紫外光照射时间对低次醇化烟叶质量的影响

林云，陈森林，胡男君，赖燕华

广东中烟工业有限责任公司技术中心，广州市荔湾区东沙街环翠南路88号 510385

紫外光是电磁波谱中波长为10～400 nm辐射的总称，紫外光照射可使得光子的能量转移至原子或分子之中，引起被照射物的微粒吸收能量发生跃迁，从而激发产生活化分子或原子，使物质发生降解、聚合或交联变性[1-3]。目前，紫外光照射在烟草领域的研究主要包括两方面：一是探讨紫外光照射对活体植株生长过程的影响；二是利用紫外光对加工后的烟叶进行二次加工，研究其对烟叶品质的影响。李鹏飞等[4]利用紫外光照射活体烟株，发现烤烟的主要香味前体物及化学成分与紫外强度密切相关，适当增强紫外光照射有利于烤烟香气与品质的提高。孙平等[5]发现在一定范围内增强紫外照射能促进烟株糖类的合成，不利于氮的积累。许春平等[6]认为不同时间的紫外光照射使原烟的糖碱比均处在适宜的范围内，醇类、酯类和内酯类香味物质含量增加，酚类香味物质含量显著降低。张祯岘[7]指出紫外光处理后的成品茶叶中，苯甲醇、水杨酸甲酯、橙花椒醇、芳樟醇及其氧化物等香味成分显著提高。以往紫外光照射对烟叶品质的研究主要集中在对香味成分和常规化学成分的分析上，没有考虑紫外光对烟叶物理特性和香型风格等重要因素的影响，因此对生产实际的指导意义稍显不足。在工业生产中，低次烟叶质量差，用量小，导致其储存周期变长，需要开发一定方法改善这些积压的醇化烟叶的质量，增加其利用率，从而缓解库存压力。为此，本文利用紫外光对低次醇化烟叶进行照射，从物理特性、感官质量和化学成分多方位进行考察，全面分析由不同时间紫外光照射的烟叶品质差异，为紫外光照射在低次醇化烟叶提质方面的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

醇化烟叶：2015湖南常德B2F，2015湖南常德C3F和2015湖南常德X2F，储存时间5年，由广东中烟工业有限责任公司提供。

碘、可溶性淀粉、碘化钾、氢氧化钠、氯化钙、磷酸氢二钠、柠檬酸、对氨基苯磺酸、硫氰酸钾、二氯异氰尿酸钠、七水合硫酸亚铁、无水碳酸钠、氯化钠、水杨酸钠、亚硝基铁氰化钠、酒石酸钾钠、三氯甲烷（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；乙酸、盐酸、硫酸、次氯酸钠（分析纯，广州化学试剂厂）；PBS缓冲液（北京索莱宝科技有限公司）；BCA蛋白浓度测定试剂盒（上海吉至生化科技有限公司）；TCA溶液（15%三氯乙酸溶液，阿拉丁试剂有限公司）；对羟基苯甲酸酰肼（≥97.0%，德国Merck公司）；正十七烷（≥98.5%，北京坛墨质检科技股份有限公司）。

1.2 仪器设备

雪莱特紫外灯（10 W，波长253.7 nm，广东雪莱特光电科技股份有限公司），QS-2A实验室烟叶切丝机（郑州嘉德机电科技有限公司），SUIPO烟丝弹性测定仪（郑州嘉德机电科技有限公司），D61烟丝填充值测定仪（Borgwaldt公司），YQ-2烟丝振动分选筛（郑州嘉德机电科技有限公司），BS124S电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司），FJ200-SH型均质机（上海沪析实业有限公司），TU-1901双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司），PB-1型pH计（赛多利斯科学仪器有限公司），SpectraMax iD5多功能酶标仪（美谷分子仪器有限公司），H650离心机（湘仪离心机仪器有限公司），TQ-8040气相色谱-质谱联用仪（日本Shimadzu公司），CEL-NP2000光功率计（北京中教金源科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 烟叶的紫外光照射

