KR20140045601A

KR20140045601A - 담배 필터

Info

Publication number: KR20140045601A
Application number: KR1020117027715A
Authority: KR
Inventors: 티보르 스자르바스
Original assignee: 스졸로시, 피터; 산이, 제노
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2014-04-17
Also published as: HRP20150006T8; KR101702966B1; RS53730B1; PL2434914T3; JP2012525140A; DK2434914T3; IL215750A; US20120132219A1; TN2011000539A1; CN102458164B; AU2009345534A1; JP5832991B2; UA100340C2; US9032970B2; ME02045B; HRP20110876A2; AU2009345534B2; SI2434914T1; EP2434914B1; ZA201108345B

Abstract

본 발명은 특별한, 고효율 담배 필터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 해당 기술 분야에서 이전에 사용하지 않은 천연(natural origin) 물질이 사용된 새로운 담배 필터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 알려진 셀룰로스 아세테이트 필터와 결합될 때, 담배 연기의 독성 성분들을 흡착하고, 상기 담배를 연소하는 동안 생성된 자유 라디칼들을 중성화하는데 사용될 수 있는 특별한, 고효율 담배 필터에 관한 것이다.

Description

담배 필터{CIGARETTE FILTER}

특히, 본 발명에 따른 상기 담배 필터는 또한 높은 산화방지 능력으로 인해서 생물학적 샘플들 내에서 유전 독성을 제거하고 상기 자유 라디칼들을 제거하는데 적합하며(SCE = 자매염색분체교환(sister chromatid exchange), FACS = 형광이용세포분류기(fluorescence activated cell sorter), AOX = 산화방지제(antioxidant)); 담배의 암 발생에 책임이 있는 주요 요인들 중에서 하나인 ²¹⁰Po의 양을 크게 감소시키고, 다환식 방향족 탄소수소(polycyclic aromatic hydrocarbon; PAH), 특히 벤조피렌(benzo(a)pyrene)의 양을 감소시키며, 중금속 원소들의 양을 감소시킨다.

담배 흡연은 심각하고 돌이킬 수 없는 건강 손상을 야기하며, 널리 퍼진 해로운 인간의 취미활동이다. 최근에, 흡연은 불치의 암질환의 다른 여러 가지 요인들 중에서 가장 중요한 원인이다. 흡연에 의한 건강 손상은 전 세계적으로 심각한 사회적 및 재정적 문제를 일으킨다. 예를 들어, 유럽연합(EU) 국가들 내에서만 500,000명 이상의 사람들의 조기 사망(premature death)이 흡연의 해로운 효과들에 기인한다.

그 결과, 전 세계가 흡연을 억제하고 흡연에 의한 손실들을 경감하는데 노력을 기울인다. 이것은 부분적으로 흡연을 포기하거나 사람들이 흡연을 그만두도록 설득함으로서 달성되고, 부분적으로 상기 담배 연기가 인체로 유입되기 전에 가능한 여과하는 방법으로 달성된다.

일반적으로 수십 년간 전 세계적으로 이용되는 후자의 해결책의 수단은 담배 필터이다. 최근, 상기 필터는 그 자체로 상기 담배 내에서 직접적으로 그 일 단부에 내장되는 부분(segment)이고, 상기 담배 연기가 오직 상기 필터를 통해서만 기도와 폐로 유입될 수 있도록 설치된다. 상기 담배 연기 내의 해로운 물질들의 양은 담배 필터들에 의해서 효율적으로 감소될 수 있다. 따라서 연구자들은 흡연의 치명적 결과들을 상당하게 감소시키거나 막을 수 있는 담배 필터를 연구하는데 집중한다.

담배 연기는 수천 개의 화학 물질들을 포함하며, 그들 중에서 아래에 기재한 물질이 많은 질병들(예를 들어, 심장혈관계 질환, 호흡기 질환 및 암 등)을 일으키는데 책임이 있는 것으로 알려졌다.

- 니코틴

- 타르

- 일산화탄소

- 니트로사민(nitrosamine)

- 다환식 방향족 탄소수소(polycyclic aromatic hydrocarbon)(벤조피렌)

- 산화질소

- 시안화수소(hydrogen cyanide)

- 중금속

- 폴로늄 방사성 동위원소(polonium radioisotope)(담배 식물에 축적됨)

- 그 외.

선행기술은 상기 담배 연기의 상기 해로운 물질들의 여과에 관한 여러 가지 해결책들을 포함하며, 또한 해당 기술 분야에서 많은 특허출원들이 지난 수십 년 동안 출원되었다.

현재까지 다른 물질들 또는 첨가제들이 상기 담배 필터들을 향상시키기 위해서 사용되어왔다.

JP 59-71677은 주요 성분으로서 규산마그네슘(magnesium silicate), 찻잎 추출물, 커피콩 추출물 및 밤나무 타닌을 표면상에 포함하는 다공성 천연물질들을 포함하는 필터 구성을 설명한다.

JP-5-115273A는 녹차로부터의 에피갈로카테킨 갈레트(epigallocatechin gallate)를 담배 그 자체 및 필터 부분들과 혼합하여 얻어진 담배를 설명한다.

JP-5-2315991A는 엘라그산(ellagic acid)을 포함하는 담배 필터를 설명한다. 그럼에도 불구하고, 향기와 기호성(palatability)을 유지하면서 타르 성분을 효율적으로 제거하는 것은 불가능하다.

