JP4291371B2 - マグネシウムイオンを除去するためのタバコ抽出液の処理方法、再生タバコ材の製造方法、および再生タバコ材 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウムイオンを除去するためのタバコ抽出液の処理方法、再生タバコ材の製造方法、および再生タバコ材に関する。

天然のタバコの葉、刻み、中骨、茎、根等のタバコ材には、ニコチン、タンパク質、アルカリ金属やアルカリ土類金属のような種々の成分が含まれている。天然のタバコ材からこれら成分を抽出し、タバコへの喫味添加剤として使用することが行われている。これら天然タバコ材成分には、喫味または他の理由から、その量を減少させるか、除去することが望ましいものがある一方、除去しないか、あるいは増加させる方が望ましいものもある。

例えば、米国特許第３６１６８０１号明細書は、タバコの燃焼特性、喫味および灰特性を向上させることを目的として、タバコの水性抽出液に陽イオン交換樹脂を接触させてタバコ抽出液から金属イオン（マグネシウム、カルシウム、カリウム等）を減少させる方法が開示されている。金属イオンの減少したタバコ抽出液を抽出残渣に添加することにより、タバコの燃焼特性、喫味および灰特性が向上した再生タバコ材が得られるとされている。

本発明者らは、葉タバコ刻み中の成分がタバコ主流煙中の成分の生成に与える影響について調査してきたところ、葉タバコ刻み中に存在する金属類、特にマグネシウムが主流煙中のベンゾピレン、シアン化水素、アクロレイン、窒素酸化物（ＮＯｘ）、アミノナフタレン等の生成を促進することを見いだした。従って、葉タバコ刻みを水系抽出媒体で抽出することによって得られる抽出液からマグネシウム等の金属を除去し、その金属の除去された抽出液を、抽出残渣を用いて得られた再生タバコウエブに添加すれば、ベンゾピレン、シアン化水素、アクロレイン、窒素酸化物（ＮＯｘ）、アミノナフタレン等が低減した再生タバコ材が得られる。しかしながら、特許文献１に記載された陽イオン交換樹脂を用いてタバコ抽出液を処理すると、タバコ抽出液に含まれる金属ばかりでなくニコチンも有意に除去される。

従って、本発明は、天然タバコ材から得た抽出液からニコチン等の他の成分を有意に除去することなくマグネシウムを含む金属を除去し得る抽出液の処理方法、再生タバコ材の製造方法および再生タバコ材を提供することを目的とする。
本発明の第１の側面によれば、天然タバコ材を水系抽出溶媒で抽出することによって得られた抽出液を、少なくともマグネシウムを含む金属イオンを捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーと接触させ、それにより少なくともマグネシウム量が減少した抽出液を得ることを含むタバコ抽出液の処理方法が提供される。
本発明の第２の側面によれば、（ａ）天然タバコ材を水系抽出溶媒で抽出し、前記天然タバコ材の成分を含む抽出液と抽出残渣を得る工程、（ｂ）前記抽出液を、少なくともマグネシウムを含む金属イオンを捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーと接触させ、それにより少なくともマグネシウム量が減少した抽出液を得る工程、（ｃ）前記抽出残渣を用いて再生タバコウエブを調製する工程、（ｄ）前記少なくともマグネシウム量が減少した抽出液の少なくとも一部を前記再生タバコウエブに添加する工程を包含する再生タバコ材の製造方法が提供される。

さらに、本発明の第３の側面によれば、本発明の再生タバコ材の製造方法により製造された再生タバコ材が提供される。

以下、本発明を種々の態様に沿ってより詳しく説明する。

本発明は、少なくともマグネシウムを含む金属を捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーを用いて、天然タバコ材を水系抽出溶媒で抽出して得られた抽出液から、ニコチン等の他の成分の損失を極力抑えて、マグネシウム等の金属を実質的に除去するものである。

