DD153571A5

DD153571A5 - Verfahren zur behandlung von rauchtabak zwecks schadstoffsenkung im rauch

Info

Publication number: DD153571A5
Application number: DD80224610A
Authority: DD
Inventors: Pedro Pintaske
Original assignee: Tkr Dritte Tabak Forsch
Priority date: 1979-10-20
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1982-01-20
Also published as: DK431880A; FR2467555A1; NL8005233A; ZA806235B; IT8025465A0; BG31483A3; JPS5685275A; AR222255A1; IT1133957B; ES8200216A1; SE8007182L; ES496077A0; BR8006701A; YU263080A; DE2942544A1; BE885758A; GB2064294A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Rauchtabak mittels eines Zusatzstoffes, durch den Schadstoffe im Tabakrauch, wie Benzo(a)pyren, andere polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, N-Nitrosamine und Kohlenmonoxid, gesenkt werden und der erfindungsgemaess aus Carbamid und/oder Amiden organischer Saeuren besteht. Erfindungsgemaess wird der Tabak mit einer waessrigen Loesung, einer Emulsion oder einer Dispersion des oder der Zusatzstoffe besprueht oder bestrichen. Als Zusatzstoff wird beispielsweise Oxalsaeurediamid oder Oxalsaeuremonoaethylesteramid verwendet.

Description

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Verfahren zur Behandlung von Rauchtabak zwecks Schadstoffsenkung im Rauch

Anwendungsgebiet del Erfindung

Die"Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Rauchtabak" zwecks SchadstoffSenkung im Tabakrauch.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Als wesentliche Schadstoffe im Tabakrauch gelten nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnis Benzo(a)pyren (BaP) und andere polycyclische, aromatische Kohlenwasserstoffe (РАН) sowie die N-Nitrosamine. Die kanzerogene Wirkung dieser Substanzen scheint sicher zu .sein. Als kokanzerogene Verbindungen, die sjnergetisch mit den genannten Kanzerogenen und insbesondere mit BaP zusammenwirken, kommen darüber hinaus die Phenole in Betracht. Bin weiterer wichtiger Schadstoff im Tabakrauch ist das Kohlenmonoxid (CO), das sich mit dem Hämoglobin des Blutes verbindet.

Nach dem Stand der Technik sind eine Reihe von Methoden zur Schadstoffsenkung im Tabakrauch bekannt, die wenigstens zum Teil auch praktische Anwendung finden. Als erfolgreich erwies sich die Züchtung neuer Tabaksorten zur Senkung des

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Kondensatanteils im Tabakrauch. Durch eine spezielle Düngung der Tabakpflanzen kann eine Senkung des Anteils an Kondensat und N-Nitrosaminen erreicht werden. Diese Maßnahmen führten zu den heute weit verbreiteten nikotinarmen Tabaksorten, die im Vergleich mit anderen beim Abrauchen weniger Kondensat und damit auch weniger Schadstoffe aufweisen. Diesen biologischen und agrartechnischen Verfahren sind jedoch natürliche? Grenzen gesetzt. Zur weiteren Schadstoff Senkung bedarf es deshalb ergänzender Maßnahmen.

Insbesondere kommen dazu die Verwendung diverser Filter, ein Strecken oder Verdünnen des Tabaks mit verschiedenen Stoffen und der Einsatz von porösen, luftdurchlässigen Zigarettenpapieren in Betracht. Auf diese Weise wird eine weitere Senkung des Tabakrauchkondensats erreicht. Allerdings geht mit diesen Maßnahmen häufig eine geschmackliche Veränderung und eine Minderung der anregenden Wirkung des Tabakrauchs einher. Doshalb werden solche Zigaretten von einem größeren Teil der Raucher nicht akzeptiert.

Ein alternatives oder ergänzendes Verfahren ist die Bahandlung des Tabaks mit Zusatzstoffen, beispielsweise Nitraten, Chloraten, Zitronensäure und Deuteriumoxid sowie Schwer- und Edelmetallen oder deren Verbindungen. Diese Methoden haben hauptsächlich das Ziel, den Anteil der РАН, insbesondere des 3aP, im Tabakrauch zu senken.

