處理煙草減少亞硝胺含量的方法和由此制得的產品的制作方法

專利名稱：處理煙草減少亞硝胺含量的方法和由此制得的產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種處理煙草以降低經常在煙草中發現的有害亞硝胺的含量或防止其生成的方法。本發明還涉及亞硝胺含量低的煙草制品。
相關申請的相互參考本申請是1997年6月20日申請的序號為08/879905的申請的接續申請，后者是1996年12月2日申請的08/757104號申請的接續申請，后者又是1996年10月30日申請、現已放棄的08/739942號申請的接續申請，后者是1996年9月23日申請、現已放棄的08/725691號申請的接續申請，后者是1996年6月28日申請的08/671718號申請的接續申請。本申請和上述的申請，除了1996年6月28日申請的08/671718號申請之外，要求享有1996年8月5日申請的60/023205號臨時申請的優先權。
背景技術：
有人曾經描述過利用微波能干燥農產品。授予Hopkins的US 4430806號專利描述了利用微波能熟化(cure)煙草。在US 4898189中，Wochnowski教導了用微波來處理綠色煙草，從而控制水分含量以便儲藏或運輸。US3699976描述了用微波能殺滅侵擾煙草的昆蟲。此外，已經公開過用惰性有機液體浸漬煙草以便通過沖洗手段來提取擴展的有機物質的技術(US 4821747)，其中，混合物是暴露于微波能的。在另一個實施方案中，公開了用微波能作為擠出的含煙草物料的干燥機制(US 4874000)。在US3773055中，Stungis公開了用微波干燥和展開用濕煙草制造的香煙。
以前，為了減少焦油及有害致癌亞硝胺的努力主要包括在吸煙時使用過濾嘴。此外，曾經試圖采用添加劑來阻擋住煙草中的有害致癌物的作用。這些努力在降低與吸煙有關的腫瘤發病率方面均告失敗。已知新采割的綠色煙草事實上不含亞硝胺致癌物。例如參見，Wiernik等人的“空氣熟化對煙草化學組成的影響”，煙草科學的最新進展，21卷，39頁及后頁，第49屆煙草化學家研究會專題討論會會議錄(SymposiumProceedings 49th Meeting Tobacco Chemists’ResearchConference)，1995年9月24-27日，Lexington，Kentucky(下面稱他們為“Wiernik等人”)。但是，已知熟化后的煙草含有多種亞硝胺，包括有害的致癌物N’-亞硝基降煙堿(NNN)和4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)。已經被廣泛接受的是，這些亞硝胺是在收獲以后、熟化處理過程中形成的，如本文進一步描述的那樣。遺憾的是，新采割的綠色煙草不適于吸或以其他方式消費。
1993和1994年，Burton等人在肯塔基州大學就煙草-特有的亞硝胺(TSNA)進行了一些試驗，報導在摘要“通過提高干燥溫度降低空氣熟化煙草中的亞硝酸鹽-氮和煙草N’-特有的亞硝胺”，農藝學和植物病理學聯合會議，CORESTA，牛津1995。Burton等人的報告指出，在空氣熟化的各個階段，包括黃化后期(end of yellowing)(EOY)，EOY+3，EOY+5等，在71℃下將收獲的煙葉干燥24小時，對亞硝胺含量有一定的降低。還有某些試樣的冷凍干燥和微波的參考文獻，但沒有詳細內容或結論。申請人證實在按照該摘要由肯塔基州大學的Burton等人進行的實際工作中，微波的作用是不成功的。Burton等人1993-94年研究的某些方面報導在Wiernik等人supra，54-57頁，題目為“改進的空氣熟化”。Wiernik等人的文章假設將取自空氣熟化的不同階段的煙葉試樣在70℃下經受快速干燥24小時，可以除去過量的水分，減少微生物的生長；這樣，亞硝酸鹽和煙草-特有的亞硝胺(TSNA)的積累就可避免。在56頁的表II中，Wiernik等人引用了一些Burton等人對KY160和KY171試樣的葉片和中脈上的亞硝酸鹽和TSNA含量的總結數據。冷凍干燥和快速干燥試驗的數據是有的，但沒有提到微波試樣。文章中提出以下結論由此項研究可以得出結論，在煙葉失去其細胞完整性后給深色煙草加熱(70℃)可以降低葉片和中脈中的亞硝酸鹽含量和TSNA的積累量。在熟化過程的這一階段將煙葉迅速干燥降低了微生物的活動，該活動是在室溫下的緩慢熟化過程中發生的。但必須加一句，這樣的處理降低了煙葉的質量。
同上，見56頁。Weirnik等人的文章還討論了波蘭的Skroniowski煙草的傳統熟化作為兩步熟化法的例子。文章中稱，煙草首先經空氣熟化，當葉片是黃色或褐色時，將煙草加熱到65℃保持兩天以便熟化煙梗。對這種方法制得的煙草進行分析，分析結果表明亞硝酸鹽和TSNA的含量都較低，即分別低于10微克/克和0.6-2.1微克/克。Weirnik等人推理認為這些結果可以解釋為由于迅速加熱使細菌不能進一步生長。但Weirnik等人也指出，低的亞硝酸鹽和TSNA含量，低于15微克/克亞硝酸鹽和0.2微克/克TSNA，是在波蘭經空氣熟化的煙草得到的。
發明概述本發明的一個目的是基本上消除或降低亞硝胺在要被吸或以其他方式消費的煙草中的含量。
本發明的另一個目的是減少煙草制品包括香煙、雪茄、嚼煙、鼻煙和含煙草的口香糖和糖錠中潛在的致癌物。
本發明的另一個目的是基本上消除或明顯降低煙草特有的亞硝胺，包括N’-亞硝基降煙堿(NNN)、4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、N’-亞硝基新煙草堿(NAT)和N’-亞硝基毒藜堿(NAB)在這些煙草制品中的量。
本發明的另一個目的是在收獲后的適宜時間處理未熟化的煙草，以便抑制熟化過程而不會對煙草的消費性能有不利影響。
本發明的另一個目的是降低充分熟化的煙草中的煙草特有亞硝胺的含量。
本發明還有一個目的是降低煙草特有的亞硝胺，特別是NNN和NNK及其在吸煙、消費或以其他方式攝取某種形式煙草的人身體中代謝物的含量，方法是提供一種適于人消費的、基本上降低了煙草特有的亞硝胺量的煙草制品，從而降低這種產品的致癌可能性。優選地，煙草制品是香煙、雪茄、嚼煙或含煙草的口香糖或糖錠。
本發明的上述和其他目的和優點可以通過將收獲的煙草中亞硝胺的量降低或防止其形成來達到，包括對煙草的至少一部分進行微波輻射，所述部分未經熟化并處于易于降低亞硝胺的量或抑制亞硝胺形成的狀態，輻射時間為足以降低至少一種亞硝胺的量或基本上防止至少一種亞硝胺形成的時間。
優選的是，在本發明方法中，對煙葉或其部分進行微波輻射的步驟是在葉片開始發黃之后和在煙草特有的亞硝胺在葉片中大量積累之前進行。在本發明方法中還優選在煙葉基本上失去細胞完整性之前進行微波輻射。
在本方法的另一個優選實施方案中，煙草是烤煙，微波輻射步驟在收獲后約24-約72小時之內進行，甚至更優選在收獲后約24-約36小時內進行。
在本方法的另一個實施方案中，收獲的煙草在經受微波輻射步驟之前在一個控制的環境下保持在高于室溫的條件下。
本方法優選的方面包括，在優選有煙梗的煙葉經受微波輻射之前，對煙葉進行機械壓榨，從其中壓榨出過量的水分，從而確保用微波裝置進行的干燥更均勻。這一步驟可以很方便地進行，即在煙葉進入微波室之前使其通過一對間隙適宜的旋轉圓筒形輥。
在本發明的另一個優選的實施方案中，在一預定的功率水平下，對煙葉進行的微波輻射的頻率為約900-約2500MHz，輻射時間至少約1秒鐘，優選約10秒到約5分鐘。所用的功率水平通常決定了煙葉經受微波輻射的時間長短，當使用普通的廚房型微波爐時其范圍可為約600到約1000瓦，對工業、多模高頻發生器(applicator)，則高到數百或更多千瓦。對于設計來處理單個煙葉的高頻發生器，所用的功率優選為約2-約75千瓦，更優選約5-約50千瓦，可以進行相當快速的處理。
本發明還優選對煙葉或其部分進行微波輻射的時間應足以有效地將煙葉干燥而不使其炭化，從而適宜人們消費。
