专利名称：处理烟草减少亚硝胺含量的方法和由此制得的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种处理烟草以降低经常在烟草中发现的有害亚硝胺的含量或防止其生成的方法。本发明还涉及亚硝胺含量低的烟草制品。
相关申请的相互参考本申请是1997年6月20日申请的序号为08/879905的申请的接续申请，后者是1996年12月2日申请的08/757104号申请的接续申请，后者又是1996年10月30日申请、现已放弃的08/739942号申请的接续申请，后者是1996年9月23日申请、现已放弃的08/725691号申请的接续申请，后者是1996年6月28日申请的08/671718号申请的接续申请。本申请和上述的申请，除了1996年6月28日申请的08/671718号申请之外，要求享有1996年8月5日申请的60/023205号临时申请的优先权。
背景技术：
有人曾经描述过利用微波能干燥农产品。授予Hopkins的US 4430806号专利描述了利用微波能熟化(cure)烟草。在US 4898189中，Wochnowski教导了用微波来处理绿色烟草，从而控制水分含量以便储藏或运输。US3699976描述了用微波能杀灭侵扰烟草的昆虫。此外，已经公开过用惰性有机液体浸渍烟草以便通过冲洗手段来提取扩展的有机物质的技术(US 4821747)，其中，混合物是暴露于微波能的。在另一个实施方案中，公开了用微波能作为挤出的含烟草物料的干燥机制(US 4874000)。在US3773055中，Stungis公开了用微波干燥和展开用湿烟草制造的香烟。
以前，为了减少焦油及有害致癌亚硝胺的努力主要包括在吸烟时使用过滤嘴。此外，曾经试图采用添加剂来阻挡住烟草中的有害致癌物的作用。这些努力在降低与吸烟有关的肿瘤发病率方面均告失败。已知新采割的绿色烟草事实上不含亚硝胺致癌物。例如参见，Wiernik等人的“空气熟化对烟草化学组成的影响”，烟草科学的最新进展，21卷，39页及后页，第49届烟草化学家研究会专题讨论会会议录(SymposiumProceedings 49th Meeting Tobacco Chemists’ResearchConference)，1995年9月24-27日，Lexington，Kentucky(下面称他们为“Wiernik等人”)。但是，已知熟化后的烟草含有多种亚硝胺，包括有害的致癌物N’-亚硝基降烟碱(NNN)和4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)。已经被广泛接受的是，这些亚硝胺是在收获以后、熟化处理过程中形成的，如本文进一步描述的那样。遗憾的是，新采割的绿色烟草不适于吸或以其他方式消费。
1993和1994年，Burton等人在肯塔基州大学就烟草-特有的亚硝胺(TSNA)进行了一些试验，报导在摘要“通过提高干燥温度降低空气熟化烟草中的亚硝酸盐-氮和烟草N’-特有的亚硝胺”，农艺学和植物病理学联合会议，CORESTA，牛津1995。Burton等人的报告指出，在空气熟化的各个阶段，包括黄化后期(end of yellowing)(EOY)，EOY+3，EOY+5等，在71℃下将收获的烟叶干燥24小时，对亚硝胺含量有一定的降低。还有某些试样的冷冻干燥和微波的参考文献，但没有详细内容或结论。申请人证实在按照该摘要由肯塔基州大学的Burton等人进行的实际工作中，微波的作用是不成功的。Burton等人1993-94年研究的某些方面报导在Wiernik等人supra，54-57页，题目为“改进的空气熟化”。Wiernik等人的文章假设将取自空气熟化的不同阶段的烟叶试样在70℃下经受快速干燥24小时，可以除去过量的水分，减少微生物的生长；这样，亚硝酸盐和烟草-特有的亚硝胺(TSNA)的积累就可避免。在56页的表II中，Wiernik等人引用了一些Burton等人对KY160和KY171试样的叶片和中脉上的亚硝酸盐和TSNA含量的总结数据。冷冻干燥和快速干燥试验的数据是有的，但没有提到微波试样。文章中提出以下结论由此项研究可以得出结论，在烟叶失去其细胞完整性后给深色烟草加热(70℃)可以降低叶片和中脉中的亚硝酸盐含量和TSNA的积累量。在熟化过程的这一阶段将烟叶迅速干燥降低了微生物的活动，该活动是在室温下的缓慢熟化过程中发生的。但必须加一句，这样的处理降低了烟叶的质量。
同上，见56页。Weirnik等人的文章还讨论了波兰的Skroniowski烟草的传统熟化作为两步熟化法的例子。文章中称，烟草首先经空气熟化，当叶片是黄色或褐色时，将烟草加热到65℃保持两天以便熟化烟梗。对这种方法制得的烟草进行分析，分析结果表明亚硝酸盐和TSNA的含量都较低，即分别低于10微克/克和0.6-2.1微克/克。Weirnik等人推理认为这些结果可以解释为由于迅速加热使细菌不能进一步生长。但Weirnik等人也指出，低的亚硝酸盐和TSNA含量，低于15微克/克亚硝酸盐和0.2微克/克TSNA，是在波兰经空气熟化的烟草得到的。
发明概述本发明的一个目的是基本上消除或降低亚硝胺在要被吸或以其他方式消费的烟草中的含量。
本发明的另一个目的是减少烟草制品包括香烟、雪茄、嚼烟、鼻烟和含烟草的口香糖和糖锭中潜在的致癌物。
本发明的另一个目的是基本上消除或明显降低烟草特有的亚硝胺，包括N’-亚硝基降烟碱(NNN)、4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、N’-亚硝基新烟草碱(NAT)和N’-亚硝基毒藜碱(NAB)在这些烟草制品中的量。
本发明的另一个目的是在收获后的适宜时间处理未熟化的烟草，以便抑制熟化过程而不会对烟草的消费性能有不利影响。
本发明的另一个目的是降低充分熟化的烟草中的烟草特有亚硝胺的含量。
本发明还有一个目的是降低烟草特有的亚硝胺，特别是NNN和NNK及其在吸烟、消费或以其他方式摄取某种形式烟草的人身体中代谢物的含量，方法是提供一种适于人消费的、基本上降低了烟草特有的亚硝胺量的烟草制品，从而降低这种产品的致癌可能性。优选地，烟草制品是香烟、雪茄、嚼烟或含烟草的口香糖或糖锭。
本发明的上述和其他目的和优点可以通过将收获的烟草中亚硝胺的量降低或防止其形成来达到，包括对烟草的至少一部分进行微波辐射，所述部分未经熟化并处于易于降低亚硝胺的量或抑制亚硝胺形成的状态，辐射时间为足以降低至少一种亚硝胺的量或基本上防止至少一种亚硝胺形成的时间。
优选的是，在本发明方法中，对烟叶或其部分进行微波辐射的步骤是在叶片开始发黄之后和在烟草特有的亚硝胺在叶片中大量积累之前进行。在本发明方法中还优选在烟叶基本上失去细胞完整性之前进行微波辐射。
在本方法的另一个优选实施方案中，烟草是烤烟，微波辐射步骤在收获后约24-约72小时之内进行，甚至更优选在收获后约24-约36小时内进行。
在本方法的另一个实施方案中，收获的烟草在经受微波辐射步骤之前在一个控制的环境下保持在高于室温的条件下。
本方法优选的方面包括，在优选有烟梗的烟叶经受微波辐射之前，对烟叶进行机械压榨，从其中压榨出过量的水分，从而确保用微波装置进行的干燥更均匀。这一步骤可以很方便地进行，即在烟叶进入微波室之前使其通过一对间隙适宜的旋转圆筒形辊。
在本发明的另一个优选的实施方案中，在一预定的功率水平下，对烟叶进行的微波辐射的频率为约900-约2500MHz，辐射时间至少约1秒钟，优选约10秒到约5分钟。所用的功率水平通常决定了烟叶经受微波辐射的时间长短，当使用普通的厨房型微波炉时其范围可为约600到约1000瓦，对工业、多模高频发生器(applicator)，则高到数百或更多千瓦。对于设计来处理单个烟叶的高频发生器，所用的功率优选为约2-约75千瓦，更优选约5-约50千瓦，可以进行相当快速的处理。
本发明还优选对烟叶或其部分进行微波辐射的时间应足以有效地将烟叶干燥而不使其炭化，从而适宜人们消费。
本发明还试图使烟叶经受微波辐射来防止至少一种烟草特有的亚硝胺，如N’-亚硝基降烟碱、4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亚硝基新烟草碱和N’-亚硝基毒藜碱的正常积累。
