capitolul-ii.-formarea-n-nitrozoaminelor-în-tutun-.pdf
TRANSCRIPT
—— 67 ——
Capitolul II. Formarea N-nitrozoaminelor în tutun
şi în fumul de ţigară
II.1. Formarea N-nitrozoaminelor specifice tutunului
Incidenţa cancerului avansează moderat în majoritatea ţărilor europene, inclusiv
în Republica Moldova. Mortalitatea prin cancer în Republica Moldova este marcată
printr-o sporire consecutivă şi alarmantă, de la 115 la 100 000 locuitori în anul 1986
până la 137 la 100 000 locuitori în anul 1997. Ritmul înalt de creştere a mortalităţii
prin cancer, remarcat în Moldova, este cauzat de diagnosticul tardiv al tumorilor (în
stadiul IV fiind depistaţi 28,6% bolnavi) [144]. Această situaţie este determinată şi de
numeroşi factori de risc: chimici, fizici, biologici, stresul, fonul radioactiv, alimentaţia
incorectă, fumatul.
Din punct de vedere structural, ponderea cea mai mare în cadrul mortalităţii prin
cancer în Moldova o deţine cancerul pulmonar. În perioada anilor 1980-1999 la bărbaţi
se întâlneşte mai frecvent cancerul pulmonar, apoi urmează cancerul gastric, cancerul
pielii, hemoblastozele, cancerul buzei, cancerul cavităţii bucale şi al faringelui. La femei,
incidenţa cancerului pulmonar ocupă locul III după cancerul sânului şi cancerul pielii,
însă mortalitatea cea mai înaltă aparţine cancerului pulmonar. Statistica demonstrează
că 80% din pacienţi decedează în primul an după depistarea cancerului pulmonar şi
numai 8-10% din ei au şansa de a supravieţui 5 ani [144].
Fumatul este considerat în prezent drept un factor de risc major în etiologia can-
cerului, responsabil, după unele estimări, de 85% din îmbolnăvirile de cancer bronho-
pulmonar [145]. În Statele Unite 90,3% din decesele cauzate de cancer pulmonar la
bărbaţi şi 78,5% la femei pot fi atribuite fumatului [146]. Asbestul şi radonul, precum
şi alţi factori profesionali pot cauza cancerul pulmonar. Însă, răspândirea largă a fu-
matului cuplată cu acţiunea agenţilor cancerigeni în mediul înconjurător demonstrează
că fumatul este cauza dominantă a cancerului pulmonar [147]. Riscul fumatului în
apariţia cancerului cavităţii bucale, al faringelui şi al esofagului este considerabil,
dar mai scăzut decât în apariţia cancerului pulmonar [148,149]. Prezenţa simultană a
fumatului şi a consumului de alcool duce la formarea cancerului cavităţii bucale, al
faringelui [148] şi al esofagului [150]. S-a constatat că circa jumătate din populaţia
Moldovei este reprezentată de fumători [145]. Amestecul de NNK şi NNN produce
tumori în cavitatea bucală la şobolani. NAT posedă la fel activitate cancerigenă.
Hidrocarburile policiclice aromatice (HPA) şi N-nitrozoaminele specifice tutunu-
lui (NAST) sunt două grupe principale de substanţe cancerigene prezente în tutun şi în
fumul de ţigară ce pot cauza apariţia cancerului pulmonar atât la fumători, cât şi la ne-
fumători expuşi fumului de ţigară [146]. N-nitrozonornicotina (NNN), 4-(metilnitro-
zamino)-1-(3-piridil)-butanona (NNK), N-nitrozoanatabina (NAT) şi N-nitrozoanaba-
zina (NAB) sunt patru din şapte N-nitrozoamine specifice tutunului (NAST) identifi-
cate. NNN şi NNK se formează în procesul de nitrozare a nicotinei şi reprezintă un
interes deosebit, deoarece pot fi identificate numai în tutun şi posedă activitate cance-
—— 68 ——
rigenă extrem de înaltă [151]. NNK induce cancerul pulmonar la rozători independent
de ruta de administrare. La fel, NNK cauzează tumorile maligne în mucoasa nazală,
ficat şi pancreas. NNN cauzează tumorile maligne în esofag, cavitatea nazală, plămâni
la şobolani, la şoareci – la tractul respirator, iar NAB aproape nu este cancerigenă [151].
Pentru a face concluzii despre impactul fumatului, este necesară înţelegerea com-
prensivă a riscului pentru sănătate, cauzat de fumat. În acelaşi rând, necesită a fi in-
vestigate diferite aspecte, cum sunt identificarea şi analiza cantitativă a substanţelor
toxice în fum, transportul şi metabolismul acestor substanţe în organismul uman.
În 1996, Green şi Rodgman au comunicat că în fumul de ţigară au fost identifi-
cate 4800 de substanţe chimice [152], dintre care 69 de substanţe în anul 2000 s-au
constatat a fi cancerigene. Lista substanţelor cancerigene din fum include, pe lângă
benzo(a)piren, alte nouă hidrocarburi aromatice policiclice, patru amine aromatice,
nitrozoamine, aldehide şi alte substanţe organice şi anorganice. Potenţialul cancerigen
al acestor substanţe a fost evaluat în conformitate cu clasificarea substanţelor canceri-
gene, introdusă de Agenţia Internaţională pentru Cercetarea Cancerului (AICC) [153].
În conformitate cu clasificarea dată, fumul de ţigară conţine 69 substanţe cancerigene
pentru animale, din ele 48 sunt „posibil cancerigene pentru om”, 8 sunt „probabil can-
cerigene pentru om” şi 11 sunt substanţe, a căror toxicitate şi cancerigenitate pentru
om este demonstrată.
II.1.1. Formarea N-nitrozoaminelor specifice tutunului din predecesori
N-nitrozoaminele specifice tutunului constituie o grupă de substanţe cancerigene
care au fost identificate numai în tutun şi în fumul de ţigară. Numeroase studii analitice
efectuate de diferiţi savanţi au demonstrat că N-nitrozoaminele formate din alcaloizii
tutunului, aşa-numite N-nitrozoaminele specifice tutunului, se conţin în cantităţi consi-
derabile atât în tutun, cât şi în fumul de ţigară. În tutun şi în produsele de tutungerie au
fost identificate şapte N-nitrozoamine specifice tutunului – NNN, NNK, NNAL, NAT,
NAB, iso-NNAL şi iso-NNAC. Structurile acestor substanţe şi ale predecesorilor lor
sunt prezentate în Figura II.1 [10]. A fost stabilit că NNN, NNK şi NAT se conţin în
tutun în cantităţi mai înalte decât alte N-nitrozoamine specifice tutunului. NNN, NNK
şi NNAL posedă proprietăţi cancerigene cele mai active. Expoziţia zilnică estimată
constituie 20 g de NAST pentru fumători [154,155].
Se consideră că nitrozoaminele care pătrund în organismul fumătorului pot fi for-
mate la diferite etape de producere şi utilizare a ţigărilor: în procesul de creştere şi
dezvoltare a tutunului; în procesul de prelucrare tehnologică; în urma fumatului în
fracţia de bază şi secundară a fumului de ţigară; în organismul fumătorului.
Cinetica procesului de nitrozare a nicotinei a fost studiată parţial [156,157]. S-a
stabilit că nitrozarea nicotinei duce la formarea a trei substanţe principale: NNN, NNK
şi NNA [169]. În rezultatul transformării secundare a acestor substanţe, precum şi al
fragmentării şi oxidării ciclului pirolidinic pot fi formaţi 14 alţi compuşi. La fel, s-a
stabilit că la pH 3,4 şi la temperatura 20ºC aproape 80-90% din cantitatea iniţială a
nicotinei nu se supune nitrozării după 17 ore. În condiţii mai severe (excesul de nitrit
—— 69 ——
şi 90ºC) viteza procesului de formare a NNN şi NNK creşte, iar formarea NNA nu se
observă [157]. Creşterea vitezei procesului de formare a NNN şi NNK la temperaturi
ridicate indică posibilitatea formării NAST la arderea tutunului. Însă, în condiţii reale
nu se observă excesul agenţilor de nitrozare faţă de concentraţia nicotinei. Alte cercetări
cu privire la nitrozarea nicotinei nu au fost efectuate.
Fig. II.1. Formarea NNA specifice tutunului din predecesori.
Cantitatea de NAST ce se formează în tutun în procesul de creştere şi dezvoltare
a plantulei depinde în mare măsură de soiul tutunului, precum şi de cantitatea de în-
grăşăminte azotice folosite [158]. Însă, a fost arătat că prelucrarea tehnologică a tutu-
nului duce la formarea cantităţilor de nitrozoamine care cu mult depăşesc concentra-
ţiile de NAST în tutunul verde neprelucrat [147,159,160].
Astfel, majoritatea cercetătorilor au ajuns astăzi la concluzia că fermentarea tutu-
nului este un proces complex de natură enzimatică, microbiologică şi chimică.
Chamberlain şi Chortyc [158] au studiat influenţa procesului de maturizare tehno-
logică asupra acumulării de NAST în diferite soiuri de tutun. Ei au demonstrat că fer-
tilizarea tutunului cu compuşi de azot în timpul creşterii, precum şi durata maturizării
tehnologice, duc la acumularea cantităţilor mai înalte de NAST în tutun. Deşi există
numeroase comunicări cu privire la prezenţa cantităţilor considerabile de NAST în
tutun şi în fumul de ţigară [143,160], condiţiile ce determină acumularea NAST în
tutun nu sunt bine cunoscute. Reieşind din faptul că NAST sunt formate din alcaloizi
piridinici, s-a presupus că concentraţii mai înalte de alcaloizi în tutun vor duce la acu-
mularea mai intensivă a NAST. Djordjevic şi col. [161] au demonstrat prezenţa core-
lării pozitive între cantitatea de alcaloizi şi NAST în tutun. Însă, cercetările acestor
autori au fost axate pe un exces considerabil (de 3000 de ori) de alcaloizi în tutun
—— 70 ——
comparativ cu cantitatea de NAST determinată. Fapt ce nu permite să considerăm
cantitatea de alcaloizi ca factor ce limitează acumularea NAST în tutun.
