<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Biodegradation is the process by which organic substances are broken down into carbon dioxide (CO2) and water (H2O) by living microbial organisms. With the advancement in analytical techniques, standard methods have been developed and published by the International Organization for Standardization (ISO), eliminating the ambiguity associated with biodegradation testing for several materials. There is no data available on biodegradation of cigarette filters that follows a standardized and validated ISO method.
The objective of this study is to understand the biodegradation of conventional and non-conventional cellulose acetate (CA) Cigarette Filters, Infused Paper Filter (IP), and Combined Material Filter (CMF), Condensed Tobacco End Filter (CTEC) and bidi butts. In this study, cigarettes and bidis were smoked on a smoking machine following the standard ISO 3308 for cigarettes and the standard ISO 17175 for bidis. After smoking, cigarette filters and bidi butts were subjected to biodegradation testing, adopting the standard ISO 14855-1.
The study demonstrated 92.1% biodegradation in 151 days for cellulose acetate cigarette filters, 91.9% biodegradation in 97 days for DE-TowTM (Cellulose acetate with additives) filters, 96.2% biodegradation in 86 days for CMF, 93.4% biodegradation in 55 days for paper filters, 92.1% biodegradation in 54 days for bidi butts, and 95.3% biodegradation in 37 days for CTEC filters were recorded. This study provided an unbiased proof that the cigarette filters made of cellulose acetate are biodegradable as per the standard ISO 14855-1. Also, Gel Permeation Chromatography (GPC) analysis was carried out on the smoked cigarette filters of Cellulose acetate, DE-TowTM and CMF as well as their resulting compost to detect any cellulose acetate remaining in the final compost. The GPC analysis indicated cellulose acetate peaks in smoked cigarette filters of cellulose acetate, DE-TowTM and CMF samples, whereas no cellulose acetate peak was observed in resulting compost samples. Hence it is concluded that cellulose acetate is not present in any of the resulting composts of cellulose acetate filters, DE-TowTM filters and CMF samples.
It is inferred from the results that cigarette filters and bidi butts chosen for the study have achieved the criteria of more than 90% biodegradation, which is well within the specified criteria of 180 days.
This article will be beneficial for entire scientific community, regulators as well as manufacturers in understanding the biodegradability of cigarette filters.
</abstract>

Biodegradation is the process by which organic substances are broken down into carbon dioxide (CO2) and water (H2O) by living microbial organisms. With the advancement in analytical techniques, standard methods have been developed and published by the International Organization for Standardization (ISO), eliminating the ambiguity associated with biodegradation testing for several materials. There is no data available on biodegradation of cigarette filters that follows a standardized and validated ISO method.
The objective of this study is to understand the biodegradation of conventional and non-conventional cellulose acetate (CA) Cigarette Filters, Infused Paper Filter (IP), and Combined Material Filter (CMF), Condensed Tobacco End Filter (CTEC) and bidi butts. In this study, cigarettes and bidis were smoked on a smoking machine following the standard ISO 3308 for cigarettes and the standard ISO 17175 for bidis. After smoking, cigarette filters and bidi butts were subjected to biodegradation testing, adopting the standard ISO 14855-1.
The study demonstrated 92.1% biodegradation in 151 days for cellulose acetate cigarette filters, 91.9% biodegradation in 97 days for DE-TowTM (Cellulose acetate with additives) filters, 96.2% biodegradation in 86 days for CMF, 93.4% biodegradation in 55 days for paper filters, 92.1% biodegradation in 54 days for bidi butts, and 95.3% biodegradation in 37 days for CTEC filters were recorded. This study provided an unbiased proof that the cigarette filters made of cellulose acetate are biodegradable as per the standard ISO 14855-1. Also, Gel Permeation Chromatography (GPC) analysis was carried out on the smoked cigarette filters of Cellulose acetate, DE-TowTM and CMF as well as their resulting compost to detect any cellulose acetate remaining in the final compost. The GPC analysis indicated cellulose acetate peaks in smoked cigarette filters of cellulose acetate, DE-TowTM and CMF samples, whereas no cellulose acetate peak was observed in resulting compost samples. Hence it is concluded that cellulose acetate is not present in any of the resulting composts of cellulose acetate filters, DE-TowTM filters and CMF samples.
It is inferred from the results that cigarette filters and bidi butts chosen for the study have achieved the criteria of more than 90% biodegradation, which is well within the specified criteria of 180 days.
This article will be beneficial for entire scientific community, regulators as well as manufacturers in understanding the biodegradability of cigarette filters.

