保润剂对烟草叶表面微结构的影响

郭俊成，刘百战，程晓蕾，吴 达，田 杰



保润剂对烟草叶表面微结构的影响

郭俊成1,2，刘百战1，程晓蕾2，吴 达1，田 杰2

（1.上海烟草集团有限责任公司，上海 200082；2.中国科学技术大学，合肥 230052）

为调查添加保润剂后烟草表面微结构的变化情况，采用XL30-ESEM型环境扫描电子显微镜技术，对添加木糖醇、山梨醇、丙二醇、丙三醇和芦荟多糖5种保润剂烟草的上表皮、下表皮和断面进行了研究。结果表明，保润剂均能使烟样的水分含量极显著增加，添加保润剂的烟草叶表面沟槽纹理发生变化，其中C2F上表皮处理样品的沟槽纹理面积比列均显著增加。处理样品气孔的保卫细胞除山梨醇和芦荟多糖的X2F下表皮不显著外，其他均有显著膨大。丙二醇、丙三醇和木糖醇对气孔宽度的缩小和气孔平均面积的减少均有显著影响。保润剂处理的烟样断面厚度均显著高于对照。总体比较，丙二醇和丙三醇对叶表面微结构的影响较大，其他排序是木糖醇、芦荟多糖和山梨醇。

烟草；保润剂；环境扫描电镜；表面微结构

烟草保润性能对卷烟品质有着重要影响，保润性能差的卷烟易产生干燥感和刺激性[1]。目前在食品和卷烟行业中，国内外研究与应用较为广泛的保润剂是多元醇类化合物[2-5]。谢焰等[6]研究发现，在国内外一些卷烟品牌的烟丝中均不同程度加有甘油、丙二醇、山梨醇等保润剂。芦荟多糖主要由甘露糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖等组成[7]，何保江等[8]将提取的芦荟多糖添加到烟丝上，发现卷烟保润效果明显改善，燃吸时干燥感降低，无异味，并且有生津作用。顾中铸[9]认为，烟草是一种毛细多孔体物料，对于潮湿的毛细多孔体，其中所含水分分别处于大小不同的毛细管中。马林等[10]对烟草自身保润性能研究认为，烟叶表面、内部微观结构和化学成分决定了烟草具有吸湿性。目前烟草保润性的研究多集中在对保润性能、化学成分和品质的影响方面，未见有保润剂对烟草叶表面微结构的影响研究报道。本试验比较了丙三醇、丙二醇、木糖醇和山梨醇4种多元醇以及芦荟多糖物质对烟草上表面，下表面和切面微结构的影响，旨在为进一步研究烟草的物理保润机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

云南宜良烤烟（云烟87），C2F和X2F（2011年）；库拉索芦荟（A.vera L.）。

1.2 主要试剂和仪器

试剂：丙二醇和丙三醇（化学纯，上海试剂一厂）、硫酸（98%优级纯，上海试剂一厂）、木糖醇和山梨醇（生物试剂，天津博迪化工）、硅胶（青岛海洋）。

仪器：XL30-ESEM环境扫描电子显微镜（PHILIPS-FEI，荷兰）、G25SES4冷冻干燥机（VIRTIS，美国）、302A型恒温恒湿箱（±1 ℃、±5%RH，上海实验仪器）、101-1型烘箱（±1 ℃，上海实验仪器）、VICTOR231高精度温湿度仪（±2%RH，深圳胜利）。

1.3 方法

1.3.1 芦荟多糖提取 用水为浸提剂，把多糖从芦荟叶中提取出来，再加入乙醇沉淀多糖，经过离心分离沉淀、超滤和冷冻干燥，即可得到芦荟粗多糖[11]。

1.3.2 烟丝样品制备和保润性测定 将切丝（切丝宽度1.1 mm）后烟丝分别添加1%的丙二醇、丙三醇、山梨醇、木糖醇和芦荟多糖，对照烟丝添加等量纯净水，制成6个烟样。烟草保润性测定采用恒温恒湿箱+硫酸干燥器法，水分测定采用烘箱法[12]。实验温度选择为（22±1）℃，相对湿度60%±2%RH。

1.3.3 烟丝表面微结构表征 将平衡水分（22 ℃，60%RH，48 h）后的6个烟样密封，送中国科学技术大学工程与材料实验中心检测，样品烟丝从中间断开，分别将上表皮、下表皮和断面固定在载物台上，真空喷金，在相同的条件下，用XL30-ESEM型环境扫描电子显微镜观察拍照[13]。每个烟样在300倍下，取5个点拍照，设置重复用于数据统计，另外在2000倍下，对气孔放大拍照用于分析。叶面气孔由Nano Measurer 1.2软件分析，由于孔径近似椭圆，孔面积按椭圆统计；叶面不规则的沟槽纹理阴影部分所占比例采用ImageTool 2.0软件阈值分析。数据采用SPSS 13.0软件进行统计分析。