Brunnemann şi col. [162] au constatat o corelare pozitivă între concentraţia nitra-ţilor şi NAST în tutun şi în fumul de ţigară. Cercetarea ţigărilor europene [163] de ase-menea denotă o corelare pozitivă între nitraţi şi NAST în tutunul ţigărilor. De menţio-nat că şi în cazul nitratului se observă excesul de 1000 de ori faţă de concentraţia de NAST găsită în tutun.
Posibilitatea formării NAST la arderea tutunului a fost studiată mai puţin. Con-cluziile cu privire la formarea N-nitrozoaminelor în fumul de ţigară pot fi formulate în baza determinării directe a NAST paralel în tutunul ţigărilor şi în fumul lor. Însă, la arderea tutunului este posibilă atât formarea N-nitrozoaminelor din predecesori, cât şi descompunerea lor la temperaturi înalte. De aceea, este necesar de a studia mecanis-mele de formare a NAST în tutun în baza cercetărilor cineticii procesului, luându-se în consideraţie concentraţia agenţilor de nitrozare ce pot determina formarea NAST în fum. A fost constatat că transformarea nitritului din tutun duce la formarea oxidului de azot NO în fumul de ţigară. Însă, în procesul de nitrozare a aminelor, în lipsa aerului şi la temperaturi până la 120ºC, participă bioxidul de azot NO2 care stimulează formarea N-nitrozoaminelor [164].
II.1.2. Formarea endogenă a N-nitrozoaminelor
Nu este exclusă şi posibilitatea formării endogene a N-nitrozoaminelor specifice tutunului la pătrunderea fumului în organismul fumătorului [165]. Omul este expus la pătrunderea nitriţilor prin alimentaţie, reducerea endogenă a nitraţilor din produse alimentare şi prin producerea endogenă a oxidului de azot [166,167]. Studiile exten-sive au arătat că formarea N-nitrozoaminelor are loc în organismul uman [168]. De exemplu, nitrozoprolina şi alţi nitrozaminoacizi ce conţin sulf pot fi identificaţi în urina omului. Cantitatea lor creşte la administrarea nitriţilor şi a prolinei şi descreşte sub influenţa inhibitorilor procesului de nitrozare, de exemplu, acidului ascorbic. For-marea endogenă a nitrozoprolinei poate fi asociată cu expoziţia la diferiţi factori de risc, inclusiv fumatul. După cum a fost menţionat, nicotina se supune nitrozării cu formarea NNN, NNK şi NNA. Însă, viteza acestui proces este cu mult mai scăzută de-cât viteza procesului de nitrozare a aminelor secundare – nornicotinei sau anabazinei [156]. Nitrozarea nicotinei nu a fost înregistrată în saliva fumătorilor [169]. Acidul 4-(metilnitrozoamino)-4-(3-piridil)-butiric este unul dintre produsele procesului de nitrozare a nicotinei; el poate fi format prin transformarea metabolică a NNA. Această substanţă poate fi formată şi prin nitrozarea cotininei [170]. Luând în consideraţie faptul că iso-NNAL se elimină neschimbat în urina şi fecaliile şobolanilor, acest acid poate servi în calitate de marcher al nitrozării endogene a nicotinei [170,171]. Însă, în organismele persoanelor care au consumat nicotină sau cotinină cu şi fără suplimen-tarea nitratului, procesul de nitrozare endogenă nu a avut loc [171].
Una dintre căile posibile de cercetare a procesului de nitrozare endogenă a nico-tinei este analiza metaboliţilor NNK, NNN sau NNA. Metabolismul NNK duce la formarea NNAL sau a glucoronidului lui – acidul [4-(metilnitrozamino)-1-(3-piridil)-
—— 71 ——
but-1-il]--O-D-glucoziduronic la şobolani [172]. Ambele substanţe se elimină din organism cu urina. NNAL, ca şi NNK, posedă proprietăţi cancerigene [151]. S-a con-statat că transformarea NNK în NNAL are loc în plămânii fumătorilor [173,174].
Formarea endogenă a NNN a fost demonstrată pentru prima dată la şobolani [160]. NNAL şi NNAL-Gluc nu au fost găsiţi în urina şobolanilor trataţi cu nicotină atât în prezenţa nitritului, cât şi fără nitrit. Fapt ce indică la lipsa conversiei endogene a nico-tinei în NNK. Însă, urina şobolanilor trataţi cu nicotină conţine NNN. Formarea NNN poate avea loc în rezultatul reacţiei directe a nicotinei cu nitrit sau prin nitrozarea nor-nicotinei formate endogen din nicotină. Ultima variantă este mai probabilă, deoarece nitrozarea nicotinei este foarte lentă şi rezultă cu formarea atât a NNN, cât şi a NNK şi NNA [153]. Nornicotina este metabolitul cunoscut al nicotinei, iar la şobolani aproxi-mativ 9% din nicotina administrată se elimină cu urina în formă de nornicotină [175]. Ca amină secundară, nornicotina interacţionează cu nitritul cu o viteză cu mult mai înaltă decât nicotina [156].
Alcaloizii din tutun şi din fumul de ţigară reprezintă numai un reactant în reacţia de nitrozare; altul este reprezentat de agenţii de nitrozare. S-a stabilit că în rezultatul pătrunderii nitraţilor şi nitriţilor odată cu consumul produselor alimentare, concentraţia nitriţilor în tractul gastrointestinal atinge 4 mg pe zi [176]. Concentraţia nitriţilor în saliva oamenilor sănătoşi constituie 6-10 mg/l, iar după consumul nitratului poate să se ridice până la 500 mg/l [177]. Formarea endogenă a agenţilor de nitrozare are loc în rezultatul producerii oxidului de azot din arginină în timpul infecţiilor sau inflamaţii-lor [167-179]. În afară de aceasta, fumul de ţigară reprezintă o sursă adăugătoare de oxizi de azot. Unele cercetări au arătat că concentraţia nitrozoprolinei şi a altor nitozo-aminoacizi este de 2 ori mai înaltă la fumători decât la nefumători [168]. Nornicotina se nitrozează cu mult mai rapid decât prolina [156,165] şi consecutiv formarea endo-genă a NNN din nornicotină este destul de probabilă. Oamenii, ca şi şobolanii, meta-bolizează nicotina până la nornicotină; în afară de aceasta, nornicotina poate fi con-centrată în saliva fumătorului [180-182]. Nitriţii la fel se conţin în salivă. Stomacul omului asigură pH-ul favorabil procesului de nitrozare [156,165]. Astfel, organismul fumătorului contribuie la nitrozarea endogenă a nornicotinei formate prin metabolismul nicotinei din fumul de ţigară.
II.2. Materiale şi metode utilizate la analiza NAST şi a predecesorilor din tutun
Materiale Pentru analiza produselor de tutun şi fum de ţigară au fost utilizate un şir de
N-nitrozoamine: N-nitrozodimetilamină – compania SIGMA, Nr. 7756, puritatea 99,8%; N-nitrozo-
dietilamină – compania SIGMA, Nr. 0756, puritatea 99,6%, amestecul standard de 9 N-nitrozoamine EPA 8270 Appendix Nitrosamine Mix (SUPELCO), soluţie standard, câte 2000 ng/ml de fiecare N-nitrozoamină în etanol (puritate diferită pentru fiecare N-nitrozoamină în limitele de la 98,3 până la 99,9%), N-nitrozoanabazină – SIGMA, puritatea 98,6%, N-nitrozonornicotină, 4-(metilnitrozamino)-l-(3-piridil)-l-butanonă,
—— 72 ——
N-nitrozoanatabină, 5-Metil-nitrozonornicotină – standard intern, C5–4-(metilnitro-zamino)-l-(3-piridil)-l-butanonă – standard intern, 4-(metilnitrozamino)-l-(3-piridil)-l-butanol – standard intern. Ultimele patru substanţe au fost sintetizate în Laboratorul de Sinteză Organică de la Centrul de Cancer din Minnesota, Minneanolis, SUA.
La fel, au fost utilizaţi şi alţi reactivi: nicotină ( SUPELCO, puritatea 99%), etil-
mercuritiosalicilat de sodiu (SIGMA, puritatea 99,5%), kiselgur (SUPELCO), acidul
ascorbic (SUPELCO, puritatea 99,4%), fosfatul de sodiu, acidul citric, KOH, NaOH,
H2SO4, Na2SO4, reactivul lui Griess, nitritul de sodiu, 3-glucoronidaza (Sigma Che-
mical Co., CAT#: G-7396).
Solvenţi organici: etilacetat, clorură de metilen, alcool metilic, acetonitril, cloro-
form.
Aparatajul folosit la cercetările efectuate: Cromatograful gazos, Model 5890 (Hewlett Packard) cu analizator de energie
termică Model 610 (Thermedics Detection Inc., SUA); coloana capilară DB-1301 (30m x 0,32mm x 0,25um) [6% (cianopropilfenil)metilpolisiloxan; J&W Scientific]; Cromatograful gazos, Model 6890 cu detectorul mass-selectiv, Model 5973 (Hewlett Packard); coloana capilară HP-5 (30m x 0,25mm x 0,25um); Cromatograful gazos portativ MTI Seria P-200H; Cromatograful cu schimb de ion (DIONEX DX-500 „ti W/CD 20 detector” şi pompa gradient GP 40); Cromatograful gazos FRACTOVAP, Model 4200 cu programator de temperatură Model 410 (Carlo Erba Strumentazione, Italia); Centrifugă/concentrator, Model SVT200H Speedvac (Savant Instruments, Farmingdale, NY, SUA); Colector de vid pentru extracţie în faza solidă (Alltech Associates Inc., Deerfield, IL, SUA) cu cartridge Sep-Pak Plus CI8 (Waters Corp., Milford, MA, SUA); Spectrofotometru SF-26 (Rusia); lonomerul 120-2 (Gomel, Bielorusia); Termostat U-190.
