卷煙煙絲食用蠟復(fù)配保潤劑的保潤性能及應(yīng)用

徐迎波 陳開波 徐志強(qiáng) 葛少林 閆向陽 劉少民

(1. 中國科大—安徽中煙煙草化學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230026；2. 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230066；3. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康研究中心，安徽 合肥 230052)

卷煙煙絲食用蠟復(fù)配保潤劑的保潤性能及應(yīng)用

徐迎波1,2陳開波1,2徐志強(qiáng)1,2葛少林1,2閆向陽1,3劉少民1,3

(1. 中國科大—安徽中煙煙草化學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230026；2. 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230066；3. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康研究中心，安徽 合肥 230052)

選取食用蠟、AJ多糖單體以及復(fù)配樣品進(jìn)行保潤性能試驗(yàn)，對(duì)其在低濕環(huán)境下的煙絲保潤性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究表明，食用蠟及AJ多糖單體均對(duì)煙絲保潤有一定效果，植物蠟1單體的保潤性能優(yōu)于其它食用蠟；將食用蠟與多糖復(fù)配，通過兩者的協(xié)調(diào)效應(yīng)使煙絲的保潤性能進(jìn)一步改善。掃描電鏡表征發(fā)現(xiàn)，食用蠟—多糖復(fù)配保潤劑不僅具有常用保潤劑的作用，同時(shí)還可以在葉片表面形成一層較為致密的保護(hù)膜，并對(duì)煙絲切面的細(xì)胞間隙進(jìn)行填充堵塞，進(jìn)而增大了煙絲內(nèi)外水分的傳質(zhì)阻力，證實(shí)了食用蠟—多糖復(fù)配保潤劑的保潤效果及作用原理。評(píng)吸結(jié)果表明，食用蠟—多糖復(fù)配保潤劑應(yīng)用于卷煙后增加了卷煙舒適性，減少了煙氣刺激性，抽吸品質(zhì)優(yōu)于對(duì)照卷煙。

食用蠟；多糖；保潤劑；煙絲

保潤劑是改善卷煙煙絲保潤性能的主要技術(shù)手段，目前中國卷煙企業(yè)主要采用丙二醇、甘油、山梨醇等多羥基化合物為保潤劑，通過羥基(—OH)與水形成氫鍵來“鎖住”水分[1-3]。近年來，國內(nèi)外開發(fā)出了多種新型保潤劑來替代傳統(tǒng)的保潤劑，特別是“封阻”型卷煙保潤劑的研究引起了廣泛關(guān)注，此類保潤劑其作用類似在煙葉葉片表面形成一層封閉屏障，可阻止煙葉內(nèi)外水分的傳質(zhì)擴(kuò)散。如黎紅利等[4]發(fā)明的蠟酯類煙草保潤劑，在干燥或潮濕的氣候環(huán)境中能有效減緩煙草水分隨環(huán)境條件的變化，增強(qiáng)卷煙的保潤防潮功能。張旭倩等[5]通過對(duì)烷烴和碳水化合物的復(fù)配添加，利用兩者的協(xié)同效應(yīng)，可以達(dá)到良好的保潤目的。

研究表明，新鮮煙葉表面存在著大量的蠟質(zhì)成分[6-7]，其在葉片表面作為一類疏水組分可將煙葉內(nèi)部水分與外界隔開，對(duì)穩(wěn)定煙葉的含水率起到重要作用[8]，是新鮮煙葉阻礙水分揮發(fā)的主要化合物。但煙葉經(jīng)過調(diào)制、復(fù)烤及制絲等工藝處理后，其表面蠟質(zhì)成分含量大大減少[9]，導(dǎo)致煙葉的保潤性能受損。食用蠟是天然動(dòng)植物的分泌物(如蜂蠟、小燭樹蠟、棕櫚蠟等)，其主要成分是碳水化合物、酯類及高級(jí)脂肪酸等，與調(diào)制前煙葉表面的化學(xué)組成相近。但迄今為止，與食用蠟有關(guān)的煙用封閉型保潤劑研究與開發(fā)較少，且普遍存在對(duì)卷煙感官質(zhì)量影響較大以及與煙草保潤關(guān)系的研究不夠深入等問題[5,8]。為此，本研究擬選取食用安全的食品蠟為研究對(duì)象，通過對(duì)幾種天然動(dòng)物蠟、植物蠟、果蠟以及多糖(AJ)的保潤性能評(píng)價(jià)，進(jìn)而選取保潤性能優(yōu)良的食用蠟與多糖類AJ復(fù)配，研制食用蠟—多糖復(fù)配保潤劑，對(duì)食用蠟—多糖復(fù)配保潤劑的保潤性能進(jìn)行研究，并對(duì)其應(yīng)用于卷煙后的抽吸質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在拓展食用蠟的應(yīng)用范圍，為煙草工業(yè)提供一種新型保潤材料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

