卷烟保润材料及作用机理研究进展

梁 淼，侯 佩，李 晓，陈芝飞，孙志涛，芦昶彤，王建民*

(1.郑州轻工业学院 烟草科学与工程学院，河南 郑州 450001；2.河南中烟工业有限责任公司 技术中心，河南 郑州 450000)



卷烟保润材料及作用机理研究进展

梁 淼1，侯 佩1，李 晓1，陈芝飞2，孙志涛2，芦昶彤2，王建民1*

(1.郑州轻工业学院 烟草科学与工程学院，河南 郑州 450001；2.河南中烟工业有限责任公司 技术中心，河南 郑州 450000)

卷烟保润技术研究是烟草行业科技创新的主要方向之一，是提高中式卷烟内在品质、促进中式卷烟持续健康发展的重点。卷烟保润研究涉及到烟草种植、加工工艺、保润剂、辅助材料及包装储存等诸多方面，主要从保润材料(保润剂和卷烟辅料)研究应用及保润机理2个方面综述了近年来卷烟保润研究的进展，并对其发展进行了展望。

卷烟；烟草原料；保润剂；保润机理

0　引言

卷烟保润材料对于提升烟草耐加工性能和卷烟的感官品质具有重要作用，能够显著改善卷烟的保润性能。卷烟保润主要包含2个层面内容：物理保润和感官保润；物理保润是指通过增强烟丝的持水能力，缓解烟草制品贮存过程中的水分散失和改善烟丝的耐加工性能，烟草行业中常用平衡含水率评价烟草的物理保润性能；感官保润则直接针对口感，通过技术降低卷烟抽吸过程中的干燥感和刺激性，最终提高卷烟抽吸舒适度[1]。因此，卷烟保润性对卷烟的物理特性(烟丝水分散失速率及造碎)、香气和吸食品质等都有重要影响。然而，与国外知名品牌卷烟相比，我国卷烟产品保润性能较差，普遍存在烟丝水分散失快、烟气干燥、刺激、辛辣、生津不够等问题[2]，这已成为制约中式卷烟品质提升及参与国际竞争的一个瓶颈问题。因此，如何提高卷烟保润性能、深入剖析卷烟保润机理受到烟草行业的广泛关注，同时《烟草行业中长期科技发展规划纲要(2006～2020)》中也把卷烟保润技术研究确定为重大专项之一。

卷烟保润技术研究涉及的范围主要包括烟草种植、烟叶加工、保润剂、保润辅料及包装贮存等方面。围绕着卷烟保润研究，近些年尤其在新型保润剂及保润辅料的开发、卷烟保润机理阐释等方面取得了丰富的成果。本文主要对这些方面的研究进展进行了综述，并对其应用前景及未来研究和发展方向进行了展望。

1　保润剂研究

保润剂是指在烟草制品加工过程中，施加于烟草中可增强烟草及烟草制品的保湿性能、改善烟草耐加工性能、减少造碎的物质[3]，添加保润剂是改善卷烟保润性能的主要手段之一。根据保润剂结构及来源特征，可将其划分为多元醇类、糖及其衍生物、有机酸及其盐类及天然萃取物等类型，以下主要介绍了各类保润剂在烟草行业的应用情况及研究进展。

1.1多元醇类

目前，我国烟草行业中普遍应用的保润剂大都是多元醇类化合物，如甘油、丙二醇和山梨醇等[4]。该类保润剂分子结构中含多个羟基，易与水分子以氢键结合，能维持烟草加工过程中的含水率，提高烟丝的耐加工性能，因而可增强卷烟物理保润性能。

1994年，张效康[5]对蜂蜜、丙二醇、木糖醇及甘油的保润性能进行了分析，通过考察这4种保润剂对烟丝平衡水分的影响，证明了它们均具有不同程度的保润作用，并以丙二醇的保润效果最优；同时，丙二醇也是目前各卷烟企业应用较多的一种保润剂[6]。康跃进等[7]将甘油、丙二醇、山梨醇分别加入到某烤烟型烟丝中，同样发现丙二醇的保润性能较优，且具有一定程度的定香作用。

