Сигарета с фильтром - RU2140758C1

Чертежи

Описание

Изобретение касается сигареты с фильтром, содержащим добавку с антимутагенным действием на сигаретный дым.

В технологии пищевых продуктов известны антимутагенные активные вещества. Исследованы и описаны многие присутствующие в пищевых продуктах мутагены и механизмы их выделения (см, например, ACS монографию P.Grasso, C.O'Hare "Химические канцерогены" (из-во Ch.E.ed. Searle), Американское химическое общество, Вашингтон (1976), стр. 700-728). Наиболее сильными пищевыми мутагенами в настоящее время считаются некоторые продукты пиролиза протеинов, например, соединения Tr-P1, Tr-P2, Glu-P1, Glu-P2 или IQ (см., например, K. Wakabayashi и др. Cancer Research, 52, (1992), сс. 2092-2098). Эти мутагены в тестах на мутирование, как, например, в хорошо известном специалистам тесте Амеса (Ames и др., Методы обнаружения мутагенов и канцерогенов мутированием сальмонелл и микросом млекопитающих; Mutatation Research 31, сс. 347-364 и C. Smith и др. Mutation Research, 279, (1992), cc. 61-73), проявляют исключительно высокий мутирующий потенциал. Такие соединения в живом организме могут в водной фазе высокоэффективно связываться с компонентами большинства растительных пищевых продуктов и в значительной степени избегать обменных превращений, став водорастворимыми комплексными соединениями. В качестве таких растительных антимутагенных веществ описаны, например, Хлорофиллин, Хемин и их производные (см., например, R.Dashwood, D.Gno; Environmental and Molecular Mutagenesis; 213, (1989), сс. 217-226, а также Като и др. Mutation Research, 246, (1991), сс. 169-178).

Мутагенное действие сигаретного дыма, определенное с помощью теста Амеса, хорошо известно специалистам. Однако остается не ясным и спорным, с какими группами веществ действительно связано мутагенное действие сигаретного дыма. Так например, в этой связи называются полициклические ароматические углеводороды, а также различные нитрозамины (см. например, E.L.Wynder и D. Hoffmann; "Курение и рак легких: риск и шансы", Cancer Research, 54, с. 5284 (1994)), хотя некоторые исследовательские коллективы смогли четко показать, что результатов теста Амеса, мутагенным потенциалом указанных веществ в сигаретном дыму можно пренебречь, так как концентрации, в которых эти вещества находятся в дыме обычных сигарет, слишком малы для того, чтобы объяснить эффекты, получаемые в стандартных тестах на мутагенность. Хотя споры специалистов все еще продолжаются, растет количество указаний на то, что активность конденсатов дыма в тестах Амеса ТА 98 и ТА 100 обусловлена, главным образом, образованием при горении табака полициклических ароматических аминов (см. например, R.S.Lake и др. "Исследование мутагенности свежего нефильтрованного дыма на YG-штаммах сальмонелл", Доклад на 48-й научной конференции химиков табачной пром. ; 25-28 сентября 1994 и M.Mitsuko и др., Jpn. J. Cancer Res., 77, (1986), сс. 419-422).

Имеется множество публикаций, в которых предлагаются различные добавки для специфичного снижения содержания веществ в дыме. В патенте Германии 1,300,854 раскрыто применение кислых алкилэфиров карбоновых кислот в качестве сшивающих, соответственно, связывающих средств. На этом патенте основывается ряд дальнейших публикаций о применении органических кислот в качестве добавки к фильтру для специфичного усиления задержания никотина. Особенностью этой идеи является то, что добавка действует одновременно как пластификатор и тем самым позволяет легко изготавливать фильтры. Однако патент Германии 1,300,854 не содержит никакого указания на то, как могут быть удалены мутагенные вещества из сигаретного дыма. То же относится к опубликованной заявке Германии 4320348, где также обсуждается применение органических кислот в качестве добавки к фильтру.