Metode de analiză a N-nitrozoaminelor specifice tutunului
Metodele analitice existente de identificare şi analiză cantitativă a N-nitrozoami-
nelor specifice tutunului sunt bazate pe trei etape principale: extragerea NAST din
tutun, purificarea extractului şi analiza cantitativă prin metode cromatografice – cro-
matografia gazoasă (CG) sau lichidă de performanţă înaltă (CLPI).
La extragerea NAST din tutun s-a folosit soluţie-tampon citrat-fosfat, hidroxid de
sodiu diluat şi amestecul de soluţie-tampon citrat cu toluen. S-au utilizat două metode
de extragere a NAST din tutun: extragerea timp de 24 ore la temperatura camerei şi
extragerea timp de câteva ore prin tratarea tutunului cu ultrasunet.
La identificarea şi analiza cantitativă a N-nitrozoaminelor specifice tutunului în
soluţiile pregătite se foloseşte CG sau CLPI combinată cu detector de analiză a ener-
giei termice (AET) / l607, care este specific pentru analiza nitrozocompuşilor. În afară
de aceasta, pentru analiza cantitativă a NAST poate fi folosită metoda combinată cro-
matografia gazoasă – spectrometria de masă.
Tehnica de lucru. Un gram de tutun condiţionat până la umiditatea constantă şi
25 ml soluţie-tampon citrat-fosfat (pH 4,5, conţine acid ascorbic) au fost amestecaţi
într-o eprubetă conică (NALGENEIM
, 30 ml). La amestecul obţinut au fost adăugate
C5-NNK şi 5Me-NNN în calitate de standarde interne. Probele au fost omogenizate
—— 73 ——
(omogenizator „Polytron”) şi tratate cu ultrasunet timp de 1,5 ore. Extractele primite au
fost separate de tutunul fin prin centrifugarea la viteză înaltă (15000 rot/min., 10 min.)
şi filtrate în eprubete conice din sticlă (Kimble, Vineland, NJ, SUA); pH-ul filtratului
a fost adus la 5 prin adăugarea soluţiei de NaOH de concentraţia 10N. Fiecare probă a
fost extrasă de trei ori cu ajutorul a 12 ml de etilacetat. Extractele au fost combinate
apoi uscate cu 10 g Na2SO4 timp de 30 min. şi concentrate până la sec cu ajutorul con-
centratorului Speed Vac. Rămăşiţele au fost dizolvate în 0,5 ml clorură de metilen şi
aplicate la extragere în faza solidă. Cartridgele preconizare pentru extragere au fost
prelucrate cu 5 ml clorură de metilen. N-nitrozoaminele specifice tutunului au fost
eluate din cartridge cu 10 ml de etilacetat şi colectate în eprubete conice de 15 ml.
Extractele de NAST în etilacetat au fost uscate (Speed Vac). Reziduul obţinut a fost
transferat în microfiole uscate cu 3 x 60 μl metanol şi redizolvate în 50 μl acetonitril.
Câte 2 μl din fiecare probă au fost aplicaţi la analiza CG-ATE.
Probele pentru analiza N-nitrozoaminelor volatile au fost pregătite în conformitate
cu indicaţiile metodice folosite în Centrul Naţional de Medicină Preventivă pentru
analiza N-nitrozoaminelor volatile (NAV). Câte 50 g de tutun au fost cântărite cu pre-
cizia 0,0001 g. După adăugarea NaCl, Na2SO4 şi a acidului sulfanilic, proba a fost disti-
lată cu vapori de apă. N-nitrozoaminele volatile au fost extrase din distilatul primit,
folosind clorură de metilen, 3 x 15 ml. Extractul obţinut a fost uscat cu ajutorul Na2SO4
anhidru şi concentrat până la l ml (evaporator rotativ). Probele pregătite au fost aplicate
la cromatograful gazos portabil MT1 pentru analiza cantitativă a NAV. Pentru analiza nicotinei în tutun şi în fumul de ţigară au fost utilizate două metode
diferite: CG-MS şi analiza spectrofotometrică. Analiza CG-MS. Într-o eprubetă conică (NALGENE) au fost amestecate 50 g de
tutun şi 20 ml de metanol. Probele au fost omogenizate („Polytron”) şi tratate cu ultra-sunet timp de 3 ore. Extractele au fost separate de tutunul fin prin centrifugare la viteză înaltă. Câte 200 ml de extract din fiecare probă au fost transferate într-o fiolă, în care s-a adăugat amestecul de standarde interne (D3-nicotina şi D3-cotinina, câte 40 ul). Probele pregătite au fost congelate la -20°C până la analiza prin CG-MS.
Analiza spectrofotometrică. La analiza nicotinei prin metoda spectrofotometrică
tutunul a fost supus extracţiei cu vapori de apă în prezenţa NaCl şi NaOH. Pentru ana-
liza nicotinei în fum, ultimul a fost colectat la aparatul de fumat (laboratorul chimic,
„Tutun-CTC”) şi a fost dizolvat în acetonă. Soluţia de acetonă a fost supusă distilării
cu vapori de apă în două etape: distilarea acetonei în prezenţa H2SO4 şi distilarea nico-
tinei (după adăugarea NaOH). Distilatul colectat (250 ml) a fost analizat spectrofoto-
metric. Analiza ionilor nitraţi şi nitriţi în tutun s-a efectuat prin două metode diferite:
cromatografia cu schimb de ioni şi metoda potenţiometrică.
Cromatografia cu schimb de ioni. Tutunul (100 mg) condiţionat până la umiditate
constantă a fost amestecat cu 10 ml de apă de calitate HPLC într-un tub de sticlă cen-
trifugal (50 ml, Kimble, Vineland, NJ, SUA). În setul de probe au fost incluse două
tipuri de apă 11PLC în calitate de control. Tutunul a fost mărunţit cu ajutorul omoge-
nizatorului Polytron şi tratat cu ultrasunet timp de 30 minute. Suspensia formată a fost
—— 74 ——
centrifugată şi extractul apos a fost aplicat la cartridge-ul C-18 SPE (Fisher), condiţio-
nat cu 20 ml de metanol. Primele 5 ml de eluant apos au fost aruncate; următoarele
2,5 ml de eluant apos au fost colectate într-un tub plastic. Probele pregătite au fost
congelate la -20°C până la analiză.
Pentru analiza ionilor nitraţi prin metoda potenţiometrică, l g de tutun a fost
amestecat cu 50 ml de apa bidistilată. Amestecul a fost lăsat la temperatura camerei
timp de 24 ore pentru extragerea mai completă a ionilor nitraţi. Extractul apos a fost
filtrat; filtratul obţinut a fost supus analizei.
Pentru analiza ionilor nitriţi, la amestecul ce conţine l g de tutun şi 50 ml de apă
bidistilată a fost adăugat peroxid de hidrogen şi acid sulfuric concentrat pentru trans-
formarea ionilor nitriţi în nitraţi.
II.3. Formarea N-nitrozoaminelor în tutun şi în fumul de ţigară
II.3.1. Determinarea N-nitrozoaminelor specifice tutunului în diferite tipuri
de ţigări şi a predecesorilor lor în tutun şi în fumul de ţigară
Luând în consideraţie activitatea cancerigenă a NAST extrem de înaltă, procentul
mare de fumători în rândul populaţiei Republicii Moldova şi incidenţa înaltă a cance-
rului în ţara noastră, este necesar a determina cantitatea acestor substanţe în ţigările
produse în Moldova.
Din rezultatele primite la analiza tutunului şi a fumului de ţigări produse în alte
ţări s-a stabilit că cantitatea de NAST în tutun variază în dependenţă de soiul, modul
de prelucrare tehnologică, regimul de păstrare. Ţigările produse în Moldova au fost
procurate în laboratorul chimic al societăţii pe acţiuni „Tutun-CTC”. Pentru analiză
au fost selectate 18 tipuri de ţigări, ce reprezintă 78,3% din toate tipurile produse în
Moldova. Au fost folosite toate categoriile – de la cele mai ieftine ţigări până la tipuri
moderne fabricate din tutunul fin prelucrat. Pentru compararea şi verificarea rezulta-
telor primite, au fost folosite şi alte tipuri de ţigări, cum sunt: ţigările de cercetare 1R3
(de la Universitatea din Kentucky) şi ţigările produse în SUA şi Europa – Marlboro
(SUA), Camel (SUA), Lucky Strike (americane şi europene), Monte Carlo (Europa),
Prima lux (Ucraina). Tabelul II.1 reprezintă sumarul datelor obţinute la analiza NAST.
Variaţia rezultatelor obţinute la analiza duplicatelor nu a depăşit 7%. Analiza
datelor obţinute a demonstrat că nivelurile NAST în ţigările produse în Moldova sunt
cu mult mai scăzute decât cantitatea acestor substanţe în ţigările americane [193].
Concentraţia medie de NNN în trei tipuri de ţigări comerciale produse în SUA consti-
tuie 3,32 ± 0,88 ug/g comparativ cu 0,59 ± 0,548 ug/g în intervalul de la 0,039 până la
2,091 ug/g în ţigările produse în Moldova.
Pentru NNK şi NAT valoarea medie în tipurile de ţigări americane constituie
1,57 ± 0,178 şi 1,99 ± 0,579 ug/g, respectiv, iar valorile corespunzătoare pentru ţigările
moldoveneşti sunt 0,193 ± 0,089 ug/g din intervalul 0,104-0,484 ug/g şi 0,160 ± 0,114 ug/g
din intervalul 0,055-0,481 ug/g, respectiv. Tutunul ţigărilor Astra, Prima, Temp,
Chişinău, Doina şi Doina Premium conţine cantităţi diferite de NAST. Concentraţiile
cele mai înalte de NNN – de la l,104 până la 2,091 ug/g – au fost stabilite în ţigările ce
—— 75 ——
conţin tutun fin prelucrat: Tandem, Temp, Chişinău şi Fluieraş Extra. Concentraţiile
altor NAST au fost de asemenea mai înalte în aceste tipuri decât în alte ţigări produse
în Moldova. Cele mai mari cantităţi de toate NAST au fost fixate pentru ţigările
Tandem (Fig. II.2, Tab. II.1) [194,197].
Fig. II.2. Cromatograma obţinută în urma analizei GC-TEA a tutunului
ce inhibă în ţigările Tandem.
