经紫外辐照与臭氧处理后烟叶香味成分和常规化学成分的分析研究

许春平，赵珊珊，杨志强，刘　栋，郑　凯

（1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州　450002；2.河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂，河南许昌　461000；3.广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东广州　510000）

经紫外辐照与臭氧处理后烟叶香味成分和常规化学成分的分析研究

许春平1，赵珊珊1，杨志强2，刘栋3，*郑凯2

（1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002；2.河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂，河南许昌461000；3.广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东广州510000）

为了研究紫外辐照与臭氧对烟叶内在品质的影响，选择贵州省毕节市上部烟叶作为试验材料，分别用紫外灯（不产生臭氧）、臭氧发生器、紫外灯（产生臭氧）处理烟叶，然后对处理后的样品进行感官评定、香味成分分析和常规化学成分分析。结果表明，①用紫外灯（不产生臭氧）处理烟叶2.0 h后，烟叶品质最佳；②单独用臭氧处理烟叶1.5 h后，烟叶品质最佳；③紫外灯（产生臭氧）处理烟叶1.0 h后，烟叶品质最佳，此时烟气柔细度稍增强，劲头降低，香味成分总和（除新植二烯）比空白组提高15.64%，新植二烯比空白组提高20.64%，总糖和还原糖升高，糖碱比升高；④使用紫外灯（不产生臭氧）、臭氧或紫外灯（产生臭氧）处理时，在适当的时间内都可提高烟叶的品质，且紫外灯（产生臭氧）处理有较好的交互作用，比较相同功率（20 W）的紫外灯（不产生臭氧）和紫外灯（产生臭氧），紫外灯（产生臭氧）处理可缩短处理时间。

紫外辐照；臭氧；感官评定；香气成分；常规化学成分

紫外辐照技术是利用紫外辐照，使光子的能量转移到物质的原子或分子中去，当能量恰好等于2个能级之差时，将导致被辐照物质微粒的吸收能量产生跃迁，激发产生活化分子或原子，并使之与物质发生一系列物理和化学变化，导致物质的降解、聚合与交联改性的一种技术。其中，波长200 nm以下的短波长紫外线能分解氧分子，生成的氧原子与氧分子结合产生臭氧，紫外线和臭氧具有较强的氧化分解有机分子的能力，且二者的并用具有相乘效果。

目前，辐照技术运用于植物育种、杀虫技术领域，臭氧广泛用于消毒、灭菌、除臭、脱色等作用［1-5］，在烟草应用上相对较少。孙平等人［6］研究发现，UV辐照对烤后烟叶的化学成分有一定影响，一定范围内增强UV辐照能促进烟叶糖类化合物的合成，但不利于含氮化合物的积累，对钾和氯含量无明显影响。Zacchini M等人［7］研究发现，在紫外线的作用下，烟叶细胞内部过氧化氢含量大幅增加，进而对烟叶致香物质的组成及含量产生影响。美国烟草工业企业曾利用O3处理均质黄永成等臭氧对作物的影响及其在烟草领域的应用研究591烟（HLC），明显地减少了烟片中不饱和化合物的数量，从而成功地降低了烟气中多核芳香族碳氢化合物（PAH）的水平［8］。

基于紫外辐照与臭氧的联系，本试验综合研究紫外辐照与臭氧2个因素对烟叶的影响，通过感官评价、常规化学成分及香味成分变化探寻其中的规律，以期为实际生产中紫外辐照技术与臭氧的合理利用提供参考。

1　材料与方法

1.1材料、试剂、仪器

（1）材料。2013年贵州省毕节市上部烟叶。

（2）试剂。二氯甲烷，天津市富宇精细化工有限公司提供；无水硫酸钠（AR）；氯化钠，开封市芳晶化学有限公司提供。

（4）标样化合物。乙酸苯乙酯。

1.2方法

1.2.1样品处理

取适量贵州省毕节市上部烟叶，去梗除杂，在相对湿度60%，温度22±2℃的环境中平衡48 h。取适量烟叶样品，分别进行紫外灯（不产臭氧）、臭氧（实验室臭氧发生器）、紫外灯（产生臭氧）同时处理，每种处理方法的处理时间为0，30，60，90， 120 min，然后将处理后的样品平衡24 h。粉碎成烟末，过筛（60目）。

