Сигаретный фильтр, удаляющий свободные радикалы в сигаретном дыме, и способ изготовления фильтра

1 Область применения изобретения Изобретение относится к улучшенному сигаретному фильтру с удаляющим действием по отношению к газофазным свободным радикалам в сигаретном дыме. В изобретении используются фильтры, которые содержат удаляющие свободные радикалы процианидины. Целью настоящего изобретения является также способ изготовления улучшенного фильтра для сигарет с удаляющим действием по отношению к газофазным свободным радикалам. Предшествующий уровень техники Хорошо известно, что сигареты производят огромное количество свободных радикалов,из которых одни свободные радикалы являются газофазными, а другие твердофазными. Количество свободных радикалов в газовой фазе, в число которых прежде всего входят свободные радикалы алкил, алкоксил, пероксил и окись азота (NO), было оценено равным 1015 на одну затяжку. Известно, что вдыхание производимых сигаретным дымом газофазных свободных радикалов в организм человека приводит к вредным для человека токсикологическим и патологическим изменениям. Широко известно, что газофазные свободные радикалы более вредны для организма человека, чем твердофазные свободные радикалы. Отчасти это обусловлено высокими уровнями энергии, т.е. летучестью газофазных свободных радикалов. Горение сигареты включает в себя, в частности, сложные процессы горения, в которых образуются свободные радикалы, которые существуют в дыме. Сигаретный дым представляет собой сложную смесь более чем 4700 химических соединений, включая высокие концентрации очень реакционноспособных свободных радикалов, которые играют важную роль в токсичности дыма. Свободные радикалы атакуют компоненты клеток либо непосредственно, либо опосредованно и являются, как полагают, одним из факторов связанных с табачным дымом заболеваний. Газофазные свободные радикалы могут оказать вредное воздействие на многие части организма, включая легкие, рот, зев, пищевод, сердечную и кровеносную системы и различные органы. Свободные радикалы могут изменять молекулярные структуры белков и липидов, и являться причиной разрывов в последовательностях ДНК, что приводит к мутациям, повышая тем самым опасность развития различных типов рака. Исследования свидетельствуют о том, что основной поток дыма, то есть дым, непосредственно вдыхаемый из зажженной сигареты, и побочный поток дыма, представляющий собой дым, выделяющийся из тлеющего табака между затяжками сквозь табачный дым, выдыхаемый курильщиком, содержат высокие концентрации свободных радикалов. Побочный поток дыма воздействует как на курильщика, так и на окружающих его не курящих лиц. Основная пробле 005047 2 ма здоровья связана с воздействием на некурящих, включая детей, выделяемого курильщиками табачного дыма в жилом доме и в прочих помещениях. Индивидуумы, которые не курят,но подвергаются воздействию вторичного побочного потока дыма, могут страдать от последствий свободно-радикальных повреждений,возникающих от табачного дыма. Большая часть радикалов в газовой фазе,образованной дымом горящей сигареты, являются мгновенными и неустойчивыми. Их невозможно непосредственно наблюдать с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР спектроскопии). Для того,чтобы наблюдать газофазные свободные радикалы, такие как те, которые содержатся в сигаретном дыме, используется метод захвата электрона. В этом методе, газофазные свободные радикалы захватывают и затем превращают в спиновой аддукт, который может быть обнаружен с помощью ЭПР спектроскопии. Спиновой коллектор (PBN) собирает свободные радикалы табачной газовой фазы, которыми главным образом являются алкоксильные свободные радикалы (RO) и алкильные свободные радикалы(R). Большая часть газофазных свободных радикалов в табачном дыме являются RO и алкильными свободными радикалами R. Азотистые вещества при своем окислении в процессе горения сигареты производят большие количества свободных радикалов NO (NO). Взаимодействие NO с кислородом приводит к образованию реакционноспособных свободных радикалов NO2. Свободный радикал NO2 может