Эффективность описанных в патенте Германии 1,300,854 добавок для фильтрующего жгута доказана для жгута с волоконным титром более 3 dtex. О возможном уменьшении биологической активности (по тестам Амеса) сигаретного дыма упомянутые DE 1,300,854 и 4320384 ничего не сообщают.

В DE 2527234, JP 50-125100 и JP 51-32799 описано применение циклодекстрина, в частности, бета-циклодекстрина, для фильтрации особенно никотина. Внесение этой добавки можно осуществлять непосредственно в ацетатцеллюлозные фильтры или в виде гранулята в наполнительных фильтрах (с отделениями). Описанные количества являются чрезмерно высокими - 30-80 мг на один фильтр согласно обеим японским заявкам и "главным образом или исключительно" по данным DE 2527234. О достигаемом уменьшении биологической активности дыма ничего не сообщается.

В патенте США 5409021 описан сигаретный фильтр, выполненный в виде двухкамерного или трехкамерного фильтра, в котором в камерах содержится в качестве наполнителя лигнин. Названные в примерах эффективные количества лигнина составляют 22 - 66 мг. Известный фильтр эффективен по отношению к никотину, бензпирену, CO, металлам и специфичным для табака нитрозаминам. Уменьшение биологической активности согласно тесту Амеса ТА 98 не упоминается. Используемые количества добавки составляют, примерно, 20 - 50% от веса фильтрующего волокна.

В ЕР-A-O 493026 раскрыто пропитывание ацетатцеллюлозного фильтра мономером N,N'-бис(3-триэтоксилилпропил)тиокарбамида в концентрации от 6 до 15%. Эта мера приводит к повышению эффективности фильтра в отношении полициклических ароматических веществ, металлов и специфичных для табака нитрозаминов. Данные о задерживающей способности применяемых фильтров не приводятся. Не упоминается также воздействие на биологическую активность дыма согласно тесту Амеса ТА 98.

Российский патент 2010546 описывает комбинацию учений ЕР-A-O 493026 и патента США 5409021.

В патенте США 5,275,859, ЕР-A-O 346648, WO-A-91/12737, а также в WO-A-87/00734 рассматривается, наряду с задержанием никотина, вопрос попадания в организм добавок из материала фильтра. В этих источниках не содержится достаточных сведений о диаметре материала фильтра и/или о используемой в каждом случае табачной смеси. Эти величины оказывают сильное влияние на задержку никотина. Поэтому известные идеи нельзя использовать для непосредственного сравнения с описанной ниже сигаретой с фильтром по изобретению.

В JP-5-23159 раскрыт сигаретный фильтр с эллаговой кислотой в качестве добавки. Рекомендованное количество добавки составляет 1 - 10 мг на один фильтр. Их антимутагенное действие согласно тесту Амеса ТА 98 не доказывается.

В ЕР-А-O 246330 описано уменьшение мутагенности по тесту Амеса ТА 98 с помощью активированного порошка целлюлозы, целлюлозного ионообменника или смешанной с хемином целлюлозы в виде порошка. В примерах описаны только камерные фильтры. Количество порошка, необходимого для уменьшения удельной мутагенности на более чем 10%, составляет явно более 15% относительно используемого веса фильтрованного волокна. Добавку можно также распределять между ацетатными волокнами монофильтра. Об эффективности этой меры ничего не сообщается. Проверки показали, что только при количестве добавки значительно более 10% на один фильтр можно достичь эффекта по тесту Амеса ТА 98 более 10%.

Исходя из приведенного выше уровня техники, в основе изобретения лежит задача создания сигареты с фильтром указанного выше типа, в которой табачный дым фильтруется так, что согласно тесту Амеса со штаммом ТА 98, мутагенно активные вещества отфильтровываются лучше других содержащихся в дыму веществ, с избирательностью, составляющей, по меньшей мере, 10%, в частности, более 20%. Кроме того, изобретение должно предложить особенно подходящий способ внесения добавки в фильтр.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью сигареты с фильтром, фильтр которой содержит добавку в антимутагенным действием, причем фильтр:
a) содержит волокнистый фильтрующий материал,
b) содержит добавку в количестве менее 15 мас. % от веса волокон фильтра и
c) при выкуривании однотипной, но не содержащей добавки, невентилируемой сигареты с фильтром имеет задержание никотина R_N в процентах, определяемое рекомендованным методом N 9 CORESTA, удовлетворяющее следующей формуле:
R_N ≥ 100 • (1 - D),
при этом
D = эксп. (A • В + C).

