保潤(rùn)劑對(duì)煙草吸濕特性的影響研究

郭俊成，吳達(dá)，程曉蕾，田杰，沙云菲，劉百戰(zhàn)

1 上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海市長(zhǎng)陽路717號(hào) 200082；

2 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康中心，合肥市徽州大道衛(wèi)塘 230052

煙葉的表面凹凸不平，形成大量的不規(guī)則的角質(zhì)紋理結(jié)構(gòu)，同時(shí)煙葉還是一種毛細(xì)多孔體物料，這種性質(zhì)使得煙草具有吸濕和解濕的特性。目前在卷煙和食品行業(yè)生產(chǎn)中,所采用的保潤(rùn)劑大都是多元醇類化合物,這類化合物都具有多個(gè)羥基，能和水分子能形成化學(xué)鍵,因而具有一定的吸濕性。蘆薈多糖為蘆薈植物的天然提取物，在醫(yī)藥和食品保健等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，新鮮凝膠中蘆薈多糖含量約為0.27%～0.5%，是一大類具有不同生理功能的大分子化合物，主要由甘露糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖等組成，具有膠體物質(zhì)的吸濕特性[1]。試驗(yàn)比較了丙三醇、丙二醇、木糖醇和山梨醇四種多元醇，以及蘆薈多糖物質(zhì)對(duì)煙葉表面孔隙紋理結(jié)構(gòu)和吸濕特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

云南宜良烤煙煙葉B2F和C2F(2011年)；庫(kù)拉索蘆薈（A.vera L.）。

1.2 主要試劑和儀器

試劑：1,2-丙二醇和丙三醇（化學(xué)純，上海試劑一廠)、硫酸(98%優(yōu)級(jí)純，上海試劑一廠)、木糖醇和D-山梨醇（生物試劑，天津博迪化工）、硅膠(青島海洋)。

儀器：XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡(PHILIPS-FEI,荷蘭)、Avantij20高速冷凍離心機(jī)(BECKMAN,美國(guó))、Genesis冷凍干燥機(jī)（VIRTIS，美國(guó)）、302A型恒溫恒濕箱(±1℃、±5%RH，上海實(shí)驗(yàn)儀器)、101-1型烘箱(±1℃，上海實(shí)驗(yàn)儀器)、VICTOR231高精度溫濕度儀（±2%RH 深圳勝利）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蘆薈多糖提取

用水為浸提劑, 把多糖從蘆薈葉中提取出來,再加人乙醇沉淀多糖, 經(jīng)過離心分離沉淀, 然后再經(jīng)溶解、超濾和冷凍干燥, 即可得到蘆薈多糖[2]。

1.3.2 樣品制備和保潤(rùn)性測(cè)定：

將切絲后煙絲分別添加1%的丙二醇、丙三醇、山梨醇、木糖醇和蘆薈多糖，對(duì)照煙絲添加等量純凈水制成6個(gè)煙樣。處理和對(duì)照樣品放入硫酸干燥器內(nèi)，并將硫酸干燥器放入相同濕度下的恒溫恒濕箱中進(jìn)行煙草保潤(rùn)性測(cè)定，水分變化情況采用“差量法”測(cè)定[3]。實(shí)驗(yàn)溫度選擇為(22±1)℃，相對(duì)濕度精度±2%RH[4]。

1.3.3 煙絲表面微結(jié)構(gòu)表征

將煙樣在溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%條件下平衡水分48 h后，密封送中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程與材料實(shí)驗(yàn)中心檢測(cè)，樣品煙絲的正面朝上固定在載物臺(tái)上,真空噴金，用XL30-ESEM型環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察拍照[5]。每個(gè)煙樣在300倍下，設(shè)置5次重復(fù)用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，另外在2000倍下，對(duì)氣孔放大拍照用于分析。葉面氣孔的孔徑由Nano Measurer 1.2軟件分析；葉面不規(guī)則的溝槽紋理陰影部分所占比例采用Image Tool 2.0軟件閾值分析。數(shù)據(jù)采用spss13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件處理。

表1 保潤(rùn)劑對(duì)煙草葉表面氣孔和溝槽紋理的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)煙葉表面孔隙紋理結(jié)構(gòu)影響