棕櫚蠟：上海麥克林生化科技有限公司；

小燭樹蠟、木蠟、米糠蠟、蘋果蠟和蜂蠟：天津食用蠟公司；

碳水化合物聚合體(AJ)：相對(duì)分子量約24～28萬，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

聚山梨酯、乙二醇單硬脂酸酯：分析純，上海麥克林生化有限公司；

煙絲：安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-0型，上海市浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；

恒溫恒濕箱：BPS-型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

掃描電鏡：FEI Sirion200型，美國FEI公司；

電子分析天平：FA2204B型，感量：0.000 1 g，上海分析儀器公司；

喉頭微型噴霧器：單手式雙管型，揚(yáng)州平安醫(yī)療器械有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蠟質(zhì)單體的煙絲保潤試驗(yàn) 蠟質(zhì)單體保潤劑乳化液的配制：按表1配方，準(zhǔn)確稱取蠟質(zhì)單體及乳化劑，混合、攪拌均勻，按配方比例加入適量水以3 500 r/min的速度攪拌乳化5 min，得蠟質(zhì)單體乳化液。

準(zhǔn)確稱取700 g 煙絲，均分成7份。對(duì)照樣煙絲均勻噴灑3 g水；取3 g不同配方的蠟質(zhì)單體乳化液分別噴于100 g煙絲；按GB/T 16447—2004/ISO 3402:1999中規(guī)定，將煙絲在溫度(T)為(22±1) ℃、相對(duì)濕度(RH)為(60±2)%環(huán)境條件下存放48 h，以使煙絲水分達(dá)到充分平衡。

按GB/T 16447—1996中方法，將對(duì)照煙絲和樣品置于(22±1) ℃、RH(40±2)% 的恒溫恒濕箱中模擬較為干燥的環(huán)境進(jìn)行煙絲保潤試驗(yàn)。用經(jīng)典烘箱法測定其平衡含水率。保潤試驗(yàn)每隔1 h測定1次煙絲含水率，連續(xù)測試10 h。

1.2.2 單一AJ多糖的煙絲保潤試驗(yàn) 稱取25 g煙絲，噴施AJ多糖溶液3.0 mL，制得樣品，平鋪于托盤放置，自然晾干；稱取25 g煙絲，噴施3.0 mL 水，制得對(duì)照樣品；在溫度為(22±1) ℃、RH為(40±2)%的環(huán)境條件下，評(píng)價(jià)AJ多糖對(duì)煙葉含水率變化的影響。

1.2.3 食用蠟復(fù)配保潤劑的煙絲保潤試驗(yàn) 依據(jù)1.2.1中保潤效果評(píng)估和各種單體蠟的化學(xué)組成特征，分別選取保潤效果較好的食用蠟單體按一定比例進(jìn)行復(fù)配(植物蠟1占15%，果蠟占6%，動(dòng)物蠟占5%，其余為水及乳化劑)，得食用蠟復(fù)配保潤劑(SX)。稱取25 g煙絲，噴施3.0 mL食用蠟復(fù)配保潤劑，制得樣品，平鋪于托盤放置；稱取25 g煙絲，噴施3.0 mL水，制得對(duì)照樣品；將煙絲在溫度為(22±1) ℃、相對(duì)濕度為(60±2)%環(huán)境條件下，存放24 h后，然后在(22±1) ℃、RH(40±2)%環(huán)境條件下，評(píng)價(jià)食用蠟復(fù)配保潤劑對(duì)煙葉含水率變化的影響。

1.2.4 食用蠟—多糖復(fù)配保潤劑(SX-AJ)的煙絲保潤試驗(yàn)

