經(jīng)紫外輻照與臭氧處理后煙葉香味成分和常規(guī)化學成分的分析研究

許春平，趙珊珊，楊志強，劉　棟，鄭　凱

（1.鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院，河南鄭州　450002；2.河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠，河南許昌　461000；3.廣東中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，廣東廣州　510000）

經(jīng)紫外輻照與臭氧處理后煙葉香味成分和常規(guī)化學成分的分析研究

許春平1，趙珊珊1，楊志強2，劉棟3，*鄭凱2

（1.鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院，河南鄭州450002；2.河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠，河南許昌461000；3.廣東中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，廣東廣州510000）

為了研究紫外輻照與臭氧對煙葉內(nèi)在品質(zhì)的影響，選擇貴州省畢節(jié)市上部煙葉作為試驗材料，分別用紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）、臭氧發(fā)生器、紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理煙葉，然后對處理后的樣品進行感官評定、香味成分分析和常規(guī)化學成分分析。結(jié)果表明，①用紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）處理煙葉2.0 h后，煙葉品質(zhì)最佳；②單獨用臭氧處理煙葉1.5 h后，煙葉品質(zhì)最佳；③紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理煙葉1.0 h后，煙葉品質(zhì)最佳，此時煙氣柔細度稍增強，勁頭降低，香味成分總和（除新植二烯）比空白組提高15.64%，新植二烯比空白組提高20.64%，總糖和還原糖升高，糖堿比升高；④使用紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）、臭氧或紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理時，在適當?shù)臅r間內(nèi)都可提高煙葉的品質(zhì)，且紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理有較好的交互作用，比較相同功率（20 W）的紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）和紫外燈（產(chǎn)生臭氧），紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理可縮短處理時間。

紫外輻照；臭氧；感官評定；香氣成分；常規(guī)化學成分

紫外輻照技術(shù)是利用紫外輻照，使光子的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的原子或分子中去，當能量恰好等于2個能級之差時，將導致被輻照物質(zhì)微粒的吸收能量產(chǎn)生躍遷，激發(fā)產(chǎn)生活化分子或原子，并使之與物質(zhì)發(fā)生一系列物理和化學變化，導致物質(zhì)的降解、聚合與交聯(lián)改性的一種技術(shù)。其中，波長200 nm以下的短波長紫外線能分解氧分子，生成的氧原子與氧分子結(jié)合產(chǎn)生臭氧，紫外線和臭氧具有較強的氧化分解有機分子的能力，且二者的并用具有相乘效果。

目前，輻照技術(shù)運用于植物育種、殺蟲技術(shù)領(lǐng)域，臭氧廣泛用于消毒、滅菌、除臭、脫色等作用［1-5］，在煙草應用上相對較少。孫平等人［6］研究發(fā)現(xiàn)，UV輻照對烤后煙葉的化學成分有一定影響，一定范圍內(nèi)增強UV輻照能促進煙葉糖類化合物的合成，但不利于含氮化合物的積累，對鉀和氯含量無明顯影響。Zacchini M等人［7］研究發(fā)現(xiàn)，在紫外線的作用下，煙葉細胞內(nèi)部過氧化氫含量大幅增加，進而對煙葉致香物質(zhì)的組成及含量產(chǎn)生影響。美國煙草工業(yè)企業(yè)曾利用O3處理均質(zhì)黃永成等臭氧對作物的影響及其在煙草領(lǐng)域的應用研究591煙（HLC），明顯地減少了煙片中不飽和化合物的數(shù)量，從而成功地降低了煙氣中多核芳香族碳氫化合物（PAH）的水平［8］。

基于紫外輻照與臭氧的聯(lián)系，本試驗綜合研究紫外輻照與臭氧2個因素對煙葉的影響，通過感官評價、常規(guī)化學成分及香味成分變化探尋其中的規(guī)律，以期為實際生產(chǎn)中紫外輻照技術(shù)與臭氧的合理利用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料、試劑、儀器

