梁 淼，侯 佩，李 曉，陳芝飛，孫志濤，蘆昶彤，王建民*

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 煙草科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

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卷煙保潤材料及作用機理研究進展

梁 淼1，侯 佩1，李 曉1，陳芝飛2，孫志濤2，蘆昶彤2，王建民1*

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 煙草科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

卷煙保潤技術(shù)研究是煙草行業(yè)科技創(chuàng)新的主要方向之一，是提高中式卷煙內(nèi)在品質(zhì)、促進中式卷煙持續(xù)健康發(fā)展的重點。卷煙保潤研究涉及到煙草種植、加工工藝、保潤劑、輔助材料及包裝儲存等諸多方面，主要從保潤材料(保潤劑和卷煙輔料)研究應(yīng)用及保潤機理2個方面綜述了近年來卷煙保潤研究的進展，并對其發(fā)展進行了展望。

卷煙；煙草原料；保潤劑；保潤機理

0　引言

卷煙保潤材料對于提升煙草耐加工性能和卷煙的感官品質(zhì)具有重要作用，能夠顯著改善卷煙的保潤性能。卷煙保潤主要包含2個層面內(nèi)容：物理保潤和感官保潤；物理保潤是指通過增強煙絲的持水能力，緩解煙草制品貯存過程中的水分散失和改善煙絲的耐加工性能，煙草行業(yè)中常用平衡含水率評價煙草的物理保潤性能；感官保潤則直接針對口感，通過技術(shù)降低卷煙抽吸過程中的干燥感和刺激性，最終提高卷煙抽吸舒適度[1]。因此，卷煙保潤性對卷煙的物理特性(煙絲水分散失速率及造碎)、香氣和吸食品質(zhì)等都有重要影響。然而，與國外知名品牌卷煙相比，我國卷煙產(chǎn)品保潤性能較差，普遍存在煙絲水分散失快、煙氣干燥、刺激、辛辣、生津不夠等問題[2]，這已成為制約中式卷煙品質(zhì)提升及參與國際競爭的一個瓶頸問題。因此，如何提高卷煙保潤性能、深入剖析卷煙保潤機理受到煙草行業(yè)的廣泛關(guān)注，同時《煙草行業(yè)中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》中也把卷煙保潤技術(shù)研究確定為重大專項之一。

卷煙保潤技術(shù)研究涉及的范圍主要包括煙草種植、煙葉加工、保潤劑、保潤輔料及包裝貯存等方面。圍繞著卷煙保潤研究，近些年尤其在新型保潤劑及保潤輔料的開發(fā)、卷煙保潤機理闡釋等方面取得了豐富的成果。本文主要對這些方面的研究進展進行了綜述，并對其應(yīng)用前景及未來研究和發(fā)展方向進行了展望。

1　保潤劑研究

保潤劑是指在煙草制品加工過程中，施加于煙草中可增強煙草及煙草制品的保濕性能、改善煙草耐加工性能、減少造碎的物質(zhì)[3]，添加保潤劑是改善卷煙保潤性能的主要手段之一。根據(jù)保潤劑結(jié)構(gòu)及來源特征，可將其劃分為多元醇類、糖及其衍生物、有機酸及其鹽類及天然萃取物等類型，以下主要介紹了各類保潤劑在煙草行業(yè)的應(yīng)用情況及研究進展。

1.1多元醇類

目前，我國煙草行業(yè)中普遍應(yīng)用的保潤劑大都是多元醇類化合物，如甘油、丙二醇和山梨醇等[4]。該類保潤劑分子結(jié)構(gòu)中含多個羥基，易與水分子以氫鍵結(jié)合，能維持煙草加工過程中的含水率，提高煙絲的耐加工性能，因而可增強卷煙物理保潤性能。