本发明最宽的形式还包括这样一种烟草制品，它包括适于人们消费并且至少一种烟草特有的亚硝胺的含量比常规熟化的烟草低的非绿色烟草。
在优选的实施方案中，非绿色烟草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量低于0.2μg/g，更优选低于约0.15μg/g，和甚至更优选低于约0.1μg/g，NNN的含量低于约0.15μg/g，更优选低于约0.10μg/g，甚至更优选低于约0.05μg/g，NNK的含量低于约0.002μg/g，更优选低于约0.001μg/g，和甚至更优选低于约0.0005μg/g。
本发明还涉及这样的烟草制品，其包括适于人们消费的干燥黄色烟草，且至少一种烟草特有的亚硝胺的量比常规熟化的烟草低。在优选的实施方案中，黄色烟草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量、NNN含量和NNK含量在上述优选的范围内。
在另一个实施方案中，非绿色或黄色的烟草制品包括适于人们消费的非绿色或黄色烟草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量为这种TSNA在制备这种制品的新鲜收获的绿色烟草作物中的含量的约25wt％。更优选非绿色或黄色烟草制品的TSNA的量为这种TSNA在制备这种制品的新鲜收获的烟草作物中的含量的约10wt％，更优选约5wt％，最优选基本接近(如在高到按重量计百分之几的范围内)。还优选非绿色或黄色的烟草制品包括适于人们消费的非绿色或黄色烟草，选自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一种TSNA的量为相应TSNA在制备这种制品的新鲜收获的烟草作物中的含量的约25wt％，优选约10wt％，更优选约5wt％，最优选基本接近(如在高到按重量计百分之几的范围内)。
在本发明另外的实施方案中，非绿色或黄色的烟草制品包括适于人们消费的非绿色或黄色烟草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量比这种TSNA在与本发明产品相同类型的、由相同的烟草作物制备但在无微波辐射或其他为降低TSNA含量而设计的技术下熟化而制备的烟草制品中的含量低至少约75wt％，优选至少约90wt％，更优选至少约95wt％，最优选至少约99wt％。还优选非绿色或黄色的烟草制品包括适于人们消费的非绿色或黄色烟草，其选自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一种TSNA的含量比相应TSNA在由与本发明产品相同类型的、由相同的烟草作物但在无微波辐射或其他为降低TSNA含量而设计的技术下熟化而制备的烟草制品中的含量低至少约75wt％，优选至少约90wt％，更优选至少约95wt％，最优选至少约99wt％。
本发明优选的形式涉及一种烟草制品，包括至少一种烟草特有的亚硝胺的含量被降低的烟草，制法包括使烟草在未熟化并且至少一种烟草特有的亚硝胺的形成易于抑制的状态下经受微波辐射。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种将熟化的褐色烟草中的至少一种烟草特有的亚硝胺含量降低的方法，包括将熟化的褐色烟草复水，和在预定的能量水平下对复水的烟草进行微波辐射预定长的时间。
类似地，本发明包括这样一种烟草制品，包括熟化的褐色烟草，烟草中至少一种烟草特有的亚硝胺含量被降低，其制法包括将熟化的褐色烟草复水，和在预定的能量水平下对复水的烟草进行微波辐射预定长的时间。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种生产烟草制品的方法，包括使收获的烟叶经受微波辐射，而所述的烟叶未熟化，且处于烟草特有的亚硝胺的量易于被降低或烟草特有的亚硝胺的形成易于被抑制的状态，辐射时间为足以将烟叶中至少一种烟草特有的亚硝胺的量降低或将烟叶中至少一种烟草特有的亚硝胺的形成基本上抑制的时间，和制成包括微波处理过的烟叶的烟草制品，该烟草制品选自香烟、雪茄、嚼烟、鼻烟和含烟草的口香糖和糖锭。
还发现比上面讨论的微波范围频率高、波长短的电磁辐射可以用来实现本发明的基本目的--降低或基本消除烟草制品中的TSNA，方法是用这种能量形式处理烟草，处理时间与上面微波处理的实施方案中所述的相同即在收获之后，下面将更具体地描述。故本发明还涉及一种降低收获的烟叶中的亚硝胺的量或防止亚硝胺在其中形成的方法，包括使烟叶的至少一部分经受比微波频率高的辐射，而所述的部分是未经熟化的并处于亚硝胺的量易于被降低或亚硝胺的形成易于被抑制的状态，辐射时间为足以降低至少一种亚硝胺的量或基本上防止至少一种亚硝胺形成的时间。
与微波处理实施方案相同，优选本发明方法中经受比微波频率高的辐射的步骤是对烟叶或其部分进行，要在烟叶开始黄化之后和在烟草特有的亚硝胺在叶片上大量积累之前进行。还优选本发明方法中在烟叶基本上失去细胞完整性之前进行这种辐射。能够产生这种辐射的能源将在下面进一步描述，包括远红外和红外辐射、UV(紫外线)、软X-射线或激光、加速粒子束如电子束、X射线和γ射线。
附图简述
图1是说明佛吉尼亚烤烟(flue)烟草收获后24-72小时“黄化”的照片。
图2是说明本发明经微波处理的低亚硝胺“黄化”佛吉尼亚烤烟烟草的照片。
图3是局部侧向透视图，是可以用来进行本发明微波处理的可移动、工业规模的微波发生器(microwave applicator)。
发明详述据说与其说烟草的熟化是一门科学不如说它是一门艺术，因为在任何给定的熟化过程中的熟化条件都必须根据许多因素来调节，如品种的不同、从茎的不同位置收获的叶片的不同、所用熟化室之间的不同、在一个季节中或几个不同的季节间的环境变化、特别是空气熟化时的天气变化。例如，烟熏操作在某种程度上说是凭经验的，最好是由本领域从业多年的、积累大量经验的人来完成。参见，如Peele等人，“烟草在烟熏过程中的化学和生物化学变化”，烟草科学的最新进展，21卷，81页及后页，Symposium Proceedings 49th Meeting Chemists’ResearchConference，1995年9月24-27日，Lexington，Kentucky(下面称为“Peele等人”)。因此，烟草熟化领域的普通技术人员可以理解的是，本发明最宽范围的外部参数在一定程度是可变的，这取决于任一给定次收获的上述因素的精确融合。
在一个优选的实施方案中，本发明建立在这样一个发现上，即在烟草熟化循环的过程中存在一个最佳时间(window)，在这个最佳时间中可以处理烟草，所用方法使得TSNA的形成基本上被防止。当然，能有效地消除或基本上降低TSNA形成的精确最佳时间取决于烟草类型、熟化方法以及多种其他可变因素，包括上述的那些。根据本发明的优选实施方案，这个最佳时间对应的时间段为收获后叶片已不是新采割或“绿色”的阶段并且在TSNA和/或亚硝胺在叶片上大量积累之前；这一时间段通常与叶片经历黄化过程或在黄化阶段的时间是一致的，在叶片开始变褐之前和在基本上失去细胞的完整性之前。除了在上下文中另有说明，这里所用的术语“基本上”和“大量”一般指在相对意义赋予或采取主导或主要地位。在这个时间段中，将烟草暴露于一预定能量水平的微波辐射一段预定长时间，烟叶中TSNA的形成易于被基本上防止，或者，任何已经形成的TSNA的量易于被减少，如下面进一步描述的。这一微波处理基本上抑制了TSNA的自然形成，提供了一种适于人们消费的金黄色干烟叶。如果TSNA已经开始大量积累，通常到黄化阶段的末尾，根据本发明向烟叶施加的微波能有效地抑制了天然的TSNA形成循环，这样就防止了TSNA的进一步大量形成。如果在熟化循环的最佳时间以这种方式处理黄色或黄化烟草，所得烟草制品的TSNA量基本上与新收割的绿色烟草中的量接近，而同时保持了其风味和味道。