本發明還試圖使煙葉經受微波輻射來防止至少一種煙草特有的亞硝胺，如N’-亞硝基降煙堿、4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亞硝基新煙草堿和N’-亞硝基毒藜堿的正常積累。
本發明最寬的形式還包括這樣一種煙草制品，它包括適于人們消費并且至少一種煙草特有的亞硝胺的含量比常規熟化的煙草低的非綠色煙草。
在優選的實施方案中，非綠色煙草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量低于0.2μg/g，更優選低于約0.15μg/g，和甚至更優選低于約0.1μg/g，NNN的含量低于約0.15μg/g，更優選低于約0.10μg/g，甚至更優選低于約0.05μg/g，NNK的含量低于約0.002μg/g，更優選低于約0.001μg/g，和甚至更優選低于約0.0005μg/g。
本發明還涉及這樣的煙草制品，其包括適于人們消費的干燥黃色煙草，且至少一種煙草特有的亞硝胺的量比常規熟化的煙草低。在優選的實施方案中，黃色煙草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量、NNN含量和NNK含量在上述優選的范圍內。
在另一個實施方案中，非綠色或黃色的煙草制品包括適于人們消費的非綠色或黃色煙草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量為這種TSNA在制備這種制品的新鮮收獲的綠色煙草作物中的含量的約25wt％。更優選非綠色或黃色煙草制品的TSNA的量為這種TSNA在制備這種制品的新鮮收獲的煙草作物中的含量的約10wt％，更優選約5wt％，最優選基本接近(如在高到按重量計百分之幾的范圍內)。還優選非綠色或黃色的煙草制品包括適于人們消費的非綠色或黃色煙草，選自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一種TSNA的量為相應TSNA在制備這種制品的新鮮收獲的煙草作物中的含量的約25wt％，優選約10wt％，更優選約5wt％，最優選基本接近(如在高到按重量計百分之幾的范圍內)。
在本發明另外的實施方案中，非綠色或黃色的煙草制品包括適于人們消費的非綠色或黃色煙草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量比這種TSNA在與本發明產品相同類型的、由相同的煙草作物制備但在無微波輻射或其他為降低TSNA含量而設計的技術下熟化而制備的煙草制品中的含量低至少約75wt％，優選至少約90wt％，更優選至少約95wt％，最優選至少約99wt％。還優選非綠色或黃色的煙草制品包括適于人們消費的非綠色或黃色煙草，其選自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一種TSNA的含量比相應TSNA在由與本發明產品相同類型的、由相同的煙草作物但在無微波輻射或其他為降低TSNA含量而設計的技術下熟化而制備的煙草制品中的含量低至少約75wt％，優選至少約90wt％，更優選至少約95wt％，最優選至少約99wt％。
本發明優選的形式涉及一種煙草制品，包括至少一種煙草特有的亞硝胺的含量被降低的煙草，制法包括使煙草在未熟化并且至少一種煙草特有的亞硝胺的形成易于抑制的狀態下經受微波輻射。
在另一個實施方案中，本發明涉及一種將熟化的褐色煙草中的至少一種煙草特有的亞硝胺含量降低的方法，包括將熟化的褐色煙草復水，和在預定的能量水平下對復水的煙草進行微波輻射預定長的時間。
類似地，本發明包括這樣一種煙草制品，包括熟化的褐色煙草，煙草中至少一種煙草特有的亞硝胺含量被降低，其制法包括將熟化的褐色煙草復水，和在預定的能量水平下對復水的煙草進行微波輻射預定長的時間。
在另一個實施方案中，本發明涉及一種生產煙草制品的方法，包括使收獲的煙葉經受微波輻射，而所述的煙葉未熟化，且處于煙草特有的亞硝胺的量易于被降低或煙草特有的亞硝胺的形成易于被抑制的狀態，輻射時間為足以將煙葉中至少一種煙草特有的亞硝胺的量降低或將煙葉中至少一種煙草特有的亞硝胺的形成基本上抑制的時間，和制成包括微波處理過的煙葉的煙草制品，該煙草制品選自香煙、雪茄、嚼煙、鼻煙和含煙草的口香糖和糖錠。
還發現比上面討論的微波范圍頻率高、波長短的電磁輻射可以用來實現本發明的基本目的--降低或基本消除煙草制品中的TSNA，方法是用這種能量形式處理煙草，處理時間與上面微波處理的實施方案中所述的相同即在收獲之后，下面將更具體地描述。故本發明還涉及一種降低收獲的煙葉中的亞硝胺的量或防止亞硝胺在其中形成的方法，包括使煙葉的至少一部分經受比微波頻率高的輻射，而所述的部分是未經熟化的并處于亞硝胺的量易于被降低或亞硝胺的形成易于被抑制的狀態，輻射時間為足以降低至少一種亞硝胺的量或基本上防止至少一種亞硝胺形成的時間。
與微波處理實施方案相同，優選本發明方法中經受比微波頻率高的輻射的步驟是對煙葉或其部分進行，要在煙葉開始黃化之后和在煙草特有的亞硝胺在葉片上大量積累之前進行。還優選本發明方法中在煙葉基本上失去細胞完整性之前進行這種輻射。能夠產生這種輻射的能源將在下面進一步描述，包括遠紅外和紅外輻射、UV(紫外線)、軟X-射線或激光、加速粒子束如電子束、X射線和γ射線。
附圖簡述

圖1是說明佛吉尼亞烤煙(flue)煙草收獲后24-72小時“黃化”的照片。
圖2是說明本發明經微波處理的低亞硝胺“黃化”佛吉尼亞烤煙煙草的照片。
圖3是局部側向透視圖，是可以用來進行本發明微波處理的可移動、工業規模的微波發生器(microwave applicator)。
發明詳述據說與其說煙草的熟化是一門科學不如說它是一門藝術，因為在任何給定的熟化過程中的熟化條件都必須根據許多因素來調節，如品種的不同、從莖的不同位置收獲的葉片的不同、所用熟化室之間的不同、在一個季節中或幾個不同的季節間的環境變化、特別是空氣熟化時的天氣變化。例如，煙熏操作在某種程度上說是憑經驗的，最好是由本領域從業多年的、積累大量經驗的人來完成。參見，如Peele等人，“煙草在煙熏過程中的化學和生物化學變化”，煙草科學的最新進展，21卷，81頁及后頁，Symposium Proceedings 49th Meeting Chemists’ResearchConference，1995年9月24-27日，Lexington，Kentucky(下面稱為“Peele等人”)。因此，煙草熟化領域的普通技術人員可以理解的是，本發明最寬范圍的外部參數在一定程度是可變的，這取決于任一給定次收獲的上述因素的精確融合。
在一個優選的實施方案中，本發明建立在這樣一個發現上，即在煙草熟化循環的過程中存在一個最佳時間(window)，在這個最佳時間中可以處理煙草，所用方法使得TSNA的形成基本上被防止。當然，能有效地消除或基本上降低TSNA形成的精確最佳時間取決于煙草類型、熟化方法以及多種其他可變因素，包括上述的那些。根據本發明的優選實施方案，這個最佳時間對應的時間段為收獲后葉片已不是新采割或“綠色”的階段并且在TSNA和/或亞硝胺在葉片上大量積累之前；這一時間段通常與葉片經歷黃化過程或在黃化階段的時間是一致的，在葉片開始變褐之前和在基本上失去細胞的完整性之前。除了在上下文中另有說明，這里所用的術語“基本上”和“大量”一般指在相對意義賦予或采取主導或主要地位。在這個時間段中，將煙草暴露于一預定能量水平的微波輻射一段預定長時間，煙葉中TSNA的形成易于被基本上防止，或者，任何已經形成的TSNA的量易于被減少，如下面進一步描述的。這一微波處理基本上抑制了TSNA的自然形成，提供了一種適于人們消費的金黃色干煙葉。如果TSNA已經開始大量積累，通常到黃化階段的末尾，根據本發明向煙葉施加的微波能有效地抑制了天然的TSNA形成循環，這樣就防止了TSNA的進一步大量形成。如果在熟化循環的最佳時間以這種方式處理黃色或黃化煙草，所得煙草制品的TSNA量基本上與新收割的綠色煙草中的量接近，而同時保持了其風味和味道。
在另一個實施方案中，本發明涉及對經過熟化(變褐)的煙草進行處理，以有效地降低所述經過熟化的煙草的TSNA含量，方法是給熟化的煙草復水并使復水的熟化煙草經受微波輻射，下面將進一步描述。
