羅海濤，劉思奎，邵燈寅，楚桂林，劉歡，任周營*

1. 江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司（南昌 330096）；2. 南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室（南昌 330047）

卷煙在生產(chǎn)加工及銷售過程中極易受外界環(huán)境的影響，尤其是濕度對卷煙的影響，高濕度環(huán)境會導(dǎo)致煙絲發(fā)霉，低濕度環(huán)境會致使卷煙自身失水過量，發(fā)生劣變[1-2]。如何提高卷煙品質(zhì)是當(dāng)前熱門話題。卷煙制造中加入小分子羥基有機(jī)化合物可以達(dá)到抑制水分損失的目的，從而改善卷煙的感官品質(zhì)。但這類物質(zhì)屬于單向保潤劑[3]，非但不能長期保潤，且會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。多糖分子中含有大量羥基，且單分子具有的羥基數(shù)量愈多，鎖水能力愈強(qiáng)[4]，這是因為分子纏繞成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到抑制水分流失的作用[5]，同時熱裂解會產(chǎn)生宜人的香氣，改善卷煙在抽吸時的不良?xì)馕禰6]。

靈芝多糖、銀耳多糖、茶多糖、甘草多糖、葫蘆巴多糖、蓮子多糖和木耳多糖都屬于植物多糖，這些多糖均由10個及以上單糖分子聚合形成，具有抗氧化[7]、抗病毒[8]和降血脂[9]等作用。將多糖噴灑在煙絲上主要有兩方面的作用，即保潤防潮和增加香味物質(zhì)[10]，同時不產(chǎn)生對人體有毒有害的物質(zhì)。因此，植物多糖是值得研究和深入探索的天然型保潤劑。

選取7種植物原料，采用熱水浸提法提取多糖，并分析其理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性，同時將多糖噴灑在煙絲中，評定其保濕、防潮和增香效果，以揭示多糖在卷煙中的作用機(jī)制，對于多糖在卷煙研發(fā)中的應(yīng)用提供參考，具有一定的前瞻性意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

靈芝粉末（云南貝朗生物科技有限公司）；銀耳粉末；綠茶粉末；甘草粉末、葫蘆巴粉末、蓮子粉末（亳州市貴美康中藥材銷售有限公司）；黑木耳粉末（福貞堂參茸有限公司）。無水乙醇（西隴科學(xué)股份有限公司）；木瓜蛋白酶；超純水；某牌號配方煙絲（江西中煙有限責(zé)任公司）。

1.1.2 儀器與設(shè)備

圓底燒瓶；試管；具塞試管；冷凝管；量筒；燒杯；移液槍；攪拌子；10 mL離心管；棕色干燥皿。

電熱套（ZNHW，鄭州賽克斯玻璃儀器有限公司）；精密型電子天平（AL-104，上海梅特勒-托利多儀器公司）；離心機(jī)（LXJ-IIC，上海安亭科學(xué)儀器廠）；懸臂式攪拌器（IKA RW20 digital，廈門精藝興業(yè)科技有限公司）；磁力攪拌器（RH S025，德國IKA公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（EYELA WB-1100，日本東京理化器械株式會社）；4 ℃冰箱（BC-980Y，浙江星星優(yōu)品網(wǎng)絡(luò)科技有限公司）；冷凍干燥機(jī)（FreeZone-12，美國Labconco公司）；離子色譜儀（ICS500003030623，美國戴安公司）；傅里葉紅外光譜儀（Nicolet 5700型，美國熱電公司）；熱失重分析儀（STA6000，美國PE公司）；噴灑壺（泰州市高港區(qū)澳翔醫(yī)療器械廠）；90 mm培養(yǎng)皿（江蘇華歐玻璃有限公司）；搖擺式高速粉碎機(jī)（DFY-1000C，溫嶺市林大機(jī)械有限公司）；80目篩（約0.180 mm孔徑，長沙市思科儀器紗篩廠）；鼓風(fēng)干燥箱（GZX-9420 MBE，上海博迅實業(yè)有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 多糖的提取

7種植物多糖均采用熱水浸提法[11-12]提取。稱取100 g樣品，加入一定量超純水，在高溫下進(jìn)行冷凝回流提取，提取條件見表1。

表1 7種植物原料的提取條件

將7種植物提取液進(jìn)行濃縮，調(diào)節(jié)為體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇環(huán)境，按5 000 r/min離心10 min，棄置上清液，溶解沉淀，加入15 mg/g的木瓜蛋白酶，于60 ℃水浴恒溫1 h，立即置于100 ℃水浴鍋中30 min，離心，將所得溶液進(jìn)行冷凍干燥，得精制多糖。

