紫外光照射時間對低次醇化煙葉質量的影響

林云，陳森林，胡男君，賴燕華

廣東中煙工業有限責任公司技術中心，廣州市荔灣區東沙街環翠南路88號 510385

紫外光是電磁波譜中波長為10～400 nm輻射的總稱，紫外光照射可使得光子的能量轉移至原子或分子之中，引起被照射物的微粒吸收能量發生躍遷，從而激發產生活化分子或原子，使物質發生降解、聚合或交聯變性[1-3]。目前，紫外光照射在煙草領域的研究主要包括兩方面：一是探討紫外光照射對活體植株生長過程的影響；二是利用紫外光對加工后的煙葉進行二次加工，研究其對煙葉品質的影響。李鵬飛等[4]利用紫外光照射活體煙株，發現烤煙的主要香味前體物及化學成分與紫外強度密切相關，適當增強紫外光照射有利于烤煙香氣與品質的提高。孫平等[5]發現在一定范圍內增強紫外照射能促進煙株糖類的合成，不利于氮的積累。許春平等[6]認為不同時間的紫外光照射使原煙的糖堿比均處在適宜的范圍內，醇類、酯類和內酯類香味物質含量增加，酚類香味物質含量顯著降低。張禎峴[7]指出紫外光處理后的成品茶葉中，苯甲醇、水楊酸甲酯、橙花椒醇、芳樟醇及其氧化物等香味成分顯著提高。以往紫外光照射對煙葉品質的研究主要集中在對香味成分和常規化學成分的分析上，沒有考慮紫外光對煙葉物理特性和香型風格等重要因素的影響，因此對生產實際的指導意義稍顯不足。在工業生產中，低次煙葉質量差，用量小，導致其儲存周期變長，需要開發一定方法改善這些積壓的醇化煙葉的質量，增加其利用率，從而緩解庫存壓力。為此，本文利用紫外光對低次醇化煙葉進行照射，從物理特性、感官質量和化學成分多方位進行考察，全面分析由不同時間紫外光照射的煙葉品質差異，為紫外光照射在低次醇化煙葉提質方面的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

醇化煙葉：2015湖南常德B2F，2015湖南常德C3F和2015湖南常德X2F，儲存時間5年，由廣東中煙工業有限責任公司提供。

碘、可溶性淀粉、碘化鉀、氫氧化鈉、氯化鈣、磷酸氫二鈉、檸檬酸、對氨基苯磺酸、硫氰酸鉀、二氯異氰尿酸鈉、七水合硫酸亞鐵、無水碳酸鈉、氯化鈉、水楊酸鈉、亞硝基鐵氰化鈉、酒石酸鉀鈉、三氯甲烷（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；乙酸、鹽酸、硫酸、次氯酸鈉（分析純，廣州化學試劑廠）；PBS緩沖液（北京索萊寶科技有限公司）；BCA蛋白濃度測定試劑盒（上海吉至生化科技有限公司）；TCA溶液（15%三氯乙酸溶液，阿拉丁試劑有限公司）；對羥基苯甲酸酰肼（≥97.0%，德國Merck公司）；正十七烷（≥98.5%，北京壇墨質檢科技股份有限公司）。

1.2 儀器設備

雪萊特紫外燈（10 W，波長253.7 nm，廣東雪萊特光電科技股份有限公司），QS-2A實驗室煙葉切絲機（鄭州嘉德機電科技有限公司），SUIPO煙絲彈性測定儀（鄭州嘉德機電科技有限公司），D61煙絲填充值測定儀（Borgwaldt公司），YQ-2煙絲振動分選篩（鄭州嘉德機電科技有限公司），BS124S電子天平（賽多利斯科學儀器有限公司），FJ200-SH型均質機（上海滬析實業有限公司），TU-1901雙光束紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司），PB-1型pH計（賽多利斯科學儀器有限公司），SpectraMax iD5多功能酶標儀（美谷分子儀器有限公司），H650離心機（湘儀離心機儀器有限公司），TQ-8040氣相色譜-質譜聯用儀（日本Shimadzu公司），CEL-NP2000光功率計（北京中教金源科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 煙葉的紫外光照射