где A = 21 мм - длина фильтра (мм) для длины фильтра ≤ 25 мм или
A = - 4 мм для длины фильтра > 25 мм,
B = 9,3 • 10^-3 (л/мм) и
C = -(d⁴•Δp• K+L),
где d - диаметр фильтра (мм),
Δp - сопротивление фильтра при затяжке (мм водн. столба),
K = 1,0228 • 10^-6 (л/ (мм⁴ • мм водн. столба)) и
L = 0,2334.

Как уже указывалось выше, конструкция фильтра имеет решающее значение. Неожиданным образом было установлено, что для эффективности мер по изобретению необходимо минимальное задержание, которое в предлагаемых в настоящее время в торговле сигаретах достигается только редко. В качестве задержания в рамках данного изобретения используется задержание никотина в качестве сравнительной величины.

Фильтрационная способность сигаретного фильтра зависит от свойств материала фильтра, а также от размеров фильтра, как например, диаметра и длины фильтра, и падения давления на фильтре (в сигаретной промышленности используют понятие сопротивления при затяжке для обозначения падения давления на фильтре).

Необходимую фильтрационную способность фильтра и в данном случае, в частности, задержание никотина можно выразить в следующей эмпирической формуле:
R_N ≥ 100 • (1 - D), (I)
где R_N обозначает задержание никотина (в процентах) и D обозначает проницаемость фильтра по отношению к никотину. Проницаемость фильтра по отношению к никотину определяется следующей формулой:
D = эксп. (A • B + C),
где переменная A описывает зависимость фильтрационной способности от длины фильтра. Переменную A определяют путем вычитания действительной длины фильтра 1 из длины фильтра 1₀ стандарта "King size".

A = 1 - 1₀,
где 1 равно длине фильтра в мм, а 1₀ равно 21 мм, т.е. длине фильтра стандарта "King size".

Так как неожиданно было установлено, что для решения задачи изобретения при длине фильтра более 25 мм минимальное задержание далее не возрастает при увеличении длины фильтра, то для длины фильтра более 25 мм величина A принимается равной 4 мм.

Значение B представляет собой постоянную величину, которая определена по формуле
B = 9,3 • 10^-3 (л/мм).

Переменная C отражает зависимость фильтрационной способности фильтра от диаметра и длины:
C = -(d⁴•Δ p•K+L),
где d - диаметр фильтра (мм),
Δp - сопротивление фильтра при затяжке (мм водн. столба),
К = 1,0228 • 10^-6 (л/ (мм⁴ • мм водн. столба)) и
L = 0,2334,
при этом постоянные К и L представляют собой постоянные характеристики материала, которые были определены для установления минимального задержания в соответствии с приведенными выше значениями.

Для выкуривания с целью определения минимального задержания использовали мониторинговую сигарету CORESTA N 2 (монитор N 2 Coresta, фирмы Боргвальдт Техник Д-22525, Гамбург). Однако, так как это устройство приспособлено только для одного диаметра, то при других диаметрах сигарет использовались табачные штранги идентичного табака (обработанного по содержанию дыма), штранговая бумага, упаковка и плотность табака. Так как задержание табака не зависит от размеров штранга, и задержание никотина сигаретных фильтров при применении обработанных по содержанию дыма табаков идентично задержанию конденсата (смотри Г. Липп, Beitraege zur Tabakforschung 3, 109 (1965)), то способ определения задержания является некритичным.