1.2.2 單糖組成測定

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：單糖標(biāo)準(zhǔn)品主要有11種，分別為葡萄糖（glucose）、果糖（fructose）、阿拉伯糖（arabinose）、甘露糖（mannose）、木糖（xylose）、半乳糖（galactose）、鼠李糖（rhamnose）、巖藻糖（fucose）、核糖（ribose）、半乳糖醛酸（galacturonic acid）和葡萄糖醛酸（glucuronic acid）。分別精確稱取11種單糖標(biāo)準(zhǔn)品，各10 mg，均配成單糖濃度0.1 mg/mL的疊氮鈉（NaN3）溶液。稀釋成10.0，8.0，6.0，4.0，2.0，1.0和0.5 μg/mL的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，供離子色譜檢測。

樣品溶液配制：稱取5 mg多糖放入具塞試管中，在冰浴條件下加入0.5 mL 12 mol/L H2SO4（V濃H2SO4∶V水= 16.7∶8.7）。放入攪拌子，在冰浴條件下磁力攪拌0.5 h，使其完全溶解。溶解后在試管中加入2.5 mL屈臣氏水（旋轉(zhuǎn)試管加入），在105 ℃下油浴2 h（需提前打開油浴鍋）。將試管中多糖溶液倒入50 mL容量瓶中，多次潤洗定容（此時濃度為100 μg/mL）。取出1 mL在EP管中，加入4 mL屈臣氏水（此時質(zhì)量濃度20 μg/mL）。過孔徑0.22 μm的水系濾膜，進(jìn)離子色譜儀進(jìn)行定性、定量分析。

通過比較樣品和標(biāo)準(zhǔn)品之間的保留時間來確定單糖的類型和含量。

1.2.3 傅里葉紅外光譜測定

取少量7種植物多糖樣品，用KBr作為背景，兩者混合均勻，充分研磨成細(xì)粉，壓成薄片，采用傅里葉紅外光譜儀，在4 000～400 cm-1波長范圍內(nèi)進(jìn)行紅外掃描、測定。

1.2.4 熱失重測定

稱取5～10 mg的多糖樣品放入干燥的坩堝內(nèi)，輕輕振動搖晃，使之均勻平鋪于坩堝內(nèi)，用坩堝鉗夾住將其放入熱失重分析儀器中，控制升溫速率15 ℃/min，室內(nèi)溫度從30 ℃升至900 ℃，在充滿氮氣的環(huán)境中，監(jiān)測多糖質(zhì)量損失隨溫度的升高而發(fā)生的變化[13]。

1.2.5 多糖的吸濕性和保濕性測定

1.2.5.1 樣品前處理

將7種植物多糖樣品放置在以變色硅膠為干燥劑的干燥皿中，于40 ℃干燥至恒重，保存?zhèn)溆谩?/p>

稱取2.00±0.02 g的干燥煙絲，過0.250 mm（60目）孔徑篩，將留存完整的煙絲置于22 ℃、60%Hr的棕色干燥皿中均衡水分48 h，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.5.2 保潤防潮性能測定

稱取25 mg的7種植物多糖樣品，加5 mL超純水分別配制成0.5%的水溶液，以丙二醇為對照，移取2.0 mL糖溶液噴灑在平衡水分后的煙絲上，放置在干燥皿中，保證空氣中的環(huán)境濕度60%±5%，環(huán)境溫度22 ℃，平衡水分48 h。

將上述煙絲均分成2份，每份3組平行，分別置于有飽和碳酸鉀40%±5%和飽和碘化鉀70%±5%溶液的棕色干燥皿中，溫度為22 ℃，每隔12 h稱重1次，記錄樣品的質(zhì)量變化，測定其48 h內(nèi)水分變化，采用烘箱法[14]，按照式（1）計算其水分。

式中：W為水分，%；m0為稱量皿質(zhì)量，g；m1為烘干前稱量皿與試樣的總質(zhì)量，g；m2為烘干后稱量皿與試樣的總質(zhì)量，g。

1.2.6 多糖的增香性測定

稱取50 mg多糖樣品，加10 mL超純水配制成0.5%的多糖水溶液，移取2 mL糖溶液噴灑在平衡水分后的煙絲上，放置于棕色干燥皿中，保證干燥皿中相對濕度60%±5%、環(huán)境溫度22 ℃，均衡水分48 h，設(shè)空白煙絲為對照[15-16]。