まず、天然タバコ材と抽出溶媒を混合し、撹拌することにより天然タバコ材を抽出処理する。

天然タバコ材としては、タバコの葉、刻み、中骨、茎、根およびそれらの混合物を用いることができる。抽出溶媒としては、水系溶媒を用いることができる。水等の水系抽出溶媒は、アルカリ性であっても、酸性であってもよい。水系抽出溶媒として、水と水混和性有機溶媒との混合物も使用し得る。そのような有機溶媒の例を挙げると、エタノールのようなアルコール類である。これら抽出溶媒には、水酸化ナトリウムのような無機塩を溶解して用いることもできる。抽出処理は、通常、室温〜１００℃の温度で、５分〜６時間程度行われる。

抽出処理の終了後、得られた抽出混合物を例えばろ過等による分離操作に供し、抽出液と抽出残渣に分ける。抽出液は、天然タバコ材中の水溶性成分、例えば、金属イオン（マグネシウム、カルシウム、カリウム等）、無機酸類（リン酸、硫酸、塩酸等）、有機酸類（リンゴ酸、クエン酸等）、ニコチン、糖類、アミノ酸類、タンパク質等を含む。
次に、分離操作により得られた抽出液を、少なくともマグネシウムを含む金属イオンを捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーを用いた金属除去操作に供する。本発明において、この金属除去操作は、抽出液を少なくともマグネシウムを含む金属イオンを捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーと接触させることにより行うことができる。使用するポリマーとしては、マグネシウムをキレート化して捕捉する官能基を側鎖に有するものが好ましい。そのような官能基としては、イミジノ酢酸基を例示することができる。本発明において、特に好ましいポリマーは、下記式：

で示される繰り返し単位を有するポリマーである。かかるポリマーは、市販されている（例えば、三菱化学社製ＤＩＡＩＯＮ ＣＲ−１１）。このポリマーは、３００〜１１８０μｍの範囲の粒度を有し、７３０ｇ／Ｌの見掛密度を有する。

本発明に使用するポリマーは、水不溶性である。

上記ポリマーは、金属としてマグネシウム以外に、カルシウム、カリウム等を捕捉することができる。このポリマーを使用することにより、ニコチン、糖類、アミノ酸、タンパク質等の他の成分の損失を極力抑えてタバコ抽出液からマグネシウムを有意に除去することができる。

用いるポリマーの量は、ポリマーの種類により異なり得るが、上記繰り返し単位を有するポリマーの場合、抽出液１００ｍＬに対して２０ｇ以下とすることが好ましい。抽出液１００ｍＬ当り２０ｇを超える量のポリマーを使用すると、金属イオン以外の成分も有意に除去される恐れがある。ポリマーの使用量は、抽出液１００ｍＬに対して８ｇ以下とすることがさらに好ましい。また、ポリマーは、抽出液１００ｍＬに対して、４ｇ以上用いることが好ましい。

また、抽出液とポリマーを接触させる際の温度に特に制限はなく、抽出液の凍結温度を超え、沸点未満の温度で接触させることができる。

こうして、マグネシウムが有意に除去された抽出液が得られる。

なお、天然タバコ材を抽出後ろ過して得られるろ液には、上述のようにタンパク質やデンプン等の比較的高分子量の物質が含まれ、これら物質によりポリマーの金属除去効果が阻害される恐れがある。そこで、このろ液を遠心分離に供し、上清と沈殿物を分離し、上清にポリマーを添加することが好ましい。遠心分離後に得られる沈殿物には、タバコ香喫味に必要な成分が含まれるので、これを、ポリマーで処理した上清とともに再生タバコに添加することができる。

次に、本発明の再生タバコ材の製造方法を説明する。

天然タバコ材を水系抽出溶媒で抽出した後分離操作により得られる上記抽出残渣は、実質的に繊維からなる。この抽出残渣を用いて、常法により、再生タバコウエブを製造する。この再生タバコウエブは、その一部が抽出残渣により構成されるものでもよいし、その全部が抽出残渣により構成されるものでもよい。