Tabelul II.1
Nicotină, ioni nitraţi şi NAST în tutun din ţigări (per gram de masă umedă)
—— 76 ——
aTutunul condiţionat până la 60% umiditate relativă pentru 24 de ore înainte de analiză. bToate probele au fost analizate în duplicat;
valorile sunt medii. cUniversit. Kentucky Tabacco an Health Research Institute research cigarette containing blended tabaccos in US
comercial products. dEuropean. eND nu s-a depistat.
Tabelul II.2
Concentraţia totală de NAST, NOC şi NOCP în tutunul utilizat
la producerea ţigărilor moldoveneşti
Tipul tutunului
nmol/g mg/g
Total
NAST
Total
NOC
Total
NOCP nicotină nitrat nitrit
Tutun tratat la soare, utilizat la producerea ţigărilor moldoveneşti tradiţionale
Moldovenesc 272
Tratata
0,68 1,6 126000 8,5 2,4 2,8
Prelucrat ulterior
1,2 36 49000 7,7 2,1 NDb
Moldovenesc 456
Tratat 1,1 1,2 66000 12 7,6 4,4
Prelucrat ulterior 1,7 31 34000 11 7,0 1,8
Jubiliar 8
Tratat 3,2 5,7 15000 12 8,9 4,2
Prelucrat ulterior 4,8 92 6300 11 8,9 1,4
Doina 211
Tratat 1,3 6,4 47000 16 4,2 6,1
Prelucrat ulterior 2,8 90 16000 15 4,5 3,3
—— 77 ——
Tutun utilizat la producerea ţigărilor moldoveneşti aromatizate
Burley
Tratat c
1,4 2,0 16000 8,9 5,6 8,2
Prelucrat ulterior 2,0 37 8900 8,1 4,8 1,2
Virginia 401
Tratat d
7,2 9,4 139000 20 17 46
Prelucrat ulterior 9,6 21 36000 18 16 4,2
a Prelucrare ulterioară: fermentare pentru tutunul tratat la soare; uscare repetată pentru Burley şi Virginia. b ND nedetectat.
c Tratat la aer. d Tratat în conducta de aer.
În Tabelul II.1 sunt prezentate nivelurile totale de NAST, NOC şi NOCP din tu-
tunul ţigărilor produse sau comercializate în Moldova [193,194,197]. Fiecare dintre
aceste valori este media a două analize, ale căror rezultate nu au depăşit o variaţie de
10%.
Ţigările importate conţin niveluri totale înalte de NAST şi NOC: în medie 16 şi
63 nmol/g, respectiv (n = 6). Media nivelurilor totale de NAST şi NOC pentru toate
ţigările moldoveneşti a fost de 5 şi 23 nmol/g (n = 25). Totuşi, nivelurile acestor grupe
analizate au variat puternic în tutunul ţigărilor moldoveneşti, fiind, de obicei, mai scă-
zute în ţigările tradiţionale decât în cele aromatizate. Nivelurile medii totale de NOCP
au fost asemănătoare în tutunul ţigărilor moldoveneşti şi ale celor importate: 29000 şi
33000 nmol/g, respectiv.
Diferenţele în sosuri şi procesele de producere prezintă un obstacol adăugător în
încercarea de a compara conţinuturile totale de NAST şi NOC în tutunul ţigărilor. Din
acest motiv, au fost analizate NAST şi NOC din tutunul utilizat, de regulă, în produce-
rea ţigărilor moldoveneşti tradiţionale şi aromatizate. Tipurile de tutun tratate la soare,
prezentate în Tabelul II.2, sunt utilizate la producerea ţigărilor tradiţionale, care conţin
niveluri de NAST şi NOC medii şi joase. Tutunurile Burley 320 şi Virginia 401 sunt
utilizate la producerea ţigărilor moldoveneşti aromatizate. Nivelurile totale medii de
NAST şi NOC în tutunurile tratate la soare au fost de 1,6 şi 3,7 nmol/g, respectiv. După
fermentare, aceste valori au crescut la 2,6 şi 62 nmol/g de tutun. Dimpotrivă, nivelul de
NOCP total s-a micşorat după fermentare, cu o medie de NOCP total de 64000 nmol/g
de tutun prelucrat şi 26000 nmol/g de tutun fermentat. Tutunul Virginia 401 conţine
cele mai înalte niveluri de NAST, NOC şi NOCP dintre tutunurile prelucrate cu valo-
rile medii de 7,2; 9,4 şi 139000 nmol/g, respectiv (Tab. II.2). Burley 320 conţine nive-
luri moderate ale celor trei grupe analizate. Tutunul prelucrat conţinea, de obicei, nive-
luri mai înalte de nicotină, nitraţi şi nitriţi, decât aceleaşi tipuri de tutun care au fost
supuse prelucrării ulterioare prin fermentare sau reuscare (Tab.II.2) [183,192]. Cele
mai înalte niveluri ale aproximativ tuturor grupelor analizate au fost obţinute în cazul
tutunului Virginia 401. A existat o corelaţie puternică între nivelurile totale de NAST şi NOC (r=0,66;
P<0,0001) în mostrele analizate. Din sumarul datelor obţinute la analiza comparativă a ţigărilor comercializate în
Moldova şi în SUA constatăm că:
—— 78 ——
Nivelurile de NAST în ţigările produse în Moldova sunt cu mult mai scăzute de-cât cantitatea acestor substanţe în ţigările americane.
Ţigările fără filtru produse din tutunul ordinar conţin NAST în cantităţi relativ joase.
Concentraţiile cele mai înalte de NNN – de la 1,104 până la 2,091 ug/g – au fost fixate în ţigările de tip american fabricate cu utilizarea liniei flux: Tandem, Temp, Chişinău şi Fluieraş Extra.
Concentraţiile N-nitrozoaminelor specifice tutunului în ţigările de import comer-cializate în Moldova sunt comparabile cu nivelurile acestor substanţe în ţigările
produse în SUA.
II.3.2. Formarea N-nitrozoaminelor la diferite etape de prelucrare
şi la arderea tutunului
Se consideră că N-nitrozoaminele care pătrund în organismul fumătorului pot să
se formeze la diferite etape de producere şi utilizare a ţigărilor: în procesul de creştere
şi dezvoltare a tutunului; în procesul de prelucrare tehnologică; în urma fumatului în
fracţia de bază şi secundară a fumului de ţigară; în organismul fumătorului. Cantitatea
de NAST ce se formează în tutun în procesul de creştere şi dezvoltare a plantulei de-
pinde în mare măsură de soiul tutunului, precum şi de cantitatea îngrăşămintelor de
azot folosite. A fost constatat că prelucrarea tehnologică a tutunului duce la formarea
cantităţilor înalte de N-nitrozoamine, care cu mult depăşesc concentraţiile de NAST în
tutunul verde neprelucrat [158-160].
La formarea NAST în tutun, este necesar de a determina atât cantitatea acestor
substanţe, cât şi a predecesorilor lor la diferite etape de producere a tutunului. Concen-
traţia N-nitrozonornicotinei (NNN) în tutun la diferite etape de producere a tutunului a
fost aleasă în calitate de parametru-indice, reieşind din următoarele constatări obţinute
în baza investigaţiilor bibliografice şi a cercetărilor efectuate:
- concentraţia NNN în tutun este cea mai înaltă comparativ cu alte NAST;
- există o corelaţie pozitivă puternică între cantitatea de NNN şi alte NAST în
tutun.
În cadrul studiului dat a fost determinată concentraţia NNN formată în urma a
două etape principale de prelucrare tehnologică a tutunului: după uscare şi după fer-
mentare. Identificarea şi determinarea cantitativă a NNN a fost efectuată cu folosirea
sistemului de analiză GC/MS. Rezultatele obţinute la analiza diferitelor tipuri de tutun
sunt prezentate în Tabelul II.3. Tabelul II.3
Variaţia concentraţiei NNN în timpul fermentării în diferite tipuri de tutun
Tipul
de tutun
NNN, ng/g
ΔCNNN,
%
[NO3-], mg/kg [NO2
-], mg/kg
Până la
fermentare
După
fermentare
Până la
fermen-
tare
După
fermen-
tare
Până la
fermen-
tare
După
fermen-
tare
Moldovenesc 90,31 97,78 8,27 36,5 126 1,93 13,8
—— 79 ——
272
Moldovata
72 93,01 123,96 33,28 56,5 35,7 10,9 4,65
Burley 320 64,83 118,29 82,47 530 410 - 9,66
Virginia 207 164,03 217,82 32,79 870 1330 18,4 12,0
Virginia 401 105,4 155,58 47,61 304 124 21,6 4,6
Din datele obţinute observăm că concentraţia NNN în tutun după fermentare
creşte considerabil – de la 8,27 până la 82,47%. Creşterea cea mai nesemnificativă a
concentraţiei NNN se observă în tutunul Moldovenesc 272 ce are o cantitate scăzută
de nicotină. Prezintă interes faptul că mărirea concentraţiei NNN în tutunul Moldove-
nesc 272 corelează cu micşorarea concentraţiei nicotinei în timpul fermentării. Mărirea
bruscă a concentraţiei NNN în procesul de fermentare tehnologică are loc în tutunul
Burley.
Pentru a clarifica rolul predecesorilor NAST, adică al nicotinei, nitraţilor şi nitriţi-
lor, în procesul de formare a acestor substanţe a fost determinată concentraţia lor la ace-
ste etape, de rând cu concentraţia NNN. Datele obţinute sunt prezentate în Tabelul II.3.
După cum se vede din acest tabel, concentraţia nicotinei în procesul de fermentare se
micşorează în medie cu 8-10%. Conţinutul de ioni nitraţi şi nitriţi variază într-un dia-
pazon larg fără o anumită legitate. Însă, trebuie de menţionat că cantitatea cea mai
înaltă de ioni nitraţi şi nitriţi în tutun (Virginia 207) corelează cu concentraţia maximă
de NNN. Tutunurile Moldovenesc 272 şi Moldovata 72 conţin ioni nitraţi şi nitriţi în
cantităţi relativ scăzute. Concentraţia NNN în aceste tipuri de tutun este la fel mai mică
decât în alte tipuri. Astfel, se confirmă versiunea cu privire la rolul nitraţilor şi nitriţilor
din tutun ca factori ce limitează formarea NAST în procesul de fermentare a tutunului.