1.2.2紫外辐照与臭氧对烟叶香味成分的影响

（1）样品预处理。将1.2.1处理后的每种样品烟末称取30 g放入1 000 mL的烧瓶中，加入300 mL去离子水，30 g NaCl并加入几颗沸石，一端连接到同时蒸馏萃取装置，另一端连接盛有50 mL二氯甲烷的小烧瓶中，60℃水浴加热，蒸馏萃取2.5 h，将小烧瓶取下，加入无水硫酸钠置于冰箱中干燥过夜，再向萃取液中加入1 mL内标溶液于40℃水浴中浓缩至1 mL，为GC-MS备用。

把公路用自卸车改装为非公路用自卸车时 ，由于路况恶劣、超载严重和设计初期仿真分析欠缺等问题，国内厂家生产的矿用重型自卸车不同程度地发生因推杆失效而导致产品可靠性低的问题，是一个亟待研究的课题[1-2]。

（2）GC-MS分析条件。色谱条件：HP-5MS （60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.）色谱柱；载气：高纯氦气；进样口温度：280℃；流速：3 mL/min；分流比：5∶1。升温程序：起始温度50℃保持2 min，以8℃/min升至200℃，再以2℃/min升至280℃，保持10 min。

质谱条件：接口温度270℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，离子化方式EI，电子能量70 eV，质量扫描范围35～550 m/z。

1.2.3紫外辐照与臭氧对烟叶常规化学成分的影响

（1）测定方法。将处理后的样品按条件照射一定时间后依据《YCT 31—1996烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》［9］、《YCT 159—2002烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》［10］、《YCT 160—2002烟草及烟草制品 总植物碱的测定连续流动法》［11］、《YCT 162—2011烟草及烟草制品氯的测定 连续流动法》［12］、《YCT 173—2003烟草及烟草制品中钾的测定法 火焰光度法》［13］，分别进行待检测样品制备和测定水溶性糖、还原糖、烟碱、氯和钾含量，每个样品做3次平行试验。

1.2.4紫外辐照与臭氧处理前后感官评价

将处理后的烟叶样品切丝，然后分别按照每支烟总质量0.80±0.01 g的标准卷制样品，按照国标要求，在温度22±2℃，相对湿度60%±5%的恒温恒湿箱中平衡48 h。由河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂10名评委组成卷烟评价小组，从香气品质、香气量、浓度、柔细度、余味、刺激性、劲头、燃烧性、杂气和灰色等10个指标分别进行评分。

感官品质评价标准见表1。

2　结果与讨论

2.1重复性试验

按选定的同时蒸馏萃取条件，取4组30 g空白烟样做重复试验，在所分析的24种香味成分中，只有香叶基丙酮一种成分的变异系数在10%以上，其他成分均在10%以下。

重复性测定结果（n=4）见表2。

表1　感官品质评价标准 /分

表2　重复性测定结果（n=4）

2.2紫外辐照与臭氧处理对烟叶感官品质的影响

经紫外辐照的烟叶感官评定结果显示，紫外灯（不产臭氧）处理2.0 h时烟叶的品质最佳。香气品质明显提高，香气量稍有上升，烟气柔细度稍增强，劲头降低。

经臭氧处理的烟叶感官评定结果显示，臭氧处理1.5 h时烟叶的品质最佳，处理2.0 h时品质稍有下降；处理1.5 h时香气品质明显提高，烟气柔细度稍增强，劲头降低。

经紫外灯（产生臭氧）处理的烟叶感官评定结果显示，紫外辐照与臭氧同时处理1.0 h与1.5 h时烟叶的品质相对较佳，处理2.0 h时整体品质稍有下降；处理1.0 h与1.5 h时香气品质明显提高，烟气柔细度稍增强，劲头降低。

