CN1271960C - 从烟草和烟草烟雾中除去亲核毒素的方法、试剂和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供脱除烟草和烟草烟雾中存在的亲核毒素的方法、装置和试剂。吸烟装置或与吸烟装置一起使用的空气过滤装置的过滤元件可包含能与亲核化合物反应的化学部分，或者在吸烟装置如香烟、雪茄、烟斗、或烟草烟雾进入口中之前通过的独立过滤器的过滤元件中掺入捕集亲核化合物的试剂。所述试剂也可掺入用于从室内空气中脱除烟草燃烧产物的空气过滤器中。所述试剂也可掺入吸烟用烟草或无烟烟草中以脱除毒素。

Description

从烟草和烟草烟雾中除去亲核毒素的方法、试剂和装置

发明领域

本发明一般地涉及脱除烟草和烟草烟雾中存在的亲核毒素的方法、装置和试剂。使烟草烟雾或含烟草烟雾的空气通过脱除亲核毒素的过滤装置而除去亲核毒素。还可在吸用烟草和无烟烟草中掺入试剂分别防止亲核毒素的挥发和吸收。利用亲核烟草燃烧产物的剂量测量来监测毒素接触量。

发明背景

烟草烟雾是包括在较大程度上引起吸烟乐趣并同时危害健康的多种化合物和颗粒的复杂混合物。肺和其它类型的癌症、肺气肿、和心血管疾病的发病率上升与使用烟制品特别是吸烟有关。还存在不致命的副作用如牙齿变色和面部起皱。烟草烟雾中存在的许多化合物中包括声称使人上瘾的组分尼古丁、引起香味的化合物、和已证明或据信对人类健康有害的那些化合物。烟草烟雾包含化学毒素如一氧化碳和氰化氢、和已知致癌物如甲醛和肼。烟草烟雾中的特殊化合物可能不止这些类别中的一类，如引起香味的那些。几十年来一直在寻找在不影响烟味的情况下减少吸烟者与这些毒性化合物的接触的方法。

使用烟草和主要是吸香烟的有害影响来自烟草中存在的和在其燃烧过程中挥发的毒性化合物、以及燃烧生成的那些毒性化合物输送至身体中。这些包括气态化合物如一氧化碳、氰化氢、氨、和甲醛，和烟草烟雾中挥发的其它化合物如苯、丙烯醛、肼、和苯胺。可从烟草烟雾中冷凝的物质统称为焦油。烟雾和焦油中的几种化合物归类为致癌物：苯、2-萘胺、4-氨基联苯、和放射性元素钋-210。其它一些被认为很可能是人类致癌物，如甲醛、肼、N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基吡咯烷、苯并芘、N-亚硝基二乙醇胺、和镉。已证明烟草烟雾中的另一些化合物是动物致癌物。虽然这些烟草烟雾组分的致癌可能性从未直接在人体中直接试验，但通过流行病学研究已有力地确定了吸烟和上述副作用之间的因果关系。

已提出和创立了许多从烟草和烟草烟雾中减少或除去毒性组分的方法和装置。一般地，设置多孔过滤器作为有害组分的第一捕集管，插入烟雾流和嘴之间。此类过滤器通常由乙酸纤维素组成，机械地和通过吸收、捕集烟雾中存在的一部分焦油。多数可用香烟上存在此类过滤器，它仍可使大量有害化合物进入口腔中。流行病数据显示使用过滤的香烟与对健康的不利影响有关。

通过包括化学捕集烟雾中存在的讨厌的有害组分的装置可提供机械型过滤器(如前面所述的那些)提供的效果改善。例如，美国专利5076294提供一种包含有机酸如柠檬酸的过滤元件，其可减少烟的涩味。很多现有技术集中在脱除甲醛，它是有确定的和不利的毒物学分布图形的烟草烟雾的一般组分。美国专利4,300,577描述了一种包含吸收材料和从烟草烟雾中除去醛和氰化氢的含胺组分的过滤器。美国专利5,009,239描述了一种用有机酸改性的聚乙烯亚胺处理的过滤元件，从烟草烟雾中脱除醛。美国专利5,850,840描述通过与化合物如乙醛反应稳定烟草和烟草烟雾中的糖基化产物。美国专利4,246,910描述了用于从烟草烟雾中除去氰化氢的用碱金属高铁酸盐浸渍的过滤器、或用高锰酸钾浸渍的活性炭或氧化铝。包含硫氰酸锌、盐酸化肌氨酸、氯化锌、溴化亚铁、溴化锂或硫酸锰的过滤元件提供焦油、尼古丁、甲醛和总颗粒物质的输送的控制，如美国专利4,811,745中所述。美国专利4,753,250中公开在过滤材料中包含L-抗坏血酸以除去醛。美国专利5,060,672也描述了一种专用于从烟草烟雾中除去醛如甲醛的过滤器，通过提供烯二醇化合物如二羟基富马酸或L-抗坏血酸与醛的自由基捕获剂如氧化的谷胱甘肽或脲、或高亲核活性的化合物如赖氨酸、半胱氨酸、5，5-二甲基-1，3-环己二酮、或巯基乙酸的组合物。美国专利5,706,833描述一种可湿崩解的滤咀条，包含某些用作可崩解粘合剂的水溶性聚合物。

本申请中所用术语亲核体和亲核的意指使电子对与能接受所述电子对的所谓亲电子体的另一分子或正离子如活性羰基进行化学反应的负离子或中性分子如氨基或伯或仲胺。亲核化合物将与有活性羰基的化合物如醛、酐、活性酮和活性酯发生化学反应。

无烟烟草包括通过除吸烟以外的方法使用的烟制品例如鼻烟和嚼烟。不涉及燃烧的这些烟草使用方法也使烟草中存在的有毒产物进入体内，这些产物也与使用烟草的多种不良后遗症有关。