次に、上記マグネシウムが除去された抽出液を濃縮し、または濃縮することなく、その少なくとも一部を再生タバコウエブする。こうして所望の再生タバコ材が得られる。この再生タバコ材を用いて作製したシガレットは、燃焼時に生成する煙中のベンゾピレン、ＨＣＮ、アクロレイン、窒素酸化物、アミノナフタレン等が有意に低減したものとなる。

以下、本発明を実施例により説明する。

＜タバコ刻みの調製＞
黄色種本葉刻み１００ｇに純水１０００ｍＬを加え、２０℃で３０分間振盪抽出処理し、孔径０．７５ｍｍのテフロン（登録商標）製メッシュを用いてろ過してろ液と抽出残渣を得た。得られた抽出残渣を乾燥した。

他方、上記ろ液を遠心分離（３０００ｒｐｍ、１０分）し、上清と沈殿物を得た。得られた上清にキレート樹脂（三菱化学社製ＤＩＡＩＯＮ ＣＲ−１１）を０．８ｇ／１０ｍＬの割合で添加し、２５℃で３０分間振盪した後、静置し、上清を得た。この上清を上記遠心分離で得た沈殿物と合わせ、凍結乾燥し、得られた凍結乾燥物を純水に溶解し、上記乾燥した抽出残渣に均一に噴霧し、タバコ刻みを調製した。

また、上記抽出処理で得たままのろ液を上記再生ウエブに均一に噴霧し、これを切断して対照のタバコ刻みを調製した。

＜シガレットの作製＞
上記のように調製した各刻みを室温（２２℃）、相対湿度６０％に保たれた調和室で４８時間調湿した後、小型紙巻タバコ巻き上げ機（ＲＩＺＬＡ ＵＫ社製）により刻み重量７００ｍｇ、長さ５９ｍｍ、巻周２５ｍｍのシガレットを作製した。

＜刻み中の主要成分の分析＞
刻み中の主要成分の分析は、以下のように行った。

（ａ）金属類、無機酸類、有機酸類
刻み１ｇを純水１０ｍＬで振盪抽出（２５℃、３０分）し、０．４５μｍポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターでろ過した。ろ液中に含まれる金属類（Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ）、無機酸類（リン酸イオン、塩化物イオン、硫酸イオン）、有機酸類（リンゴ酸、クエン酸）をキャピラリー電気泳動装置（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）で定量した。

（ｂ）ニコチン
文献Ａ（Ｏｆｆｉｃｉａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｔｈｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ（Ｃａｎａｄａ），ｄａｔｅｄ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ３１，１９９９）に規定されている刻み中成分分析法に従い、刻み中ニコチンを定量した。

（ｃ）糖類
刻み１ｇを水１０ｍＬで振盪抽出（２５℃、３０分）し、０．４５μｍＰＴＦＥフィルターでろ過した。ろ液中に含まれる糖類（グルコース、フルクトース）を高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で定量した。

使用した分析機器…Ａｇｉｌｅｎｔ社製ＨＰＬＣ１１００シリーズ（逆相）
分析条件…カラム：Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ（２５０×４．６ｍｍ）；移動相：アセトンと水のグラジエント；検出器：示差屈折計；定量：絶対検量線法。

（ｄ）アミノ酸
刻み１ｇを水１０ｍＬで振盪抽出（２５℃、３０分）し、０．４５μｍＰＴＦＥフィルターでろ過した。ろ液中に含まれるアミノ酸をアミノ酸自動分析装置（日本電子社製ＪＬＣ−５００）で定量した。

＜主流煙中成分の分析＞
（Ｉ）喫煙条件
シガレットの燃焼はＩＳＯ法の標準喫煙条件に従って行った。すなわち、自動喫煙器で１分間隔で２秒間、毎回３５ｍＬ吸煙、吸殻長２３ｍｍの条件で吸煙させ、主流煙を捕集した。