A Comprehensive Study of Biodegradation of Cigarette Filters and Bidi Butts

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Unter Bioabbaubarkeit versteht man einen Prozess, bei dem organische Substanzen mithilfe von lebenden Mikroorganismen zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) abgebaut werden. Mit dem zunehmenden Fortschritt bei den Analysetechniken wurden von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) standardisierte Methoden entwickelt und veröffentlicht und so Unklarheiten bei der Prüfung verschiedener Materialien in Bezug auf ihre Bioabbaubarkeit beseitigt. Zur biologischen Abbaubarkeit von Zigarettenfiltern gibt es bisher keine Daten, die auf der Grundlage einer von der ISO standardisierten und validierten Methode erhoben wurden.
Das Ziel dieser Studie ist die Analyse der Bioabbaubarkeit von konventionellen und nicht-konventionellen Zigarettenfiltern aus Zelluloseacetat (CA), Filtern aus infundiertem Papier (IP), Filtern aus kombiniertem Material (CMF), Mundstückfiltern für kondensierten Tabak (CTEC) sowie von Bidi-Stummeln. Bei der vorliegenden Studie wurden Zigaretten und Bidis entsprechend der ISO-Norm 3308 für Zigaretten bzw. der ISO-Norm 17175 für Bidis mit einer Abrauchmaschine abgeraucht. Nach dem Abrauchen wurde bei den Zigarettenfiltern und Bidi-Stummeln jeweils die Bioabbaubarkeit auf der Grundlage der ISO-Norm 14855-1 bestimmt.
Aus der Studie ergaben sich in Bezug auf die Bioabbaubarkeit die folgenden Werte: 92,1% innerhalb von 151 Tagen bei Zigarettenfiltern aus Zelluloseacetat, 91,9% innerhalb von 97 Tagen bei DE-TowTM-Filtern (aus Zelluloseacetat mit Zusatzstoffen), 96,2% innerhalb von 86 Tagen bei CMF-Filtern, 93,4% innerhalb von 55 Tagen bei Papierfiltern, 92,1% innerhalb von 54 Tagen bei Bidi-Stummeln und 95,3% innerhalb von 37 Tagen bei CTECFiltern. Somit konnte der objektive Beweis erbracht werden, dass Zigarettenfilter aus Zelluloseacetat entsprechend der ISO-Norm 14855-1 biologisch abbaubar sind. Bei den abgerauchten Zigarettenfiltern aus Zelluloseacetat, den DE-TowTM-Filtern und den CMF-Filtern sowie dem aus ihnen resultierenden Kompost wurde zudem eine Analyse mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) durchgeführt, um etwaige Rückstände von Zelluloseacetat im finalen Kompost zu bestimmen. Die GPCAnalyse ergab Spitzenkonzentrationen von Zelluloseacetat in den abgerauchten Proben der Zigarettenfilter aus Zelluloseacetat sowie den DE-TowTM– und CMF-Proben, jedoch wurden keine Spitzenkonzentrationen an Zelluloseacetat in den resultierenden Kompostproben beobachtet. Es kann daher geschlossen werden, dass sich kein Zelluloseacetat in den aus den Proben der Zelluloseacetat-Filter, der DE-TowTM-Filter und der CMF-Filter result-ierenden Komposten befindet.
Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die für die Studie ausgewählten Zigarettenfilter und Bidi-Stummel das Kriterium einer Bioabbaubarkeit von 90% erfüllen, und dies deutlich innerhalb des vorgegebenen Zeitraums von 180 Tagen.
Dieser Artikel ist daher von großem Nutzen für die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft, für Regulierungsbehörden und Hersteller, da er zu einem besseren Verständnis der biologischen Abbaubarkeit von Zigarettenfiltern beiträgt.
</trans-abstract>

