天然新型煙草保潤劑的開發(fā)應(yīng)用研究進(jìn)展

馬曉靜　寧敏　徐迎波　王程輝　姚日生

摘要 綜述了新型天然煙草保潤劑的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀。植物、動物、微生物中含有的獨特保潤物質(zhì)，在維持煙絲含水率、提高卷煙抽吸舒適性等方面體現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢和顯著的應(yīng)用效果。針對天然煙草保潤劑開發(fā)的必要性、主要種類、作用機理及其對卷煙品質(zhì)的影響作了詳細(xì)比較論述，并對煙草保潤劑的開發(fā)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 天然保潤劑；煙草；保潤性能；卷煙品質(zhì)；保潤機理

中圖分類號 S572；TS45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-260-04

目前我國已經(jīng)成為世界上香煙消費最大的市場，但我國仍只是煙草大國，還不是煙草強國，我國煙草業(yè)的現(xiàn)狀迫切要求國內(nèi)各大煙草企業(yè)提升卷煙品質(zhì)，做大做強品牌。開展卷煙增香保潤應(yīng)用基礎(chǔ)研究、共性技術(shù)研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，對于提升中式卷煙品質(zhì)、增強市場競爭力具有重要意義。目前，我國煙草行業(yè)常用保潤劑主要為甘油、丙二醇、木糖醇和山梨醇等，此類保潤劑雖可以維持加工過程中煙絲含水率，提高煙絲耐加工性，但對于成品卷煙含水率的維持、感官舒適度的改善效果則不太理想，煙草保潤研究已經(jīng)受到高度關(guān)注[1-2]。

從傳統(tǒng)的保潤劑的使用到各種新型保潤劑的開發(fā)，卷煙保潤研究正處于快速發(fā)展階段。其中，天然植物源、動物源、微生物源保潤劑將提取分離技術(shù)與煙草保濕保潤性能相結(jié)合，在構(gòu)建卷煙獨特香韻、提高感官舒適度等方面，體現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢和較顯著的應(yīng)用效果。筆者主要對天然新型煙草保潤劑的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 天然新型煙用保潤劑種類

一般來說，保潤劑都含有親水性的羥基、羧基等基團(tuán)，其通過與水分子形成氫鍵減少水分的揮發(fā)或捕集空氣中的水分，從而保持含水率的相對穩(wěn)定[3]。根據(jù)保潤劑的結(jié)構(gòu)特性，近年來，國內(nèi)外已有植物來源型、動物來源型及微生物來源型等天然保潤劑的相關(guān)報道出現(xiàn)。保潤劑組成涉及多元醇類、天然植物及藻類提取物類、高分子化合物類，多糖類及復(fù)配型等。

1.1 植物來源型煙草保潤劑 我國植物資源豐富，具保潤性能的藥用、食用植物種類繁多，且多種植物具有增香成分，將其提取物有效地應(yīng)用于卷煙，可以改善中式卷煙的保潤性能和感官舒適度。植物來源型的煙草保潤劑的功能組分主要包括低聚糖類、D-吡喃半乳糖醛酸類、吡咯烷酮羧酸類、植物多糖類、復(fù)方提取物類、氨基酸類等。

早在1988年，楊金生就探討了甘草流浸膏在卷煙中的作用，發(fā)現(xiàn)將甘草流浸膏應(yīng)用于卷煙，除具有遠(yuǎn)優(yōu)于糖類保潤劑的保潤性外，還具有柔和煙氣、潤喉增甜等功效，使用安全可靠，無毒副作用[4]。2005年，美國菲莫公司的Carmines將甘草提取物按照1%～4%的比例加入到煙絲中同樣發(fā)現(xiàn)其不僅改善煙絲的保濕能力，也使煙氣變得更為柔和[5]。

麥芽低聚糖醇作為一種保濕性能較強的優(yōu)良保健功能的食品原料在煙草工業(yè)中應(yīng)用廣泛。仉永全等以國產(chǎn)低聚糖為底物制取獲得了麥芽低聚糖醇，該產(chǎn)品的特點是黏度大、冰點低，與甘油以一定比例復(fù)配后保濕性能更佳[6]。