与利用掺入过滤器中的亲核化合物捕集烟草烟雾中的醛类毒素的上述现有技术相反，已发现可通过化学捕集亲核化合物的试剂或用包含这些试剂的化学部分衍生的过滤器从烟草和烟草烟雾中除去烟草和烟草烟雾中以存在的亲核毒素。可通过化学地捕集亲核毒素的这些试剂或包含这些试剂的过滤器有效地脱除烟草和烟草烟雾中存在的焦油、致变物、和已知致癌物。此外，捕集亲核毒素的试剂可掺入空气过滤器中以从室内空气中除去烟草衍生的毒素、减少接触二手(侧流)烟。

发明概述

本文所描述的发明提供一种降低烟草或主流和/或侧流烟草烟雾中存在的亲核毒素的含量的方法，包括在烟草中掺入试剂或使烟草烟雾通过包含试剂的过滤元件，所述试剂与烟草燃烧产物中存在的亲核化合物发生化学反应而捕集所述亲核化合物。可使所述试剂与吸用烟草或无烟烟草混合。所述过滤元件可包括多孔过滤基体，其中所述过滤基体带有捕集亲核体的化学取代基，或者所述过滤器可包括多孔基体和一或多种化学捕集亲核体的试剂。用于吸烟装置的过滤器时优选使用具有低蒸气压和高熔点的试剂如不溶性高分子试剂。此外，本发明所述亲核体捕集剂可包括或掺入用于从室内空气中除去烟草燃烧产物毒素的空气过滤器。可加入烟草中、或包括或可掺入本发明过滤器的捕集亲核体的试剂类型的非限制性实例包括属于以下类的化合物：醛、活性酮、酐、和活性酯。也可使用化合物苏木因。

本发明所述方法、试剂和装置在从烟草和烟草烟雾中除去毒性亲核化合物的同时优选不减损烟制品的香味。本发明所述试剂和装置可与香烟、雪茄、烟斗一起使用，以及以置于烟草源和嘴之间的单独过滤器形式使用。本发明的一些方面是从主流和侧流烟中除去有毒的亲核化合物。

适用于掺入吸用烟草的试剂将捕集烟草中存在的或燃烧过程中生成的亲核体，而在所述试剂本身燃烧时例如吸烟过程中不释放所述亲核体。掺入无烟烟草中的试剂必须具有可接受的低毒性和稳定性以捕集口腔或其它接触途径内存在的亲核毒素。

可考虑用于吸烟装置如香烟或单独的卷烟过滤咀的过滤器、以及用于室内或环境空气主动或被动地接触通过的空气处理或过滤系统的过滤器，以从中除去亲核毒素。此过滤器的大小可在卷烟过滤咀至用于商业或工业空气处理系统的可更换过滤器的范围内。

合适的带有可捕集亲核体的取代基的过滤基质可包括多糖纤维素、淀粉、琼脂糖、和部分乙酰化纤维素的高碘酸盐氧化的(二醛)衍生物；或对于用作烟草烟雾过滤器的、适当孔隙率的可用醛部分衍生的其它聚合物、树脂或塑料。或者，可制备包括能捕集烟草烟雾中存在的亲核毒素的试剂的多孔过滤元件如卷烟过滤咀。

可用作本发明多孔过滤器或烟草添加剂中的所述试剂的醛化合物的非限制性实例包括双醛淀粉、二醛基纤维素、腺苷二醛、肌苷二醛、邻苯二醛、醛琼脂糖、和乙二氧撑双(3-苯甲醛)。优选双醛淀粉。适用于实施本发明的活性酮可包括α-二羰基化合物、β-二羰基化合物、γ-二羰基化合物、和α，β-不饱和酮。作为非限制性实例，α-二羰基化合物可包括樟脑醌、茚三酮、苯甲酰甲醛、和阿脲；β-二羰基化合物可包括5，5-二甲基-1，3-环己二酮和二苯甲酰甲烷；γ-二羰基化合物可包括琥珀酰苯酮和茚氮兰；α，β-不饱和酮可包括1，2-二苯甲酰乙烯、姜黄素和二苯基壬四烯酮。

适用于本发明的酐的非限制性实例包括非聚合酐如2-十二碳烯-1-基琥珀酸酐、双环(2，2，2)辛-7-烯-2，3，5，6-四羧酸二酐、二亚乙基三胺五乙酸二酐、乙二胺四乙酸二酐、和(+)-二乙酰基-L-酒石酸酐。活性酯的非限制性实例包括N-α-叔丁氧羰基-L-丙氨酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯、N-α-叔丁氧羰基-L-谷氨酸-α-苄基酯-γ-N-羟基琥珀酰亚胺酯、ε-叔丁氧羰基-氨基己酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯、N-羟基琥珀酰亚胺基改性的琼脂糖、和6-氨基己酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯改性的琼脂糖。优选N-羟基琥珀酰亚胺基改性的琼脂糖。

本发明的另一目的是提供一种用于降低烟草烟雾中存在的亲核毒素含量的装置。所述装置可包括一种多孔过滤基质，其中所述过滤基质有捕集亲核体的化学取代基，或者所述过滤器可包括多孔基质和一或多种化学捕集亲核体的试剂。用于吸烟装置时，优选具有低蒸气压和高熔点的试剂，如不溶性高分子试剂。可用于本发明所述过滤器的试剂类型的非限制性实例包括属于以下类的化合物：醛、活性酮、酐、和活性酯。也可使用化合物苏木因。能与烟草烟雾中存在的亲核化合物发生化学反应而捕集之的试剂的非限制性实例如前面所述。烟草烟雾通过所述装置通过机械作用和吸收作用除去化合物和颗粒，所述试剂或部分与烟草烟雾中存在的亲核化合物发生化学反应而捕集所述亲核化合物。

