NL8005233A - Stof om toegevoegd te worden aan rooktabak. - Google Patents

Description

t.

-1- 21526/JF/jl

Aanvrager: TKR Dritte Tabak Forschungs-GmbH, München, Bondsrepubliek f

Duitsland.

Korte aanduiding: Stof om toegevoegd te worden aan rooktabak. I

5 De uitvinding heeft betrekking op een stof om toegevoegd te worden aan rooktabak ter vermindering van de schadelijke stoffen in tabakrook.

Als wezenlijke, schadelijke stoffen in tabakrook geiden naar huidig inzicht' benzo(a)pyreen (BaP) en andere polycyclische, aromatische 10 koolwaterstoffen (PAH) alsmede N-nitrosamine. De kankerogene werking van deze substanties schijnt zeker te zijn. Daarenboven komen als kokankero-gene verbindingen, welke synergetisch met de genoemde kankerogene en in het bijzonder met BaP tezamen werken, de fenolen in aanmerking. Een verdere, belangrijke schadelijke stof in tabakrook is koolmonoxyde (CO),dat zich 15 met het hemoglobine van het bloed verbindt.

Volgens de stand van de techniek is een reeks werkwijzen bekend ter vermindering van de schadelijke stoffen in tabakrook, welke ten minste gedeeltelijk ook praktische toepassing vinden. Succesrijk bleek de teelt van nieuwe tabaksoorten, ter vermindering van het condensaataandeel 20 in de tabakrook. Door een speciale bemesting van de tabaksplanten kan een vermindering van het aandeel aan condensaat en N-nitrosaminen worden be-' reikt. Deze maatregelen leidden tot de thans wijd verspreide nicotine-arrae tabaksoorten, die in vergelijking met andere bij het oproken weinig condensaat en derhalve ook weinig schadelijke stoffen omvatten. Deze bio-25 logische en agrarische werkwijzen zijn echter aan natuurlijke grenzen ge- % bonden. Ter verdere vermindering van de schadelijke stoffen is derhalve * behoefte aan aanvullende maatregelen. *

In het bijzonder komen daarvoor de toepassing van diverse filters, het rekken of verdunnen van de tabak met verschillende stoffen en 30 het gebruik van poreus, lucht-doorlatend sigarettenpapier in aanmerking.

Op deze wijze wordt een verdere vermindering van tabakrookcondensaat bereikt. Deze maatregelen gaan echter vaak vergezeld van een smaakverande-ring en een vermindering van de opwekkende werking van de tabakrook. Derhalve worden dergelijke sigaretten door een groot deel van de rokers niet 35 geaccepteerd.

Een alternatieve of aanvullende werkwijze is de behandeling van tabak met toevoegingen, zoals nitraten, citroenzuur en deuteriumoxyde, alsmede zware en edele metalen of de verbindingen ervan. Deze werkwijzen

ört ft K 9 T T

-2- 21526/JF/jl hebben hoofdzakelijk tot doel het aandeel PAH en in het bijzonder BaP in de tabakrook te verminderen.

i Alle voorgestelde werkwijzen ter behandeling van tabak met toe voegingen hebben voor zover thans bekend of zwaarwegende nadelen of blijft 5 de werking ervan na een kritische beproeving niet overeind. Verder werd gevonden, dat bijvoorbeeld een tabakbehandeling met citroenzuur tot geen enkel positief resultaat leidt. Een behandeling met deuteriumoxyde dient enkel en alleen ter voorspiegeling van een vermindering van het BaP-gehalte in tabakrook, aangezien gedeuteriseerd BaP bij conventionele analysewerk-10 wijzen zwakker tekent. Nitraten zijn weliswaar als vlugge brandmiddelen voor tabak gebruikelijk in de handel, maar vanwege het gevaar van N-nitro-saminevorming bij de pyrolyse bedenkelijk en in enkele landen reeds verboden. Een tabakbehandeling met edele metalen en de verbindingen ervan leidt slechts tot een geringe vermindering van het tabakrookcondensaat 15 zonder enkele aanvullende, specifieke vermindering van het gehalte aan BaP en andere PAH's. De hoge prijs van deze voor de behandeling ingezette substanti® bemoeilijkt bovendien een economische toepassing van de werkwijze.Een deel van de op een mogelijk toepassing ter tabakbehandeling onderzochte substantie is giftig en/of vormt een vluchtige giftige 20 verbinding bij het oproken van de tabak. Dit is bijvoorbeeld het geval bij nikkel- en koperzouten, andere zware metalen en de verbindingen ervan.