1994年，張效康[5]對蜂蜜、丙二醇、木糖醇及甘油的保潤性能進行了分析，通過考察這4種保潤劑對煙絲平衡水分的影響，證明了它們均具有不同程度的保潤作用，并以丙二醇的保潤效果最優(yōu)；同時，丙二醇也是目前各卷煙企業(yè)應(yīng)用較多的一種保潤劑[6]?？弟S進等[7]將甘油、丙二醇、山梨醇分別加入到某烤煙型煙絲中，同樣發(fā)現(xiàn)丙二醇的保潤性能較優(yōu)，且具有一定程度的定香作用。

關(guān)于多元醇類保潤劑的研究多數(shù)集中于物理保潤性能的比較，作為評價保潤劑性能的重要方面，感官保潤效果也逐漸受到關(guān)注。最近，楊凱等[8]分析了某牌號卷煙煙絲中甘油添加量對感官舒適度的影響，發(fā)現(xiàn)甘油添加量為0.5%～2.0%時，卷煙的感官舒適度明顯改善。朱保昆等[9]進一步系統(tǒng)地考察了甘油、丙二醇、山梨醇、蜂蜜等保潤劑對“云煙”產(chǎn)品的刺激性、余味、干燥感等卷煙感官舒適性指標的影響，結(jié)果表明：保潤劑用量對“云煙”產(chǎn)品感官舒適性有顯著影響，其中丙二醇用量為0.4%的卷煙產(chǎn)品刺激性最小。由此可知，在實際卷煙開發(fā)及維護中，合理使用多元醇類保潤劑可改善卷煙感官的舒適性，但應(yīng)該注意具體的用法和用量在卷煙設(shè)計中需綜合考慮卷煙配方和加工工藝情況，雖然國內(nèi)外一些卷煙品牌的煙絲中均加有丙二醇保潤劑，但其用量差異極大[10]。

多元醇類保潤劑主要依靠吸濕性對煙草產(chǎn)生保潤作用，在高濕環(huán)境下無抑制水分吸收的能力，因此，在降低成品卷煙對環(huán)境溫濕度變化的敏感程度上的效果不甚理想。另外，隨著消費者對卷煙內(nèi)在質(zhì)量的要求越高，僅靠多羥基保潤劑已不能滿足對卷煙產(chǎn)品“輕松感、舒適感、滿足感”的品質(zhì)訴求。

1.2糖及糖衍生物

糖類化合物(多羥基的醛或酮)及其衍生物(糖醇、糖酸、糖胺等)也可作為優(yōu)良的煙草保潤劑。煙草自身含有多種糖類物質(zhì)，如果糖、葡萄糖、麥芽糖等，不僅是影響煙草香味、吃味及焦油釋放量的重要因素，同時糖類還具有吸濕性，因而也可作為煙草保潤劑[11]。近年來文獻報道較多的是關(guān)于多糖化合物、糖類衍生物及復(fù)配型糖類保潤劑保潤性能的研究。

多糖具有卷煙保潤劑的性能已被廣泛證實，多糖分子中除了羥基外還含有強親水基團羧基，且多糖分子鏈間可形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既能結(jié)合水分子又可阻礙水分的散失[12]。有研究表明：魔芋葡甘聚糖、麥芽低聚糖醇等多糖對煙絲的保潤效果均優(yōu)于丙二醇[13-15]，另外，兼具保潤和防潮性能的雙向多糖保潤劑研發(fā)更是成為了行業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點。譚宏祥[16]考察了阿拉伯樹膠(主要成分為D-半乳糖和L-阿拉伯糖)在煙草中的保潤性能，結(jié)果表明：阿拉伯樹膠在低濕(RH=40%)環(huán)境下具有延緩水分散失的持水能力，同時在高濕(RH=70%)環(huán)境下的防潮能力優(yōu)于傳統(tǒng)保潤劑丙二醇，且對卷煙樣品感官質(zhì)量基本無影響。陳建軍等[17]通過比較天然戊聚糖(C5H8O5)n與甘油在不同濕度環(huán)境下的保潤性能，同樣發(fā)現(xiàn)戊聚糖(C5H8O5)n具有持水和防潮的雙向保潤效果。