한편, JP-63-248380A는 활성 탄소의 사용을 제안한다. 활성 탄소는 실제로 연기의 성분들 중에서 많은 것들에 대해서, 자유 라디칼들에 대해서도, 뛰어난 흡착제이지만, 또한 감각과 기호성에 불리한 영향을 미친다.

중국 특허 번호 1145206A는 차(tea)로부터 추출된 폴리페놀(polyphenol), 비타민 C 및 활성 탄소를 포함하는 필터를 개시한다.

미국 특허 번호 7,302,954는 다공성 물질들 또는 셀룰로스 아세테이트 필터를 캐리어(carrier)로 사용하여 포도 프로안소시아니딘(proanthocyanidin)을 포함하는 담배 필터들을 개시한다. 순수한 프로안소시아니딘은 상기 담배 연기로부터 자유 라디칼들을 제거하는데 뛰어난 효과를 가진다. 하지만, 이 특허는 물과 수산화 알코올(hydrated alcohol)을 사용하는 시간 소모가 크고, 값비싼 추출 과정과 액체 또는 반고체 상태의 물질을 제공하는 상기 추출물의 정제를 제안한다. 이 물질은 상기 추출 용액으로부터 상기 추출 용매를 진공 증류법, 분무건조법 또는 동결건조법에 의해서 제거함으로써 건조된 프로안소시아니딘 또는 상기 프로안소시아니딘을 포함하는 응축물로 이용될 수 있다. 이들 모든 공정들은 시간이 많이 걸리고, 많은 에너지를 요구한다. 또한 상기 특허는 상기 포도의 대응하는 성분들이 크게 향상된 효과를 가지는 다른 형태들로 이용될 수 있다는 것을 제안하지 않았다.

최근 연구자들은 단순히 타르, 니코틴 및 일산화탄소의 양을 감소시키는 것뿐만 아니라 호흡기 질환의 발생에 주로 책임이 있는 상기 담배 연기의 다른 성분들의 제거에, 주로 상기 자유 라디칼들의 제거, 집중하고 있다. 약 600,000개의 자유 라디칼들이 1회의 빨아들임에 의해서 폐로 유입된다. 이러한 영향은 예를 들어 염색체 이상 검사, 또는 Ames and Comet test, SCE, FACS에 의한 화학발광의 측정과 같은 적절한 방법에 의해서 측정될 수 있다.

다환방향족 탄화수소(polyaromatic hydrocarbons), 발암성 벤조피렌(benzo(a)pyrene), 디벤즈안트라센(dibenzanthracene), 디메틸-벤즈안트라센(dimethyl-benzanthracene)의 화학발광 가능성이 수년 전에 Anderson에 의해서 입증된 것은 잘 알려져 있다[W. Anderson , Nature ( Lond .), 160,892 (1947)]. 그는 다환방향족 탄화수소의 히드록실화 물질대사(metabolic hydroxylation)가 악성 변화들을 일으킬 수 있는 화학발광과 동반되는 것을 높은 안목으로 예측하였다. 이것은 상기 다환방향족 탄화수소의 돌연변이 유발성(mutagenicity)과 발암성(carcinogenic) 영향을 촉진시키는 "어두운(dark)" 화학, 특히 일종의 여기된 상태를 발생시키는 생화학적 반응들의 기본적인 아이디어이다. Anderson의 아이디어는 여러 연구자들에 의해서 반복되어 주장되었고, 그의 결과들은 지지되었다[C. S., Foote and S. Wexlker: J. Am. Chem Soc., 86, 3879 (1964); E. H. White, J. Wiecke, D. R. Roswell : J. Am . Chem . Soc ., 91, 5194 (1969); E. H. White , and C. C. Wei : J. Am . Chem . Soc ., 92, 2167 (1970); E. H. White , E. Rapaport , H. H. Seliger, T. A. Hopkins: Bioorg. 30 Chem., 1, 92 (1971); A. A. Lamola: Biochem. Biophys. Res. Commun. 43, 893 (1971)].

그 후, 많은 연구들이 상기 담배 연기가 산소와 반응하여 화학발광을 생성하는 불안정한 분자들을 높은 농도로 포함한다는 것을 입증하였다. 이러한 화학발광은 에어로졸 상에 집중된다; 그것은 연소 시스템의 글라스 울 필터(glass wool filter)들에 흡착되어서 형성되고, 측정을 위해서 유기 용매들에 의해서 추출될 수 있다. 상기 화학발광 반응의 산소-의존성을 입증했고, 그 속도론(kinetics)과 활성화 에너지를 밝혀냈으며, 발광 스펙트럼들과 절대 광자 강도(absolute photon intensity)를 연구했던 Seliger와 동료들의 연구들은 강조되어야 한다[H. H. Seliger, W. H. Biggley, J. P. Hamman, Science, 185 (147) 253-6 (1974)]. 상기 담배 연기뿐만 아니라 상기 담배 연기의 사이드 플로(side flow)(파이프 흡연, 오크나무, 단풍나무, 산딸나무 및 차(tea)의 잎들의 흡연)도 자발적인 화학발광을 보인다는 것이 밝혀졌다. 담배 마는 종이 또는 대팻밥은 매우 낮은 화학발광을 보인다. 하지만, 화학발광은 담배 연기에 의해서 오염된 공간의 공기로부터 얻어지며, 글라스 울로 이동된 공기 샘플들에서 상당하게 측정될 수 있다. 새로 생긴 담배 연기는 오래된 담배 연기보다 많은 자유 라디칼들을 포함한다. 유기 염기는 상기 연기로부터 비롯된 상기 자유 라디칼 및 상기 다환방향족 탄화수소에 대한 산소의 공격을 가속시킨다. 화학발광을 일중항 산소(singlet oxygen)의 생성물과 연결시키는 것이 반드시 필수적인 것은 아니다. 열분해 생성물들은 충분한 양의 불안정 라디칼들을 포함하여, 바닥상태(삼중항(triplet)) 산소와 직접적으로 반응한다. 상기 화학발광의 반응속도는 라디칼 연쇄반응 메커니즘을 보여준다. 주로 흡연자들에서 이미 폐 내부에 존재하고, 담배 연기로부터 비롯된 화학발광 전구체들인 타르 및 다른 잠재하는 발암성 분자들은 발암작용을 촉진하는 이들 분자들의 여기된 상태를 형성한다. 담배 연기로부터 비롯된 오래 지속되는 화학발광은 잔류 때문에, 상기 연기의 흡입에서 상기 흡연자들은 높은 화학발광 도즈(dose)를 획득한다는 것을 분명하게 입증한다.

