郭俊成，劉百戰(zhàn)，程曉蕾，吳 達，田 杰

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保潤劑對煙草葉表面微結構的影響

郭俊成1,2，劉百戰(zhàn)1，程曉蕾2，吳 達1，田 杰2

（1.上海煙草集團有限責任公司，上海 200082；2.中國科學技術大學，合肥 230052）

為調(diào)查添加保潤劑后煙草表面微結構的變化情況，采用XL30-ESEM型環(huán)境掃描電子顯微鏡技術，對添加木糖醇、山梨醇、丙二醇、丙三醇和蘆薈多糖5種保潤劑煙草的上表皮、下表皮和斷面進行了研究。結果表明，保潤劑均能使煙樣的水分含量極顯著增加，添加保潤劑的煙草葉表面溝槽紋理發(fā)生變化，其中C2F上表皮處理樣品的溝槽紋理面積比列均顯著增加。處理樣品氣孔的保衛(wèi)細胞除山梨醇和蘆薈多糖的X2F下表皮不顯著外，其他均有顯著膨大。丙二醇、丙三醇和木糖醇對氣孔寬度的縮小和氣孔平均面積的減少均有顯著影響。保潤劑處理的煙樣斷面厚度均顯著高于對照。總體比較，丙二醇和丙三醇對葉表面微結構的影響較大，其他排序是木糖醇、蘆薈多糖和山梨醇。

煙草；保潤劑；環(huán)境掃描電鏡；表面微結構

煙草保潤性能對卷煙品質(zhì)有著重要影響，保潤性能差的卷煙易產(chǎn)生干燥感和刺激性[1]。目前在食品和卷煙行業(yè)中，國內(nèi)外研究與應用較為廣泛的保潤劑是多元醇類化合物[2-5]。謝焰等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)外一些卷煙品牌的煙絲中均不同程度加有甘油、丙二醇、山梨醇等保潤劑。蘆薈多糖主要由甘露糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖等組成[7]，何保江等[8]將提取的蘆薈多糖添加到煙絲上，發(fā)現(xiàn)卷煙保潤效果明顯改善，燃吸時干燥感降低，無異味，并且有生津作用。顧中鑄[9]認為，煙草是一種毛細多孔體物料，對于潮濕的毛細多孔體，其中所含水分分別處于大小不同的毛細管中。馬林等[10]對煙草自身保潤性能研究認為，煙葉表面、內(nèi)部微觀結構和化學成分決定了煙草具有吸濕性。目前煙草保潤性的研究多集中在對保潤性能、化學成分和品質(zhì)的影響方面，未見有保潤劑對煙草葉表面微結構的影響研究報道。本試驗比較了丙三醇、丙二醇、木糖醇和山梨醇4種多元醇以及蘆薈多糖物質(zhì)對煙草上表面，下表面和切面微結構的影響，旨在為進一步研究煙草的物理保潤機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

云南宜良烤煙（云煙87），C2F和X2F（2011年）；庫拉索蘆薈（A.vera L.）。

1.2 主要試劑和儀器

試劑：丙二醇和丙三醇（化學純，上海試劑一廠）、硫酸（98%優(yōu)級純，上海試劑一廠）、木糖醇和山梨醇（生物試劑，天津博迪化工）、硅膠（青島海洋）。

儀器：XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡（PHILIPS-FEI，荷蘭）、G25SES4冷凍干燥機（VIRTIS，美國）、302A型恒溫恒濕箱（±1 ℃、±5%RH，上海實驗儀器）、101-1型烘箱（±1 ℃，上海實驗儀器）、VICTOR231高精度溫濕度儀（±2%RH，深圳勝利）。