陳芝飛等在糖類衍生物保潤劑方面進行了卓有成效的探索，分別以D-半乳糖[18]、D-甘露糖[19]和D-果糖[20]經(jīng)羥基保護、親核取代、皂化等一系列反應(yīng)，獲得了多種糖類衍生物保潤化合物，且保潤性能良好。其中，以D-甘露糖為原料，引入親水性基團合成的親水性保潤化合物1-O-羧甲基-D-呋喃甘露糖，具有優(yōu)良的物理保潤和感官保潤效果，由于親水基團羧基的引入，保濕能力強于甘油和丙二醇，1-O-羧甲基-D-呋喃甘露糖保潤劑還具有提升口感舒適性的感官保潤效果。此外，魔芋葡甘聚糖衍生物[21-22]、殼聚糖衍生物[13]、改性淀粉保潤劑[15]等糖類衍生物均表現(xiàn)出良好的卷煙物理保潤性能。

另外，基于復(fù)配技術(shù)的復(fù)合型保潤劑有望成為比單一保潤劑更為優(yōu)異的保潤效果，例如以多羥基化合物為主要成分的復(fù)配型保潤劑受到了廣泛的關(guān)注。張玲等[23]通過對不同種類多糖和煙草中特有成分進行綜合配方設(shè)計，獲得了新型保潤劑CPL-NR，考察了其對于云煙某品牌卷煙煙絲的保潤性能，結(jié)果表明：復(fù)合型保潤劑CPL-NR比丙二醇的保濕性能強，可有效減緩煙絲的水分散失，并且在雜氣、刺激性、余味及增加浸潤感等方面明顯提升了卷煙的感官質(zhì)量。鹿洪亮等[24]報道了一種將丙二醇、甘油、海藻酸鈉以及美拉德反應(yīng)產(chǎn)物按一定比例調(diào)配成兼具增香和保潤作用的功能型保潤劑，該復(fù)合型保潤劑尤其可提高膨脹煙絲的物理保潤性能和感官品質(zhì)。此外，復(fù)配型保潤劑蜂蜜-丙二醇、蜂蜜-丙二醇-葡萄糖、聚葡萄糖-丙二醇等也都具有良好的物理及感官保潤性能[25-26]。

1.3有機酸及其鹽類

一些食品、醫(yī)藥及化妝品中應(yīng)用的有機酸及其鹽類(如檸檬酸、乳酸、乳酸鹽等)也被應(yīng)用于卷煙保潤研究中，其中有機鹽類物質(zhì)可與水分子發(fā)生溶劑化作用后在煙絲內(nèi)部形成含有結(jié)晶水的化合物，從而達到卷煙保潤的目的。

例如，乳酸因其可生物降解性被廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥領(lǐng)域，且美國農(nóng)業(yè)部認定乳酸及乳酸鈉為“安全無害物”，可在食品及化妝品中作為保鮮劑和保濕劑添加[27]。基于此，周博等[28]考察了乳酸和乳酸鹽在卷煙保潤中的應(yīng)用效果，將其緩沖液添加于云煙·紫配方煙絲中，以煙絲含水率比值為指標，對比了其與丙二醇的保潤性能差異，結(jié)果表明：低相對濕度(RH=40%)下，乳酸及乳酸鈉的保潤性能顯著優(yōu)于丙二醇，且可提升卷煙煙氣的舒適性；而高相對濕度(RH=75%)下的防潮效果差異不明顯，通過對不同乳酸鹽(乳酸鉀、乳酸鈉、乳酸鋰)保潤性能的對比分析表明：鋰鹽和鉀鹽的保潤效果優(yōu)于鈉鹽，以鉀鹽的防潮性能最佳。此外，主要成分為吡咯烷酮羧酸鹽(如L-2-吡咯烷酮-5-羧酸的鉀鹽和鈉鹽)的復(fù)合型保潤劑也具有優(yōu)良的保潤性能[6,13]。阮曉明等[29]以玉米中提取的有機酸保濕因子吡咯烷酮羧酸為主要成分，復(fù)配了保潤劑PDS，評價表明：PDS的低濕保潤和高濕防潮效果均優(yōu)于丙二醇，且其裂解產(chǎn)物中含有多種與煙草致香物質(zhì)相近的成分，可改善卷煙的煙氣質(zhì)量。