따라서 본 발명은 상기 기술분야의 기술 수준에 속하는 해결책들의 장점을 가지지만, 동시에 그들의 단점을 최대한 제거하는 특별한 고효율 담배 필터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 화학발광이 감소될 수 있는 담배 필터의 개발에 관한 것이다.

놀랍게도 아래에서 설명될 특정한 천연 물질들이 상기 담배 필터에 이용될 경우, 본 발명의 상기 목적은 용이하고 성공적으로 달성될 수 있다.

연구 과정에서, 폴리페놀 산화방지제들의 조합이 상기 필터들에서 사용될 경우, 자유 라디칼들, 니코틴, 타르, 벤조피렌(benezo(a)pyrene) 및 다른 유해한 물질들의 감소가 가장 성공적으로 실현될 수 있음이 발견되었다. 본 발명에서 포도 씨 및 껍질 그리스트(grist)가 상기 필터들에서 산화방지제로 이용된다. 또한 상기 필터들에서 아스타잔틴(astaxanthin) 및/또는 크랜베리가 산화방지제들로 이용된다.

상기 포도 씨 및 껍질 그리스트는 단속으로 또는 바람직하게는 아래에서 설명되는 다른 성분들과 혼합되어 사용될 수 있다.

아스타잔틴은 강한 산화방지 활동도를 가지는 자연적으로 발생하는 카로티노이드 염료(carotinoid pigment)이다. 또한 아스타잔틴은 강한 자유 라디칼 제거 활동도를 가지며, LDL 콜레스테롤, 세포막들, 세포들 및 조직(tissue)들의 산화 손상, 지질과산화(lipid peroxidation)를 막는다. 아스타잔틴의 산화방지 능력은 베타 카로틴(beta carotine)의 산화방지 능력보다 40배 이상 크고, 비타민 E의 산화방지 능력보다 1000배 이상 크다. 상기 아스타잔틴은 예를 들어 미세조류 또는 연어로부터 제조될 수 있으며, 많은 국가들에서 영양 보충제로 시장에 존재한다. 그것은 건강에 해로운 물질들을 포함하지 않는다. 상기 아스타잔틴은 AHD International LLC(Atlanta, US)사로부터 구할 수 있다. 상기 아스타잔틴은 단독으로 또는 바람직하게는 아래에서 설명되는 다른 성분들과 혼합되어 사용될 수 있다.

크랜베리는 자연 발생적으로 생기는 과일이다. 크랜베리에는 해로운 산화 과정들로부터 우리의 기관을 보호하고, 노화로부터 우리의 신체를 구하는 산화방지제들(안토시아니딘(anticyanidins), 탄닌산(tannins))이 매우 풍부하다. 그것은 심혈관계 질환들의 예방에 추천되고, 그 항균성 효과로 인해서, 염증들을 유발하는 세균감염들의 예방 및 처리에 추천되며, 면역 시스템의 강화에 추천되고, 애피타이저로 이용된다. 신선한 주스 또는 농축액이 상기 과일로부터 제조될 수 있지만, 건조된 과일 또는 과일차도 또한 제조될 수 있다. 본 발명의 상기 필터들에서, 상기 크랜베리는 그리스트 형태로 이용된다. 상기 크랜베리 그리스트는 단독으로 또는 바람직하게는 아래에서 설명되는 다른 성분들과 혼합되어 사용될 수 있다.

본 발명의 일 측면에서 산화방지 활동도 포도 성분들이 이용된다. 바람직하게, 씨(pip)들과 껍질이 이용된다. 상기 포도의 상기 씨들과 상기 껍질은 포도 처리의 부산물들이고, 포도 처리 공장에서 얻을 수 있다. 본 발명의 중요한 장점은 상기 포도 씨 그리스트(grist)가 포도 재배 및 포도주 양조업이 있는 세계 어느 지역에서나 매우 저렴한 가격으로 많은 양을 구할 수 있다는 점이다. 이러한 출발 물질은 일반적으로 폐기물 또는 쓰레기로 인식되므로, 본 발명은 또한 폐기물 처리의 향상에 기여한다.

상기 씨들과 상기 껍질은 그리스트의 형태로 이용될 수 있다. 상기 포도 씨들의 상기 그리스트는 지용성(lipophylic) 특성을 가지는 다환방향족 탄화수소(PAH)를 용해할 수 있고, 또한 여기된 상태의 다환방향족 탄화수소에 의해서 야기된 화학발광을 제거하는 이외에, 상기 다환방향족 탄화수소를 제거한다.