（1）材料。2013年貴州省畢節(jié)市上部煙葉。

（2）試劑。二氯甲烷，天津市富宇精細化工有限公司提供；無水硫酸鈉（AR）；氯化鈉，開封市芳晶化學有限公司提供。

（4）標樣化合物。乙酸苯乙酯。

1.2方法

1.2.1樣品處理

取適量貴州省畢節(jié)市上部煙葉，去梗除雜，在相對濕度60%，溫度22±2℃的環(huán)境中平衡48 h。取適量煙葉樣品，分別進行紫外燈（不產(chǎn)臭氧）、臭氧（實驗室臭氧發(fā)生器）、紫外燈（產(chǎn)生臭氧）同時處理，每種處理方法的處理時間為0，30，60，90， 120 min，然后將處理后的樣品平衡24 h。粉碎成煙末，過篩（60目）。

1.2.2紫外輻照與臭氧對煙葉香味成分的影響

（1）樣品預處理。將1.2.1處理后的每種樣品煙末稱取30 g放入1 000 mL的燒瓶中，加入300 mL去離子水，30 g NaCl并加入幾顆沸石，一端連接到同時蒸餾萃取裝置，另一端連接盛有50 mL二氯甲烷的小燒瓶中，60℃水浴加熱，蒸餾萃取2.5 h，將小燒瓶取下，加入無水硫酸鈉置于冰箱中干燥過夜，再向萃取液中加入1 mL內(nèi)標溶液于40℃水浴中濃縮至1 mL，為GC-MS備用。

把公路用自卸車改裝為非公路用自卸車時 ，由于路況惡劣、超載嚴重和設計初期仿真分析欠缺等問題，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的礦用重型自卸車不同程度地發(fā)生因推桿失效而導致產(chǎn)品可靠性低的問題，是一個亟待研究的課題[1-2]。

（2）GC-MS分析條件。色譜條件：HP-5MS （60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.）色譜柱；載氣：高純氦氣；進樣口溫度：280℃；流速：3 mL/min；分流比：5∶1。升溫程序：起始溫度50℃保持2 min，以8℃/min升至200℃，再以2℃/min升至280℃，保持10 min。

質(zhì)譜條件：接口溫度270℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，離子化方式EI，電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍35～550 m/z。

1.2.3紫外輻照與臭氧對煙葉常規(guī)化學成分的影響

（1）測定方法。將處理后的樣品按條件照射一定時間后依據(jù)《YCT 31—1996煙草及煙草制品試樣的制備和水分測定烘箱法》［9］、《YCT 159—2002煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續(xù)流動法》［10］、《YCT 160—2002煙草及煙草制品 總植物堿的測定連續(xù)流動法》［11］、《YCT 162—2011煙草及煙草制品氯的測定 連續(xù)流動法》［12］、《YCT 173—2003煙草及煙草制品中鉀的測定法 火焰光度法》［13］，分別進行待檢測樣品制備和測定水溶性糖、還原糖、煙堿、氯和鉀含量，每個樣品做3次平行試驗。

1.2.4紫外輻照與臭氧處理前后感官評價

將處理后的煙葉樣品切絲，然后分別按照每支煙總質(zhì)量0.80±0.01 g的標準卷制樣品，按照國標要求，在溫度22±2℃，相對濕度60%±5%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。由河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠10名評委組成卷煙評價小組，從香氣品質(zhì)、香氣量、濃度、柔細度、余味、刺激性、勁頭、燃燒性、雜氣和灰色等10個指標分別進行評分。

感官品質(zhì)評價標準見表1。

2　結(jié)果與討論

2.1重復性試驗

按選定的同時蒸餾萃取條件，取4組30 g空白煙樣做重復試驗，在所分析的24種香味成分中，只有香葉基丙酮一種成分的變異系數(shù)在10%以上，其他成分均在10%以下。

重復性測定結(jié)果（n=4）見表2。

表1　感官品質(zhì)評價標準 /分

表2　重復性測定結(jié)果（n=4）

2.2紫外輻照與臭氧處理對煙葉感官品質(zhì)的影響

經(jīng)紫外輻照的煙葉感官評定結(jié)果顯示，紫外燈（不產(chǎn)臭氧）處理2.0 h時煙葉的品質(zhì)最佳。香氣品質(zhì)明顯提高，香氣量稍有上升，煙氣柔細度稍增強，勁頭降低。

經(jīng)臭氧處理的煙葉感官評定結(jié)果顯示，臭氧處理1.5 h時煙葉的品質(zhì)最佳，處理2.0 h時品質(zhì)稍有下降；處理1.5 h時香氣品質(zhì)明顯提高，煙氣柔細度稍增強，勁頭降低。