在另一个实施方案中，本发明涉及对经过熟化(变褐)的烟草进行处理，以有效地降低所述经过熟化的烟草的TSNA含量，方法是给熟化的烟草复水并使复水的熟化烟草经受微波辐射，下面将进一步描述。
本发明适于处理用以供人们消费的收获烟草。对于烟草，特别是针对烟草特有的亚硝胺已经进行了许多研究。新采收的烟叶被称为“绿色烟草”，不含有已知的致癌物，但绿色烟草不适合供人消费。熟化绿色烟草的方法取决于所收获烟草的类型。例如，佛吉尼亚烤烟(佛吉尼亚型大叶烟草)烟草一般是烟熏的，而白肋烟和某些深色品种一般是空气熟化的。与空气熟化进行一至两个多月相比，烟草的烟熏通常要进行五至七天的时间。根据Peele等人，烟熏一般分成三个阶段黄化(35-40℃)约36-72小时(尽管其他人报道说黄化在短于36小时的时间开始，如某些佛吉尼亚烤烟品种在约24小时时)，叶片干燥(40-57℃)48小时，和中脉(烟梗)干燥(57-75℃)48小时。许多主要的化学和生物化学变化在黄化阶段中开始并持续到叶片干燥的早期阶段。
在典型的烟熏方法中，黄化阶段是在一个仓室中进行。在这个阶段中，由于叶绿素的降解，绿色烟叶逐渐失去颜色，呈现出类胡萝卜素颜料的黄色。根据Peele等人的观点，烟熏烟草的黄化阶段是通过关闭仓室的外部出气口，并保持温度在约35-37℃来实现的。此方法利用受控环境，保持仓室内的相对湿度在约85％，限制叶片的水分损失，并使叶片继续始于农田的代谢过程。操作员要不断地监测熟化的进展情况，主要是观察叶片上叶绿素和绿色的失去情况和所需要的柠檬至金橙色叶片颜色的发展情况。
对于进行了上述试验的一种具体的佛吉尼亚烤烟品种，新采收的绿色烟草在约100-110°F下放置于仓室中约24-48小时，直至叶片或多或少地完全变成黄色(见图1)。黄色烟草减少的水分量为，从绿色时的约90wt％，到黄色时的约70-40wt％。在这一阶段，黄色烟草基本上不含有已知的致癌物，TSNA的含量与新收获的绿色烟草中的基本相同。这种佛吉尼亚烤烟烟草一般保持黄色阶段约6-7天，此后烟叶由黄色变为褐色。褐色佛吉尼亚烤烟烟草的水分含量一般为约11-约15wt％。烟草由黄到褐的转变导致了亚硝胺的形成和大量积累，同时微生物含量增加。烟草特有的亚硝胺形成的确切机理尚不清楚，但可以相信微生物的活性可促进其形成，包括微生物的硝酸盐还原酶对熟化处理过程中亚硝酸盐的形成的作用。
据信烟草特有的亚硝胺是胺与亚硝酸盐衍生的亚硝化物质如NO2，N2O3和N2O4在酸性条件下反应形成的。Weirnik等人在43-45页讨论了TSNA的假设形成，其概要在下面给出。
烟叶中含有大量的氨基酸、蛋白质和生物碱形式的胺。叔胺烟碱(下图中标为(1))是烟草中的主要生物碱，其他的烟碱类生物碱是次要的胺类降烟碱(2)、新烟草碱(3)和毒藜碱(4)。烟草一般还含有最多5％的硝酸盐和痕量的亚硝酸盐。
降烟碱(2)、新烟草碱(3)和毒藜碱(4)的亚硝化产生出相应的亚硝胺N’-亚硝基降烟碱(NNN，5)、N’-亚硝基新烟草碱(NAT，6)和N’-亚硝基毒藜碱(NAB，7)。烟碱(1)在水溶液中的亚硝化产生4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK，8)(NNN，5)和4-(N亚硝基甲基氨基)-4-(3吡啶基)-1-丁醛(NNA，9)的混合物。不经常遇到的TSNA包括NNAL(4-N亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇，10)，异-NNAL(4-N-亚硝基甲基氨基)-4-(3-吡啶基)-1-丁醇，11)和异-NNAC(4-(N-亚硝基甲基氨基)-4-(3-吡啶基)-丁酸，12)。由相应的烟草生物碱生成上述1-12表示的TSNA的路线如下面示意的图示(从Weirnik等人的supra，44页复制)。
现在一般都同意的是绿色的新采收烟草事实上不含有亚硝酸盐或TSNA，这些化合物是在烟草的熟化和储藏过程中产生的。过去十年中所做的研究试图确定与烟草熟化过程中TSNA的形成有关的因素，而且已经确认出几种重要的因素，包括作物的基因型、收获时作物的成熟度、熟化条件和微生物的活性。
研究表明，亚硝酸盐和TSNA在空气熟化时的积累发生在开始于黄化末尾和叶片完全变褐时结束的时间间隔中，例如，对于某些空气熟化的品种为收获后2-3周，烟熏品种在收获后约1周左右。这一时间是细胞因损失水分和细胞内容物渗漏到细胞间隙而失去完整性的时间。因此，在空气熟化过程中有一个短的最佳时间，此时细胞已分解，营养物质可以被微生物利用。Weirnik等人指出，作为异化硝酸盐还原的结果，亚硝酸盐然后会大量积累，这样就使得TSNA的形成成为可能。
有关微生物群落在烟草的生长和熟化过程中对烟叶及熟化的烟草的影响有一些公开报道，如Weirnik等人所引用的。但熟化过程中硝酸盐的产生中涉及微生物亚硝酸盐还原酶是假定的。在黄化阶段后细胞结构已被破坏时，营养物质可以被侵入的微生物利用，从而可以在适宜的条件下即高的湿度、最佳的温度以及缺氧条件下产生亚硝酸盐。在水活度尚足够高、细胞结构已经分解时通常有一个相当短的“最佳时间”。
根据本发明，烟草中TSNA的形成基本上由对收获的烟叶在上述条件下进行微波辐射防止或抑制。在一个优选的实施方案中，烟叶在开始黄化和基本失去细胞完整性之间的一个时间暴露于微波能。为了获得最佳效果，优选使收获的烟叶以单片烟叶的形式而不是堆叠或打捆烟叶的形式通过微波场。已经确定的是以这种方式处理烟叶完全或基本上防止了烟草特有的亚硝胺，包括已知致癌物NNN和NNK的形成。
根据本发明的优选实施方案，可以得到适于人消费的、至少一种烟草特有的亚硝胺的含量比普通熟化烟草低的非绿色和/或黄色烟草制品。如上所述，绿色或新采收的烟草通常不适于人消费；这里所述的“非绿色”指的是烟草至少失去大部分叶绿素，包括不受限制的部分发黄、完全发黄及在某些位置开始变褐的烟叶。在优选的实施方案中，非绿色烟草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)的含量低于0.2μg/g，更优选低于约0.15μg/g，甚至更优选低于约0.1μg/g，NNN的含量低于约0.15μg/g，更优选低于约0.10μg/g，甚至更优选低于约0.05μg/g，NNK的含量低于约0.002μg/g，更优选低于约0.001μg/g，甚至更优选低于约0.0005μg/g。如上所述，给出可影响TSNA在烟草中形成的因素的数目，本领域普通技术人员理解这些数字不是绝对的而是优选的范围。
本发明还涉及一种烟草制品，其包括适于人消费的黄色干烟草，至少一种烟草特有的亚硝胺的含量比普通熟化烟草的要低。在优选的实施方案中，黄色烟草制品的TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量、NNN含量和NNK含量落入上述优选的范围。
在另一个实施方案中，非绿色或黄色烟草制品包括适于人消费的非绿色或黄色烟草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量为这种TSNA在用来制备这种制品的新采收绿色烟草作物中含量的约25wt％之内。更优选的是，非绿色或黄色烟草制品的TSNA含量为这种TSNA在用来制备这种制品的新采收烟草作物中的含量的约10wt％之内，更优选在约5wt％之内，最优选基本上接近(如在按重量计百分之几的范围内)。例如，本发明可制备这样的烟草制品，其含有的TSNA量落入上述范围，而用相同作物正常熟化的烟草一般产生的TSNA为新采收烟草的许多倍。本发明可以有效地使亚硝胺的量锁定在新采收的绿色烟草中的低含量上。还优选非绿色或黄色烟草制品包括适于人消费的非绿色或黄色烟草，且选自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一种TSNA的含量为相应的TSNA在用来制备这种制品的新采收绿色烟草作物中含量的约25wt％之内，优选在约10wt％之内，更优选在约5wt％之内，最优选基本上接近(如在按重量计百分之几的范围内)。换句话说，比如，NNN在本发明烟草中的含量落入与上述NNN在新采收绿色烟草中的量相对应的范围中，或者NNN+NNK在本发明烟草中的含量落入与上述NNN+NNK在新采收绿色烟草中的量相对应的范围中，等等。在进行这些对比时，优选在采收后约24小时之内分析新采收绿色烟草TSNA的含量。