黃強等將蘋果皮渣水解，并采用萃取、酶催化脫酯、脫色、濃縮、干燥等一系列處理獲得了果膠類低酯化度的D-吡喃半乳糖醛酸天然“綠色”保潤劑。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D-吡喃半乳糖醛酸除具有較好的保潤效果外，還能在一定程度上降低煙氣CO與煙堿量[7]。

阮曉明等考察了以天然植物玉米為原料，通過提取其中的吡咯烷酮羧酸類組分，并采用先進(jìn)工藝和優(yōu)化復(fù)配技術(shù)合成的一種含有多種天然保濕因子的新型保潤劑PDS在卷煙中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，PDS 是一種可替代傳統(tǒng)保潤劑的理想保濕劑，與添加丙二醇和甘油的效果相比，添加PDS 樣品的保濕能力和防潮效果優(yōu)于對照，且PDS的裂解產(chǎn)物中含有多種與煙草致香物質(zhì)相近的成分，同等條件下其改善煙氣的作用優(yōu)于丙二醇。除此之外，PDS低廉的價格（1.25元/kg）可在一定程度上降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[8]。

陳建軍等從植物中提取了一種天然戊聚糖（CBH），該類物質(zhì)可以實現(xiàn)水分的雙向控制，有效穩(wěn)定煙絲卷煙的含水率，且能緩釋致香物質(zhì)，改善卷煙的感官質(zhì)量，有很好的配伍性和安全性[9]。蔣美紅等將特殊煙草、海藻、香草分別以溶劑提取和精制制成了保潤增香添加劑，發(fā)現(xiàn)該保潤增香二元添加劑不僅能明顯保留煙絲水分，而且能豐富煙香，提高卷煙舒適度[10]。

2009年，黃龍等公開了一種牛蒡根干粉水提取浸膏，可以用作兼具保濕保潤功能的煙草香料[11]。另外，牛蒡廢渣可應(yīng)用于煙草薄片的基片抄造，緩解造紙法煙草薄片原料緊張的同時改善造紙法煙草薄片感官質(zhì)量。該發(fā)明在方法加工過程中沒有廢棄物，實現(xiàn)了牛蒡根的全部綜合利用。

2010年，郭國寧等通過對魔芋主要成分魔芋葡甘聚糖接枝共聚改性得到了新型保潤劑KSAP-T，試驗結(jié)果顯示，其有明顯的保濕和保潤作用，添加后煙絲最終含水率達(dá)到7.51%，水分活度為0.392，水分散失速率最慢，且卷煙的感官評價結(jié)果表明其對感官無明顯負(fù)作用，用量也低于常規(guī)保潤劑，具有較好的應(yīng)用前景[12]。

王明鋒等以蘋果和枸杞為原料制備的多糖類新型保潤劑BR-22添加到煙絲中具有較好的保濕和防潮作用，且BR-22的裂解產(chǎn)物與煙草致香成分具有較好的配伍性[13]。劉洋等用熱水浸提法提取獲得的仙人掌多糖除具有較好的保潤效果，低濕條件下降低煙絲的失水率，減緩水分的散失，高濕條件下與丙二醇的吸濕性能較為接近外；還具有增加香氣量，提高煙氣細(xì)膩度，增強回甜感，減輕雜氣等效果，添加在卷煙中后整體評吸效果較好，更適用于卷煙生產(chǎn)[14]。黃艷等首先將沙參、麥冬、桔梗復(fù)方中藥粉碎后加水提取過濾獲得提取液，隨后利用復(fù)合蛋白酶和高溫淀粉酶對其酶解，經(jīng)大孔樹脂柱吸附后所得穿流液再經(jīng)濃縮得到了一種復(fù)方多糖保潤劑。該復(fù)方提取物可以提高卷煙感官質(zhì)量，降低煙氣干燥感，提高甜潤度，具有明顯的生津、保潤效果[15]。