有機酸及其鹽類保潤劑還可用于自身保潤性能較差的煙梗中，由于煙梗的多孔性及孔隙度高于煙葉，導(dǎo)致其水分散失速度更快；而煙梗原料中果膠含量豐富，常與鈣離子等結(jié)合。利用煙梗此特性，上海煙草集團的沙云菲等[30]公布了一批可用作煙梗水合性保潤劑的有機酸及其鹽溶液，包括草酸、乳酸、蘋果酸、葡萄糖酸及其金屬鹽(鉀、鈉、銨)，該類保潤劑可與煙梗內(nèi)部果膠酸鈣發(fā)生置換反應(yīng)，生成水合性鈣鹽以阻止水分子逃逸，減少水分的蒸發(fā)散失，以此提高梗絲保潤性能。

1.4天然植物萃取物

天然植物萃取物中不僅含有多糖類物質(zhì)，還可能含有煙氣香味前體物質(zhì)，這些成分能夠起到豐富卷煙香氣的作用，開展天然植物萃取物研究有助于開發(fā)兼具物理/感官保潤及增香復(fù)合功效的多功能保潤劑，在構(gòu)建卷煙特征香韻、提高抽吸品質(zhì)等方面具有獨特的優(yōu)勢，因此，許多煙草科技工作者開展了針對地區(qū)性特有的天然植物提取及其卷煙保潤性能的研究。

劉洋等[31]受仙人掌能夠在干旱的沙漠中保持水分而生長的啟發(fā)，采用熱水浸提法從仙人掌中提取其多糖成分，并證實了仙人掌多糖對煙絲保潤性能、感官舒適度均有提升，可在低濕條件下降低煙絲的失水率、減緩水分散失，高濕條件下與丙二醇的效果相當(dāng)，且仙人掌多糖具有增加香氣量、提高煙氣細膩度、增強回甜感、減輕雜氣的作用。黃芳芳等[32]采用超聲技術(shù)提取了鹵地菊多糖，并考察了其對煙絲保潤性能及卷煙感官舒適度的影響，結(jié)果表明：長時間低濕環(huán)境下添加鹵地菊多糖的煙絲含水量降幅比丙二醇的低18.28%，即提取多糖能夠有效提高煙絲的保潤性能，減緩卷煙中水分的散失。李雪梅等[33]從酸木瓜中浸提濃縮得到了酸木瓜濃縮提取物，考察了其在卷煙加料中的應(yīng)用，結(jié)果表明：提取物可明顯增補香氣、去除雜氣、減少刺激性，是一種理想的感官保潤劑。另外，有研究報道了銀耳提取多糖、無花果提取物等均表現(xiàn)出良好的煙絲的物理保潤性能及卷煙的感官保潤性能[34-36]。許多專利也公開了多種基于天然萃取物的增香保潤劑，如鳳尾葉揮發(fā)油、芋頭提取物、山藥浸提液、羅漢果提取液等[37-40]。尤其是河南中煙公司圍繞天然萃取物的提取及其卷煙保潤應(yīng)用開展了系統(tǒng)的研究[41-47]，近期公開了系列可用于卷煙保潤的萃取多糖，包括靈芝多糖、大棗多糖、巴戟天多糖、黃芪多糖、茯苓多糖、姬松茸多糖、銀杏多糖、當(dāng)歸多糖等，為天然提取植物多糖在卷煙保潤中的應(yīng)用提供了參考。