將處理后的樣品模擬卷制成可以抽吸的卷煙，按照風(fēng)格口味（甜、酸、苦和涼）、煙氣特征（香氣、豐富性、光滑/溫和/圓潤、煙氣濃度和勁頭）和香氣特征（晾曬煙煙香、烤煙香、烘烤香、木香、辛香、果甜香和清香等香氣）3個指標(biāo)對卷煙進(jìn)行感官評分測定。

感官測評人員共有7人，均為專業(yè)的評吸人員，評吸結(jié)果可靠性高。

2 結(jié)果與分析

2.1 單糖組成分析

多糖是由單糖聚合形成，單糖的組成對于多糖的性質(zhì)具有很重要的研究意義。7種提取物的單糖組成如圖1和表2所示。結(jié)果顯示：7種植物多糖的單糖組成之間存在顯著差異，對于茶多糖，其主要單糖組分為L-鼠李糖、D-半乳糖、D-葡萄糖和葡萄糖醛酸，各成分占比分別為10.85%，8.45%，19.10%和12.45%。靈芝多糖的主要單糖組分為L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-葡萄糖、D-木糖和半乳糖醛酸，各成分占比分別為1.42%，3.48%，42.72%，1.13%和1.73%。銀耳多糖的主要單糖組成為巖藻糖、D-葡萄糖、D-甘露糖、D-木糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸，分別占比7.78%，5.22%，21.53%，7.08%，8.63%和10.92%。甘草多糖的主要單糖構(gòu)成為L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-葡萄糖和葡萄糖醛酸，分別占比1.94%，1.44%，59.47%和2.02%。葫蘆巴多糖的單糖成分為D-半乳糖、D-甘露糖和葡萄糖醛酸，成分占比分別為28.99%，20.00%和1.06%。蓮子多糖的主要單糖組分為D-半乳糖、D-葡萄糖和半乳糖醛酸，分別占比1.81%，50.30%和3.03%。木耳多糖的主要單糖成分為巖藻糖、D-半乳糖、D-葡萄糖、D-甘露糖、D-木糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸，分別占比1.43%，2.52%，42.88%，2.55%，8.73%，2.08%和4.52%。

表2 7種植物多糖的單糖組成含量分布

圖1 7種植物多糖的單糖組成堆積圖

通過分析可以發(fā)現(xiàn)：茶多糖和銀耳多糖的糖醛酸含量占比較高，可以判斷兩者均是酸性多糖，而靈芝多糖、甘草多糖、葫蘆巴多糖、蓮子多糖和木耳多糖的糖醛酸含量比例較低，故判斷其是含有酸性糖的酸性雜多糖，且主要單糖組成成分之間存在顯著差異。

2.2 紅外光譜分析

干燥后的7種植物多糖的紅外光譜（400～4 000 cm-1）結(jié)果如圖2所示。蓮子多糖在3 326.6 cm-1和2 929.7 cm-1的吸收峰為糖類物質(zhì)分子內(nèi)或分子間O—H鍵，在1 046.4 cm-1處的吸收峰是羥基O—H的變角振動導(dǎo)致的。木耳多糖在3 381.3 cm-1處的吸收峰是—OH鍵（且可能是分子內(nèi)締合的化學(xué)鍵）。甘草多糖在3 186 cm-1處出現(xiàn)強(qiáng)烈的吸收峰，是多糖類化合物中官能團(tuán)的特征吸收峰，屬于O—H鍵之間的伸縮振動峰[17]。茶多糖在3 163.7 cm-1處的吸收峰是締合O—H的伸縮振動峰，在1 048 cm-1處的吸收峰，也是羥基（—OH）的特征吸收峰，表明多糖內(nèi)部結(jié)構(gòu)中含有一定數(shù)量的氫鍵（包括分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵）。靈芝多糖在3 355.5 cm-1處出現(xiàn)強(qiáng)烈的吸收峰，是O—H鍵的特征吸收峰，1 049.4 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰屬于C—O—H伸縮振動峰。葫蘆巴多糖在3 418.4 cm-1處的吸收峰為多糖類—OH的伸縮振動峰，在1 074.5 cm-1和530.9 cm-1處的吸收峰則分別是由—OH的面內(nèi)彎曲振動、—OH基團(tuán)的面外彎曲振動的橫向振動引起的。銀耳多糖在3 420 cm-1處的吸收帶是來自糖類分子的O—H的可伸縮振動峰。