вступать в реакцию с олефином - веществом,образующимся при горении сигареты, с образованием алкильного свободного радикала RO. Свободные радикалы RO могут атаковать клеточные мембраны и инициировать перекисное окисление липидов. В свою очередь, перекисное окисление липидов может побудить макрофаги выделять свободные радикалы кислорода. Свободные радикалы кислорода могут сами по себе независимо повреждать клеточные компоненты. Вместе со свободными радикалами, содержащимися в дыме зажженной сигареты, свободные радикалы кислорода могут отравлять клетки и стать одной из причин рака легких и заболеваний сердца. Такие свободные радикалы могут также атаковать и тем самым инактивировать легочную -1 антипротеазу, что ингибирует эластазу и, следовательно, приводит к повреждению легких. Свободные радикалы сигаретного дыма рассматриваются также в патогенезе возбуждаемых курением легочных заболеваний, таких как эмфизема и рак легких, и заболеваний сердца. Могут быть повреждены и фрагментированы окислителями из сигаретного дыма и сами ком 3 поненты легочного матрикса (например коллаген, эластин). Вред свободных радикалов из сигарет не ограничивается дыхательным трактом. Было обнаружено, что моча курильщиков содержит в 10 раз большие количества типичного биомаркера окислительного повреждения, чем количества, определяемые в моче некурящих. Пагубные эффекты курения, благоприятствующие окислению, могут даже выходить за рамки эпикардиальных артерий к коронарной микроциркуляции и воздействовать на регуляцию миокардиального кровообращения и вызывать заболевание средней оболочки сосудов сонной артерии. Один из фильтров, в котором заявляется удаление из сигаретного дыма свободных радикалов, был выполнен совместно Институтом биофизики в Academica Sinica и Пекинской сигаретной фабрикой в 1995 году. В нем использованы полифенол чая, витамин С и активированный уголь для составного фильтра. Фильтр удаляет приблизительно 14% газофазных свободных радикалов табачного дыма. Если к сигаретному табаку добавить дополнительные ингредиенты, включающие эматин, рутин, катехин и неорутин, можно удалить еще 12% газофазных свободных радикалов. Комбинация этих дополнительных ингредиентов имеет название"kendir" и "apocynum venetum L". Другой удаляющий свободные радикалы сигаретный фильтр был совместно разработан фирмамиGreece Golden Filter Company и Filter Development Company в 1999 году (совместно разработанный фильтр). Этот фильтр содержит активированный уголь и гемоглобин. Заявляется, что этот фильтр удаляет приблизительно примерно 90% обнаруживаемых в табачном дыме газофазных свободных радикалов. Ни один из названных двух фильтров не приобрел коммерческого успеха у производителей сигарет. Имеются две основные причины для плохого коммерческого успеха названных фильтров. Одна из причин состоит в том, что большие дозировки добавок к этим фильтрам ослабляют естественный аромат сигаретного дыма. Это является очень серьезным недостатком в сигаретной промышленности, где вкус и аромат являются ключевым продажным фактором признанных сортов сигарет. Другим фактором является то,что производство двух названных сложных фильтров требует больших инвестиций для обновления оборудования, которые производители сигарет вкладывать не расположены. В еще одном фильтре, раскрытом в патенте США 5829449, предполагается использование в качестве удаляющего радикалы сложного ингредиента L-глутатиона и источника селена. Таким образом, существует потребность вi) сигаретном фильтре, хорошо удаляющем газофазные свободные радикалы в сигаретном дыме; ii) сигаретном фильтре, который удаляет 4 свободные радикалы в сигаретных фильтрах и незначительно изменяет или снижает аромат и вкус сигареты; и iii) сигаретном фильтре, содержащем удалители свободных радикалов,которые находятся в оптимальном контакте с сигаретным дымом с целью проявления ими максимального эффекта удаления свободных радикалов в течение короткого периода времени. Краткое содержание изобретения Один из аспектов изобретения состоит в улучшенном сигаретном фильтре с удаляющим действием по отношению к образующимся