상기 포토 껍질의 추출물과 함께 처리된 상기 포도 씨 그리스트는 또한 요구되는 산화방지 수준을 수득하는데 적합하다는 것을 발견되었다.

그러한 그리스트들의 제조 및 상술된 추출물과 함께하는 상기 그리스트들의 처리는 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으며, 식품 산업 및 제약 산업에서 일반적으로 사용되는 방법들에 따라 수행될 수 있다.

상기 그리스트는 2가지 성분 혼합물의 형태, 보다 바람직하게는 균일 혼합물의 형태로 이용될 수 있다. 상기 혼합물의 제2 성분으로 예를 들어 넓은 표면적 AlOOH.H₂O 및/또는 Al₂O₃ 및/또는 실리코알루미네이트가 이용될 수 있다. 추가적으로, 활성 탄소, 실리카 겔, 알루미나, 제올라이트(zeolite), 실리카, 셀룰로스 입자, 셀룰로스 아세테이트 입자, 점토, 소결된 화산재(sintered volcanic ash), 녹말 입자 및 이들의 혼합물들 등이 제2 성분으로 이용될 수 있다. 상기 제2 성분은 상기 혼합물 내에 약1% 내지 약99%w/w의 범위로 존재한다. 제2 성분으로 적합한 상술한 물질들은 모두 상업적으로 얻을 수 있으며, 예를 들어 MAL Rt.(Ajka, Hungary)로부터 얻을 수 있다. 보다 향상된 결과를 위해서, 이들 제2 성분들은 비활성 가스로 처리될 수 있다.

이들 제2 성분들의 비표면(specific surface)은 상기 포도 씨 및 껍질 그리스트의 활동도에 부정적인 영향을 미치지 않는 넓은 범위, 예를 들어 1㎡/g 내지 10000㎡/g, 보다 바람직하게는 10㎡/g 내지 4000㎡/g(예를 들어 10㎡/g 내지 2000㎡/g) 사이의 범위에서 선택될 수 있다.

상기 산화방지제 및 상기 제2 성분을 포함하는 상기 균일혼합물의 평균 입자 크기는 0.02㎜-0.9㎜, 예를 들어 0.2㎜-0.5㎜일 수 있다.

본 발명의 상기 담배 필터들의 가장 중요한 장점은 연소하는 동안, 그것의 구조적인 물 성분 때문에 상기 필터가 상기 담배 연기의 상기 유독성 성분들의 용해도를 높이고 상기 자유 라디칼들을 중성화시키며 이들 해로운 성분들의 양을 건강 한계 값들보다 아래로 떨어뜨리는 친수성 겔로 변화하기 때문에, 상기 필터들이 입자 상태의 생성물들(타르, 니코틴 등) 뿐만 아니라 증기 상태의 생성물들도 흡착한다는 점이다. 상기 포도 씨들의 상기 그리스트는 지용성 특성을 가지는 상기 다환방향족 탄화수소(PAH)를 용해할 수 있고, 또한 상기 다환방향족 탄화수소를 제거하므로, 추가적으로 여기된 상태의 상기 다환방향족 탄화수소에 의해서 야기된 상기 화학발광의 소멸시킨다.

본 발명의 추가적인 장점은 상기 제2 성분들과 혼합된 상기 산화방지제들을 사용하는 것이 상승효과를 제공하여 알려진 선행 기술의 필터들보다 매우 높은 여과 성능을 나타낸다는 점이다.

본 발명의 추가적인 장점은 상기 필터가 알려진 해결책들과 달리 흡연하는 동안 담배의 기호(taste)를 변화시키지 않는다는 점이다.

상술한 것을 지지하기 위해서, 새로운 종류의 담배 연기 필터들이 제조되었다. 상술된 상기 산화방지제 및 상기 제2 성분을 포함하는 2-성분 혼합물이 균질화되고, 공동(cavity) 필터들에 채워진다.

비록 실험적인 목적으로 공동(cavity) 필터들이 이용되었지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 모든 종류의 필터들에 본 발명을 수행하는 것은 자명하다.

상기 필터들이 이용되는 상기 산화제 및 상기 제2 성분을 포함하는 상기 2-성분 혼합물의 양은 연소되는 개별 담배에 의존한다. 예를 들어, 상기 혼합물의 양은 1㎎-500㎎일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 필터들에서, 통제(control)된 경우와 비교하여, 화학발광의 강도의 감소를 나타내는 도표이다. 상부의 곡선은 통제된 경우이고, 하부의 곡선은 본 발명의 상기 필터를 나타낸다.

