IQOS - исследования компонентного состава стиков⁠⁠

Наткнулся на исследование физико – химических свойств компонент сигарет и стиков под брендом Parliament.

в стиках нет бензола, толуола и ксилола.

дым образуется за счет пропитки сырья, т.е. стики это недо вейп.

аэрозоль стика содержит токсичный фурфурол. Образование фурфурола (tкип=161,7 °C) связано вероятнее всего с термической деструкцией сахаров – глюкозы и фруктозы. При нагревании до 250 °C фурфурол разлагается на фуран и моноксид углерода. Фурфурол является токсичным веществом, воздействующим на нервную систему, вызывающим раздражение кожи и слизистых оболочек, судороги, параличи. При хроническом действии может вызывать экземы, дерматиты, хронический насморк.

Привожу выдержки из исследования:

Исследование физико-химических свойств компонент сигарет и стиков Parliament осуществлялось в специализированной лаборатории ОАО “Погарская сигаретно-сигарная фабрика ”(свидетельство № 520 от 6.11. 2015, ФБУ Брянский ЦСМ) по методикам, изложенным в библиографии [ 8 ]. Результаты данных исследований приведены в табл. 1 и 2. Чистота всех использованных в работе реактивов была не менее 98%.

Таблица 1. Результаты исследований химических показателей табачного сырья сигарет и стиков Parliament.

Таблица 2. Результаты исследований физических свойств компонент сигарет и стиков Parliament

Анализируя результаты исследований, приведённых в табл. 1, 2 можно предположить следующее:

- с целью формирования сходного вкусо-ароматического профиля дыма сигарет и аэрозоля стиков Parliament при изготовлении восстановленного табака, являющегося основным конструктивным элементом для формирования вкусо-ароматического профиля аэрозоля , вероятно используется идентичный табачный бленд, состоящий из табачного сырья сортотипов Вирджиния и Берлей . На данный факт указывают очень близкие значения по содержанию никотина, углеводов и водородному показателю дыма;

- отличающиеся практически в 2 раза значения пиролизата, а так же существенное отличие значений по содержанию сахаров и белков соответственно для стиков и сигарет обусловлены скорее всего технологическими добавками целлюлозы , триацетина, глицерина и других добавок, используемых при изготовлении гомогенизированного табака стиков.

Для проверки гипотезы об использовании в стиках именно гомогенизированного(восстановленного) табачного сырья, изготовленного по литьевой технологии, - табачные компоненты из стиков и сигарет были помещены в лабораторный стакан c раствором дистиллированной воды и затем размешивались в течении 1 мин на магнитной мешалке IKA. В результате воздействия воды и помешивания ( см. рис. 2 - А) - табачная часть стиков, в отличие от табачного сырья сигарет( см. рис.2 - Б) , потеряла первоначальную форму свёрнутого полотна ленточной формы ( как это показано на рис. 1 – 1) и сформировалась в виде мелкодисперсного осадка на дне стакана , а так же непрозрачной взвеси раствора. Визуально размер отфильтрованных осаждённых частиц меньше минимального размера диаметра ячейки сита для отделения фракции табачной пыли, т. е. менее 0,315 мм. Данный факт указывает на то, что табачная часть стика изготовлена из восстановленного табака, c использованием в рамках соответствующей технологии добавок длинноволокнистой целлюлозы и пластификаторов с целью формирования табачного полотна.

Для уточнения структуры растворимых углеводов в стиках были проведены исследования по дифференцированному составу сахаров по следующей методике: в мерную колбу объемом 25 мл поместили навеску гомогенизированного табака массой 1 г, добавили 3 мл дистиллированной воды, перемешали, выдержали 20 мин. при комнатной температуре, добавили 0,5 мл - «Карреза I”, затем 0,5 мл - «Карреза II”, 1 мл (0,1 М) гидроксида натрия. Объём колбы довели до метки дистиллированной водой. Полученную смесь отфильтровали. Фильтрат использовали для анализа. Анализ проводили ферментативным методом с помощью набора Yellow LineR-Biopharm.

По результатам исследования установлено, что содержание сахаров в стиках соответствует следующим значениям: глюкоза - 36.26 г/кг, фруктоза - 50.77 г/кг, сахароза – отсутствует. Данное содержание глюкозы и фруктозы, в принципе, соответствуют среднему содержанию данных компонент для табачного бленда класса “ американ бленд”, традиционно состоящего из смеси табачного сырья сортотипов Вирджиния и Берлей.