在本发明另外的实施方案中，非绿色或黄色烟草制品包括适于人消费的非绿色或黄色烟草，TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量比这种TSNA在与本发明产品相同类型的、由相同的烟草作物但在无微波辐射或其他专门为降低TSNA含量而设计的步骤下熟化而制备的烟草制品中的含量低至少约75wt％，优选至少低约90wt％，更优选至少低约95wt％，最优选低至少约99wt％。还优选非绿色或黄色的烟草制品包括适于人们消费的非绿色或黄色烟草，其选自NNN，NNK，NAB和NAT的至少一种TSNA的含量比相应TSNA在与本发明产品相同类型的(如，一种香烟与另一香烟比)、用相同的烟草作物但在无微波辐射或其他降低TSNA含量的技术下熟化而制备的烟草制品中的含量低至少约75wt％，优选至少约90wt％，更优选至少约95wt％，最优选至少约99wt％。在这些实施方案中，TSNAwt％的对比可以这样进行，例如，取用本发明的黄色干烟草制造的香烟，并取用与制备黄色干烟草相同的烟草作物而以常规方式熟化不进行微波辐射制得的烟草制造的香烟，进行对比。
其中优选对烟叶进行微波辐射步骤的黄化阶段可以广义地按以下几种方式中的任一种来定义(a)检查烟叶的颜色，当绿色基本上让位于黄色时；(b)测定叶绿素转化成糖的百分率；(c)观察亚硝酸盐的开始形成或亚硝胺的开始产生，这通常与黄化阶段的末尾相一致，或(d)测定烟叶的水分含量，如当水分含量为约40-约70wt％时。如果微波辐射施于绿色烟草，则观察不到对亚硝胺形成的抑制或防止。但当微波能在黄化开始之后、细胞完整性失去之前或TSNA在叶片上大量积累之前施加时，所观察到的亚硝胺量的降低或亚硝胺形成的防止效果是显著的和预料不到的，如下面讨论的数据所示。
在黄化阶段过程中对收获后的烟草进行微波辐射的最佳时间随多种因素而变化，包括品种的不同、环境的变化等。因此，在开始黄化(定义为，如，叶片中失去大量的绿色)到叶片基本上失去细胞完整性(当它变褐色时)的时间之间的时间段内，本领域普通技术人员可以确定出对任何给定烟草品种进行微波处理的最佳时间。例如，对于一个给定的基因型，可以对烟叶试样进行本文所述的试验，测定亚硝酸盐或TSNA的含量，以确定出在给定的熟化循环中TSNA大量积累开始的相对时间，或确定出细胞失去完整性的过渡阶段。在TSNA大量积累之前对烟叶进行微波辐射是本发明方法的最优选方式，但本发明的原理也可以适用于处于成型过程中、已经积累了大量TSNA的烟叶。当微波在这一较后阶段进行时，TSNA的进一步形成可以被有效地抑制。但一旦烟叶经充分熟化，TSNA的量就基本上稳定了，再施加微波辐射不能降低TSNA的含量，除非在下述的复水条件下。
经受本发明的微波辐射时，烟叶一般具有低的水分含量，即低于约10wt％，通常约为5wt％。如果需要，叶片可以复水到变褐的、熟化后的烟草(如，佛吉尼亚烤烟为约11-15％)在生产成诸如香烟的烟草制品之前时的一般水分含量范围。
本发明适用于所有品种的烟草，包括烤烟或佛吉尼亚大叶烟草变种、白肋烟变种、深色烤烟变种、东方烟变种/土耳其烟变种等。在本文的指示下，本领域普通技术人员可以确定出在熟化循环的最有效时间进行微波步骤，以便实现本发明的目的和优点。
本发明方法的优选方面包括，在对烟叶，优选包括烟梗，进行微波辐射之前，对烟叶机械压榨以从其中压榨出多余的水分的步骤，以便保证用微波装置进行的干燥更均匀。这一步骤可以很方便地进行，即在烟叶进入微波室之前使其通过一对间隙适宜的旋转圆筒辊。这一压榨步骤有助于将烟梗和较小程度上中脉以及较大的叶脉中的水分榨出，从而可以得到更好和更均匀的干燥产品。所用的辊可以由硬橡胶、塑料或钢材制备，可以是任意所需长度，优选相距约八分之一到约四分之一英寸，但优选将此距离选择得适于容纳有可能变化的单个烟叶的厚度。辊可以用皮带或链由适当选择的马达驱动。除了旋转辊之外，如果需要的话也可以使用其他类型的挤压或压榨手段来达到相同的结果，这对本领域普通技术人员来说是明显的。
由于烟梗不必切掉，上述压榨烟叶的优选实施方案可以完成更为高速的生产，且微波处理的时间可以缩短。这一实施方案对要用在香烟中的烟叶特别优异，这种烟叶通常含有一些烟草烟梗作为掺合物的一部分。或者，在烟梗被从烟叶上修剪并丢弃掉的应用中，如果需要的话可以省去压榨步骤。
在另一个优选实施方案中，代替压榨烟叶或切掉烟梗，在微波处理之前可以对烟叶进行蒸汽处理。与压榨步骤一样，对包括烟梗的整烟叶的蒸汽处理已证明水分更均匀地分布在烟梗和较大的叶脉中，从而使整个烟叶在微波处理时能更均匀地干燥。结果，采用这一特殊技术时在烟草制品中可以使用包括烟梗的整烟叶。尽管细节对本领域技术人员来说是很明显的，但将烟叶放置在适宜的蒸汽容器中一段足以使烟叶稍变软变柔顺的时间，一般为约30秒到约5分钟时，获得了成功的结果。
本发明原理还可适用于已经复水的褐色或已经熟化的烟草。在这种情况下，当复水的褐色烟草经过微波辐射时，观察到TSNA特别是NNN和NNK含量的重要的、预料不到的降低，但结果没有在TSNA或亚硝酸盐在烟叶中大量积累之前将本发明用于未熟化的褐色烟草时那么显著。不过，向熟化烟叶中添加水分，如通过喷足够的水将烟叶有效地浸泡，然后对复水烟叶微波处理，降低了TSNA的含量，如下面的实施例所示。
如上所述，当处理熟化或变褐的烟草时，仅用微波处理对亚硝胺含量只有很小的作用。但已经确定的是，在微波辐射之前对熟化烟草复水有利于微波能降低亚硝胺的作用。在一个优选的实施方案中，直接向烟叶中加入适宜量的水，通常是至少约10wt％到最大吸收量的水使熟化的烟草制品复水。用与上述的对未熟化烟草所采取的方式相同的方式将复水烟叶暴露于微波辐射，使亚硝胺含量降低，如下文所示。烟叶可以任意的适宜方式弄湿。如果熟化的烟草是非烟叶的形式，比如复原的“片”形的烟草，可以类似地用例如10-70wt％的水将其复水，然后进行微波处理。根据烟叶重新湿润的程度可以选定适宜的微波条件，但一般落入微波处理黄色烟草的上述参数中。
根据本发明，对复水的褐色烟草进行微波处理可以将TSNA(NNN，NNK，NAB和NAT)含量，单独测或合起来测，比复水前的熟化褐色烟草中的TSNA含量优选减少至少约25wt％，更优选至少约35wt％，甚至更优选至少约50wt％。
这里使用的术语“微波辐射”指的是频率和波长一般表征为落入微波范畴的微波形式的电磁能。术语“微波”一般指电磁波谱在远红外区和常规无线电频率之间的部分。微波的范围从波长约1毫米、频率约300000MHz到波长30厘米、频率稍低于约1000MHz。本发明优选使用高能量的微波，一般在此频率范围的下端。在这个优选的频率范围内，用微波和用传统方式如红外(例如，在烹调中)加热方法的基本区别是由于穿透力更高，微波一般快速地加热到几厘米的深度，而红外加热则要表面得多。在美国，工业微波设备如厨房用微波炉有分别为约915MHz和2450MHz的两种标准频率。这些频率是标准的工业频带。在欧洲，通常使用的微波频率为2450和896MHz。但在经过适当平衡的条件下，可以用其他频率和波长的微波来达到本发明的目的和优点。
根据所需的应用，可以产生不同功率水平的微波能。微波一般是用磁控管(magnatron)产生的，常规的厨房级微波设备功率为600-1000瓦(通常为约800瓦)，但工业设备能够产生高至数百千瓦的功率，一般通过加约1千瓦的模块(modular source)来实现。磁控管可以产生适宜高频率的脉冲或连续波。
高频发生器(applicator)(或炉)是微波功率发生器和被加热的物料之间的必要连接部件。对本发明来说，可以使用任何理想的高频发生器，只要它适于使烟草部分有效地经受辐射。高频发生器应当与微波发生器匹配以使功率转化得最佳，应当避免能量向外面泄漏。对于大的样品来说，如果需要可以使用直径大于几个波长的多模谐振腔室(微波炉)。为了确保烟叶的均匀加热，高频发生器可以配有振荡模搅拌器(modestirrer)(一种金属的活动装置，能连续改变场分布)和活动的工作台台面如传送带。与烟叶堆相反，将单个叶片厚度暴露于微波辐射可获得最好的结果。
