JP4366267B2 - ホルムアルデヒド類の選択除去性に優れたタバコフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、喫煙者の口腔内への特定の煙成分の流入量を低減し、喫煙者の好みに応じて喫味を調整できるタバコエレメントおよびそれの製造方法に関するものである。

近年、いわゆる軽いタバコが好まれる傾向にあることや、健康への影響を考慮して、先進諸国を中心に、喫煙時の口腔内への煙成分の流入量（デリバリー量）を低減させるための様々な検討がなされている。そのための重要な方法のひとつがフィルタの改良である。
現在のタバコ煙用フィルタは、セルロースジアセテートの捲縮繊維トウが多く用いられ、その濾過効率を高めるために、単繊維繊度の小さいトウを用いたり、繊維充填量を大きくしたりしている。しかしながら、これらの方法では、通気抵抗が増大するため、実用的な通気抵抗の範囲では、濾過効率の向上に限界がある。
また、これらの方法で濾過効率を高める場合には、煙成分中の特定成分のみ選択的に除去すること、すなわち煙成分の濾過比を大きく変えることは困難である。

今までは、ニコチンやタールがタバコ煙中の主な有害成分と考えられ、ニコチンやタールのデリバリーに関心がもたれ、多くの国でニコチンとタールの表示義務が課せられている。しかし、ニコチンそのものは、タバコの嗜好成分であり、喫煙の満足感に直接関与すると考えられる。また、タールについても、タバコ煙成分中のタール成分を相対的に高いレベルで除去することは、香喫味を損なうために好ましいことではない。
すなわち、タールやニコチンを含めた、揮発性の低い煙成分を無差別に除去すると、味が軽くなるとともに満足感が得られなくなる。従って、タバコ煙成分中のタールやニコチンの量を相対的に高いレベルに保ったまま、煙成分中の特定成分のみ選択的に除去することが求められている。
このような一群の物質のひとつとして、アルデヒド類がある。アルデヒド類、とくにホルムアルデヒドは、刺激的な臭いを有すだけでなく、最近アレルギーの原因物質のひとつとして注目されているように、健康上好ましくない物質である。

従来、タバコ煙中の有害成分をろ過するための吸着体として、さまざまなフィルタ構成体およびフィルタ構成体への添加物が提案されている。
特開昭59-088078号公報（特許文献１）、特開昭59-151882号公報（特許文献２） および 特開昭60-054669号公報（特許文献３）には、ホルムアルデヒドの吸着等を目的として、アミン成分を添加するものが報告されているが、いずれも活性炭素にポリエチレンイミンや蒸気圧の低い脂肪族アミンを添着させてなるタバコ煙フィルター用吸着剤である。
特開平09-168736号公報（特許文献４）はポリエチレンイミンやp-アミノアセトアニリドを添着した繊維状活性炭を開示している。
特表2002-528105号公報（特許文献５）および特表2002-528106号公報（特許文献６）は3-アミノプロピルシリル及び関連原子団を共有結合してなるフィルタを開示している。
特表2003-505618号公報（特許文献７）はアンモニウム塩を含む充填材を提案している。
しかし、上記のフィルタに用いられているアミン系物質では、タールやニコチンも同時に除去できることが特徴としており、タールやニコチンの除去率を相対的に低くしたまま、アルデヒド類のみを選択的に除去するものではなかった。
またこれらのアミン類は合成高分子アミンであり、低分子量成分の残存や、分解のために特有のアミン臭を呈する。またアミン系物質自体、あるいはそのなかに含まれる揮発性物質は生体に毒性を示す場合が多く、人間が直接口にするタバコ煙用フィルタに添加した場合、予期せぬ問題を生じる可能性がある。さらに例え全く揮発しなかったとしても、何らかの理由、例えば塩基性物質との接触、加水分解などによってアミン系化合物の遊離を引き起こす可能性もある。

