DE2942544A1 - Zusatzstoff fuer rauchtabak - Google Patents
Zusatzstoff fuer rauchtabakInfo
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Description
Anmelder: Firma TKR, Widenmayerstrasse 24, 8000 München
Zusatzstoff für Rauchtabak
Die Erfindung betrifft einen Zusatzstoff für Rauchtabak zur SchadstoffSenkung im Tabakrauch.
Als wesentliche Schadstoffe im Tabakrauch gelten nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnis Benzo(a)pyren (BaP) und
andere pofycyclische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) sowie die N-Nitrosamine. Die kanzerogene Wirkung dieser
Substanzen scheint sicher zu sein. Als kokanzerogene Verbindungen, die synergetisch mit den genannten Kanzerogenen
und insbesondere mit BaP zusammenwirken, kommen darüber hinaus die Phenole in Betracht. Ein weiterer wichtiger Schadstoff
im Tabakrauch ist das Kohlenmonoxid (CO), das sich mit dem Hämoglobin des Blutes verbindet.
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- r~
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 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 agrartechnisehen Verfahren sind jedoch natürliche Grenzen gesetzt.
Zur weiteren SchadstoffSenkung 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. Deshalb werden solche Zigaretten von einem größeren Teil
der Raucher nicht akzeptiert.
Ein alternatives oder ergänzendes Verfahren ist die Behandlung 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 PAH, insbesondere des BaP, 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
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beispielsweise eine Tabakbehandlung mit Zitronensäure zu keinem positiven Ergebnis führt. Eine Behandlung mit Deuteriumoxid
dient lediglich zur Vortäuschung einer Senkung des BaP-Gehalts im Tabakrauch, da deuteriertes BaP in konventionellen
Analysenmethoden schwächer zeichnet. Nitrate sind zwar als Flottbrandmittel für Tabak handelsüblich, wegen der
Gefahr der N-Nitrosaminbildung bei der Pyrolyse aber bedenklich
und in einigen Ländern bereits verboten. Eine Tabakbehandlung mit Edelmetallen und ihren Verbindungen führt zu einer
nur geringfügigen Senkung des Tabakrauchkondensats ohne eine zusätzliche, spezifische Senkung des Gehalts an BaP und
anderen PAH. Der hohe Preis dieser zur Behandlung eingesetzten Substanzen erschwert zudem eine wirtschaftliche Anwendung
des Verfahrens. Ein Teil der auf eine mögliche Anwendung zur Tabakbehandlung untersuchten Substanzen ist toxisch und/oder
bildet flüchtige toxische Verbindungen beim Abrauchen des Tabaks. Das ist beispielsweise bei Nickel- und Kupfersalzen,
anderen Schwermetallen und deren Verbindungen der Fall.
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 polycyclischen, aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) und Kohlenmonoxid (CO) verringert sowie eine
Neubildung von N-Nitrosaminen unterdrückt wird, und die wirtschaftlich und damit in großtechnischem Maßstab eingesetzt
werden können.
Diese Aufgabe wird durch einen Zusatzstoff gelöst, der aus Harnstoff und/oder Amiden organischer Säuren besteht.
Die Behandlung des Rauchtabaks erfolgt in der Weise, daß er mit einer wässrigen Lösung, einer Emulsion oder einer Dispersion
eines oder mehrerer der Zusatzstoffe getränkt, besprüht oder bestrichen wird.
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Auf der Suche nach zur Tabakbehandlung geeigneten, nichttoxischen Substanzen wurde überraschenderweise gefunden, daß
die Behandlung des Tabaks mit Harnstoff, Oxalsäurediamid und anderen Amiden organischer Säuren zu einer SchadstoffSenkung
führt, die alles diesbezüglich Bekannte bei weitern übertrifft. Die Behandlung bewirkt insbesondere eine deutliche Reduzierung
des BaP-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 Harnstoff besondere Bedeutung zu. Harnstoff ist eine physiologisch
vollkommen unbedenkliche Substanz. Über irgendwelche toxischen Wirkungen des Harnstoffs ist nichts bekannt.