將食用蠟復(fù)配保潤劑(SX)與AJ多糖按等體積混合復(fù)配，得SX-AJ復(fù)配保潤劑。稱取25 g煙絲，噴施3.0 mL SX-AJ復(fù)配保潤劑，制得樣品，平鋪于托盤放置；稱取25 g煙絲，噴施3.0 mL 水，制得對(duì)照樣品；將煙絲在溫度為(22±1) ℃、相對(duì)濕度為(60±2)%環(huán)境條件下存放24 h后，然后在(22±1) ℃、RH(40±2)%環(huán)境條件下，評(píng)價(jià)SX-AJ復(fù)配保潤劑對(duì)煙葉含水率變化的影響。

1.2.5 煙絲表面的掃描電鏡表征 截取大小約為1 cm×0.3 cm 的葉絲(無雜色、病斑、損傷和支脈)，金屬粉末著色后采用掃描電鏡觀測，工作電壓為20 kV。

1.2.6 卷煙內(nèi)在質(zhì)量的評(píng)吸鑒定 將添加食用蠟復(fù)配保潤劑的煙絲以及空白煙絲手工卷制為感官評(píng)吸用的煙支，在(22±2) ℃、相對(duì)濕度(60±5)% 的恒溫恒濕箱中平衡48 h，按照YC/T 138—1998標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)卷煙樣品的內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行評(píng)吸鑒定。

表1 單一食用蠟保潤劑配方Table 1 The formula of wax humectant %

2 結(jié)果與討論

2.1 食用蠟單體的保潤性能

由表2 可知，當(dāng)煙絲在低濕試驗(yàn)環(huán)境下平衡一段時(shí)間后，從煙絲水分含量的變化可以看出，添加了食用蠟單體的煙絲含水率均大于對(duì)照煙絲，說明煙絲表面形成的蠟質(zhì)疏水屏障阻止了煙絲內(nèi)部水分的擴(kuò)散，顯示出了一定的保潤效果。6種食用蠟單體的保濕能力依次為：植物蠟1>果蠟>動(dòng)物蠟>植物蠟4>植物蠟2>植物蠟3。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，6種單一蠟質(zhì)中，以植物蠟1的保潤效果最佳。

保潤效果最佳的植物蠟1的主要成分為烴類化合物、蠟酯、游離醇和游離酸等。保潤效果最差的植物蠟3的主要成分為脂肪醇和脂肪酸含量各占近50%。而果蠟的主要組分為烴類化合物和脂肪酸化合物。Kolattukudy等[10-11]認(rèn)為脂肪烴、蠟酯和脂肪醇等成分是構(gòu)成煙草表皮蠟的主要組分，它們對(duì)煙葉葉片表面起到一定“封閉”作用，使煙葉具有一定的保水性能，但在煙葉的初烤、復(fù)烤及制絲過程中，煙葉表面蠟質(zhì)組分易受到破壞，從而影響煙葉自身的保潤性能。本研究結(jié)果也證實(shí)了Oliveira等[6]的研究結(jié)論，即決定表皮水分散失程度的重要因素是煙草表面蠟質(zhì)的化學(xué)成分。

2.2 AJ多糖的保潤效果

由圖1可知，添加AJ多糖的煙絲含水率始終高于對(duì)照煙絲。AJ為碳水化合物的聚合體，作為親水性多糖大分子，AJ分子中含有大量的—OH易與煙草中的游離水通過氫鍵結(jié)合，可減少煙絲水分的散失。

2.3 復(fù)配保潤劑的保潤效果分析

由圖2可知，添加食用蠟復(fù)配保潤劑及SX-AJ復(fù)配保潤劑的煙絲樣品保潤效果均優(yōu)于對(duì)照，且SX-AJ復(fù)配保潤劑的保潤效果最佳，說明添加SX-AJ復(fù)配保潤劑的煙絲在相同時(shí)間內(nèi)散失的水分相對(duì)較少，表明SX-AJ復(fù)配保潤劑中添加了AJ多糖類組分后進(jìn)一步改善了煙絲的保潤性能。一方面SX-AJ復(fù)配保潤劑中的蠟質(zhì)覆蓋在煙絲的表面，減少了煙絲“裸露”的表面面積，達(dá)到有效延緩煙絲表面水分的擴(kuò)散，使煙絲水分含量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，改變了傳統(tǒng)卷煙工藝中靠吸濕劑保潤的方法，從而達(dá)到控制煙絲中水分的目的。另一方面，SX-AJ復(fù)配保潤劑中的多糖所帶的親水基團(tuán)可結(jié)合較多的水分子，影響了煙絲中的水分分布和水分存在狀態(tài)。因此，將SX-AJ復(fù)配保潤劑中蠟質(zhì)憎水脂肪烴的阻水以及成膜與多糖親水基團(tuán)的鎖水功效相結(jié)合[12]，并產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而產(chǎn)生了比食用蠟復(fù)配保潤劑(SX)更為理想的保潤效果。

