Gyártmányfejlesztés a dohányzás egészségkockázatának csökkentéséért
2006.08.07. 8:00:15
A dohányzás fiziológiájának tanulmányozása gyakorlatilag a dohányzás széleskörű elterjedésével egyidőben elkezdődött. Az esetleges egészségkárosító hatásokra azonban nemzetközi méretekben csak az 1962-ben megjelent angol „Hunter” és az 1964-ben közölt amerikai „Terry” jelentés hívták fel a figyelmet, összefoglalóan tárgyalva a dohányzás egészségügyi kérdéseit.GYÁRTMÁNYFEJLESZTÉS A DOHÁNYZÁS
EGÉSZSÉGKOCKÁZATÁNAK CSÖKKENTÉSÉÉRT
Dr. Boros Lajos – Gőri István – Hamza Jánosné dr.
A korszerű tömegtermelés megvalósításában jelentős szerepet játszott az un. „melegtechnológia” 1960-ban történ bevezetése. Mérföldkőnek számít a hazai cigarettagyártás történetében az első füstszűrős cigaretta ugyancsak 1960-ban való megjelenése is. Bár a Fecske cigaretta csak két évvel később, 1962-ben került forgalomba, tulajdonképpen ezzel a gyártmánnyal kezdődött igazán a füstszűrős cigaretta hazai térhódítása.
Megindult az a fejlesztési folyamat, mely hatékonyan elősegítette a dohányzás egészségkárosító hatásainak csökkentésére irányuló hazai törekvéseket. A fejlődés röviden az alábbiakban érzékelhető:
• Az 1960-as évek második felétől rohamosan emelkedik a fogyasztáson belül a füstszűrős cigaretták részaránya. Ez az arány napjainkban gyakorlatilag 100 %.
• A filteres cigaretták körét az 1970-es évek elejétől tovább bővítették a multifilteres termékek. 1972-ben megjelent a Tabán, majd ezt követően 1973-ban a rövid idő alatt igen népszerűvé vált Sopianae.
• 70-es évek közepétől egyre több gyártmány porózus cigarettapapírral készült.
• Az 1970-es években megvalósított műszaki fejlesztések között szerepelt a dohányfólia alkalmazása és a térfogatnövelő szárítás megvalósítása.
• A 70-es évek második felétől bevezetésre került a füsthígítási technika
• A 70-es, 80-as években megkezdődött a kevesebb kátránytartalmú és alacsonyabb nikotintartalmú füstöt adó dohányok nemesítésére irányuló kutatómunka.
A dohányzás fiziológiájának tanulmányozása gyakorlatilag a dohányzás széleskörű elterjedésével egyidőben elkezdődött. Az esetleges egészségkárosító hatásokra azonban nemzetközi méretekben csak az 1962-ben megjelent angol „Hunter” és az 1964-ben közölt amerikai „Terry” jelentés hívták fel a figyelmet, összefoglalóan tárgyalva a dohányzás egészségügyi kérdéseit. Ezt követően egyre újabb egészségkárosító füstösszetevőkre terelődött a figyelem. AZ USA Public Helalth Service 1972. évi jelentésében a füstnek azokat a komponenseit, amelyek a dohányzás egészségkárosító voltáért felelősek, három csoportba sorolták.
Legveszélyesebbnek a kátrányt, nikotint és a szénmonoxidot ítélték.
Egyéb vegyületeket, mint pl. az akroleint, krezolt és izomérjeit, hidrogéncianidot, nitrogénoxidokat és a fenolt „feltehetően felelősek a dohányzás egészségkárosító hatásáért” jelzővel illették.
A harmadik csoportba azokat a vegyületeket sorolták, amelyek a füstben levő koncentráció mellett valószínűleg veszélyesek az egészségre. Ilyenek pl. az acetaldehid, aceton, acetonitril, akrilnitril, benzol, butilamin, dimetilamin, formaldehid, metilalkohol, piridin, kénhidrogén.
Ezen kívül még számos anyagról bebizonyosodott, hogy adott körülmények között toxikus, de olyan koncentrációban, amilyenben a füstben található, feltehetően nem veszélyes az egészségre. Ugyanakkor rámutattak arra is, hogy nem elhanyagolható egyes anyagoknak az együttes patológiai hatása sem. Erre példa a kátrány komplex karcinogén volta, amely a tumor iniciátor, tumor akcelerátor és tumor promotor vegyületek együttes hatására alakul ki.
A dohányfüst egészségkárosító hatása egyrészt szív és érrendszeri, másrészt légúti megbetegedésekben és gyomorpanaszokban jelentkezik.