將2015湖南常德B2F放置在溫度（22±2）℃，濕度（60±5）%的環境中平衡48 h。將平衡后的煙葉分為9等份，均勻的鋪成厚度為0.5～1.0 cm的薄層，分別用紫外燈照射0、15、30、45、60、75、90、105和120 min，照射距離均為50 cm，光照強度為0.09 mw/cm2，由光功率計測得。照射完畢后再平衡48 h。上述操作進行3次，獲得3個重復。

1.3.2 煙葉物理特性分析

用切絲機將煙葉樣品切成（0.9±0.1）mm的煙絲 后，依 照YC/T 186—2004、YC/T 152—2001和YC/T 178—2003的標準方法分別對煙絲彈性、煙絲填充值、煙絲整絲率和碎絲率進行檢測，每個重復樣測3次平行，取平均值。

1.3.3 感官評價

依照YC/T 138—1998組織不少于7人的評吸專家組進行評吸，對樣品的香型、濃度、勁頭、香氣質、香氣量、雜氣、刺激性和余味進行打分，單項指標滿分均為9分，濃度和勁頭越大，得分越高，其他指標則質量特征越好，得分越高。記錄抽吸過程中的感受，比較經由不同時間紫外光照射處理的煙葉樣品的感官差異。

1.3.4 煙葉化學成分分析

將煙葉樣品粉碎成末，過40目篩，分別對淀粉、蛋白質、常規化學成分和致香成分進行檢測，每個重復樣測3次平行，取平均值。其中，淀粉和蛋白質含量檢測分別采用碘顯色法[8]和三氯乙酸沉淀法[9]。常規化學成分依照YC/T 159—2002、YC/T 468—2013和YC/T 161—2002的標準方法進行檢測。致香成分的提取方法：準確稱取2 g煙末，精確至0.1 mg。加入乙醇（含內標正十七烷）萃取溶液15 mL，超聲萃取10 min后靜置過夜，再超聲萃取10 min，靜置10 min，用0.45 μm有機濾膜進行過濾，得到煙葉樣品萃取液待GC-MS測定。分析條件：進樣口溫度：220℃；進樣方式：分流；分流比：20：1；進樣量：1 μL；載氣：氦氣，恒流模式，1.5 mL/min；色譜柱：ZBWaxPlus（60 m×250 μm×0.25 μm）；升溫程序：初始40℃保持2 min，以5℃/min速率升至160℃保持8 min，再以5℃/min速率升至230℃保持40 min；傳輸線溫度：250℃；離子源溫度：230℃；溶劑延遲時間：20 min；電離方式：EI；電離電壓：70 eV；掃描方式：SCAN。定性和定量方法：采用NIST譜庫匹配、ADMIS匹配和mass hunter quality譜庫匹配并進行定性，用內標法計算樣品中單個致香成分的相對含量。