원료

하기의 물질들은 조합된 필터들에서 사용되었다.

a) 넓은 표면적 AlOOH.H ₂ O

화학적 조성: Al₂O₃ : 70 % min

비표면(specific surface): 270㎡/g (최소한)

비중: 250-350 g/ℓ

기공 부피: 0.8 ㎖/g (최소한)

입자 크기 분포: <25 micrometer: 적어도 20%

<45 micrometer: 적어도 50%

<90 micrometer: 적어도 85%

상기 물질의 건강에 대한 무해성은 공식적으로 증명된다.

b) 알루미늄 산화물 - Al ₂ O ₃

부피 밀도(bulk density): 300-400 g/ℓ

비표면(specific surface): 270㎡/g (최소한)

비중: 300-400 g/ℓ

기공 부피: 0.8 ㎖/g (최소한)

입자 크기 분포: <25 micrometer: 적어도 20%

<45 micrometer: 적어도 50%

<90 micrometer: 적어도 90%

>1000 micrometer: 0%

상기 물질의 건강에 대한 무해성은 공식적으로 증명된다.

c) 비정질 실리코알루미네이트(silicoaluminate)

평균 입자 크기: 106 micrometer

비표면: 377㎡/g

기공 부피: 1.2 ㎖/g

기공 반경: 200Å

d) 산화방지제들:

i) 포도의 씨(pip) 및 껍질 그리스트(grist)의 폴리페놀들

100g 당 조성

폴리페놀 4-10g, 바람직하게 6-7g

탄수화물 5.5g

지방 6g

단백질 0.5g

물 4g

입자 크기 분포 0.2-0.6㎜

상기 폴리페놀들은 광도계적으로 갈산(gallic acid)과 연관되는 Folin-Denis method에 의해서 확인되었다. 자유 라디칼 구속 능력은 Randox Total Antioxidant Status (Randox Laboratories Inc.) 시약 세트를 이용하여 증명되었다.

ii) 아스타잔틴(astaxanthin)

iii) 크랜베리 (vaccinum macrocarpon) 건조 그리스트(grist)

그 폴리페놀 함량은 적포도 그리스트의 폴리페놀 함량과 동일하다.

측정 방법들

A) 화학발광-측정

담배들이 연소되고, 상기 연기가 즉시 벤젠에 흡착된다.

연소: 흡입 횟수(whiffing number) 37

흡착 액체: 벤젠 5㎖

측정 방법: Berthold BF 5000 액체 신틸레이션 분석기(scintillation spectrometer)

상대적 강도의 감소 측정: 0.1/min

상술한 바와 같이, 상기 연기(에어로졸 상태)는 직접적으로 벤젠에 흡착되었고, 상기 5㎖의 벤젠 용액은 즉시 20㎖의 유리 크벳(cuvette)에 이동되었으며, 2분 후에 상기 화학발광의 변화가 측정되었다. 5㎖의 벤젠은 화학발광을 나타내지 않는 기준 측정(background measurement)으로 이용되었다.

B) 필터 상에서 3중수소 방사성 벤조피렌(BAP-³H)의 흡착 조사

상기 조사의 파라미터들:

인가된 방사능: 4.82 kBq/ 10㎕ (289496 dpm)

유량(flow): 42-45㎖/min

액체 흡착제: 1500㎕ 물

활동도(activity) 측정: 150㎕ 샘플

측정 방법: Berthold BF 5000 액체 신틸레이션 분석기

신틸레이터(scintillator): Clinisosol^TM 15㎖

상기 방법의 상대 오차: 13.5%

상기 조합들에서 상기 담배 연기의 상기 유독성 성분들의 흡착이 상당히 감소될 수 있으며, 이는 현재 유럽연합(EU) 기준들조차 초과한다는 것이 상기 결과들로부터 확인될 수 있다.

상기 검사들은 또한 연소 후에 상기 필터를 파괴함으로서, 화학발광을 나타내는 물질이 AlOOH.H₂O, Al₂O₃ 및 실리코알루미네이트 흡착성 막들로부터 벤젠으로 용해될 수 있음을 보여준다. 상기 필터의 기능의 메커니즘은 아래와 같이 특징지어질 수 있다: 상기 흡착성 막은 상기 담배 연기의 에어로졸 상태의 수분과 함께 겔(gel) 구조를 형성하고, 이는 화학발광 반응에 참여하는 비극성 대사물질들의 미셀(micellar) 구조에서 용해도를 높일 수 있다. 상기 화학발광이 감소하는 과정에서, 이온 교환과 착물(complex) 형성을 통해서 상기 성분들이 상기 담배 연기 내에서도 일어날 수 있는 Harber-Weiss 반응의 진척도를 감소시키므로, 상기 성분들이 자유 라디칼들의 생성을 부분적으로 억제하는 것을 관찰하였다.

H₂O₂ + Fe² ⁺ -> ˙OH + OH^- Fe³ ⁺ (Harber-Weiss 반응)

철(Fe)이 이온 교환과 착물 형성을 통해서 상기 필터 조합에 흡착하고, 이러한 방식으로 상기 반응이 억제된다.

상술한 바에 의하면, 상기 측정의 결과들은 본 발명의 장점을 입증했으며, 이에 따르면 본 발명의 상기 필터들은 입자 상태의 물질들뿐만 아니라 증기/기체 상태의 물질들까지도 흡착한다.

흡연이 건강에 미치는 효과를 관리하는 분야에서 알려지고 권한있는 국제기관들은, 예를 들어 세계보건기구(WHO), 캐나다 의료보장법(Canada Health), 독일담배조례(Deutsche Tabakverordnung), 미국의 식품의약국(FDA), 담배에 대한 미래의 규제와 안전 기준에 아마도 영향을 미칠 수 있는 흡연에 대한 보다 많은 생물학적 실험들을 요구한다. 그러한 미래의 안전 기준들을 적시에 고려하고 충족하며, 담배들의 생물학적 실험에서 어떤 선구적 역할을 하기 위해서, 본 발명의 상기 필터들은 그러한 실험들을 여러 차례 받았고, 그 실험들의 결과들은 또한 상기 필터들의 우수한 특성을 증명한다. 본 발명의 상기 필터들에 대해서 수행된 생물학적 실험은 상업적으로 사용가능한 필터들에 비해서 크게 향상된 결과를 보여준다.