在本发明优选的实施方案中，微波条件包括，微波频率为约900MHz-约2500MHz，更优选约915MHz和约2450MHz，对厨房型高频发生器功率为约600瓦到300千瓦，更优选约600-约1000瓦，对工业多模高频发生器为约2-75千瓦，更优选约5-约50千瓦。加热时间通常为至少约1秒钟，更通常为约10秒钟到约5分钟。当处理的是单层烟叶而不是烟叶堆时，在约800-1000瓦的功率下加热时间优选为约1分钟到约21/2分钟。用功率范围较高的如2-75千瓦的工业规模高频发生器，当处理的是单层烟叶而不是烟叶堆时，加热时间可以短些，为约5秒到约60秒，在功率50千瓦下一般为10-30秒。当然，本领域普通技术人员理解的是，对于任何给定的高频发生器，最佳的微波场密度可以根据腔室体积、所用功率和烟叶水分含量确定。一般而言，利用较高的功率，烟叶经受微波辐射所需要的时间就较短。
但上述条件不是绝对的，只要按本发明的教导，本领域的普通技术人员应能够确定出适宜的微波参数。微波辐射优选施用于叶片或其部分，处理时间为足以有效地将烟叶干燥，而不会炭化，以便适于人消费。还优选向烟叶或其部分施加一定时间和功率足以将水分含量降低到低于约20wt％，更优选约10wt％的微波辐射。
现在参考图3，用局部透视图表示了一个工业规模微波发生器的实施方案。具体地说，示意了一个Microdry 300kW烟草微波干燥系统1，包括活动的车架2(图的右侧前端未示出)，设置传送器的微波炉3，其内部包括四个单壁构造的炉室(可以适宜地用3003H14铝建造)，测得每个腔室为约16’长×84”宽×48”高。每个腔室配有四个检修门，每侧有两个。门是双联锁的以便防止偶然地暴露于微波能。
在图3中，示出了一个自动切割机构5，包括多个(如12个)旋转叶片，以从烟叶4上除去烟梗。切刀可以是宽约3.4”的直片，向下切至手工喂入的烟叶中心。如果需要，可以装配适宜的防护装置，以便防止操作者的手进入。尽管图3示意了烟梗切割机，但如上所述，根据本发明的其他实施方案可以使用整个的烟叶。这样，代替烟梗切割机构，该设备中可以使用蒸汽容器或一对从烟叶中压榨水分的辊。
回到图3，烟梗切割操作后，切过的烟叶6由传送带7输送到内有四个腔室的主微波炉3。在一个实施方案中，系统中炉的长度接近78英尺。进入炉中时及进入炉中后，传送系统可交替形成多条，例如6条速度可变的聚丙烯带，其以这样的方式排列；使切下的烟梗从两带之间掉进装在传送带下方的料斗中(未示出)。然后，传送带携带切过的烟叶通过装在设计用来容纳微波能的各腔室一边一个的两个收集器中的一个，然后进入一个选定的腔室，在此，每个叶片按本发明的上述原理经受微波处理。微波处理后，传送带携带烟叶经过腔室出口，经由炉排料收集器排出微波炉，然后它们被送入适宜的容器以进行进一步加工。
为了将带有水分的空气从腔室和炉中除去，可以在系统中安置一套包括提供循环空气的适宜风机在内的排气系统(参见图3中的水分排出口，物8是作了标记的一个，作为代表)。如果需要，还可以通过适当间隔开的循环空气对流加热源来控制炉内部的温度，从而在传送带输送烟叶的过程中使微波腔室外面的炉内部分保持在优选的恒定温度下，如160-180°F。在如图3所示的野外使用移动系统中，电需求可以由一对常规的柴油发电机9，10来提供。当然，微波干燥系统也可以在固定的位置上操作，如果需要，由常规电源供电。
图3中炉3内的四个腔室各自从相应的Microdry IV-75型微波电源接受微波能。微波能经分流器由每个腔室顶端的两个孔进入各腔室。每个腔室中，孔的下面设有振荡模搅拌器帮助微波能的分布。每个微波电源是完全独立的小室，内有需要的组件以操作75kW磁控管。微波功率的控制器位于室上。该组件被设计成可在工业环境下无人控制连续操作。每台微波功率发生器可以位于每个室中，或与室有一定的距离。但在50’的距离处，波导线的损失为约2％。每台功率发生器可以给工业操作提供可调节的微波能。在FCC分配频率915MHz下，输出功率可从0调至约75kW，交通过用控制板上的控制旋钮手工调节固态控制回路进行控制或用来自过程控制器的4-20毫安控制信号遥控进行控制。虽然回路控制功率输出从0开始，在约5kW以下的水平时频谱变宽。每个室的功率发生器基本上是直流电源操作的工业用磁控管，它由为自动和人工操作而设计的电路功能元件操作和保护。发生器的电路功能元件由装在小室门上的控制板仪表监控。测量内容包括阳极电流、阳极电压、输出功率、灯丝电流、电磁流和反射功率。电机械联锁功能元件的操作由装在控制板上的指定灯监控。每个微波功率发生器室的门全宽度便于可以最大可能地接纳组件。一个内置式的电磁干扰屏蔽罩中装有磁控管及相连的微波组件。留有门以便安置磁控管和电磁铁。该系统中包括有装在室内的循环压缩机和水负荷，在高反射功率条件下起隔离器作用以保护磁控管。微波功率发生器用压缩空气和水来冷却发热元件。磁控管和电磁铁由闭合回路的软化水循环系统冷却。可以用独立的水源和热交换器冷却循环回路中的水。独立的水源也流经小室内的水空气热交换器，将小室的空气冷却。高压离心风机给磁控管输出窗和阴极结构提供冷却。水和室的温度在控制系统动力链中是连锁的。这个系统中的每个微波发生器的一般参考数据如下输入功率 95KVA，440-480VAC，3相，60Hz输出功率 915+/-10MHz下75kW磁控管 CTL，CWM 75 I典型的磁控管操作参考数据如下AC灯丝电压 11.4V灯丝电流 85ADC阳极电压 17KV阳极电流 5.0ADC电磁 4.3A效率 80％此外，一个典型的微波发生器可使用碳钢机壳，在小室顶端适宜的位置有输出连接(WR 975波导)。
在生产率试验中，一般如上所述设计的微波烟草干燥系统能有效地消除烟叶中80％以上的水分。特别是，在一个测定的试样中，15磅假定初始水分含量为85wt％，固含量为15wt％的烟叶以单片烟叶的厚度约180lb/小时的速度被输送通过微波腔室。从微波腔室排出后给烟叶称重。终重量为4.6lb，或者说初始重量的31％。这样，基于假定的初始水分含量，在烟叶中还保留有2.35磅的水分，相当于初始水分含量的18.5％。
如图2所示，根据本发明对黄色烟草进行的微波处理优选得到金黄色干烟草制品。这里的数据表明这种干燥烟草，在其尚未被吸的状态下，致癌亚硝胺，特别是NNN和NNK与普通熟化烟草相比大大减少。
还发现比上述微波范围的频率更高、波长更短的集中(concentrated)形式的电磁辐射(即，能与一般的暴露于可见光谱中的阳光或电光区别的集中)能用来实现本发明的基本目的--降低或基本上消除烟草制品中的TSNA，方法是用这种能量形式处理烟草，处理时间大约与上面针对微波处理实施方案所描述的收获后时间相同。换句话说，当使用这样的替代能源时，可以采用与上面针对微波处理所描述的相同的普通和优选技术和原理；例如，在收获后大致相同的时间段用这种辐射来处理烟草，辐射前可以将烟叶除烟梗，在辊之间压榨或蒸制等。
但是，尽管这种可供选择的能源已被确定年明显和理想地减少或基本上消除TSNA或防止其形成，但至今为止没有任何一个经试验的其他实施方案有上面详述的微波技术干燥烟叶那么好的效果。因此在使用这类可供选择的能源时，优选对经过辐射的烟叶进行进一步的加工以便完成熟化循环，如结合辐射步骤与后续的烘箱干燥或滚筒干燥步骤。
具体地说，相信任何常规电磁波谱中的、比微波频率高的电磁辐射源和加速粒子束，如电子束均可以在烟草尚未熟化并处于易于减少TSNA量或抑制TSNA形成的状态下明显减少、基本消除和/或防止TSNA的形成。在电磁波谱的范围内，微波一般定义为包括频率为1011Hz、波长为3×10-3米的电磁辐射，这样的能源包括但不限于频率约1012Hz-1014Hz，波长为3×10-4-3×10-6米的远红外和红外辐射，频率为约1016Hz-1018Hz，波长为3×10-8-3×1010米的紫外线，软X射线或激光，阴极射线(从真空管阴极向表面垂直发射的带负电荷的电子流)，X射线和γ射线，一般特征是频率在相应的波长下为1021Hz和更高。