关于多元醇类保润剂的研究多数集中于物理保润性能的比较，作为评价保润剂性能的重要方面，感官保润效果也逐渐受到关注。最近，杨凯等[8]分析了某牌号卷烟烟丝中甘油添加量对感官舒适度的影响，发现甘油添加量为0.5%～2.0%时，卷烟的感官舒适度明显改善。朱保昆等[9]进一步系统地考察了甘油、丙二醇、山梨醇、蜂蜜等保润剂对“云烟”产品的刺激性、余味、干燥感等卷烟感官舒适性指标的影响，结果表明：保润剂用量对“云烟”产品感官舒适性有显著影响，其中丙二醇用量为0.4%的卷烟产品刺激性最小。由此可知，在实际卷烟开发及维护中，合理使用多元醇类保润剂可改善卷烟感官的舒适性，但应该注意具体的用法和用量在卷烟设计中需综合考虑卷烟配方和加工工艺情况，虽然国内外一些卷烟品牌的烟丝中均加有丙二醇保润剂，但其用量差异极大[10]。

多元醇类保润剂主要依靠吸湿性对烟草产生保润作用，在高湿环境下无抑制水分吸收的能力，因此，在降低成品卷烟对环境温湿度变化的敏感程度上的效果不甚理想。另外，随着消费者对卷烟内在质量的要求越高，仅靠多羟基保润剂已不能满足对卷烟产品“轻松感、舒适感、满足感”的品质诉求。

1.2糖及糖衍生物

糖类化合物(多羟基的醛或酮)及其衍生物(糖醇、糖酸、糖胺等)也可作为优良的烟草保润剂。烟草自身含有多种糖类物质，如果糖、葡萄糖、麦芽糖等，不仅是影响烟草香味、吃味及焦油释放量的重要因素，同时糖类还具有吸湿性，因而也可作为烟草保润剂[11]。近年来文献报道较多的是关于多糖化合物、糖类衍生物及复配型糖类保润剂保润性能的研究。

多糖具有卷烟保润剂的性能已被广泛证实，多糖分子中除了羟基外还含有强亲水基团羧基，且多糖分子链间可形成网络结构，既能结合水分子又可阻碍水分的散失[12]。有研究表明：魔芋葡甘聚糖、麦芽低聚糖醇等多糖对烟丝的保润效果均优于丙二醇[13-15]，另外，兼具保润和防潮性能的双向多糖保润剂研发更是成为了行业内关注的热点。谭宏祥[16]考察了阿拉伯树胶(主要成分为D-半乳糖和L-阿拉伯糖)在烟草中的保润性能，结果表明：阿拉伯树胶在低湿(RH=40%)环境下具有延缓水分散失的持水能力，同时在高湿(RH=70%)环境下的防潮能力优于传统保润剂丙二醇，且对卷烟样品感官质量基本无影响。陈建军等[17]通过比较天然戊聚糖(C5H8O5)n与甘油在不同湿度环境下的保润性能，同样发现戊聚糖(C5H8O5)n具有持水和防潮的双向保润效果。

陈芝飞等在糖类衍生物保润剂方面进行了卓有成效的探索，分别以D-半乳糖[18]、D-甘露糖[19]和D-果糖[20]经羟基保护、亲核取代、皂化等一系列反应，获得了多种糖类衍生物保润化合物，且保润性能良好。其中，以D-甘露糖为原料，引入亲水性基团合成的亲水性保润化合物1-O-羧甲基-D-呋喃甘露糖，具有优良的物理保润和感官保润效果，由于亲水基团羧基的引入，保湿能力强于甘油和丙二醇，1-O-羧甲基-D-呋喃甘露糖保润剂还具有提升口感舒适性的感官保润效果。此外，魔芋葡甘聚糖衍生物[21-22]、壳聚糖衍生物[13]、改性淀粉保润剂[15]等糖类衍生物均表现出良好的卷烟物理保润性能。