本發明適于處理用以供人們消費的收獲煙草。對于煙草，特別是針對煙草特有的亞硝胺已經進行了許多研究。新采收的煙葉被稱為“綠色煙草”，不含有已知的致癌物，但綠色煙草不適合供人消費。熟化綠色煙草的方法取決于所收獲煙草的類型。例如，佛吉尼亞烤煙(佛吉尼亞型大葉煙草)煙草一般是煙熏的，而白肋煙和某些深色品種一般是空氣熟化的。與空氣熟化進行一至兩個多月相比，煙草的煙熏通常要進行五至七天的時間。根據Peele等人，煙熏一般分成三個階段黃化(35-40℃)約36-72小時(盡管其他人報道說黃化在短于36小時的時間開始，如某些佛吉尼亞烤煙品種在約24小時時)，葉片干燥(40-57℃)48小時，和中脈(煙梗)干燥(57-75℃)48小時。許多主要的化學和生物化學變化在黃化階段中開始并持續到葉片干燥的早期階段。
在典型的煙熏方法中，黃化階段是在一個倉室中進行。在這個階段中，由于葉綠素的降解，綠色煙葉逐漸失去顏色，呈現出類胡蘿卜素顏料的黃色。根據Peele等人的觀點，煙熏煙草的黃化階段是通過關閉倉室的外部出氣口，并保持溫度在約35-37℃來實現的。此方法利用受控環境，保持倉室內的相對濕度在約85％，限制葉片的水分損失，并使葉片繼續始于農田的代謝過程。操作員要不斷地監測熟化的進展情況，主要是觀察葉片上葉綠素和綠色的失去情況和所需要的檸檬至金橙色葉片顏色的發展情況。
對于進行了上述試驗的一種具體的佛吉尼亞烤煙品種，新采收的綠色煙草在約100-110°F下放置于倉室中約24-48小時，直至葉片或多或少地完全變成黃色(見圖1)。黃色煙草減少的水分量為，從綠色時的約90wt％，到黃色時的約70-40wt％。在這一階段，黃色煙草基本上不含有已知的致癌物，TSNA的含量與新收獲的綠色煙草中的基本相同。這種佛吉尼亞烤煙煙草一般保持黃色階段約6-7天，此后煙葉由黃色變為褐色。褐色佛吉尼亞烤煙煙草的水分含量一般為約11-約15wt％。煙草由黃到褐的轉變導致了亞硝胺的形成和大量積累，同時微生物含量增加。煙草特有的亞硝胺形成的確切機理尚不清楚，但可以相信微生物的活性可促進其形成，包括微生物的硝酸鹽還原酶對熟化處理過程中亞硝酸鹽的形成的作用。
據信煙草特有的亞硝胺是胺與亞硝酸鹽衍生的亞硝化物質如NO2，N2O3和N2O4在酸性條件下反應形成的。Weirnik等人在43-45頁討論了TSNA的假設形成，其概要在下面給出。
煙葉中含有大量的氨基酸、蛋白質和生物堿形式的胺。叔胺煙堿(下圖中標為(1))是煙草中的主要生物堿，其他的煙堿類生物堿是次要的胺類降煙堿(2)、新煙草堿(3)和毒藜堿(4)。煙草一般還含有最多5％的硝酸鹽和痕量的亞硝酸鹽。
降煙堿(2)、新煙草堿(3)和毒藜堿(4)的亞硝化產生出相應的亞硝胺N’-亞硝基降煙堿(NNN，5)、N’-亞硝基新煙草堿(NAT，6)和N’-亞硝基毒藜堿(NAB，7)。煙堿(1)在水溶液中的亞硝化產生4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK，8)(NNN，5)和4-(N亞硝基甲基氨基)-4-(3吡啶基)-1-丁醛(NNA，9)的混合物。不經常遇到的TSNA包括NNAL(4-N亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇，10)，異-NNAL(4-N-亞硝基甲基氨基)-4-(3-吡啶基)-1-丁醇，11)和異-NNAC(4-(N-亞硝基甲基氨基)-4-(3-吡啶基)-丁酸，12)。由相應的煙草生物堿生成上述1-12表示的TSNA的路線如下面示意的圖示(從Weirnik等人的supra，44頁復制)。
現在一般都同意的是綠色的新采收煙草事實上不含有亞硝酸鹽或TSNA，這些化合物是在煙草的熟化和儲藏過程中產生的。過去十年中所做的研究試圖確定與煙草熟化過程中TSNA的形成有關的因素，而且已經確認出幾種重要的因素，包括作物的基因型、收獲時作物的成熟度、熟化條件和微生物的活性。
研究表明，亞硝酸鹽和TSNA在空氣熟化時的積累發生在開始于黃化末尾和葉片完全變褐時結束的時間間隔中，例如，對于某些空氣熟化的品種為收獲后2-3周，煙熏品種在收獲后約1周左右。這一時間是細胞因損失水分和細胞內容物滲漏到細胞間隙而失去完整性的時間。因此，在空氣熟化過程中有一個短的最佳時間，此時細胞已分解，營養物質可以被微生物利用。Weirnik等人指出，作為異化硝酸鹽還原的結果，亞硝酸鹽然后會大量積累，這樣就使得TSNA的形成成為可能。
有關微生物群落在煙草的生長和熟化過程中對煙葉及熟化的煙草的影響有一些公開報道，如Weirnik等人所引用的。但熟化過程中硝酸鹽的產生中涉及微生物亞硝酸鹽還原酶是假定的。在黃化階段后細胞結構已被破壞時，營養物質可以被侵入的微生物利用，從而可以在適宜的條件下即高的濕度、最佳的溫度以及缺氧條件下產生亞硝酸鹽。在水活度尚足夠高、細胞結構已經分解時通常有一個相當短的“最佳時間”。
根據本發明，煙草中TSNA的形成基本上由對收獲的煙葉在上述條件下進行微波輻射防止或抑制。在一個優選的實施方案中，煙葉在開始黃化和基本失去細胞完整性之間的一個時間暴露于微波能。為了獲得最佳效果，優選使收獲的煙葉以單片煙葉的形式而不是堆疊或打捆煙葉的形式通過微波場。已經確定的是以這種方式處理煙葉完全或基本上防止了煙草特有的亞硝胺，包括已知致癌物NNN和NNK的形成。
根據本發明的優選實施方案，可以得到適于人消費的、至少一種煙草特有的亞硝胺的含量比普通熟化煙草低的非綠色和/或黃色煙草制品。如上所述，綠色或新采收的煙草通常不適于人消費；這里所述的“非綠色”指的是煙草至少失去大部分葉綠素，包括不受限制的部分發黃、完全發黃及在某些位置開始變褐的煙葉。在優選的實施方案中，非綠色煙草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量低于0.2μg/g，更優選低于約0.15μg/g，甚至更優選低于約0.1μg/g，NNN的含量低于約0.15μg/g，更優選低于約0.10μg/g，甚至更優選低于約0.05μg/g，NNK的含量低于約0.002μg/g，更優選低于約0.001μg/g，甚至更優選低于約0.0005μg/g。如上所述，給出可影響TSNA在煙草中形成的因素的數目，本領域普通技術人員理解這些數字不是絕對的而是優選的范圍。
本發明還涉及一種煙草制品，其包括適于人消費的黃色干煙草，至少一種煙草特有的亞硝胺的含量比普通熟化煙草的要低。在優選的實施方案中，黃色煙草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量、NNN含量和NNK含量落入上述優選的范圍。
在另一個實施方案中，非綠色或黃色煙草制品包括適于人消費的非綠色或黃色煙草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量為這種TSNA在用來制備這種制品的新采收綠色煙草作物中含量的約25wt％之內。更優選的是，非綠色或黃色煙草制品的TSNA含量為這種TSNA在用來制備這種制品的新采收煙草作物中的含量的約10wt％之內，更優選在約5wt％之內，最優選基本上接近(如在按重量計百分之幾的范圍內)。例如，本發明可制備這樣的煙草制品，其含有的TSNA量落入上述范圍，而用相同作物正常熟化的煙草一般產生的TSNA為新采收煙草的許多倍。本發明可以有效地使亞硝胺的量鎖定在新采收的綠色煙草中的低含量上。還優選非綠色或黃色煙草制品包括適于人消費的非綠色或黃色煙草，且選自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一種TSNA的含量為相應的TSNA在用來制備這種制品的新采收綠色煙草作物中含量的約25wt％之內，優選在約10wt％之內，更優選在約5wt％之內，最優選基本上接近(如在按重量計百分之幾的范圍內)。換句話說，比如，NNN在本發明煙草中的含量落入與上述NNN在新采收綠色煙草中的量相對應的范圍中，或者NNN+NNK在本發明煙草中的含量落入與上述NNN+NNK在新采收綠色煙草中的量相對應的范圍中，等等。在進行這些對比時，優選在采收后約24小時之內分析新采收綠色煙草TSNA的含量。