Unter Bioabbaubarkeit versteht man einen Prozess, bei dem organische Substanzen mithilfe von lebenden Mikroorganismen zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) abgebaut werden. Mit dem zunehmenden Fortschritt bei den Analysetechniken wurden von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) standardisierte Methoden entwickelt und veröffentlicht und so Unklarheiten bei der Prüfung verschiedener Materialien in Bezug auf ihre Bioabbaubarkeit beseitigt. Zur biologischen Abbaubarkeit von Zigarettenfiltern gibt es bisher keine Daten, die auf der Grundlage einer von der ISO standardisierten und validierten Methode erhoben wurden.
Das Ziel dieser Studie ist die Analyse der Bioabbaubarkeit von konventionellen und nicht-konventionellen Zigarettenfiltern aus Zelluloseacetat (CA), Filtern aus infundiertem Papier (IP), Filtern aus kombiniertem Material (CMF), Mundstückfiltern für kondensierten Tabak (CTEC) sowie von Bidi-Stummeln. Bei der vorliegenden Studie wurden Zigaretten und Bidis entsprechend der ISO-Norm 3308 für Zigaretten bzw. der ISO-Norm 17175 für Bidis mit einer Abrauchmaschine abgeraucht. Nach dem Abrauchen wurde bei den Zigarettenfiltern und Bidi-Stummeln jeweils die Bioabbaubarkeit auf der Grundlage der ISO-Norm 14855-1 bestimmt.
Aus der Studie ergaben sich in Bezug auf die Bioabbaubarkeit die folgenden Werte: 92,1% innerhalb von 151 Tagen bei Zigarettenfiltern aus Zelluloseacetat, 91,9% innerhalb von 97 Tagen bei DE-TowTM-Filtern (aus Zelluloseacetat mit Zusatzstoffen), 96,2% innerhalb von 86 Tagen bei CMF-Filtern, 93,4% innerhalb von 55 Tagen bei Papierfiltern, 92,1% innerhalb von 54 Tagen bei Bidi-Stummeln und 95,3% innerhalb von 37 Tagen bei CTECFiltern. Somit konnte der objektive Beweis erbracht werden, dass Zigarettenfilter aus Zelluloseacetat entsprechend der ISO-Norm 14855-1 biologisch abbaubar sind. Bei den abgerauchten Zigarettenfiltern aus Zelluloseacetat, den DE-TowTM-Filtern und den CMF-Filtern sowie dem aus ihnen resultierenden Kompost wurde zudem eine Analyse mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) durchgeführt, um etwaige Rückstände von Zelluloseacetat im finalen Kompost zu bestimmen. Die GPCAnalyse ergab Spitzenkonzentrationen von Zelluloseacetat in den abgerauchten Proben der Zigarettenfilter aus Zelluloseacetat sowie den DE-TowTM– und CMF-Proben, jedoch wurden keine Spitzenkonzentrationen an Zelluloseacetat in den resultierenden Kompostproben beobachtet. Es kann daher geschlossen werden, dass sich kein Zelluloseacetat in den aus den Proben der Zelluloseacetat-Filter, der DE-TowTM-Filter und der CMF-Filter result-ierenden Komposten befindet.
Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die für die Studie ausgewählten Zigarettenfilter und Bidi-Stummel das Kriterium einer Bioabbaubarkeit von 90% erfüllen, und dies deutlich innerhalb des vorgegebenen Zeitraums von 180 Tagen.
Dieser Artikel ist daher von großem Nutzen für die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft, für Regulierungsbehörden und Hersteller, da er zu einem besseren Verständnis der biologischen Abbaubarkeit von Zigarettenfiltern beiträgt.

<trans-abstract xml:lang="fr" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