另外，基于复配技术的复合型保润剂有望成为比单一保润剂更为优异的保润效果，例如以多羟基化合物为主要成分的复配型保润剂受到了广泛的关注。张玲等[23]通过对不同种类多糖和烟草中特有成分进行综合配方设计，获得了新型保润剂CPL-NR，考察了其对于云烟某品牌卷烟烟丝的保润性能，结果表明：复合型保润剂CPL-NR比丙二醇的保湿性能强，可有效减缓烟丝的水分散失，并且在杂气、刺激性、余味及增加浸润感等方面明显提升了卷烟的感官质量。鹿洪亮等[24]报道了一种将丙二醇、甘油、海藻酸钠以及美拉德反应产物按一定比例调配成兼具增香和保润作用的功能型保润剂，该复合型保润剂尤其可提高膨胀烟丝的物理保润性能和感官品质。此外，复配型保润剂蜂蜜-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润性能[25-26]。

1.3有机酸及其盐类

一些食品、医药及化妆品中应用的有机酸及其盐类(如柠檬酸、乳酸、乳酸盐等)也被应用于卷烟保润研究中，其中有机盐类物质可与水分子发生溶剂化作用后在烟丝内部形成含有结晶水的化合物，从而达到卷烟保润的目的。

例如，乳酸因其可生物降解性被广泛应用于食品医药领域，且美国农业部认定乳酸及乳酸钠为“安全无害物”，可在食品及化妆品中作为保鲜剂和保湿剂添加[27]。基于此，周博等[28]考察了乳酸和乳酸盐在卷烟保润中的应用效果，将其缓冲液添加于云烟·紫配方烟丝中，以烟丝含水率比值为指标，对比了其与丙二醇的保润性能差异，结果表明：低相对湿度(RH=40%)下，乳酸及乳酸钠的保润性能显著优于丙二醇，且可提升卷烟烟气的舒适性；而高相对湿度(RH=75%)下的防潮效果差异不明显，通过对不同乳酸盐(乳酸钾、乳酸钠、乳酸锂)保润性能的对比分析表明：锂盐和钾盐的保润效果优于钠盐，以钾盐的防潮性能最佳。此外，主要成分为吡咯烷酮羧酸盐(如L-2-吡咯烷酮-5-羧酸的钾盐和钠盐)的复合型保润剂也具有优良的保润性能[6,13]。阮晓明等[29]以玉米中提取的有机酸保湿因子吡咯烷酮羧酸为主要成分，复配了保润剂PDS，评价表明：PDS的低湿保润和高湿防潮效果均优于丙二醇，且其裂解产物中含有多种与烟草致香物质相近的成分，可改善卷烟的烟气质量。

有机酸及其盐类保润剂还可用于自身保润性能较差的烟梗中，由于烟梗的多孔性及孔隙度高于烟叶，导致其水分散失速度更快；而烟梗原料中果胶含量丰富，常与钙离子等结合。利用烟梗此特性，上海烟草集团的沙云菲等[30]公布了一批可用作烟梗水合性保润剂的有机酸及其盐溶液，包括草酸、乳酸、苹果酸、葡萄糖酸及其金属盐(钾、钠、铵)，该类保润剂可与烟梗内部果胶酸钙发生置换反应，生成水合性钙盐以阻止水分子逃逸，减少水分的蒸发散失，以此提高梗丝保润性能。

1.4天然植物萃取物

天然植物萃取物中不仅含有多糖类物质，还可能含有烟气香味前体物质，这些成分能够起到丰富卷烟香气的作用，开展天然植物萃取物研究有助于开发兼具物理/感官保润及增香复合功效的多功能保润剂，在构建卷烟特征香韵、提高抽吸品质等方面具有独特的优势，因此，许多烟草科技工作者开展了针对地区性特有的天然植物提取及其卷烟保润性能的研究。