상기 필터들은 또한 상기 담배 연기에 존재하는 ²¹⁰Po의 양도 크게 감소시켰다. 최신 연구 결과들에 따르면, ²¹⁰Po는 폐암의 발병에 책임이 있는 담배의 주요 성분들 중에 하나이다.

또한, 본 발명의 상기 필터들은 또한 다환식 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon; PAH)들, 특히 상기 담배 연기의 가장 강한 발암성 성분으로 증명된 벤조피렌(benzo(a)pyrene)의 양을 크게 감소시킨다.

1. 연기 분석

담배들이 연소되었고, 상기 연기들은 Cambridge 필터들에 흡착되었다. 상기 측정들은 Cerulean 450 device(Molins PLC)에서 수행되었다. 상기 담배들의 통풍 영역들은 테이프들로 밀봉되었다.

상기 측정은 아래의 기준들에 따라 수행되었다:

MSZ ISO 8454, MSZ ISO 10362-1, MSZ ISO 10315, MSZ ISO 4387, MSZ ISO 3308, MSZ ISO 3402.

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

본 발명의 상기 담배 필터들의 사용으로 인해서, 타르, 니코틴, 일산화탄소, 전체 응축물 및 건조 응축물 값들이 크게 감소된다. 이들 효과들은 아래의 물질 데이터에 의해서 입증된다.

i) 타르

ii ) 니코틴

iii ) 일산화탄소

iv ) TPM (전체 응축물 )

v) 물

vi ) 건조 응축물

2. 화학 실험들

담배들은 연소되었고, 상기 연기는 Cambridge 필터들에 흡착되었다. 상기 측정들은 Cerulean 450 device(Molins PLC)에서 수행되었다.

본 발명의 상기 담배 필터들의 사용으로 인해서, 페놀, 포름알데히드, 시안화물, 아세트알데히드, ²¹⁰Po, 중금속 및 PAH의 양이 크게 감소된다. 이들 효과들은 아래의 물질 데이터에 의해서 입증된다.

a) 페놀

전용 샘플을 제조와 함께 MSZ/T 1484-9:2004에 기반함.

샘플 제조: 25㎤ 암모니악 버퍼(pH: 10)에 10분간 초음파 보조 용해, 디클로로메탄(2×10㎤)에 의한 추출, 1㎤의 농도까지 Na₂SO₄에 의한 건조.

측정:

시스템: HP6890N GC 5973N MS.

검출 모드: SIM.

운반 가스: He 5.0.

유량(flow): 1.1㎤/s

칼럼(column): HP-5MS (25m×0.25㎜×0.25 um).

온도 프로그램: 50℃(1.5min), 12℃/min, 90℃, 5℃/min, 190℃, 30℃/min, 300℃(3min).

주입기 온도: 280℃

주입 모드: pulsed splitless (150KPa, 1min), 2㎕(HP 7683 ALS)

인터페이스 온도: 300℃

계산: 외부 보정(calibration)을 기준으로 함.

결과들:

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

필터 3: 빈 Cambridge 필터

b) 포름알데히드

전용 샘플 제조와 함께 EPA 8315에 기반함.

샘플 제조: 25㎤ 아세테이트 버퍼(pH: 5)에 10분간 초음파 보조 용해, DNPH(6㎤, 1h, 40℃)와 함께 변환, SPE(C18 500㎎)에 의해서 세척, 10㎤ 아세토니트릴(acetonitrile)에 의한 용리.

측정:

시스템: Agilent 1100HPLC.

검출기: DAD 360nm.

용리액: 70/30 v/v 아세토니트릴/물(0분); 1분 100% 아세토니트릴(5분)

유량: 1.2 ㎤/s

칼럼: WATERS SYMMETRY C18(250㎜×4.6㎜×0.5um).

주입된 부피: 20㎕

계산: 표준 첨가법(standard addition)에 기반함.

결과들:

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

필터 3: 빈 Cambridge 필터

c) 전체 시안화물

MSZ 21978/17:1985에 기반함

샘플 제조: 구리(II) 및 주석(II)을 포함하는 산성 용액으로부터 수증기-증류, 염기성 용액 내에 포집, 글루타콘 디알데히드(glutacon diadehyde)로 변환.

측정: 바르비투르산(barbituric acid)을 포함하는 용액으로부터 578㎚에서 광도계 측정.

결과들:

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

필터 3: 빈 Cambridge 필터

d) 아세트알데히드

전용 샘플 제조와 함께 EPA 8315에 기반함.

샘플 제조: 25㎤ 시트로산염(citrate) 버퍼(pH: 3)에 10분간 초음파 보조 용해, DNPH(6㎤, 1h, 40℃)과 함께 변환, SPE(C18 500㎎)에 의해서 세척, 10㎤ 아세토니트릴에 의한 용리.

측정:

시스템: Agilent 1100HPLC

검출기: DAD 360㎚

유량: 1.2 ㎤/s

칼럼: WATERS SYMMETRY C18(250㎜×4.6㎜×0.5um).

주입된 부피: 20㎕

계산: 표준 첨가법에 기반함.