Doel van de uitvinding is toevoegingen voor rooktabak te vinden, waarmee schadelijke stoffen in de tabakrook aanzienlijk kunnen worden verminderd, waarbij het oproken van met de toevoeging behandelde tabak-t 25 waren in het bijzonder het aandeel aan benzo(a)pyren (BaP), andere polycyclische, aromatische koolwaterstoffen (PAH) en koolmonoxyde (CO) wordt * verminderd, alsmede een nieuwe vorming van N-nitrosamine wordt onderdrukt en de economische en derhalve naar technische maatstaf op grote schaal kunnen worden toegepast.

30 Dit doel wordt volgens de uitvinding verwezenlijkt, daar de stof van een in de aanhef genoemde soort is gekenmerkt, doordat deze bestaat uit carbamide en/of amiden van organische zuren.

De behandeling van de rooktabak geschiedt op dusdanige wijze, dat deze met een oplossing in water, een emulsie of een dispersie van 35 één of meerdere stoffen wordt geïmpregneerd, besproeid of bestreken.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden toegelicht, in het bijzonder aan de hand van voorbeelden.

Bij het zoeken naar voor de behandeling van tabak geschikte 8005233 -3- 21526/JF/jl niet-giftige substanties werd op verrassende wijze gevonden, dat de behan-deling van de tabak met 'carbamide , oxyaalzuurdiamide en andere amidön van organische zuren tot een vermindering van de schadelijke stoffen » leidt, hetgeen alles dat met betrekking hiertoe bekend was verre over-5 treft. De behandeling heeft*in het bijzonder een duidelijke vermindering van het BaP-gehalte tot gevolg, alsmede van het koolmonoxyde in de tabakrook. Een dergelijke vermindering van de schadelijke stoffen verkleint opmerkelijk het gezondheidsrisico van de roker, in het bijzonder de extra door kanker bedreigde sterke roker, zonder dat deze zijn rookgewoonten 10 drastisch behoeft te veranderen.

In de reeks van de volgens de uitvinding genoemde toevoegingen wordt aan het carbamide bijzondere betekenis toegekend. Carbamide is een fysiologisch volkomen onbedenkelijke substantie. Over welke giftige werking van het carbamide dan ook is niets bekend. Als vluchtige pyrolyse-15 produkten van het carbamide treden onder de bij het oproken van tabak gegeven omstandigheden alleen kooldioxyde (CO^) en ammoniak (NH^) °P*

Ook als tussen-produkt mogelijkerwijs ontstaan biureet wordt bij de verbrand ingstemp er atuur van een sigaret in de aanwezigheid van het steeds voor handen zijnde water in kooldioxyde en ammoniak omgezet. Het gevormde 20 ammoniak verbindt zich echter klaarblijkelijk geheel met de in tabak aanwezige stoffen, respectievelijk de pyrolyseprodukten ervan, aangezien bij het oproken van de met carbamide behandelde tabak ook bij een toevoeging van meer dan 5 gew.$ carbamide praktisch geen ammoniak in de hoofdstroomrook kon worden aangewezen 25 Met carbamide behandelde tabak is in hoofdzaak volkomen neutraal * wat de smaak betreft.Eventuele minimale smaakverschillen zijn door een overeenkomstige smaakaanpassing van de tabak eenvoudig te verhullen. Het * carbamide is verder op de tabak zonder alle veranderingen onbeperkt houdbaar.

30 De toepassing van het carbamide op of in de tabak is door de op losbaarheid van deze verbinding in water ook gezien op technisch grote schaal probleemloos. In het kader van de gebruikelijke tabakverwerking is geen afzonderlijke werkwijzestap vereist. Carbamide kan bijvoorbeeld gedurende het bevochtigen van de tabaksbladeren voor het snijden of tezamen met de 35 andere stoffen, welke aan de tabak worden toegevoerd gedurende de opvolgende behandeling van de tabak worden benut. Een carbamide-aandeel van minder dan 10 gew.?5 verandert de consistentie van de tabaksvezels praktisch niet. Door de oplosbaarheid van het carbamide is het gewenste aan-fl Λ Λ K 0 7 7 -4- 21526/JF/jl deel aan bijgemeend carbamide welk in de regel enkele procenten bedraagt * probleemloos en nauwkeurig in te stellen.

De toepassing van oxyaalzuurdiamide en andere organische zuur-amiden is op grond van de wezenlijk slechtere oplosbaarheid in water van 5 deze substanties met grote moeilijkheden verbonden. Deze kunnen echter bijvoorbeeld zeer fijn gemalen in de vorm van een dispersie of eventueel in de vorm van een emulsie op de tabak worden aangebracht.

De totale hoeveelheid tabak kan met de toevoeging worden behandeld, of slechts een deel ervan ermee worden geprepareerd. Wanneer slechts 10 een deel van de hoeveelheid wordt behandeld, zal het aandeel toevoeging met betrekking tot het tabaksgewicht‘groter zijn dan bij de behandeling van de totale hoeveelheid.