Alle vorgeschlagenen Verfahren zur Behandlung des Tabaks mit Zusatzstoffen weisen aber, soweit bis jetzt bekannt, entweder schwerwiegende Nachteile auf oder halten in ihrer Wirkung einer kritischen Prüfung nicht stand. Es wurde gefunden, daß beispielsweise eine Tabakbehandlung mit Zitronensäure zu keinem positiven Ergebnis führt· Eine Behandlung mit Deuteriumoxid dient lediglich zur Vortäuschung einer Senkung des ЗаР-Gehalts im Tabakrauch, da deuterisiortes BaP in konventionellen Analysenmethoden schwä-

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eher zeichnet. Nitrate sind zwar als Flottbrandmittel für Tabak handelsüblich, wogen der Gefahr der N-Nitrooaminbildung bei der Pyrolyse aber bedenklich und in einigen Ländern bereits verboten. Eine Tabakbehandlung mit Edelmetallen und ihren Verbindungen führt zu einer zur geringfügigen Senkung des Tabakrauchkondensats ohne eine zusätzliche, spezifische Senkung des Gehalts an SaP und anderen ΡΛΙ-1. Der hoho Preis dieser zur Behandlung eingesetzten Substanzen erschwert zudem eine vvirtschaftlicho Anwendung dos Verfahrens. Ein Teil der auf eine mögliche Anwendung zur Tabakbehandlung untersuchten Substanzen ist toxisch und/oder bildet flüchtige toxische Verbindungen beim Abrauchen des Tabaks. Dos ist beispielsweise bei Nickel- und Kupfersalzcn, anderen Schwcrmefallen und deren Verbindungen der Fall.

Ziel der Erfindunn:

Aufgabe der Erfindung ist es, Zusatzstoffe für Rauchtabak zu finden, mit denen Schadstoffe im Tabakrauch merklich gesenkt werden können, wobei beim Abrauchen von mit dem Zusatzstoff behandelten Tabakwaren insbesondere der Anteil an Benzo(a)pyren (BaP), anderen poylcyclischen, aromatischen Kohlenwasserstoffen (РАН) und Kohlenmonoxid (CO) verringert sowie eine Neubildung von N-Nitrosamincn unterdrückt wird, und die wirtschaftlich und damit¹großtechni" schem Maßstab eingesetzt werden können.

parleoung des '.Vosens dar Erfindung;

Diese Aufgabe wird durch einen Zusatzstoff gelöst, der aus Carbamid und/oder Amiden organischer Säuren besteht.

Die Behandlung des Rauchtabaks erfolgt in dor Weise, daß er mit einer wäßrigen Lösung, einer Emulsion oder einer Dispersion eines oder mehrerer der Zusatzstoffe getränkt,

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besprüht oder bestrichen wird.

Auf der Suche nach zur Tabakbehandlung geeigneten, nichttoxischen Substanzen wurde überraschenderweise gefunden, daß die Behandlung des Tabaks mit Carbamid, Oxalsäurediamid und anderen Amiden organi-scher Säuren zu einer Schadstoff Senkung führt, die alles diesbezüglich Bekannte bei weitem übertrifft.Die Behandlung bewirkt insbesondere eine deutliche Reduzierung des ЗаР-Gehalts sowie des Kohlenmonoxids im Tabakrauch. Eine solche SchadstoffSenkung verringert merklich das gesundheitliche Risiko der Raucher, insbesondere der verstärkt krebsbedrohten starken Raucher, ohne daß diese ihre Rauchgewohnheiten drastisch ändern müßten.

In der Reihe der erfindungsgemäß genannten Zusatzstoffe kommt dem Carbamid besondere Bedeutung zu. Carbamid ist eine physiologisch vollkommen unbedenkliche Substanz. Ober irgendwelche toxischen Wirkungen des Carbamids ist nichts bekannt. Als flüchtige Pyrolyseprodukte des Carbamids treten unter den beim Abrauchen von Tabak gegebenen Bedingungen lediglich Kohlendioxid (CO₂) und Ammoniak (NH₃) auf. Auch als Zwischenprodukt möglicherweise entstehendes Biurot zersetzt sich bei den Verbrennungstemperaturen einer Zigarette in Gegenwart des stets vorhandenen Wassers zu Kohlendioxid und Ammoniak. Das gebildete Ammoniak verbindet sich jedoch offensichtlich vollständig mit den Tabakinhaltstoffen bzw. deren Pyrolyseprodukten, denn beim Abrauchen des mit Carbamid behandelten Tabaks konnte auch bei Zusatz von mehr als 5 Gew.~% Carbamid praktisch kein Ammoniak im Hauptstromrauch nachgewiesen werden.