A Hunter és Terry jelentések ismertté válását követően az 1960-as évek közepétől világméretű dohányzásellenes kampány kezdődött el, amely napjainkban is tart, és aminek következtében felgyorsult a fiziológiailag enyhébb cigaretták kialakítására irányuló fejlesztés. Kezdetben, a kutatási eredményeknek megfelelően, fő cél a nikotin- és kátránytartalom csökkentése volt. Ez később kiegészült egyéb félig illó szerves vegyületeknek – fenol, oxovegyületek, hidrogéncianid -, majd a gázfázis komponenseinek – szénmonoxid, nitrogénoxidok – csökkentésére irányuló kutatással, fejlesztéssel.
A fiziológiailag enyhébb gyártmányok kialakításának első lépése a füstszűrős cigaretták bevezetése volt, majd a kutatások eredményeként több hatékony módszer került alkalmazásra a füsthozam csökkentésének érdekében.
A fiziológiailag enyhébb cigaretták kialakítására szolgáló azon módszereket, amelyek a gyakorlatban leginkább elterjedtek az 1. ábra mutatja be.
1. ábra:
Fiziológiailag enyhébb cigaretták kialakításának lehetőségei
A keletkező füst mennyiségét és minőségi összetételétbefolyásoló módszerek | A keletkezett füstalkotók mennyiségét csökkentőmódszerek |
1. Agronómia | 1. Füstszűrés |
- nemesítés | |
- agrotechnika | 2. Füsthígítás |
- cigarettapapíron keresztül | |
2. Technológia | - cigarettatörzsön, vagy a füstszűrőn elhelyezett |
- dohányalapanyag kiválogatása | perforált zónán keresztül |
- dohányvágat térfogatnövelése | |
3. Egyéb | |
- égésjavítás | |
- dohányfólia alkalmazása | |
A füstképződés körülményeit befolyásoló módszerek
A füstképződés körülményeire ható módszerekkel már a füstalkotók keletkezésekor módosíthatjuk a füst mennyiségét és minőségi összetételét. Ezek az eljárások három fő részre: agronómiai, technológiai és egyéb módszerekre bonthatók.
Az agronómiai módszerekhez tartozik a füst kátrány-, nikotintartalmának csökkentésére irányuló nemesítés, ill. különböző agrotechnikai eljárások – célirányos trágyázás, tetejezés, öntözés – alkalmazása.
Technológiai módszerként a keverékek összeállításánál az alacsony füsthozamú dohányok kiválogatásán kívül alapvető eljárás a térfogatnövelés. A kiválogatás a feldolgozást megelőzően a különböző dohánytételek laboratóriumi vizsgálatainak eredményei alapján történik.
Gazdasági szempontból kedvezőbb megoldás a különböző térfogatnövelő eljárások alkalmazása, amelyeknek több fajtája ismert. Valamennyi eljárás célja a dohányvágat töltőképességének növelése és ez által az azonos méretű és kitöltésű cigarettákban a gyártáshoz szükséges dohány mennyiségének csökkentése, ami jelentős gazdasági előnyök mellett egészségügyi szempontból is kedvező.
A füstképződés körülményeit befolyásoló egyéb módszerek közé elsősorban az égésjavító anyagok és a dohányfólia alkalmazása sorolható.
Az égésjavító anyagok hatására csökken a cigaretták szívása során a szippantások száma, ezáltal kevesebb káros anyag jut a dohányos szervezetébe egy cigaretta elszívása során.
Jelentős a füsthozam szabályozása szempontjából a dohányfólia alkalmazása. A különböző fóliagyártási technológiák kidolgozását alapvetően gazdasági okok, a feldolgozás során képződő dohányhulladék hasznosítását célzó törekvések motiválták. Ugyanakkor a fóliagyártás során lehetőség van a nikotintartalom beállítására, különböző égésjavító és ízmódosító adalékanyagok bekeverésére.
A dohányfólia füstösszetételét alapvetően természetesen a felhasznált alapanyag minősége határozza meg, de befolyásolja a gyártástechnológia is. A dohányfólia füstjének általában alacsonyabb a kátrány-, nikotin-, oxovegyület-, hidrogéncianid- és fenoltartalma, mint azé a dohányé, amelyikből készült. A dohányfólia cigarettagyártásban való felhasználása világszerte elterjedt.