Вид используемого в сигаретах с фильтром по изобретению волокнистого фильтрующего материала не является критичным. Этот материал может быть, например, волокном из пропилена, вискозы, полиэфира и, в частности, целлюлозным волокном. При этом особенно предпочтительным является ацетатцеллюлозное волокно. При этом волокнистые фильтрующие материалы можно применять в виде жгута или нетканого полотна. Особенно предпочтительно, если фильтр в виде жгута состоит из ацетатцеллюлозы. В случае применения нетканого полотна, оно является обычно бумагой, однако может использоваться также нетканый материал из высокофибрилированного целлюлозного волокна или так называемое выдуваемое из расплава, а также прядильное волокно. Фильтр в виде жгута из ацетатцеллюлозы содержит, предпочтительно, прядильное волокно и/или филаменты с титром менее 3 dtex, в частности, 1,0 - 2,7 dtex. В этом случае достигается особенно хороший фильтрующий эффект.

Желательный фильтрующий эффект повышается, фильтр вентилируется. Более подробно это поясняется в ЕР 0368065. Из него известно, что в вентилируемых сигаретах отделение летучих, в частности, водопаровых летучих веществ увеличивается с увеличением степени вентиляции. В рамках изобретения предпочтительным является степень вентиляции, составляющая, по меньшей мере, 15%, в частности, 20-70%.

В рамках изобретения добавка в сигарете с фильтром присутствует в количестве менее 15 мас.% от веса волокна фильтра. Такое низкое содержание является неожиданным и возможно только на основе особой конструкции фильтра, которой отличается сигарета с фильтром по изобретению. Эту величину можно еще существенно уменьшить при предпочтительном выборе добавок. Так например, в отдельных случаях является возможным и предпочтительным, что количество добавки составляет менее 10 маc.%, в частности, менее 7 мас.% от веса волокна фильтра. В качестве минимальной величины следует рассматривать, примерно, 0,5 мас.% от веса волокна фильтра. Для этого можно применять различные особенно предпочтительные группы соединений, которые действуют с избирательной фильтрующей способностью на продукты пиролиза аминовых кислот и протеинов. Сюда относятся уже указанные выше в связи с технологией пищевых продуктов соединения Tr-Рl и т.д. При этом речь идет, в частности, о а) добавке в виде кислоты, кислой соли кислоты и/или сложного эфира карбоновой кислоты, b) добавке в виде макромолекулярного, гидрофильного органического соединения с внутренними пустотами для комплексного включения низкомолекулярных веществ, с) добавке в виде фенольных соединений и/или d) добавке в виде комплексообразователя для низкомолекулярных веществ. А именно, к этим группам соединений относятся: группа а): кислые сложные эфиры лимонной кислоты (эти соединения действуют одновременно и как пластификатор для ацетатцеллюлозы и могут поэтому вноситься через дозирование пластификатора, предпочтительно, в смеси с другими пластификаторами), субериновая кислота, кислые сложные эфиры малеиновой кислоты, фумаровой кислоты и/или адипиновой кислоты, в частности, в виде сложных эфиров алкиловой кислоты, из которых предпочтительными являются сложные эфиры метила и этила, b) добавка в виде поли- и/или олигосахаридов, в частности, в виде активированной целлюлозы и производных крахмала и/или циклодекстрина, причем бета-циклодекстрин является наиболее предпочтительным, а также в виде нативного протеина, в частности, в виде бета-лактоглобулина, с) добавка в виде эллаговой кислоты и/или лигнина и d) добавка в виде металлокомплекса порфиринов, содержащихся в гемоглобине или хлорофилле или витамине B₁₂, при этом особенно эффективным показал себя хлорофиллин, так как он достаточно хорошо растворяется в триацетине, так что его можно в эффективном количестве внести при изготовлении фильтров через дозирование пластификаторов. Особенно предпочтительными из указанных полифенолов являются легкодоступные типы лигнина с хорошей растворимостью в триацетине и других пластификаторах для ацетатцеллюлозы. Это обеспечивает беспроблемное внесение добавки во время обычного процесса изготовления фильтров.