Mit Carbamid behandelter Tabak ist im wesentlichen vollkommen geschmacksneutral. Eventuelle minimale Geschmacks-

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Unterschieds sind durch oinc entsprechende Flavourisierung des Tabaks leicht zu kaschieren. Das Carbamid ist ferner auf dem Tabak ohne alle Veränderungen unbegrenzt haltbar.

Die Applikation des Carbamids an oder in den Tabak ist durch die iVasserlöslichkeit dieser Vorbindung auch in großtechnischen Haßstab problemlos. Id Rahmen der üblichen Tabakbearbeitung ist kein gesonderter Verfahrensschritt erforderlich. Carbamid kann beispielsweise während des Defeuchtens der Tabakblätter vor dorn Schneiden oder zusammen nit anderen Zusatzstoffen während der nachfolgenden Behandlung des Tabaks zugesetzt werden. Ein Carbanidanteil voan weniger als 10 Gew.^ ändert die Konsistenz der Tabakfaser praktisch nicht. Durch die Löslichkeit des Carbamids läßt sich der gewünschte Anteil an beigenischten Corbanid der in der Regel einige Prozent beträgt, problemlos und präzise einstellen.

Die Applikation von Oxalsäuredianid und anderen organischen Saureamidcn ist aufgrund der wesentlich schlechteren Wasserlöslichkcit dieser Substanzen mit größeren Schwierigkeiten verbunden. Sie können aber beispielsweise hochfein gemahlen in Form einer Dispersion oder gegebenenfalls in Form einer Emulsion auf den Tabak aufgebracht werden.

Es kann die gesamte Tabakmenge mit dem Zusatzstoff behandelt oder auch nur ein Teil derselben präpariert worden. Wenn nur eine Teilmenge behandelt wird, wird der Anteil an Zusatzstoff bezogen auf das Tabakgewicht größer sein als bei Behandlung der Gesamtmenge.

Die Verwendung der erfindungsgemößen Zusatzstoffe für Rauchtabak zur Senkung der beim Abreuchen dorsclben entstehenden Schadstoffe ist wirtschaftlich, wobei insbe-

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sondere Carbamic! ein preisgünstiges und in ausreichenden Mengen stets verfügbares Produkt ist. Die Preissteigerung einer Zigarette, die mit der erfindungsgemäßen Behandlung einhergeht, hält sich in einem durchaus vertretbaren Rahmen.

Die Wirkungsweise insbesondere des Carbamids bei der Reduzierung der Schadstoffe im Tabakrauch ist wie folgt denkbar:

Die РАН und damit auch das BaP entstehen bei der Pyrolyse von Tabak über mehrere Zwischenstufen. Eine Vorstufe der РАН sind Moleküle mit Einzelelektronen, die sogenannten Radikale. Das bei der Pyrolyse von Carbamid entstehende Ammoniak sowie die Aminogruppen des Carbamids reagieren wahrscheinlich mit solchen Radikalen und verhindern somit die Entstehung eines Teils der РАН bzw. des .BaP.

Darüber hinaus verhindert eine Behandlung des Tabaks mit Carbamid auch eine Bildung von N-Nitrosaminen beim Abraüchen, und zwar zumindest teilweise. Diese N-Nitrosamine können durch Reaktion von sekundären und tertiären Aminen, beispielsweise Nikotin, mit nitrosen Gasen entstehen, die durch thermische Spaltung von im Tabak befindlichen Nitraten freigesetzt werden. Primäre Aminogruppen und Ammoniak reagieren dagegen unter Bildung von Stickstoff, Schafft man durch Beigabe von Carbamid zum Tabak ein sehr großes Überangebot von primären Aminogruppen bzw. Ammoniak, so ist zu erwarten, daß die nitrosen Gase bevorzugt mit diesen reagieren. Die Wahrscheinlichkeit der Bildung von N-Nitrosaminen ist damit wesentlich gemindert.