A keletkezett füstalkotók mennyiségét csökkentő módszerek
Az egészségre kevésbé ártalmas cigaretták kialakításának másik lehetséges útja, amikor az égést követően csökkentjük a keletkezett füstkomponensek mennyiségét. A dohányos szervezetébe jutó főfüst alakulására gyakorolt nagyobb hatása miatt jelenleg ez a módszer elterjedtebb. Két fő területe van: a füstszűrés és füsthígítás.
A cigarettafüst szűrésére elvileg számos anyag alkalmas, de a gyakorlatban lényegesen kevesebbet használnak. A cigarettafilter készítésénél ugyanis, a megfelelő szűrőképesség mellett az alábbi kérdések is felvetődnek:
• A szűrőanyag alkalmas legyen a nagy sebességgel történő, folyamatos, gazdaságos tömeggyártásra.
• A füstszűrőket egy kötött mérettartományban megfelelő pontossággal lehessen gyártani.
• A filterek szívási ellenállása ne haladjon meg egy adott értéket.
• A füstszűrő anyaga íztelen legyen és az egészségre ne legyen ártalmas.
• A füstszűrő megfelelő alaktartó képességgel rendelkezzen.
Füstszűrő alapanyagként jelenleg legnagyobb mennyiségben cellulózacetátot használnak, de jelentős mennyiségben alkalmaznak kreppelt papírt is. Bár a papírszűrő a füst részecskefázisát jobban szűri, mint a cellulózacetát, számos hátránya van. Ezek közül a legjelentősebbek:
• A dohányosok nem kedvelik egyrészt az un. „papíríz” miatt, másrészt esztétikai szempontból, mivel a papírfilter a füstkondenzátumtól átnedvesedve lényegesen veszít alaktartóságából.
• A nagy sebességgel történő gazdaságos tömeggyártásra kevésbé alkalmas, mint a cellulózacetát.
E két anyagon kívül - kisebb mértékben ugyan – alkalmaznak még különböző adalékanyagokat is. Ezek elsősorban a szelektív szűrést biztosító adszorbensek és abszorbensek.
A cigarettafüst szűrése során a füstszűrőben lejátszódó folyamatokat az alábbiak szerint csoportosíthatjuk:
a/ A füstrészecskék mechanikus szűrése.
b/ A füst gázfázisában található alacsonyabb forráspontú vegyületek kondenzációja és megkötődése a szűrőfelületen.
c/ Az illékonyabb gáz-gőz komponensek adszorpciója, abszorpciója, kemoszorpciója.
Mechanikus szűrésnél a füstben levő részecskéket az egyes részecske és a szűrőanyag felülete közötti ütközés révén távolítjuk el. A mechanikus szűrés hatékonysága tehát függ az ütközés valószínűségétől és az ütközést követően a kötődést biztosító felületi erőktől. Az aeroszol részecskének a szűrőfelülettel való találkozásánál a következő folyamatok érvényesülnek: közvetlen ütközés, részecske-befogás, diffúzió, adszorpció, kemoszorpció.
A közvetlen ütközés valószínűségét meghatározza a részecske tehetetlensége, amely függ a részecske méretétől és az áramlás sebességétől. Közvetlen ütközés elsősorban a nagyméretű és gyorsan áramló részecskék esetében a legvalószínűbb. Figyelembe véve a füstrészecskék méret szerinti eloszlását és áramlási sebességét, a mechanikus szűrésnél lejátszódó folyamatok közül a közvetlen befogást, ill. a diffúziót helyezik inkább előtérbe. Közvetlen befogás a viszonylag még nagyobb méretű részecskék esetében érvényesül, amelyek követik a füstáram útját és a szűrőanyag rostjai mellett elhaladva tapadnak meg annak felületén. A jelentős számú kis méretű részecskék tehetetlensége azonban már olyan csekély, hogy mozgásuk a filterben elsősorban a Brown-féle mozgáson alapuló diffúziótól függ és így a szűrésüknél a diffúziós folyamat kerül előtérbe.
Mechanikus szűréssel elsősorban a kisebb és a viszonylag nagyobb méretű részecskék távolíthatók el a füstből, a rostos szűrők a legkevésbé a 0,3-0,4 µm méretű részecskéket szűrik.
A füstszűrőben lejátszódó folyamatok másik típusa, amikor az alacsonyabb forráspontú vegyültek kondenzálódnak a füstszűrő felületén. Tekintettel arra, hogy a füstszűrőbe belépő füst hőmérséklete 30-90 oC, ez a folyamat az ebben a hőmérséklet tartományban gőz halmazállapotú, a szobahőmérséklethez közeli forráspontú komponenseknél játszódik le. A kondenzációt adszorpció vagy abszorpció követi. A folyamat a mechanikus szűréssel ellentétben reverzibilis, a kondenzálódó illékonyabb vegyületek újra elpárolognak és bekerülnek a füstáramba.