결과들:

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

필터 3: 빈 Cambridge 필터

e) ²¹⁰ Po 흡착

샘플 제조: 2m HCl과 함께 추출

측정:

연소된 담배들의 개수: 5

시험된 샘플들:

1) 연소된 후 Cambridge 필터 (본 발명의 상기 필터 이후)

2) 연소된 후 Cambridge 필터 (오직 셀룰로스 아세테이트 이후)

3) Cambridge 필터 (연소되지 않음 /blind/)

사용된 측정 방법: 액체 신틸레이션 분석

시스템: α-방사선 측정에 최적화된 Perkin Elmer TR 2800 액체 신틸레이션 분석기

액체 신틸레이터: Ultimagold + (Perkin Elmer)

측정 부피: 20㎖

측정 시간: 20min/sample

표준편차: δ=1.75%

결과들:

상기 결과들은 상기 셀룰로스 아세테이트 필터와 비교하여 본 발명의 상기 필터가 77.6%의 방사능을 흡착했음을 보여준다.

비록 각각의 문헌이 크게 다른 레벨들을 나타내내고; 또한 자릿수에서 차이가 있는 것을 찾을 수 있지만, 상기 결과들은 하나의 담배에 대해서 상대적으로 높은 것으로 보일 수 있다. 이것은 담배 식물들의 ²¹⁰Po의 주요한 공급원인 인산염 비료의 사용의 차이에서 비롯될 수 있다. 상기 측정을 위해서 사용된 방법은 또한 단순하지 않다. 본 발명의 상기 필터에 의해서 얻어진 결과는 매우 놀랍고, 우수한 것으로 인식되어야한다. 담배 내에서 ²¹⁰Po의 수준의 감소가 폐암의 발생 정도를 감소시킨다는 것을 지지하는 국제적인 통계들은 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다.

f) 중금속 원소들

왕수(aqua regia)에 녹인 것으로부터 EPA method 6010B:1996에 기반한 측정.

결과들:

실험 장치:

¹- PE Optima 5300DV ICP-OES

²- Perkin-Elmer FIMS-400 Hg-AAS

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

필터 3: 빈 Cambridge 필터

g) 다환방향족 탄화수소( PAH )

전용 샘플 제조와 함께 EPA method 8260에 기반한 측정

샘플 제조: 10㎤ 디클로로메탄에 10분간 초음파 보조 용해.

실험 장치: Agilent 6890N-5973i GCMS 및 Gerstel MPS-2 autosampler.

결과들:

필터 1: AlOOH.H₂O: 20㎎

포도 씨 및 껍질 그리스트: 50㎎

필터 2: 통제 필터

필터 3: 빈 Cambridge 필터

상술된 결과들로부터 가장 중요한 데이터는 전체 PAH이다. 이 데이터는 본 발명의 상기 필터가 모든 다환방향족 탄화수소(polyaromatic hydrocarbon)의 양을 크게 감소시켰다는 것을 보여준다.

3. 생물학적 실험들

a) 산화방지 능력

연구의 목적은 본 발명의 필터들 및 통제 필터들로 처리되어 생성된 포유동물 세포주(mammalian cell line)에서 산화방지 능력 변화를 시험하는 것이었다.

담배들이 연소되었고 상기 연기들은 Cambridge 필터들에 흡착되었다. 측정들은 Cerulean 450 device(Molins PLC)에서 수행되었다.

상기 연구는 GLP의 요구조건들을 준수하면서 수행되었다. 상기 연구는 아래의 규정들을 고려하여 실행/수행되었다: 9/2001.(III.30) EUM-FVM about the Good Laboratory Practice, OECD Guidance Document on the Principles on Good Laboratory Practice[ENV/MC/CHEM(98)17].

상기 방법의 원리:

H₂O₂/·OH 마이크로페록시다아제(microperoxidase) 시스템에서 자유 라디칼들은 Fe(III) 첨가에 의해서 H₂O₂로부터 생성된다. 상기 자유 라디칼들은 루미놀 시약(reagent Luminol)을 여기시키고, 방출된 광자들이 상기 측정 장치들에서 검출된다. 어떤 추가된 생물학적 샘플들은 H₂O₂의 분해로부터 얻어진 전자들을 포획함으로써 루미놀의 광자-방출을 감소시킨다. 상기 생물학적 샘플의 환원 특성들과 상기 시스템 내에서 형성된 발광의 양 사이에는 직접적인 관계가 있다.

필터 추출물들의 전자 획득 능력은 화학발광 방법(chemiluminescense method)에 의해서 Diachem kit 및 Perkin-Elmer Victor multilabel reader luminometre로 측정되었다. 평가는 Wallac 1420 소프트웨어로 만들어졌다. 전자 획득 능력은 세포 및 세포-프리(cell-free) 시스템들에서 시험되었다.

i) 세포-프리 시스템들에서, 상기 샘플은 불안정한 양극성 바운드(unsteady bipolar bound)들을 포함하여 종래의 필터들만큼 효율적으로 전자들을 여러 차례 포획할 수 있는 물질을 가질 수 있다.

ii) 세포 시스템에서, 본 발명의 상기 조합된 필터들은 종래의 것만큼 효율적으로 또한 여러 차례 세포들의 산화방지 능력에 영향을 미쳤다.

결과들: 세포-프리 시스템에서 자유 라디칼 포획 활동도 측정.

HepG2 세포들을 24시간 처리 후 산화방지 측정.

b) 자매염색분체교환( sister chromatid exchange )에 의한 유전 독성 시험

연구의 목적은 본 발명의 필터들과 통제 필터들을 통과한 연기 추출물들로 처리하여 생성된 포유동물 세포주에서 SCE에 의한 유전 독성을 시험하는 것이었다.