在本發明另外的實施方案中，非綠色或黃色煙草制品包括適于人消費的非綠色或黃色煙草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量比這種TSNA在與本發明產品相同類型的、由相同的煙草作物但在無微波輻射或其他專門為降低TSNA含量而設計的步驟下熟化而制備的煙草制品中的含量低至少約75wt％，優選至少低約90wt％，更優選至少低約95wt％，最優選低至少約99wt％。還優選非綠色或黃色的煙草制品包括適于人們消費的非綠色或黃色煙草，其選自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一種TSNA的含量比相應TSNA在與本發明產品相同類型的(如，一種香煙與另一香煙比)、用相同的煙草作物但在無微波輻射或其他降低TSNA含量的技術下熟化而制備的煙草制品中的含量低至少約75wt％，優選至少約90wt％，更優選至少約95wt％，最優選至少約99wt％。在這些實施方案中，TSNAwt％的對比可以這樣進行，例如，取用本發明的黃色干煙草制造的香煙，并取用與制備黃色干煙草相同的煙草作物而以常規方式熟化不進行微波輻射制得的煙草制造的香煙，進行對比。
其中優選對煙葉進行微波輻射步驟的黃化階段可以廣義地按以下幾種方式中的任一種來定義(a)檢查煙葉的顏色，當綠色基本上讓位于黃色時；(b)測定葉綠素轉化成糖的百分率；(c)觀察亞硝酸鹽的開始形成或亞硝胺的開始產生，這通常與黃化階段的末尾相一致，或(d)測定煙葉的水分含量，如當水分含量為約40-約70wt％時。如果微波輻射施于綠色煙草，則觀察不到對亞硝胺形成的抑制或防止。但當微波能在黃化開始之后、細胞完整性失去之前或TSNA在葉片上大量積累之前施加時，所觀察到的亞硝胺量的降低或亞硝胺形成的防止效果是顯著的和預料不到的，如下面討論的數據所示。
在黃化階段過程中對收獲后的煙草進行微波輻射的最佳時間隨多種因素而變化，包括品種的不同、環境的變化等。因此，在開始黃化(定義為，如，葉片中失去大量的綠色)到葉片基本上失去細胞完整性(當它變褐色時)的時間之間的時間段內，本領域普通技術人員可以確定出對任何給定煙草品種進行微波處理的最佳時間。例如，對于一個給定的基因型，可以對煙葉試樣進行本文所述的試驗，測定亞硝酸鹽或TSNA的含量，以確定出在給定的熟化循環中TSNA大量積累開始的相對時間，或確定出細胞失去完整性的過渡階段。在TSNA大量積累之前對煙葉進行微波輻射是本發明方法的最優選方式，但本發明的原理也可以適用于處于成型過程中、已經積累了大量TSNA的煙葉。當微波在這一較后階段進行時，TSNA的進一步形成可以被有效地抑制。但一旦煙葉經充分熟化，TSNA的量就基本上穩定了，再施加微波輻射不能降低TSNA的含量，除非在下述的復水條件下。
經受本發明的微波輻射時，煙葉一般具有低的水分含量，即低于約10wt％，通常約為5wt％。如果需要，葉片可以復水到變褐的、熟化后的煙草(如，佛吉尼亞烤煙為約11-15％)在生產成諸如香煙的煙草制品之前時的一般水分含量范圍。
本發明適用于所有品種的煙草，包括烤煙或佛吉尼亞大葉煙草變種、白肋煙變種、深色烤煙變種、東方煙變種/土耳其煙變種等。在本文的指示下，本領域普通技術人員可以確定出在熟化循環的最有效時間進行微波步驟，以便實現本發明的目的和優點。
本發明方法的優選方面包括，在對煙葉，優選包括煙梗，進行微波輻射之前，對煙葉機械壓榨以從其中壓榨出多余的水分的步驟，以便保證用微波裝置進行的干燥更均勻。這一步驟可以很方便地進行，即在煙葉進入微波室之前使其通過一對間隙適宜的旋轉圓筒輥。這一壓榨步驟有助于將煙梗和較小程度上中脈以及較大的葉脈中的水分榨出，從而可以得到更好和更均勻的干燥產品。所用的輥可以由硬橡膠、塑料或鋼材制備，可以是任意所需長度，優選相距約八分之一到約四分之一英寸，但優選將此距離選擇得適于容納有可能變化的單個煙葉的厚度。輥可以用皮帶或鏈由適當選擇的馬達驅動。除了旋轉輥之外，如果需要的話也可以使用其他類型的擠壓或壓榨手段來達到相同的結果，這對本領域普通技術人員來說是明顯的。
由于煙梗不必切掉，上述壓榨煙葉的優選實施方案可以完成更為高速的生產，且微波處理的時間可以縮短。這一實施方案對要用在香煙中的煙葉特別優異，這種煙葉通常含有一些煙草煙梗作為摻合物的一部分。或者，在煙梗被從煙葉上修剪并丟棄掉的應用中，如果需要的話可以省去壓榨步驟。
在另一個優選實施方案中，代替壓榨煙葉或切掉煙梗，在微波處理之前可以對煙葉進行蒸汽處理。與壓榨步驟一樣，對包括煙梗的整煙葉的蒸汽處理已證明水分更均勻地分布在煙梗和較大的葉脈中，從而使整個煙葉在微波處理時能更均勻地干燥。結果，采用這一特殊技術時在煙草制品中可以使用包括煙梗的整煙葉。盡管細節對本領域技術人員來說是很明顯的，但將煙葉放置在適宜的蒸汽容器中一段足以使煙葉稍變軟變柔順的時間，一般為約30秒到約5分鐘時，獲得了成功的結果。
本發明原理還可適用于已經復水的褐色或已經熟化的煙草。在這種情況下，當復水的褐色煙草經過微波輻射時，觀察到TSNA特別是NNN和NNK含量的重要的、預料不到的降低，但結果沒有在TSNA或亞硝酸鹽在煙葉中大量積累之前將本發明用于未熟化的褐色煙草時那么顯著。不過，向熟化煙葉中添加水分，如通過噴足夠的水將煙葉有效地浸泡，然后對復水煙葉微波處理，降低了TSNA的含量，如下面的實施例所示。
如上所述，當處理熟化或變褐的煙草時，僅用微波處理對亞硝胺含量只有很小的作用。但已經確定的是，在微波輻射之前對熟化煙草復水有利于微波能降低亞硝胺的作用。在一個優選的實施方案中，直接向煙葉中加入適宜量的水，通常是至少約10wt％到最大吸收量的水使熟化的煙草制品復水。用與上述的對未熟化煙草所采取的方式相同的方式將復水煙葉暴露于微波輻射，使亞硝胺含量降低，如下文所示。煙葉可以任意的適宜方式弄濕。如果熟化的煙草是非煙葉的形式，比如復原的“片”形的煙草，可以類似地用例如10-70wt％的水將其復水，然后進行微波處理。根據煙葉重新濕潤的程度可以選定適宜的微波條件，但一般落入微波處理黃色煙草的上述參數中。
根據本發明，對復水的褐色煙草進行微波處理可以將TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量，單獨測或合起來測，比復水前的熟化褐色煙草中的TSNA含量優選減少至少約25wt％，更優選至少約35wt％，甚至更優選至少約50wt％。
這里使用的術語“微波輻射”指的是頻率和波長一般表征為落入微波范疇的微波形式的電磁能。術語“微波”一般指電磁波譜在遠紅外區和常規無線電頻率之間的部分。微波的范圍從波長約1毫米、頻率約300000MHz到波長30厘米、頻率稍低于約1000MHz。本發明優選使用高能量的微波，一般在此頻率范圍的下端。在這個優選的頻率范圍內，用微波和用傳統方式如紅外(例如，在烹調中)加熱方法的基本區別是由于穿透力更高，微波一般快速地加熱到幾厘米的深度，而紅外加熱則要表面得多。在美國，工業微波設備如廚房用微波爐有分別為約915MHz和2450MHz的兩種標準頻率。這些頻率是標準的工業頻帶。在歐洲，通常使用的微波頻率為2450和896MHz。但在經過適當平衡的條件下，可以用其他頻率和波長的微波來達到本發明的目的和優點。
根據所需的應用，可以產生不同功率水平的微波能。微波一般是用磁控管(magnatron)產生的，常規的廚房級微波設備功率為600-1000瓦(通常為約800瓦)，但工業設備能夠產生高至數百千瓦的功率，一般通過加約1千瓦的模塊(modular source)來實現。磁控管可以產生適宜高頻率的脈沖或連續波。
高頻發生器(applicator)(或爐)是微波功率發生器和被加熱的物料之間的必要連接部件。對本發明來說，可以使用任何理想的高頻發生器，只要它適于使煙草部分有效地經受輻射。高頻發生器應當與微波發生器匹配以使功率轉化得最佳，應當避免能量向外面泄漏。對于大的樣品來說，如果需要可以使用直徑大于幾個波長的多模諧振腔室(微波爐)。為了確保煙葉的均勻加熱，高頻發生器可以配有振蕩模攪拌器(modestirrer)(一種金屬的活動裝置，能連續改變場分布)和活動的工作臺臺面如傳送帶。與煙葉堆相反，將單個葉片厚度暴露于微波輻射可獲得最好的結果。