Ugyanakkor az illékonyabb füstalkotók a részecskefázis cseppjeiből is elpárologhatnak a füstszűrő felületén. Ezeknél a folyamatoknál lényeges az adott vegyület gőznyomása. A magas tenziójú gázok ugyanis nem kondenzálódnak a szűrőanyagon, az alacsony gőznyomású anyagok viszont nem párolognak el a részecskefázis cseppjeiből.
A gőznyomás mellett a szűrés szempontjából lényeges a füstalkotó oldékonysága a szűrőközegben, ill. az affinitása a szűrőanyaghoz.
A cigarettafüst egyes fázisait tekintve a mechanikus szűrés és a szűrőfelületen fellépő kondenzáció, ill. az azt követő megkötődés révén elsősorban a részecske-fázis és a részecske-fázis félig illó vegyületei csökkenthetők, de eltávolítható kisebb mértékben a gázfázis illó szerves komponenseinek egy része is.
A részecske-fázis félig illó vegyületeinek és a gázfázis illó szerves alkotóinak szerepe mind egészségügyi szempontból, mind a füst íze, aromája szempontjából jelentős. Nem lényegtelen tehát, hogy ezekből a füstkomponensekből melyeket és milyen mértékben távolítjuk el a füstszűrés során. A részecske-fázis félig illó alkotói adszorpció, abszorpció és kemoszorpció, a gázfázis illó szerves vegyületei adszorpció és kemoszorpció révén csökkenthetők. Abszorpcióval elsősorban a magasabb forráspontú vegyületek, adszorpcióval pedig az illékonyabb füstalkotók távolíthatók el a füstből. A gyakorlatban leginkább a nagy fajlagos felületű adszorbensek, elsősorban az aktívszén alkalmazása terjedt el. A kemoszorpción alapuló filterek szerepe nem túl jelentős.
A cigarettafüst szűrése során tehát jelentős szerepe van a szűrő anyagának. A korszerű füstszűrőkben ezért többféle szűrőanyagot együttesen alkalmaznak. Az ilyen összetett filterek amellett, hogy jó hatásfokkal csökkentik a füstkondenzátum mennyiségét, hatékonyan szűrik a gázfázis számos komponensét is. Ilyen korszerű szűrőnek tekinthető pl. az a hármas filter, amelynek a dohánytörzs felőli része kreppelt papírból, középső része aktívszénből, záróvége cellulózacetátból áll.
Mindezek ellenére a filteres cigaretták döntő hányada nem összetett füstszűrővel készül, a cellulózacetát filterek alkalmazása az uralkodó.
A füstszűrők hatékonyságát a szűrő anyaga mellet a filter különböző fizikai paraméterei is befolyásolják.
A szűrőhatékonyság nő,
• Ha növeljük a füstszűrő hosszát, keresztmetszetét, légellenállását
• Ha csökkentjük az elemi szálak vastagságát
A légellenállás nő:
• Ha növekszik az áramlási sebesség, a filterhossz, a filterben levő szálak fajlagos felülete, a filter tömege és a szálak hullámosítási szöge,
• Ha csökken a filter keresztmetszete, az elemi szálak vastagsága és a szálak eloszlásának egyenetlensége.
A fentiekből következik, hogy a filterek átmérőjét, hosszát és az elemi szálak vastagságát azonos értéken tartva, a szűrőhatékonyság az elemi szálak fajlagos felületének, a filter tömegének és a szálak hullámosításának növelésével tovább fokozható.
A gyakorlatban a cellulózacetát filterek nagyobb szűrőhatékonyságát elsősorban a filterek hosszának, tömegének emelésével, nagyobb fajlagos felületű /X, Y keresztmetszetű/ és finomabb szálak alkalmazásával biztosítják. A szűrőhatékonyság ilyen módon történő fokozása azonban már gazdaságossági kérdésekei is felvet. A gazdasági mergfontolások mellett határt szab az a tény is, hogy a filterek légellenállása egy adott határon túl szívhatósági szempontok miatt nem növelhető.
A szűrőhatékonyság elvileg tehát tovább növelhető, ami egészségügyi szempontból kedvező ugyan, de egyrészt gazdaságossági, másrészt a cigaretta élvezeti értékével kapcsolatos kérdéseket vet fel.