в результате курения газофазным свободным радикалам, который достигается путем добавления эффективного количества фильтрующего ингредиента или смеси фильтрующего ингредиента с витамином С и/или другими известными в данной области ингредиентами, обладающими антиоксидантными фильтрующими свойствами,но исключая при этом некоторое количество Lглутатиона. Фильтрующий ингредиент выбирают из группы, состоящей из процианидинов. В число ингредиентов входят экстракты коры сосновых деревьев, экстракты шишек кипарисовых деревьев, экстракты зерен винограда и любая их комбинация. Детальное описание изобретения Процианидины являются очень мощными удалителями свободных радикалов. В частности, процианидины представляют группу растительных полифенолов, содержащихся в плодах с вяжущим вкусом, и в коре. Процианидины могут быть проэкстрагированы из растительного материала с помощью традиционных способов с использованием в качестве растворителей воды,спирта или смесей ацетон/вода с последующим концентрированием с помощью способов, использующих упаривание растворителя, замораживание или распылительную сушку. Процианидином, использованным в приведенном ниже примере, является экстракт сосновой коры Pycnogenol, который производит и поставляет на рынок фирма Horphag ResearchLimited. Экстракт сосновой коры Pycnogenol получают из коры сосны French Maritime. Он содержит от 70 до 75% процианидинов и других способных удалять радикалы флавонолов, таких как катехин, таксифолин и феноловые кислоты. Процианидины, содержащиеся в названном экстракте, имеют цепь длиной приблизительно от 2 до 12 мономерных звеньев, представляющих собой звенья катехина и эпикатехина. В качестве удалителей свободных радикалов в сигаретных фильтрах могут быть также использованы и другие обогащенные процианидином вещества. К таким веществам относятся, например, экстракты коры сосновых деревьев, шишек кипарисовых деревьев или зерен винограда. Процианидины особенно хорошо подходят для сигаретных фильтров, поскольку они являются не 5 летучими веществами. Процианидины являются биополимерами, которые имеют большую тенденцию находиться в адсорбированном состоянии и оставаться внутри фильтра. Удаляющие свободные радикалы фильтры настоящего изобретения могут быть изготовлены путем равномерного распыления раствора удалителя свободных радикалов над волокнами фильтра с последующей сушкой элементов фильтра и соединением элементов фильтра с нарезанными сигаретами без фильтра и/или с сигаретным табаком с образованием сигарет. Перед сушкой элементу фильтра может быть придана форма в процессе сборки фильтров в пакеты. Могут быть использованы несколько примеров конкретных свободно-радикальных растворов. Примеры и результаты обсуждены ниже. Пример 1. Растворите процианидин и витамин С(100%) в 95%-ном этаноле в отношении 1:2. Равномерно распылите содержащий процианидин и витамин С этанольный раствор над волокнами сигареты. После этого высушите опрыснутые волокна и сформируйте из высушенных волокон с помощью хорошо известного способа сигаретные фильтры. Соедините некоторые из фильтров с не содержащими фильтра сигаретами. Полученное содержание процианидина и витамина С в полученном в этом примере фильтре составляет соответственно 0,00015% и 0,0003 от массы порции табака в сигарете. Испытание эффективности улучшенного фильтра было проведено следующим образом. В качестве сигарет сравнения использовали сигареты без фильтра. Для обнаружения газофазных радикалов в дыме сигарет был использован метод ЭПР. Количество свободных радикалов в фильтре настоящего изобретения сравнивали с их количеством в стандартных сигаретах без фильтра. Эффективность улучшенного фильтра определяли с использованием курительного устройства для имитации курения человеком со скоростью потока приблизительно 400 мл/мин при частоте затяжек 1 раз в 2 с с интервалом 1 мин. Условия ЭПР-исследования следующие: Хполоса, микроволновая мощность 20 мВт, частота модуляции 100 кГц и амплитуда модуляции 1 Гс. Результаты приведены в табл. 1. Степень удаления свободных радикалов Е рассчитывали по следующей формуле: Е = Но х 100/Нх,где Но обозначает максимальную интенсивность контрольной системы сравнения и Нх обозначает максимальную интенсивность образцов, содержащих удалитель. В соответствии с этой формулой, степень удаления свободных радикалов Е равна 24,3%. Пример 2. С использованием методики примера 1 сигареты с улучшенным фильтром, содержащим 6 приблизительно 0,00015% процианидинов (в расчете на массу одной сигареты с измельченным табаком) были протестированы в соответствии с описанной выше процедурой и произведен расчет по приведенной выше формуле для степени удаления свободных радикалов. Степень удаления газофазных свободных радикалов составила 22,6%. Более детальные результаты приведены в табл. 2. Пример 3. С использованием методики примера 1 сигареты с улучшенным фильтром, содержащим приблизительно 0,0003% процианидинов (в расчете на массу одной сигареты с измельченным табаком) были протестированы в соответствии с описанной выше процедурой и произведен расчет по приведенной выше формуле для степени удаления свободных радикалов. При расчете с помощью приведенной выше формулы для степени удаления свободных радикалов степень удаления газофазных свободных радикалов составила 27,6%. Более детальные результаты приведены в табл. 3. Пример 4. С использованием методики примера 1 сигареты с улучшенным фильтром, содержащим приблизительно 0,0005% процианидинов (в расчете на массу одной сигареты с измельченным табаком) были протестированы в соответствии с описанной выше процедурой и произведен расчет по приведенной выше формуле для степени удаления свободных радикалов. При расчете с помощью приведенной выше формулы для степени удаления свободных радикалов степень удаления газофазных свободных радикалов составила 29,1%. Более детальные результаты приведены в табл. 4. Испытания показали, что максимальный эффект удаления газофазных свободных радикалов был в том случае, когда содержание процианидинов в фильтре составляло 0,0005%. Пример 5. С использованием методики примера 1 сигареты с улучшенным фильтром, содержащим приблизительно 0,001% процианидинов (в расчете на массу одной сигареты с измельченным табаком) были протестированы в соответствии с описанной выше процедурой и произведен расчет по приведенной выше формуле для степени удаления свободных радикалов. При расчете с помощью приведенной выше формулы для степени удаления свободных радикалов степень удаления газофазных свободных радикалов составила 20%. Более детальные результаты приведены в табл. 5. Как показано в приведенных выше примерах, высокий эффект удаления газофазных свободных радикалов в дыме достигался в том случае, когда содержание процианидинов в фильтре было в пределах от 0,00015 до 0,001% (в расчете на массу одной сигареты с измельченным табаком). Добавление в фильтры 7 витамина С еще более улучшало эффект удаления свободных радикалов. Уменьшение свободных радикалов в табачном дыме уменьшает также мутагенное действие табачного дыма и заметно увеличивает полупериод жизни животных, подвергнутых действию отфильтрованного дыма. В настоящем исследовании мышей подвергали действию летальных количеств сигаретного дыма в камере из полиакрилового стекла (35,6 х 35 х 20 см) с двумя отверстиями сечением 1,5 см 2, одно из которых располагалось наверху камеры для вентиляции, а другое на дне для ввода газовой фазы. Сорок (40) мышей были произвольно разбиты на 4 группы. Мыши из группы 1 были подвергнуты действию дыма от сигарет со стандартными фильтрами. Мыши из групп 2 и 3 были подвергнуты действию дыма от сигарет с фильтрами, содержащими, соответственно,0,00015 и 0,0005 мг % процианидинового экстракта сосновой коры. Мыши из группы 4 служили в качестве контроля и не подвергались действию сигаретного дыма. Сигаретный дым вводили в камеру, в которой одновременно находилась группа из 10 мышей. Регистрировали время и количество сигарет, использованных до достижения завершающего летального момента. Погибших мышей исследовали на гистопатологические изменения. Все погибшие мыши подвергались биопсии и гистопатологическому исследованию. В контрольной группе (сигаретные