综合所有感官评定结果，紫外辐照和臭氧对烟叶都可以在一定时间内提升烟叶的品质；紫外辐照和臭氧同时处理有交互作用，可以缩短提升烟叶品质的处理时间。综合考虑到实际生产成本，可选择紫外灯（产生臭氧）同时处理1.0 h来提升烟叶的品质。

紫外辐照与臭氧处理后烟叶感官品质评分见表3。

2.3紫外辐照与臭氧处理对烟叶香味成分的影响

UV处理前后香味成分的变化见表4。

由表4可知，香味成分总体含量在UV处理0.5，1.0，1.5 h时变化不大，在UV处理2.0 h时含量明显升高，香味成分（除新植二烯）比空白组提高6.49%，新植二烯提高16.52%。

O3处理前后香味成分的变化见表5。

表3　紫外辐照与臭氧处理后烟叶感官品质评分

表4　UV处理前后香味成分的变化　/μg·g-1

由表5可知，随着O3处理时间的延长，香味成分总体含量呈现先升高后降低的趋势，且在1.5 h时达到最高值，为264.76 μg/g，比空白组提高15.13%。新植二烯的含量也在1.5 h达到最高，比空白组提高9.71%。

表5　O3处理前后香味成分的变化 /μg·g-1

UV+O3处理前后香味成分的变化见表6。

由表6可知，香味成分整体呈先升高后降低的趋势，在处理时间为1.0 h时效果最好，香味成分（除新植二烯）比空白组提高15.64%，新植二烯提高20.64%；1.5 h与2.0 h时有降低趋势，但仍比空白组高。

在分析的24种香味成分中，新植二烯是一种C20聚类异戊二烯，在烟草中性挥发物中含量最高，是烟叶中重要的致香物质［14-16］。新植二烯在烟草燃烧时可直接进入烟气，具有减少刺激性、醇和烟气的作用。新植二烯作为捕集烟气气溶胶内香气物质的载体，具有携带烟叶中挥发性香气物质和致香成分进入烟气的能力，故又为烟叶的重要增香剂［17］；另外，新植二烯还可在醇化过程中发生氧化反应，进一步分解转化为具有清醇香味的低分子量化合物，如植物呋喃等，这些物质将对形成烤烟的清香气产生积极的影响，从而进一步增加了烟叶的香气和吃味［18］。苯甲醛具有特殊的杏仁气味；苯乙醛无色或淡黄色液体，具有类似风信子的香气，稀释后具行水果的甜香气；芳樟醇具有铃兰香气；苯乙醇赋予烟气清甜的花香，较成熟、圆熟。二氢猕猴桃内酯带有香豆素样香气，并有麝香样气息；香叶基丙酮具有青香、果香、蜡香、木香，并有生梨、番石榴、苹果、香蕉、热带水果香韵；异佛尔酮带有薄荷香或樟脑样味。苯甲醇是极有用的定香剂，对烟叶的香味成分有一定的定向作用；这些香味化学成分的增加，提高了烟叶的吸食品质。

表6　UV+O3处理前后香味成分的变化 /μg·g-1

紫外辐照与臭氧可以提高烟叶的品质原因可能如下：紫外辐照是一种非照明用的辐射源，它的波长范围为10～400 nm，只有波长在200 nm以上的紫外辐射，才能在空气中传播。紫外辐照可使有机化合物中的C-C，C-N键因吸收紫外光的能量而断裂，同时可产生强氧化性的·OH，使有机物逐渐降解，从而使烟叶中的某些致香物质发生改变，以达到减轻刺激性，减少青杂气，提高卷烟品质的目的［19］。臭氧具有较强的氧化能力，这种强氧化的能力可以加速烟叶的氧化。臭氧具有不稳定性，在常温条件下极易分解，放出一个氧原子而变成氧气，这与烟叶发酵过程中过氧化氢酶的作用很相似。烟叶中的过氧化氢酶使过氧化氢分解产生氧原子，利用氧原子的氧化能力把烟叶中的多酚类物质和芳香族胺基类物质氧化形成多种产物。