Aufgrund dieser IV'irkungsmechanismen werden Substanzen, doren Moleküle Aminogruppen enthalten, sowie organische und anorganische Ammoniumsalze unter gewissen Umständen,

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im Prinzip zu dor gleichen Wirkung führen wie Carbamid.

Dio gegebenen Erklärungsonsätze zur schadstoffmindernden Wirkung des Carbamids· stützen sich auf die herrschende Radikaltheorie zur Entstehung von Polycylen, sind aber natürlich nicht abschließend. Es wurde gefunden, daß der Abbau anderer Polycyclen in ähnlicher Größenordnung wie Benzo(a)pyren ebenfalls stattfindet. Es wird angenommen, daß nicht nur freigesetztes Ammoniak, sondern auch die Aminogruppen deojnicht gespaltenen Carbamid zu den beobachtenden Wirkungen beitragen.

Au s f ü h r υ η с] s be 1 s ρ ie 1 e :

Oie Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispicle näher erläutert, aus denen auch die Wirkungsweise ersichtlich ist.

Beispiel 1

Eine kleinere Menge eines Feinschnitt-Tabaks wurde durch Besprühen mit -einer wäßrigen Carbamidlösung mit 5 Gew.% Carbamid präpariert. Parallel dazu wurde eine gleiche Menge des gleichen Tabaks mit der gleichen Menge destillierten Wassers besprüht. Nach Trocknen beider Tabakproben auf etwa 12 Gew.-^j Wassergehalt wurden aus diesen jeweils einige hundert Filterzigaretten mittels einer Handmaschine hergestellt. Diese Zigaretten wurden nach Überprüfung des Tabakgewichts und des Zugwiderstandes nach DIiJ 10 244 und 10 240 konditioniert und maschinell abgeraucht. Bestimmt wurden dann Rohkondonsat, Kohlenmonoxid im Tabakrauch und 3enzo(a)pyren im Tabakrauchkondensat. Die Bestimmung des Benzo(a)pyrens erfolgt nach Abtrennung der störenden Bogleitstoffс durch Säulen· und Dünnschichtchrouatographie fluorometrisch.

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Box der Auswertung dar Versuchsergebnisso stellte sich heraus, daß die Behandlung des Tabaks mit 5 Gew.% Carbamid zu einer statistisch hochsignifikanten Reduzierung

des Benzo(a)pyrens von etwa 43 %

und des Rohkondensats von etwa 20 %

sowie einer wahrscheinlichen Reduzierung des Kohlenmonoxids von etwa 15 % im Tabakrauch geführt hatte.

Beispiel 2

Zwei größere Proben Feinschnitt-Tabaks wurden wie in Beispiel 1 präpariert. Aus diesen Tabak wurden maschinell pro Versuch 30 000 filterlose Zigaretten gefertigt. Diese wurden dann« ebenfalls wie in Beispiel 1 beschrieben, weiter behandelt. Die Versuchsergebnisse bei den so hergestellten Zigaretten zeigten folgende statistisch hochsignifikante Minderungen:

Minderung des Benzo(a)pyrens etwa 32 % Minderung des Rohkondensats etwa 5 %

Minderung des Kohlenmonoxids etwa" 11 %

Besonders bemerkenswert an diesen Beispielen ist, daß die Behandlung des Tabaks in beiden Fällen zu einer bedeutenden Hinderung des BaP-Gehalts im Tabakrauchkondensat geführt hat. Im Gegensatz zu einer reiner Filorung, die den Kondensatenteil am Tabakrauch nur mengenmäßig senkt, wird im vorliegenden Fall neben der mengenmäßigen Verringerung des Kondensatanteils eine spezifische Verringerung des BaP-Gehalts im Kondensat erreicht. Da sich dor Nikotingohalt einer Zigarette im wesentlichen proportional zu ihrem Kondensatanteil bewegt, steht bei der Behandlung des Tabaks mit Carbamid eine der Senkung des Nikotingehalts überproportionale Senkung des Schadstoffanteils zu erwarten.

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Eine derartige Wirkung entspricht den Bedürfnissen des Rauchers.