特開昭５７−７１３８８号公報（特許文献８）には煙草の風味を向上させるためにアミノ酸を添加することが開示されている。この様な、アミノ酸を用いた場合には、多くの場合に結晶となり、揮発性も低いが、この状態は、吸着に対して不活性であり、期待するようなアルデヒド類のみを選択的に除去する機能を発揮しない。得られている結果からもタール類が減少していることが読み取れる。
以上のように、アミン系化合物の添加は、酸性物質やアルデヒドなどの除去に有効であると考えられるものの、実際にタバコフィルターあるいは添加物として利用するには、臭い、安全性、効果などに問題があり、実用的なものがなかった。
また、米国特許Ｎｏ．２９６８３０６号公報（特許文献１０）にはタバコ煙中のアルデヒドを除去するためにグリシンの如き一定のアミノ酸の使用を開示する。グリシンはタバコ煙中のホルムアルデヒドのレベルを減らすことができるが、紙巻きタバコフィルタ製造工程では安定していないことが発見されている。さらに、それはフィルタの貯蔵中にアンモニア臭を放出するため煙草に用いるには不適当であった。

特開H０７−３１４５２号公報（特許文献９）にはアルデヒド類を吸着させる目的でキチンまたはキトサンを５〜１００重量％含有するタバコ用フィルタを開示している。しかしながら、これらのキチンおよびキトサンではアルデヒド類とともにニコチンやタールも大きく捕集されていおり、アルデヒド類のみの選択除去は行えなかった。

特開昭５９−０８８０７８号公報 特開昭５９−１５１８８２号公報 特開昭６０−０５４６６９号公報 特開平０９−１６８７３６号公報 特表２００２−５２８１０５号公報 特表２００２−５２８１０６号公報 特表２００３−５０５６１８号公報 特開昭５７−７１３８８号公報 特開H０７−３１４５２号公報 米国特許Ｎｏ．２９６８３０６号公報

解決しようとする問題点は、タールやニコチンの除去率を相対的に低くしたまま、アルデヒド類のみを選択的に除去することができ、かつ経口摂取した場合でも安全性が高いタバコ煙用フィルタが無い点である。また通気抵抗が増大しないように、選択的に除去する物質をたばこ煙フィルタ内に組み込む方法が無い点である。

本発明は、アルデヒド類の選択除去に適した物質が塩基性ポリペプチドであることを見出し、塩基性ポリペプチドを含有することを特徴とするタバコ煙フィルタが、ニコチンおよびタールの除去率を相対的に低くしたまま、ホルムアルデヒドのみを選択的に除去することに好適であることを見出した。そして、本願発明の塩基性ポリペプチドは高分子であるために容易に結晶化することはなく、また水溶性にも富む物質である。

このため本発明の塩基性ポリペプチドを水に溶解した上で、タバコ煙用フィルタとして通常用いられているセルロースジアセテートの捲縮繊維トウの繊維に、噴霧、塗布、浸漬などの方法により、担持させる場合、薄膜を形成することが容易である。別の様態としては、同じ方法によりタバコ煙用フィルタに添加されている活性炭などの多孔質担体に担持するなどによっても、大きな表面積を与えることができる。
これらの塩基性ポリペプチドの中でも、ポリリジンや白子たん白（プロタミン）が最も好適である。これらのポリリジンやプロタミンは、経口摂取しても人体に対する毒性は極めて低いものである。

本発明の塩基性ポリペプチドを添加したタバコフィルタは無味無臭であり、タバコの喫味に悪影響をもたらすことなく、アルデヒド類を選択的に除去するという利点がある。

また本発明の塩基性ポリペプチドを添加したタバコフィルタにおいて、塩基性ポリペプチドの等電点を塩基性とすることにより、より一層アルデヒド類を選択的に除去するという利点がある。

更に、塩基性ポリペプチドまたはポリアミノ酸あるいはそれらを含有する複合物を繊維表面に担持あるいは添着させたタバコ煙フィルタは、ホルムアルデヒドの顕著な除去効果が認められる一方で、ニコチンやタールはほとんど除去しないし、通気抵抗をほとんど、変化させることがないという利点がある。