2011年，崔海濱等提取分離橄欖果的天然有效成分并采用膠體制備技術(shù)開發(fā)了保潤劑SLT[2]。試驗表明，該具微弱甜香氣味的淺黃色液體SLT 的保濕性能優(yōu)于丙二醇和甘油，添加SLT 卷煙的感官舒適度好于添加丙二醇和甘油的卷煙，主要表現(xiàn)在干燥感和刺激性明顯減少。

2012年，吳彥等開發(fā)了一種用于卷煙保潤增香的添加劑，該添加劑包含中藥提取物組合物或復(fù)方中藥提取物（淫羊藿、墨旱蓮、款冬花、益母草、蒲公英和瓜蔞皮）[16]。該添加劑在常溫干燥環(huán)境下可以維持煙絲水分，具有良好的物理保潤作用；可以明顯提升香氣量，改善協(xié)調(diào)性，改善余味，減少雜氣與刺激性，增加生津感和回甜感，整體提升卷煙舒適度；且該添加劑提取工藝簡單易行，成本可控，原料易得。

2012年，伍錦鳴等以馬鈴薯淀粉為研究對象，通過化學(xué)反應(yīng)將強親水性基團(tuán)引入淀粉分子內(nèi)以大幅度提高其吸水和保水能力制備了改性淀粉保潤劑[17]。通過對煙絲平衡含水率的測定，發(fā)現(xiàn)該改性淀粉的保潤性能優(yōu)于常見的煙用保潤劑丙二醇、甘油和山梨醇。萬敏等利用乙醇溶液超聲振蕩浸提結(jié)合酸堿度調(diào)節(jié)制備了紅毛丹保潤增香劑，發(fā)現(xiàn)其可以在有效保持煙絲水分的同時增加卷煙香氣量，柔和煙氣，提升香氣質(zhì)，降低刺激性，提升產(chǎn)品吸食品質(zhì)[18]。

2013年，遲建國等以蘆薈、仙人掌等具有顯著吸水功能的天然植物經(jīng)過提取、濃縮等工藝研發(fā)獲得天然保潤劑CNY-J[19]。研究表明， CNY-J在保潤性能、煙絲保潤和防潮方面均優(yōu)于常用保潤劑丙二醇，應(yīng)用于卷煙后可改善煙氣的柔和性、細(xì)膩度，減少煙氣刺激，增加卷煙舒適性。

2014年，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司陳芝飛等從雞蛋花中通過乙醚索式提取純化得到了雞蛋花粗多糖，試驗證明其對卷煙具有很好的物理和感官保潤作用，且可以降低卷煙的刺激性和雜氣，提高卷煙煙氣的圓潤感和舒適度[20]。同時，該公司公開了葛花、灰樹花、無花果、沙棘、麥冬、金錢草、銀杏、大棗、當(dāng)歸、益智仁、枸杞、茯苓、黃芪、巴戟天、蜜柚柚皮等多種植物多糖的提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用[21-34]。

另外，天然存在于枸杞、海帶中的氨基酸保潤劑略帶甜味，對人體無毒、無害、無致敏，是一種吸收快、活性高的兩性離子型的新型高效保濕劑。其保濕性能是甘油的12倍，具有高度生物兼容性，極易溶于水，適用范圍廣、容易操作、安全穩(wěn)定。此類保潤劑以氨基酸為載體，通過梅拉德反應(yīng)與天然單體香料結(jié)合，對煙草具有很強的保潤作用，同時還具有增加煙香、去除雜氣、使煙味協(xié)調(diào)、豐滿等優(yōu)點[35]。