2.4 SX-AJ復(fù)配保潤劑對(duì)煙葉表面結(jié)構(gòu)的影響

采用掃描電鏡技術(shù)，對(duì)添加SX-AJ復(fù)配保潤劑煙絲的表面結(jié)構(gòu)，如氣孔的形狀和分布、煙絲的微表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征及對(duì)比分析，探討復(fù)配蠟質(zhì)保潤劑的保潤機(jī)理。圖3(a)和(b)分別是對(duì)照煙絲上、下表皮的掃描電鏡圖，圖中煙絲表面氣孔的形狀和分布清晰可見，煙絲的上表皮氣孔數(shù)量少于下表皮氣孔數(shù)；煙葉的微表面凹凸不平，形成大量不規(guī)則的溝槽紋理結(jié)構(gòu)，褶皺細(xì)密。圖3(d)和(e)分別是添加復(fù)配蠟質(zhì)保潤劑煙絲的上、下表面的掃描電鏡圖，可明顯看出，其表面結(jié)構(gòu)與對(duì)照煙絲表現(xiàn)出十分明顯的不同特征，煙絲表面被蠟質(zhì)層覆蓋，減少了暴露在環(huán)境中的表面積，蠟質(zhì)填補(bǔ)了煙絲褶皺的溝壑部位，表皮細(xì)胞略有不規(guī)則凸起，致表面較對(duì)照煙絲表面稍顯平滑。此外，在煙絲樣品中暴露的煙葉組織的氣孔被SX-AJ復(fù)配保潤劑封閉，可有效減少煙絲內(nèi)部水分通過氣孔的散失。

表2 食用蠟單體的保潤性能評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Effect of edible wax monomer on the moisture content of tobacco

圖1 添加 AJ多糖的煙絲含水率變化趨勢Figure 1 Effect of AJ polysaccharide on the moisture content of tobacco

圖2 添加復(fù)配保潤劑的煙絲含水率變化趨勢Figure 2 Effect ofrecombination humectant on the moisture content of tobacco

a. 對(duì)照煙絲正面 b. 對(duì)照煙絲反面 c. 對(duì)照煙絲切面 d. 樣品煙絲正面 e. 樣品煙絲反面 f. 樣品煙絲切面

圖3 煙絲表面SEM圖

Figure 3 SEM of tobacco surface

Samejima等[13]曾對(duì)調(diào)制后煙葉的水分轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)行了探討，認(rèn)為煙葉的失水主要是通過煙葉上表面、下表面及切面3種方式。圖3(c)和(f)分別是對(duì)照煙絲和復(fù)配保潤劑處理的煙絲切面的掃描電鏡圖。新鮮煙葉切面結(jié)構(gòu)包括上、下表皮及表皮間的柵欄組織和海綿組織。柵欄組織由一層排列比較緊密的長柱形細(xì)胞縱向排列組成；海綿組織則由多層細(xì)胞不規(guī)則排列組成，且細(xì)胞之間的間隙較大。由圖3(c)可以看出：對(duì)照煙絲經(jīng)加工后，煙絲的柵欄組織和海綿組織結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，柵欄組織和海綿組織失水萎縮，切面組織呈層狀堆疊，存在較大的空洞，組織之間空隙較大；而經(jīng)SX-AJ復(fù)配保潤劑處理的煙絲切面厚度大于對(duì)照煙絲，煙絲切面的空洞多被SX-AJ復(fù)配保潤劑覆蓋，為有效地阻止煙絲內(nèi)水分的散失起到關(guān)鍵作用。