本发明的再一目的是提供一种过滤材料，它能降低通过所述过滤器的烟草烟雾中存在的亲核毒素含量，所述过滤基体带有捕集亲核体的化学取代基。适用的带有可捕集亲核体的取代基或部分的过滤基质包括多糖纤维素、淀粉、琼脂糖、和部分乙酰化纤维素的高碘酸盐氧化的(二醛)衍生物；或对于用作烟草烟雾过滤器的适当孔隙率的、可用醛部分衍生的其它聚合物或塑料。

本发明的再另一目的是提供一种试剂，它可化学地捕集烟草烟雾中存在的亲核毒素并可包括在多孔过滤基质中。优选具有低蒸气压和高熔点的试剂，如不溶性高分子试剂。可用于本发明所述过滤器的试剂类型的非限制性实例包括属于以下类的化合物：醛、活性酮、酐、和活性酯。也可使用化合物苏木因。合适化合物的非限制性实例如前面所述。

本发明的另一目的是在不降低使用烟制品的乐趣的情况下减少个体与烟草和烟草烟雾中有毒组分的接触。

本发明的又一目的是提供一种计量装置，利用本发明所述试剂指示与环境中存在的亲核毒素的接触量。

结合以下附图和详述将更好地理解本发明的这些和其它方面。

附图简述

图1是用本发明试剂和装置从香烟烟雾中脱除焦油的剂量响应(通过比色法测量)的图示。

图2是用本发明试剂和装置从来自两种不同类型香烟的烟雾中脱除焦油的剂量响应(通过比色法测量)的图示。

图3示出用本发明颗粒型试剂的制剂脱除焦油。

图4示出用本发明试剂和装置从烟草烟雾中脱除着色色素。

图5示出用本发明试剂和装置从烟草烟雾中脱除致变物的剂量响应。

图6示出用本发明试剂和装置从烟草烟雾中脱除亚硝胺。

发明详述

烟草中迄今已确定的据信导致吸烟的有害后果的许多组分中，存在直接毒素、人类致癌物、致变物、可能的人类致癌物和已证明的动物致癌物。人类致癌物包括苯、2-萘胺、4-氨基联苯、和放射性元素钋-210。可能的人类致癌物包括诸如甲醛、肼、N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基吡咯烷、苯并芘、N-亚硝基二乙醇胺、和镉等化合物。烟草烟雾中的另一些化合物已证明是动物致癌物，包括苯并蒽、丁内酯和N-亚硝基降烟碱。上述化合物中许多还直接使体内细胞中毒。虽然这些烟草烟雾组分的毒性、致变和致癌可能性从未直接在人体实验中测试，但通过流行病学研究已确定了吸烟和有害作用之间的强因果关系。

虽然吸烟(主要是吸香烟，但也包括吸雪茄和烟斗)在流行病学上与上述有害后遗症关系很大，但接触无烟烟制品包括嚼烟和鼻烟也有有害健康作用的危险。此外，吸烟者主要接触所谓“主流”烟雾，即从吸烟装置中吸入的烟雾。而最近的研究暗示不吸烟个体接触从吸烟装置中产生的有副作用的所谓“侧流”烟。后者接触使呼吸“二手”烟的个体处于具有与吸烟者同样有害健康后果的危险中受到很大关注。在降低与接触烟草和烟草烟雾的后果相关的过度医疗保健费方面，需要从烟草尤其是烟草烟雾(主流和侧流烟雾)中脱除有毒组分的方法。

希望在不降低使用烟制品的乐趣的情况下减少个体与烟草和烟草烟雾中有毒组分的接触。虽然脱除或保留尼古丁不是本发明要求保护的方法或装置的特征，但本发明一实施方案中，希望保留所述烟的一些或全部尼古丁含量。

本发明所述试剂和装置可在沿烟草本身至个体接触点的路线的几点减少个体与烟草和烟草烟雾中存在的有毒化合物的接触。可将试剂加入或掺混至烟草(吸用烟草或无烟烟草)中，其与毒素结合和螯合，使之不能从无烟烟草中浸出或被吸收或者在烟草燃烧时使之不能挥发至烟中。对于吸用烟草，干涉的第二阶段是从烟雾流中除去有毒产物。这可在一定程度上通过在烟草中加入毒素螯合剂实现，它在燃烧之前起过滤器的作用。更适用的是置于燃烧烟草柱和嘴之间的过滤器或烟在进入体内之前通过的单独装置。通过机械和吸附性能，本过滤器可从烟中除去颗粒、焦油和其它组分。在进一步的阶段，使周围室内空气通过或与脱除毒素的材料或过滤器接触，可从呼出的烟草烟雾或燃烧吸烟装置产生的存在于环境中的侧流烟雾中滤出毒素。

如前面所述，多孔的纤维状烟雾过滤器通过机械捕集和吸附至纤维表面上除去这些毒性化合物的一部分。不过，毒性化合物留在吸入的烟雾中，导致很大的发病率和死亡率，主要是肺和其它癌症、其它肺病如肺气肿、和心血管疾病包括心脏病发作和中风。存在许多与特定烟草烟雾组分关联的病理生理发病过程的理论。很多工作显示烟草烟雾包含与健康不相容的毒素，减少与这些毒素的接触是明智的。除戒烟和可能从起源上改变烟叶中的组分之外，只有通过在烟草中加入毒素螯合剂或在吸入之前选择性地从烟雾中除去毒素以减少吸烟者与烟草烟雾毒素的接触。

另一方面，按本发明的目的，希望不降低使用烟制品的乐趣。

在确定香烟中存在大量可疑致癌物甲醛的情况下，在开发从烟雾中脱除甲醛的化学捕集方法方面已付出很多努力，主要通过在过滤器中包括捕集醛的化学品。这可通过在过滤器中包括亲核化合物如含氨基的那些化合物实现，如前面背景部分中所述。掺入亲核化合物如赖氨酸的上述过滤器的实例显然未实现其所要作用，因为它们尚未在工业中引入。