2 结果

2.1 表面微观结构

图1~6是C2F上表皮保润剂处理和对照的电镜图片，气孔的形状和分布清晰可见，烟叶的微表面凹凸不平，形成大量的不规则的沟槽纹理结构。

2.1.1 气孔 表1采用两个独立样本T检验方法进行显著性分析，结果显示，气孔长度只有丙二醇处理烟样的C2F下表皮，以及山梨醇和丙三醇处理烟样的X2F下表皮样品达到5%显著差异，其他处理烟样均没有显著差异；保润剂处理的烟样气孔宽度均小于对照，除山梨醇和芦荟多糖处理的下表皮样品外，其他均有5%和1%显著差异；处理烟样保卫细胞宽度都有不同程度的增加，除山梨醇和芦荟多糖处理烟样的X2F下表皮不显著外，其他均有5%和1%显著的差异，标准偏差最小的是对照C2F上表皮（0.96），最大的是丙二醇处理X2F下表皮（1.72），处理烟样的标准差均高于对照；处理烟样的气孔平均面积均小于对照，除山梨醇和芦荟多糖处理烟样的下表皮样品均不显著外，其他均有5%以上的显著差异，标准偏差最小的是丙二醇C2F上表皮（8.11），最大是山梨醇X2F下表皮（22.87），气孔平均面积的标准差稍大。观测区C2F和X2F的上表皮气孔数量少，下表皮气孔数量多。

2.1.2 沟槽纹理和烟丝断面 表1看出，保润剂处理烟样的沟槽纹理面积比列增加，其中丙二醇和丙三醇处理烟样除X2F下表皮不显著外，其他均有5%和1%显著差异；木糖醇处理烟样除X2F上表皮不显著外，其他均有5%和1%显著差异；芦荟多糖处理烟样，C2F和X2F的上表皮样品均有5%显著的差异，而下表皮均没有显著差异；山梨醇处理烟样，只有C2F上表皮表现出5%显著差异。处理烟样的断面厚度高于对照，均达到5%和1%显著差异，处理的标准偏差均高于对照。

图1~6 保润剂和对照烟样的表面微结构环境扫描电镜图片

Fig. 1-6 ESEM of surface micro-structure of the tobacco after treated with humectants and the contrast tobacco（epicuticle of C2F，Bar=50 μm）

注：C2F上表皮，Bar=50 μm，图1添加木糖醇；图2添加山梨醇；图3添加丙二醇；图4添加丙三醇；图5添加芦荟多糖；图6对照。

2.2 含水率

表1看出，添加5种保润剂后的烟样平衡含水率增加，和对照相比均有1%极显著差异。

3 讨 论

保润剂使烟样的平衡含水率极显著的增加。康跃进等[14]对丙二醇、丙三醇、山梨醇3种保润剂的保润性能和添加比例进行实验，认为丙二醇保润性能最好，使用量以l%为宜。本实验保润剂添加1%的效果比较，C2F样品：丙二醇＞丙三醇＞木糖醇＞芦荟多糖＞山梨醇；X2F样品：丙三醇最好，其他顺序没变。部位比较，中部烟C2F处理保润效果好于下部烟X2F。

烟叶是一种多孔体物料，叶表面孔隙最主要的是由两个肾形保卫细胞围绕而成的气孔，其次是表面的腺毛和腺毛脱落形成的孔隙（腺毛形状如图1的左上部）[15-16]。保润剂使烟样的水分含量增加，气孔的保卫细胞有一定程度的膨大，其中影响较大是丙二醇、丙三醇和木糖醇，这3种保润剂处理的C2F和X2F样品上表皮和下表皮保卫细胞均有显著和极显著差异，其次是芦荟多糖和山梨醇。保润剂处理的烟样气孔长度变化较小，而对气孔宽度影响较大，处理样品气孔宽度均有一定程度的变窄，其中丙三醇上表皮和下表皮变窄最明显，其他排序是丙二醇、木糖醇、芦荟多糖和山梨醇。由于保润剂处理烟样气孔的孔隙宽度变窄，气孔的平均面积有不同程度的减少，5种保润剂对气孔的平均面积的影响程度和气孔宽度变化基本一致。试验可看出，观测区C2F和X2F的上表皮气孔数要少于下表皮，张友玉等[17]观察结果认为，叶片上下表皮气孔数量不相同，上表皮气孔数量少，下表皮气孔数量多，反映出烟草上下表皮蒸腾作用和光合作用的差异。试验还注意到，烤烟气孔密度变化范围较大[18]，即使在同一叶表面分布也不均匀。

表1 保润剂对烟草叶表面微结构的影响

注：*5%显著差异；**1%极显著差异。

保润剂处理的烟样沟槽纹理面积比列增加，并且叶表皮细胞呈现出有角质感。丙三醇和丙二醇处理影响最大，其他排序是木糖醇，芦荟多糖和山梨醇处理。此外，保润剂处理的影响还表现出，中部烟C2F＞下部烟X2F，上表皮＞下表皮。

