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문제 정의
- 담배에 첨가제를 사용하는 이유는 향 및 보습효과를 증진시키는등 여러 가지가 있지만 그중에서도 담배의 연소조건을 변화시키므로서 특정 성분을 감소시키려는 시도가 있었다(Burgon and Benner, 1972). 따라서 본 연구에서는 위에 서술한 방법중 담배의 연소기전을 변화시키기 위해 첨가제를 사용하여 담배 연기 중 특정 성분을 감소시키기 위한 적용이 가능한지를 검토하였다.
제안 방법
- 그러나 최근에 alkali earth metal에 대한 관심이 고조되면서 이에 관련한 연구 결과들이 발표되었고 이들 금속염은 담배 연기성분중 타르, 니코틴, CO 생성에 영향을 미치며 연소온도도 변화시키는 것으로 보고되었다(Ihrig and Smith, 1994). 따라서 이들 결과를 토대로 alkali earth metal 뿐만 아니라 다른 organic salt가 치환된 9가지 첨가제에 대한 연기 성분을 분석하였고 그 결과를 Fig. 1 에 나타내었다.
- 본 실험에 사용된 첨가제는 water soluble, ethanol soluble, non-soluble등 크게 세가지의 형 태로 나누어지는데 water soluble의 첨가제는 증류수에 용해시켜 각초에 spray한 후 각초 건조기 로 건조하였고 대조구는 같은 양의 증류수를 각 초에 처리하여 같은 방식으로 건조하였다. Ethanol soluble의 첨가제는 ethanol에 용해시켜 각초에 spray한 후 조화하였고 대조구도 같은양 의 ethanol을 spray한 후 조화하여 사용하였다.
- 항산화제는 TSNAs의 열합성 이나 이행을 억제시키는 것으로 알려져 있으며 담배연소시 낮은온도에서 TSNAs의 분해를 촉 진시키는 것으로 알려져 있다 (Morgan et al, 1988). 본 실험에서는 항산화제를 chemical과 천 연 추출물로 분리해 버어리 각초에 처리하였고 분석 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 항산화제중 chemical 처리시 타르, 니코틴, CO의 이행에는 큰 영향이 없는 것으로 판단되며 다만 AC5에 금속 이온이 치환된 AC4 는 니코틴이 증가한 반면 AC5는 감소하는 경향이었다.
- 담배의 열분해 과정을 보면 전형적으로 150-350笆(A) 영역과 350-500℃(B) 영역에서 가장 많은 중량 감소가 일어난다. 이 두 개의 온도 영역에 서 대조구와 첨가제가 처리된 시험구의 결정화 온도와 중량 감소의 비로 담배 첨가제에 대한 효과를 분석하고자 대조구와 P1으로 처리된 시험구 의 열중량 분석을 하였고 그 결과를 Fig. 5에 나 타내었다. Fig.
- 첨가제 처리 후 시험구의 분석 결과에 대한 data 처리는 대조구 대비 시험구의 감소율/증가율을 %로 나타내었다. 타르, 니코틴, CO, HCN은 개피당으로 계산하였고 TSNAs는 total TSNAs의 양을 TPM으로 나눈 후 대조구 대비 시험구의 비율로 환산하여 계산하였다.
대상 데이터
- 담배 시료는 균일한 data 확보를 위해 버어리 (B2T, 99년산, 옥천원료공장)를 확보하였고 습점 후 0.9 mm로 절각하여 첨가제 시료로 사용하였다. 첨가제 적용 및 수분 조화 후 Hauni사 pilot 궐 련 제조기로 담배 시료(84 mm체제)를 제조하였다.
- 9 mm로 절각하여 첨가제 시료로 사용하였다. 첨가제 적용 및 수분 조화 후 Hauni사 pilot 궐 련 제조기로 담배 시료(84 mm체제)를 제조하였다. 이때 궐련지는 기공도 35 cu를 사용하였으며 필터는 모노아세 (2.
- 첨가제중 chemical은 Aldrich사 제품을 구입하 여 사용하였고 촉매는 화학연구원 그린화학촉매 연구센터에서 개발된 촉매를 사용하였다.
이론/모형
- 분석용 시료의 선별은 대조구 및 시험구 모두 동일한 궐련 무게(±10 mg)와 흡인 저항(±5 mmH20) 으로 선별하여 분석용 시료로 사용하였고 ISO 3402에 따라 조화시킨 후, ISO 3308에 의거하여 생성되는 연기 성분을 KT&G 중앙연구원 In-House manual법에 준하여 분석하였다. 시험구 의 열분해에 미치는 첨가제의 영향을 분석하기위해 열중량분석기 (SDT-2960, TA instruments, USA)를 사용하였다.
성능/효과
- 또한 AC1 과 AC5에서도 HCN의 경우 36%가 증가되었 다, AN10에서 TSNAs는 41%의 감소 효과를 보 여주었고 HCN은 20%의 감소 효과를 보여주었 다. AN9의 경우 TSNAs는 31%의 감소 효과가 있었으나 HCN은 33% 증가하였고 대부분의 AN 계열의 경우 HCN은 증가하는 경향이었다. 이와 같은 결과는 pH및 천연 추출물인 AN계열에서 HCN의 전구 물질이 되는 아미노산등과 관련이 있을 것으로 판단된다.