（ＩＩ）主流煙中成分分析法
主流煙中のＨＣＮ、ベンゾピレン（Ｂ［ａ］Ｐ）、アクロレイン、ＮＯｘ、２−アミノナフタレンを上記文献Ａに規定されている煙中成分分析法に準拠して以下のように分析した。

（ａ）ＨＣＮ
シガレット２本の主流煙をガラス繊維フィルターおよび０．１Ｎ水酸化ナトリウム溶液３０ｍＬを含むインピンジャー１本で捕集した。タールを含むフィルターを０．１Ｎ水酸化ナトリウム溶液３０ｍＬで３０分間振盪抽出した後、０．４５μｍＰＴＦＥフィルターでろ過した。ろ液およびインピンジャー液に含まれるシアン化物イオンを自動分析器（ＢＲＡＮ＋ＬＵＢＢＥ）で比色分析し、主流煙中のＨＣＮを定量した。

（ｂ）アクロレイン
シガレット２本の主流煙を２，４−ＤＮＰＨ酸性アセトニトリル溶液１００ｍＬを含むインピンジャー１本（氷冷）で捕集した。捕集液を６０〜９０分間室温で放置した後、０．４５μｍＰＴＦＥフィルターでろ過した。ろ液６ｍＬに１％ｔｉｒｉｚｍａ ｂａｓｅ液４ｍＬを加えた後、ＨＰＬＣでアクロレインを定量した。

使用した分析機器：Ａｇｉｌｅｎｔ社製ＨＰＬＣ１１００シリーズ（逆相）
分析条件…カラム：Ｍｅｒｃｋ Ｌｉｃｈｒｏｓｐｈｅｒ ＲＰ−１８ｅ；移動相：アセトニトリル、純水、テトラヒドロフラン、イソプロパノールのグラジエント；検出器：ＵＶ；定量：絶対検量線法。

（ｃ）Ｂ［ａ］Ｐ
シガレット２本の主流煙をガラス繊維フィルターで捕集した。フィルターの重量変化の測定によりシガレット１本当りの粗タール量を算出し、タールを含むフィルターをシクロヘキサン（粗タール１ｍｇに対し、溶媒１ｍＬの割合で抽出）で３０分間振盪抽出した後、０．４５μｍＰＴＦＥフィルターでろ過した。ろ液をＳｅｐ−Ｐａｋ Ｐｌｕｓ ＮＨ２ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ（ＷＡＴＥＲＳ）に装填し、ヘキサンで回収した回収液を５０℃の窒素下で乾固させた。乾固物をアセトニトリル１ｍＬに溶解した後、ＨＰＬＣでＢ［ａ］Ｐを定量した。

使用した分析機器…Ａｇｉｌｅｎｔ社製ＨＰＬＣ１１００シリーズ（逆相）
分析条件…カラム：ＹＯＫＯＧＡＷＡ Ｅｘｃｅｌｐａｋ ＳＩＬ−Ｃ１８ ３Ａ；移動相：純水のグラジエント；検出器：ＦＬＤ；定量：絶対検量線法。

（ｄ）ＮＯｘ
シガレット１本の主流煙をガラス繊維フィルターを通過させて化学発光検出器（島津社製ＣＬＭ−５００）に導入し、主流煙中のＮＯｘを定量した。

（ｅ）２−アミノナフタレン
シガレット２本の主流煙をガラス繊維フィルターで捕集した。タールを含むフィルターを５％塩酸溶液３０ｍＬで３０分間振盪抽出した後、０．４５μｍＰＴＦＥフィルターでろ過した。ろ液を分液ロートに移し、内部標準液を加えた後、ジクロロメタンで３回洗浄し、水層に５０％水酸化ナトリウム溶液を加え、ｐＨを１２以上に調整した。これをヘキサンで抽出し、硫酸ナトリウムで脱水した後、トリメチルアミンとＰＦＰＡ（ペンタフルオロプロピオン酸無水物）でアシル化した。これをＦｌｏｒｉｓｉｌ ＳＰＥ Ｃｏｌｕｍｎ（ＳＰＥＬＣＯ）に装填し、ヘキサン／ベンゼン／アセトン混合液（５／４／１（体積比））で回収した回収液を３８℃の窒素下で１ｍＬまで濃縮し、２−アミノナフタレンを質量分析ガスクロマトグラフィー（ＧＣ−ＭＳ）で定量した。