对本领域普通技术人员来说很明显的是，能源释放的辐射剂量越大，烟叶经受辐射达到所需要的效果的时间越短。典型地，当使用这种频率较高的辐射源时，辐射时间低于1分钟，优选短于30秒，甚至更优选短于约10秒。换一种方式定义，辐射时间至少约1秒是优选的。但是，如下面的实施例所示，如果需要的话可以控制暴露速度来随时间的推移释放辐射剂量。例如，1兆拉德的辐射可以瞬时释放出来(与下面实施例17中所述的电子束加速器一样)，或者以一预定的暴露速度(如在以下实施例19中讨论的封闭室γ辐射试验为例，其中1兆拉德(10k戈瑞)辐射以约0.8兆拉德/小时的暴露速率释放)。当使用高频辐射源时，优选采用的辐射量为使TSNA比未处理的试样至少减少50％。虽然对本领域普通技术人员来说具体的辐射剂量和暴露速率取决于应用的具体要求和辐射源的种类，但一般优选使烟草试样经受约0.1-约10兆拉德，更优选约0.5-约5兆拉德，更优选约0.75-约1.5兆拉德的辐射。
在下面的实施例中所说明，用加速电子束、CO2激光和γ辐射作为另外的辐射源的例子对多种烟草试样进行了试验。在每种情况中，未熟化的、经过照射的烟草试样都表明TSNA含量明显降低和/或基本上消除。
在本发明的另一个实施方案中，在循环空气对流炉中对处于易处理状态的烟草进行处理，也被证明降低了TSNA的含量，尽管烟叶的质量有所下降。与普通的、不能有效降低TSNA含量并且也会降低烟草质量的烤箱不同，在循环空气对流炉中，从约100°F到约500°F温度加热，加热时间为在温度范围下端时1小时，到在温度上端时约5分钟，可以有效地在烟草处于本文定义的上述易感状态下降低TSNA在烟草中的含量或抑制TSNA的形成。甚至更优选的是，循环空气对流加热和微波辐射相结合的加热炉可以缩短加热时间同时改进烟叶的质量。例如，当单独使用对流炉时，在叶片部分干燥时叶脉和烟梗尚没有充分干燥，从而导致叶片部分过干和易碎。微波处理和循环对流炉加热结合能够改进叶片的质量，获得更为均匀干燥的产品。
另一方面，本发明涉及减少或基本上消除吸烟、嚼烟或以其他方式摄入了烟草的人体或动物体中的烟草特有亚硝胺的含量的方法，方法是提供一种明显减少或基本上消除了TSNA的烟草制品以供消费。
使未熟化的烟草经受微波或其他辐射能量被证明能够有效地提供亚硝胺含量令人惊异地低的烟草。剥去和丢弃掉烟叶三分之一到二分之一长度的下部烟梗可以促进这些技术，特别是在不采用上述的去烟梗、挤水或蒸制步骤的情况下。这种方式中去掉了烟梗，所得的微波处理的烟叶不需要使用捶击机，因为烟梗的不希望有的部分已经被去除了。结果，通常烟草制品与捶击有关的损失可以避免，降低烟草的浪费近10％-30％。
本发明的改进烟草可以在任何烟草制品中全部或部分地代替普通熟化的烟草，所述烟草制品包括香烟、雪茄、嚼烟、烟草口香糖、烟草糖锭、烟草袋、鼻烟或烟草风味剂和食品添加剂。对吸烟而言，本发明在保持良好的抽吸特性并完全具有普通烟碱含量的风味的同时，能够提供较少的有害气味。对于口香糖、鼻烟、烟草袋和食品添加剂来说，本发明的烟草具有令人愉快的醇厚风味。
现在结合下面的实施例说明本发明，但并不用这些实施例以任何方式限制本发明的范围。
实施例1收获佛吉尼亚烤烟。将烟叶放置在熟化室中，在约100-110°F下开始烟熏处理。烟叶变黄后，约为收获后24-36小时，从室中取出试样1-3。试样1为叶片试样，剥去中脉，于约400-500℃下的对流空气炉中焙烤约1小时，使烟叶片变褐。试样2是黄色叶片，置于Go1dstarMA-1572M型微波炉(2450MHz)中，设定高功率(1000瓦)加热约21/2分钟，加热时旋转。试样3是黄色烟叶，不处理，用作对照。试样4和5在约180°F的高温下保留在熟化室中，试样4在架子外面干燥，试样5在架子里面干燥。试样6是熟化的褐色叶片，经过普通的烟熏处理。
对每个试样进行分析，测定NNN，NAT，NAB和NNK的含量。在这个和后面的实施例中，“TSNA”代表这四种烟草特有的亚硝胺的总和。进行典型的TSNA分析后，将试样整理并提取(参见，例如，Burton等人，“烟叶组织中烟草成分的分布。1、烟草特有的亚硝胺、硝酸盐、亚硝酸盐和生物碱”，J.Agric.Food Chem.，卷40，1992年第6期)，用Thermedics Inc.TEA 543型热能分析仪和Hewlett-Packard 5890 A型气相色谱定量分析各TSNA。结果列于下面表1。下面每个表中的所有数据以每克试样中亚硝胺的微克数(即，百万分的份数或μg/g)表示。
表1
实施例2收获佛吉尼亚烤烟。试样7是用作对照的新采收绿色烟叶，试样8是经过微波辐射的新采收绿色烟叶，用MicroDry of Louisville，Kentucky生产的多模微波发生器，在2450MHz，2.5千瓦下操作约20秒。试样9-12是用普通烟熏的褐色烟草制作的。试样9是制好的香烟中的烟草；试样10是用来制造香烟的松散的烟丝；试样11和12分别与试样9(香烟)和10(松散)相同，只是它们都经过与试样8相同条件的微波处理。用与实施例1相同的方法分析TSNA的含量。结果列于表2。
表2
实施例3下面表3中所示的香烟品牌是在Lexington，Kentucky的不同零售商处随机购买的，用实施例1中所述的方法分析TSNA的含量。
表3
实施例4收获佛吉尼亚烤烟。将烟叶放置在约100-110°F熟化室中开始烟熏处理。烟叶变黄后，收获后约24-36小时，从熟化室中将它们取出，用Goldstar MA-1572 M型微波炉(2450MHz)设定高功率(1000瓦)进行微波处理约21/2分钟，同时旋转。这一操作将烟叶有效地干燥，虽然它们并没有变褐，但保持了它们的金黄色。烟叶被切碎并制成香烟。试样29-33取自标记为Red Full Flavor的一批，试样34-38取自标记为Blue Light的一批。试样39-42是从保健食品店购买的香烟，牌子为Natural American Spirit。用实施例1中所述的方法分析试样29-42的TSNA含量，结果列于下面表4。
表4
>本文表中的STD是所示试样平均值的标准误差。
实施例5收获佛吉尼亚烤烟。将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样43-44是在烟叶变黄后，收获后约24-36小时，从熟化室中取出，分别用上述MicroDry多模微波发生器以约6千瓦的功率经受微波辐射约20和30秒。试样43和44是微波处理后的金黄色干烟叶。试样45-51是用经过常规烟熏处理的褐色熟化烟叶做的。试样45是对照试样；试样46和47分别在预热到约400-500°F的对流炉中烤制约1和约3分钟；试样48和49分别在Waveguide WR-975型微波发生器，一种MicroDry生产的大型多模炉(功率设定为0-75KW)，中经受微波辐射(915MHz)，在50千瓦下约10和40秒。试样50和51是用烟熏烟叶制作的烟丝(复原片)。试样50在Waveguide微波炉中在50千瓦下经受微波辐射约1.5分钟，试样51在预热到约400-500°F的对流炉中烤制约3分钟。用实施例1中所述的方法分析这些试样的TSNA含量，结果列于下面表5。
表5
实施例6收获佛吉尼亚烟草。将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样52-55是由在约24-36小时后从熟化室中取出的黄色烟草，在Goldstar MA-1572M型微波炉(2450MHz)，设定高功率(1000瓦)下经微波辐射约2分钟制成的香烟。为了对比，试样61和62是由经过常规烟熏处理，不经微波处理的烟叶制成的香烟。试样56是熟化的；试样57是发黄后未充分熟化的；试样58是熟化的叶片，则试样59和60是熟化的中脉。按照实施例1测定TSNA含量，结果列于下面表6。
表6
实施例7收获佛吉尼亚烤烟。试样63和66是未熟化的新采收绿色烟草，然而在TSNA测定之前停留1周，这样发生一定的空气熟化。其余的烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样68是在收获后约24-36小时变黄后从熟化室中取出的烟叶，在上述Waveguide多模发生器中以25千瓦的功率进行微波辐射约40秒。