A füsthígítás hatása a cigarettafüst összetételére
A füsthígítás alkalmazására, az egészséget károsító füstkondenzátum további csökkentése mellett, a füst káros gázkomponensei, elsősorban a szénmonoxid mennyiségének redukálására irányuló törekvések hatására került sor.
A szénmonoxid egészségre káros volta közismert. A feltevések szerint többek között a szénmonoxid felelős a dohányosok keringési elégtelenségeinek idővel történő kialakulásáért.
A cigarettafüst szénmonoxid tartalmának csökkentésére több módszer ismert, de ezek közül eddig leghatásosabbnak a füsthígítás bizonyult.
A füst hígítása történhet a cigaretta törzsén, vagy a füstszűrőn keresztül. A cigaretta törzsén keresztül a hígítást természetesen porózus vagy perforált cigarettapapír alkalmazásával, ill. a filter közelében elhelyezett perforációs zóna kialakításával valósítják meg. Ez utóbbit viszonylag kis hatásfoka miatt ma már nem használják. Elterjedt viszont a nagy légáteresztőképességű cigarettapapírok alkalmazása. A természetes porozitású papírokat módosított gyártási eljárással készítik. A perforált papírok előállítása normál, vagy porózus cigarettapapírok mechanikus, elektrosztatikus, ill. lézer sugaras lyukasztással történik. A füsthígítás másik módja a filterventilláció, amikor a füstszűrőn alakítanak ki egy légáteresztő zónát.
A cigarettapapír szerepe
Egy cigaretta füstjének kondenzátum tartalma az égési idő, égési sebesség, a füst hígítása és a füstszűrő szűrőhatékonyságának célszerű megválasztásával szabályozható. A kutatási eredmények rámutattak, hogy ezen paraméterek közül az első három alakulásában a cigarettapapír jelentős szerepet játszik, noha a mennyisége a cigaretta tömegének csupán 4-5 %-a.
Először az égési tulajdonságok vizsgálata során vált nyilvánvalóvá, hogy azonos dohánytöltet esetben jelentős különbségek adódhatnak a cigaretták égésének sebességében a papír minőségétől függően. A cigarettapapír égésre gyakorolt hatását döntő fontosságúnak ítélik meg és ebből a szempontból a dohánytöltet mellett második tényezőként említik. A papír természetes porozitás az, amely egyébként azonos körülmények között meghatározza az égés sebességét. Az utólagosan perforált papírok a szabadégési sebességet nem befolyásolják. A természetes porozitású papír légáteresztőképessége és a cigaretta égési sebessége közötti összefüggés telítési görbe jellegű.
A cigaretták égési sebessége a papír természetes porozitásának növelése mellett a papírgyártás során felhasznált különböző impregnáló anyagokkal /K, Na, Li, Mg szerves sók/ tovább fokozható. Az adalékanyagok mennyisége általában nem haladja meg a papír tömegére számított 3 %-ot, hatásuk azonban így is jelentős és általában nagyobb, mint a dohányra felvitt égésjavító adalékanyagoké. Az égéssebesség mellett befolyásolják a hamu színét és állagát is, ami a dohányosok számára szintén nem közömbös. Alkalmazásuk mind a természetesen porózus, mind az utólagosan perforált cigarettapapírok esetében általános.
A cigarettapapírok természetes porozitásának növelésével és különböző impregnáló sók felhasználásával tehát számottevően növelhetjük a cigaretták szabadégési sebességét. Ezáltal csökken az egy cigarettából szívható szippantások száma és így kevesebb káros anyag kerül a dohányzó szervezetébe.
A cigarettapapírnak a füsthozamra gyakorolt hatása azonban az eddigiekben ismertetetteknél összetettebb jellegű. A papír légáteresztőképessége és a főfüst egyes komponensei közötti kapcsolatot vizsgálva a kísérleti adatok egyértelműen igazolják, hogy a légáteresztőképesség növekedésével csökken a főfüst kondenzátum- és nikotintartalma, számottevően csökken a szénmonoxid tartalom.
A természetesen porózus és az utólagosan perforált papíroknak a hatása különböző. Természetesen porózus papírok esetében a füst kondenzátum tartalma a porozitás növekedésével exponenciálisan csökken, az utólagosan perforált papírok esetében viszont a kapcsolat lineáris. A csökkenés mértéke a természetesen porózus cigarettapapírok esetében nagyobb, mint az utólagosan perforált papíroknál. Természetes porozitású papírok esetében a porozitás növekedésével csökken a füst nikotintartalma, perforált papíroknál viszont gyakorlatilag nem változik. A füst szénmonoxid- és nitrogénoxid- tartalmának változására nézve perforált papírok esetében a hatás szelektív.