2.5 SX-AJ復(fù)配保潤劑對(duì)卷煙內(nèi)在質(zhì)量的影響

參照YC/T 138—1998標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)[14]方法，評(píng)價(jià)了SX-AJ復(fù)配保潤劑應(yīng)用于卷煙時(shí)對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的影響，評(píng)吸結(jié)果見表3。結(jié)果顯示，添加SX-AJ復(fù)配保潤劑卷煙的感觀評(píng)吸指標(biāo)在刺激性、雜氣和余味上的評(píng)吸質(zhì)量均優(yōu)于對(duì)照，表明添加SX-AJ復(fù)配保潤劑的卷煙對(duì)煙氣質(zhì)量沒有產(chǎn)生負(fù)面的影響。

3 結(jié)論

通過對(duì)添加食用蠟單體的煙絲平衡含水率進(jìn)行評(píng)價(jià)，在相對(duì)空氣濕度(40±2)%的環(huán)境下，食用蠟單體保潤性能表現(xiàn)為：植物蠟1最強(qiáng)，果蠟次之，植物蠟3最差。對(duì)保潤性能好的食用蠟單體進(jìn)行復(fù)配，繼而再與AJ復(fù)配后，發(fā)現(xiàn)食用蠟復(fù)配保潤劑(SX)及SX-AJ復(fù)配保潤劑的保潤性能均優(yōu)于食用蠟單體，且SX-AJ復(fù)配保潤劑的保潤性能最佳。通過觀察添加SX-AJ復(fù)配保潤劑后的煙絲表面及切面的掃描電鏡圖，可以直觀地看到SX-AJ復(fù)配保潤劑覆被在煙絲表面，有效地堵塞了煙絲表面的氣孔和切面細(xì)胞的間隙，減小了煙絲表面及切面暴露的表面積，增大了水分傳質(zhì)的阻力，從而阻止了煙絲水分的散失。通過添加SX-AJ復(fù)配保潤劑煙絲的感官舒適度評(píng)價(jià)，表明添加SX-AJ復(fù)配保潤劑后卷煙煙氣的刺激性、雜氣和余味得以改善。食用蠟及其復(fù)配保潤劑保潤性能的研究為開發(fā)新型卷煙保潤劑提供了依據(jù)，但SX-AJ復(fù)配保潤劑對(duì)卷煙煙氣常規(guī)及有害化學(xué)成分釋放量的影響，以及保潤劑在卷煙制絲線上的施加工藝及技術(shù)等尚待進(jìn)一步研究。

表3 卷煙感官品質(zhì)評(píng)吸結(jié)果Table 3 Sensory evaluation of cigarette

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Retain moisture properties of tobacco recombination humectant of edible wax and its application

XU Ying-bo1,2CHENKai-bo1,2XUZhi-qiang1,2GEShao-lin1,2YANXiang-yang1,3LIUShao-min1,3

(1.TheUSTC-AnhuiTobaccoJointLaboratoryofTobaccoChemistry,Hefei,Anhui230026,China；2.ResearchandDevelopmentCenter,ChinaTobaccoAnhuiIndustrialCorporation,Hefei,Anhui230066,China；3.ResearchCenterofTobaccoandHealth,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,Anhui230052,China)

The edible wax, AJ polysaccharide monomer and recombination samples were selected for the moisture retention test to evaluate the moisturizing property of tobacco in low humidity environment. The results showed that the edible wax and AJ polysaccharide monomer both had certain effect on the moisture of tobacco. The moisturizing property of plant wax 1 was better than that of other edible wax. When the edible wax and AJ polysaccharide monomer were compounded, the moisturizing performance of the tobacco was further improved by the coordination effect of the two samples. Scanning electron microscopy (SEM) revealed that besides the effect of traditional humectant, the edible wax-polysaccharide recombination humectant could change the surface structure of the tobacco and form a compact protective film on the surface of the tobacco leaf, while filling and blocking the tobacco surface and cut surface. Thus increasing the mass transfer resistance of water inside and outside the tobacco, confirmed the moisturizing effect and principle of action of edible wax-polysaccharide recombination humectant. The sensory evaluation results showed that edible wax-polysaccharide recombination humectant was applied to cigarette to increase cigarette comfort performance, reduce smoke irritation, and the quality of smoking was better than that of controlled cigarette.

edible wax; polysaccharide; humectant; tobacco

安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目(編號(hào)：2015123)

徐迎波，男，安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心高級(jí)工程師，碩士。

劉少民(1956-)，男，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。 E-mail：liusm@ustc.edu.cn

2016—12—28

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.02.038