表1中，采用兩個(gè)獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)方法進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果顯示：添加保潤(rùn)劑對(duì)氣孔長(zhǎng)度的影響較小，只有山梨醇B2F處理達(dá)到5%顯著差異；煙樣B2F氣孔的平均寬度在4.33 ～7.22μm ，最小為丙二醇， C2F煙樣在3.23 ～4.21μm，最小為丙三醇，和對(duì)照相比保潤(rùn)劑處理煙樣氣寬度均有減少，達(dá)到5%和1%的顯著差異，影響程度B2F＞C2F；處理煙樣保衛(wèi)細(xì)胞寬度均有不同程度的增加，除木糖醇和山梨醇處理的B2F不顯著外，其他均有5%以上的顯著差異；B2F和C2F處理煙樣氣孔的平均面積均顯著的小于對(duì)照；保潤(rùn)劑處理煙絲截面寬度均有增加，除山梨醇處理的B2F不顯著外，其他均有5%以上的顯著差異；采用Image Tool 2.0軟件對(duì)葉面不規(guī)則的溝槽紋理陰影部分所占的面積百分比進(jìn)行閾值分析，和對(duì)照相比除山梨醇處理的B2F不顯著外，其他處理均有顯著和極顯著的增加，影響較大的是丙二醇和丙三醇，其次是木糖醇和蘆薈多糖。保潤(rùn)劑處理的所有樣品含水率均極顯著的高于對(duì)照。

氣孔是由兩個(gè)腎形保衛(wèi)細(xì)胞圍繞而成的縫隙，是煙葉表面最主要的孔隙，田間生長(zhǎng)時(shí)，氣孔的大小和密度直接影響到煙草體內(nèi)水分代謝[6-7]。馬林等[8]認(rèn)為，煙葉表面、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分決定了煙草具有吸濕性。本實(shí)驗(yàn)觀察到，保潤(rùn)劑使煙樣的水分含量增加，氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞有一定程度的吸水膨大，使得氣孔變窄和氣孔面積減少，孔隙面積的變小有利于保濕，5種保潤(rùn)劑處理和對(duì)照的氣孔變化見圖1。煙草通過葉表面和斷面吸收水分[9]，溝槽紋理所占的面積百分比和煙絲截面寬度增加（煙絲增厚），可能也與細(xì)胞吸水膨大有關(guān)。

圖1 添加保潤(rùn)劑樣品和對(duì)照的氣孔微結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖（Bar=10μm）

2.2 對(duì)煙草解濕和吸濕平衡含水率的影響

2.2.1 對(duì)煙草解濕平衡含水率的影響

表2為B2F和C2F處理和對(duì)照煙樣解濕平衡含水率，從表2數(shù)據(jù)可見：B2F和C2F兩組樣品表現(xiàn)相同的是，在相對(duì)濕度100%～95%區(qū)間，下降緩慢；95%～70%區(qū)間解濕速度較快，70%～10%區(qū)間解濕速度逐漸減緩，10%～5%區(qū)間變化較小。用“配對(duì)樣本T檢驗(yàn)”方法，分別將保潤(rùn)劑處理煙樣和對(duì)照樣進(jìn)行顯著性差異分析，結(jié)果表明都達(dá)到1%的顯著水平，說明5種保潤(rùn)劑的保潤(rùn)效果明顯。就保潤(rùn)劑的影響而言，在相對(duì)濕度100% 時(shí)，煙樣B2F含水率最高的是丙三醇處理，為29.63%，其他依次是，丙二醇、木糖醇、山梨醇和蘆薈多糖，而煙樣C2F含水率最高的是丙二醇處理，為30.92%，其他依次是，丙三醇、木糖醇、蘆薈多糖和山梨醇；在相對(duì)濕度95%～50%，煙樣含水率最高的是丙二醇，其次是丙三醇，木糖醇和蘆薈多糖互有高低，最低的是山梨醇；在相對(duì)濕度40%～30%，丙二醇和蘆薈多糖互有高低，其他排序是丙三醇、木糖醇和山梨醇；在相對(duì)濕度20%～10%，蘆薈多糖保潤(rùn)性能較好，其他排序基本沒變。

康躍進(jìn)等[10]對(duì)丙二醇、丙三醇和山梨醇保潤(rùn)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為丙二醇最好，其次是丙三醇。從煙草解濕平衡含水率變化來看，丙二醇和丙三醇總體表現(xiàn)較好，其次是木糖醇和蘆薈多糖。蘆薈多糖在低相對(duì)濕度下表現(xiàn)較好的保潤(rùn)性[11]，可能和蘆薈多糖的復(fù)雜的成分，以及膠體物理特性有關(guān)。

表2 煙絲解濕平衡含水率

2.2.2 對(duì)煙草吸濕平衡含水率的影響

表3為B2F和C2F處理和對(duì)照煙樣吸濕平衡含水率，從表3數(shù)據(jù)可見：B2F和C2F兩組樣品表現(xiàn)相同的是，在相對(duì)濕度5%～10%區(qū)間，煙樣含水率變化不大，20%～70%吸濕速度逐漸加快，70%～95%區(qū)間吸濕速度迅速上升，95%～100%區(qū)間吸濕速度變化較小。配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，5種保潤(rùn)劑煙樣的含水率極顯著的高于對(duì)照。就保潤(rùn)劑的影響而言，在相對(duì)濕度5%～20%，煙樣含水率較高的是蘆薈多糖，其次是丙二醇和丙三醇，木糖醇和山梨醇互有高低；在相對(duì)濕度30%～40%，丙二醇、丙三醇和蘆薈多糖互有高低，木糖醇稍高于山梨醇；相對(duì)濕度50%～100%，處理煙樣吸濕平衡含水率上升最快的是丙二醇和丙三醇，木糖醇和蘆薈多糖處理含水率互有高低，但多高于山梨醇。