A cigarettapapír erőteljes hatást gyakorol mind az izzókúpban lejátszódó kémiai folyamatokra, mind a füstösszetevők mennyiségére nézve. Természetes porozitású papírok alkalmazása esetén lejátszódó folyamatokat az alábbiak szerint foglalhatjuk össze:
• Valamennyi füstkomponens felhígul a dohánytörzsbe a papíron keresztül beáramló levegő hatására.
• Az illékony gázkomponenseknek nő a diffúziós koefficiense a papíron keresztül.
• A füstáram áramlási sebessége csökken, a dohánytörzsben ezáltal nő a tartózkodási idő, ami erősíti a gázkomponensekre nézve a diffúziós hatást és növeli a dohánytörzs szűrőhatékonyságát a részecskefázis vegyületeire.
• A cigarettapapíron keresztül belépő levegő hatására lecsökken az izzózónán átáramló levegő sebessége. Ennek következtében csökken az izzókúp hőmérséklete, ami befolyásolja az ott lejátszódó kémiai reakciókat, ill. csökkenti az egy szippantás alatt elégő dohány mennyiségét.
• A szippantások közötti szünetekben nő a cigaretta égési sebessége.
A kétféle papír alkalmazása során lejátszódó folyamatok közötti különbség nyilvánvalóvá válik, ha figyelembe vesszük, hogy perforált papírok esetében a következőket tapasztalták:
• A légáteresztőképesség növekedésével a cigaretták szabadégési sebessége nem változik, következésképpen a szippantási szám gyakorlatilag nem változik, vagy nagyobb légáteresztőképesség esetében már észrevehetően nő.
• Perforálásnál, mivel a lyukak mérete lényegesen nagyobb, mint a porózus papírokban az egyes pórusok, az áramlási viszonyok megváltoznak. Ebből adódóan azonos névleges áteresztőképességű papírok közül a perforált papíron keresztül több levegő áramlik be a cigarettába, ezáltal nagyobb mértékben csökken az izzózónán áthaladó levegő sebessége, ill. nagyobb füsthígítás lép fel a cigarettatörzsekben, mint természetes porozitású papírok esetében.
• Az illékony gázkomponensek diffúziós koefficiense a perforált cigarettapapíron keresztül nem változik.
Az ismertetettek alapján kitűnik, hogy mindkét papírtípus esetében az egyik lényeges hatás a füst hígítása. A cigarettapapíron keresztül belépő levegő hatására azonban számos egyéb tényező is megváltozik. Csökken a cigarettatörzsben a szívás során fellépő nyomásesés, ezáltal kisebb lesz a főfüst áramlási sebessége, nő a füstkomponensek tartózkodási ideje a törzsben, ami elősegíti a gázkomponensek diffúzióját a külső légtérbe és növeli a dohánytörzs szűrőhatékonyságát a részecskefázis vegyületeire. Ugyanakkor csökken az izzózónán áthaladó levegő áramlási sebessége is. Mivel az izzózónán áthaladó levegő mennyiségével egyenesen arányos a cigaretta szívás alatt elégett hossza, a papír légáteresztőképességének növekedésével csökken az egy szippantás alatt elégett dohány mennyisége és az abból keletkezett füst mennyisége.
A fenti folyamatokat a természetesen porózus és perforált cigarettapapíroknak a füsthozamra gyakorolt hatása szempontjából elemezve megállapíthatjuk, hogy
• A természetes porozitású pappírok esetében az égési sebesség növekedéséből származó szippantási szám csökkenés és az illékony vegyületek diffúziós vesztesége a számottevőbb
• Perforált papíroknál viszont a cigarettatörzsbe behatoló levegő hígító szerepe és az ezzel összefüggő egyéb folyamatok érvényesülnek, amelyekkel szemben ellenkező hatást fejt ki a szippantási szám növekedése.
Azt, hogy a gyártmányfejlesztés során melyik papírt választjuk, a füsthozam kívánt szintre történő beállítása mellett egyéb, gyakorlati szempontok is befolyásolják. A cigarettapapír égésének összhangban kell lennie a dohány égésével, vagyis egy adott dohánytöltet mellett, a cigaretta égési sebessége a papír porozitásának csak egy adott határig való növelésével fokozható. Nagy légáteresztőképességű természetes porozitású cigarettapapírok alkalmazásánál a cigarettagyártás során problémát okozhat a mechanikai szilárdság csökkenése és a törzsképzésnél ragasztási nehézségek adódhatnak. Ez utóbbi hátrányok perforált papírok használatánál nem jelentkeznek. Mindkét papírtípusnál nagy füsthígítás esetén számolni kell az élvezeti érték romlásával is. Az élvezeti érték szempontjából nem lényegtelen a papírokhoz adagolt égésjavító anyagok minősége és mennyisége sem.