Als flüchtige Pyrolyseprodukte des Harnstoffs treten unter den beim Abrauchen von Tabak gegebenen Bedingungen lediglich Kohlendioxid
(COp) und Ammoniak (NH,) auf. Auch als Zwischenprodukt
möglicherweise entstehendes Biuret 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 Harnstoff behandelten Tabaks konnte auch bei
Zusatz von mehr als 5 Gew.-# Harnstoff praktisch kein Ammoniak im Hauptstromrauch nachgewiesen werden.
Mit Harnstoff behandelter Tabak ist im wesentlichen vollkommen geschmacksneutral. Eventuelle minimale Geschmacksunterschiede
sind durch eine entsprechende Flavourisierung des Tabaks leicht zu kaschieren. Der Harnstoff ist ferner auf dem Tabak ohne alle
Veränderungen unbegrenzt haltbar.
Die Applikation des Harnstoffs an oder in den Tabak ist durch
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die Wasserlöslichkeit dieser Verbindung auch im großtechnischen Maßstab problemlos. Im Rahmen der üblichen Tabakbearbeitung
ist kein gesonderter Verfahrensschritt erforderlich. Harnstoff kann beispielsweise während des Befeuchtens der
Tabakblätter vor dem Schneiden oder zusammen mit anderen Zusatzstoffen während der nachfolgenden Behandlung des Tabaks
zugesetzt werden. Ein Harnstoffanteil von weniger als 10-Gew.-#
ändert die Konsistenz der Tabakfaser praktisch nicht. Durch die Löslichkeit des Harnstoffs läßt sich der gewünschte Anteil
an beigemischtem Harnstoff, der in der Regel einige Prozent beträgt, problemlos und präzise einstellen.
Die Applikation von Oxalsäurediamid und anderen organischen
Säureamiden ist aufgrund der wesentlich schlechteren Wasserlöslichkeit 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 werden. 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 erfindungsgemäßen Zusatzstoffe für Rauchtabak zur Senkung der beim Abrauchen derselben entstehenden
Schadstoffe ist wirtschaftlich, wobei insbesondere Harnstoff 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 Harnstoffs bei der Reduzierung der Schadstoffe im Tabakrauch ist wie folgt denkbar:
Die PAH und damit auch das BaP entstehen bei der Pyrolyse von
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Tabak über mehrere Zwischenstufen. Eine Vorstufe der PAH
sind Moleküle mit Einzelelektronen, die sogenannten Radikale. Das bei der Pyrolyse von Harnstoff entstehende Ammoniak sowie
die Aminogruppen des Harnstoffs reagieren wahrscheinlich mit solchen Radikalen und verhindern somit die Entstehung eines
Teils der PAH bzw. des BaP.
Darüber hinaus verhindert eine Behandlung des Tabaks mit Harnstoff
auch eine Bildung von N-Nitrosaminen beim Abrauchen, und zwar zumindest teilweise. Diese N-Nitrosamine können durch
Reaktion von sekundären Aminen 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 Harnstoff 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 Wirkungsmechanismen werden Substanzen, deren Moleküle Aminogruppen enthalten, sowie organische und anorganische
Ammoniumsalze unter gewissen Umständen, im Prinzip zu der gleichen Wirkung führen wie Harnstoff.
Die gegebenen Erklärungsansätze zur schadstoffmindernden Wirkung des Harnstoffs stützen sich auf die herrschende Radikaltheorie
zur Entstehung von Polycyclen, sind aber natürlich nicht abschliessend. Nicht nur freigesetztes Ammoniak* sondern auch die Aminogruppen des nicht gespaltenen Harnstoffs
könnte möglicherweise zu dieser Wirkung beitragen.
Die Erfindung wird anhand von zwei Beispielen näher erläutert, aus denen auch die Wirkungsweise ersichtlich ist.