1.2 動物來源型煙草保潤劑 來源于動物的煙草保潤劑的開發(fā)研究相對較少，僅在近些年有少量報道，主要包括殼聚糖衍生物、蠟酯類、天然蜂膠提取物等。

自然界中，甲殼質(zhì)廣泛存在于蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物的外殼、低等植物菌類、真菌的細(xì)胞壁等。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基后得到的一種天然高分子堿性多糖，具有一定的保濕、抑菌作用。改性后的殼聚糖衍生物在煙草工業(yè)中可作為再造煙葉的添加劑使用，具有一定的保潤、保香、防霉等功效。殼聚糖衍生物的保潤作用較麥芽低聚糖醇和丙二醇強，但其對卷煙香氣和余味有一定的影響，可能與其含有較多的氮元素有關(guān)[7，36]。

2010年，黎洪利等公開了一種由蠟、乳化劑和水組成的蠟酯類煙草保潤劑[37]。其中的蠟可以為動物蠟，也可為植物蠟和石油蠟。該煙草保潤劑兼具保濕和防潮2種功效，能有效緩解煙草隨環(huán)境條件的變化，增強煙草防霉功能，改善煙草燃燒后的口感效果，且其燃燒產(chǎn)物無毒無害，使用安全。

2014年，劉邵華等以天然蜂膠通過采用溶液萃取、超臨界萃取或超聲萃取后得到一種蜂膠提取物類煙草保潤劑[38]。試驗結(jié)果表明，其保潤效果超過目前普遍使用的丙二醇、丙三醇或山梨醇等傳統(tǒng)保潤劑。此外，該新型煙草保潤劑可有效去除煙氣的自由基，增強卷煙的吸食安全性。

1.3 微生物來源型煙草保潤劑 微生物來源的煙草保潤劑的開發(fā)利用相關(guān)報道也相對較少。但微生物作為一個豐富的資源庫，具有巨大的開發(fā)利用潛力，開發(fā)微生物源卷煙保潤劑也引起了越來越多研究者的興趣。來源于微生物的真菌多糖、藻類多糖、藻類提取物、細(xì)菌多糖等均可用作煙草保潤劑。

真菌多糖是從真菌子實體、菌絲體、發(fā)酵液中分離出的、由醛基和酮基通過糖苷鍵連接起來的高分子活性聚合物。徐若飛等以食用菌香菇多糖為主料開發(fā)的新型煙用保潤型香料，除具有優(yōu)良的保潤性能外，還具使卷煙有特殊香味，提高煙氣舒適度的作用[39]。而蟲草多糖不僅具有卷煙保潤效果，還能有效降低香煙對果蠅壽命的負(fù)面影響[40]。河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司也在2014年連續(xù)申請了銀耳、金針菇、靈芝、姬松茸多糖等真菌多糖的提取方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用的相關(guān)專利[41-44]。而張玲等通過對不同種類的天然真菌多糖（裂褶多糖、殼聚糖衍生物等）和煙草中特有成分進(jìn)行綜合配方設(shè)計，最終獲得新型保潤劑CPL-NR。與丙二醇相比，CPL-NR 自身保濕率有一定程度的提高，可以有效減緩煙絲水分散失；且應(yīng)用CPL-NR對改善香氣豐滿度和透發(fā)性、降低刺激、增加津潤感、提高喉部舒適性等方面均有較好效果，而對卷煙煙氣和常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)無負(fù)面影響[45]。

2013年，楊君等利用超聲波輔助提取獲得了銅藻多糖，試驗結(jié)果表明，銅藻多糖在低濕條件下能夠降低煙絲的失水率和失水速率，在高濕條件下能有效地減緩煙絲對水分的過量吸收，對煙絲具有較好的保潤效果和防潮性能[46]。

2 新型保潤劑對卷煙品質(zhì)的影響

多數(shù)天然保潤劑均對卷煙抽吸品質(zhì)有正面影響，包括降低煙氣中煙堿和總焦油含量、增加卷煙香氣、減緩致香物質(zhì)釋放、提高卷煙感官質(zhì)量等方面。