在吸濕過程中，保潤(rùn)劑的影響和解濕過程類似，丙二醇和丙三醇吸濕平衡含水率上升較快，蘆薈多糖只是在低相對(duì)濕度下平衡含水率較高。

表3 煙絲吸濕平衡含水率

表4 煙絲吸濕滯后比較表

2.2.3 吸濕滯后的變化

表4列出了22℃時(shí)，煙樣吸濕滯后的數(shù)據(jù)，濕滯值△W為相對(duì)濕度相同，煙樣的解濕和吸濕平衡含水率的差值。分別將各個(gè)煙樣的解濕平衡含水率和吸濕平衡含水率配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，差異都是極顯著，可見處理和對(duì)照都存在吸濕滯后現(xiàn)象，亦即如果濕煙草被干燥之后重新吸濕，為了得到同樣的平衡水分，必須具有更高的空氣濕度。由表4可以看出：不同的相對(duì)濕度下，吸濕滯后的程度不盡相同，對(duì)照煙樣△W＞1的值，B2F發(fā)生在相對(duì)濕度40%～90%，C2F發(fā)生在相對(duì)濕度40%～80%，相對(duì)濕度過高(≥95%)或過低(≤20%)，B2F和C2F的濕滯值△都較小。保潤(rùn)劑處理煙樣△W＞1的值：B2F處理煙樣，除丙三醇出現(xiàn)在相對(duì)濕度20%～100%外，其他都是在20%～95%；C2F處理煙樣，丙二醇和丙三醇△W＞1的值出現(xiàn)在相對(duì)濕度40%～100%，蘆薈多糖在50%～100%，木糖醇和山梨醇在40%～90%。由此可見,和對(duì)照相比，除C2F的木糖醇和山梨醇處理外，其他處理都出現(xiàn)使吸濕滯后向95%～100%%高相對(duì)濕度區(qū)上移的現(xiàn)象。此外，在相對(duì)濕度40%～90%，除C2F的山梨醇和蘆薈多糖處理外，其余處理都有△W＞2的值出現(xiàn)。部位比較，B2F吸濕滯后比C2F明顯。

顧中柱等[12]認(rèn)為，煙草存在吸濕滯后現(xiàn)象，在相對(duì)濕度50%～70%吸濕滯后非常明顯（1.8≥△W≥1.6），當(dāng)相對(duì)濕度較高(＞90%)或較低(＜10%)時(shí)，吸濕滯后現(xiàn)象不明顯。對(duì)照煙樣和顧中鑄的報(bào)道基本一致，但添加保潤(rùn)劑的煙樣吸濕滯后現(xiàn)象更明顯，其原因借鑒Urquhart提出的“有效羥基說”[13-14]，5種保潤(rùn)劑都含有能和水分子形成氫鍵的親水基團(tuán)羥基,增加了解濕的阻力，而吸濕過程中，相對(duì)較干燥的煙草內(nèi)物質(zhì)，部分羥基和羥基之間形成相互間的氫鍵結(jié)合，當(dāng)開始吸著水分時(shí)，一些氫鍵結(jié)合分離，但是另外一部分仍然保持相互間氫鍵結(jié)合的狀態(tài)，因此能吸著水分的“有效的”羥基數(shù)目減少，從而吸濕滯后現(xiàn)象更明顯。B2F吸濕滯后比C2F明顯，可能與上部煙較厚有關(guān)（表1）。吸濕滯后現(xiàn)象有多種解釋，機(jī)理復(fù)雜[15]值得探討。

3 結(jié)論

（1）添加保潤(rùn)劑的煙樣含水率增加，葉表面氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞有一定程度的膨大，氣孔的寬度變窄，孔隙的面積縮小，葉表面溝槽紋理所占的面積百分比和煙絲截面寬度增加，影響程度排序是丙二醇、丙三醇、木糖醇、蘆薈和山梨醇。

（2）丙二醇和丙三醇的解濕和吸濕平衡含水率都比較高，蘆薈多糖在相對(duì)濕度30%以下保潤(rùn)性能較好；添加保潤(rùn)劑會(huì)加劇煙草的吸濕滯后現(xiàn)象，并且對(duì)上部煙B2F的影響要大于中部煙C2F；保潤(rùn)劑處理的煙樣持水性強(qiáng)，不易干燥。保潤(rùn)劑對(duì)煙草吸濕特性的影響值得進(jìn)一步深入研究。

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