Кроме того, для решения лежащей в основе изобретения задачи предпочтительным является также применение при изготовлении сигарет табачных смесей, которые имеют возможно низкое содержание протеинов. За счет этого уменьшается возникновение мутагенных веществ.

Сигареты с фильтром по изобретению можно изготовлять с помощью обычных способов. Однако, предпочтительным является то, что добавка вносится в фильтр, изготовленный из волокнистого фильтрующего материала, в частности, в виде ацетатцеллюлозы, в смеси с пластификатором, в частности, в виде триацетата глицерина, при обычном изготовлении фильтровального жгута.

Преимущества изобретения состоят в следующем: выбранная концепция фильтрации позволяет достичь требуемого эффекта при минимальном количестве добавки. Кроме того, можно осуществлять оптимизацию посредством выбора добавок из указанных групп веществ для улучшения фильтрующего эффекта. При этом это преимущество основывается на том, что необходимо проводить селективную фильтрацию целевых групп мутагенно действующих веществ. Подтвержденные тестом Амеса эффекты можно в полном объеме проверить на клеточных культурах более высоких организмов, например, на клетках хомяка клеточной культуры V79. Это очевидным образом подтверждает важность настоящего изобретения в области курения и здоровья. Преимуществом изобретения, роль которого трудно переоценить, заключается в том, что предлагается особенно пригодный способ промышленного изготовления фильтров, который можно реализовать без существенной модификации существующей технологии.

Изобретение поясняется ниже подробнее на примере.

Пример
В качестве волокнистого фильтрующего материала использовали фильтровальный жгут из 2, 5-ацетатцеллюлозы различной спецификации. Значение применяемых ниже спецификаций фильтровальных жгутов можно почерпнуть из брошюры "Качество фильтров в виде жгута фирмы Родиа", выпущенной в сентябре 1994 года отделом технической поддержки фирмы Рон-Пуленк Родиа АГ, Фрайбург, ФРГ. При этом следует учитывать, что обозначения "SK" и "HK" относятся к характеристике степени извитости, которые используются исключительно для фильтровальных жгутов фирмы Рон-Пуленк. Изготовление фильтров проводилось на машине для изготовления фильтров KDF2 с узлом для жгутов AF 2 фирмы Кербер АГ (Хауни-Верке), Гамбург, ФРГ. Размеры фильтровального жгута составляли 7,8 х 120 мм. В качестве оберточной бумаги для фильтра использовали бумагу F 796-28 фирмы Юлиус Глатц, Папирфабрикен, Найденфельс, ФРГ. Добавку вносили в смеси с триацетином при дозировании пластификатора. В качестве добавок использовали сложные эфиры диэтила лимонной кислоты (CDE) (Берингер Маннхайм ГмбХ, Хемише Фабрик, Мангейм, ФРГ, Арт. 663502) и лигнин (лигнин-органосолв фирмы Алдрих-Хеми, Штайнхайм, ФРГ, Арт. 37,101-7). Определение пластификаторов проводили с помощью определения разницы веса фильтровальных жгутов с пластификатором и без него. Внесение добавки вычислялось исходя из внесения пластификатора и концентрации пластификатора в триацетине. В таблице 1 приведены составы изготовленных фильтровальных жгутов.

Фильтровальные жгуты нарезали на длину 20 мм, приклеены к табачному штрангу мониторинговой сигареты CORESTA и в соответствии с рекомендованным методом CORESTA N 22 и 23 выкуривались. Измерение никотина и его задержания производились в соответствии с рекомендованными методами CORESTA N 7 и 9. Сопротивление нарезанных фильтров (длина 20 мм) при затяжке относятся к указанным в таблице 1 величинам сопротивления фильтровальных прутков (длина 120 мм) исходя из пропорции длины отрезка к первоначальной длине прутка.