本发明人意外地发现使用除提供多孔的机械阻挡层之外还捕集烟草烟雾中存在的亲核化合物的过滤器可在不降低产品乐趣的情况下实现烟草烟雾中存在的致变物和焦油含量的显著降低。焦油和烟草烟雾中存在的亲核化合物包括肼和芳族胺4-氨基联苯、2-萘胺和苯胺等化合物。上述烟雾组分是已知的致变物和已知或可疑的致癌物。能从烟草烟雾中捕集亲核毒素的过滤材料包括其中过滤基质材料带有亲核体捕集基团如醛基的过滤器；或者可在过滤基质中掺入一或多种能捕集亲核体的试剂。也可通过直接在烟草中掺入合适的亲核体捕集剂脱除这些毒素，此外可通过在无烟烟制品中掺入合适的亲核体捕集剂从无烟烟制品中脱除这些毒素。

重要的是区别本发明亲核体捕集方法、试剂和装置例如在过滤材料上包含醛基的目的与希望通过包含亲核体的过滤器从烟草烟雾中脱除亲电子物质如醛的大量现有技术。本发明实质上与现有技术相反。现有技术的一个例子是通过在过滤器中或过滤器上的氨基捕集烟雾中的醛；本发明中通过在过滤器中或过滤器上的醛捕集烟草烟雾中的胺。

适用的带有可捕集亲核体的取代基的过滤基质可包括多糖纤维素、淀粉、琼脂糖、和部分乙酰化纤维素的高碘酸盐氧化的(二醛)衍生物；或对于用作烟草烟雾过滤器的适当孔隙率的、可用醛部分衍生的其它聚合物、树脂或塑料。

可掺入过滤基质中能捕集亲核化合物的试剂可选自醛、活性酮、酐、和活性酯。也可使用化合物苏木因。优选低蒸气压的化合物以致暴露于热空气流和烟草烟雾时保留在过滤器中而不挥发。优选不溶性高分子亲核体捕集剂。

适合直接掺入吸用和无烟烟草制品中的化合物包括适用于所述预定目的的那些。对于无烟烟草制品，适合的试剂必须有与个体接触程度相适应的毒物学分布图形，此外不干扰产品的味道、香味或乐趣。所述化合物应是低毒性的，而且优选不被吸收。为掺入吸用烟草中与烟草中的和燃烧时形成的亲核毒素螯合，所述试剂必须不干扰产品的香味或乐趣、吸入过程中或之间烟产品的燃烧速率，而且所述试剂在烟草内燃烧时不释放所述被螯合的毒素。对于通过烟柱的未燃烧部分的烟雾而言，烟草中存在的亲核体结合剂的作用部分地类似多孔过滤材料。所述除毒素材料的存在应不干扰空气和烟雾通过所述烟柱或过滤器的吸力或阻力。

可用于本发明的醛化合物的非限制性实例包括双醛淀粉、二醛基纤维素、腺苷二醛、肌苷二醛、邻苯二醛、醛琼脂糖、和乙二氧撑双(3-苯甲醛)。优选聚合的醛化合物；其中优选双醛淀粉。活性酮可包括α-二羰基化合物、β-二羰基化合物、γ-二羰基化合物、和α，β-不饱和酮。作为非限制性实例，α-二羰基化合物可包括樟脑醌、茚三酮、苯甲酰甲醛、和阿脲；β-二羰基化合物可包括5，5-二甲基-1，3-环己二酮和二苯甲酰甲烷；γ-二羰基化合物可包括茚氮兰和琥珀酰苯酮；α，β-不饱和酮可包括1，2-二苯甲酰乙烯、姜黄素和二苯基壬四烯酮。

适用于本发明的酐的非限制性实例包括非聚合酐如2-十二碳烯-1-基琥珀酸酐、双环(2，2，2)辛-7-烯-2，3，5，6-四羧酸二酐、二亚乙基三胺五乙酸酐、乙二胺四乙酸二酐、和(+)-二乙酰基-L-酒石酸酐。活性酯的非限制性实例包括N-α-叔丁氧羰基-L-丙氨酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯、N-α-叔丁氧羰基-L-谷氨酸-α-苄基酯-γ-N-羟基琥珀酰亚胺酯、ε-叔丁氧羰基-氨基己酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯、N-羟基琥珀酰亚胺基改性的琼脂糖、和6-氨基己酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯改性的琼脂糖。优选N-羟基琥珀酰亚胺基改性的琼脂糖。

上述试剂可制成各种形式掺入本发明装置的过滤元件中和用于本发明方法。这些形式不减损所述试剂结合烟草烟雾中亲核毒素的能力，而且使合适过滤器的制造更容易。本领域技术人员已知许多方法可用于制备适合掺入过滤器中的试剂形式，一种非限制性实例是通过将干燥的由所述试剂如双醛淀粉和粘合剂如玉米淀粉制成的挤出糊粉碎制备的颗粒材料。可选的粘合剂可包括双醛淀粉本身。

以前用于烟草烟雾制品的醛限于包含醛化合物作为香气或香味调节剂。按美国专利4,627,449在烟草或过滤材料中掺入化合物正己醛、正辛醛、正壬醛、正癸醛、正十四醛、正庚醛、正十一醛、和正十二醛以改善烟草烟雾的香味和味道，特别是侧流烟即从燃烧烟草直接通入环境的烟的香味。这些化合物从烟草中挥发至烟雾中以掩盖燃烧香烟的不利气味。它们的蒸气压使之不适用于本发明，因为它们将挥发而从过滤器中损失，不能从烟草烟雾中捕集亲核体。

本发明优选的试剂是双醛淀粉。也称为氧化淀粉或聚合双醛，其通过淀粉的高碘酸盐氧化制备，其产生可与亲核体如醇、胺、肼、酰肼、和其它与醛缩合的试剂反应的游离醛基。双醛淀粉可从许多化学品供应商如Sigma Chemical Company(Catalog No.P9265)或制造商Monomer-Polymer & Dajac Laboratories，Inc.获得。