La biodégradation est le processus par lequel les substances organiques se décomposent en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O) sous l’action d’organismes microbiens vivants. Grâce aux progrès accomplis sur les techniques analytiques, des méthodes normalisées sont mises au point et publiées par l’Organisation internationale de Normalisation (ISO), levant ainsi l’ambiguïté associée aux tests de biodégradation pratiqués sur plusieurs matériaux. Il n’existe aucune donnée disponible relative à la biodégradation des filtres de cigarette qui ait été obtenue suivant une méthode ISO validée et normalisée.
L’objet de la présente étude est la compréhension de la biodégradation des filtres de cigarette conventionnels et non-conventionnels contenant de l’acétate de cellulose (CA), des filtres à papier infusé (IP), des filtres à matières combinées (CMF), des filtres à embout pour tabac condensé (CTEC) et les mégots de bidis. En l’occurrence, des cigarette et des bidis furent consommés sur une machine à fumer suivant la norme ISO 3308 dans le cas des cigarettes et la norme ISO 17175 dans le cas des bidis. A l’issue du fumage, les filtres des cigarette et les mégots de bidis furent soumis à un test de biodégradation dans le respect de la norme ISO 14855-1.
L’étude enregistra les valeurs de biodégradation suivantes: 92,1% sur 151 jours pour les filtres de cigarette en acétate de cellulose, 91,9% sur 97 jours pour les filtres DE-TowTM, 96,2% sur 86 jours pour les filtres CMF, 93,4% sur 55 jours pour les filtres en papier, 92,1% sur 54 jours pour les mégots de bidis et 95,3% sur 37 jours pour les filtres CTEC. L’étude apporta la preuve objective que les filtres de cigarette fabriqués à partir d’acétate de cellulose étaient biodégradables conformément à la norme ISO 14855-1. Par ailleurs, une analyse par chromatographie sur gel (GPC) fut menée sur les filtres de cigarettes fumées contenant de l’acétate de cellulose, les filtres DE-TowTM (acétate de cellulose combiné à des additifs) et les filtres CMF ainsi que leur compost résiduel afin de détecter tout résidu d’acétate de cellulose dans le compost final. L’analyse par GPC releva des pics d’acétate de cellulose dans les filtres de cigarettes fumées fabriqués à partir de cellulose d’acétate, dans les filtres DE-TowTM et les échantillons de filtres CMF tandis qu’aucun pic d’acétate de cellulose ne fut observé dans les échantillons de compost résiduel. Par conséquent, nous pouvons conclure à l’absence d’acétate de cellulose dans tous les composts résiduels des filtres en acétate de cellulose, des filtres DE-TowTM et des échantillons CMF.
Sur la base de ces résultats, nous arguons que les filtres de cigarette et les mégots de bidis sélectionnés pour l’étude satisfont aux critères d’une biodégradation supérieure à 90% tout en respectant largement les critères temporels des 180 jours.
Le présent article faisant progresser la compréhension de la biodégradabilité des filtres de cigarette s’avèrera utile à l’ensemble de la communauté scientifique, aux régulateurs ainsi qu’aux fabricants.
</trans-abstract>

La biodégradation est le processus par lequel les substances organiques se décomposent en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O) sous l’action d’organismes microbiens vivants. Grâce aux progrès accomplis sur les techniques analytiques, des méthodes normalisées sont mises au point et publiées par l’Organisation internationale de Normalisation (ISO), levant ainsi l’ambiguïté associée aux tests de biodégradation pratiqués sur plusieurs matériaux. Il n’existe aucune donnée disponible relative à la biodégradation des filtres de cigarette qui ait été obtenue suivant une méthode ISO validée et normalisée.
L’objet de la présente étude est la compréhension de la biodégradation des filtres de cigarette conventionnels et non-conventionnels contenant de l’acétate de cellulose (CA), des filtres à papier infusé (IP), des filtres à matières combinées (CMF), des filtres à embout pour tabac condensé (CTEC) et les mégots de bidis. En l’occurrence, des cigarette et des bidis furent consommés sur une machine à fumer suivant la norme ISO 3308 dans le cas des cigarettes et la norme ISO 17175 dans le cas des bidis. A l’issue du fumage, les filtres des cigarette et les mégots de bidis furent soumis à un test de biodégradation dans le respect de la norme ISO 14855-1.
L’étude enregistra les valeurs de biodégradation suivantes: 92,1% sur 151 jours pour les filtres de cigarette en acétate de cellulose, 91,9% sur 97 jours pour les filtres DE-TowTM, 96,2% sur 86 jours pour les filtres CMF, 93,4% sur 55 jours pour les filtres en papier, 92,1% sur 54 jours pour les mégots de bidis et 95,3% sur 37 jours pour les filtres CTEC. L’étude apporta la preuve objective que les filtres de cigarette fabriqués à partir d’acétate de cellulose étaient biodégradables conformément à la norme ISO 14855-1. Par ailleurs, une analyse par chromatographie sur gel (GPC) fut menée sur les filtres de cigarettes fumées contenant de l’acétate de cellulose, les filtres DE-TowTM (acétate de cellulose combiné à des additifs) et les filtres CMF ainsi que leur compost résiduel afin de détecter tout résidu d’acétate de cellulose dans le compost final. L’analyse par GPC releva des pics d’acétate de cellulose dans les filtres de cigarettes fumées fabriqués à partir de cellulose d’acétate, dans les filtres DE-TowTM et les échantillons de filtres CMF tandis qu’aucun pic d’acétate de cellulose ne fut observé dans les échantillons de compost résiduel. Par conséquent, nous pouvons conclure à l’absence d’acétate de cellulose dans tous les composts résiduels des filtres en acétate de cellulose, des filtres DE-TowTM et des échantillons CMF.
Sur la base de ces résultats, nous arguons que les filtres de cigarette et les mégots de bidis sélectionnés pour l’étude satisfont aux critères d’une biodégradation supérieure à 90% tout en respectant largement les critères temporels des 180 jours.
Le présent article faisant progresser la compréhension de la biodégradabilité des filtres de cigarette s’avèrera utile à l’ensemble de la communauté scientifique, aux régulateurs ainsi qu’aux fabricants.