Принципиальным отличием систем нагревания табака от традиционных сигарет является отсутствие прямого пиролиза табака, что потенциально позволяет избегать образование монооксида углерода СО - очень ядовитого и смертоносного газа, являющегося одним из основных врагов человека в современном техногенном обществе. Основной идеей снижения токсичности для iQOS является создание таких условий генерации никотиносодержащего аэрозоля, при которых СО не будет образовываться совсем или его образование будет существенно снижено. Известно, что температурой воспламенения целлюлозы и лигнина как основных горючих компонент всех растений, в том числе , и табака - является температура около 450 градусов Цельсия. При этом, конечно необходимо помнить, что для других компонент, например, для растительных масел , которые так же входят в состав табака и других растений, температура задымления начинается уже в диапозоне 160-230 градусов Цельсия, а для некоторых веществ , например, восков или подобных ему других жировых полимеров (кутин, суберин) ещё и меньше, - 90 -110 градусов. Поэтому исследование температурных режимов в конструктивных частях стиков iQOS является важной частью исследований для понимания механизмов снижения токсичности в системах нагревания табака по сравнению с сигаретами, папиросами и другими табачными изделиями, продуцирующими дым в результате пиролиза.

Согласно заявленным конструктивным особенностям нагреватель iQOS с платиново-керамическим покрытием [ 8 ] нагревается до температуры 350 градусов Цельсия, что может быть обусловлено в общем случае конструктивными особенностями нагревателя, а так же соответствующей температурой Кюри для ферритового испарителя в случае использования в конструкции iQOS технического решения [ 7 ].

Для исследования температурных режимов в стиках авторами был разработан стенд.

Температурные зависимости на рис. 6 отчётливо показывают, что в момент затяжки (характерные “пики” экстремумов графических зависимостей) температура среды около испарителя снижается за счёт притока воздуха с 210 до 172 градусов Цельсия , после чего аэрозоль поступает в полость первого ацетатного фильтра, где температура “покоя”( в отсутствии затяжки) меняется примерно с 75 до 116 градусов Цельсия – при затяжке; при этом в “ленточном” фильтре, в отсутствии всасывания воздуха температура среды составляет 60 градусов, а при наличии основной струи - поднимается до значения 108 градусов; в оконечной части стика - в ацетатном фильтре при затяжке температура основной струи колеблется в диапозоне 50-60 градусов Цельсия, а в перерывах между затяжками составляет, примерно, 30-33 градуса по Цельсию.

ГХ-МС анализ табачного сырья в сигаретах и стиках Parliament до потребления, а так же ГХ-МС анализ продуктов, осаждённых на фильтрах после курительных сессий.

Для проведения ГХ-МС анализа с целью определения глицерина, пропиленгликоля и никотина в табачном сырье были приготовлены экстракты табака методом ультразвуковой экстракции. Для этого навески образцов табака массой 1 г помещены в стеклянные пробирки. К каждой навеске добавлено 10 см3 ацетона. Пробирки помещены в ультразвуковую ванну мощностью 100 Вт и частотой 35 кГц. Длительность ультразвуковой экстракции составила 10 минут. Дополнительный нагрев не применялся. Надосадочная жидкость (1 мкл) была использована для ГХ-МС анализа.

Для проведения ГХ-МС анализа с целью определения ароматобразующих веществ навеска табака массой 0.5 г помещена в сосуд для парофазового пробоотбора и плотно запечатана. Образец был проанализирован методом ГХ-МС с парофазовым пробоотбором.

ГХ-МС анализ был проведён на приборе Shimadzu GCMS QP-2010Ultra. Разделение проводилось на колонке SLB-5 MS. Все вещества в пробе были выделены в виде отдельных хроматографических пиков. Полученные масс-спектры индивидуальных веществ были распознаны автоматически с применением базы данных WILLEY 7.0.

ГХ-МС анализ фильтров

Для проведения ГХ-МС анализа с целью определения глицерина, пропиленгликоля и никотина были приготовлены экстракты из фильтров методом ультразвуковой экстракции. Для этого фильтры (по 1шт. - от выкуренной сигареты и стика ) помещены в стеклянные пробирки. К каждой навеске добавлено 3 см3 ацетона. Пробирки помещены в ультразвуковую ванну мощностью 100 Вт и частотой 35 кГц. Длительность ультразвуковой экстракции составила 3 минуты. Дополнительный нагрев не применялся. Экстракция проводилась трижды, экстракты объединялись. Полученный экстракт доведен до 10 см3 ацетоном и отцентрифугирован для отделения осадка. Надосадочная жидкость (1 мкл) была использована для ГХ-МС анализа.

Для проведения ГХ-МС анализа с целью определения ароматобразующих веществ, фильтры (по 1шт. - от выкуренной сигареты и стика) помещены в сосуды для парофазового пробоотбора и плотно запечатаны. Образец был проанализирован методом ГХ-МС с парофазовым пробоотбором.

ГХ-МС анализ был проведён на приборе Shimadzu GCMS QP-2010Ultra. Разделение проводилось на колонке SLB-5 MS. Все вещества в пробе были выделены в виде отдельных хроматографических пиков. Полученные масс-спектры индивидуальных веществ были распознаны автоматически с применением базы данных WILLEY 7.0.