1.4 數據分析

試驗數據采用SPSS 16.0和Microsoft Excel 2007進行統計分析。采用單因素方差分析比較經由不同時間紫外照射的樣品組之間的差異。

2 結果與討論

2.1 照射時間對煙葉物理特性的影響

本文從煙絲彈性、煙絲填充值、整絲率和碎絲率這幾個方面考察不同紫外照射時間對煙葉物理特性的影響。從表1可以看出，在60 min照射時間內，樣品的煙絲彈性、整絲率和碎絲率變化幅度較小，與未經紫外處理的對照組相比在P<0.05的水平沒有顯著性差異，表明一定強度的紫外光在 60 min 照射時間內對煙葉的煙絲彈性、整絲率和碎絲率沒有明顯影響。在照射75 min后，煙絲彈性和整絲率與對照組相比顯著下降，碎絲率顯著升高，表明紫外光照射時間過長可能對煙葉的部分物理特性有負面影響。煙絲填充值則隨著照射時間呈現先上升再下降的趨勢。經單因素方差分析，樣品的煙絲填充率在照射15 min時無明顯變化，在30～75 min之間顯著高于對照組，提升率于60 min時達到最大值3.21%，隨后在90 min時有所回落，并在105 min后顯著低于對照組，這表明紫外光可能在一定范圍的照射時間內有助于煙絲填充值的提高，煙絲填充值的提高能夠減少煙絲消耗，增強燃燒性，降低焦油釋放量[10-12]，而過度照射可能會對煙絲填充值造成負面影響。本研究將每15 min作為紫外照射時間研究的分界點進行分組和取樣，雖然某些相鄰組別之間測得的煙絲物理指標的均值差異不明顯，但這可能是由于煙葉本身的質量波動及有關檢測方法帶來的誤差影響。從120 min總體的紫外照射過程來看，各指標的大體變化仍有著較明顯的趨勢，一些指標存在變化較為明顯的時間節點。總體而言，紫外光照射在30～60 min的范圍內能夠在一定程度上提升煙葉的物理特性，在煙絲彈性、整絲率和碎絲率保持不變的同時，使煙絲填充值有所提高，而紫外光照射時間超過75 min則會使煙葉物理特征指標下降。煙葉物理特征指標的降低可能是由于大分子有機物的氫鍵被紫外光過度破壞，結構性物質被過度分解所致[1-3]。煙葉物理特性是煙葉加工性能的重要表征，若煙葉物理特性變差，在復烤加工、切絲、卷制等生產過程中可能出現易碎、空頭等問題[12,21]。因此，將紫外光照射時間控制在適宜范圍內具有一定的現實意義。

表1 煙葉物理特性檢測結果Tab. 1 Test results of physical characteristics of tobacco leaves

2.2 照射時間對煙葉感官質量的影響

從表2可以看出，隨著紫外光照射時間的延長，煙氣的濃度和勁頭呈下降趨勢，刺激性逐漸降低，余味有所提升，上述感官指標的改善使得煙葉的感官變得更加柔和。香氣質和香氣量則先提高后降低，在15～60 min香氣增加，進一步持續照射后香氣逐漸變淡。值得一提的是，雖然煙葉的香氣有所增加，但紫外照射時間超過30 min后，煙葉的香型風格開始發生非常細微的變化，這種變化在照射60 min之后變得愈發明顯，具體表現在樣品原本較突出的焦甜香韻變淡，而蜜甜香韻卻有所增加，香氣整體基調有上揚的感覺，這應該與某些致香成分的含量變化有關。此外，煙氣的濃度和勁頭在一定程度上能夠掩蓋一部分的雜氣，當紫外照射時間超過60 min后，由于濃度和勁頭過度降低，煙葉的雜氣更加凸顯。因此從整體感官質量而言，紫外照射時間應控制在60 min內為宜，并以30 min左右為最佳。

表2 煙葉感官評吸結果Tab. 2 Sensory evaluation results of tobacco

2.3 照射時間對煙葉化學成分的影響

2.3.1 淀粉和蛋白質

從表3可以看出，紫外光照射15 min時，試驗組的淀粉含量與對照組相比有顯著下降，此時降解率為4.72%。隨著紫外光照射時間的繼續延長，煙葉淀粉含量呈逐漸下降趨勢，照射30～120 min淀粉降解率達9.03%～13.76%。蛋白質含量則在紫外光照射30 min之前呈下降趨勢，當照射時間為30 min時，試驗組的蛋白質含量與對照組相比有顯著下降，此時降解率為2.97%。此后蛋白質含量變化逐漸趨近于平緩。淀粉和蛋白質主要與煙葉的刺激性、余味和燃燒性等相關，過高的淀粉和蛋白質會使煙葉刺激性大，有辛辣、苦澀感，我國的煙葉普遍存在淀粉和蛋白質含量過高的問題，因此適當降低煙葉的淀粉和蛋白質含量可作為提升煙葉品質的有效手段[13-17]。本研究的試驗結果與上述理論相符，淀粉和蛋白質含量的變化趨勢與刺激性和和余味的變化趨勢較為一致，隨著二者含量的逐漸下降，煙氣刺激性和余味也有所改善。此外，淀粉和蛋白質的含量變化與煙葉物理特性一樣，雖某些相鄰組別之間測得的結果差異不明顯，但從紫外照射的整個過程而言，淀粉和蛋白質的含量變化存在一定趨勢及變化較明顯的時間節點。