将2015湖南常德B2F放置在温度（22±2）℃，湿度（60±5）%的环境中平衡48 h。将平衡后的烟叶分为9等份，均匀的铺成厚度为0.5～1.0 cm的薄层，分别用紫外灯照射0、15、30、45、60、75、90、105和120 min，照射距离均为50 cm，光照强度为0.09 mw/cm2，由光功率计测得。照射完毕后再平衡48 h。上述操作进行3次，获得3个重复。

1.3.2 烟叶物理特性分析

用切丝机将烟叶样品切成（0.9±0.1）mm的烟丝 后，依 照YC/T 186—2004、YC/T 152—2001和YC/T 178—2003的标准方法分别对烟丝弹性、烟丝填充值、烟丝整丝率和碎丝率进行检测，每个重复样测3次平行，取平均值。

1.3.3 感官评价

依照YC/T 138—1998组织不少于7人的评吸专家组进行评吸，对样品的香型、浓度、劲头、香气质、香气量、杂气、刺激性和余味进行打分，单项指标满分均为9分，浓度和劲头越大，得分越高，其他指标则质量特征越好，得分越高。记录抽吸过程中的感受，比较经由不同时间紫外光照射处理的烟叶样品的感官差异。

1.3.4 烟叶化学成分分析

将烟叶样品粉碎成末，过40目筛，分别对淀粉、蛋白质、常规化学成分和致香成分进行检测，每个重复样测3次平行，取平均值。其中，淀粉和蛋白质含量检测分别采用碘显色法[8]和三氯乙酸沉淀法[9]。常规化学成分依照YC/T 159—2002、YC/T 468—2013和YC/T 161—2002的标准方法进行检测。致香成分的提取方法：准确称取2 g烟末，精确至0.1 mg。加入乙醇（含内标正十七烷）萃取溶液15 mL，超声萃取10 min后静置过夜，再超声萃取10 min，静置10 min，用0.45 µm有机滤膜进行过滤，得到烟叶样品萃取液待GC-MS测定。分析条件：进样口温度：220℃；进样方式：分流；分流比：20：1；进样量：1 μL；载气：氦气，恒流模式，1.5 mL/min；色谱柱：ZBWaxPlus（60 m×250 μm×0.25 μm）；升温程序：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；传输线温度：250℃；离子源温度：230℃；溶剂延迟时间：20 min；电离方式：EI；电离电压：70 eV；扫描方式：SCAN。定性和定量方法：采用NIST谱库匹配、ADMIS匹配和mass hunter quality谱库匹配并进行定性，用内标法计算样品中单个致香成分的相对含量。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS 16.0和Microsoft Excel 2007进行统计分析。采用单因素方差分析比较经由不同时间紫外照射的样品组之间的差异。