Rezultatele analizei tutunului Burley demonstrează că anume NO2-, dar nu NO3
-,
limitează formarea NNN în timpul fermentării. Până la fermentare, în tutunul Burley
se conţineau cantităţi înalte de nitraţi, iar nitriţii lipseau (sau erau sub limita sensibilită-
ţii metodei), ceea ce a condiţionat o concentraţie a NNN la fel scăzută. În procesul de
fermentare concentraţia NO2- se măreşte brusc; simultan se observă o creştere maximă
a concentraţiei NNN, comparativ cu alte tipuri de tutun.
Este stabilit faptul că modul de prelucrare tehnologică a tutunului influenţează
considerabil asupra procesului de formare a NAST la etapa dată. Despre aceasta indică
şi rezultatele obţinute la analiza comparativă a ţigărilor produse în Moldova şi în SUA.
Diferenţa concentraţiilor NAST, pentru ţigările produse în diferite ţări, poate fi expli-
cată atât prin tehnologia utilizată, cât şi prin conţinutul diferit al predecesorilor în tutun.
Pentru a evalua nivelul cantitativ de predecesori în tutunul ţigărilor studiate, a fost
efectuată analiza comparativă a nitraţilor şi nicotinei în aceste tipuri de ţigări [183].
Rezultatele obţinute sunt prezentate în Tabelul II.1. Din datele experimentale obţinute
constatăm că nivelul diferit de NAST nu poate fi explicat prin conţinutul diferit de
predecesori, deoarece nu a fost stabilită nici o corelare între cantitatea de nicotină sau
—— 80 ——
nitraţi şi conţinutul sumar sau parţial de NAST. De exemplu, pentru ţigările produse în
Moldova, cea mai înaltă concentraţie de nitraţi se observă la ţigările Plai (16,27 mg/g).
Această concentraţie este similară cu concentraţia nitraţilor în tutunul ţigărilor 1R3
produse în SUA (16,10 mg/g). În afară de aceasta, concentraţia nicotinei în tutunul
ţigărilor Plai constituie 17,92 mg/g, iar în tutunul ţigărilor 1R3 – 12,73 mg/g. Conţinu-
tul sumar al NAST în aceste tipuri de ţigări nu depinde de concentraţia predecesorilor
şi constituie 3,334 ug/g pentru 1R3 şi 0,044 ug/g pentru ţigările Plai.
Lipsa corelării între cantitatea de nitraţi sau nicotină şi conţinutul sumar de NAST
poate fi demonstrată şi prin analiza comparativă a conţinutului de aceste substanţe în
ţigările produse numai în Moldova [193,194]. Spre exemplu, dacă comparăm ţigările
Plai şi Chişinău, putem constata că concentraţia nicotinei şi a nitraţilor în ţigările Plai
este, respectiv, de 2 şi de 1,7 ori mai înaltă decât în ţigările Chişinău. Însă, concentraţia
NAST în ţigările Chişinău este de 35 ori mai înaltă decât în ţigările Plai.
Din analiza comparativă efectuată putem concluziona că formarea NAST la fer-
mentarea tutunului depinde de procesul de formare a nitriţilor din nitraţi, care, la rândul
său, este determinat de modul de prelucrare tehnologică a tutunului.
Fabricarea ţigărilor la Combinatul de tutun din Chişinău „Tutun-CTC” se bazează
pe două linii de producere. Linia ordinară este preconizată pentru prelucrarea tutunului
de clasa III şi IV, care se foloseşte şi pentru fabricarea ţigărilor ieftine, inclusiv a ţigă-
rilor fără filtru. Tutunul este fermentat la temperatura de 60-70°C şi 17% umiditate
relativă timp de 8-10 zile. În SUA fermentarea tutunului se efectuează timp de 2-3 luni
pentru transformarea mai completă a substanţelor organice din tutun în substanţe vola-
tile ce asigură aroma şi gustul specific al tutunului. Luând în consideraţie faptul că în
timpul fermentării are loc formarea intensivă a NAST, poate fi trasă concluzia că du-
rata scurtă a procesului de fermentare determină conţinutul scăzut de NAST în unele
tipuri de ţigări produse în Moldova.
A doua linie – linia-flux – este preconizată pentru fabricarea ţigărilor de tip ameri-
can, cum sunt Temp, Tandem, Chişinău, Fluieraş Extra. Linia aceasta include sosarea
tutunului care are loc la temperaturi ridicate. Astfel, în procesul de prelucrare tehnolo-
gică a tutunului se introduce o etapă adăugătoare. Această etapă, împreună cu calitatea
mai înaltă a tutunului, determină cantităţile mai mari de NAST în ţigările de tip ameri-
can, comparativ cu alte tipuri de ţigări produse în Moldova.
Formarea N-nitrozoaminelor la arderea tutunului
În literatura ştiinţifică lipsesc date cu privire la căile de formare a NAST în fum,
la arderea tutunului. Pentru a controla formarea NAST la arderea tutunului, ţigările
analizate au fost fumate cu ajutorul unui aparat, iar în fumul obţinut a fost determinată
cantitatea de NAST. Din rezultatele prezentate în Tabelul II.2 constatăm că concentra-
ţia NAST în fum constituie în medie 10% din conţinutul lor total în tutun [196,197].
Micşorarea cantităţii NAST nu permite evaluarea directă a posibilităţii de formare a
acestor substanţe la arderea tutunului.
—— 81 ——
Pentru a evalua contribuţia formării NAST în timpul fumatului faţă de cantitatea
lor sumară identificată în fum, a fost analizat conţinutul oxizilor de azot în fumul ţigă-
rilor produse în Moldova [184]. Oxizii de azot pot participa în procesul de nitrozare a
nicotinei şi a aminelor secundare în calitate de agenţi de nitrozare.
Condensatul umed, ce se obţine în aparatul de fumat, conţine oxizi de azot dizol-
vaţi în vapori de apă. Oxidul NO se autooxidează în prezenţa O2 cu formarea nitritului:
4 NO + O2 + H2O → 4 NO2- + 4 H
+ (II.1)
Mecanismul detaliat al acestui proces poate fi descris prin următoarele reacţii: ▪NO + O2 → ONOO
▪ (II.2)
ONOO▪ (sau NO
▪▪O2) +
▪NO → ONOONO (II.3)
ONOONO → 2 ▪NO2 (II.4)
▪NO2 +
▪NO → N2O3 (II.5)
N2O3 + H2O → 2NO2- + 2H
+ (II.6)
Suspensia apoasă a fumului a fost obţinută prin adăugarea apei la extractul fumu-
lui cu distilarea ulterioară a acetonei [52]. Nitriţii au fost oxidaţi cu ajutorul peroxidu-
lui de hidrogen şi cantitatea lor a fost determinată prin metoda potenţiometrică. Con-
centraţia NO2 în fumul de ţigară a fost calculată folosind formula elaborată de Neurath
et al. [173] pe baza cineticii procesului de oxidare a NO, conţinutului de NO în fum,
conţinutului de O2 în fum şi profilului de temperatură caracteristic fumului de ţigară:
X = k·b·t·a2 / (1 + 2·a·t·b·k) (II.7)
unde: X – cantitatea de NO2 ce se formează în t sec.;
t = 0,1 – perioada de timp, când o porţiune dată de fum are temperatura 165oC;
k – constanta de viteză a reacţiei de oxidare a NO în NO2 la condiţii date
(k = 7,1109 ml
2/molsec);
b – concentraţia oxigenului în fum (1/2 din concentraţia în aer,
b = 4,9610-6
mol/ml);
a – concentraţia NO în fum (se determină experimental). Tabelul II.4
Conţinutul oxizilor de azot în fumul ţigărilor produse în Moldova
Tipul de ţigări CNO,
μg/ţig 2NOC ,
μg/ţig
NDMA, ng/ţig NDEA, ng/ţig
În
tutun În fum În tutun În fum
Temp 50 1,28 0,65 0,99 0,72 1,04
Doina 39,17 0,79 0,75 1,94
Prima 63,27 2,06 1,04
Astra 49,61 1,26 - 0,44 - -
Fluieraş 56,91 1,67 2,28 3,24
Ancora de Aur 76,04 2,97 5,43 12,02 1,32 3,1
Chişinău 47,62 1,17 1,69 -
Astra (bulg.) 33,64 0,57 2,81 4,68 - 0,62
—— 82 ——
Cosmos 19,59 0,20 3,47 -
CTC 75 10,00 0,05 2,42 4,13 - 2,43
Din datele din literatură este cunoscut că, în lipsa aerului, la temperaturi până la
120oC, anume NO2, dar nu NO, participă în procesul de nitrozare a aminelor cu formarea
N-nitrozoaminelor. Însă, în conformitate cu datele obţinute experimental, la arderea
ţigărilor se formează NO din nitraţii ce se conţin în tutun. De asemenea, este cunoscut
faptul că la temperaturi mai înalte de 165oC bioxidul de azot disociază cu formarea
NO şi O2:
2NO2 ot 165 C 2NO + O2 (II.8)
În ţigări, piroliza tutunului are loc la temperaturi cu mult mai înalte decât 165oC.
Astfel, formarea NO2 în fum are loc în rezultatul oxidării lente a oxidului NO la tem-
peraturi mai joase de 165oC. Prin urmare, putem constata că viteza de formare a
N-nitrozoaminelor în fumul de ţigară depinde de viteza procesului de formare a NO2,
care în continuare formează agenţi de nitrozare pentru diferite substraturi (II.9-II.11):
(II.9)
(II.10)
(II.11)
În legătură cu cantitatea mică a agenţilor de nitrozare în fumul de ţigară [195], este
necesar a examina sursa de formare a N-nitrozoaminelor volatile la arderea tutunului.
Analiza acestor substanţe a fost efectuată în 10 tipuri de ţigări produse în Moldova.