双醛淀粉以前用于其它应用如用于增加纸如棉纸的湿强度；使凝胶硬化；制备耐水粘合剂；和鞣革。在酶的研究中，用双醛淀粉通过与聚合物膜的羟基发生化学反应有助于使蛋白质附着于聚合物表面。在美国专利5,281,660和5,563,215中还直接用作聚合物表面改性剂以使生物活性分子和随后的细胞与所述改性表面结合而不改变所述分子的生物性质。使所述双醛淀粉与所述聚合物表面结合需要适度的热处理(50℃至150℃)。

适用于实施本发明的其它试剂可选自可化学衍生以提供捕集亲核体的自由基的聚合物如琼脂糖(例如SEPHAROSE(R))、纤维素、壳聚糖、葡聚糖(例如SEPHADEX(R))、和聚乙烯基吡啶烷酮等。例如，琼脂糖可衍生成包含N-羟基琥珀酰亚胺基，如Sigma ChemicalCo.Catalog No.H8635，N-羟基琥珀酰亚胺基活化的SEPHAROSE(R)或Catalog No.A9019，与SEPHAROSE(R)偶合的6-氨基己酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯。也可使用醛-琼脂糖(Sigma Chemical Co.CatalogNo.A9951)；一种制备方法涉及用4-氨基丁醛二乙缩醛衍生琼脂糖，然后使所述缩醛弱酸水解产生所述醛(Korpela and Hinkkanen，1976，Analytical Biochem.71：322-323)。

上述不溶性聚合物也可直接用作本发明过滤材料。

本发明所述装置可通过本领域技术人员已知的几种方法之任一制备，其中在所述制造过程中的任何阶段将所述一种或多种除毒素试剂掺入空气过滤器或烟草烟雾过滤器中。例如，可使本发明所述试剂与构成机械过滤器的原料混合，然后共挤出或纺制成包含过滤材料和所述除毒素剂的纤维，然后其可制成过滤器。或者，在制造过滤器之前可用本发明的熔融试剂或所述试剂在适合溶剂中的溶液涂布包含所述过滤材料的挤压或纺制纤维。另一方法中，可使所述试剂溶解或悬浮于增塑剂中，并将它们喷涂在过滤纤维上。在另一实例中，可通过制备所述试剂在溶剂中的溶液或悬浮液，使所述溶剂吸收至多孔纤维材料中，然后通过蒸发、干燥、冷冻干燥、冻干、临界点干燥、或其它适合方法除去溶剂，由现有机械过滤器制备本发明过滤装置。所述过滤材料将保持其作为颗粒材料阻挡层的机械性能和可吸收焦油的延伸表面。

另一实施方案中，本发明所述试剂可制成颗粒形式掺入吸烟装置的过滤器中。可用粘合剂如玉米淀粉或阿拉伯树胶辅助颗粒的制备。用双醛淀粉作亲核毒素捕集剂的另一实施方案中，双醛淀粉本身可用作粘合剂使活性亲核毒素捕集形式的双醛淀粉粒化。本文中含有制备包含本发明试剂的过滤材料的这些和其它方法。

另一实施方案中，可制备过滤材料本身如乙酸纤维素，按标准方法使之化学衍化成含有醛基。例如，可使纤维素部分地醛化或通过在高pH下处理使乙酸纤维素上的一定百分率的乙酸盐基水解。然后使所得部分乙酰化的纤维素经高碘酸盐氧化。这样，所述乙酸纤维素可保持其纤维和多孔过滤器特性，同时还带有能捕集烟草烟雾中亲核毒素的醛取代基。有类似过滤器性能的其它多糖如纤维素和琼脂糖等也可用高碘酸盐处理以产生游离醛基。其它聚合物包括塑料也可化学衍化以产生醛取代基。优选通过提供机械阻挡层和可吸收焦油的大表面积，所述过滤材料除具有与亲核体结合的活性之外还保持其机械过滤性能。

为用于工业或商业空气处理系统，可制备还包含本发明试剂的用于这些系统过滤颗粒和其它空气污染物的空气过滤器；或者所述过滤材料本身可由本发明试剂衍化或制备，以致所述空气过滤器保持其机械过滤性能而且具有从空气中脱除亲核毒素的能力。可制备用于较小装置的类似过滤器或可更换滤筒，如用于过滤或净化单人房或共用空间、汽车、公共汽车、火车、小汽车、飞机客舱、赌博和市区打赌厅、酒吧、大厅、和使用烟制品特别是吸烟的类似区域、和特别关注不吸烟者与侧流烟的接触的某些场合内的空气的那些。也可用本发明过滤装置制备结构类似于防毒面具或面罩的个人空气过滤系统，针对接近这些区域但要寻求个人防护防止侧流烟的有害作用的个体。

虽然本发明人不希望受理论限制，但如以下实施例中将看到的与亲核体发生化学反应的醛和其它试剂从烟草烟雾中除去焦油的观察结果表明烟草烟雾中存在的毒性、致变和致癌化合物大部分是亲核体。已知存在于烟草烟雾中的确定致癌物中，4-氨基联苯、2-萘胺、苯胺、和肼具有伯氨基。数据显示本发明材料还除去N-亚硝胺，但脱除机理尚不清楚。还可合理地预计本发明过滤剂还将除去氰化氢，它将与所述醛基反应生成氰醇。

预计本发明过滤剂不能从烟草烟雾中脱除醛如甲醛，除非所述化合物还有可被醛捕集的基团。但用本发明过滤剂捕集胺可产生新的官能团，它们能吸收、捕集、和化学地钝化醛和亚硝胺。