2 结果与讨论

2.1 照射时间对烟叶物理特性的影响

本文从烟丝弹性、烟丝填充值、整丝率和碎丝率这几个方面考察不同紫外照射时间对烟叶物理特性的影响。从表1可以看出，在60 min照射时间内，样品的烟丝弹性、整丝率和碎丝率变化幅度较小，与未经紫外处理的对照组相比在P<0.05的水平没有显著性差异，表明一定强度的紫外光在 60 min 照射时间内对烟叶的烟丝弹性、整丝率和碎丝率没有明显影响。在照射75 min后，烟丝弹性和整丝率与对照组相比显著下降，碎丝率显著升高，表明紫外光照射时间过长可能对烟叶的部分物理特性有负面影响。烟丝填充值则随着照射时间呈现先上升再下降的趋势。经单因素方差分析，样品的烟丝填充率在照射15 min时无明显变化，在30～75 min之间显著高于对照组，提升率于60 min时达到最大值3.21%，随后在90 min时有所回落，并在105 min后显著低于对照组，这表明紫外光可能在一定范围的照射时间内有助于烟丝填充值的提高，烟丝填充值的提高能够减少烟丝消耗，增强燃烧性，降低焦油释放量[10-12]，而过度照射可能会对烟丝填充值造成负面影响。本研究将每15 min作为紫外照射时间研究的分界点进行分组和取样，虽然某些相邻组别之间测得的烟丝物理指标的均值差异不明显，但这可能是由于烟叶本身的质量波动及有关检测方法带来的误差影响。从120 min总体的紫外照射过程来看，各指标的大体变化仍有着较明显的趋势，一些指标存在变化较为明显的时间节点。总体而言，紫外光照射在30～60 min的范围内能够在一定程度上提升烟叶的物理特性，在烟丝弹性、整丝率和碎丝率保持不变的同时，使烟丝填充值有所提高，而紫外光照射时间超过75 min则会使烟叶物理特征指标下降。烟叶物理特征指标的降低可能是由于大分子有机物的氢键被紫外光过度破坏，结构性物质被过度分解所致[1-3]。烟叶物理特性是烟叶加工性能的重要表征，若烟叶物理特性变差，在复烤加工、切丝、卷制等生产过程中可能出现易碎、空头等问题[12,21]。因此，将紫外光照射时间控制在适宜范围内具有一定的现实意义。

表1 烟叶物理特性检测结果Tab. 1 Test results of physical characteristics of tobacco leaves

2.2 照射时间对烟叶感官质量的影响

从表2可以看出，随着紫外光照射时间的延长，烟气的浓度和劲头呈下降趋势，刺激性逐渐降低，余味有所提升，上述感官指标的改善使得烟叶的感官变得更加柔和。香气质和香气量则先提高后降低，在15～60 min香气增加，进一步持续照射后香气逐渐变淡。值得一提的是，虽然烟叶的香气有所增加，但紫外照射时间超过30 min后，烟叶的香型风格开始发生非常细微的变化，这种变化在照射60 min之后变得愈发明显，具体表现在样品原本较突出的焦甜香韵变淡，而蜜甜香韵却有所增加，香气整体基调有上扬的感觉，这应该与某些致香成分的含量变化有关。此外，烟气的浓度和劲头在一定程度上能够掩盖一部分的杂气，当紫外照射时间超过60 min后，由于浓度和劲头过度降低，烟叶的杂气更加凸显。因此从整体感官质量而言，紫外照射时间应控制在60 min内为宜，并以30 min左右为最佳。

表2 烟叶感官评吸结果Tab. 2 Sensory evaluation results of tobacco

2.3 照射时间对烟叶化学成分的影响

2.3.1 淀粉和蛋白质

从表3可以看出，紫外光照射15 min时，试验组的淀粉含量与对照组相比有显著下降，此时降解率为4.72%。随着紫外光照射时间的继续延长，烟叶淀粉含量呈逐渐下降趋势，照射30～120 min淀粉降解率达9.03%～13.76%。蛋白质含量则在紫外光照射30 min之前呈下降趋势，当照射时间为30 min时，试验组的蛋白质含量与对照组相比有显著下降，此时降解率为2.97%。此后蛋白质含量变化逐渐趋近于平缓。淀粉和蛋白质主要与烟叶的刺激性、余味和燃烧性等相关，过高的淀粉和蛋白质会使烟叶刺激性大，有辛辣、苦涩感，我国的烟叶普遍存在淀粉和蛋白质含量过高的问题，因此适当降低烟叶的淀粉和蛋白质含量可作为提升烟叶品质的有效手段[13-17]。本研究的试验结果与上述理论相符，淀粉和蛋白质含量的变化趋势与刺激性和和余味的变化趋势较为一致，随着二者含量的逐渐下降，烟气刺激性和余味也有所改善。此外，淀粉和蛋白质的含量变化与烟叶物理特性一样，虽某些相邻组别之间测得的结果差异不明显，但从紫外照射的整个过程而言，淀粉和蛋白质的含量变化存在一定趋势及变化较明显的时间节点。