试样64/65(烟叶)和67/70(复原片状烟草，或烟“丝”)证明了本发明在熟化烟草复水后经受微波辐射的效果。试样64和65是经过常规烟熏处理的烟叶试样；但试样64在打开的水龙头下通过约5-10秒进行复水。烟叶吸收了大量的水分。然后，试样64和65均在Waveguide多模发生器中在25千瓦下进行微波处理约40秒。试样67和70是用熟化烟叶制备的复原片状烟草试样。通过加水使试样67吸收大量的水分达到复水，然后在上述试样64的条件下进行微波辐射。试样70不进行微波处理。试样69、71和72是用作对照的其他熟化烟叶。按照实施例1测量TSNA的含量，结果列于下面表7。
表7
实施例8收获佛吉尼亚烤烟。将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样73是在收获后约24-36小时烟叶变黄后从熟化室中取出的烟叶，在Goldstar MA-1572M型微波炉中设定高功率微波辐射约2分钟。试样74-76按常规方式烟熏。试样74是熟化的对照例。试样75和76按实施例7复水(试样64)，然后每个试样在MicroDry发生器(2450MHz)中微波辐射分别约20秒(试样75)和约40秒(试样76)，功率为约6千瓦。试样77-79是用烟熏的烟叶制备的复原的片状烟草。试样77是对照试样，而试样78和79按实施例7(试样67)复水。试样78和79分别在MicroDry发生器中微波处理约30秒；试样78放在炉的底部，而试样79装在styrofoam杯中升高几英寸，可以加热得更均匀。按实施例1测量TSNA含量，结果列于下面的表8中。
表8
实施例9试样80-81是在零售商处购买的Redman嚼烟。试样80是对照，试样81在Goldstar MA-1572M型微波炉中设定高功率微波辐射约1-2分钟。试样82-83是在零售商处购买的Skoal鼻烟。试样82是对照，试样83以相同于试样81的方式微波辐射。测定TSNA的含量，结果列于下面表9中。
表9
实施例10为了试验TSNA在黄色烟草经本发明微波辐射后是否会随时间积累，在第一次测量TSNA含量后7个多月对实施例4中试验的附加香烟试样(标号-A)-试样29、35和39(对照)重新进行实施例4记载的TSNA含量试验。结果列于下面表10。
表10
实施例11收获佛吉尼亚烤烟，将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。烟叶变黄后，收获后约24-36小时，将烟叶从熟化室中取出，在Goldstar MA-1572M型微波炉中设定高功率微波辐射约2-21/2分钟。每个叶片为金黄色，得到有效干燥。一些试样，标明“磨碎”，随后磨成粉末状物质，可以用于例如口香糖、糖锭或食品添加剂。烟叶被微波处理6个多月后，用实施例1描述的方法测定下面试样的TSNA含量。结果列于下面表11。
表11
实施例12收获佛吉尼亚烤烟，将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样104和105是进行了普通烟熏处理未进行微波处理的烟叶试样。试样104是熟化的中脉，试样105是熟化的叶片。试样106是在烟叶变黄后，收获后约24-36小时从熟化室取出的黄色烟叶。从熟化室取出后，烟叶在Goldstar MA-1572M型微波炉中设定高功率微波辐射约2-21/2分钟。烟叶均为金黄色，得到有效干燥。一些干燥的叶片进一步按传统方式加工以形成烟草提取物，将其标为试样107以供分析。用实施例1描述的方法测定试样104-107的TSNA含量。结果列于下面表12中。
表12
>实施例13收获佛吉尼亚烤烟，将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样108和109是经过常规烟熏处理的烟叶试样。试样108是熟化的叶片，试样109是熟化的中脉。试样110和111是在烟叶变黄后，收获后约24-36小时，从熟化室中取出的黄色烟草。从熟化室中取出后，试样110和111在循环空气对流炉，Sharp Carousel No.R-9H84B型对流/微波炉中加热。试样110在约300°F下快速加热5-10分钟。试样111在较低的温度下较缓慢地加热，在约100°F开始，10多分钟后上升到约150°F，总共的加热时间为20多分钟。用实施例1描述的方法测定试样108-111的TSNA含量。结果列于下面的表13中。
表13
选的实施方案，微波处理的烟叶被有效干燥并且在经受处理后保持了金黄色，同时柔软易弯曲便于进一步加工，特别是用作香烟。在对流炉加工的试样中，叶片干燥时趋于破碎成粉末和小的烟草颗粒。
实施例14收获Kentucky白肋烟，烟叶在收获后约24-48小时开始变黄后如下加工。试样112-117是这一批的烟叶试样，进一步如下加工。试样112在大致相同于实施例12的试样106的条件下微波处理。烟叶为金黄色并得到有效干燥。试样113、114和117在相同于实施例13所述的循环空气对流炉中加热，试样113的加热条件与试样110的大致相同，试样114的加热条件与试样111的条件大致相同，试样117在约350°F下加热约20分钟。试样113、114和117的质量与实施例13所述的试样110和111的类似。试样115和116在实施例13中所述的Sharp Carousel对流/微波炉中加热，用微波(30％)和对流(300℃)相结合，直至烟叶有效地干燥到金黄色。用实施例1所述的方法测定试样112-117的TSNA含量。结果列于下面的表14。
表14
实施例15收获佛吉尼亚烤烟，将烟叶放置在约100-110°F的熟化室中开始烟熏处理。试样118-120是在烟叶开始黄化后从熟化室中取出，其后不久在普通的厨房用微波炉中进行微波辐射约2-21/2分钟，直至烟叶有效干燥成金黄色，但没有燃烧或炭化的烟叶试样。试样121和123是Kentucky白肋烟试样，其被收获并在开始黄化后按下面的每种情况加工。试样121放在烟草工业常用的传统蒸汽滚筒干燥器中，在约200°F下，直到烟叶变褐和稍微干燥。试样122在上述Goldstar微波炉中高功率微波辐射约2分钟，用水复水并放在滚筒干燥器中使烟叶稍微变褐，据信这样能增进风味。试样123象试样122那样处理，只是它经1分钟的微波辐射并且在放入滚筒干燥器之前不复水。按实施例1那样测定TSNA的含量，结果列于下面的表15。
表15
实施例16收获北卡罗来纳白肋烟，烟叶在收获后约2-3天，开始变黄后进行如下的加工。试样118是用与上述Goldstar微波炉同类型的微波炉在高功率下微波辐射约2分钟的烟叶试样。经微波处理后烟叶为金黄色并得到有效的干燥。用实施例1所述的方法测定TSNA含量。结果列于下面的表16中。
表16
实施例17这一实施例证明用电子束辐射以降低黄色烟草试样中TSNA的含量或基本上防止其形成的有效性。收获北卡罗来纳白肋烟。试样119-122是叶片试样，按通常方式悬挂在外面进行空气熟化，直到烟叶被有效地干燥和变褐。试样119不经处理作为对照。试样120和121在传送带上经受电子束辐射，使用Edgewood，N.Y.的Radiation Dynamics，Inc.生产的Dynamitron电子束加速器，暴露速率为1兆拉德。试样122在Goldstar微波炉中用高功率微波辐射约2分钟。试样123是在白肋烟叶开始变黄后从其端部取的试样。试样124是叶梗部分，取自与试样123相同的作物，尚有些绿色。试样125和126是黄色阶段的整叶白肋烟试样。用上述Dynamitron，以与上述试样120和121相同的方式和相同的暴露速度进行电子束辐射。按照实施例1所述的方法测定上述试样的TSNA含量，结果列于下面的表17中。
表17
尽管上述数据表明电子束辐射能有效地防止大量烟草特有的亚硝胺在受试验的烟叶试样中的形成，但烟叶不如处于相似收获后状态的烟叶经受本申请其他实施例所述的微波辐射那么有效地被干燥。因此工业应用电子束辐射加工需要另外的干燥步骤，如将辐射后的烟叶输送通过常规的干燥箱以促进熟化过程。