Összességében tehát a természetes porozitás szintjének, az impregnáló só természetének és a perforáció összehangolt megválasztása szükséges ahhoz, hogy a kívánt égési sebességet, szippantási számot és élvezeti érték szintet biztosítsunk egy adott gyártmány kialakításánál.
Filterventilláció
Filterventillációról akkor beszélünk, amikor a füstöt hígító légáram közvetlenül a filterbe hatol be, egy speciális módon kiképzett sávon, az un. ventillációs zónán keresztül. A filterventilláció nagy előnye a porózus, ill. perforált cigarettapapíron keresztül történő hígítással szemben, hogy szívás közben a hígítás mértéke gyakorlatilag állandó, az élvezeti érték szívás közben nem változik.
A ventillációs zóna kialakításának több módja ismert, amelyek különböző előnyökkel és hátrányokkal rendelkeznek.
a/ Mechanikus perforálás
Az 1960-as évek közepén alakult ki. Kezdeti formája, amikor a kész cigarettát a filterfelrakó gépen egy ívelt tűpárna segítségével lyukasztjuk ki. A módszer előnye a kis beruházási és üzemelési költség. Hátránya viszont a közepes szabályozhatóság, a tűk kopásával a ventillációs fok változik, viszonylag nagy a szórása, magas a késztermék selejthányada. Az elérhető ventillációs fok tartomány 20-50 %. Továbbfejlesztett változata, amikor a mandzsettapapírt előre perforálják és azt a cigarettagyártás során mechanikusan perforált, vagy porózus filterburkolóval készült filterrel kombinálják.
b/ Elektrosztatikus perforálás
Az 1970-es évek elejétől alkalmazták. Nagyfrekvenciás vezérlésű elektromos kisülések során keletkező szikrával lyukasztják ki a mandzsettapapírt, vagy a papírgyártás, vagy a cigarettagyártás alkalmával. Ez utóbbi a költségesebb, mivel minden filterfelrakó gépre külön perforáló berendezést kell szerelni. A perforált mandzsettapapírt a cigarettagyártás során perforált, ill. porózus filterburkolóval, vagy filterburkoló nélkül készült filterrel kombinálják.
c/ Lézer perforálás
Az 1970-es évek közepén terjedt el. Kezdetben a mandzsettapapír és a filterburkoló lyukasztására alkalmazták a papírgyártás során. Igen jól szabályozható, de viszonylag költséges és szigorú biztonsági előírások betartását igényli.
d/ Porózus mandzsettapapír alkalmazása
Az 1970-es évek második felében kezdték használni. A cigarettagyártásnál perforált, vagy porózus filterburkolóval, ill. filterburkoló nélkül készült filterrel kombinálják.
e/ Mikroperforálás
Az 1970-es évek végén, a porózus mandzsettapapírok alkalmazását követően kezdték a korábbi makroperforációs technikát átalakítani mikroperforációs változattá, mind az elektrosztatikus, mind a lézersugaras perforálás esetében. Ennek oka részben esztétikai jellegű volt, másrészt a ventillációs fok szórásának csökkentésére szolgált. A nem látható mikroperforálás egy, a fogyasztók által már megkedvelt cigarettamárka fiziológiailag enyhébb változatainak kialakításánál előnyösebben alkalmazható, mint a szembetűnő makroperforációs ventillációs zóna. Ugyanakkor a cigarettagyártási tapasztalatok alapján kiderült, hogy egy adott ventillációs szint kisebb szórással biztosítható, ha viszonylag magas légáteresztőképességú papírral burkolt, esetleg burkoló nélküli füstszűrő és egy alacsonyabb, de jól szabályozható áteresztőképességű mandzsettapapír kombinációját alkalmazzák.
f/ Lézer-sugaras lyukasztás
Az 1980-as évek elején olyan gáz-lézer berendezéseket fejlesztettek ki, amelyek a filterfelrakó géphez szerelve a kész cigarettákat lyukasztják ki. Hátránya, hogy igen költséges és minden gyártógéphez külön berendezés szükséges, valamint szigorú biztonsági intézkedések betartása mellet üzemeltethető.