表3 淀粉和蛋白质含量检测结果Tab. 3 Test results of the contents of starch and protein

2.3.2 常规化学成分

从表4可以看出，对照组样品的总糖和还原糖含量比一般认为的优质烟叶略低（总糖18%～22%，还原糖16%～18%为较佳），总植物碱含量在适宜范围（1.5%～3.5%为较佳），糖碱比为6.35，属于偏低的范畴（10为较佳）[18]。这使得烟叶吃味不够柔和，刺激性较大，烟气辛辣，余味苦。经单因素方差分析，紫外照射15 min后，试验组总糖含量显著提高，提升率为3.71%；紫外照射75 min后，试验组还原糖含量显著提高，提升率为3.48%；紫外照射45 min后，试验组总植物碱含量显著降低，下降率为6.88%。总体而言，随着紫外照射时间的延长，烟叶的糖类含量呈上升趋势，这可能是因为淀粉等大分子物质经紫外光照射分解所致，总植物碱含量呈下降趋势，总氮含量没有发现显著变化，糖碱比逐渐接近适宜值。由于总植物碱是烟叶劲头的一个重要表征，而劲头对不同地区和部位的烟叶风格形成有较大影响，因此若想使烟气柔和的同时保持一定的烟叶风格，紫外光照射时间则不宜过长。

表4 常规化学成分检测结果Tab. 4 Test results of routine chemical components

2.3.3 照射时间对致香成分的影响

表5为烟叶样品各个致香成分的检测结果，表6是根据官能团的不同，将致香成分分成酸类、醇类、酯类、羰基类、萜类、酚类和杂环类统计的结果。从表6可以看出，酸类、醇类、酯类和杂环类物质随着光照时间的延长均呈现先上升再下降的变化趋势，羰基类呈现逐步下降的变化趋势，萜类物质呈现逐步上升的变化趋势，酚类物质变化没有明显规律。致香物质总量在15～45 min的照射时间内有所提升，并在30 min时达到最高，此后逐渐下降。30 min时，试验组的致香物质总量比对照组提升了16.22%，此时样品的酸类、醇类、酯类、萜类、酚类和杂环类含量分别比对照组提升了16.01%、38.93%、32.68%、29.94%、3.98%和13.98%，羰基类含量比对照组降低了2.10%。Zacchini等[22]研究指出，UV照射可使烟叶细胞内部的过氧化氢含量大幅度增加，从而对烟叶致香物质的组成及含量产生影响。此观点与本研究的试验结果一致。此外，本文采用的样品是湖南地区的上部烟，属于典型的焦甜醇甜香型烟草，该地区的烟叶特征为具有较高水平的质体色素降解产物（巨豆三烯酮等）、苯丙氨酸类产物（苯甲醛、苯甲醇等）和美拉德反应产物（丁内酯、糠醛、糠醇、2-乙酰基吡咯、5-甲基糠醛等）[19-20]。表5可以看出，当照射时间长于60 min后，烟叶样品中的巨豆三烯酮、糠醛、糠醇、2-乙酰基吡咯和5-甲基糠醛的含量有较明显的下降，并随着照射时间的延长而持续降低。与此同时，烟叶中的叶绿素降解产物（新植二烯）含量随照射时间逐步升高，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烟叶中具有较高的水平。致香成分的分析结果在一定程度上解释了感官评吸中发现的紫外光照射时间过长时烟叶样品香型风格发生改变的问题。

表5 致香成分检测结果Tab. 5 Test results of aroma components of tobacco μg/g

续表5

表6 烟叶各类致香物质检测结果Tab. 6 Test results of the contents of aroma components in tobacco μg/g