在本發明優選的實施方案中，微波條件包括，微波頻率為約900MHz-約2500MHz，更優選約915MHz和約2450MHz，對廚房型高頻發生器功率為約600瓦到300千瓦，更優選約600-約1000瓦，對工業多模高頻發生器為約2-75千瓦，更優選約5-約50千瓦。加熱時間通常為至少約1秒鐘，更通常為約10秒鐘到約5分鐘。當處理的是單層煙葉而不是煙葉堆時，在約800-1000瓦的功率下加熱時間優選為約1分鐘到約21/2分鐘。用功率范圍較高的如2-75千瓦的工業規模高頻發生器，當處理的是單層煙葉而不是煙葉堆時，加熱時間可以短些，為約5秒到約60秒，在功率50千瓦下一般為10-30秒。當然，本領域普通技術人員理解的是，對于任何給定的高頻發生器，最佳的微波場密度可以根據腔室體積、所用功率和煙葉水分含量確定。一般而言，利用較高的功率，煙葉經受微波輻射所需要的時間就較短。
但上述條件不是絕對的，只要按本發明的教導，本領域的普通技術人員應能夠確定出適宜的微波參數。微波輻射優選施用于葉片或其部分，處理時間為足以有效地將煙葉干燥，而不會炭化，以便適于人消費。還優選向煙葉或其部分施加一定時間和功率足以將水分含量降低到低于約20wt％，更優選約10wt％的微波輻射。
現在參考圖3，用局部透視圖表示了一個工業規模微波發生器的實施方案。具體地說，示意了一個Microdry 300kW煙草微波干燥系統1，包括活動的車架2(圖的右側前端未示出)，設置傳送器的微波爐3，其內部包括四個單壁構造的爐室(可以適宜地用3003H14鋁建造)，測得每個腔室為約16’長×84”寬×48”高。每個腔室配有四個檢修門，每側有兩個。門是雙聯鎖的以便防止偶然地暴露于微波能。
在圖3中，示出了一個自動切割機構5，包括多個(如12個)旋轉葉片，以從煙葉4上除去煙梗。切刀可以是寬約3.4”的直片，向下切至手工喂入的煙葉中心。如果需要，可以裝配適宜的防護裝置，以便防止操作者的手進入。盡管圖3示意了煙梗切割機，但如上所述，根據本發明的其他實施方案可以使用整個的煙葉。這樣，代替煙梗切割機構，該設備中可以使用蒸汽容器或一對從煙葉中壓榨水分的輥。
回到圖3，煙梗切割操作后，切過的煙葉6由傳送帶7輸送到內有四個腔室的主微波爐3。在一個實施方案中，系統中爐的長度接近78英尺。進入爐中時及進入爐中后，傳送系統可交替形成多條，例如6條速度可變的聚丙烯帶，其以這樣的方式排列；使切下的煙梗從兩帶之間掉進裝在傳送帶下方的料斗中(未示出)。然后，傳送帶攜帶切過的煙葉通過裝在設計用來容納微波能的各腔室一邊一個的兩個收集器中的一個，然后進入一個選定的腔室，在此，每個葉片按本發明的上述原理經受微波處理。微波處理后，傳送帶攜帶煙葉經過腔室出口，經由爐排料收集器排出微波爐，然后它們被送入適宜的容器以進行進一步加工。
為了將帶有水分的空氣從腔室和爐中除去，可以在系統中安置一套包括提供循環空氣的適宜風機在內的排氣系統(參見圖3中的水分排出口，物8是作了標記的一個，作為代表)。如果需要，還可以通過適當間隔開的循環空氣對流加熱源來控制爐內部的溫度，從而在傳送帶輸送煙葉的過程中使微波腔室外面的爐內部分保持在優選的恒定溫度下，如160-180°F。在如圖3所示的野外使用移動系統中，電需求可以由一對常規的柴油發電機9，10來提供。當然，微波干燥系統也可以在固定的位置上操作，如果需要，由常規電源供電。
圖3中爐3內的四個腔室各自從相應的Microdry IV-75型微波電源接受微波能。微波能經分流器由每個腔室頂端的兩個孔進入各腔室。每個腔室中，孔的下面設有振蕩模攪拌器幫助微波能的分布。每個微波電源是完全獨立的小室，內有需要的組件以操作75kW磁控管。微波功率的控制器位于室上。該組件被設計成可在工業環境下無人控制連續操作。每臺微波功率發生器可以位于每個室中，或與室有一定的距離。但在50’的距離處，波導線的損失為約2％。每臺功率發生器可以給工業操作提供可調節的微波能。在FCC分配頻率915MHz下，輸出功率可從0調至約75kW，交通過用控制板上的控制旋鈕手工調節固態控制回路進行控制或用來自過程控制器的4-20毫安控制信號遙控進行控制。雖然回路控制功率輸出從0開始，在約5kW以下的水平時頻譜變寬。每個室的功率發生器基本上是直流電源操作的工業用磁控管，它由為自動和人工操作而設計的電路功能元件操作和保護。發生器的電路功能元件由裝在小室門上的控制板儀表監控。測量內容包括陽極電流、陽極電壓、輸出功率、燈絲電流、電磁流和反射功率。電機械聯鎖功能元件的操作由裝在控制板上的指定燈監控。每個微波功率發生器室的門全寬度便于可以最大可能地接納組件。一個內置式的電磁干擾屏蔽罩中裝有磁控管及相連的微波組件。留有門以便安置磁控管和電磁鐵。該系統中包括有裝在室內的循環壓縮機和水負荷，在高反射功率條件下起隔離器作用以保護磁控管。微波功率發生器用壓縮空氣和水來冷卻發熱元件。磁控管和電磁鐵由閉合回路的軟化水循環系統冷卻。可以用獨立的水源和熱交換器冷卻循環回路中的水。獨立的水源也流經小室內的水空氣熱交換器，將小室的空氣冷卻。高壓離心風機給磁控管輸出窗和陰極結構提供冷卻。水和室的溫度在控制系統動力鏈中是連鎖的。這個系統中的每個微波發生器的一般參考數據如下輸入功率 95KVA，440-480VAC，3相，60Hz輸出功率 915+/-10MHz下75kW磁控管 CTL，CWM 75 I典型的磁控管操作參考數據如下AC燈絲電壓 11.4V燈絲電流 85ADC陽極電壓 17KV陽極電流 5.0ADC電磁 4.3A效率 80％此外，一個典型的微波發生器可使用碳鋼機殼，在小室頂端適宜的位置有輸出連接(WR 975波導)。
在生產率試驗中，一般如上所述設計的微波煙草干燥系統能有效地消除煙葉中80％以上的水分。特別是，在一個測定的試樣中，15磅假定初始水分含量為85wt％，固含量為15wt％的煙葉以單片煙葉的厚度約180lb/小時的速度被輸送通過微波腔室。從微波腔室排出后給煙葉稱重。終重量為4.6lb，或者說初始重量的31％。這樣，基于假定的初始水分含量，在煙葉中還保留有2.35磅的水分，相當于初始水分含量的18.5％。
如圖2所示，根據本發明對黃色煙草進行的微波處理優選得到金黃色干煙草制品。這里的數據表明這種干燥煙草，在其尚未被吸的狀態下，致癌亞硝胺，特別是NNN和NNK與普通熟化煙草相比大大減少。
還發現比上述微波范圍的頻率更高、波長更短的集中(concentrated)形式的電磁輻射(即，能與一般的暴露于可見光譜中的陽光或電光區別的集中)能用來實現本發明的基本目的--降低或基本上消除煙草制品中的TSNA，方法是用這種能量形式處理煙草，處理時間大約與上面針對微波處理實施方案所描述的收獲后時間相同。換句話說，當使用這樣的替代能源時，可以采用與上面針對微波處理所描述的相同的普通和優選技術和原理；例如，在收獲后大致相同的時間段用這種輻射來處理煙草，輻射前可以將煙葉除煙梗，在輥之間壓榨或蒸制等。
但是，盡管這種可供選擇的能源已被確定年明顯和理想地減少或基本上消除TSNA或防止其形成，但至今為止沒有任何一個經試驗的其他實施方案有上面詳述的微波技術干燥煙葉那么好的效果。因此在使用這類可供選擇的能源時，優選對經過輻射的煙葉進行進一步的加工以便完成熟化循環，如結合輻射步驟與后續的烘箱干燥或滾筒干燥步驟。
具體地說，相信任何常規電磁波譜中的、比微波頻率高的電磁輻射源和加速粒子束，如電子束均可以在煙草尚未熟化并處于易于減少TSNA量或抑制TSNA形成的狀態下明顯減少、基本消除和/或防止TSNA的形成。在電磁波譜的范圍內，微波一般定義為包括頻率為1011Hz、波長為3×10-3米的電磁輻射，這樣的能源包括但不限于頻率約1012Hz-1014Hz，波長為3×10-4-3×10-6米的遠紅外和紅外輻射，頻率為約1016Hz-1018Hz，波長為3×10-8-3×1010米的紫外線，軟X射線或激光，陰極射線(從真空管陰極向表面垂直發射的帶負電荷的電子流)，X射線和γ射線，一般特征是頻率在相應的波長下為1021Hz和更高。