Pentru analiza cantitativă a N-nitrozoaminelor în tutun şi în fumul de ţigară a fost folo-
sit cromatogaful gazos portativ MTI. Identificarea picurilor a fost efectuată cu ajutorul
sistemului GC/MS. Datele obţinute sunt prezentate în Tabelul II.4. Spre deosebire de
N-nitrozoamine specifice tutunului, cantitatea de N-nitrozoamine volatile creşte consi-
derabil la arderea tutunului [191,196]. Din cele expuse reiese concluzia că acea cantitatea mică de agenţii activi de nitro-
zare, care se formează la arderea tutunului, participă în procesul de nitrozare a amine-lor secundare, care, la rândul lor, sunt formate în rezultatul pirolizei nicotinei şi a altor substanţe organice din tutun. În fumul de ţigară nu are loc formarea adăugătoare a N-nitrozoaminelor specifice tutunului.
Concluzii:
Factorii principali ce influenţează asupra procesului de formare a NAST în tutun sunt tipul de tutun şi modul de prelucrare tehnologică a tutunului.
Concentraţia nitriţilor este determinată de modul de prelucrare tehnologică a tutunului şi reprezintă factorul principal ce limitează formarea NAST în timpul fermentării.
Durata scurtă a procesului de fermentare determină conţinutul scăzut de NAST în unele tipuri de ţigări produse în Moldova.
—— 83 ——
Sosarea tutunului la temperaturi ridicate, care este aplicată în linia-flux, împreună cu calitatea mai înaltă a tutunului, determină formarea cantităţilor mai mari ale NAST în ţigările de tip american, comparativ cu alte tipuri de ţigări produse în Moldova.
La arderea ţigărilor se formează oxidul de azot NO din nitraţii ce se conţin în tutun.
Concentraţia bioxidului de azot, care serveşte în calitate de agent de nitrozare în fumul de ţigară, este foarte mică şi reprezintă factorul ce limitează viteza procesu-lui de formare a N-nitrozoaminelor la arderea tutunului.
Agenţii activi de nitrozare formaţi în fumul de ţigară participă în procesul de nitro-
zare a aminelor secundare cu formarea N-nitrozoaminelor volatile, iar formarea
adăugătoare a NAST în fumul de ţigară nu are loc.
II.3.3. Studiul cinetic al procesului de formare a NAST în sisteme-model
Cercetarea mecanismelor proceselor de formare a NAST din predecesori este foarte importantă pentru aprecierea adecvată a riscului cauzat de fumat. Pentru acea-sta, este necesară studierea cineticii proceselor de formare şi transformare a NAST la diferite etape de creştere, prelucrare tehnologică a tutunului, precum şi la arderea ţigărilor.
Pentru a determina mecanismele proceselor de formare a N-nitrozoaminelor în tutun
şi în fumul de ţigară este necesar de a studia cinetica procesului de formare a acestor
substanţe din predecesori pe sisteme-model. În conformitate cu cercetările efectuate de
prof. Hecht S.S. [182], nicotina şi alţi alcaloizi ai tutunului sunt predecesorii N-nitrozo-
aminelor din tutun. În calitate de agenţi de nitrozare servesc nitriţii care se formează
din nitraţii ce se conţin în cantităţi mari în tutun. În afară de aceasta, în timpul arderii
nitraţii din tutun pot fi transformaţi în oxizi de azot. Oxizii de azot pot servi în calitate
de agenţi de nitrozare în procesul de formare a N-nitrozoaminelor în fum; de asemenea,
oxizii de azot pot fi supuşi transformării ulterioare cu formarea nitriţilor. Nitriţii formaţi pot
participa în procesele de nitrozare a nicotinei din fum. Luând în consideraţie cele expuse,
este necesar a studia detaliat cinetica procesului de nitrozare a nicotinei cu nitriţi. În prezenta lucrare, procesul de nitrozare a fost urmărit atât după consumul de
substanţe iniţiale, cât şi după acumularea produşilor de reacţie. Curbele cinetice de consum al substanţelor iniţiale (Fig. II.3–II.4) în procesul de nitrozare au demonstrat că mecanismul de nitrozare a nicotinei este complex [189-191,198].
—— 84 ——
Fig. II.3. Curbele cinetice de consum al ionilor
nitriţi în dependenţă de concentraţia iniţială
a nicotinei; [NO2-]o = 1·10
-4M, pH 3,5.
Fig. II.4. Curbele cinetice de consum al
nicotinei în dependenţă de [NO2-]o;
[Nic]o = 1,9·10-4
M, pH 3,5.
Studiul dependenţei vitezei iniţiale (Winiţ) în procesul de nitrozare a nicotinei de concentraţia nicotinei (Nic) şi a nitritului a demonstrat că viteza creşte odată cu mărirea concentraţiei substanţelor iniţiale (Fig. II.5).
Fig. II.5. Dependenţa Winiţ de nitrozare a nicotinei în funcţie de [NO2
-]o
(după consumul de nicotină); [Nic]o = 1,9·10-4
M; pH 3,5 (a) şi de [Nic]o (după consum de nitrit); [NO2
-]o = 1·10
-4M, pH 3,5 (b).
Curbele cinetice obţinute la nitrozarea nicotinei în dependenţă de pH (Fig. II.6)
au demonstrat că viteza trece prin maximum la pH 3,5 (Fig. II.7). În conformitate cu datele obţinute anterior, la micşorarea pH-ului până la 3,5 în
soluţia cu ioni nitriţi are loc acumularea N2O3, ca produs intermediar de transformare a ionului nitrit. La valorile de pH < 2,5 are loc micşorarea concentraţiei N2O3 şi creşterea concentraţiei cationului de nitrozoniu (NO
+). Apariţia maximului vitezei procesului de
nitrozare la pH 3,5 exclude participarea NO+ în procesul dat. Reieşind din cele expuse,
putem concluziona că produsul intermediar ce se formează la transformarea nitritului este oxidul N2O3 şi el serveşte în calitate de agent de nitrozare în sistemul NO2
- – nico-
—— 85 ——
tină. Această concluzie poate fi extinsă şi la sisteme reale, deoarece pH-ul tutunului variază în general în limitele de la 5 până la 8.
Fig. II.6. Curbele cinetice de consum al nitritului în f(pH); [Nic]o = 6,3·10
-5M;
[NO2-]o = 1·10
-4M.
Fig. II.7. Dependenţa Wi în procesul de nitrozare a Nic de pH; [Nic]o = 1,9·10
-4M;
[NO2-]o = 2·10
-3M.
Pentru înţelegerea mai profundă a mecanismului procesului de nitrozare a nicoti-nei, este necesar de a studia cinetica acestui proces după acumularea produselor de reacţie. În literatură [169] a fost constatat că în rezultatul acestui proces sunt formate trei nitrozoamine specifice tutunului: N-nitrozonornicotina (NNN), 4-(metilnitroza-mino)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK) şi 4-(metilnitrozamino)-4-(3-piridil)-1-butanol. Însă, cinetica acestui proces nu a fost studiată detaliat.
În această lucrare a fost determinat ordinul reacţiei de nitrozare a nicotinei şi con-stantele de viteză pentru trei procese paralele (Fig. II.8). A fost studiată dependenţa Wi de concentraţia substanţelor iniţiale, pH şi temperatură. Separarea adecvată a nico-tinei şi a trei NAST a fost atinsă prin utilizarea metodei cromatografice [193,194].
Fig. II.8. Interacţiunea nicotinei cu HNO2 şi formarea NNA, NNN şi NNK.
Rezultatele experimentale obţinute în studiul cinetic al procesului de acumulare a
N-nitrozoaminelor formate au arătat că produsul principal al acestui proces este NNA.
—— 86 ——
Viteza iniţială de formare a NNA este de ordinul 10-9 mol/(ls), iar viteza iniţială pentru
NNN şi NNK este de ordinul 10-10
mol/(ls).
Studiul legităţilor cinetice de acumulare a produselor de reacţie în dependenţă de
concentraţia nicotinei şi a ionului nitrit (Fig. II.9, II.10, Tab. II.5) a demonstrat că viteza
acestui proces creşte odată cu mărirea concentraţiei substanţelor iniţiale. Variaţia
concentraţiei substanţelor iniţiale a fost folosită pentru determinarea ordinului de reacţie
după nicotină şi nitrit. Rezultatele primite au demonstrat că reacţia este de ordinul 1
după ambele substanţe reactante [55].
Fig. II.9. Curbele cinetice de acumulare a
NNN în dependenţă de [NO2-]o;
[Nic]o = 1·10-3
M, pH 3,5.
Fig. II.10. Curbele cinetice de acumulare
a NNN în dependenţă de [Nic]o;
[NO2-]o = 1·10
-3M, pH 3,5.
Tabelul II.5
Formarea NAST (NNA, NNN, NNK) la nitrozarea Nic cu nitriţi în funcţie de [Nic]o;
[NO2-] = 1∙10
-3M; pH 3,5; t = 60 min., şi în funcţie de [NO2
-]o; [Nic]o = 1∙10
-3M
Funcţie
de Formarea NNA Formarea NNN Formarea NNK
[Nic
oti
nă]
0
[Nic]o,
104 M
[NNA],
107 M
Wi,
1010
Ms-1
%
NNA
[NNN],
108 M
Wi,
1010
Ms-1
%
NNN
[NNK],
108 M
Wi,
1010
Ms-1
%
NNK
1,0 28 0,2 0,28 36 0,2 0,36 26 0,25 0,26
5,0 14 1,0 0,14 19 1,1 0,19 12 1,0 0,12
10,0 6 2,0 0,06 9 2,4 0,09 6 1,75 0,06
20,0 2 4,1 0,02 1 5,2 0,01 1 3,75 0,01
[Nit
riţi
] 0
[NO2-]o,
104 M
[NNA],
107 M
Wi,
1010
Ms-1
%
NNA
[NNN],
108 M
Wi,
1010
Ms-1
%
NNN
[NNK],
108 M
Wi,
1010
Ms-1
%
NNK
1,0 27 0,27 37 0,2 0,037 26 0,25 0,026
5,0 14 0,14 19 1,2 0,019 11 0,8 0,011
10,0 6 0,06 4 2,5 0,004 7 1,75 0,007
20,0 1 0,01 1 5,1 0,001 1 3,7 0,001
Viteza acestei reacţii poate fi prezentată prin relaţia:
W = k[Nicotina][NO2-] (II.12)
—— 87 ——
Rezultatul obţinut diferă de cel pentru procesele de nitrozare a aminelor secundare, în care ordinul după amină este unu şi după ionul nitrit – doi. Însă, rezultatul obţinut
este în conformitate cu afirmaţiile lui Gowenlock şi col., care a constatat că procesul de nitrozare a unui şir de trialchilamine este de ordinul unu după ambii reactanţi. Con-
stanta efectivă a vitezei de reacţie poate fi calculată din valoarea obţinută a constantei k prin utilizarea ecuaţiei:
k = k(1+[10-pH
/10-pKnic
])(1+[10-pKa
/10-pH
]), (II.13)
unde pKa este pK al acidului azotos şi pKNic este pK al nicotinei.