1.3 方法

1.3.1 蘆薈多糖提取 用水為浸提劑，把多糖從蘆薈葉中提取出來，再加入乙醇沉淀多糖，經(jīng)過離心分離沉淀、超濾和冷凍干燥，即可得到蘆薈粗多糖[11]。

1.3.2 煙絲樣品制備和保潤性測定 將切絲（切絲寬度1.1 mm）后煙絲分別添加1%的丙二醇、丙三醇、山梨醇、木糖醇和蘆薈多糖，對照煙絲添加等量純凈水，制成6個煙樣。煙草保潤性測定采用恒溫恒濕箱+硫酸干燥器法，水分測定采用烘箱法[12]。實驗溫度選擇為（22±1）℃，相對濕度60%±2%RH。

1.3.3 煙絲表面微結構表征 將平衡水分（22 ℃，60%RH，48 h）后的6個煙樣密封，送中國科學技術大學工程與材料實驗中心檢測，樣品煙絲從中間斷開，分別將上表皮、下表皮和斷面固定在載物臺上，真空噴金，在相同的條件下，用XL30-ESEM型環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察拍照[13]。每個煙樣在300倍下，取5個點拍照，設置重復用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計，另外在2000倍下，對氣孔放大拍照用于分析。葉面氣孔由Nano Measurer 1.2軟件分析，由于孔徑近似橢圓，孔面積按橢圓統(tǒng)計；葉面不規(guī)則的溝槽紋理陰影部分所占比例采用ImageTool 2.0軟件閾值分析。數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果

2.1 表面微觀結構

圖1~6是C2F上表皮保潤劑處理和對照的電鏡圖片，氣孔的形狀和分布清晰可見，煙葉的微表面凹凸不平，形成大量的不規(guī)則的溝槽紋理結構。

2.1.1 氣孔 表1采用兩個獨立樣本T檢驗方法進行顯著性分析，結果顯示，氣孔長度只有丙二醇處理煙樣的C2F下表皮，以及山梨醇和丙三醇處理煙樣的X2F下表皮樣品達到5%顯著差異，其他處理煙樣均沒有顯著差異；保潤劑處理的煙樣氣孔寬度均小于對照，除山梨醇和蘆薈多糖處理的下表皮樣品外，其他均有5%和1%顯著差異；處理煙樣保衛(wèi)細胞寬度都有不同程度的增加，除山梨醇和蘆薈多糖處理煙樣的X2F下表皮不顯著外，其他均有5%和1%顯著的差異，標準偏差最小的是對照C2F上表皮（0.96），最大的是丙二醇處理X2F下表皮（1.72），處理煙樣的標準差均高于對照；處理煙樣的氣孔平均面積均小于對照，除山梨醇和蘆薈多糖處理煙樣的下表皮樣品均不顯著外，其他均有5%以上的顯著差異，標準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），氣孔平均面積的標準差稍大。觀測區(qū)C2F和X2F的上表皮氣孔數(shù)量少，下表皮氣孔數(shù)量多。

2.1.2 溝槽紋理和煙絲斷面 表1看出，保潤劑處理煙樣的溝槽紋理面積比列增加，其中丙二醇和丙三醇處理煙樣除X2F下表皮不顯著外，其他均有5%和1%顯著差異；木糖醇處理煙樣除X2F上表皮不顯著外，其他均有5%和1%顯著差異；蘆薈多糖處理煙樣，C2F和X2F的上表皮樣品均有5%顯著的差異，而下表皮均沒有顯著差異；山梨醇處理煙樣，只有C2F上表皮表現(xiàn)出5%顯著差異。處理煙樣的斷面厚度高于對照，均達到5%和1%顯著差異，處理的標準偏差均高于對照。

圖1~6 保潤劑和對照煙樣的表面微結構環(huán)境掃描電鏡圖片

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，圖1添加木糖醇；圖2添加山梨醇；圖3添加丙二醇；圖4添加丙三醇；圖5添加蘆薈多糖；圖6對照。