烟丝除了通过上表皮和下表皮吸收水分，另外一个途径就是断面。Samejima等[19]对干烟叶的水分转移机制进行了研究，分析干燥烟叶通过烟叶上表面，下表面和断面3种吸收水分方式，认为当烟丝宽度大于5 mm时，主要靠上下表皮吸收水分，当烟丝宽度小于1 mm时，吸收水分主要通过烟丝的断面。本试验切丝宽度1.1 mm，保润剂处理的烟样断面厚度均显著高于对照，影响程度排序是：丙二醇＞丙三醇＞木糖醇＞芦荟多糖＞山梨处理，可见添加保润剂后，烟丝断面细胞吸收水分膨大导致断面增厚。

总体比较，丙二醇和丙三醇处理对叶表面微结构的影响较大，其他排序是木糖醇、芦荟多糖和山梨醇，这与5种保润剂处理的烟样含水率排序基本一致。

[1] 易锦满，文俊，杨庆. 几种保润剂的性能比较[J]. 烟草科技，2006（4）：9-12．

[2] 周日尤. 多元醇的国内外市场和发展（上）[J]. 江苏化工，2003，31（4）：9-13.

[3] 周日尤. 多元醇的国内外市场和发展（下）[J]. 江苏化工，2003，31（5）：30-32.

[4] 刘立全. 保润剂的研究与应用进展[J]. 上海烟业，1998（1）：10-13．

[5] Pourfarzad A, Khodaparast M H H, Karimi M, et al．Effect of polyols on shelf-life and quality of flat bread fortified with soy flour[J]. Journal of Food Process Engineering, 2011, 34(5): 1435-1448．

[6] 谢焰，吴达，金永明，等. 国内外几种知名品牌卷烟化学特性比较[J]. 烟草科技，2008（6）：33-37．

[7] 季宇彬，邹翔，高世勇．芦荟多糖的研究[J]．哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2003，19（4）：377-381.

[8] 何保江、胡军、屈展，等．芦荟多糖提取方法及其在卷烟中的应用：中国，200810230710.8 [P].

[9] 顾中铸. 降速干燥阶段烟草干燥特性研究[J]．烟草科技，1998（1）：4-5.

[10] 马林，周冰．烟草自身保润性能[J]．广东化工，2009，36（10）：93-94.

[11] 汪建明，周红刚，倪君．芦荟多糖制取方法的初步研究[J]．食品研究与开发，2002，23（3）：21-24.

[12] 何保江，刘强，赵明月，等．烟草保润性能测试方法[J]．烟草科技，2009（2）：25-28.

[13] 周静波，俞斐，沈显生．满江红叶片形态特征的环境扫描电子显微镜活体观察[J]．电子显微学报，2009，28（5）：450-452.

[14] 康跃进，张爱忠，许淑红．丙二醇在卷烟加料中的应用[J]．烟草科技，1996（4）：9-12．

[15] Dilcher D L. Approaches to the identification of angiosperm leaf remains[J]. Botanical Review, 1974, 40(1): 91-108．

[16] 韩锦峰．烟草栽培生理[M]．北京：中国农业出版社，1996：145-159．

[17] 张友玉，陈良碧．烟草叶片组织结构的扫描电镜观察方法[J]．电子显微学报，2000，19（2）：154-157.

[18] 陈曦，周忠泽，阮龙．不同烟草品种叶下表皮微形态学特征的研究[J]．西北植物学报，2003，23（3）：374-381．

[19] Samejima T, Nishikata Y, Yano T. Moisture Permeability of Cured Tobacco Epidermis[J]. Agricultural and Bio1ogal Chemistry, 1984, 48(2): 439-443．

Effects of Humectants on the Tobacco Leaf Surface Micro-structure

GUO Juncheng1,2, LIU Baizhan1, CHENG Xiaolei2, WU Da1, TIAN Jie2

(1. Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 200082, China; 2. University of Science and Technology of China, Hefei 230052, China)

The effects of 5 types of humectants (xylitol, sorbitol, propanediol, glycerin and aloe polysaccharide) on the upper and lower epidermis and the section of tobacco leaf were analyzed by environmental scanning electron microscope (XL30-ESEM) technology to investigate the changes of tobacco surface microstructure after humectants were added. The results showed that all of the five humectants significantly increased moisture content in tobacco. The surface grooves of tobacco changed after addition of humectants, in which the groove texture area ratio of C2F samples significantly increased after treated on its upper epidermis. The stomata guard cells of the samples significantly broaden, expect lower epidermises of the samples that treated by sorbitol and aloe polysaccharide. Propanediol, glycerin and xylitol had significant influence on the narrow of stomata width and decrease of average stomata area. The thickness of tobacco section after treated with humectants was significantly higher than the contrast. Overall, propanediol and glycerin had larger effects on the tobacco leaf surface micro-structure, followed by sorbitol, xylitolaloe and polysaccharide.

tobacco; humectant; ESEM; surface micro-structure

TS411

1007-5119（2014）01-0067-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.01.012

上海烟草集团卷烟烟气重点实验室基金项目（SZBCW201100775）

郭俊成，男，副教授，研究方向为烟草工程。E-mail：jcguo@ustc.edu.cn

2012-11-03

2013-03-19