- 이는 천연 추출물 에 존재하는 휘발성 성분과 타르및 CO생성의 전 구 물질인 유기물과 당이 많이 함유되어 있기 때 문인 것으로 판단되며 니코틴의 감소는 추출물에 의한 각초 중량의 감소 효과로 보인다. TSNAs의 경우 AC3와 AC4에서 감소 효과가 있었으나 매 우 미미하였고 AC2에서는 43%의 감소 효과가 있었으나 반면에 HCN은 30% 증가하였다. 또한 AC1 과 AC5에서도 HCN의 경우 36%가 증가되었 다, AN10에서 TSNAs는 41%의 감소 효과를 보 여주었고 HCN은 20%의 감소 효과를 보여주었 다.
- 이와는 상반되게 P1의 경우는 타르가 29% 감소되어 니코틴의 감소에도 불구하고 T/N ratio가 17%정도 감소하였다. TSNAs의 경우 P1과 P2에서 각각 57%, 16%의 감소효과가 있었으나 HCN의 경우는 P1에서 88% 가 감소한 반면에 P2에서는 반대로 153%가 증가하여 매우 큰 차이를 보여주었는데 이는 pH가 HCN 생성에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. P3의 경우 니코틴과 TSNAs의 증가는 담배 연소 시 P3에서 발생되는 휘발성 염기가 니코틴과 TSNAs의 이행에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 라디칼 포착제로 처리된 S 그룹 및 pH조절을 위한 첨가제로 처리된 P 그룹, 기타 첨가제에 대한 분석결과 S 그룹에서는 TSNAs와 HCN에서 각각 41%와 20%의 감소 효과가 있었고, P 그룹의 경우 TSNAs는 P1 과 P2에서 각각 57%, 16%의 감소 효과가 있었으나 HCN의 경우는 P1 에서 88%가 감소한 반면에 P2에서는 반대로 153%가 증가하여 매우 큰 차이를 보여주었다. 기타 첨가제로 처리된 O 그룹의 경우 TSNAs는 26%의 감소 효과가 있었고 HCN은 41%의 감소 효과가 있었다. 열중량 분석기를 통한 분석 결과, 첨가제가 처리된 시료는 담배의 열분해 양상에 많은 영향을 미침을 알 수 있었다.
- M9의 경우 가장 낮은 감소 효과 를 나타냈는데 이유는 non-soluble의 첨가제로 궐 련 제조시 첨가제의 손실에 기인하는 것으로 판 단된다. 담배 개피당 CO는 6-19%의 감소 효과가 있었으나 CO/tar ratio로 볼때 대부분의 첨가제는 7%이내에서 증가하는 경향이었다. 담배가 저타 르화함에 따라 끽미 측면에서 T/N ratio가 중요 한 요인으로 대두되었는데 대부분의 금속염에서 타르 보다는 니코틴의 감소가 두두러 짐에 따라 T/N ratio는 M5에서 최고 39%까지 증가함을 알 수 있었다.
- 담배 개피당 CO는 6-19%의 감소 효과가 있었으나 CO/tar ratio로 볼때 대부분의 첨가제는 7%이내에서 증가하는 경향이었다. 담배가 저타 르화함에 따라 끽미 측면에서 T/N ratio가 중요 한 요인으로 대두되었는데 대부분의 금속염에서 타르 보다는 니코틴의 감소가 두두러 짐에 따라 T/N ratio는 M5에서 최고 39%까지 증가함을 알 수 있었다. TSNAs의 담배 주류연중 이행량은 TSNAs의 비휘발성 성질로 인하여 타르의 이행 량과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다 (Adams et al, 1981).
- TSNAs의 담배 주류연중 이행량은 TSNAs의 비휘발성 성질로 인하여 타르의 이행 량과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다 (Adams et al, 1981). 따라서 대부분의 금속염에 서 타르의 감소로 인해 TSNAs의 이행량도 감소 하는 경향을 보였으며 M8을 제외하고 19-52%의 감소효과가 있었다. M8의 경우 TSNAs의 함량이 20%정도 증가했는데 이는 금속 종류의 차이에서 오는 결과로 보인다.
- TSNAs의 경우 AC3와 AC4에서 감소 효과가 있었으나 매 우 미미하였고 AC2에서는 43%의 감소 효과가 있었으나 반면에 HCN은 30% 증가하였다. 또한 AC1 과 AC5에서도 HCN의 경우 36%가 증가되었 다, AN10에서 TSNAs는 41%의 감소 효과를 보 여주었고 HCN은 20%의 감소 효과를 보여주었 다. AN9의 경우 TSNAs는 31%의 감소 효과가 있었으나 HCN은 33% 증가하였고 대부분의 AN 계열의 경우 HCN은 증가하는 경향이었다.