Contributions to Tobacco & Nicotine Research

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

{"article-title":"A Comprehensive Study of Biodegradation of Cigarette Filters and Bidi Butts"}

Biodegradation is the process by which organic substances are broken down into carbon dioxide (CO2) and water (H2O) by living microbial organisms. With the...

Serial No.	Sample identity	Experimental day	Rep-1	Rep-2	Rep-3	Mean	Variance in % biodegradation
1	CTEC filter	37	95.6	90.7	99.7	95.3	0.28	−4.86	4.58
2	Bidi butt	54	91.6	90.9	93.7	92.1	−0.51	−1.27	1.77
3	IP filter	55	98.3	90.3	91.5	93.4	5.28	−3.28	−2.00
4	CMF filter	86	99.7	98.8	90.3	96.2	3.57	2.63	−6.20
5	DE-Tow^TM filter	97	95.0	90.1	90.5	91.9	3.41	−1.92	−1.49
6	CA filter	151	90.1	92.2	94.1	92.1	−2.21	0.07	2.13

Serial No.	Parameters	Result	Specification as per ISO 14855-1	Analytical Method
1	Total dry solids (%)	52.0	50 – 55	ISO 14855-1
2	pH of compost	8.77	7 – 9	ISO 14855-1
3	Total volatile solids of compost (%)	29.7	# 30	ISO 14855-1
4	Organic carbon (%)	10.8	–	In-house validated method using CHNS^* analyzer
5	Total nitrogen (%)	2.04	–	In-house validated method using Kjeldahl apparatus (KjelMaster K 375)
6	C/N Ratio	5.29	–	ISO 14855-1
7	Total Plate Count, cfu/g (TPC)	8.5 × 10⁵	–	IS 5402Part 1:2021
8	Yeast and Mould, cfu/g (YMC)	2.0 × 10⁴	–	IS 5403:1999 (Reaffirmed 2018)

Parameters	Result	Specification
Degree of biodegradation of reference materials	70% in 38 days	70% in 45 days
CO₂ per g of volatile solids after 10 days (mg/g)	97.0 mg/g of volatile solids	50–150 mg of CO₂/g of volatile solids after 10 days of incubation
Difference between % biodegradation of the reference material	2.24 – 6.35%	Less than 20%

A Comprehensive Study of Biodegradation of Cigarette Filters and Bidi Butts

Data publikacji: 10 gru 2022

Zakres stron: 151 - 161

Otrzymano: 01 gru 2021

Przyjęty: 15 wrz 2022

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2022-0016

© 2022 Sudesna Parida et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Figure 1

Figure 2

Figure 3

Figure 4

Figure 5

Figure 6

Degree of biodegradation and percentage variation between the samples.

Result of compost analysis.

Validity of the test.