A ventillációs zóna kialakításának különböző módozatait áttekintve látható, hogy a fejlesztés szempontjai egyrészt marketing jellegűek, másrészt a ventillációs fok szórásának csökkentésére irányulnak. A gazdasági kérdéseket is figyelembe véve /berendezés költsége, selejtképződés, meghibásodásból adódó leállás, üzemeltetés és karbantartás költségei/ úgy tűnik, hogy a perforált, ill. porózus burkolóval készült filterek és az előre perforált mandzsettapapírok alkalmazása a legcélszerűbb.
Jelenleg a ventillációs filterek kialakításánál a porózus burkolóval készült füstszűrő és az elektrosztatikusan, ill. lézerrel előzetesen mikroperforált mandzsettapapír kombináció alkalmazása terjedt el leginkább. Az ultra alacsony /1-2 mg/ kátránytartalmú cigarettáknál ugyan, az igen magas /70-80 %/ ventillációs fok biztosítása érdekében, makroperforált mandzsettapapír és extra nagy légáteresztőképességű, szintetikus alapanyagú porózus filterburkoló kombinációkat is alkalmaznak.
Nem szorul különösebb magyarázatra, hogy a ventillációs fok nagysága függ a ventillált filter kialakításánál használt mandzsettapapír és filterburkoló légáteresztőképességétől.
A filterventilláció hatása a füstösszetételre
A filterventillációnak a füstösszetételre gyakorolt hatása nem egyszerűen egy füsthígítási folyamat. Mivel szívás közben a levegő egy része a ventillációs zónán át közvetlenül a füstszűrőbe jut, így egy adott szippantás alatt csökken az izzózónán átáramló levegő mennyisége, áramlási sebessége és a füstáram lelassul a cigaretta ventillációs zóna előtti részében. Ennek következtében módosulnak a körülmények egyrészt a füstalkotók keletkezése során, másrészt megváltoznak a füst áramlási feltételei a dohánytörzsben és a füstszűrőben. A főfüst összetételét tovább módosítja a füstszűrő szűrőhatékonyságának változása.
Megállapítható, hogy a filterventillációnak a hatása összetett, egyrészt befolyásolja a főfüst összetételét, másrészt a füsthozam mennyiségét. Az izzózóna levegőellátottságában és az áramlási viszonyokban okozott változások egyaránt hatnak az alapvető füstfejlesztő folyamatokra, valamint az ezeket követő diffúziós veszteségre, ill. a dohánytörzs és a füstszűrő szűrőhatékonyságára.
A filterventilláció és a füsthozam közötti kapcsolat ismerete alapján ezzel a módszerrel igen hatásosan lehet csökkenteni a füst egészségre káros komponemseit /füstkondenzátum, nikotin, gáz és gőz halmazállapot vegyületek pl. szénmonoxid, hidrogéncianid, különböző aldehidek, ketonok/. Segítségével a dohányzás egészségkárosító hatása jelentősen mérsékelhető.
A ventillációs fok növekedésével a füst aromája, íze romlik, de ugyanakkor olyan kellemetlen tulajdonságok, mint pl. az összehúzó hatás, nyerseség, keserűség, kaparó hatás is csökkennek.
Az alacsony kátránytartalmú cigaretták térhódításával egyre nagyobb figyelmet fordítanak a főfüst nikotintartalmára, amely a dohányzás során fellépő kielégítettségi érzés kialakulásában fontos szerepet tölt be.
Összességében megállapítható, hogy a ventillációs fok komplex módon hat a cigaretták füsthozamára és befolyásolja a főfüst minőségi összetételét és mennyiségét egyaránt.
A cigaretták füsthozamának alakulása
Az ismertetett módszerek a 80-as évekre már kivétel nélkül a gyártmányfejlesztők rendelkezésére álltak és tudatos alkalmazásuk egyre széleskörűbbé vált.
A füsthozam csökkentésére irányuló törekvéseknek, elsősorban az erősödő dohányzásellenes kampány hatására, már a 80-as évek előtt is jelentős eredményei voltak Jól példázzák ezt a következő adatok /1. táblázat/.
1. táblázat:
Cigaretták jellemzői az 1940-es és az 1980-as években
Jellemző | 1940-es évek | 1980-as évek |
Hossz (mm) | 70 | 84 |
Dohánytömeg (mg) | 1300 | 750 |
Kerület (mm) | >25 | <25 |
Cigarettapapír | nem porózus | porózus |
Filter (mm) | - | 20-25 |
Filterventilláció | - | <80% |
Nikotin (%) | 3 | 2 |
Dohányfólia | - | + |
Expandált dohány | - | <50
|