상기 연구는 GLP의 요구조건들을 준수하면서 수행되었다. 상기 연구는 하기의 규정들을 고려하여 실행/수행되었다: 9/2001.(III.30) EUM-FVM about the good laboratory practice, OECD Guidance Document on the Principles on Good Laboratory Practice[ENV/MC/CHEM(98)17]. 상기 연구는 OECD Test Guideline 479의 지시사항들을 따라서 수행되었다(Genetic Toxicology: In vitro Sistor Chromatoid Exchange Assay in Mannalian Cells, Original Guideline, adopted 23rd October 1986).

상기 실험들은 본 발명의 상기 필터들이 또한 위험한 유전 독성 화학 물질들의 양을 감소시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이러한 능력으로 인해서, 본 발명의 상기 필터들은 염색체 손상의 위험을 크게 감소시킨다.

연구: 4시간 처리

c) 체외 포유동물 세포 주기(형광이용세포분류기( FACS ))

연구의 목적은 본 발명의 필터들 및 통제 필터들과 함께 담배로부터의 연기 추출물이 체외 포유동물 세포 주기에 미치는 영향을 확인하는 것이었다.

유동 세포(flow cytometric) 연구의 원리: 상기 방법은 각 세포의 DNA 함량을 바탕으로 세포 집단의 세포 주기 분포를 확인하는데 적합하다. 데이터는 주기 세포들과 세포사멸 집단의 비율로 얻어질 수 있다.

결과들은 본 발명의 상기 필터들이 상기 담배 연기 내에 존재하며 세포증식을 손상시키는 유해한 물질들을 흡착할 수 있다는 것을 보여주었다. 이러한 측면에서, 본 발명의 상기 필터들은 상기 종래의 필터들과 비교하여 보다 상당히 효과적이다.

FACS 실험 데이터 요약

4. 상승( synergistic ) 효과

상기 담배 연기의 단일 성분들의 효과뿐만 아니라 성분들의 균일 혼합물의 효과도 Cerulean SM 450 device에서 조사되었다. 상기 실험은 MSZ ISO 8454, 10362-1, 10315, 4387, 3308, 3402의 기준들에 따라 수행되었다.

상기 AlOOH.H₂O와 상기 포도 씨 및 껍질 그리스트뿐만 아니라 이들의 혼합물도 셀룰로스 아세테이트에 넣어졌다. 셀룰로스 아세테이트가 사용되었다.

상기 표는 상기 성분들의 상승효과를 분명하게 보여준다.

요약

본 발명의 상기 필터의 상기 추출물들 내에서 상업적으로 이용 가능한 기준 필터들의 추출물들과 비교하여 크게 낮은 자매염색분체교환(SCE)이 발견되었다. 이것은 본 발명의 상기 필터가 위험한 유전 독성 물질들을 담배 연기로부터 기준 필터들보다 많이 제거하다는 것을 명확하게 증명한다.

본 발명의 상기 필터의 상기 응축된 추출물들은 상기 기준 필터 추출물들과 비교하여 크게(4배) 낮은 세포독성을 보이고, 즉 본 발명의 상기 필터는 독성을 가지며 불안정한 이중결합 물질들(전자 포획할 수 있음)을 통제 필터보다 많이 함유하며, 다시 말해서, 본 발명의 상기 필터는 해로운 성분들을 보다 적게 통과시킨다. 세포 산화방지 분석에서, 상기 통제 필터 추출물은 본 발명의 상기 필터들의 상기 추출물들과 비교하여 상기 세포 산화방지 능력을 4배 감소시키며, 즉 본 발명의 상기 필터들은 상기 통제 기준 필터보다 해로운 물질들을 보다 적게 통과시킨다.

통제 기준 응축물은 2개의 보다 높은 도즈(dose) 테스트에서 세포 증식을 억제했으나, 본 발명의 상기 필터들의 상기 응축된 추출물은 이를 억제하지 않았다.

Claims

담배 연기 내에서 유전 독성을 제거하고(SCE, FACS), 높은 산화방지 능력을 보이며, ²¹⁰Po의 양을 크게 감소시키고, 다환식 방향족 탄소수소(polycyclic aromatic hydrocarbon; PAH), 특히, 벤조피렌(benzo(a)pyrene)을 감소시키며, 중금속 원소들의 양을 감소시키고, 유독 가스 연기의 여과에 사용되며, 자유 라디칼들의 양을 감소시키되,
알려진 담배 필터들의 일반적 성분들에 추가하여, AlOOH.H₂O 및/또는 Al₂O₃ 및/또는 실리코알루미네이트(silicoaluminate), 그리고 산화방지제로서 포도 씨 및 껍질 그리스트(grist) 및/또는 아스타잔틴(astaxanthin) 및/또는 크랜베리를 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 필터.
제 1 항에 있어서, 10% 내지 90%의 상기 AlOOH.H₂O 및/또는 상기 Al₂O₃ 및/또는 상기 실리코알루미네이트 및 90% 내지 10%의 상기 산화방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 필터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포도 씨 및 껍질 그리스트는 백포도로부터 수득된 것을 특징으로 하는 담배 필터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포도 씨 및 껍질 그리스트는 적포도로부터 수득된 것을 특징으로 하는 담배 필터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포도 씨 그리스트는 상기 포도 껍질의 추출물과 함께 처리되는 것을 특징으로 하는 담배 필터.