表3 淀粉和蛋白質含量檢測結果Tab. 3 Test results of the contents of starch and protein

2.3.2 常規化學成分

從表4可以看出，對照組樣品的總糖和還原糖含量比一般認為的優質煙葉略低（總糖18%～22%，還原糖16%～18%為較佳），總植物堿含量在適宜范圍（1.5%～3.5%為較佳），糖堿比為6.35，屬于偏低的范疇（10為較佳）[18]。這使得煙葉吃味不夠柔和，刺激性較大，煙氣辛辣，余味苦。經單因素方差分析，紫外照射15 min后，試驗組總糖含量顯著提高，提升率為3.71%；紫外照射75 min后，試驗組還原糖含量顯著提高，提升率為3.48%；紫外照射45 min后，試驗組總植物堿含量顯著降低，下降率為6.88%。總體而言，隨著紫外照射時間的延長，煙葉的糖類含量呈上升趨勢，這可能是因為淀粉等大分子物質經紫外光照射分解所致，總植物堿含量呈下降趨勢，總氮含量沒有發現顯著變化，糖堿比逐漸接近適宜值。由于總植物堿是煙葉勁頭的一個重要表征，而勁頭對不同地區和部位的煙葉風格形成有較大影響，因此若想使煙氣柔和的同時保持一定的煙葉風格，紫外光照射時間則不宜過長。

表4 常規化學成分檢測結果Tab. 4 Test results of routine chemical components

2.3.3 照射時間對致香成分的影響

表5為煙葉樣品各個致香成分的檢測結果，表6是根據官能團的不同，將致香成分分成酸類、醇類、酯類、羰基類、萜類、酚類和雜環類統計的結果。從表6可以看出，酸類、醇類、酯類和雜環類物質隨著光照時間的延長均呈現先上升再下降的變化趨勢，羰基類呈現逐步下降的變化趨勢，萜類物質呈現逐步上升的變化趨勢，酚類物質變化沒有明顯規律。致香物質總量在15～45 min的照射時間內有所提升，并在30 min時達到最高，此后逐漸下降。30 min時，試驗組的致香物質總量比對照組提升了16.22%，此時樣品的酸類、醇類、酯類、萜類、酚類和雜環類含量分別比對照組提升了16.01%、38.93%、32.68%、29.94%、3.98%和13.98%，羰基類含量比對照組降低了2.10%。Zacchini等[22]研究指出，UV照射可使煙葉細胞內部的過氧化氫含量大幅度增加，從而對煙葉致香物質的組成及含量產生影響。此觀點與本研究的試驗結果一致。此外，本文采用的樣品是湖南地區的上部煙，屬于典型的焦甜醇甜香型煙草，該地區的煙葉特征為具有較高水平的質體色素降解產物（巨豆三烯酮等）、苯丙氨酸類產物（苯甲醛、苯甲醇等）和美拉德反應產物（丁內酯、糠醛、糠醇、2-乙酰基吡咯、5-甲基糠醛等）[19-20]。表5可以看出，當照射時間長于60 min后，煙葉樣品中的巨豆三烯酮、糠醛、糠醇、2-乙酰基吡咯和5-甲基糠醛的含量有較明顯的下降，并隨著照射時間的延長而持續降低。與此同時，煙葉中的葉綠素降解產物（新植二烯）含量隨照射時間逐步升高，而新植二烯一般是在蜜甜香型、蜜甜焦香型和木香蜜甜香型的煙葉中具有較高的水平。致香成分的分析結果在一定程度上解釋了感官評吸中發現的紫外光照射時間過長時煙葉樣品香型風格發生改變的問題。

表5 致香成分檢測結果Tab. 5 Test results of aroma components of tobacco μg/g

續表5

表6 煙葉各類致香物質檢測結果Tab. 6 Test results of the contents of aroma components in tobacco μg/g

