIZADO PORQUE la temperatura durante el paso (a) es de aproximadamente 40°C, y la presión durante el paso (a) es de aproximadamente 30 MPa.

4. Un proceso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, CARACTERIZADO PORQUE el proceso además comprende un paso para la eliminación de agua luego del paso (b).

5. Un proceso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-4, CARACTERIZADO PORQUE el paso (c) incluye un primer paso de destilación que se lleva a cabo a una temperatura de entre 80 y 150 °C, más preferiblemente 90-120 °C, y aún más preferiblemente entre 100 y 110 °C.

6. Un proceso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-5, CARACTERIZADO PORQUE el paso (c) incluye un primer paso de destilación que se lleva a cabo a una presión de 90-130 mbar, más preferiblemente 100-1 10 mbar, y aún más preferiblemente a una presión de 100mbar.

7. Un proceso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-6, CARACTERIZADO PORQUE el paso (c) incluye uno o más pasos de destilación adicionales.

8. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 7, CARACTERIZADO PORQUE se lleva a cabo un primer paso de destilación adicional a una presión de entre 1 y 5 mbar, más preferiblemente 1 y 3 mbar y aún más preferiblemente 2 mbar, y/o a una temperatura inicial de entre 110 y 180 °C, más preferiblemente 120-160 °C, y aún más preferiblemente entre 135 y 155 °C, reduciéndola a entre 110 y 150° C, y más preferiblemente 140°C.

9. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 7 o la reivindicación 8, CARACTERIZADO PORQUE se lleva a cabo un segundo paso adicional de destilación a una presión de entre 1 y 5 mbar, más preferiblemente 1 y 3 mbar y aún más preferiblemente 2 mbar, y/o a una temperatura inicial de entre 110 y 180 °C, más preferiblemente 120-160 °C, y aún más preferiblemente entre 135 y 155 °C, reduciéndola a entre 110 y 140° C, y más preferiblemente 130°C.

10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, CARACTERIZADO PORQUE el material celulósico se obtiene de verbasco, clavo de olor, menta, té, eucaliptus, o manzanilla o tabaco.

11. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO PORQUE el material celulósico es lámina de tabaco.

12. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO PORQUE los constituyentes aislados de acuerdo con el proceso son sustancialmente puros, o tienen un nivel reducido de uno o más de: nicotina, una o más nitrosaminas, o benzo[a]pireno en comparación con el material celulósico del cual se aislaron los constituyentes, o del material celulósico del cual se aislaron cuando se lo concentra y/o procesa en una extensión comparable.

13. Un proceso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-12, CARACTERIZADO PORQUE los constituyentes extraídos están sustancialmente libres de nicotina, una o más nitrosaminas y/o benzo[a]pireno.

14. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 13, CARACTERIZADO PORQUE los constituyentes extraídos tienen niveles de nitrosaminas menores de 0,1 pg/ml, y/o niveles de nicotina menores de 25 mg/ml, y/o niveles de benzo[a]pireno menores de 2 ng/g.

15. Un proceso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO PORQUE los constituyentes aislados son uno o más de cumarina, pulegona, piperonal, trans-anetol, safrol, metil eugenol o miristicina.

16. Uno o más constituyentes de un material celulósico CARACTERIZADO(S) PORQUE se pueden obtener por el proceso definido en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

17. Uno o más constituyentes de un material celulósico según se reivindica en la reivindicación 16, CARACTERIZADO(S) PORQUE el(los) constituyente(s) está(n) sustancialmente libre(s) de uno o más de nicotina, una o más nitrosaminas, o benzo[a]pireno o tienen un nivel reducido de dichas sustancias, en comparación con el material celulósico del cual se aislaron los constituyentes, o del material celulósico del cual se aislaron cuando se lo concentra y/o procesa en una extensión comparable.

18. Un aparato para extraer constituyentes del material celulósico, CARACTERIZADO PORQUE comprende medios para poner en contacto material celulósico con fluido supercrítico en condiciones que son suficientes para extraer uno o más soluto(s) del material celulósico, para formar de esa manera un extracto y un refinado; medios para separar el extracto del refinado; y medios de destilación para separar uno o más solutos que se encuentran en el extracto.