通過FTIR對7種多糖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中所含有的官能團(tuán)進(jìn)行定性檢測可以發(fā)現(xiàn)，7種植物多糖中均含有一定數(shù)量的羥基，羥基是決定多糖具有保潤特性的主要因素，羥基含量越多，往往所起到的保潤作用越強(qiáng)。

2.3 熱失重分析

圖3是7種植物多糖的TG曲線和DTG曲線分析圖。7種多糖的熱失重階段均為3個過程，其中最主要的失重過程為第2階段，即靈芝多糖200～390 ℃、茶多糖210～410 ℃、銀耳多糖250～370 ℃、甘草多糖150～410 ℃、葫蘆巴多糖250～390 ℃、蓮子多糖200～420 ℃、木耳多糖200～400 ℃，過程伴隨著糖苷鍵的斷裂，同時釋放大量揮發(fā)性增強(qiáng)香味的物質(zhì)[17]。

圖3 7種植物多糖的TG（a）和DTG（b）曲線

2.4 多糖的保潤性分析

圖4（a）和（b）分別為純煙絲、噴灑多糖及丙二醇的煙絲在解濕和吸濕時的水分。

圖4（a）顯示，0.5%多糖添加量下不同保潤劑噴灑的煙絲樣品在較低濕度（40%）環(huán)境下的保濕效果?？梢园l(fā)現(xiàn)，0～24 h間，丙二醇及多糖的煙絲的含水率均迅速下降，24 h后其含水率的下降速率趨于平緩。在48 h時，7種噴灑多糖的煙絲水分最多的4種多糖為銀耳、木耳、葫蘆巴和甘草多糖，其保濕效果均高于對照組。

圖4（b）顯示，0.5%多糖添加量下不同保潤劑噴灑的煙絲樣品在較高濕度（70%）環(huán)境下的防潮效果?？梢园l(fā)現(xiàn)，0～24 h間，噴灑丙二醇及多糖的煙絲的含水率均迅速上升，隨后其含水率的上升速率趨于平緩。在48 h時，7種噴灑多糖的煙絲水分最少的4種多糖為葫蘆巴、銀耳、靈芝和木耳多糖，表明其防潮作用優(yōu)于對照組。

結(jié)果表明，向煙絲中添加銀耳多糖和木耳多糖可以提高卷煙的保潤和防潮效果[19]。

2.5 多糖的增香性分析

將銀耳多糖和木耳多糖噴灑在卷煙中，進(jìn)行感官加香試驗的抽吸評價，結(jié)果如表3所示。與空白卷煙評吸結(jié)果相比，噴灑銀耳多糖和木耳多糖的煙絲的感官評分較高，主要是因為這2種多糖豐富了卷煙的口味風(fēng)格、煙氣特性和香氣風(fēng)格特征。添加木耳多糖的煙絲，增加煙絲的甜味、烤煙煙香和烘焙香，降低卷煙的清香。而添加銀耳多糖的煙絲則具有更好的細(xì)膩感/柔和感/圓潤感，其他特性與空白無異。

表3 木耳多糖和銀耳多糖對卷煙的感官評價表

綜合來看，木耳多糖對煙絲的增香效果最好，故木耳多糖是最優(yōu)的卷煙加香劑。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，采用熱水浸提法提取的7種植物多糖，單糖組成中均包含D-葡萄糖和糖醛酸，且分子結(jié)構(gòu)中含有一定數(shù)量的多羥基官能團(tuán)，可以吸附水分達(dá)到對卷煙保濕防潮的效果。另外，熱失重結(jié)果表明，7種植物多糖的主要質(zhì)量損失階段在200～410 ℃，說明將多糖添加至卷煙中進(jìn)行燃吸時，燃燒溫度可以達(dá)到多糖裂解的溫度。感官評價結(jié)果也顯示，添加多糖的煙絲表現(xiàn)出豐富的甜味、烤煙煙香和烘焙香，尤其是木耳多糖的添加，對卷煙的作用效果更加明顯。因此，將植物多糖添加到卷煙中確實是一種值得研究和開發(fā)的課題。試驗結(jié)果可為多糖在卷煙中的實際應(yīng)用提供重要參考價值。