Результаты ГХ-МС исследований приведены в табл. 3,4 :

Табачная часть стика приобретает после использования почти чёрный цвет и перестаёт быть относительно эластичной, как перед использованием, что обусловлено видимо термическим испарением содержащихся в ней влаги, а так же глицерина, пропиленкликоля и диацетата глицерина. На ацетатных фильтрах появляется светло-коричневый налёт, “ ленточный” фильтр , - особенно в его центральной части по ходу движения основной струи аэрозоля , изменяет пластинчатую структуру и приобретает вид запекшегося стекловидного стержня.

Кроме того, в работе [14] посредством PTR-MS было показано , что при воздействии высокой температуры нагревания табачной части стика, вставленного в устройство iQOS, происходит так же появление и боковой струи от продуктов нагрева табака, что может привести к воздействию на некурящих людей, находящихся рядом c практикующим потребителем iQOS. Данный факт требует отдельного изучения как с научной точки зрения, так и с точки зрения регуляторных функций на основании того, что Сообщество общественного здравоохранения заявило о том, что нет безопасного уровня воздействия боковых выбросов продукции с содержанием табака [15,16].Выводы:

При этом, несмотря на принципиальное различие в способе потребления, обычные сигареты и стики похожи : а) полностью автоматизированным процессом производства изделия; б) наличием табачного сырья; в) фактом наличия термических динамических процессов, приводящих к формированию как основной, так и боковой струй соответствующих выделений – дыма или аэрозоля; г) возможностью управления физико-химическими параметрами продуктов, по крайней мере, в части веса компонент, сопротивления протяжки, содержания никотина и пропиленгликоля. Эти факты могут быть логичным основанием для использования одинаковых государственных регуляций и обычных сигарет, и стиков для систем iQOS.

Глицерин (пищевая добавка Е422) в данной технологии вероятнее всего несёт, во-первых, функциональную нагрузку стабилизатора, обладающего свойствами сохранять продукт, увеличивать степень вязкости и консистенцию, а так же используется в качестве эмульгатора, при помощи которого обычно могут смешиваться различные несмешиваемые или плохо смешиваемые компоненты. Пропиленгликоль ( температура кипения 187,4 градусов Цельсия) используется как формирователь никотиносодержащего аэрозоля и как растворитель , - в первую очередь, для никотина и вкусо-ароматических добавок ; так же пропиленгликоль используется как увлажнитель табака и кроме того, в режиме хранения восстановленного табака несёт в себе функционал умеренного консерванта, обладающего бактерицидными свойствами.

Необходимо отметить , что пропиленгликоль в технологии изготовления гомогенизированного табака обеспечивает необходимое взаимодействие с никотином после измельчения табачного сырья, т.е. вероятнее всего именно пропиленгликоль фактически образует раствор с содержимым вакуолей клеток ( в том числе и с солями никотина) после механической деструкции клеточной структуры при размоле (измельчении) высушенного табака во время технологического процесса. В результате измельчения нарушается “капсулированность” вакуолей за счёт деструкции стенок клетки растительного сырья и содержимое вакуолей смешивается с компонентами растворов, участвующих в технологии изготовления гомогенизированного табака . Подтверждением данного факта являются результаты ГХ-МС, согласно которым никотин и пропиленгликоль одинаково качественно присутствуют и в гомогенизированном табаке , и на фильтре стика после курительной сессии ( cм.  табл. 3,4). Так же присутствующий и в табаке стиков, и на оконечном ацетатном фильтре диацетат глицерина (пищевая добавка Е1517) скорее всего используется при литьевой технологии изготовления гомогенизированного табака в качестве наполнителя или влагоудерживающего агента.

Кроме того, так же необходимо отметить тот факт, что несмотря на то, что в стиках используется почти в два раза меньшее количество табака ( табл. 2) , содержание никотина в стиках почти в два раза превышает количество никотина в сигаретах( табл. 3 ). Данный факт требует дополнительных исследований: вполне возможно, что используемая в данном исследовании методика подготовки экстрактов табака методом ультразвуковой экстракции гораздо эффективнее позволяет экстрагировать никотин из восстановленного табака, где никотин более доступен, в отличие от резанного табачного бленда сигарет. С другой стороны, исходя из факта наличия большего количества никотина на единицу табачной массы в стиках по сравнению с сигаретами можно сделать следующее предположение – никотин в стики добавляется искусственно и дополнительно на стадии производства пульпы для восстановленного табака, что в свою очередь позволяет более точно прогнозировать и контролировать содержание никотина в готовых изделиях - стиках.