Din datele din literatură: pKa = 3,37 şi pKNic = 8,02.
Ecuaţia (II.13) a fost folosită la calcularea k pentru fiecare produs obţinut la nitro-zarea nicotinei prin utilizarea valorilor k, obţinute experimental, şi valorile pKs, obţinute din literatură.
Constantele k şi k pentru formarea NNA, NNN şi NNK la pH 3,5 şi temperatura 25ºC sunt prezentate în Tabelul II.6. Constanta vitezei de formare a NNA este cu un ordin mai înaltă decât pentru NNN şi NNK, ceea ce corespunde observaţiilor lui Hecht S.S. et al., care susţin că NNA este produsul principal în procesul de nitrozare a nicotinei la pH 3,4 şi temperatura 20ºC [157].
Tabelul II.6
Constantele de viteză pentru formarea NAST din nicotină
şi ioni nitriţi la pH 3,5; t = 20°C
Produs k(*)
x 105, s
-1 k’
(**), s
-1
NNA 53,2 +/- 5 36,3 +/- 7
NNN 5,4 +/- 1,5 4,9 +/- 1,1
NNK 7,5 +/- 1,3 5,4 +/- 1,4 (*) – constanta obţinută experimental, (**) – constanta efectivă de viteză.
Pentru a înţelege mai profund mecanismul procesului de nitrozare a nicotinei,
aplicăm la sistemul dat mecanismul cinetic, elaborat pentru aminele terţiare (Schema 1).
Acest mecanism include formarea particulelor active de nitrozare ONX N2O3 sau
H2NO2+. Nicotina (R3N) se supune nitrozării reversibile cu formarea R3NNO
+ şi, la
etapa ce determină viteza procesului, acest intermediat se supune eliminării lente a
HNO. Ionul format reacţionează rapid cu formarea produşilor finali ai reacţiei de nitro-
zare. Deosebirea acestui mecanism de cel al procesului de nitrozare a aminelor secun-
dare constă în faptul că etapa de nitrozare iniţială (k3) nu limitează viteza procesului
dat. Etapa ce limitează viteza procesului de nitrozare a nicotinei este prezentată de pier-
derea HNO (k4). Din mecanismul propus poate fi dedusă ecuaţia vitezei de formare a
produsului final:
W = (K1K3k4/K2)∙[H+][R3N][HNO2] (II.14)
Mecanismul acesta corespunde rezultatelor obţinute în prezenta lucrare, deoarece din ecuaţia (II.12) rezultă că reacţia este de ordinul unu atât după nicotină, cât şi după nitrit.
HNO2 + HX 1K
ONX + H2O (II.15)
—— 88 ——
HX 2K
H+ + X
- (II.16)
R3N + ONX 3
3
k
k
R3NNO+ + X
- (II.17)
R3NNO+ 4k R2N = CHR
+ + HNO (II.18)
R2N = CHR+ 5k PRODUSE (II.19)
X = NO2-, H2O
Schema 1
II.3.4. Diminuarea conţinutului de N-nitrozoamine specifice tutunului
în fumul de ţigară
Pentru reducerea riscului de cancer pulmonar cauzat de prezenţa NAST în fumul
de ţigară, este necesar a diminua concentraţia NAST în fumul ţigărilor produse în
Moldova.
Există mai multe posibilităţi de a reduce cantitatea de NAST în fumul de ţigară,
de exemplu inhibiţia procesului de formare a NAST din predecesori, degradarea
NAST formate, eliminarea NAST din fum, folosind filtre speciale, substituţia parţială
a tutunului cu alte plante.
II.3.4.1. Influenţa inhibitorilor asupra procesului de formare a NAST în tutun
Reieşind din faptul că N-nitrozocompuşii se formează în rezultatul nitrozării ami-
nelor şi amidelor, inhibiţia formării acestor substanţe poate fi atinsă atât prin reducerea
cantităţii de predecesori ce participă la formarea NNA, cât şi prin folosirea reducători-
lor capabili de a interacţiona cu agenţii de nitrozare.
În cazul NAST, în calitate de predecesori servesc alcaloizii tutunului, iar în cali-
tate de agenţi de nitrozare – particulele active care se formează din nitraţi şi nitriţi ce
se conţin în tutun. Stabilirea faptului că la fermentarea tutunului se acumulează cea
mai mare cantitate de NAST permite de a presupune că aplicarea metodelor de inhibiţie
la această etapă de prelucrare a tutunului va fi maximal eficientă.
Procesul de fermentare tehnologică duce la diminuarea concentraţiei de nicotină
şi a altor alcaloizi ai tutunului. În dependenţă de condiţiile de fermentare, pierderea
nicotinei poate atinge 8-60%. Luând în consideraţie faptul că nicotină nu reprezintă
factorul ce limitează formarea NAST în tutun, precum şi importanţa nicotinei în
asigurarea calităţii produselor de tutungerie, reducerea mai intensă a conţinutului de
nicotină nu are sens.
După cum am stabilit mai sus, formarea ionilor nitriţi din nitraţi limitează pro-
cesul de nitrozare a nicotinei în timpul fermentării. Astfel, o cale efectivă de inhibiţie a
procesului de nitrozare constă în introducerea în tutun a unor substanţe reducătoare,
capabile de a lega nitriţii formaţi.
Acidul ascorbic (AAs) se foloseşte larg pentru inhibiţia proceselor de nitrozare
atât în produsele alimentare, cât şi în organismul uman. Mecanismul inhibiţiei se
bazează pe oxidarea AAs până la dehidroascorbic cu reducerea ionului nitrit până la
—— 89 ——
NO – proces care concurează cu nitrozarea aminelor. În calitate de inhibitori pot fi fo-
losite şi alte substanţe care posedă proprietăţi reducătoare şi nu sunt toxice pentru orga-
nismul uman. Însă, este necesar de a lua în consideraţie faptul că compoziţia tutunului
influenţează considerabil asupra calităţii produsului final. De exemplu, prezenţa acizi-
lor organici volatili joacă un rol important în formarea aromei fumului; pectinele şi
alcoolul metilic influenţează negativ asupra calităţii tutunului. Potasiul influenţează
pozitiv asupra duratei de ardere a tutunului, iar clorul, sulful şi fluorul încetinesc pro-
cesul de ardere. Prin urmare, la selectarea inhibitorilor potenţiali trebuie se fie luată în
consideraţie influenţa lor asupra calităţii produsului final.
Luând în consideraţie cele expuse, pentru a examina posibilitatea inhibiţiei procesu-
lui de nitrozare a nicotinei, în calitate de inhibitori au fost alese următoarele substanţe:
acidul citric, acidul tartric şi tartratul de potasiu.
Elaborarea metodelor de inhibiţie se bazează pe cunoaşterea legităţilor cinetice de
formare a NAST. Pentru a determina proprietăţile inhibitoare ale substanţelor selectate
a fost studiată cinetica procesului de nitrozare în prezenţa lor şi rezultatele obţinute au
fost comparate cu nitrozarea nicotinei în lipsa acestor substanţe [185,186,188].
Nitrozarea nicotinei în prezenţa acidului citric,
acidului tartric şi tartratului de potasiu
A fost studiată dependenţa cineticii procesului de nitrozare de concentraţia iniţială
a substanţelor testate [188].
Fig. II.11. Curbele cinetice de consum al NO2
- (a) şi Wi de concum al NO2
- (b) la nitrozarea
nicotinei în prezenţa inhibitorilor; [Nic]o = 6,3·10-5
M; [NO2-]o = 1·10
-3M, pH 3,5.
Viteza procesului a fost urmărită după consumul de nicotină, ioni nitriţi şi după
acumularea NNN. Din curbele cinetice de consum al nitritului (Fig. II.11(a)) constatăm
că viteza acestui proces creşte odată cu creşterea reducătorilor studiaţi (Fig. II.11(b)).
Viteza de acumulare a NNN scade în prezenţa substanţelor studiate (Fig. II.12).
S-a stabilit că tartratul de potasiu este inhibitor mai efectiv în procesul de nitrozare a
Nic., comparativ cu acidul citric şi tartric [185,186,188]. Adăugarea acestor substanţe
—— 90 ——
în tutun are şi alte efecte pozitive asupra calităţii produsului final, formând aroma fu-
mului şi influenţând pozitiv asupra duratei de ardere a tutunului.
Inhibitorii utilizaţi au fost examinaţi experimental în sisteme reale prin adăugarea
lor în timpul fermentării tutunului şi analiza ulterioară a NNN în tutunul fermentat.
Rezultatele obţinute au confirmat proprietăţile inhibitoare ale substanţelor studiate
(Fig. II.13).
Fig. II.12. Viteza de acumulare
a NNN în dependenţă de natura
inhibitorilor; [Nic]o = 6,3·10-5
M;
[NO2-]o = 1·10
-3M, pH 3,5.
Fig. II.13. Variaţia concentraţiei NNN în tutun în
prezenţa inhibitorilor: 1 - tutun nefermentat; 2 - tutun fermentat fără adaosuri;
3 - tutun fermentat cu acid citric; 4 - tutun fermentat cu
acid tartric; 5 - tutun fermentat cu tartrat de potasiu.