更に、また本発明で用いられた塩基性ポリペプチドは水に溶解することにより、撒布、噴霧、塗布、浸漬などの方法で容易にたばこフィルタ繊維に添着（担持）させるという製造方法は、たばこフィルタの既存の製造装置にこれらの添着工程を導入することが容易であり、かつ紛体を添加する方法に比較して脱落し難く、均一な薄膜を形成できるという利点がある。

（塩基性ポリペプチド）
本発明における塩基性ポリペプチドとは、合成されたポリペプチドであっても用いることができるが、生物が産生する、あるいは生物が産生したものに多少の化学処理を加えることによって得られる高分子ポリアミンが好適に用いることができる。具体的には以下に例示されるが、それらに限るものではなく、いわゆる塩基性タンパク、塩基性ペプチドはこれに該当する。そして,塩基性ポリペプチドとして水に溶解するものが用いられる。
本発明における塩基性ポリペプチドは、更に好ましくはタンパク、ポリペプチドなどのうち、1級アミノ基（グアニジン、アミジン中のアミノ基をも含む）を多く含むものを示す。

（ポリリジン）
ポリリジンは放線菌の一種、Streptomyces Albulus を好気培養することにより得られる塩基性ポリペプチドである。通常、イオン交換樹脂に吸着、分離、生成して製造される塩基性ポリペプチドである。
なお、本発明に用いるポリリジンとして現在入手可能なものは、上記の物質であるが、これはあくまでもポリリジンの一例に過ぎない。そのポリリジンの起源が生物的なものであれ、化学的なものであれ（アミノ酸と二酸化炭素の混合環状無水物を開環重合させる、あるいはカルボジイミド誘導体などを脱水剤としてアミノ酸誘導体を重合する方法などが知られている）、リジンを30モル％以上含むものであれば、機能的に同等であり、「リジンを主成分とするポリペプチド」は本願の目的に好適に用いることができる。
また、該ポリリジンが合成的に得られるものである場合には、その中に含まれるリジンが純粋なL-体であることは、万が一、消化管に入った場合の安全性という観点からは望ましいが、機能上必要な条件ではない。

（プロタミン）
雄性動物の精子核中に含まれるプロタミンと総称されるものが好適に用いられる。プロタミンは工業的にはサケ白子から抽出されるものが「しらこタンパク」として流通している。
白子タン白（プロタミン）も、ポリリジン同様、アミノ基を過剰に有するため酸性物質の除去、アルデヒド除去に有効である。しかし、資源は鮭の白子に限らず、各種雄性動物の白子からプロタミン類が抽出され、固有の名称が与えられている。
これらのプロタミン類としては、アルギニン含量が50モル％以上に及ぶことが特徴である。

（その他の塩基性ポリペプチド）
本発明には、塩基性ポリペプチドであれば、用いることができる。ほとんどの動物の真核細胞核内でDNAと複合体を形成しているといわれるヒストンも本発明の塩基性タンパクの代表的なひとつである。リジン含量の多いものとアルギニン含量の多いものとが知られる。
その他、消炎剤として用いられるリゾチームも塩基性タンパクのひとつである。
本発明の目的に用いることができる塩基性ポリペプチドは、塩基性アミノ酸の含量が多いことが望ましく、全構成アミノ酸の30モル％以上であることが望ましい。

（塩基性ポリペプチドの等電点）
本発明においては、用いられる塩基性ポリペプチドの等電点もまた重要である。すなわち、特開H07-031452号公報に開示されているキトサンも化学構造的には、基本骨格が多糖類であることは異なるものの、分子内に多数の反応性のアミノ基を持つ点では共通する。しかしながら、本発明の塩基性ポリペプチドとキトサンを比較した場合、その選択除去性は大きく異なる。すなわち、キトサンを用いた場合には特開H07-031452号公報に記載されている通り、ニコチンやタールと同程度のアルデヒド類の除去率であり、選択除去性に乏しい、この原因としては、求核性に起因するものと思われる。
本発明の塩基性ポリペプチドとキトサンの添加の効果の差から考慮すると塩基性であってかつ酸解離定数がなるべく大きいほうが好ましく、すなわち強塩基性であることが好ましい、したがって塩基性ポリペプチドであって、等電点が７以上、好ましくは８以上、より好ましくは１０以上、最も好ましくは１０〜１２のものが好適である。
尚、本発明での塩基性ポリペプチドの等電点とは、粒子全体の実効電荷の代数和が０になる状態の水素イオン指数ｐＨを指し示し、具体的には電気泳動速度が０となる水素イオン指数ｐＨとして測定することができる。