2.2 含水率

表1看出，添加5種保潤劑后的煙樣平衡含水率增加，和對照相比均有1%極顯著差異。

3 討 論

保潤劑使煙樣的平衡含水率極顯著的增加?？弟S進等[14]對丙二醇、丙三醇、山梨醇3種保潤劑的保潤性能和添加比例進行實驗，認為丙二醇保潤性能最好，使用量以l%為宜。本實驗保潤劑添加1%的效果比較，C2F樣品：丙二醇＞丙三醇＞木糖醇＞蘆薈多糖＞山梨醇；X2F樣品：丙三醇最好，其他順序沒變。部位比較，中部煙C2F處理保潤效果好于下部煙X2F。

煙葉是一種多孔體物料，葉表面孔隙最主要的是由兩個腎形保衛(wèi)細胞圍繞而成的氣孔，其次是表面的腺毛和腺毛脫落形成的孔隙（腺毛形狀如圖1的左上部）[15-16]。保潤劑使煙樣的水分含量增加，氣孔的保衛(wèi)細胞有一定程度的膨大，其中影響較大是丙二醇、丙三醇和木糖醇，這3種保潤劑處理的C2F和X2F樣品上表皮和下表皮保衛(wèi)細胞均有顯著和極顯著差異，其次是蘆薈多糖和山梨醇。保潤劑處理的煙樣氣孔長度變化較小，而對氣孔寬度影響較大，處理樣品氣孔寬度均有一定程度的變窄，其中丙三醇上表皮和下表皮變窄最明顯，其他排序是丙二醇、木糖醇、蘆薈多糖和山梨醇。由于保潤劑處理煙樣氣孔的孔隙寬度變窄，氣孔的平均面積有不同程度的減少，5種保潤劑對氣孔的平均面積的影響程度和氣孔寬度變化基本一致。試驗可看出，觀測區(qū)C2F和X2F的上表皮氣孔數(shù)要少于下表皮，張友玉等[17]觀察結果認為，葉片上下表皮氣孔數(shù)量不相同，上表皮氣孔數(shù)量少，下表皮氣孔數(shù)量多，反映出煙草上下表皮蒸騰作用和光合作用的差異。試驗還注意到，烤煙氣孔密度變化范圍較大[18]，即使在同一葉表面分布也不均勻。

表1 保潤劑對煙草葉表面微結構的影響

注：*5%顯著差異；**1%極顯著差異。

保潤劑處理的煙樣溝槽紋理面積比列增加，并且葉表皮細胞呈現(xiàn)出有角質(zhì)感。丙三醇和丙二醇處理影響最大，其他排序是木糖醇，蘆薈多糖和山梨醇處理。此外，保潤劑處理的影響還表現(xiàn)出，中部煙C2F＞下部煙X2F，上表皮＞下表皮。

煙絲除了通過上表皮和下表皮吸收水分，另外一個途徑就是斷面。Samejima等[19]對干煙葉的水分轉(zhuǎn)移機制進行了研究，分析干燥煙葉通過煙葉上表面，下表面和斷面3種吸收水分方式，認為當煙絲寬度大于5 mm時，主要靠上下表皮吸收水分，當煙絲寬度小于1 mm時，吸收水分主要通過煙絲的斷面。本試驗切絲寬度1.1 mm，保潤劑處理的煙樣斷面厚度均顯著高于對照，影響程度排序是：丙二醇＞丙三醇＞木糖醇＞蘆薈多糖＞山梨處理，可見添加保潤劑后，煙絲斷面細胞吸收水分膨大導致斷面增厚。

總體比較，丙二醇和丙三醇處理對葉表面微結構的影響較大，其他排序是木糖醇、蘆薈多糖和山梨醇，這與5種保潤劑處理的煙樣含水率排序基本一致。

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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

上海煙草集團卷煙煙氣重點實驗室基金項目（SZBCW201100775）

郭俊成，男，副教授，研究方向為煙草工程。E-mail：jcguo@ustc.edu.cn

2012-11-03

2013-03-19