對本領域普通技術人員來說很明顯的是，能源釋放的輻射劑量越大，煙葉經受輻射達到所需要的效果的時間越短。典型地，當使用這種頻率較高的輻射源時，輻射時間低于1分鐘，優選短于30秒，甚至更優選短于約10秒。換一種方式定義，輻射時間至少約1秒是優選的。但是，如下面的實施例所示，如果需要的話可以控制暴露速度來隨時間的推移釋放輻射劑量。例如，1兆拉德的輻射可以瞬時釋放出來(與下面實施例17中所述的電子束加速器一樣)，或者以一預定的暴露速度(如在以下實施例19中討論的封閉室γ輻射試驗為例，其中1兆拉德(10k戈瑞)輻射以約0.8兆拉德/小時的暴露速率釋放)。當使用高頻輻射源時，優選采用的輻射量為使TSNA比未處理的試樣至少減少50％。雖然對本領域普通技術人員來說具體的輻射劑量和暴露速率取決于應用的具體要求和輻射源的種類，但一般優選使煙草試樣經受約0.1-約10兆拉德，更優選約0.5-約5兆拉德，更優選約0.75-約1.5兆拉德的輻射。
在下面的實施例中所說明，用加速電子束、CO2激光和γ輻射作為另外的輻射源的例子對多種煙草試樣進行了試驗。在每種情況中，未熟化的、經過照射的煙草試樣都表明TSNA含量明顯降低和/或基本上消除。
在本發明的另一個實施方案中，在循環空氣對流爐中對處于易處理狀態的煙草進行處理，也被證明降低了TSNA的含量，盡管煙葉的質量有所下降。與普通的、不能有效降低TSNA含量并且也會降低煙草質量的烤箱不同，在循環空氣對流爐中，從約100°F到約500°F溫度加熱，加熱時間為在溫度范圍下端時1小時，到在溫度上端時約5分鐘，可以有效地在煙草處于本文定義的上述易感狀態下降低TSNA在煙草中的含量或抑制TSNA的形成。甚至更優選的是，循環空氣對流加熱和微波輻射相結合的加熱爐可以縮短加熱時間同時改進煙葉的質量。例如，當單獨使用對流爐時，在葉片部分干燥時葉脈和煙梗尚沒有充分干燥，從而導致葉片部分過干和易碎。微波處理和循環對流爐加熱結合能夠改進葉片的質量，獲得更為均勻干燥的產品。
另一方面，本發明涉及減少或基本上消除吸煙、嚼煙或以其他方式攝入了煙草的人體或動物體中的煙草特有亞硝胺的含量的方法，方法是提供一種明顯減少或基本上消除了TSNA的煙草制品以供消費。
使未熟化的煙草經受微波或其他輻射能量被證明能夠有效地提供亞硝胺含量令人驚異地低的煙草。剝去和丟棄掉煙葉三分之一到二分之一長度的下部煙梗可以促進這些技術，特別是在不采用上述的去煙梗、擠水或蒸制步驟的情況下。這種方式中去掉了煙梗，所得的微波處理的煙葉不需要使用捶擊機，因為煙梗的不希望有的部分已經被去除了。結果，通常煙草制品與捶擊有關的損失可以避免，降低煙草的浪費近10％-30％。
本發明的改進煙草可以在任何煙草制品中全部或部分地代替普通熟化的煙草，所述煙草制品包括香煙、雪茄、嚼煙、煙草口香糖、煙草糖錠、煙草袋、鼻煙或煙草風味劑和食品添加劑。對吸煙而言，本發明在保持良好的抽吸特性并完全具有普通煙堿含量的風味的同時，能夠提供較少的有害氣味。對于口香糖、鼻煙、煙草袋和食品添加劑來說，本發明的煙草具有令人愉快的醇厚風味。
現在結合下面的實施例說明本發明，但并不用這些實施例以任何方式限制本發明的范圍。
實施例1收獲佛吉尼亞烤煙。將煙葉放置在熟化室中，在約100-110°F下開始煙熏處理。煙葉變黃后，約為收獲后24-36小時，從室中取出試樣1-3。試樣1為葉片試樣，剝去中脈，于約400-500℃下的對流空氣爐中焙烤約1小時，使煙葉片變褐。試樣2是黃色葉片，置于Go1dstarMA-1572M型微波爐(2450MHz)中，設定高功率(1000瓦)加熱約21/2分鐘，加熱時旋轉。試樣3是黃色煙葉，不處理，用作對照。試樣4和5在約180°F的高溫下保留在熟化室中，試樣4在架子外面干燥，試樣5在架子里面干燥。試樣6是熟化的褐色葉片，經過普通的煙熏處理。
對每個試樣進行分析，測定NNN，NAT，NAB和NNK的含量。在這個和后面的實施例中，“TSNA”代表這四種煙草特有的亞硝胺的總和。進行典型的TSNA分析后，將試樣整理并提取(參見，例如，Burton等人，“煙葉組織中煙草成分的分布。1、煙草特有的亞硝胺、硝酸鹽、亞硝酸鹽和生物堿”，J.Agric.Food Chem.，卷40，1992年第6期)，用Thermedics Inc.TEA 543型熱能分析儀和Hewlett-Packard 5890 A型氣相色譜定量分析各TSNA。結果列于下面表1。下面每個表中的所有數據以每克試樣中亞硝胺的微克數(即，百萬分的份數或μg/g)表示。
表1
實施例2收獲佛吉尼亞烤煙。試樣7是用作對照的新采收綠色煙葉，試樣8是經過微波輻射的新采收綠色煙葉，用MicroDry of Louisville，Kentucky生產的多模微波發生器，在2450MHz，2.5千瓦下操作約20秒。試樣9-12是用普通煙熏的褐色煙草制作的。試樣9是制好的香煙中的煙草；試樣10是用來制造香煙的松散的煙絲；試樣11和12分別與試樣9(香煙)和10(松散)相同，只是它們都經過與試樣8相同條件的微波處理。用與實施例1相同的方法分析TSNA的含量。結果列于表2。
表2
實施例3下面表3中所示的香煙品牌是在Lexington，Kentucky的不同零售商處隨機購買的，用實施例1中所述的方法分析TSNA的含量。
表3
實施例4收獲佛吉尼亞烤煙。將煙葉放置在約100-110°F熟化室中開始煙熏處理。煙葉變黃后，收獲后約24-36小時，從熟化室中將它們取出，用Goldstar MA-1572 M型微波爐(2450MHz)設定高功率(1000瓦)進行微波處理約21/2分鐘，同時旋轉。這一操作將煙葉有效地干燥，雖然它們并沒有變褐，但保持了它們的金黃色。煙葉被切碎并制成香煙。試樣29-33取自標記為Red Full Flavor的一批，試樣34-38取自標記為Blue Light的一批。試樣39-42是從保健食品店購買的香煙，牌子為Natural American Spirit。用實施例1中所述的方法分析試樣29-42的TSNA含量，結果列于下面表4。
表4
>本文表中的STD是所示試樣平均值的標準誤差。
實施例5收獲佛吉尼亞烤煙。將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣43-44是在煙葉變黃后，收獲后約24-36小時，從熟化室中取出，分別用上述MicroDry多模微波發生器以約6千瓦的功率經受微波輻射約20和30秒。試樣43和44是微波處理后的金黃色干煙葉。試樣45-51是用經過常規煙熏處理的褐色熟化煙葉做的。試樣45是對照試樣；試樣46和47分別在預熱到約400-500°F的對流爐中烤制約1和約3分鐘；試樣48和49分別在Waveguide WR-975型微波發生器，一種MicroDry生產的大型多模爐(功率設定為0-75KW)，中經受微波輻射(915MHz)，在50千瓦下約10和40秒。試樣50和51是用煙熏煙葉制作的煙絲(復原片)。試樣50在Waveguide微波爐中在50千瓦下經受微波輻射約1.5分鐘，試樣51在預熱到約400-500°F的對流爐中烤制約3分鐘。用實施例1中所述的方法分析這些試樣的TSNA含量，結果列于下面表5。
表5
實施例6收獲佛吉尼亞煙草。將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣52-55是由在約24-36小時后從熟化室中取出的黃色煙草，在Goldstar MA-1572M型微波爐(2450MHz)，設定高功率(1000瓦)下經微波輻射約2分鐘制成的香煙。為了對比，試樣61和62是由經過常規煙熏處理，不經微波處理的煙葉制成的香煙。試樣56是熟化的；試樣57是發黃后未充分熟化的；試樣58是熟化的葉片，則試樣59和60是熟化的中脈。按照實施例1測定TSNA含量，結果列于下面表6。
表6