II.3.4.2. Degradarea fotolitică a N-nitrozoaminelor
Este cunoscut faptul că N-nitrozoaminele se supun descompunerii fotolitice sub acţiunea razelor UV. Aceasta reprezintă o altă posibilitate de diminuare a conţinutului de NAST în tutun. Nicotină la fel se supune descompunerii sub acţiunea razelor UV, însă, fiecare tip de ţigări trebuie să conţină o anumită cantitate de nicotină pentru a corespunde nivelului necesar de calitate. Din aceasta reiese că tratarea tutunului cu razele UV nu trebuie să ducă la micşorarea excesivă a conţinutului de nicotină. Pentru optimizarea timpului de iradiere s-au folosit soluţii apoase de NNA. A fost studiată degradarea unui amestec standard de 8 N-nitrozoamine sub acţiunea razelor UV şi rezultatele obţinute au fost comparate cu procesul de descompunere fotolitică a nico-tinei. Concentraţia N-nitrozoaminelor şi a nicotinei a fost determinată prin metoda cromatografică. Cromatogramele obţinute la analiza probei standard netratate şi după tratarea cu raze UV timp de 30 min. sunt prezentate în Figurile II.14, II.15, corespun-zător. Studiile efectuate au demonstrat posibilitatea descompunerii NNA, fără dimi-nuarea considerabilă a conţinutului de nicotină în tutun (Fig. II.16,a). Cercetările pri-vind dependenţa vitezei de descompunere fotolitică NNA de concentraţia acestora a demonstrat că viteza degradării creşte odată cu mărirea concentraţiei substanţelor stu-diate (Fig. II.16,b). Rezultatele cercetărilor efectuate pe sisteme-model au fost aplicate şi pe sisteme reale. Metoda constă în extragerea tutunului cu apă, tratarea extractului apos cu raze UV şi întoarcerea extractului tratat la tutun.
—— 91 ——
Fig. II.14. Analiza cromatografică a amestecului standard de opt N-nitrozoamine
(proba netratată): I – NDMA; II – NMEA; III – NDEA; IV – NPYR; V – NMor;
VI – NDPA; VII – NPip; VIII – NDBA.
Fig. II.15. Analiza cromatografică a amestecului standard de opt N-nitrozoamine
(tratare cu raze UV timp de 30 min.) I – NDMA; II – NMEA; III – NDEA; IV – NPpyr;
V – NMor; VI – NDPA; VII – NPip; VIII – NDBA.
Fig. II.16. Degradarea fotolitică a amestecului de NNA şi a nicotinei (a)
şi dependenţa vitezei de descompunere fotolitică de [NNA]o (b).
—— 92 ——
II.3.4.3. Adsorbţia N-nitrozoaminelor din fum
Cărbunele activ este deja utilizat ca ingredient la fabricarea filtrelor pentru ţigări.
Însă, el este costisitor, ceea ce limitează utilizarea lui. Din acest motiv au fost exami-
nate posibilităţile utilizării altor sorbenţi, şi anume: a diatomitului în procesul de fabri-
care a ţigărilor pentru obţinerea unui conţinut mai redus de NAST şi, totodată, la un
preţ accesibil.
Studiul adsorbţiei nicotinei şi a N-nitrozoaminelor pe sisteme-model
Adsorbţia NNA şi a nicotinei pe diatomit a fost studiată pe sisteme-model, din
soluţii apoase [185-187]. Pentru cercetări a fost folosit diatomitul moldovenesc nepre-
lucrat şi kiselgurul (diatomit fin prelucrat, SUPELCO, Franţa). Din datele experimen-
tale obţinute la adsorbţia nicotinei (Fig. II.17) şi a NDEA (Fig. II.18) s-a constatat
că cea mai mare cantitate a substanţelor studiate se adsoarbe pe diatomit în primele
10 minute.
Fig. II.17. Adsorbţia Nic pe diatomit
neprelucrat şi kiselgur. Fig. II.18. Adsorbţia NDEA pe diatomit
neprelucrat şi kiselgur.
Din datele obţinute experimental au fost calculate constantele de adsorbţie a nico-
tinei şi NDEA pe diatomit (Tab. II.7). Compararea constantelor de adsorbţie obţinute
a demonstrat că adsorbţia nicotinei pe diatomit decurge mai intens decât adsorbţia
NDEA. Însă, la alegerea sorbentului pentru filtrele ţigărilor trebuie să ţinem cont de
faptul că N-nitrozoaminele trebuie să fie îndepărtate complet din fumul de ţigară, iar
diminuarea considerabilă a conţinutului de nicotină reduce calitatea tigărilor. Cu scopul examinării influenţei prelucrării diatomitului asupra adsorbţiei substan-
ţelor toxice din fumul de ţigară a fost studiată cinetica adsorbţiei nicotinei şi NDEA pe kiselgur. Compararea adsorbţiei substanţelor cercetate pe diatomit neprelucrat şi kiselgur a arătat că adsorbţia pe kiselgur decurge mai intens decât pe diatomit pentru ambele substanţe.
Diferenţa constantelor de adsorbţie este nesemnificativă (Tab. II.7).
Din rezultatele obţinute putem concluziona că activarea specială a diatomitului
moldovenesc poate duce la rezultate satisfăcătoare, permiţând utilizarea ulterioară la
fabricarea filtrelor pentru ţigări.
—— 93 ——
Tabelul II.7
Constante de adsorbţie a nicotinei şi NDEA pe diatomit şi kiselgur
Substanţa Kads.
studiată
Diatomit neprelucrat Kiselgur
Nicotină 0,446 1,87
NDEA 0,13 0,27
Metoda a fost experimentată pe sisteme reale, prin adăugarea diatomitului în
filtrele ţigărilor. Diatomitul (sau kiselgurul) a fost introdus în partea centrală a filtrului
şi ţigările au fost fumate cu ajutorul aparatului. În fumul rezultat a fost determinată
cantitatea de nicotină, gudroane şi NNN. Pentru analiză au fost alese ţigările Doina,
MT, Temp şi Astra, deoarece aceste tipuri diferă considerabil după conţinutul de NAST.
Tabelul II.8
Concentraţia de gudroane, nicotină şi NNN în fumul de ţigară
la introducerea diatomitului în filtru
Tipul de
ţigări
Masa
diatomitului
adăugat la
filtru (μg)
Gudroane,
mg/ţig.
Nicotină,
mg/ţig.
NNN,
ng/ţig.
Doina
control
10
50
100
14,15
11,60
3,05
-
1,24
1,04
0,28
-
28,56
24,20
19,98
15,21
MT
control
10
50
100
14,85
14,70
2,50
-
0,97
0,90
0,16
-
57,12
46,40
35,97
24,42
Temp
control
10
50
100
16,55
15,95
2,10
-
1,06
1,02
0,31
-
157,09
125,11
103,91
89,68
Astra
control
10
50
100
13,50
13,05
2,55
-
1,03
0,95
0,19
-
10,52
9,44
7,62
4,67
Datele obţinute au arătat că cantitatea de gudroane, nicotină şi NNN în fumul
ţigărilor testate se micşorează odată cu mărirea masei de diatomit introdus în filtre.
Analiza comparativă a demonstrat că folosirea diatomitului prelucrat (kiselgur) duce la
—— 94 ——
eliminarea mai eficientă a substanţelor toxice din fumul de ţigară (Fig. II.19, II.20).
Rezultatele obţinute au demonstrat necesitatea elaborării metodelor de activare a diato-
mitelor din Moldova cu scopul utilizării lor în filtrele ţigărilor pentru eliminarea
N-nitrozoaminelor din fumul de ţigară. Luând în consideraţie faptul că concentraţia
NAST în fumul de ţigară este cu mult mai mică decât concentraţia nicotinei, activarea
specială a diatomitului moldovenesc poate aduce la eliminarea practic completă a
NAST din fum.
Fig. II.19. Adsorbţia NNN
din fumul ţigărilor MT pe diatomit
şi kiselgur.
Fig. II.20. Adsorbţia NNN din fumul
ţigărilor Temp pe diatomit
şi kiselgur.
Sumarul datelor obţinute în rezultatul studiului mecanismului procesului de for-
mare a N-nitrozoaminelor specifice în tutun şi în fumul de ţigară au permis de a formula
următoarele concluzii:
Viteza reacţiei de nitrozare a nicotinei este de ordinul 1 după substanţele iniţiale –
nicotină şi ion nitrit, ce corespunde mecanismului procesului de nitrozare pentru
trialchilamine.
Viteza procesului de nitrozare a nicotinei trece prin maximum la pH3,5.
Produsul intermediar de transformare a nitritului este oxidul N2O3, care este agent
de nitrozare în sistemul NO2- – nicotină.
Mecanismul procesului de nitrozare a nicotinei include formarea agentului de
nitrozare, interacţiunea lui cu nicotina, pierderea HNO şi formarea produşilor de
reacţie.
Concentraţia nitriţilor este influenţată de modul de prelucrare tehnologică a tutu-
nului şi reprezintă factorul principal ce limitează formarea NAST în timpul fer-
mentării.
La arderea ţigărilor se formează oxidul de azot NO din nitraţii ce se conţin în
tutun.
Kiselgur Kiselgur
—— 95 ——
Concentraţia bioxidului de azot, care serveşte drept agent de nitrozare în fumul
de ţigară, este foarte mică şi reprezintă factorul ce limitează viteza procesului de
formare a N-nitrozoaminelor la arderea tutunului.
Agenţii activi de nitrozare formaţi în fumul de ţigară participă în procesul de
nitrozare a aminelor secundare cu formarea N-nitrozoaminelor volatile, iar for-
marea adăugătoare a NAST în fumul de ţigară nu are loc.
Din sumarul cercetărilor efectuate privind micşorarea conţinutului de NAST în
fumul de ţigară putem înainta următoarele propuneri:
tartratul de potasiu poate fi folosit în calitate de inhibitor al procesului de nitro-
zare a nicotinei la fermentarea tutunului;
distrugerea NAST formate la fermentarea tutunului poate fi atinsă prin tratarea
extractului apos din tutun cu raze UV;
diatomitul moldovenesc poate fi utilizat în filtrul ţigărilor cu scopul eliminării
NAST din fumul de ţigară.