2.3.4 紫外光照射对不同部位烟叶的影响

为进一步验证紫外光照射醇化烟叶的实际效果，另取同产地的中部烟（2015湖南常德C3F）和下部烟（2015湖南常德X2F）进行试验，其中紫外光照射时间取前文筛选出的较优参数30 min，其他试验条件及步骤同1.3。检测对照组与试验组的理化性质并采用单因素方差分析进行对比，同时结合感官评吸进行综合评价。

由表7可知，经30 min紫外光照射，不同部位烟叶的烟丝弹性、整丝率和碎丝率与对照组相比均无明显变化。经单因素方差分析，上部、中部和下部烟的烟丝填充值均显著提高，提升率分别为1.73%，2.05%和4.15%。化学成分方面，不同部位烟叶的淀粉、蛋白质和总植物碱含量有所降低，总糖、还原糖和致香成分含量有所升高，总氮无明显变化，糖碱比有所升高，分别达到9.00和9.84，比对照组更接近适宜值。从上述试验结果可见，上部、中部和下部烟的理化性质变化规律基本一致，变化幅度略有区别。表8为试验组与对照组的感官质量对比值，不同部位的烟叶经紫外光照射后，感官品质均有所提升，主要变化为烟气更加柔和，刺激性和杂气有所降低，余味更干净舒适，香气稍有提高。不同部位的烟叶经相同强度的紫外光处理后，其品质特征指标综合得分提升幅度略有差异，上部烟和中部烟的提升幅度稍大于下部烟，这可能是由于上、中部烟样品的浓度和劲头较高，杂气和刺激性更大，可改善空间较大的缘故。

表7 不同部位烟叶理化性质检测结果Tab. 7 Test results of physical and chemical properties of tobacco leaves in different parts

表8 不同部位烟叶感官质量变化Tab.8 Change of sensory quality of tobacco leaves in different parts

3 结论

（1）紫外光照射对醇化烟叶的物理特性、感官质量、淀粉、蛋白质、常规化学成分和致香成分均有一定影响。随着紫外照射时间的增加，其对烟叶的处理强度也增大。从物理特性、感官质量和化学成分三方面取较优照射时间的交集，得到15～60 min为较适宜的紫外照射时间范围，在该范围内，化学指标及感官质量有不同程度的提升，物理特性有所改善或不变，香型风格无明显的改变。其中，经30 min照射后，烟叶的总体品质最佳。紫外光照射时间并非越长越好，在75 min后，随着照射时间的延长，烟叶样品虽在刺激性和余味等方面有一定的改善，但也引发了一些问题，如烟叶物理指标下降导致的加工性能降低，致香物质总量减少，香型风格有所改变等。因此，在实际生产中若利用紫外光对醇化烟叶进行二次加工，照射时间宜在60 min以内根据实际需求进行选取。

（2）烟叶的致香成分十分复杂，不同生态区域的烟叶具有不同的香型风格，其内在致香成分也差异很大。在本文中，紫外光照射时间过度会引发具有焦甜醇甜香韵的烟叶发生香型改变的现象，但同样强度的紫外处理是否会引起其他生态区域的烟叶发生香型改变还需要进一步的验证。紫外光照射作为一种提升烟叶质量的潜在手段，其对不同香型烟叶的适用性仍需更严谨的考察。

（3）在实际生产中，部分醇化烟叶因存在浓度、劲头和刺激性过大、杂气重、余味残留多和香气差等问题，使其在叶组配方中的应用受到一定的限制。紫外光照射作为一种能够改变烟叶理化性质的手段，为提升醇化烟叶品质从而增加其使用率提供了一定的思路。为更加切合生产实际，从多方位进行考察并筛选出适宜的紫外光处理强度十分重要。紫外光对烟叶的处理强度与多个因素有关，除了本文探讨的紫外光照射时间之外，紫外灯的功率和照射距离也会对烟叶的理化性质有一定的影响，未来可对这些因素进行更深层的研究以对实际应用提供更完善的参考。