實施例7收獲佛吉尼亞烤煙。試樣63和66是未熟化的新采收綠色煙草，然而在TSNA測定之前停留1周，這樣發生一定的空氣熟化。其余的煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣68是在收獲后約24-36小時變黃后從熟化室中取出的煙葉，在上述Waveguide多模發生器中以25千瓦的功率進行微波輻射約40秒。
試樣64/65(煙葉)和67/70(復原片狀煙草，或煙“絲”)證明了本發明在熟化煙草復水后經受微波輻射的效果。試樣64和65是經過常規煙熏處理的煙葉試樣；但試樣64在打開的水龍頭下通過約5-10秒進行復水。煙葉吸收了大量的水分。然后，試樣64和65均在Waveguide多模發生器中在25千瓦下進行微波處理約40秒。試樣67和70是用熟化煙葉制備的復原片狀煙草試樣。通過加水使試樣67吸收大量的水分達到復水，然后在上述試樣64的條件下進行微波輻射。試樣70不進行微波處理。試樣69、71和72是用作對照的其他熟化煙葉。按照實施例1測量TSNA的含量，結果列于下面表7。
表7
實施例8收獲佛吉尼亞烤煙。將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣73是在收獲后約24-36小時煙葉變黃后從熟化室中取出的煙葉，在Goldstar MA-1572M型微波爐中設定高功率微波輻射約2分鐘。試樣74-76按常規方式煙熏。試樣74是熟化的對照例。試樣75和76按實施例7復水(試樣64)，然后每個試樣在MicroDry發生器(2450MHz)中微波輻射分別約20秒(試樣75)和約40秒(試樣76)，功率為約6千瓦。試樣77-79是用煙熏的煙葉制備的復原的片狀煙草。試樣77是對照試樣，而試樣78和79按實施例7(試樣67)復水。試樣78和79分別在MicroDry發生器中微波處理約30秒；試樣78放在爐的底部，而試樣79裝在styrofoam杯中升高幾英寸，可以加熱得更均勻。按實施例1測量TSNA含量，結果列于下面的表8中。
表8
實施例9試樣80-81是在零售商處購買的Redman嚼煙。試樣80是對照，試樣81在Goldstar MA-1572M型微波爐中設定高功率微波輻射約1-2分鐘。試樣82-83是在零售商處購買的Skoal鼻煙。試樣82是對照，試樣83以相同于試樣81的方式微波輻射。測定TSNA的含量，結果列于下面表9中。
表9
實施例10為了試驗TSNA在黃色煙草經本發明微波輻射后是否會隨時間積累，在第一次測量TSNA含量后7個多月對實施例4中試驗的附加香煙試樣(標號-A)-試樣29、35和39(對照)重新進行實施例4記載的TSNA含量試驗。結果列于下面表10。
表10
實施例11收獲佛吉尼亞烤煙，將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。煙葉變黃后，收獲后約24-36小時，將煙葉從熟化室中取出，在Goldstar MA-1572M型微波爐中設定高功率微波輻射約2-21/2分鐘。每個葉片為金黃色，得到有效干燥。一些試樣，標明“磨碎”，隨后磨成粉末狀物質，可以用于例如口香糖、糖錠或食品添加劑。煙葉被微波處理6個多月后，用實施例1描述的方法測定下面試樣的TSNA含量。結果列于下面表11。
表11
實施例12收獲佛吉尼亞烤煙，將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣104和105是進行了普通煙熏處理未進行微波處理的煙葉試樣。試樣104是熟化的中脈，試樣105是熟化的葉片。試樣106是在煙葉變黃后，收獲后約24-36小時從熟化室取出的黃色煙葉。從熟化室取出后，煙葉在Goldstar MA-1572M型微波爐中設定高功率微波輻射約2-21/2分鐘。煙葉均為金黃色，得到有效干燥。一些干燥的葉片進一步按傳統方式加工以形成煙草提取物，將其標為試樣107以供分析。用實施例1描述的方法測定試樣104-107的TSNA含量。結果列于下面表12中。
表12
>實施例13收獲佛吉尼亞烤煙，將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣108和109是經過常規煙熏處理的煙葉試樣。試樣108是熟化的葉片，試樣109是熟化的中脈。試樣110和111是在煙葉變黃后，收獲后約24-36小時，從熟化室中取出的黃色煙草。從熟化室中取出后，試樣110和111在循環空氣對流爐，Sharp Carousel No.R-9H84B型對流/微波爐中加熱。試樣110在約300°F下快速加熱5-10分鐘。試樣111在較低的溫度下較緩慢地加熱，在約100°F開始，10多分鐘后上升到約150°F，總共的加熱時間為20多分鐘。用實施例1描述的方法測定試樣108-111的TSNA含量。結果列于下面的表13中。
表13
選的實施方案，微波處理的煙葉被有效干燥并且在經受處理后保持了金黃色，同時柔軟易彎曲便于進一步加工，特別是用作香煙。在對流爐加工的試樣中，葉片干燥時趨于破碎成粉末和小的煙草顆粒。
實施例14收獲Kentucky白肋煙，煙葉在收獲后約24-48小時開始變黃后如下加工。試樣112-117是這一批的煙葉試樣，進一步如下加工。試樣112在大致相同于實施例12的試樣106的條件下微波處理。煙葉為金黃色并得到有效干燥。試樣113、114和117在相同于實施例13所述的循環空氣對流爐中加熱，試樣113的加熱條件與試樣110的大致相同，試樣114的加熱條件與試樣111的條件大致相同，試樣117在約350°F下加熱約20分鐘。試樣113、114和117的質量與實施例13所述的試樣110和111的類似。試樣115和116在實施例13中所述的Sharp Carousel對流/微波爐中加熱，用微波(30％)和對流(300℃)相結合，直至煙葉有效地干燥到金黃色。用實施例1所述的方法測定試樣112-117的TSNA含量。結果列于下面的表14。
表14
實施例15收獲佛吉尼亞烤煙，將煙葉放置在約100-110°F的熟化室中開始煙熏處理。試樣118-120是在煙葉開始黃化后從熟化室中取出，其后不久在普通的廚房用微波爐中進行微波輻射約2-21/2分鐘，直至煙葉有效干燥成金黃色，但沒有燃燒或炭化的煙葉試樣。試樣121和123是Kentucky白肋煙試樣，其被收獲并在開始黃化后按下面的每種情況加工。試樣121放在煙草工業常用的傳統蒸汽滾筒干燥器中，在約200°F下，直到煙葉變褐和稍微干燥。試樣122在上述Goldstar微波爐中高功率微波輻射約2分鐘，用水復水并放在滾筒干燥器中使煙葉稍微變褐，據信這樣能增進風味。試樣123象試樣122那樣處理，只是它經1分鐘的微波輻射并且在放入滾筒干燥器之前不復水。按實施例1那樣測定TSNA的含量，結果列于下面的表15。
表15
實施例16收獲北卡羅來納白肋煙，煙葉在收獲后約2-3天，開始變黃后進行如下的加工。試樣118是用與上述Goldstar微波爐同類型的微波爐在高功率下微波輻射約2分鐘的煙葉試樣。經微波處理后煙葉為金黃色并得到有效的干燥。用實施例1所述的方法測定TSNA含量。結果列于下面的表16中。
表16
實施例17這一實施例證明用電子束輻射以降低黃色煙草試樣中TSNA的含量或基本上防止其形成的有效性。收獲北卡羅來納白肋煙。試樣119-122是葉片試樣，按通常方式懸掛在外面進行空氣熟化，直到煙葉被有效地干燥和變褐。試樣119不經處理作為對照。試樣120和121在傳送帶上經受電子束輻射，使用Edgewood，N.Y.的Radiation Dynamics，Inc.生產的Dynamitron電子束加速器，暴露速率為1兆拉德。試樣122在Goldstar微波爐中用高功率微波輻射約2分鐘。試樣123是在白肋煙葉開始變黃后從其端部取的試樣。試樣124是葉梗部分，取自與試樣123相同的作物，尚有些綠色。試樣125和126是黃色階段的整葉白肋煙試樣。用上述Dynamitron，以與上述試樣120和121相同的方式和相同的暴露速度進行電子束輻射。按照實施例1所述的方法測定上述試樣的TSNA含量，結果列于下面的表17中。
表17
盡管上述數據表明電子束輻射能有效地防止大量煙草特有的亞硝胺在受試驗的煙葉試樣中的形成，但煙葉不如處于相似收獲后狀態的煙葉經受本申請其他實施例所述的微波輻射那么有效地被干燥。因此工業應用電子束輻射加工需要另外的干燥步驟，如將輻射后的煙葉輸送通過常規的干燥箱以促進熟化過程。