刘洋等[31]受仙人掌能够在干旱的沙漠中保持水分而生长的启发，采用热水浸提法从仙人掌中提取其多糖成分，并证实了仙人掌多糖对烟丝保润性能、感官舒适度均有提升，可在低湿条件下降低烟丝的失水率、减缓水分散失，高湿条件下与丙二醇的效果相当，且仙人掌多糖具有增加香气量、提高烟气细腻度、增强回甜感、减轻杂气的作用。黄芳芳等[32]采用超声技术提取了卤地菊多糖，并考察了其对烟丝保润性能及卷烟感官舒适度的影响，结果表明：长时间低湿环境下添加卤地菊多糖的烟丝含水量降幅比丙二醇的低18.28%，即提取多糖能够有效提高烟丝的保润性能，减缓卷烟中水分的散失。李雪梅等[33]从酸木瓜中浸提浓缩得到了酸木瓜浓缩提取物，考察了其在卷烟加料中的应用，结果表明：提取物可明显增补香气、去除杂气、减少刺激性，是一种理想的感官保润剂。另外，有研究报道了银耳提取多糖、无花果提取物等均表现出良好的烟丝的物理保润性能及卷烟的感官保润性能[34-36]。许多专利也公开了多种基于天然萃取物的增香保润剂，如凤尾叶挥发油、芋头提取物、山药浸提液、罗汉果提取液等[37-40]。尤其是河南中烟公司围绕天然萃取物的提取及其卷烟保润应用开展了系统的研究[41-47]，近期公开了系列可用于卷烟保润的萃取多糖，包括灵芝多糖、大枣多糖、巴戟天多糖、黄芪多糖、茯苓多糖、姬松茸多糖、银杏多糖、当归多糖等，为天然提取植物多糖在卷烟保润中的应用提供了参考。

另外，开发基于天然萃取物的复配型功能保润剂是目前研究的热点。詹建波等[48]以天然植物和鲜果为提取原料，萃取其中的原料精华，并结合复配技术合成了兼具保润和降焦功能的天然新型烟用功能保润剂RSE-E。王明锋等[49]以苹果和枸杞为原料，分别经水解/发酵工艺获得提取液，按比例调配获得了基于天然萃取物的保润剂BR-22，其具有良好的低湿保润和高湿防潮性能，对BR-22的热裂解试验证实了其裂解产物大多为醛酮类化合物，与烟草致香成分具有较好的配伍性。基于橄榄果酶解提取物的复配型保润剂SLT也具有优于丙二醇和甘油的物理和感官保润性能[50]。

2　卷烟辅料保润研究

通过对滤棒/卷烟纸等卷烟辅料的设计来提高烟草制品的保润性能是卷烟保润技术的另一个研究方向。王涛等[51]在纺丝油剂段中添加壳聚糖保润剂，制得保润剂改性二醋酸纤维丝束，可提高卷烟主流烟气水分含量10.9%。疏水增润改性剂修饰的二乙酸纤维丝束滤棒也能够显著改善丝束对烟气水分的截留吸收和提高烟气水分润感[52]。姜发堂等[53]在滤嘴棒丝束内填充分子水库结构材料，构建了可提高烟气含水量、增强卷烟物理保润性能的新型滤棒。卷烟纸作为卷烟的重要辅料，由于它直接参与烟支的燃烧，合理调节卷烟纸的特性可为提高卷烟的保润性能提供思路。刘德桃等[54]公开了一种制造增香保润卷烟纸的方法，将具有增香保润效果的水果提取物负载于改性的CaCO3表面，经抄造工艺使其均匀分布于卷烟纸中，具有香气醇厚、持久性强、可提高卷烟产品品质的优势。何书杰等[55]将高分子酸性粘多糖透明质酸钠(C14H22NNaO11)n作为保润剂用于卷烟纸中，透明质酸钠与卷烟纸结合力强，可解决由于卷烟产品打孔稀释造成的保润效果下降的问题，能够持久增强烟气润感，提高抽吸舒适度。另外，对卷烟内包装材料内衬纸进行合理改性[56]以及借助烟盒内保润体[57]的应用等手段，均可改善卷烟物理保润性能。

