id,collection,dc.contributor.author,dc.contributor.firstReferee,dc.contributor.furtherReferee,dc.contributor.gender,dc.date.accepted,dc.date.accessioned,dc.date.available,dc.date.issued,dc.description.abstract[de],dc.description.abstract[en],dc.format.extent,dc.identifier.uri,dc.identifier.urn,dc.language,dc.rights.uri,dc.subject.ddc,dc.subject[en],dc.title,dc.type,dcterms.accessRights.dnb,dcterms.accessRights.openaire,dcterms.format,refubium.affiliation "2975e2f1-2ce0-4f63-b103-79708e1331cd","fub188/14","Paschke, Meike","Kleuser, Burkhard","Melzig, Matthias","female","2023-04-17","2023-05-15T08:00:27Z","2023-05-15T08:00:27Z","2023","„Der einzige Weg zur Vermeidung rauch-induzierter Risiken ist nicht zu rauchen“ (Baker, 2006). Tabakrauch besteht aus einer Vielzahl gesundheitsschädlicher Verbindungen, darunter viele bekannte Kanzerogene. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Tabak-Alkaloid Nikotin um einen sehr starken Suchtstoff, wodurch die meisten Versuche mit dem Rauchen aufzuhören missglücken. Von daher ist der beste Weg den Folgen des Tabakkonsums vorzubeugen, den Einstieg zum Tabakkonsum vorzubeugen. Die Neufassung der Tabak-Produktrichtlinie 2014/40/EU (EU, 2014) stützt sich auf diesen Gedanken. Bedenken kamen auf, dass Tabakzusatzstoffe dazu verwendet werden könnten, eine suchtverstärkende Wirkung oder eine Attraktivitätssteigerung des Tabakprodukts zu erzielen. Auf diese Weise würden besonders Jugendliche dazu verführt werden, mit dem Rauchen anzufangen. Unter Artikel 6 der Richtlinie werden Hersteller und Importeure zur Bereitstellung von Daten verpflichtet, die zeigen, dass die verwendeten Zusatzstoffe nicht dazu beitragen, • die Toxizität oder die Attraktivität des Produktes zu erhöhen, • zu einem charakteristischen Aroma führen, • oder die Inhalation sowie die Nikotinaufnahme zu erhöhen. Zur Klärung der komplexen Fragestellung, ob Tabakzusatzstoffe potentiell dazu in der Lage sind, die Wirkung des an sich bereits gesundheitsschädlichen und suchterzeugenden Verbraucherprodukts Tabak zu steigern, wurde eine Methode zur oxidativen Pyrolyse, on-line gekoppelt an die Gaschromatographie mit anschließender Massenspektroskopie (GC/MS), entwickelt. Mit dieser Methode wurden 19 verschiedene Tabakzusatzstoffe wie Rohrohrzucker, Süßholz, Kakao, etc., sowie zusatzstofffreier Tabak hinsichtlich ihrer thermischen Zerfallsprodukte nach der Pyrolyse analysiert. In der vorliegenden Arbeit konnten 72 verschiedene Substanzen mit toxischem Potential detektiert werden. Darunter befanden sich Stoffe wie Vinylacrylate, Fumaronitril, Methacrylsäureanhydrid, Isobuttersäureanhydrid und 3-Buten-2-ol, die ausschließlich während der Pyrolyse von Tabakzusatzstoffen gebildet werden. Die am regelhaftesten durch Pyrolyse gebildeten Substanzen waren Formaldehyd und Acetaldehyd. Weiterhin wurde in einem semi-quantitativen Ansatz die Bildung von Polycyclischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen nach der Pyrolyse von Kakao und/oder Tabak untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Zugabe von Kakao zu dem Tabak die relativen Mengen der untersuchten Verbindungen nicht beeinflusst. Artikel 7 der Richtlinie reguliert das Verbot von Zusatzstoffen die zur Bildung von charakteristischen Aromen in Zigaretten und Tabak zum Selbstdrehen beitragen. Wie diese Eigenschaften gemessen werden sollen bleibt unklar. Aus diesem Anlass wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Untersuchungsmethode entwickelt, die es ermöglichen soll, basierend auf Headspace (HS) Festphasen Microextraktion (SPME), gekoppelt an eine GC/MS-Analytik, chemische Marker Substanzen für komplexe fruchtige Aromen zu identifizieren. Diese chemischen Marker könnten dann zukünftig genutzt werden, um die von der Tabakindustrie übermittelten Daten zu den verwendeten Zusatzstoffen zu überprüfen und die Präsenz charakteristischer Aromen nachzuweisen. Mittels der etablierten Methode wurden exemplarisch die chemischen Marker für das Erdbeeraroma definiert. Dabei ergab sich eine Gruppe von 11 verschiedenen chemischen Verbindungen, die für die Verwendung als Erdbeeraroma-Marker geeignet sind. Dieser Ansatz bietet somit eine Option zur analytischen Prüfung der Anwesenheit von charakteristischen Aromen in Tabakerzeugnissen. Ergänzende Verfahren, beispielsweise sensorische Tests, könnten dann zur abschließenden Verifikation eingesetzt werden. Menthol-Zigaretten fallen ebenfalls unter die Regulierung charakteristischer Aromen in Tabakerzeugnissen. Da es sich bei Menthol um eine biologisch aktive Substanz handelt, muss untersucht werden, ob auch Menthol-Gehalte unterhalb der sensorischen Wahrnehmungsgrenze ausreichend sind, um einen kühlenden Effekt in Bronchialzellen erzeugen zu können, welcher dann zur erleichterten Inhalation von Tabakrauch beitragen würde. Für diese Fragestellung werden analytische Methoden benötigt, die es erlauben, den Menthol-Gehalt in Zigaretten und