實施例18本實施例證明激光產生的高能射線也能有效地達到本發明降低TSNA含量的目的。用Luxar Corp.生產的LX-20SP型CO2激光儀在收獲后約2-3天對黃色佛吉尼亞烤煙葉進行輻射。在superpulse E程序下使用一個NovaScan機頭，它確定釋放的速度，以每秒的輻射圖數計。設定E10，每秒釋放10次。按照下面的方案輻射8個煙葉子試樣T-1到T-8
2瓦時，每掃描一次或通過一次釋放約120mJ的能量，而4瓦時，同樣掃描一次釋放約240mJ的能量。
子試樣T-1到T-4混合并結合在一起形成煙葉試樣127，該試樣按實施例1中所述的方法評估TSNA含量。子試樣T-5到T-8類似地混合并結合在一起形成煙葉試樣128，并類似地測定其TSNA的含量。結果列于下面的表18。
表18
與實施例17所述的試樣相同，CO2激光輻射的試樣不能象微波輻射的試樣那樣有效地干燥，盡管TSNA含量低，但因此要采用額外的干燥步驟來加速熟化過程。還有，CO2激光輻射之后TSNA測試之前，八個子試樣中的六個少許變褐，對TSNA含量沒有明顯的影響。
實施例19本實施例說明γ射線也能有效地防止TSNA在黃色煙草中大量形成。在收獲后約2-3天，煙葉剛剛變黃之后取佛吉尼亞烤煙。試樣129-132分別取自黃色煙葉的葉片部分，在密閉倉室中以8kGrey(0.8兆拉德)/小時的暴露速率進行10kGrey(1兆拉德)的γ輻射，總暴露時間約75分鐘。隨后按上述的相同方式評估輻射試樣TSNA的含量，結果列于下面的表19中。
表19
對本領域技術人員來說顯然的是，在不離開要求保護的發明的精神和范圍下對優選的實施方案可以進行各種變化和改進。因此，上面的說明僅用以舉例說明而不應看作是任何限制。
權利要求
1.一種將收獲的煙葉中亞硝胺的量降低或防止亞硝胺形成的方法，包括(i)(a)從煙葉上除去煙梗，(b)將煙葉壓榨除去多余水分，或(c)使煙葉經受蒸汽處理的步驟，和(ii)使煙葉的至少一部分經受微波輻射，而所述部分未經熟化并處于易于降低亞硝胺的量或易于抑制亞硝胺形成的狀態，輻射時間為足以將至少一種亞硝胺的量降低或基本上防止至少一種亞硝胺形成的時間，其中所述的經受微波輻射是在煙葉或其部分上，在葉片開始黃化之后和煙草特有的亞硝胺在葉片中大量積累之前進行，和其中所述的煙葉或其部分安置成單層的厚度而不使煙葉堆疊或堆積。
2.根據權利要求1的方法，其中所述的步驟是(b)或(c)和煙葉包括煙梗。
3.一種將收獲的煙葉中亞硝胺的量降低或防止亞硝胺形成的方法，包括使煙葉的至少一部分經受電磁波譜中頻率高于微波區域的集中(concentrated)形式的輻射，而所述部分未經熟化并處于易于降低亞硝胺的量或易于抑制亞硝胺形成的狀態，輻射時間為足以將至少一種亞硝胺的量降低或基本上防止至少一種亞硝胺形成的時間。
4.根據權利要求3的方法，其中所述的經受輻射是在煙葉或其部分上，在葉片開始黃化之后和煙草特有的亞硝胺在葉片中大量積累之前進行。
5.根據權利要求3的方法，其中所述的經受輻射是在煙葉基本失去細胞完整性之前進行。
6.根據權利要求3的方法，其中所述的煙葉是烤煙，所述的經受輻射在收獲后約24-72小時之內進行。
7.根據權利要求3的方法，其中在預定功率水平下對煙葉施加所述輻射的時間為至少約1秒。
8.根據權利要求3的方法，其中所述的經受輻射防止了至少一種煙草特有的亞硝胺在煙葉中的正常積累。
9.根據權利要求8的方法，其中所述的至少一種煙草特有的亞硝胺選自N’-亞硝基降煙堿、4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亞硝基新煙草堿和N’-亞硝基毒藜堿。
10.根據權利要求4的方法，其中所述的經受輻射在安置成單層的厚度不堆疊或堆積的煙葉上進行。
11.根據權利要求10的方法，還包括，在所述的經受輻射之前，(a)從煙葉上除去煙梗，(b)將煙葉壓榨除去多余水分，或(c)使煙葉經受蒸汽處理的步驟。
12.根據權利要求3的方法，還包括在進行輻射步驟之后將該部分干燥。
13.根據權利要求3的方法，其中所述的輻射由激光束產生。
14.根據權利要求3的方法，其中所述的輻射是由電子加速器產生的電子束。
15.根據權利要求3的方法，其中所述的輻射是γ輻射。
16.一種煙草制品，包括至少一種煙草特有的亞硝胺的含量降低了的煙草，其制造方法包括在煙草未經熟化并處于易于抑制所述的至少一種煙草特有亞硝胺的形成的狀態時，使煙草經受電磁波譜中頻率高于微波區域的集中形式的輻射。
17.根據權利要求16的煙草制品，其中所述的經受輻射是在煙葉或其部分上，在葉片開始黃化之后和煙草特有的亞硝胺在葉片中大量積累之前進行。
18.根據權利要求16的煙草制品，其中所述的經受輻射在煙草基本上失去細胞完整性之前進行。
19.根據權利要求17的煙草制品，其中所述的煙草是烤煙，所述經受輻射在收獲后約24-約72小時之內進行。
20.根據權利要求16的煙草制品，其中所述的微波輻射在預定功率水平下對煙葉進行至少約1秒鐘。
21.根據權利要求20的煙草制品，其中所述的經受輻射防止了至少一種煙草特有的亞硝胺在葉片中的正常積累。
22.根據權利要求21的煙草制品，其中所述的至少一種煙草特有的亞硝胺選自N’-亞硝基降煙堿、4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亞硝基新煙草堿和N’-亞硝基毒藜堿。
23.根據權利要求17的煙草制品，其中所述的經受輻射對安置成單層厚度、不堆疊或堆積的煙葉進行。
24.根據權利要求23的煙草制品，還包括在所述的經受輻射之前，(a)從煙葉上除去煙梗，(b)將煙葉壓榨除去多余水分，或(c)使煙葉經受蒸汽處理的步驟。
25.根據權利要求16的煙草制品，還包括在進行輻射步驟之后將該部分干燥。
26.根據權利要求16的煙草制品，其中所述的輻射由激光束產生。
27.根據權利要求16的煙草制品，其中所述的輻射是由電子加速器產生的電子束。
28.根據權利要求16的煙草制品，其中所述的輻射是γ輻射。
29.一種將熟化的褐色煙草中至少一種煙草特有的亞硝胺的含量降低的方法，包括將熟化的煙草復水，和使復水煙草在預定的能量水平下經受電磁波譜中頻率高于微波區域的集中形式的輻射預定長的時間。
30.根據權利要求29的方法，其中所述的復水步驟包括向熟化煙草中加水使煙草吸收約10wt％到最大吸收能力量的水分。
31.根據權利要求29的方法，其中所述的至少一種煙草特有的亞硝胺選自N’-亞硝基降煙堿、4-(N-亞硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亞硝基新煙草堿和N’-亞硝基毒藜堿。
32.一種生產煙草制品的方法，包括使收獲的煙葉經受電磁波譜中頻率高于微波區域的集中形式的輻射，而所述煙葉未經熟化并處于易于降低煙草特有的亞硝胺的量或易于抑制煙草特有的亞硝胺形成的狀態，輻射時間為足以將煙葉中至少一種煙草特有的亞硝胺的量降低或基本上防止煙葉中至少一種煙草特有的亞硝胺形成的時間，和制成包括微波處理的煙葉的所述煙草制品，該煙草制品選自香煙、雪茄、嚼煙、鼻煙和含煙草的口香糖(gum)和糖錠。
33.根據權利要求32的方法，其中煙葉在煙葉開始黃化之后和煙草特有的亞硝胺在煙葉中大量積累之前經受所述輻射。
全文摘要
本發明公開了降低致癌亞硝胺在收獲后的煙葉如煙草和大麻(marijuama)中的含量和防止其形成的方法。該方法涉及在熟化循環的適宜時間使煙葉經受微波和/或高頻輻射。用這種煙草可以制得本發明的適于人消費的制品,如香煙、雪茄等,其煙草特有的亞硝胺的含量與新采收的綠色煙草相同。在優選的實施方案中,所得的煙草制品為金黃色的干煙葉,與常規熟化的煙草相比其已知的致癌物NNN和NNK的量幾乎可忽略不計。
文檔編號A24B15/18GK1272768SQ98808356
公開日2000年11月8日 申請日期1998年6月9日 優先權日1997年6月20日
發明者J·R·威廉斯 申請人:里金特考特技術公司