2.4紫外辐照与臭氧处理对烟叶常规化学成分的影响

UV处理前后烟叶常规化学成分见表7，O3处理前后烟叶常规化学成分见表8，UV+O3处理前后烟叶常规化学成分见表9。

表7　UV处理前后烟叶常规化学成分

表8　O3处理前后烟叶常规化学成分

表9　UV+O3处理前后烟叶常规化学成分

常规化学成分结果如下：①由表7可知，紫外灯（不产臭氧）处理烟叶总糖含量逐渐升高，在1.5 h 和2.0 h时变化不大，烟碱含量无显著变化，钾的含量先降低后又升高恢复到原始状态，氯的含量经处理后降低，还原糖含量经处理后升高，钾氯比先升高后降低然后又升高，糖碱比升高。综合各指标结果，使用UV处理烟叶时，处理时间在2.0 h时烟叶的品质最佳。②由表8可知，O3处理烟叶结果显示，还原糖先升高后降低；烟碱含量变化不大；钾的含量在1.5 h时最高；氯在0.5 h和1.5 h含量相对较低；还原糖的含量在2.0 h的时候最高，0.5 h和1.5 h时含量次之；钾氯比经处理后都升高，且在1.5 h时最高，糖碱比经处理后升高。综合各指标结果，使用O3处理烟叶时，处理时间在1.5 h时烟叶的品质最佳。③由表9可知，紫外灯（产生臭氧）处理烟叶结果显示，总糖含量先升高后降低；烟碱含量变化不明显；钾含量开始变化不明显，之后降低；氯经处理后都有所降低；还原糖含量升高，且在1.0 h时最高；钾氯比在处理0.5，1.0，1.5 h时升高，在2.0 h时降低；糖碱比先升高后降低。综合各指标结果，使用UV+O3处理时，处理时间在1.0 h时烟叶的品质最佳。

综合所有常规化学成分测定结果，烟叶在UV和O3单独处理时品质都有所提高，在相同的功率下，采用紫外灯（产生臭氧）后，烟叶的品质提高，且处理时间有所减少，效率提高。

3　结论

试验结果表明，①用紫外灯（不产生臭氧）处理烟叶时，2.0 h时烟叶品质最佳；②单独用臭氧处理烟叶时，1.5 h时烟叶品质最佳；③紫外灯（产生臭氧）处理烟叶时，1.0 h时烟叶品质最佳，此时烟气柔细度稍增强，劲头降低，香味成分（除新植二烯）比空白组提高15.64%，新植二烯比空白组提高20.64%，总糖和还原糖升高，糖碱比升高；④使用紫外灯（不产生臭氧）、臭氧或紫外灯（产生臭氧）处理时，在适当的时间内都可提高烟叶的品质，且紫外灯（产生臭氧）处理有较好的交互作用，比较20 W的紫外灯（不产生臭氧）和20 W的紫外灯（产生臭氧），紫外灯（产生臭氧）处理可缩短处理时间。

［1］郭宝江，伍育源，阮继红．5MeV电子辐射对水稻诱变效应的研究 ［J］．遗传学报，1982，9（6）：461-467．

［2］汪丽虹，王崇英，杨汉民，等．55kev加速电子束和7 MeV～（16）O～（6+）离子束辐照枸杞种子后的非按期DNA合成 ［J］．核农学报，1995（2）：91-94.

［3］施陪新．食品辐照加工原理与技术 ［M］．北京：中国农业科学技术出版社，2004：218-230.

［4］白月明，王春乙，刘玲，等.O3浓度增加对油菜影响的诊断试验研究 ［J］.应用气象学报，2002，13（3）：364-370.

［5］黄辉，王春乙，白月明，等.O3与CO2浓度倍增对大豆叶片及其总生物量的影响研究 ［J］.Chinese Journal of Eco&Agriculture Oct.，2005，13（4）：52-55.

［6］孙平，顾毓敏，高远，等.自然条件下滤减紫外辐射对烤烟生长及品质的影响 ［J］.云南农业大学学报，2011，26（S2）：6-13.