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29A25A4
Eine kleinere Menge eines Peinschnitt-Tabaks wurde durch
Besprühen mit einer wäßrigen Harnstofflösung mit 5 Gew.-%
Harnstoff 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.-% Wassergehalt wurden aus diesen jeweils einige hundert
Filterzigaretten mittels einer Handmaschine hergestellt. Diese Zigaretten wurden nach Überprüfung des Tabakgewichts
und des Zugwiderstandes nach DIN 10 244 und 10 240 konditioniert und maschinell abgeraucht. Bestimmt wurden dann Rohkondensat,
Kohlenmonoxid im Tabakrauch und Benzo(a)pyren im Tabakrauchkondensat. Die Bestimmung des Benzo(a)pyrens erfolgte
nach Abtrennung der störenden Begleitstoffe durch Säulen- und DünnschichtChromatographie fluorimetrisch.
Bei der Auswertung der Versuchsergebnisse stellte sich heraus, daß die Behandlung des Tabaks mit 5 Gew.-% Harnstoff zu einer
statistisch hochsignifikanten Reduzierung
des Benzo (a)pyrens von etwa
und des Rohkondensats von etwa
sowie einer wahrscheinlichen Reduzierung des Kohlenmonoxids von etwa 15# im Tabakrauch geführt hatte.
Zwei größere Proben Peinschnitt-Tabaks wurden wie in Beispiel
1 präpariert. Aus diesem Tabak wurden jeweils mehrere tausend filterlose Zigaretten gefertigt. Diese wurden dann, ebenfalls
wie in Beispiel 1 beschrieben, weiter behandelt. Die Versuchsergebnisse bei den so hergestellten Zigaretten zeigten folgende
statistisch hochsignifikanten Minderungen:
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-r-
29425U
Minderung des Benzo(a)pyrens etwa
Minderung des Rohkondensats etwa 5$
Minderung des Kohlenmonoxids etwa l\%
Besonders bemerkenswert an diesen Beispielen ist, daß die Behandlung des Tabaks in beiden Fällen zu einer bedeutenden
Minderung des BaP-Gehalts im Tabakrauchkondensat geführt hat. Im Gegensatz zu einer reinen Filterung, die den Kondensatanteil
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 der Nikotingehalt einer Zigarette
im wesentlichen proportional zu ihrem Kondensatanteil bewegt, steht bei der Behandlung des Tabaks mit Harnstoff eine der
Senkung des Nikotingehalts überproportionale Senkung des Schadstoffanteils zu erwarten. Eine derartige Wirkung entspricht
den Bedürfnissen des Rauchers.
In Filterzigaretten scheint der Zusatz einer Ammoniak abspaltenden
Substanz im Tabak zusammen mit dem Filter eine synergetische Wirkung im Hinblick auf eine Minderung des
Kondensatanteils zu entfalten. Das bei der Pyrolyse freigesetzte Ammoniak führt offenbar zu einer stärker polaren Charakteristik
des Rohkondensats, das deshalb im Filter besser abgeschieden wird.
Die festgestellte Senkung des Kohlenmonoxidgehalts im Tabakrauch
ist noch nicht vollständig verstanden. Der Effekt ist aber vermutlich unter anderem auf die Senkung der Verbrennungstemperatur
zurückzuführen, die durch den Zusatz des nicht-brennbaren Harnstoffs zum Tabak bewirkt wird.
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Claims (4)
1. Zusatzstoff für Rauchtabak zur SchadstoffSenkung im Tabakrauch,
bestehend aus Harnstoff und/oder Amiden organischer Säuren.
2. Zusatzstoff nach Anspruch 1, bestehend aus einem oder mehreren Amiden aliphatischer Mehrfach-Carbonsäuren.
3. Zusatzstoff nach Anspruch 2, bestehend aus Oxalsäurediamid.
4. Verfahren zur Behandlung von Rauchtabak mit einem Zusatzstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet,
daß der Rauchtabak mit einer wäßrigen Lösung, einer Emulsion oder einer Dispersion eines oder mehrerer der Zusatzstoffe
getränkt, besprüht oder bestrichen wird.
ORIGINAL INSPECTED
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