本发明的另一目的是提供一种计量装置，利用本发明所述试剂指示所述装置与环境中存在的亲核毒素的接触量。所述装置可用于在亲核毒素如由烟草烟雾产生的那些可能弥漫于空气的环境中工作或生活而且希望计量他们与这些毒素的接触的个体。所述装置也可用于确定更换用于从空气中脱除亲核毒素的过滤器的适当时间。在一个实施方案中，所述剂量计是可佩带徽章形式的，其上涂有或其中掺有包含本发明试剂的圆盘或片。当所述徽章接触环境亲核毒素时，它们与圆盘上的所述试剂发生化学反应并附着在所述试剂上。由于来自烟草烟雾的亲核毒素是棕色的，随着与亲核毒素的接触量增加所述圆盘的颜色变暗。可用所述剂量计上的颜色对比区去对照所述颜色，基于预先确定的圆盘颜色和毒素接触量之间的关系读出接触量。所述装置中可包括其它试剂以增强亲核毒素与所述试剂结合时产生颜色。在另一实施方案中，剂量计装置可包括空气收集系统如泵或风扇，其持续地或在激活时将环境空气引入充满包含本发明试剂的多孔或颗粒过滤材料的有刻度的透明开口柱的一端。引入空气试样中存在的毒素与所述试剂结合，最初接近引入空气试样的一端，然后随着所述过滤器上的化学反应部位逐渐与毒素结合，附加的毒素沿着包含所述试剂的柱进一步结合，远离引入端。由于所述亲核毒素是有颜色的，通过目视从所述柱的刻度上读出的所述柱中存在的有色材料的柱长将指示空气中存在的毒素量。所述刻度可根据空气采样速率和在流过所述柱的空气速率下螯合有色毒素的效率预先划分。另一实施方案中，可通过反射计确定颜色密度或通过本领域技术人员已知的其它检测手段确定颜色密度或化学衍化来确定与剂量计装置内所述试剂结合的亲核毒素量。可设置自动化装置模拟或数字式读出环境毒素含量以监测环境质量或在已达到一定毒素含量时显示，例如用于指示何时应该用新过滤器更换脱除毒素的空气过滤器。本文中包括用于检测与所述过滤器结合的亲核毒素含量有关的所述过滤器的物化性质变化的其它手段和用于指示与过滤器结合的亲核毒素含量的其它手段。

如所述剂量计实施方案中所描述的本发明试剂和过滤材料的柱式构型也可用于确定有效地从特定吸烟装置中除去亲核毒素所需的过滤材料量，以有助于制造烟雾中亲核毒素减少的吸烟装置。通过使烟草烟雾经过包含本发明亲核毒素结合剂的有刻度的柱，所得有色过滤剂的长度代表毒素存在量，指示例如为有效地从吸烟装置中存在的烟草量中除去毒素必须掺入卷烟过滤咀中的过滤材料量。

还可通过以量尺样式使用本发明试剂和过滤材料以测量吸用烟草或无烟烟草和其它材料中亲核毒素的存在量。可将预定量的包含本发明试剂的多孔过滤材料浸入需要测量的烟叶悬浮液或提取物、提取的卷烟过滤咀、或怀疑包含有色亲核毒素的其它溶液中。去除后，可将所述量尺的颜色强度通过目视与已知标准对比或电子地通过反射法与预先确定的标准曲线对比以显示毒素含量。

以下实施例用于更充分地说明本发明的优选实施方案。但它们决不能解释为限制本发明的宽范围。

实施例1

通过比色法测量烟草烟雾中焦油的脱除

通过250mg表I中所列各化合物过滤香烟的烟雾。在由双醛淀粉和氧化淀粉制成过滤器的情况下为实现适当抽吸，使这些化合物沉积至已展开成0.25×3英寸样品的乙酸纤维素过滤器上。然后使处理后的纤维在37℃下干燥过夜。用由与真空源相连的25ml玻璃锥形烧瓶构造的水烟筒吸烟装置以约35ml/min的空气流速使来自一根香烟的烟雾抽吸通过所述过滤材料，然后通过3ml蒸馏水。从每个烧瓶中取出三个100μl的等分部分，放在ELISA板腔中，在ELISA板读数器中在405nm下读数。所述％或去除的焦油是基于包括含测试试剂的过滤器的香烟与适合的对照香烟之间的对比。结果示于下表中：

化合物	％焦油脱除率
		双醛淀粉	92.3
氧化淀粉	93
		樟脑醌	53.9
茚三酮	83
		苯甲酰甲醛	53
苏木因(6a，7-二氢-3，4，6a，10-四羟基苯茚并[1，2-d]吡喃-9(6H)-酮)	48.7
		邻苯二醛	84
(5，5-二甲基-1，3-环己二酮)	26
		茚氮兰	95
阿脲	96.9
		N-α-叔-BOC-L-丙氨酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯	25
富马酰苯酮	87.5
		乙二氧撑双(3-苯甲醛)	19.3
N-α-叔-BOC-L-谷氨酸-α-苄基酯-γ-N-羟基琥珀酰亚胺酯	96.7
		BOC-ε-氨基己酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯	74
姜黄素	97.9
		二苯基壬四烯酮	98.1
2-十二碳烯-1-基琥珀酸酐	98.2
		双环(2，2，2)辛-7-烯-2，3，5，6-四羧酸二酐	98.2
乙二胺四乙酸二酐	98.2
		(+)-二乙酰基-L-酒石酸酐	32.1

为证明增加本发明试剂量在从烟草烟雾中脱除焦油中的剂量响应效应，将乙酸纤维素过滤纤维展开成0.25×3英寸样品，然后涂布以下量的悬浮于蒸馏水中的双醛淀粉：250mg、125mg、25mg和0mg。使处理后的纤维在37℃下干燥过夜，然后用卷烟制造器制成卷烟。用由与真空源相连的小(25ml)玻璃锥形烧瓶构造的水烟筒吸烟装置以约35ml/min的空气流速使来自一根每种类型的带滤咀香烟的烟雾抽吸通过3ml蒸馏水。从每个烧瓶中取出三个100μl的等分部分，放在ELISA板腔中，在ELISA板读数器中在405nm下读数。