Конденсаты испытывали на их мутагенное действие по тесту Амеса (Марон, Дороти М. и Амес, Брюс Н. "Измененный способ для теста мутагенности для сальмонеллы, Mutation Research, 113(1983), 173-215, с учетом общих рамочных условий правил OECD для испытаний химических средств N 471 от 26 мая 1983). Все опыты проводили на штамме бактерий TA 98 с метаболической активацией. Выделение конденсата для теста Амеса проводилось согласно рекомендованным нормам CORESTA N 22 и 23. Так как при выкуривании испытываемых сигарет вследствие различной фильтрующей способности испытуемых фильтров возникают различные количества конденсата, то растворы конденсата с помощью разбавления доводятся до одинаковой концентрации, для того чтобы определить удельную, т. е. не зависящую от количества конденсата мутагенность. Экстрагирование окуренных кэмбриджских фильтров и разбавление проводят следующим образом: Кэмбриджский фильтр экстрагируют в 50 мл этанола р.А. в течение 60 минут при встряхивании в колбе Эрленмайера. Извлекают дробную часть раствора и измеряют его затухание с помощью ультрафиолетовой спектроскопии при длине волны 310 нм. Первоначальный раствор конденсата затем разбавляют так, что он чисто расчетным путем имеет затухание, равное 2,0. Эта величина соответствует концентрации влажного конденсата, в зависимости от влажности и содержания никотина во влажном конденсате, около 4 мг/мл этанола. Дробные части (5, 10, 20, 30, 40, 50 мкл) этого раствора затем использовали для теста Амеса TA 98. В области между 5 и 50 мкл наблюдается, обычно, линейное взаимоотношение между дозой и действием, так что уменьшение мутагенности можно измерять при одном определенном количестве раствора конденсата. Приведенные в таблице II величины уменьшения мутагенности (% уменьшения в тесте Амеса) измеряли при количестве раствора конденсата 40 мкл. Количество ревертантов у испытательной сигареты A3,0 принято за точку отсчета и приравнено к 100%. В последнем столбце таблицы II отрицательные величины соответствуют уменьшенной по сравнению с этим мутагенности, а положительные величины - повышенной мутагенности.

В таблице II сведены величины курения и результаты.

Из примера следует, что с помощью повышения количества добавки достигается также повышение антимутагенного действия (см., в частности, пробу B 1,5-2), однако используемое при этом количество добавки по сравнению с известными фильтрами с добавками является очень небольшим. Это означает, что согласно изобретению с помощью относительно небольшого количества добавки достигается значительное снижение мутагенности. Величины измеренного задержания никотина для обозначенных буквами B и C проб служат только для иллюстрации. В частности, для обозначенных буквой B проб следует, что в соответствии с патентом DE 1300854 отчетливо повышается задержание никотина с помощью сложного эфира диэтила лимонной кислоты.

Реферат

Сигарета с фильтром содержит волокнистый фильтрующий материал, добавку с антимутагенным действием на сигаретный дым в количестве менее 15 мас.% по отношению к весу волокон фильтра. При выкуривании однотипной, не содержащей добавки, невентилируемой сигареты с фильтром, имеется задержание никотина R_N в %, определяемое рекомендованным методом CORESTA 9, удовлетворяющее следующей формуле: R_N ≥ 100 • (I - D), при этом D = эксп. (А • В + С), где А = 21 мм - длина фильтра (мм) для длины фильтра ≤ 25 мм или A = - 4 мм для длины фильтра > 25 мм, В = 9,3 • 10^-3 (л/мм) и C = -(d⁴•Δp•K+L), где d = диаметр фильтра (мм), Δp = сопротивление фильтра при затяжке (мм водн. ст.), К = 1,0228 • 10^-6 (л/ (мм⁴ • мм водн. ст.)) и L = 0,2334. С помощью этого фильтра можно при измерении с помощью теста Амеса со штаммом ТА 98 отфильтровывать мутагенные вещества с избирательностью, по меньшей мере на 10 % лучшей, чем другие содержащиеся в дыму вещества. Изобретение также касается особенно пригодного способа для изготовления такой сигареты с фильтром. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 2 табл.

Формула