（塩基性ポリペプチドを含有するタバコフィルタの製造方法）
本発明の塩基性ポリペプチドをタバコ煙に接触させる方法は、いかなるものであっても良いが、常用のタバコフィルタに添加または担持させて接触させる方法が最も好ましい。常用のタバコフィルタに添加する方法としては本発明の塩基性ポリペプチドが水溶性であることを利用して、液体状態でフィルタートウに添加する方法をとることができる。また、塩基性ポリペプチドの固体を粉砕した上でフィルタートウに添加する方法も用いることができる。

（溶液状態での添加）
本発明の塩基性ポリペプチドは水に溶解することができる。このため、水溶液をセルロースアセテート繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン繊維、これらを主成分とする不織布や紙状のシートなどに塗布、噴霧および含浸させて添加することができる。これらの繊維の中でも、タバコ煙用フィルタは、セルロースジアセテートの捲縮繊維トウが多く用いられており、かつセルロースジアセテートの捲縮繊維トウはたばこの喫味に優れるため、本発明の塩基性ポリペプチドを担持させる担体として最も好適である。
本発明の塩基性ポリペプチドは水に溶解することができるので、セルロースジアセテートの捲縮繊維トウに対して霧状に噴霧したり、あるいはセルロースジアセテートの捲縮繊維トウのフィルタを本発明の塩基性ポリペプチドの水溶液に浸漬することにより添加できる。
このようにして、添加したものは均質な薄膜を形成することができるため、添加量に対する比表面積を大きくすることができ、粒状での添加に比較して、選択除去性能を向上させることができる。

本発明の塩基性ポリペプチドにはこの他、可塑成分を混合することができる。たとえばグリセリン、ジグリセロール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、有機酸、リン酸などを例示することができ、その塩基性ポリペプチドに対する含有量は、10%以上、1000%以下であることが望ましい。しかしながら、これらの可塑成分が喫味に影響を及ぼす可能性があるため、慎重に選択する必要がある。好ましい可塑成分はグリセリン、ジグリセロール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのグリセリン類である。
また、セルロースジアセテートの捲縮繊維トウのフィルタは、通常硬さを付与するために、バインダすなわち繊維を部分溶解して接着するための成分（慣用的に可塑剤と呼ばれる）を添加する。たとえば、もっとも一般的に用いられている可塑剤添加法として、トリアセチンを霧状にして散布するということが行われている。このバインダあるいは可塑剤に、本発明の塩基性ポリペプチドを溶解、あるいは微粒子として分散懸濁させるという添加方法も取ることができる。

（粉末での添加）
本発明の塩基性ポリペプチドは単独で、あるいは助剤との複合物の粉末として含ませることができる。また本発明の塩基性ポリペプチドを、適度の大きさに造粒して含ませることができる。本発明の塩基性ポリペプチドの粉末での添加方法として、より効果的な態様は、単独で添加するよりも、他の成分との複合物として添加するか、あるいは担体に担持した上で添加することである。
ここでいう担体は、適切な分散状態とタバコ煙にたいする適切な抵抗を与え、また塩基性ポリペプチドの機能を損なわないものが用いることができる。
具体的にはセルロースアセテート繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン繊維、これらを主成分とする不織布や紙状のシートなどに粉末状態で担持させる方法が考えられる。
ほかにも活性炭、珪藻土、シリカゲル、アルミナ、酸化チタン、ジルコニア、ゼオライトなどの粒状物などに担持させる方法を取ることもできる。更にはこれらの粒状物と塩基性ポリペプチドの微粒子を混合し希釈することもできる。更には、上記の微粒子の一部に塩基性ポリペプチドを担持させた上で、無担持の微粒子と混合した上でセルロースアセテート繊維等に添加する方法も用いることができる。
担持体は無機成分であっても良いし、また木屑、合成あるいは天然高分子からなる微粒子も用いることができる。さらに不活性な希釈剤粉末を混合することもできる。
担持体や塩基性ポリペプチドと混合される不活性な希釈剤粉末としては、たとえばデンプン、デキストランやセルロース粉末などをであっても良いが、好ましくは塩基性ポリペプチドと少なくとも見かけ上均一に混和する物質である。