經(jīng)紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理的煙葉感官評定結(jié)果顯示，紫外輻照與臭氧同時處理1.0 h與1.5 h時煙葉的品質(zhì)相對較佳，處理2.0 h時整體品質(zhì)稍有下降；處理1.0 h與1.5 h時香氣品質(zhì)明顯提高，煙氣柔細度稍增強，勁頭降低。

綜合所有感官評定結(jié)果，紫外輻照和臭氧對煙葉都可以在一定時間內(nèi)提升煙葉的品質(zhì)；紫外輻照和臭氧同時處理有交互作用，可以縮短提升煙葉品質(zhì)的處理時間。綜合考慮到實際生產(chǎn)成本，可選擇紫外燈（產(chǎn)生臭氧）同時處理1.0 h來提升煙葉的品質(zhì)。

紫外輻照與臭氧處理后煙葉感官品質(zhì)評分見表3。

2.3紫外輻照與臭氧處理對煙葉香味成分的影響

UV處理前后香味成分的變化見表4。

由表4可知，香味成分總體含量在UV處理0.5，1.0，1.5 h時變化不大，在UV處理2.0 h時含量明顯升高，香味成分（除新植二烯）比空白組提高6.49%，新植二烯提高16.52%。

O3處理前后香味成分的變化見表5。

表3　紫外輻照與臭氧處理后煙葉感官品質(zhì)評分

表4　UV處理前后香味成分的變化　/μg·g-1

由表5可知，隨著O3處理時間的延長，香味成分總體含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且在1.5 h時達到最高值，為264.76 μg/g，比空白組提高15.13%。新植二烯的含量也在1.5 h達到最高，比空白組提高9.71%。

表5　O3處理前后香味成分的變化 /μg·g-1

UV+O3處理前后香味成分的變化見表6。

由表6可知，香味成分整體呈先升高后降低的趨勢，在處理時間為1.0 h時效果最好，香味成分（除新植二烯）比空白組提高15.64%，新植二烯提高20.64%；1.5 h與2.0 h時有降低趨勢，但仍比空白組高。

在分析的24種香味成分中，新植二烯是一種C20聚類異戊二烯，在煙草中性揮發(fā)物中含量最高，是煙葉中重要的致香物質(zhì)［14-16］。新植二烯在煙草燃燒時可直接進入煙氣，具有減少刺激性、醇和煙氣的作用。新植二烯作為捕集煙氣氣溶膠內(nèi)香氣物質(zhì)的載體，具有攜帶煙葉中揮發(fā)性香氣物質(zhì)和致香成分進入煙氣的能力，故又為煙葉的重要增香劑［17］；另外，新植二烯還可在醇化過程中發(fā)生氧化反應，進一步分解轉(zhuǎn)化為具有清醇香味的低分子量化合物，如植物呋喃等，這些物質(zhì)將對形成烤煙的清香氣產(chǎn)生積極的影響，從而進一步增加了煙葉的香氣和吃味［18］。苯甲醛具有特殊的杏仁氣味；苯乙醛無色或淡黃色液體，具有類似風信子的香氣，稀釋后具行水果的甜香氣；芳樟醇具有鈴蘭香氣；苯乙醇賦予煙氣清甜的花香，較成熟、圓熟。二氫獼猴桃內(nèi)酯帶有香豆素樣香氣，并有麝香樣氣息；香葉基丙酮具有青香、果香、蠟香、木香，并有生梨、番石榴、蘋果、香蕉、熱帶水果香韻；異佛爾酮帶有薄荷香或樟腦樣味。苯甲醇是極有用的定香劑，對煙葉的香味成分有一定的定向作用；這些香味化學成分的增加，提高了煙葉的吸食品質(zhì)。