Zigarettenrauch zu bestimmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine GC/MS-basierte Methode erarbeitet und validiert, um Menthol in Tabakprodukten zu quantifizieren. Bei einigen der Menthol-Zigaretten konnte ein ausreichend hoher Menthol-Gehalt nachgewiesen werden, der für die Ausprägung eines charakteristischen Aromas im Produkt maßgeblich war. Die Menthol-Gehalte der untersuchten „American Blend“-, zusatzstofffreien und „Light“-Zigaretten lagen dagegen unterhalb der Wahrnehmungsgrenze. Daher ergab sich die anschließende Fragestellung, ob ein solch geringer Menthol-Gehalt in Zigaretten ausreichend ist, um den Menthol-Kälterezeptor zu aktivieren und damit zur Sensorik eines kühlenden Effekts während des Rauchens beizutragen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Bioassay etabliert, der es erlaubt, die minimale Menge an Menthol zu bestimmen, die benötigt wird, um das Transient Receptor Potential Cation Channel Subfamily M (Melastatin) Member 8 (TRPM8) Protein zu aktivieren. Die daraus resultierenden Daten zeigen, dass Menthol-Gehalte ab 4 µg/Zigarette zwar nicht zwangsläufig unter die Definition der charakteristischen Aromen fallen, aber dennoch in der Lage sind, den TRPM8 zu aktivieren. Keine der hier untersuchten mentholfreien Zigaretten überschritt den Wert von 4 µg/Zigarette. Allerdings geht aus der Literatur hervor, dass angeblich mentholfreie Zigaretten auf dem Markt erhältlich sind, die ausreichend Menthol enthalten, um den TRPM8 zu aktivieren. Solche Zigaretten könnten ebenfalls die tiefere Inhalation des Tabakrauchs und damit die Nikotinaufnahme erleichtern. Für die Beurteilung von chiralen Verbindungen, die als Tabakzusatzstoffe genutzt werden (z.B. Menthol), kann die Unterscheidung zwischen den Enantiomeren wichtig werden. Die individuellen Enantiomere einer chiralen Verbindung können sich prinzipiell in ihren physiologischen Eigenschaften, beispielsweise in ihrer Fähigkeit, den TRPM8 zu aktivieren, oder in ihrer Ausprägung einer speziellen Geruchsnote, unterscheiden. Zusätzlich eignet sich eine enantioselektive Analytik auch dafür, Schlüsse über die Herkunft (natürlich oder synthetisch?) einer chiralen Substanz zu ziehen. Aus diesem Grund wurde eine enantioselektive (Es) GC/MS-Methode entwickelt, die es ermöglicht, eine Unterscheidung zwischen den Enantiomeren einiger Terpene des Erdbeeraromas vorzunehmen. Diese Methode ließe sich dann auch zur Trennung der Enantiomeren von Menthol, das Tabakprodukten zugesetzt wird, verwenden. Eine solche Möglichkeit wäre von großem Nutzen, wenn Menthol als Zusatzstoff verboten wird, da die Verbindung auch natürlicherweise in den Blättern der Tabakpflanze vorkommt. Mithilfe der hier entwickelten Es-GC/MS-Methode könnten somit Rückschlüsse über die Herkunft des Menthols in Zigaretten gezogen werden.","“The only way to avoid a smoking-related risk is not to smoke” (Baker, 2006). Tobacco smoke consists of a multitude of harmful substances many of them known carcinogens. In addition, the tobacco alkaloid nicotine is a highly addictive compound, thus attempts to quit smoking in most cases fail. Therefore the best way to prevent smoking related diseases is to prevent people from getting started to smoke. The revision of the European Tobacco Product Directive 2014/40/EU (EU, 2014) is targeted on this approach. Concerns raised that tobacco additives could be used to facilitate the addictiveness and attractiveness of the product. And by that means to attract especially young people and entrap them to become addicted smokers. Under Article 6 of the relaunched Directive manufacturers and importers are required to submit data that confirm that the ingredients used do not • increase the toxicity or the addictive potency of the product, • result in a characteristic flavour, • or facilitate inhalation or nicotine uptake. To provide answers to this complex question, of whether tobacco additives can potentially enhance the effect of the inherently harmful and addictive consumer product tobacco, an on-line coupled oxidative pyrolysis technique was established and coupled to gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS). By applying this instrumental tool, 19 different tobacco additives like raw cane sugar, liquorice or cocoa as well as additive-free tobacco were screened for their thermal decomposition products after pyrolysis. In the present work 72 different compounds with toxic potential were detected. Among these compounds, vinyl acrylate, fumaronitrile, methacrylic anhydride, isobutyric anhydride and 3-buten-2-ol were exclusively detectable upon pyrolysis of tobacco additives. By contrast, these toxicants revealed undetectable in tobacco smoke itself. The most frequently formed pyrolysis products were formaldehyde and acetaldehyde. A semi-quantitative approach used to look into the formation of polycyclic aromatic hydrocarbons during pyrolysis of cocoa and/or tobacco could