［7］Zacchini M，De Agazio M.Spread of oxidative damage and antioxidative response through cell layers of tobacco callus after UV-C treatment［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2004，42（5）：445-450.

［8］Schepartz A I，Mottola A C，Schlotzhuer W S，et al.Effeot of ozone treatment of tobacco on leaf lipids and smoke PAH：Apilot plant trail［J］.Tob Sci，1995（25）：120-122.

［9］中国烟草质量监督检验中心.YCT 31—1996烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法 ［S］.北京：中国标准出版社，1997.

［10］中国烟草质量监督检验中心.YCT 159—2002烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法 ［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［11］中国烟草质量监督检验中心.YCT 160—2002烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动法 ［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［12］中国烟草质量监督检验中心.YCT 162—2011烟草及烟草制品氯的测定连续流动法 ［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［13］中国烟草质量监督检验中心.YCT 173—2003烟草及烟草制品中钾的测定法火焰光度法 ［S］.北京：中国标准出版社，2003.

［14］周冀衡，朱小平，王彦亭，等.烟草生理与生物化学 ［M］.合肥：中国科学技术出版社，1996：28-41.

［15］史宏志，刘国顺.烟草香味学 ［M］.北京：中国农业出版社，1998：316-320.

［16］Davis D L，Nielsen T.烟草生产，化学和技术 ［M］.北京：化学工业出版社，2003：74，86.

［17］Leffingwell J C，Leffingwell D.Chemical and sensory aspects of tobacco flavor［J］.Rec.Adv.Tob.Sci.，1988（14）：169-178.

［18］邓小华.烟叶中新植二烯富集及应用 ［J］.食品工业，2009（2）：36-38.

［19］Roman Paw lowicz，Justyna Gromadzka，Maria Tynek，et al.The influence of the UV irradiation on degration on degration of virgin rapeseed oils［J］.Eur，Lipid Sci.Technol.，2013，115：648-658.◇

Analysis of Aroma Components and Conventional Chemical Composition of Tobacco Leaves Treated with Ultraviolet and Ozone

XU Chunping1，ZHAO Shanshan1，YANG Zhiqiang2，LIU Dong3，*ZHENG Kai2
（1.College of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou，He'nan 450002，China；2.Xuchang Cigarette Factory，China Tobacco He'nan Industrial Co.，Ltd.，Xuchang，He'nan 461000，China；3.Technical Center of China Tobacco Guangdong Industrial Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510000，China）

In order to investigate the effect of ultraviolet and ozone on internal quality of tobacco leaves，the upper leaves of Bijie，Guizhou Province is selected as the experimental material，UV lamp（without ozone generation），ozone generator，and UV lamp（with ozone generation） are used to treat tobacco，and the treated samples are tested by sensory evaluation，aroma components analysis and conventional chemical composition analysis.The results show that：①Treated by UV lamp （without ozone generation）for 2.0 h，the tobacco quality is best.②Treated by ozone alone for 1.5 h，the tobacco quality was best.③Treated by UV lamp（with ozone generation） for 1.0 h，the tobacco quality is best.The smoke mildness slightly increased while the strength decreased.The total aroma components（except neoplytadiene） increase by 15.64%compared with the control，and neoplytadiene increase 20.64%compared with the control group.The total sugar and reducing sugar increased and the sugar/nicotine ratio increase.④The UV lamp（without ozone generation），ozone or UV lamp（with ozone generation）can improve the tobacco quality in the appropriate time，and the UV lamp（with ozone generation）have the good interaction.Compared with the UV lamp with and without ozone generation at the same power（20 W），the UV lamp（with ozone generation）can shorten the treatment time.

ultraviolet；ozone；sensory evaluation；aroma components；conventional chemical composition

TS411

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.013

1671-9646（2016）08a-0040-05

2016-05-18

河南中烟许昌卷烟厂合作项目“紫外辐照对烟叶内在质量影响研究”（20141035）。

许春平（1977— ），男，博士，教授，研究方向为烟草工程与生物催化。

郑凯（1981— ），男，硕士，工程师，研究方向为烟草质量检测评价。