2.3.4 紫外光照射對不同部位煙葉的影響

為進一步驗證紫外光照射醇化煙葉的實際效果，另取同產地的中部煙（2015湖南常德C3F）和下部煙（2015湖南常德X2F）進行試驗，其中紫外光照射時間取前文篩選出的較優參數30 min，其他試驗條件及步驟同1.3。檢測對照組與試驗組的理化性質并采用單因素方差分析進行對比，同時結合感官評吸進行綜合評價。

由表7可知，經30 min紫外光照射，不同部位煙葉的煙絲彈性、整絲率和碎絲率與對照組相比均無明顯變化。經單因素方差分析，上部、中部和下部煙的煙絲填充值均顯著提高，提升率分別為1.73%，2.05%和4.15%。化學成分方面，不同部位煙葉的淀粉、蛋白質和總植物堿含量有所降低，總糖、還原糖和致香成分含量有所升高，總氮無明顯變化，糖堿比有所升高，分別達到9.00和9.84，比對照組更接近適宜值。從上述試驗結果可見，上部、中部和下部煙的理化性質變化規律基本一致，變化幅度略有區別。表8為試驗組與對照組的感官質量對比值，不同部位的煙葉經紫外光照射后，感官品質均有所提升，主要變化為煙氣更加柔和，刺激性和雜氣有所降低，余味更干凈舒適，香氣稍有提高。不同部位的煙葉經相同強度的紫外光處理后，其品質特征指標綜合得分提升幅度略有差異，上部煙和中部煙的提升幅度稍大于下部煙，這可能是由于上、中部煙樣品的濃度和勁頭較高，雜氣和刺激性更大，可改善空間較大的緣故。

表7 不同部位煙葉理化性質檢測結果Tab. 7 Test results of physical and chemical properties of tobacco leaves in different parts

表8 不同部位煙葉感官質量變化Tab.8 Change of sensory quality of tobacco leaves in different parts

3 結論

（1）紫外光照射對醇化煙葉的物理特性、感官質量、淀粉、蛋白質、常規化學成分和致香成分均有一定影響。隨著紫外照射時間的增加，其對煙葉的處理強度也增大。從物理特性、感官質量和化學成分三方面取較優照射時間的交集，得到15～60 min為較適宜的紫外照射時間范圍，在該范圍內，化學指標及感官質量有不同程度的提升，物理特性有所改善或不變，香型風格無明顯的改變。其中，經30 min照射后，煙葉的總體品質最佳。紫外光照射時間并非越長越好，在75 min后，隨著照射時間的延長，煙葉樣品雖在刺激性和余味等方面有一定的改善，但也引發了一些問題，如煙葉物理指標下降導致的加工性能降低，致香物質總量減少，香型風格有所改變等。因此，在實際生產中若利用紫外光對醇化煙葉進行二次加工，照射時間宜在60 min以內根據實際需求進行選取。

（2）煙葉的致香成分十分復雜，不同生態區域的煙葉具有不同的香型風格，其內在致香成分也差異很大。在本文中，紫外光照射時間過度會引發具有焦甜醇甜香韻的煙葉發生香型改變的現象，但同樣強度的紫外處理是否會引起其他生態區域的煙葉發生香型改變還需要進一步的驗證。紫外光照射作為一種提升煙葉質量的潛在手段，其對不同香型煙葉的適用性仍需更嚴謹的考察。

（3）在實際生產中，部分醇化煙葉因存在濃度、勁頭和刺激性過大、雜氣重、余味殘留多和香氣差等問題，使其在葉組配方中的應用受到一定的限制。紫外光照射作為一種能夠改變煙葉理化性質的手段，為提升醇化煙葉品質從而增加其使用率提供了一定的思路。為更加切合生產實際，從多方位進行考察并篩選出適宜的紫外光處理強度十分重要。紫外光對煙葉的處理強度與多個因素有關，除了本文探討的紫外光照射時間之外，紫外燈的功率和照射距離也會對煙葉的理化性質有一定的影響，未來可對這些因素進行更深層的研究以對實際應用提供更完善的參考。