- TSNAs는 37% 감소하였고 HCN은 약간 증가하였으나 증가폭은 매우 미미하였다. 라디칼 포착제로 처리된 S 그룹 및 pH조절을 위한 첨가제로 처리된 P 그룹, 기타 첨가제에 대한 분석결과 S 그룹에서는 TSNAs와 HCN에서 각각 41%와 20%의 감소 효과가 있었고, P 그룹의 경우 TSNAs는 P1 과 P2에서 각각 57%, 16%의 감소 효과가 있었으나 HCN의 경우는 P1 에서 88%가 감소한 반면에 P2에서는 반대로 153%가 증가하여 매우 큰 차이를 보여주었다. 기타 첨가제로 처리된 O 그룹의 경우 TSNAs는 26%의 감소 효과가 있었고 HCN은 41%의 감소 효과가 있었다.
- 첨가제에 의한 담배 연기성분의 변화를 살펴보고자 총 36개의 첨가제를 8개 그룹으로 분류하여 담배 적용 후 분석한 결과 일반적으로 대부분의 첨가제들은 담배 연기 조성의 양적인 변화를 주는데 매우 효과적인 방법으로 여겨지며 특히 니코틴의 감소는 거의 모든 첨가제에서 나타났다. 알카리 금속염으로 처리된 M 그룹에서는 타르 6-22%, 니코틴 3-33%, CO 5-19%의 감소 효과가 있었고, TSNAs는 19-52%, HCN은 30-75%의 감소 효과가 있었다. 항산화제가 처리된 A 그룹의 경우 타르, 티코틴, CO 이행량에는 큰 영향이 없는 것으로 판단되며 TSNAs는 48%의 감소 효과가 있었고 HCN은 대부분 증가하는 경향이었다.
- 기타 첨가제로 처리된 O 그룹의 경우 TSNAs는 26%의 감소 효과가 있었고 HCN은 41%의 감소 효과가 있었다. 열중량 분석기를 통한 분석 결과, 첨가제가 처리된 시료는 담배의 열분해 양상에 많은 영향을 미침을 알 수 있었다.
- 05보다 클때 첨가제의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 열중량 분석기에 의해서도 P1의 첨가제 효과를 확인할 수 있었고 담배 주류연의 연기성분에도 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
- 첨가제 처리 후 시험구의 분석 결과에 대한 data 처리는 대조구 대비 시험구의 감소율/증가율을 %로 나타내었다. 타르, 니코틴, CO, HCN은 개피당으로 계산하였고 TSNAs는 total TSNAs의 양을 TPM으로 나눈 후 대조구 대비 시험구의 비율로 환산하여 계산하였다.
- 첨가제에 의한 담배 연기성분의 변화를 살펴보고자 총 36개의 첨가제를 8개 그룹으로 분류하여 담배 적용 후 분석한 결과 일반적으로 대부분의 첨가제들은 담배 연기 조성의 양적인 변화를 주는데 매우 효과적인 방법으로 여겨지며 특히 니코틴의 감소는 거의 모든 첨가제에서 나타났다. 알카리 금속염으로 처리된 M 그룹에서는 타르 6-22%, 니코틴 3-33%, CO 5-19%의 감소 효과가 있었고, TSNAs는 19-52%, HCN은 30-75%의 감소 효과가 있었다.
- 다만 니코틴에서 noble metal의 첨 착과 농도에 따라 27%까지 감소하였다. 타르의 함량은 촉매에 따라 거의 일정한 반면 니코틴이 감소함에 따라 T/N ratio는 증가하는 경향이었다. TSNAs는 C3에서 37% 감소하였고 HCN은 약간 증가하였으나 증가当은 매우 미미하였다.
- 알카리 금속염으로 처리된 M 그룹에서는 타르 6-22%, 니코틴 3-33%, CO 5-19%의 감소 효과가 있었고, TSNAs는 19-52%, HCN은 30-75%의 감소 효과가 있었다. 항산화제가 처리된 A 그룹의 경우 타르, 티코틴, CO 이행량에는 큰 영향이 없는 것으로 판단되며 TSNAs는 48%의 감소 효과가 있었고 HCN은 대부분 증가하는 경향이었다. 촉매로 처리된 C 그룹에서는 CO및 타르에서는 일정한 경향을 보여주지 않았다.
- 2에 나타내었다. 항산화제중 chemical 처리시 타르, 니코틴, CO의 이행에는 큰 영향이 없는 것으로 판단되며 다만 AC5에 금속 이온이 치환된 AC4 는 니코틴이 증가한 반면 AC5는 감소하는 경향이었다. AC5에 알킬기가 도 입된 AC1 의 경우 CO 및 타르에서 AC5와는 서로 상반된 결과를 보여주었다.
후속연구
- C2와 C4에서 TSNAs 및 HCN은 약간 감소하였으나 감 소폭은 15% 이내로 감소 효과는 크지 않았다. 이 들 촉매들은 불용성의 작은 입자들로서 각초에 첨가된 후 궐련 제조시 공정상의 문제로 각초에 촉매의 잔존율이 감소하므로 효과가 미미한 것으로 여겨지며 앞으로 적용 방법 등에 대한 심도있 는 검토가 있어야 할것으로 판단된다.
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