以下の測定は全て５本のたばこについて測定し、その平均値を求めた。
対象品
市販煙草 ピース・ライト・ボックス（登録商標第2122839号）（日本たばこ産業株式会社製）を用いて下記の方法により通気抵抗、ニコチン、タール量、ホルムアルデヒド量の測定を行った。

［通気抵抗］
たばこ煙用フィルタサンプル内を空気流量１７．５ｍｌ／秒で通過させたときの圧力損失（ｍｍＷＧ）を、自動通気抵抗測定器（フィルトローナ社製、ＦＴＳ３００）を用いて測定した。

［ニコチン、タール量］
上記で得られたサンプル煙草をピストンタイプの定容量型自動喫煙器（ボルグワルド社製ＲＭ２０／ＣＳ）を用い、流量１７．５ｍｌ／秒で喫煙時間２秒／回、喫煙頻度１回／分の条件で喫煙を行った。フィルタを通過した煙中のニコチン及びタールはガラス繊維製フィルタ（ケンブリッジフィルタ）で捕集し、ニコチン量はガスクロマトグラフ（（株）日立製作所製Ｇ−３０００）を用いて測定した。
タール量は重量法により測定を行った。
対象品のケンブリッジフィルタに付着したニコチンおよびタール量をＴｎ、Ｔｔとし、下記の比較例及び実施例でケンブリッジフィルタに付着したニコチンおよびタール量をＣｎ、Ｃｔとして次式によりニコチン及びタールの除去率を算出した。
ニコチン除去率（％）＝１００×Ｃｎ／Ｔｎ
タール除去率（％）＝１００×Ｃｔ／Ｔｔ

[ホルムアルデヒド除去率]
上記で得られたサンプル煙草をピストンタイプの定容量型自動喫煙器（ボルグワルド社製ＲＭ２０／ＣＳ）を用い、流量１７．５ｍｌ／秒で喫煙時間２秒／回、喫煙頻度１回／分の条件で喫煙を行った。フィルタを通過した煙中のホルムアルデヒドは、DNPH（ジニトロフェニルヒドラジン）溶液で捕集し、DNPHで誘導体化した上で高速液体クロマトグラフガスクロマトグラフ（（株）日立製作所製Ｇ−３０００）を用いてUVの吸光度を用い測定した。
対象品で捕集されたホルムアルデヒド量Ｔｆとし、下記の比較例及び実施例で捕集したホルムアルデヒド量をＣｆとして次式によりニコチン及びタールの除去率を算出した。
ホルムアルデヒド除去率（％）＝１００×Ｃｆ／Ｔｆ