如图1所示，双醛淀粉的量增加导致从烟草烟雾中脱除焦油的效率增加。

实施例2

通过比重法测量的烟草烟雾中焦油的脱除

将乙酸纤维素过滤纤维展开成0.25×3英寸样品，然后涂布以下量的悬浮于蒸馏水中的双醛淀粉：250mg、125mg、100mg、50mg、25mg和0mg。使处理后的纤维在37℃烘箱中干燥过夜，然后用卷烟制造器制成卷烟。用由与真空源相连的小(25ml)玻璃锥形烧瓶构造的水烟筒吸烟装置以约35ml/min的空气流速使来自五根每种类型的带滤咀香烟的烟雾抽吸通过5ml丙酮。所述卷烟燃烧后，从每个烧瓶中取出5ml含焦油的丙酮，吸收在预先称重的滤纸片上。然后将每个烧瓶用1ml附加丙酮漂洗两遍。也使来自漂洗的丙酮吸收在适当的滤纸片上。使滤片干燥过夜，然后称重。从各滤片的最终重量中减去各滤片原来的重量得到每种带滤咀香烟所得焦油的毫克数，结果以脱除焦油％表示。

图2表明包含本发明试剂的过滤器可从“轻”和“常规”烟草中除去超过90％的焦油。如果使用超过250mg/过滤器，也脱除焦油，但典型吸烟者判断太难“吸”。

实施例3

粒状双醛淀粉的制备

用各种粘合剂制备颗粒形式的双醛淀粉，下面描述其实施例。

1)用玉米淀粉作粘合剂。使玉米淀粉(0.15g)悬浮于10ml蒸馏水中，加热至沸腾几分钟，然后使混合物冷却至室温。混入双醛淀粉(15g)，将所得糊通过#16金属丝网挤出。使两批挤出材料混合，在70℃下干燥过夜，然后轻轻地压碎形成颗粒。通过#16筛网筛分，得到留在#30筛网上的材料。然后使这些颗粒在70℃下干燥至18g的恒重。这些颗粒具有中等的抗破碎性。

2)用阿拉伯树胶作粘合剂。如下改变上面(1)中所述步骤：用阿拉伯树胶(0.15g)代替玉米淀粉；在室温下使所述阿拉伯树脂溶于10ml水，加入15g双醛淀粉之前不加热。使三批所得糊混合，如上所述转化成颗粒，干燥至恒重后称重为17.5g。这些颗粒有较差的抗破碎性。

3)用双醛淀粉作粘合剂。使双醛淀粉(10g)悬浮于50ml蒸馏水中。使此溶液沸腾2小时直至变成透明的淡黄色糊。使所述糊冷却至室温，分成四个10ml的等分部分。然后在每个等分部分中的一个混入以下量的干燥双醛淀粉：2g、5g、10g和25g。然后使所述材料在37℃下干燥38小时，然后粉碎成颗粒。这些不同类型的颗粒都通过#16筛网筛分以得到留在#30筛网上的材料。然后使所有颗粒在37℃下干燥至恒重。所有颗粒都有中等良好的抗破碎性。

如以上实施例2中所述评价按以上方法3制备的颗粒从香烟烟雾中脱除焦油的能力。使用常规”卷烟。如图3中所示，随着所述颗粒量增加，焦油脱除率成比例增加。

实施例4

从烟草烟雾中脱除着色色素

将乙酸纤维素过滤料展开成0.25×3英寸样品，然后涂布250mg或0mg的悬浮于蒸馏水中的双醛淀粉。使处理后的纤维在37℃烘箱中干燥过夜，然后制成卷烟。将来自2根每种类型卷烟的烟雾吸入1ml磷酸盐缓冲的盐水中，立即放在冰上。将每个试样加入涂有5％脱脂奶的ELISA板腔(100μl/腔)中。将所述板在37℃下孵化3天，然后用0.05％Tween/PBS洗四遍。然后使仍与所述腔结合的色素溶于100μl DMSO中。在405nm下读出吸光率。图4中的结果示出三个腔的平均值±标准偏差。

实施例5

从烟草烟雾中脱除致变物

如Ames等(Maron DM and Ames BN.1983.Revised methodsfor the Salmonella mutagenicity assay.Mutation Research113：173-215)所述进行细菌诱变性鉴定。简言之，将沙门氏菌株TA98在Oxoid培养基#2中于37℃下培养过夜，将在包含33mM KCl、8mM MgCl₂、5mM葡萄糖-6-磷酸酯、500微摩尔NADP和鼠肝S9微粒体核酸酶的pH为7.4的0.1M磷酸钠中稀释的带滤咀香烟雾的烟凝结物的系列稀释液在37℃下孵化30分钟，一式三份，所述带滤咀香烟如下：250mg双醛淀粉/滤咀、125mg双醛淀粉/滤咀、和0mg/滤咀。然后将所述细菌放在极小葡萄糖含量的板上。在37℃下培养48小时后，计数每个板上回复突变体的数量。图中每个柱代表三块板上的平均菌落数±标准偏差。测试菌株TA 98检测出移码突变，如芳族伯胺产生的那些。以导致回复其野型表型的细菌数量检测试样中的致变体。

图5显示卷烟过滤咀中存在的双醛淀粉量增加导致烟提取物的诱变性下降。使用所述250mg过滤咀时，回复体的数量与所述负对照没有区别。

实施例6

从烟草烟雾中脱除亚硝胺

将乙酸纤维素过滤纤维展开成0.25×3英寸样品，然后涂布250mg悬浮于蒸馏水中的双醛淀粉。使处理后的纤维在37℃下干燥过夜，然后用卷烟制造器制成卷烟。用由与真空源相连的小(25ml)玻璃锥形烧瓶构造的水烟筒吸烟装置以约35ml/min的空气流速使来自一根每种类型的带滤咀香烟的烟雾抽吸通过3ml蒸馏水。将500μl每种试样加至500μl每种以下溶液中：(1)在30％乙酸中的1％对氨基苯磺酸溶液，(2)在30％乙酸中的0.1％萘胺溶液。然后使所述混合物在56℃下保温。在0、10、20和30分钟时取出试样，用620nm作为参考值读取540nm。颜色形成表示存在亚硝胺化合物。