表6　UV+O3處理前后香味成分的變化 /μg·g-1

紫外輻照與臭氧可以提高煙葉的品質(zhì)原因可能如下：紫外輻照是一種非照明用的輻射源，它的波長范圍為10～400 nm，只有波長在200 nm以上的紫外輻射，才能在空氣中傳播。紫外輻照可使有機化合物中的C-C，C-N鍵因吸收紫外光的能量而斷裂，同時可產(chǎn)生強氧化性的·OH，使有機物逐漸降解，從而使煙葉中的某些致香物質(zhì)發(fā)生改變，以達到減輕刺激性，減少青雜氣，提高卷煙品質(zhì)的目的［19］。臭氧具有較強的氧化能力，這種強氧化的能力可以加速煙葉的氧化。臭氧具有不穩(wěn)定性，在常溫條件下極易分解，放出一個氧原子而變成氧氣，這與煙葉發(fā)酵過程中過氧化氫酶的作用很相似。煙葉中的過氧化氫酶使過氧化氫分解產(chǎn)生氧原子，利用氧原子的氧化能力把煙葉中的多酚類物質(zhì)和芳香族胺基類物質(zhì)氧化形成多種產(chǎn)物。

2.4紫外輻照與臭氧處理對煙葉常規(guī)化學成分的影響

UV處理前后煙葉常規(guī)化學成分見表7，O3處理前后煙葉常規(guī)化學成分見表8，UV+O3處理前后煙葉常規(guī)化學成分見表9。

表7　UV處理前后煙葉常規(guī)化學成分

表8　O3處理前后煙葉常規(guī)化學成分

表9　UV+O3處理前后煙葉常規(guī)化學成分

常規(guī)化學成分結(jié)果如下：①由表7可知，紫外燈（不產(chǎn)臭氧）處理煙葉總糖含量逐漸升高，在1.5 h 和2.0 h時變化不大，煙堿含量無顯著變化，鉀的含量先降低后又升高恢復到原始狀態(tài)，氯的含量經(jīng)處理后降低，還原糖含量經(jīng)處理后升高，鉀氯比先升高后降低然后又升高，糖堿比升高。綜合各指標結(jié)果，使用UV處理煙葉時，處理時間在2.0 h時煙葉的品質(zhì)最佳。②由表8可知，O3處理煙葉結(jié)果顯示，還原糖先升高后降低；煙堿含量變化不大；鉀的含量在1.5 h時最高；氯在0.5 h和1.5 h含量相對較低；還原糖的含量在2.0 h的時候最高，0.5 h和1.5 h時含量次之；鉀氯比經(jīng)處理后都升高，且在1.5 h時最高，糖堿比經(jīng)處理后升高。綜合各指標結(jié)果，使用O3處理煙葉時，處理時間在1.5 h時煙葉的品質(zhì)最佳。③由表9可知，紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理煙葉結(jié)果顯示，總糖含量先升高后降低；煙堿含量變化不明顯；鉀含量開始變化不明顯，之后降低；氯經(jīng)處理后都有所降低；還原糖含量升高，且在1.0 h時最高；鉀氯比在處理0.5，1.0，1.5 h時升高，在2.0 h時降低；糖堿比先升高后降低。綜合各指標結(jié)果，使用UV+O3處理時，處理時間在1.0 h時煙葉的品質(zhì)最佳。

綜合所有常規(guī)化學成分測定結(jié)果，煙葉在UV和O3單獨處理時品質(zhì)都有所提高，在相同的功率下，采用紫外燈（產(chǎn)生臭氧）后，煙葉的品質(zhì)提高，且處理時間有所減少，效率提高。

3　結(jié)論

試驗結(jié)果表明，①用紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）處理煙葉時，2.0 h時煙葉品質(zhì)最佳；②單獨用臭氧處理煙葉時，1.5 h時煙葉品質(zhì)最佳；③紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理煙葉時，1.0 h時煙葉品質(zhì)最佳，此時煙氣柔細度稍增強，勁頭降低，香味成分（除新植二烯）比空白組提高15.64%，新植二烯比空白組提高20.64%，總糖和還原糖升高，糖堿比升高；④使用紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）、臭氧或紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理時，在適當?shù)臅r間內(nèi)都可提高煙葉的品質(zhì)，且紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理有較好的交互作用，比較20 W的紫外燈（不產(chǎn)生臭氧）和20 W的紫外燈（產(chǎn)生臭氧），紫外燈（產(chǎn)生臭氧）處理可縮短處理時間。

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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

河南中煙許昌卷煙廠合作項目“紫外輻照對煙葉內(nèi)在質(zhì)量影響研究”（20141035）。

許春平（1977— ），男，博士，教授，研究方向為煙草工程與生物催化。

鄭凱（1981— ），男，碩士，工程師，研究方向為煙草質(zhì)量檢測評價。