фильтры без процианидинов) у 80% мышей наблюдали явную закупорку сосудов и геморрагию в легочной ткани. Были обнаружены также вазодилатация и закупорка небольших кровяных сосудов в почках и небольшая вазодилатация и закупорка центральных вен печени. Однако видимые аномальные изменения в сердце и селезенке отсутствовали. Содержание в сигаретных фильтрах 0,0005% процианидинового экстракта сосновой коры значительно увеличило время жизни и на 70,5% снизило острую токсичность сигаретного дыма. В случае отсутствия в сигаретных фильтрах процианидинов мыши погибали после вдыхания дыма от 8 сигарет, в то время как при содержании в фильтрах 0,0005% процианидинового экстракта сосновой коры мыши погибали после воздействия на них дыма от 14 сигарет. На основании полученных выше данных,подходящее содержание в фильтре названного выше удалителя свободных радикалов должно составлять от 0,0001 до 0,001% от массы измельченного табака. В этих пределах концентрации удалитель радикалов более эффективен. Соотношение между содержанием процианидина и содержанием витамина С равно (0,51,5):(1,5-2,5) и наиболее предпочтительно соотношение равное 1,0. Однако, во всех вариантах осуществления изобретения L-глутатион и источник селена, выбранный из группы, состоя 005047 8 щей из L-селенометионина и L-селеноцистеина,в значительной степени или полностью исключаются из применения в сигаретном фильтре изобретения. Таблица 1. Удаляющий эффект фильтра с 0,00015% процианидина и 0,0003% витамина С по отношению к газофазным свободным радикалам в дыме Таблица 2. Удаляющий эффект фильтра с 0,00015% процианидина по отношению к газофазным свободным радикалам в дыме Таблица 4. Удаляющий эффект фильтра с 0,0005% процианидина по отношению к газофазным свободным радикалам в дыме Таблица 3. Удаляющий эффект фильтра с 0,003% процианидина по отношению к газофазным свободным радикалам в дыме Таблица 5. Удаляющий эффект фильтра с 0,001% процианидина по отношению к газофазным свободным радикалам в дыме 1. Сигаретный фильтр, содержащий фильтрующий элемент, который включает в качестве фильтрующих ингредиентов процианидины в количестве, эффективном для удаления газофазных свободных радикалов, присутствующих в сигаретном дыме, без существенного изменения аромата и вкуса сигареты. 2. Сигаретный фильтр по п.1, у которого количество фильтрующих ингредиентов находится в пределах приблизительно от 0,0001 до 0,001% от массы измельченного табака внутри остальной части сигареты. 3. Сигаретный фильтр по пп.1 или 2, в котором фильтрующий элемент включает витамин С. 4. Сигаретный фильтр по п.2, у которого пропорциональное соотношение количества фильтрующих ингредиентов и количества витамина С находится в пределах приблизительно 0,5-1,5:1,5-2,5. 5. Способ производства сигаретного фильтра, отличающийся тем, что в фильтрующий элемент вводят в качестве фильтрующих ингредиентов процианидины в количестве, эффективном для удаления газофазных свободных радикалов, присутствующих в сигаретном дыме,без существенного изменения аромата и вкуса сигареты. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что количество фильтрующих ингредиентов находится в пределах приблизительно от 0,0001 до 0,001% от массы измельченного табака внутри остальной части сигареты. 7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем,что растворяют определенное количество фильтрующих ингредиентов в растворе приблизительно 95%-ного этанола, полученный раствор равномерно распыляют над фильтрующим элементом и сушат фильтрующий элемент. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что фильтрующий элемент присоединяют к остальной части сигареты. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что фильтрующий элемент сплавливают с остальной частью сигареты. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что в фильтрующий элемент вводят витамин С, растворенный в 95%-ном растворе этанола. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что пропорциональное соотношение количества фильтрующих ингредиентов и количества витамина С находится в пределах приблизительно 0,5-1,5:1,5-2,5.