De toepassing van de stoffen volgens de uitvinding voor toevoeging aan rooktabak ter vermindering van de bij het oproken ervan ontstane scha-15 delijke stoffen is economisch, waarbij in het bijzonder carbamide een kwa prijs gunstig en in voldoende hoeveelheid ter beschikking staand pro-dukt is. De prijsstijging van een sigaret, als gevolg van een behandeling volgens de uitvinding, staat daarbij in een volstrekt verhandelbaar kader.

De werking, in het bijzonder van het carbamide bij de vermin-20 derling van de schadelijke stoffen.in tabakrook is als volgt denkbaar.

De PAH is en daarmee ook het DaP ontstaan bij de purolyse van tabak middels meerdere tussenstappen. Een voortrap van de PAH's zijn moleculen met enkele elektronen, de zogenaamde radicalen. De bij de pyro-lyse van carbamide ontstane ammoniak alsmede de amminogroepen van het 25 carbamide reageren waarschijnlijk met dergelijke radicalen en verhinderen daardoor het ontstaan van een deel van de PAH's, respectievelijk het 4 BaP.

Daarenboven belet een behandeling van tabak met carbamide ook een vorming van N-nitrosaminen bij het oproken en weliswaar ten minste 30 gedeeltelijk. Deze N-nitrosaminen kunnen door reactie van secundaire en tertiaire aminen, bijvoorbeeld nicotine met nitrosengassen ontstaan, die door thermische splitsing van de in het tabak aanwezig nitraten worden vrijgemaakt. Primaire aminogroepen en ammoniak reageren daarentegen onder vorming van stikstof. Wanneer men door toevoeging van carbamide aan tabak 35 een zeer groot overschot aan primaire aminogroepen, respectievelijk ammoniak verschaft, is te verwachten, dat de nitrosegassen bij'voorkeur daarmee reageren. De waarschijnlijkheid van.de vorming van N-nitrosaminen is daardoor wezenlijk verminderd.

8005233 -5- 21526/JF/jl

Op grond van dit werkingsmechanisme zullen substanties, waarvan de moleculen aminogroepen bevatten, alsmede organische en anorgani- * sche ammoniumzouten onder bepaalde omstandigheden in principe tot dezelfde werking leiden als carbamiden.

5 De gegeven verklaring met betrekking tot de schadelijke stoffen verminderende werking van het carbamide steunt op de heersende radicaaltheo-rie met betrekking tot het ontstaan van polycycli, maar is natuurlijk niet aansluitend. Gevonden werd dat de opbouw van andere polycycli in gelijksoortige grootte-orde zoals benzo(a)pyreen eveneens plaatsvindt.

10 Aangenomen wordt, dat niet alleen vrijgemaakt ammoniak, maar ook de aminogroepen van het niet-gesplitste carbamide tot de waargenomen werkingen bijdragen.

De uitvinding wordt aan de hand van enige uitvoeringsvoorbeelden nader verklaard, waaruit ook de werkingswijze blijkt.

15 Voorbeeld I

Een kleine hoeveelheid van een fijn gesneden tabak werd door sproeien met een oplossing in water van carbamide met 5 gew.% carbamide geprepareerd. Parallel daaraan werd een gelijke hoeveelheid van hetzelfde tabak met dezelfde hoeveelheid gedèstilleerd water besproeid. Na het 20 drogen van beide tabakraonsters op ongeveer 12 gew.% watergehalte werd uit deze telkens enige honderden filtersigaretten middels een handmachine vervaardigd. Deze sigaretten werden na beproeving van het tabaksgewicht en de trekweerstand volgens DIN 10244 en 10240 geconditioneerd en machinaal opgerookt. Daarna werden het ruwe condensaat, 25 koolmonoxyde in de tabaksrook en benzo(a)pyreen in het tabaksrookconden-saat bepaald. De bepaling van het benzo(a)pyreen geschiedde,na afscheiding van de storende begeleidingsstoffen door zuil- en dunne laagchromato- * grafie, fluorimetrisch.

Bij de interpretatie van de beproevingsresultaten 30 voren, dat de behandeling van tabak met 5 gew.56 carbamide tot een statisch zeer significante reducering van het benzo(a)pyreen met rond 4 356 en van het ruwe condensaat van rond 2056, alsmede tot een waarschijnlijke reducering van het koolmonoxyde van rond 15/6 in de tabakrook had geleid.

Voorbeeld II

35 Twee grotere monsters fijngesneden tabak werden zoals in het voor beeld I geprepareerd. Uit deze tabak werd machinaal ter beproeving 30.000 filterloze sigaretten vervaardigd. Deze werden daarna evenals in voorbeeld I beschreven verder behandeld. De beproevingsresultaten bij de dus- 80 0 5 23 3 -6- 21526/JF/jl danig vervaardigde sigaretten toonden de volgende statistisch zeer signi-* ficante verminderingen:

Vermindering van het benzo(a)pyreen rond 32% f

Vermindering van het ruwe condensaat rond 5% 5 Vermindering van het koolmonoxyde rond 11%.