2.1 降低煙氣中煙堿和總焦油含量 新型天然保潤劑多以純天然物質(zhì)經(jīng)科學(xué)配比，使用超臨界萃取、仿生、改性等先進(jìn)的技術(shù)手段制成的大分子物質(zhì)，不添加任何對人體有害的添加劑，可直接食用。天然保潤劑一般具有較高的自燃點，使用前主要將其配成水溶液進(jìn)行噴灑。因此，在吸燃煙支的蒸餾區(qū)天然保潤劑中水分首先蒸發(fā)，在煙支的燃吸過程中基本不直接蒸發(fā)，大部分可完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物為無害的二氧化碳和水；而丙二醇等傳統(tǒng)保潤劑的沸點較低，大部分在已燃吸煙支的蒸餾區(qū)基本被直接蒸發(fā)，沒有經(jīng)過燃燒而全部變成丙二醇的粒相物質(zhì)，一部分作為焦油危害煙民，大部分散發(fā)到空氣中污染環(huán)境，危害更多的被動吸煙者[35]。因此，新型保潤劑一般除具有較好的保潤效果外，還能在一定程度上降低煙氣煙堿量與總焦油含量[8]。

2.2 增加卷煙香氣和減緩致香物質(zhì)釋放 通過分析多種天然保潤劑的裂解產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，新型天然保潤劑的裂解產(chǎn)物中多含有多種與煙草致香物質(zhì)相近的成分，這些小分子香味物質(zhì)可以起到增進(jìn)香氣、改善吸味的作用，具很好的配伍性和安全性[45]。通過比較添加不同保潤劑的卷煙緩釋致香物質(zhì)的效果差異發(fā)現(xiàn)，添加天然保潤劑的卷煙頂空分析物中典型致香物質(zhì)的相對含量均有不同程度的降低，說明其具有一定的減緩煙絲中香氣物質(zhì)揮發(fā)的作用[9]。另外，有些天然保潤劑還能夠和香精很好地互溶，可與酒精配合作為煙用香精的稀釋劑來調(diào)配香精溶液，具有較好的定香作用，減緩香精的揮發(fā)[47]。

2.3 提高卷煙評吸感官舒適度 新型天然保潤劑優(yōu)秀的保潤性能通過顯著提高煙絲含水率，提高卷煙主流煙氣氣相、粒相水分含量，達(dá)到降低煙氣的干燥感，柔和煙氣，增加潮潤感的效果。另外，某些天然保潤劑，特別是植物來源的天然保潤劑還具有增加卷煙的香氣量，改善香氣豐滿度和透發(fā)性；增強煙氣生津感，提高喉部舒適性；提高甜潤度，增加回甜感和口腔舒適度等效果[35]。

3 新型煙草保潤劑的作用機理

3.1 影響煙葉表面微結(jié)構(gòu) 煙葉是一種多孔體物料，葉表面孔隙最主要的是由2個腎形保衛(wèi)細(xì)胞圍繞而成的氣孔，其次是表面的腺毛和腺毛脫落形成的孔隙。郭俊成等研究了保潤劑對煙草葉表面微結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)添加保潤劑使煙樣的水分含量顯著增加，煙草葉表面溝槽紋理發(fā)生顯著變化[48-49]。表現(xiàn)為保潤劑處理煙樣氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞有一定程度的膨大；氣孔長度變化較小，而氣孔寬度變窄，氣孔平均面積減少；溝槽紋理面積比例增加，且葉表皮細(xì)胞呈現(xiàn)出有角質(zhì)感；煙絲斷面厚度顯著提高。不同保潤劑對葉表面微結(jié)構(gòu)的影響不同，因此保潤效果也有所區(qū)別。