demonstrate that the addition of cocoa to tobacco is unlikely to significantly alter the relative amounts of these highly carcinogenic compounds in the smoke of cigarettes refined with this flavour. Article 7 of the Directive regulates the prohibition of additives that create a characteristic flavour in cigarettes and in roll-your-own tobacco. It remains unclear how to reliably measure such properties. A powerful chemical approach based on headspace (HS) solid phase microextraction (SPME) coupled to GC/MS was elaborated to identify chemical markers for complex fruity flavours. These marker substances can now be further used to assign manufacturers’ data on tobacco additives that have been employed to flavour their products. Considered as an exemplary case, the chemical marker substances for strawberry flavour were identified applying this method. This work resulted in a list of 11 different chemical compounds that appropriately indicate the presence of strawberry flavour. Overall the established approach provides a fast analysis of characteristic flavours used in tobacco products. For further clarification additional analytical means including sensory tests would be mandatory. Mentholated cigarettes are part of the regulation of characteristic flavouring of tobacco products. As menthol is biologically active the issue was to be addressed whether tiny amounts of this compound in cigarettes that remain below the sensory threshold would still be sufficient to induce a physiological response, that is, a cooling sensation in the bronchial epithelia, and thus may facilitate deeper inhalation of tobacco smoke in the lungs of consumers. To this end, analytical methods were to be developed that would allow reliable quantification of the menthol levels in cigarettes. An analytical GC/MS based method has thus been established and validated to quantify this compound in tobacco products. Based on this we found that only some mentholated cigarettes contained menthol levels high enough to create a characteristic flavour. On the other hand, menthol contents of American blend, additive-free and light cigarettes remained below this sensory threshold. In these cases, however, the issue had to be addressed whether or not even such sub-sensory levels of menthol would still be capable of activating menthol responsive cold receptors. For that reason, a bioassay has been established suited to determine the minimum menthol content needed to activate the transient receptor potential cation channel subfamily M (melastatin) member 8 (TRPM8) protein. The experimental data show that menthol levels in cigarettes above 4 µg/cigarette are well be able to activate the TRPM8 cold receptor although they would not necessarily fall under the tobacco regulation of characteristic flavourings. The non-mentholated cigarettes investigated in our studies, however, did not exceed this value of 4 µg/cigarette. Yet it is known from the literature that there are non-mentholated cigarettes on the market with menthol contents certainly high enough to activate this TRPM8 receptor. Such cigarettes might therefore facilitate deeper inhalation, an increased nicotine uptake during smoking and, ultimately, an amplified addictiveness of the respective product. For the assessment of chiral compounds that might also be applied as tobacco additives (i.e., menthol), the distinction between the individual enantiomers would be crucial. Since enantiomers usually differ in their physiological properties, their ability to activate the TRPM8 receptor or their kind of flavour perception could be different as well. As a most welcome side effect enantioselective analysis would also allow to identify the origin of the respective compound, and to decide whether it would be natural or synthetic. For that reason, an enantioselective (Es) GC/MS method has been developed to enable the distinction between enantiomers in selected terpenoids present in strawberry flavourings. The established method would also be suitable to identify the enantiomeric composition of menthol in tobacco products. This latter aspect would be of particular interest if menthol addition to tobacco products will be restricted by law. Since menthol occurs naturally in the leaves of the tobacco plant, an Es-GC/MS analysis could serve as authenticity proof for the origin of this compound in cigarettes.","XII, 99 Seiten","https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/39094||http://dx.doi.org/10.17169/refubium-38810","urn:nbn:de:kobv:188-refubium-39094-5","eng","https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/","500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::543 Analytische Chemie","Tobacco||TRPM8||Menthol||Oxidative pyrolysis||Flavour characterisation","Addictiveness and Attractiveness of Tobacco Additives: Analytical and Toxicological Characterisation","Dissertation","free","open access","Text","Biologie, Chemie, Pharmazie"