另外，開發(fā)基于天然萃取物的復(fù)配型功能保潤劑是目前研究的熱點。詹建波等[48]以天然植物和鮮果為提取原料，萃取其中的原料精華，并結(jié)合復(fù)配技術(shù)合成了兼具保潤和降焦功能的天然新型煙用功能保潤劑RSE-E。王明鋒等[49]以蘋果和枸杞為原料，分別經(jīng)水解/發(fā)酵工藝獲得提取液，按比例調(diào)配獲得了基于天然萃取物的保潤劑BR-22，其具有良好的低濕保潤和高濕防潮性能，對BR-22的熱裂解試驗證實了其裂解產(chǎn)物大多為醛酮類化合物，與煙草致香成分具有較好的配伍性?；陂蠙旃附馓崛∥锏膹?fù)配型保潤劑SLT也具有優(yōu)于丙二醇和甘油的物理和感官保潤性能[50]。

2　卷煙輔料保潤研究

通過對濾棒/卷煙紙等卷煙輔料的設(shè)計來提高煙草制品的保潤性能是卷煙保潤技術(shù)的另一個研究方向。王濤等[51]在紡絲油劑段中添加殼聚糖保潤劑，制得保潤劑改性二醋酸纖維絲束，可提高卷煙主流煙氣水分含量10.9%。疏水增潤改性劑修飾的二乙酸纖維絲束濾棒也能夠顯著改善絲束對煙氣水分的截留吸收和提高煙氣水分潤感[52]。姜發(fā)堂等[53]在濾嘴棒絲束內(nèi)填充分子水庫結(jié)構(gòu)材料，構(gòu)建了可提高煙氣含水量、增強卷煙物理保潤性能的新型濾棒。卷煙紙作為卷煙的重要輔料，由于它直接參與煙支的燃燒，合理調(diào)節(jié)卷煙紙的特性可為提高卷煙的保潤性能提供思路。劉德桃等[54]公開了一種制造增香保潤卷煙紙的方法，將具有增香保潤效果的水果提取物負載于改性的CaCO3表面，經(jīng)抄造工藝使其均勻分布于卷煙紙中，具有香氣醇厚、持久性強、可提高卷煙產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)勢。何書杰等[55]將高分子酸性粘多糖透明質(zhì)酸鈉(C14H22NNaO11)n作為保潤劑用于卷煙紙中，透明質(zhì)酸鈉與卷煙紙結(jié)合力強，可解決由于卷煙產(chǎn)品打孔稀釋造成的保潤效果下降的問題，能夠持久增強煙氣潤感，提高抽吸舒適度。另外，對卷煙內(nèi)包裝材料內(nèi)襯紙進行合理改性[56]以及借助煙盒內(nèi)保潤體[57]的應(yīng)用等手段，均可改善卷煙物理保潤性能。

3　保潤機理研究

深入了解煙草保潤機理可為改善煙草物理保潤性能提供理論指導(dǎo)，煙草保潤性能因其持水能力大小，對卷煙品質(zhì)有著重要影響。煙草的自身物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分決定了其具有吸濕能力。具體來說，煙草組織結(jié)構(gòu)上存在大量的毛細管多孔體，表面能高；且其化學(xué)成分中含有果膠、蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)和水溶性糖、有機鹽等親水性物質(zhì)；因此煙草可通過表面吸附、毛細管凝結(jié)、膠體物質(zhì)滲透和晶體物質(zhì)潮解作用吸濕[58]，另外，煙葉角質(zhì)之間含有的油脂和蠟質(zhì)等封閉性成分又為防止水分散失提供了屏障。