3.2 提高分子間氫鍵作用 我國煙草行業(yè)常用保潤劑甘油、丙二醇、木糖醇和山梨醇等多羥基物質(zhì)通過與水分子形成氫鍵而具有一定的吸濕性。新型保潤劑為研究者們對天然原料進(jìn)行修飾改性引入更多親水性基團(tuán)獲得，因此其分子間氫鍵作用更強，保潤性能更優(yōu)。如：KSAP-T的保潤性能優(yōu)于KGM-T、甘油和丙二醇等就是因為KSAP-T含有更多的親水性基團(tuán)，分布較多的-OH與-COO-能與更多的水分子形成分子間氫鍵作用，KSAP-T網(wǎng)絡(luò)內(nèi)親水性基團(tuán)-COONa水解成可移動離子，導(dǎo)致聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外滲透壓差增大，促使水分子進(jìn)一步向分子內(nèi)擴散，使其能夠最大量地吸附水分子。而一旦吸附后，相同量的水分子要從KSAP-T中逃逸，則要遵循逃逸-吸附-平衡-逃逸的過程，因此需要更長的時間，導(dǎo)致其水分散失速度很慢[50-51]。

3.3 形成多網(wǎng)格物理結(jié)構(gòu) 多糖類保潤劑是一類非常重要的天然新型保潤劑。從結(jié)構(gòu)上來講，多糖分子結(jié)構(gòu)中存在的大量-OH和-COOH等極性基團(tuán)，可與水分子形成氫鍵，使其具有一定的保濕性。而多糖分子呈現(xiàn)的無定形結(jié)構(gòu)使其相互作用形成致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻礙了水分子的逃逸使得多糖具有極好的防潮與保水性能。除此之外，多糖一般都具有一定的黏度和較好的成膜性，可在物質(zhì)表面形成均勻的薄膜從而進(jìn)一步減少物質(zhì)表面的水分蒸發(fā)[52-53]。

4 展望

目前，對新型天然類保潤劑的應(yīng)用研究已取得階段性成果，從天然物質(zhì)中提取、加工獲得新型復(fù)合保潤劑符合保潤劑的發(fā)展趨勢。該研究綜述了煙用天然保潤技術(shù)的研究進(jìn)展，對植物源、動物源、微生物源保潤劑進(jìn)行了分類整理，并介紹了新型保潤劑對卷煙品質(zhì)的影響以及保潤的機理。希望給新型天然保潤劑相關(guān)研究提供一定的參考，將天然產(chǎn)物更好地應(yīng)用于煙草加工領(lǐng)域，改善卷煙品質(zhì)，提高感官舒適度，降低抽吸危害。

此外，研究者們可以從以下幾個方面積極拓寬新型保潤劑開發(fā)的研究范圍：著眼于具保濕、防潮、增香、感官改善、營養(yǎng)等多重效果復(fù)合保潤劑的開發(fā)；利用先進(jìn)的提取、純化、發(fā)酵酶解、精煉等技術(shù)并有針對性的對天然提取物進(jìn)行改性，開發(fā)和獲得具有應(yīng)用前景的新型保潤劑；對多種成分、不同種類的天然提取物進(jìn)行綜合配方設(shè)計獲得復(fù)方型新型保潤劑；開發(fā)微生物源新型煙草保潤劑；開展天然物質(zhì)在煙草技術(shù)領(lǐng)域綜合利用研究，減少加工過程中廢棄物的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本。通過上述幾個方面的繼續(xù)深入研究，開發(fā)更具廣闊發(fā)展空間和良好應(yīng)用前景的新型煙草保潤劑。

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[22] 陳芝飛，王文領(lǐng)，孫志濤，等.灰樹花多糖、提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用：中國，CN104031165[P].2014.

[23] 陳芝飛，孫志濤，蘆昶彤，等.無花果多糖、提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用：中國，CN104031164[P].2014.

[24] 陳芝飛，蘆昶彤，孫志濤，等.沙棘多糖、提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用：中國，CN104031163[P].2014.

[25] 陳芝飛，蘆昶彤，孫志濤，等.麥冬多糖、提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用：中國，CN104031162[P].2014.

[26] 陳芝飛，孫志濤，蘆昶彤，等.金錢草多糖、提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用：中國，CN104031161[P].2014.

[27] 陳芝飛，孫志濤，王文領(lǐng)，等.銀杏多糖、提取純化方法及其作為煙草保潤劑的應(yīng)用：中國，CN104031160[P].2014.

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