Beispiel 3

Untersucht wurde der Rauch von im Battelle-Institut, Frankfurt, aus einem handelsüblichen mittelschweren Tabak hergestellten Zigaretten. Ein Teil dieses Tabaks wurde mit 5 Gevj.~% Carbamid behandelt, der andere Teil in gleicher Weise mit destilliertem Wasser präpariert. Die Zigaretten wurden nach den jeweiligen DIN-Normen ausgewählt und abgeraucht. Bestimmt wurden im Kondensat jeweils die flüchtigen N-Nitrosamine: N-Nitrosodimcthylamon (NDiIA), N-Nitrosoäthylmethylamin (ΝΞΜΑ) und N-Nitrosopyrrolidin (NPY). Im Tabak selbst konnten diese Substanzen nicht nachgewiesen werden.

Im Tabakrauchkondensat wurde eine durch Carbamid bewirkte, statisch hochsignifikante Minderung des Gehalts an allen drei Substanzen festgestellt. Im einzelnen wurden für diese Minderungen folgende V/orte ermittelt:

- NDMA

ca. 34 >j (bezogen auf die 1 g Zigarette) ca. 37 ;,з (bezogen auf 1 g Rohkondensat)

- NENA

ca. 43 % (bezogen auf die 1 g Zigarette) ca. 41 % (bezogen auf 1 g·Rohkondonsat)

- NPY

ca. 22 % (bezogen auf die 1 g Zigarette) ca. 24 % (bezogen auf 1 g Rohkondensat)

Die Minderung des NDMA-Gehslt ist von besonderer Bedeutung, da NDiIA die größte kanzerogene Aktivität aller Nitrosamine besitzt. Der für das HcMA gefundene Effekt ist aufgrund

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der geringe,ι Absolutkonzontrationcn dieoor Substanz sicherlich von untergeordneter Cedeutung. DiD verglcichs- vjcisQ gerinne Hinderung des iJPY-C-'ehalts ist wahrochoinlioh auf eine Anwesenheit von И-iiitroso-nornikotin (ΝίίιΊ) iin Tabak zurückzuführen: fJT-Y entsteht bein . .brauchen von NNU-haltigon Tabak teilweise durch thermische Spaltung des bereits vorhandenen ІЛШ. Db Carbanid wahrscheinlich keine bereits vorhandenen il-Nitroso-Gruppen zerstören kann, sondern nur ihre Neubildung teilweise verhindert, ist eine Ni!U-fiinderung und damit sekundär eine NPY-fiinderung nur für den bei der T'&bakverbrennung zusätzlich t_ebild^oten Anteil zu erwarten, das - gemessen an der Gesamtmenge - einen kleinen iünd^runccwert ergibt. Ξΐηο 3csrinnung сізз HlUi erfordert eine andere analytische Technik und war deshcib і.л .la hut η dieses Versuchs noch nicht vorgesehen.

Der folgende Versuch ist ein Deispiel für ein^Zusatzmittol aus eineu Auid einer organischen Säure.

Beispiel A

Es wurde wie in Seispiel 1 gearbeitet, wobei jedoch anstelle einer Carbcmidlösung eine wäßricc Losung aus Cxalsüurc.ionoäthylosteronid verwendet wurde.

Die Hinderung dos Den:-:o(a}pyrcns betrug etwa 21 ^.

Der geringere effekt dürfte darin zu sehen sein, öciPj im iiolckül des 2usatZi.iittels eine ceringcro Гіопге /.mid vorhanden xst als XQ Caroanid.

Claims

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ErfiDdungs anspsuch

1. Verfahren zur Behandlung von Rauchtabak zwecks Schadstoff Senkung im Rauch rail» einem Zusatzstoff, gekennzeichnet dadurch, daß der Rauchtabak mit einer wäßrigen Lösung, einer Emulsion oder einer Dispersion eines oder mehrerer Zusatzstoffe besprüht oder bestrichen wird, wobei als Zusatzstoff Carbatnid und/oder Amide organischer Säuren verwendet werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Zusatzstoff bzw. Zusatzstoffe ein oder mehrere Amide aliphatischen Mehrfach-Carbonsäuren verwendet wird bzw, werden.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Zusatzstoff Oxalsäurediamid oder Oxalsäuremonoäthylester amid verwendet wird.