行業(yè)企業(yè)通過對卷煙保潤機理進行深化研究，目前初步揭示了影響卷煙保潤性能的一些主要因素。樓佳穎等[59]為揭示卷煙原料的微觀組織結(jié)構(gòu)對其物理保潤性能的影響，以不同的卷煙原料(葉絲、膨脹葉絲、膨脹梗絲及薄片)為研究對象，通過動態(tài)水分吸附系統(tǒng)、重量法吸附儀和掃描電子顯微鏡分析，采用Sips模型計算水吸附焓，結(jié)合卷煙原料微觀結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明這4種原料的斷面/表面微觀結(jié)構(gòu)差異是其保潤性能各異的原因之一。曾世通等[60]綜合考察了不同類型煙葉(烤煙、白肋煙、香料煙)的組織結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分對其保潤性能的影響，認為白肋煙特異性的組織結(jié)構(gòu)可賦予其較好的保潤性能，烤煙的表面蠟質(zhì)對其含水率的保持起關(guān)鍵作用。另外，煙草的化學(xué)成分與其保潤性能有著緊密聯(lián)系，有研究表明：煙草中的糖組分含量、大多數(shù)有機酸(苯甲酸、苯乙酸、丙二酸等)、烷烴類組分等與保潤性能呈正相關(guān)[61-63]，而石油醚提取物、總氮含量等與保潤性能呈負相關(guān)[64]。因此，煙草的保潤性能是由其物理組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分共同決定的。

使用保潤劑是改善煙草制品保潤性能的主要手段，保潤劑之所以能夠增強煙草制品的保潤性能，是因為添加的保潤劑相當(dāng)于人為改變了煙草化學(xué)組分以增強其持水能力，不同類型的保潤劑對卷煙保潤的作用方式不盡相同，如多羥基的醇類、糖類及其衍生物為親水型保潤劑，天然油性萃取物的封阻型作用以及一些有機鹽的水合型作用[65]。最近研究表明，保潤劑除影響煙草化學(xué)成分外，甚至可影響煙草微觀物理結(jié)構(gòu)；例如，郭俊成等[66]研究表明，保潤劑(木糖醇、山梨醇、丙二醇、丙三醇和蘆薈多糖)一定程度上還可改變煙草表皮溝槽紋理面積、氣孔數(shù)目寬度和平均面積、斷面厚度等微觀結(jié)構(gòu)，從而改善煙草的保潤性能。

4　結(jié)論與展望

綜上所述，在煙草科技工作者的共同努力下，近些年卷煙保潤劑及保潤輔料的研發(fā)應(yīng)用取得了顯著進步，多種新型卷煙保潤材料的開發(fā)為提高我國卷煙的保潤性能提供了基礎(chǔ)，另外，通過對卷煙保潤機理的研究，初步揭示了影響卷煙物理保潤和感官舒適性的主要因素。加強兼具保濕、防潮及感官改善效果的新型保潤劑的開發(fā)將會是未來發(fā)展的方向，同時，加強卷煙保潤材料與卷煙原料類型、卷煙加工工藝間相互作用對保潤效果的影響規(guī)律研究，可望為綜合協(xié)同提升中式卷煙保潤性能提供一些參考。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

Research Progress in Cigarette Humectant Materials and Their Action Mechanism

LIANG Miao1, HOU Pei1, LI Xiao1, CHEN Zhi-fei2,SUN Zhi-tao2, LU Chang-tong2, WANG Jian-min1*

(1. School of Tobacco Science and Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China;2. Technical Center, China Tobacco Henan Industrial Limited Company, Zhengzhou 450000, China)

The research on cigarette humectant technology is one of the main directions of technological innovation for China’s tobacco industry, and it is the key point to improve the internal quality of Chinese-style cigarettes and to promote the sustainable and healthy development of tobacco industry. The researches of cigarette humectant technology involve tobacco planting, tobacco processing technology, humectants, cigarette auxiliary materials, as well as packaging and storage. This review mainly focused on the development of cigarette humectant materials (including humectants and auxiliary materials) and their humectant mechanism. Meanwhile, the developmental direction of humectant materials for the practical application in cigarette production was briefly discussed.

Cigarette; Tobacco materials; Humectants; Humectant mechanism

2016-04-20

鄭州輕工業(yè)學(xué)院博士科研基金項目(2014BSJJ067)。

梁淼(1987─)，男，講師，博士，主要從事卷煙保潤材料及工藝研究。*通訊作者：王建民。

TS452.1

A

1001-8581(2016)10-0046-05