图6显示250mg本发明试剂使烟草烟雾提取物中亚硝胺含量减少几倍。

实施例7

品尝试验

在大城市的办公环境中对12个个体进行双盲品尝试验。要求受检者填写关于其年龄、烟龄、每天使用量和首选品牌的简明调查表。回答这些问题之后，受检者点燃两种香烟，一种有包含双醛淀粉的本发明滤咀，一种有常规滤咀。他们并排地吸烟，要求他们记录更喜欢的香烟，描述感觉到的两者之间的任何差别。

参加者的平均年龄为41岁，平均吸烟时间为18.4年，每天平均吸25.7根香烟。十二个参加者中八人更喜欢有双醛淀粉过滤咀的测试香烟优于对照香烟，四人没有更喜欢的香烟。

实施例8

分析和品尝试验

按标准化FTC方法在独立实验室针对全部颗粒物质、尼古丁、焦油、水和一氧化碳评价有乙酸纤维素过滤咀或包含本发明试剂的过滤咀的香烟。用在蒸馏水中的250mg双醛淀粉(DAS)处理乙酸纤维素过滤咀制备测试香烟(“DAS带滤咀香烟”)。使所述处理后的纤维干燥过夜，用卷烟制造器掺入香烟中。在此系列试验中，测试两种对照香烟：标准的“Kentucky Reference”香烟(Lab Stat，Kitchener，Ontario，Canada提供)和本发明人的实验室中构造的“普通香烟”。普通香烟用与本发明带滤咀香烟相同的方式构造，它们包含相同量的烟草和乙酸纤维素过滤咀，但不包含所述过滤咀添加剂。

得到以下结果：

“品牌”	重量mg/cig	烟团(/cig)	TPM(mg/cig)	CO(mg/cig)	水(mg/cig)	尼古丁(mg/cig)	焦油(mg/cig)
								Kentucky Reference对照香烟DAS带滤咀香烟	10699861189	8.68.78.2	11.317.996.9	13.215.813.41	0.8923.2450.778	0.8311.0560.464	9135

所述品尝试验如下设计：受检者，n＝20。香烟#1＝有Marlboro超轻型烟柱(从商店购买的Marlboro超轻型中拆下的)DAS带滤咀香烟。香烟#2＝Marlboro超轻型香烟(商店购买的)。两种类型的香烟有相同的焦油和尼古丁等级。要求受检者填写关于其年龄、烟龄、每天使用量和首选品牌的简明调查表。回答这些问题之后，受检者点燃两种香烟，有DAS滤咀的和Marlboro超轻型。未给受检者有关所述DAS滤咀的推定性能的任何信息，只知道它是一种新型香烟过滤咀。他们并排地吸烟时，要求他们决定他们如何评定所述DAS带滤咀香烟中的焦油和尼古丁含量，即常规、轻或超轻。

结果显示，此组吸烟者中58％认为所述DAS带滤咀香烟是常规香烟，33％认为它是轻型烟，8％认为它是超轻型烟。所述品尝试验的总结果证明所述DAS带滤咀香烟不仅味道类似普通香烟(不象其它“较安全的”香烟)，而且受到吸烟者喜欢。

在不背离其精神或本质特性的情况下，本发明可以其它形式具体化或以其它方式进行。因而，本公开的所有方面应视为举例说明而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书表示，其中包括在等效的意义和范围内的所有改变。

应理解本发明装置不限于本文中的描述，这些描述应认为只是本发明最佳实施方式的举例说明，其形式、尺寸、组件排列和操作详情可改变。本发明欲包括在权利要求书所限定的精神和范围内的所有改变。

本文中引用许多公开出版物，其内容均引入本文以为参考。

Claims (11)

1.一种通过使包含烟草燃烧产物的空气通过能除去所述空气中存在的亲核毒素的过滤器以降低所述空气中亲核毒素存在量的方法，所述过滤器包含用醛基衍生的聚合物。

2.权利要求1的方法，其中所述空气包含主流烟草烟雾，所述烟雾通过所述过滤器后保留所要的香味组分。

3.权利要求1的方法，其中所述聚合物选自高碘酸盐氧化的纤维素、高碘酸盐氧化的淀粉、高碘酸盐氧化的琼脂糖、高碘酸盐氧化的部分乙酰化纤维素、及其组合。

4.权利要求1的方法，其中所述用醛基衍生的聚合物选自双醛淀粉、二醛基纤维素、及其组合。

5.权利要求1的方法，其中所述聚合物是双醛淀粉。

6.一种用于降低包含烟草燃烧产物的空气中毒素存在量的装置，其中所述装置包括所述空气通过的过滤器，所述过滤器能除去所述空气中存在的亲核毒素，所述过滤器包含用醛基衍生的聚合物。

7.权利要求6的装置，其中所述装置过滤主流烟草烟雾，所述烟雾通过所述过滤器后保留所要的香味组分。

8.权利要求6的装置，其中所述聚合物选自高碘酸盐氧化的纤维素、高碘酸盐氧化的淀粉、高碘酸盐氧化的琼脂糖、高碘酸盐氧化的部分乙酰化纤维素、及其组合。

9.权利要求6的装置，其中所述用醛基衍生的聚合物选自双醛淀粉、二醛基纤维素、及其组合。

10.权利要求6的装置，其中所述聚合物是双醛淀粉。

11.权利要求6的装置，用于在产生烟草烟雾的装置中或在包含烟草烟雾的环境中过滤空气，所述产生烟草烟雾的装置或包含烟草烟雾的环境选自香烟、独立式卷烟过滤咀、烟斗、雪茄、空气通风过滤器、防毒面具和面罩。

Images