实施例18本实施例证明激光产生的高能射线也能有效地达到本发明降低TSNA含量的目的。用Luxar Corp.生产的LX-20SP型CO2激光仪在收获后约2-3天对黄色佛吉尼亚烤烟叶进行辐射。在superpulse E程序下使用一个NovaScan机头，它确定释放的速度，以每秒的辐射图数计。设定E10，每秒释放10次。按照下面的方案辐射8个烟叶子试样T-1到T-8
2瓦时，每扫描一次或通过一次释放约120mJ的能量，而4瓦时，同样扫描一次释放约240mJ的能量。
子试样T-1到T-4混合并结合在一起形成烟叶试样127，该试样按实施例1中所述的方法评估TSNA含量。子试样T-5到T-8类似地混合并结合在一起形成烟叶试样128，并类似地测定其TSNA的含量。结果列于下面的表18。
表18
与实施例17所述的试样相同，CO2激光辐射的试样不能象微波辐射的试样那样有效地干燥，尽管TSNA含量低，但因此要采用额外的干燥步骤来加速熟化过程。还有，CO2激光辐射之后TSNA测试之前，八个子试样中的六个少许变褐，对TSNA含量没有明显的影响。
实施例19本实施例说明γ射线也能有效地防止TSNA在黄色烟草中大量形成。在收获后约2-3天，烟叶刚刚变黄之后取佛吉尼亚烤烟。试样129-132分别取自黄色烟叶的叶片部分，在密闭仓室中以8kGrey(0.8兆拉德)/小时的暴露速率进行10kGrey(1兆拉德)的γ辐射，总暴露时间约75分钟。随后按上述的相同方式评估辐射试样TSNA的含量，结果列于下面的表19中。
表19
对本领域技术人员来说显然的是，在不离开要求保护的发明的精神和范围下对优选的实施方案可以进行各种变化和改进。因此，上面的说明仅用以举例说明而不应看作是任何限制。
权利要求
1.一种将收获的烟叶中亚硝胺的量降低或防止亚硝胺形成的方法，包括(i)(a)从烟叶上除去烟梗，(b)将烟叶压榨除去多余水分，或(c)使烟叶经受蒸汽处理的步骤，和(ii)使烟叶的至少一部分经受微波辐射，而所述部分未经熟化并处于易于降低亚硝胺的量或易于抑制亚硝胺形成的状态，辐射时间为足以将至少一种亚硝胺的量降低或基本上防止至少一种亚硝胺形成的时间，其中所述的经受微波辐射是在烟叶或其部分上，在叶片开始黄化之后和烟草特有的亚硝胺在叶片中大量积累之前进行，和其中所述的烟叶或其部分安置成单层的厚度而不使烟叶堆叠或堆积。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的步骤是(b)或(c)和烟叶包括烟梗。
3.一种将收获的烟叶中亚硝胺的量降低或防止亚硝胺形成的方法，包括使烟叶的至少一部分经受电磁波谱中频率高于微波区域的集中(concentrated)形式的辐射，而所述部分未经熟化并处于易于降低亚硝胺的量或易于抑制亚硝胺形成的状态，辐射时间为足以将至少一种亚硝胺的量降低或基本上防止至少一种亚硝胺形成的时间。
4.根据权利要求3的方法，其中所述的经受辐射是在烟叶或其部分上，在叶片开始黄化之后和烟草特有的亚硝胺在叶片中大量积累之前进行。
5.根据权利要求3的方法，其中所述的经受辐射是在烟叶基本失去细胞完整性之前进行。
6.根据权利要求3的方法，其中所述的烟叶是烤烟，所述的经受辐射在收获后约24-72小时之内进行。
7.根据权利要求3的方法，其中在预定功率水平下对烟叶施加所述辐射的时间为至少约1秒。
8.根据权利要求3的方法，其中所述的经受辐射防止了至少一种烟草特有的亚硝胺在烟叶中的正常积累。
9.根据权利要求8的方法，其中所述的至少一种烟草特有的亚硝胺选自N’-亚硝基降烟碱、4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亚硝基新烟草碱和N’-亚硝基毒藜碱。
10.根据权利要求4的方法，其中所述的经受辐射在安置成单层的厚度不堆叠或堆积的烟叶上进行。
11.根据权利要求10的方法，还包括，在所述的经受辐射之前，(a)从烟叶上除去烟梗，(b)将烟叶压榨除去多余水分，或(c)使烟叶经受蒸汽处理的步骤。
12.根据权利要求3的方法，还包括在进行辐射步骤之后将该部分干燥。
13.根据权利要求3的方法，其中所述的辐射由激光束产生。
14.根据权利要求3的方法，其中所述的辐射是由电子加速器产生的电子束。
15.根据权利要求3的方法，其中所述的辐射是γ辐射。
16.一种烟草制品，包括至少一种烟草特有的亚硝胺的含量降低了的烟草，其制造方法包括在烟草未经熟化并处于易于抑制所述的至少一种烟草特有亚硝胺的形成的状态时，使烟草经受电磁波谱中频率高于微波区域的集中形式的辐射。
17.根据权利要求16的烟草制品，其中所述的经受辐射是在烟叶或其部分上，在叶片开始黄化之后和烟草特有的亚硝胺在叶片中大量积累之前进行。
18.根据权利要求16的烟草制品，其中所述的经受辐射在烟草基本上失去细胞完整性之前进行。
19.根据权利要求17的烟草制品，其中所述的烟草是烤烟，所述经受辐射在收获后约24-约72小时之内进行。
20.根据权利要求16的烟草制品，其中所述的微波辐射在预定功率水平下对烟叶进行至少约1秒钟。
21.根据权利要求20的烟草制品，其中所述的经受辐射防止了至少一种烟草特有的亚硝胺在叶片中的正常积累。
22.根据权利要求21的烟草制品，其中所述的至少一种烟草特有的亚硝胺选自N’-亚硝基降烟碱、4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亚硝基新烟草碱和N’-亚硝基毒藜碱。
23.根据权利要求17的烟草制品，其中所述的经受辐射对安置成单层厚度、不堆叠或堆积的烟叶进行。
24.根据权利要求23的烟草制品，还包括在所述的经受辐射之前，(a)从烟叶上除去烟梗，(b)将烟叶压榨除去多余水分，或(c)使烟叶经受蒸汽处理的步骤。
25.根据权利要求16的烟草制品，还包括在进行辐射步骤之后将该部分干燥。
26.根据权利要求16的烟草制品，其中所述的辐射由激光束产生。
27.根据权利要求16的烟草制品，其中所述的辐射是由电子加速器产生的电子束。
28.根据权利要求16的烟草制品，其中所述的辐射是γ辐射。
29.一种将熟化的褐色烟草中至少一种烟草特有的亚硝胺的含量降低的方法，包括将熟化的烟草复水，和使复水烟草在预定的能量水平下经受电磁波谱中频率高于微波区域的集中形式的辐射预定长的时间。
30.根据权利要求29的方法，其中所述的复水步骤包括向熟化烟草中加水使烟草吸收约10wt％到最大吸收能力量的水分。
31.根据权利要求29的方法，其中所述的至少一种烟草特有的亚硝胺选自N’-亚硝基降烟碱、4-(N-亚硝基甲基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N’-亚硝基新烟草碱和N’-亚硝基毒藜碱。
32.一种生产烟草制品的方法，包括使收获的烟叶经受电磁波谱中频率高于微波区域的集中形式的辐射，而所述烟叶未经熟化并处于易于降低烟草特有的亚硝胺的量或易于抑制烟草特有的亚硝胺形成的状态，辐射时间为足以将烟叶中至少一种烟草特有的亚硝胺的量降低或基本上防止烟叶中至少一种烟草特有的亚硝胺形成的时间，和制成包括微波处理的烟叶的所述烟草制品，该烟草制品选自香烟、雪茄、嚼烟、鼻烟和含烟草的口香糖(gum)和糖锭。
33.根据权利要求32的方法，其中烟叶在烟叶开始黄化之后和烟草特有的亚硝胺在烟叶中大量积累之前经受所述辐射。
全文摘要
本发明公开了降低致癌亚硝胺在收获后的烟叶如烟草和大麻(marijuama)中的含量和防止其形成的方法。该方法涉及在熟化循环的适宜时间使烟叶经受微波和/或高频辐射。用这种烟草可以制得本发明的适于人消费的制品,如香烟、雪茄等,其烟草特有的亚硝胺的含量与新采收的绿色烟草相同。在优选的实施方案中,所得的烟草制品为金黄色的干烟叶,与常规熟化的烟草相比其已知的致癌物NNN和NNK的量几乎可忽略不计。
文档编号A24B15/18GK1272768SQ98808356
公开日2000年11月8日 申请日期1998年6月9日 优先权日1997年6月20日
发明者J·R·威廉斯 申请人:里金特考特技术公司