比較例１
本比較例ではキトサンを用いた。キトサンとしては、大日精化工業株式会社製DaichitosanMを粉砕機を用いて粉砕した。このキトサン粒子を篩いにかけ、２８メッシュを通過しかつ、６０メッシュは通過しない粒子を集めた。
市販煙草ピース・ライト・ボックス（登録商標第2122839号）（日本たばこ産業株式会社製）のセルロースジアセテート捲縮繊維トウのフィルタ本体（25mm）の末端から１４ｍｍの部分をカミソリで切断した。切断した長片すなわち、タバコ葉充填片のフィルター部に長20mm内径8mmのガラス管を残フィルター長に相当する長さ（11mm）だけ挿入し、これらをシーリングテープにて結束した。
このガラス管によって生じた9mmの空間に上記キトサン粉末20mgを充填した。次に先に切断した短片すなわち、14mmのフィルタ部を用いてガラス管に栓をした。
そして、このガラス管とフィルタの接続部分にもシーリングテープを巻いて密閉した。したがって、セルロースジアセテート捲縮繊維トウのフィルタの長さとしては、２５mmとなる。またフィルタ間の延長された９mmの部分にはキトサンの粒子が充填されている状態とした。キトサン粒子の充填量は煙草一本当たり２０ｍｇであった。
このタバコサンプルについて上記の通気抵抗、ニコチン、タール量、ホルムアルデヒド量の測定を行った。得られたニコチン、タール及びホルムアルデヒド削減率を上式により算出した。結果を表１に記載する。

比較例２
本比較例では、通常たばこ煙フィルタに良く用いられる活性炭を用いた。活性炭としては二村化学工業株式会社製 破砕炭CW350SZを用いた。この破砕炭を篩いにかけ、３０メッシュを通過しかつ、５０メッシュは通過しない粒子を集めた。比較例１と同様にして、フィルタ間に活性炭を充填した。活性炭の充填量は煙草一本当たり２０ｍｇであった。
このタバコサンプルについて上記の通気抵抗、ニコチン、タール量、ホルムアルデヒド量の測定を行った。得られたニコチン、タール及びホルムアルデヒド削減率を上式により算出した。結果を表１に記載する。

実施例１
市販煙草ピース・ライト・ボックス（登録商標第2122839号）（日本たばこ産業株式会社製）のセルロースジアセテート捲縮繊維トウのフィルタ本体（25mm）の末端から１４ｍｍの部分をカミソリで切断した。切断した短片すなわち14mmのフィルタ部を上記のポリ-Ｌ-リジン水溶液に浸漬した。これを真空乾燥機にて乾燥させた。
比較例の１と同様に市販煙草の切断した長片すなわち、タバコ葉充填片のフィルター部に、浸漬した14mmのフィルタ部をガラス管にて接続し、このガラス管とフィルタの接続部分にもシーリングテープを巻いて密閉した。この場合においては、切断したフィルタの長片と短片の間には空間が生じないようにした。
切断した短片すなわち14mmのフィルタ部のポリ-Ｌ-リジン水溶液浸漬前後から計算した、ポリ-Ｌ-リジンの添量は煙草一本当たり３０ｍｇであった。このタバコサンプルについて上記の通気抵抗、ニコチン、タール量、ホルムアルデヒド量の測定を行った。得られたニコチン、タール及びホルムアルデヒド削減率を上式により算出した。結果を表１に記載する。

表１から明らかな通り、本発明の塩基性ポリペプチドを添加したたばこ煙用フィルタは、ホルムアルデヒド類の選択除去性能に優れ、ホルムアルデヒドを１５％も減少させるのに対して、タールやニコチンはほとんど減少させない。そして常用されているたばこ煙用フィルタに対しても、その通気抵抗も大きくさせることがない。それに対して比較例１や比較例２の紛体を用いた場合には通気抵抗が大きくなる。またホルムアルデヒドの除去率以上にニコチンを除去してしまうため、喫煙の満足感が損なわれる。

Claims (4)

1. 水溶性の塩基性ポリペプチドをタバコ煙フィルタを構成する繊維表面に担持あるいは添着したたばこ煙フィルタ。
2. 塩基性ポリペプチドの等電点が１０〜１２である請求項１記載のタバコ煙フィルタ
3. 塩基性ポリペプチドが放線菌の一種、Streptomyces Albulus を好気培養することにより得られたポリリジンである請求項２に記載のたばこ煙フィルタ。
4. 塩基性ポリペプチドを水に溶解した上でタバコ煙フィルタを構成する繊維表面に散布、噴霧、塗布、浸漬の何れかの方法により塩基性ポリペプチドをタバコ煙フィルタを構成する繊維表面に担持あるいは添着させる請求項１に記載のたばこ煙用フィルタの製造方法。