Исходя из данных ГХ-МС можно сказать, что гомогенизированный табак в стиках, благодаря содержанию такие компонентов как ароматизаторы, пропиленгликоль, глицерин и диацетат глицерина по своему качественному составу ближе к кальянным табакам, хотя количественно табачных компонентов в стиках iQOS конечно больше , нежели в кальянных смесях. При этом, собственно физический процесс образования аэрозоля,- опять же качественно ( никотин + пропиленгликоль+ароматизатор) очень напоминает вейпинг в части непосредственно прямого контактного взаимодействия нагревателя с восстановленным табаком, в котором никотин , температура испарения которого составляет 247 град С удерживается в основном не замкнутой структурой клетки, как в табачном сырье сигареты, а в растворе жидкости, подлежащей испарению при нагревании. В сигарете никотин попадает в основную струю дыма за счёт термической деструкции клеточной структуры , т.е. после сгорании стенок клетки.

3. Ацетатная часть фильтра стика в виде полого цилиндра ( рис. 1-2) скорее всего предназначена для формирования потока аэрозоля заданной лучевой формы с требуемым диаметром, который меньше основного диаметра стика , а так же для снижения температуры основной струи аэрозоля. В этом сегменте стика температура аэрозоля по отношению к табачной части стика снижается примерно на 55-60 градусов Цельсия ( рис. 6 – а, б). Кроме того, на внутренней стенке цилиндрического фильтра происходит конденсация и удержание некоторых компонент аэрозоля, наличие которых визуально видно в виде коричневого налёта ( рис. 11).

4. “Ленточный” фильтр ( рис. 1-3) служит для некоторого снижения температуры аэрозоля, а так же предположительно работает в качестве “предохранителя” или заглушки для основной струи потока аэрозоля. В конце курительной сессии эта часть стика представляет собой фактически агломерированную спёкшуюся массу. Можно предположить, что этот сегмент стика изготавливается из пищевых полимеров со сравнительно низкой температурой стеклования, идентичных например полилактиду [ 7 , 11 ] и основным функционалом данного сегмента стика будет являться блокирование потока аэрозоля с температурой плавления равной и выше температуры плавления “ленточного” полимера. Другими словами, именно этот сегмент стика является , в первую очередь, гарантом невозможности потребления аэрозоля с температурой выше некого заданного значения, а так же многократного использования одного стика для курительной сессии. При этом, видимо с этой целью предыдущий сегмент стика ( с цилиндрической полостью рис. 1-2) осуществляет фактически фокусирование потока аэрозоля именно для концентрации плотности теплового потока в центральной части стика.

5. Оконечный ацетатный фильтр ( рис. 1- 4) предназначен для фильтрации основного потока аэрозоля, удерживания части компонент аэрозоля и снижения температуры аэрозоля до температуры комфорта для потребителя. Для придания механической прочности стика в оконечной части ацетатного фильтра - используется картонная гильза.

6. необходимо констатировать, что дым от традиционных сигарет существенно более токсичен нежели продукты конденсации аэрозоля стиков, т.к. фильтры сигарет после курения содержат такие продукты пирролиза как: бензол, толуол и ксилол. Конденсат аэрозоля на оконечных фильтрах стиков содержит эфиры уксусной кислоты, образующиеся вероятнее всего в процессе нагрева.

7. Кроме того, аэрозоль стика содержит токсичный фурфурол. Образование фурфурола (tкип=161,7 °C) связано вероятнее всего с термической деструкцией сахаров – глюкозы и фруктозы. При нагревании до 250 °C фурфурол разлагается на фуран и моноксид углерода. Фурфурол является токсичным веществом, воздействующим на нервную систему, вызывающим раздражение кожи и слизистых оболочек, судороги, параличи. При хроническом действии может вызывать экземы, дерматиты, хронический насморк [ 12 ]. Фурфурол может быть продуктом процесса меланоидинообразования в результате реакции аминокислот и сахаров с характерным потемнением табачного сырья во время теплового воздействия. Исследование количественного состава фурфурола, выделяемого во время потребления аэрозоля стика iQOS, необходимо дополнительно провеести для понимания степени токсичности.

8. Изменение цвета и фактуры гомогенизированного табака стика после потребления может быть следствием процесса карамелизации глюкозы и фруктозы, для которых температура карамелизации составляет , соответственно , 145-149° C и 98-102 °C, в результате которого образуются тёмно-окрашенные продукты типа карамелена и карамелина. Особенно чувствительна к процессу карамелизации фруктоза, - её карамелизация протекает в 6-7 раз быстрее, чем у других сахаров.

9. В силу неоднозначности отзывов потребителей и пользователей iQOS в сети интернет-пространства , предметом отдельных исследований , - по мнению авторов, должны так же стать сравнительные органолептические исследования вкусо-ароматического профиля аэрозоля стиков iQOS по сравнению с дымом табачных изделий и аэрозолем , образующимся при вейпинге.

ссылка на источник