Bijzonder opraerkenswaardig aan deze voorbeelden is dat de behandeling van de tabak in beide gevallen tot een opmerkelijke vermindering van het BaP-gehalte in het tabakcondensaat heeft geleid. In tegenstelling tot een zuivere filtering, welke het condensaataandeel in de tabakrook 10 slechts kwantitatief verminderd, wordt in het onderhavige geval naast de kwantitatieve vermindering van het condensaataandeel een specifieke vermindering van het BaP-gehalte in het condensaat bereikt. Aangezien het nicotine-gehalte van een sigaret in hoofdzaak evenredig is met het condensaataandeel, is bij de behandeling van de tabak met carbamide 15 een met de vermindering van het nicotinegehalte evenredige vermindering van het aandeel in schadelijke stoffen te verwachten. Een dusdanige werking stemt overeen met de behoeften van de roker.

Voorbeeld lil

Onderzocht werd de rook van een in het Battelle-Instutuut, 20 Frankfort uit een in de handel gebruikelijk middelzware tabak vervaardigde sigaret. Een deel van deze tabak werd met 5 gew.% carbamide behandeld, het andere deel op dezelfde wijze met gedestilleerd water geprepareerd.

De sigaretten werden volgens de respectieve DIN-normen uitgezocht en opgerookt. In het condensaat werden telkens de vluchtige N-nitrosaminen bepaald: 25 .N-nitroso-dimethylamine (NDMA), N-nitroso-ethylmethylamine (NEMA) en N- *·.

nitrosopyrrolidine (NPY). In de tabak zelf konden deze substanties niet worden aangetoond.

In het tabakrookcondensaat werd een door carbamide opgewekte, statisch zeer significante vermindering van het gehalte aan alle drie de 30 substanties vastgesteld. In het bijzonder werden voor deze metingen de volgende waarden verkregen.

NDMA

ca. 3^% (met betrekking tot de sigaret van 1 g) ca. 37% (met betrekking tot 1 g ruw condensaat)

35 NEMA

ca. (met betrekking tot de sigaret van 1 g) ca. 41% (met betrekking tot 1 g ruw condensaat) 8005233 -7- 21526/JF/jl

NPY

ca. 22% (met betrekking tot de sigaret van 1 g) 4 ca. 2H% (met betrekking tot 1 g ruw condensaat)

De vermindering van het NDMA-gehalte is van bijzondere beteke-5 nis, aangezien NDMA de grootste kankerogene activiteit van alle nitrosa-minen bezit. De voor het NEMA gevonden effekt is op grond van de geringe absolute concentratie van deze substantie zeker van ondergeschikte betekenis. De in vergelijking geringe vermindering van het NPY-gehalte is waarschijnlijk tot een aanwezigheid van N-nitrosonornicotine (NNN) in 10 het tabak terug te leiden. NPY ontstaat bij het oproken van NNN-bevattende tabak, gedeeltelijk door thermische splitsing van het reeds aanwezige NNN. Aangezien carbamide waarschijnlijk geen reeds voor handen zijnde N-nitrogroepen kan vernietigen, maar slechts de opnieuwe vorming ervan verhinderd, is een NNN-vermindering en daarmee secundair NPY-vermindering )5 slechts voor het bij de tabakverbranding aanvullend gevormde aandeel te verwacht en, hetgeen gemeten in de totale hoeveelheid een kleine verminderings-waarde geeft. Een bepaling van het NNN vereist een andere analytische techniek en daarin was in het kader van dit experiment nog niet voorzien De volgende beproeving is een voorbeeld voor een toevoeging van 20 een amide van een organisch zuur.

Voorbeeld IV.

Er werd gewerkt volgens voorbeeld I, waarbij echter in plaats van een carbamide-oplossing een oplossing in water van oxyaalzuurmonoê'thyl-esteramide werd toegepast.

25 De vermindering van het benzo(a)pyreen bedroeg rond 21¾.

«t

Het geringe effect is daarin te zien, dat in het molecuul van de toevoeging een geringere hoeveelheid amide voorhanden is dan in car- , bamide.

-CONCLUSIES- 8005233

Claims (3)

1. 2. Stof volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze bestaat uit één of meerdere amiden van alifatische meervoudige carbonzuren.
2. 3. Stof volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat deze bestaat uit oxaalzuurdiamide of oxaalzuur monoëthylesteramide.
3. 4. Werkwijze voor de behandeling van rooktabak met een stof vol gens conclusie 1, 2 of 3» met het kenmerk, dat de rooktabak met een oplossing in water, een emulsie of een dispersie van één of meer van de stoffen wordt geïmpregneerd, besproeid of bestreken. 15 Eindhoven, september 1980. m * 8005233