使用した分析機器…Ａｇｉｌｅｎｔ社製ＨＰＬＣ１１００シリーズ（逆相）
分析条件…ＳＩＭモード；カラム：ＨＰ−５ＭＳ ０．２５μｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；定量：内部標準法。

上記の方法を用いて、それぞれのシガレットを繰り返し点数３回で測定し、シガレット１本当りの成分量の平均値および標準偏差を算出した。それぞれの成分について対照を１００とした場合の相対値（％）を算出し、ｔ検定を用いて相対値の統計的有意差を検討した。

作製した刻み中の成分の分析結果を表１に示す。

表１に示すように、キレート樹脂による処理によりＭｇ、Ｃａ、Ｋはそれぞれ７８％、８２％、５７％除去されたが、ニコチン、糖類等の他の成分は、０〜１０％程度しか除去されなかった。

次に、主流煙中の成分の分析結果を表２に示す。

キレート樹脂で処理した抽出液を添加したシガレットでは、シガレット１本当りで対照と比較して、Ｂ［ａ］Ｐが３１％、ＨＣＮが５７％、アクロレインが２４％、ＮＯｘが５１％、２−アミノナフタレンが１８％低減した。また、粗タール（ＴＰＭ）当りで比較しても、約１０〜５０％の成分低減効果が認められた。

以上述べたように、本発明によれば、天然タバコ抽出液から、ニコチン等の他の成分を有意に除去することなく、マグネシウムを効率的に除去することができる。従って、このマグネシウムが除去された抽出液を抽出残渣を用いて製造された再生タバコウエブに添加して得られる再生タバコ材は、主流煙中のベンゾピレン、シアン化水素、アクロレイン、窒素酸化物（ＮＯｘ）、アミノナフタレン等の生成が大幅に抑制される。

Claims (7)

1. 天然タバコ材を水系抽出溶媒で抽出することによって得られた抽出液を、少なくともマグネシウムを含む金属イオンを捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーと接触させ、それにより少なくともマグネシウム量が減少した抽出液を得ることを含むタバコ抽出液の処理方法。
2. 前記官能基が、キレート化により金属イオンを捕捉する官能基である請求項１に記載のタバコ抽出液の処理方法。
3. 前記ポリマーが、式：
   

   

   で示される繰り返し単位を有する請求項２に記載のタバコ抽出液の処理方法。
4. （ａ）天然タバコ材を水系抽出溶媒で抽出し、前記天然タバコ材の成分を含む抽出液と抽出残渣を得る工程、
   （ｂ）前記抽出液を、少なくともマグネシウムを含む金属イオンを捕捉する官能基を側鎖に有するポリマーと接触させ、それにより少なくともマグネシウム量が減少した抽出液を得る工程、
   （ｃ）前記抽出残渣を用いて再生タバコウエブを調製する工程、
   （ｄ）前記少なくともマグネシウム量が減少した抽出液の少なくとも一部を前記再生タバコウエブに添加する工程
   を包含する再生タバコ材の製造方法。
5. 前記官能基が、キレート化により金属イオンを捕捉する官能基である請求項４に記載の再生タバコ材の製造方法。
6. 前記ポリマーが、式：
   

   

   で示される繰り返し単位を有する請求項５に記載の再生タバコ材の製造方法。
7. 請求項４に記載の方法により製造された再生タバコ材。