3　保润机理研究

深入了解烟草保润机理可为改善烟草物理保润性能提供理论指导，烟草保润性能因其持水能力大小，对卷烟品质有着重要影响。烟草的自身物理结构及化学成分决定了其具有吸湿能力。具体来说，烟草组织结构上存在大量的毛细管多孔体，表面能高；且其化学成分中含有果胶、蛋白质等胶体物质和水溶性糖、有机盐等亲水性物质；因此烟草可通过表面吸附、毛细管凝结、胶体物质渗透和晶体物质潮解作用吸湿[58]，另外，烟叶角质之间含有的油脂和蜡质等封闭性成分又为防止水分散失提供了屏障。

行业企业通过对卷烟保润机理进行深化研究，目前初步揭示了影响卷烟保润性能的一些主要因素。楼佳颖等[59]为揭示卷烟原料的微观组织结构对其物理保润性能的影响，以不同的卷烟原料(叶丝、膨胀叶丝、膨胀梗丝及薄片)为研究对象，通过动态水分吸附系统、重量法吸附仪和扫描电子显微镜分析，采用Sips模型计算水吸附焓，结合卷烟原料微观结构分析，结果表明这4种原料的断面/表面微观结构差异是其保润性能各异的原因之一。曾世通等[60]综合考察了不同类型烟叶(烤烟、白肋烟、香料烟)的组织结构与化学成分对其保润性能的影响，认为白肋烟特异性的组织结构可赋予其较好的保润性能，烤烟的表面蜡质对其含水率的保持起关键作用。另外，烟草的化学成分与其保润性能有着紧密联系，有研究表明：烟草中的糖组分含量、大多数有机酸(苯甲酸、苯乙酸、丙二酸等)、烷烃类组分等与保润性能呈正相关[61-63]，而石油醚提取物、总氮含量等与保润性能呈负相关[64]。因此，烟草的保润性能是由其物理组织结构和化学成分共同决定的。

使用保润剂是改善烟草制品保润性能的主要手段，保润剂之所以能够增强烟草制品的保润性能，是因为添加的保润剂相当于人为改变了烟草化学组分以增强其持水能力，不同类型的保润剂对卷烟保润的作用方式不尽相同，如多羟基的醇类、糖类及其衍生物为亲水型保润剂，天然油性萃取物的封阻型作用以及一些有机盐的水合型作用[65]。最近研究表明，保润剂除影响烟草化学成分外，甚至可影响烟草微观物理结构；例如，郭俊成等[66]研究表明，保润剂(木糖醇、山梨醇、丙二醇、丙三醇和芦荟多糖)一定程度上还可改变烟草表皮沟槽纹理面积、气孔数目宽度和平均面积、断面厚度等微观结构，从而改善烟草的保润性能。

4　结论与展望

综上所述，在烟草科技工作者的共同努力下，近些年卷烟保润剂及保润辅料的研发应用取得了显著进步，多种新型卷烟保润材料的开发为提高我国卷烟的保润性能提供了基础，另外，通过对卷烟保润机理的研究，初步揭示了影响卷烟物理保润和感官舒适性的主要因素。加强兼具保湿、防潮及感官改善效果的新型保润剂的开发将会是未来发展的方向，同时，加强卷烟保润材料与卷烟原料类型、卷烟加工工艺间相互作用对保润效果的影响规律研究，可望为综合协同提升中式卷烟保润性能提供一些参考。

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(责任编辑：曾小军)

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

郑州轻工业学院博士科研基金项目(2014BSJJ067)。

梁淼(1987─)，男，讲师，博士，主要从事卷烟保润材料及工艺研究。*通讯作者：王建民。

TS452.1

A

1001-8581(2016)10-0046-05