多糖的热裂解性质分析及其在卷烟中的应用

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卷烟的香味、口感、回味和醇和度等是评价卷烟品质的重要指标。提高国内卷烟的甜香度、保湿性等感官品质,开发新型保润增香剂正成为卷烟制品的发展新趋势。多糖作为三大营养物质之一,具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、促进免疫调节、无毒、低毒等特性,可以作为一类新型的保润剂添加到卷烟中,既能起到保润的效果,又能在抽吸时达到增加香气的目的。本研究首先采用热水浸提法提取多糖,并对不同种类的多糖的分子量、单糖组成、官能团种类和质量损失特性进行测定;然后将多糖喷洒在烟丝上,测定不同环境下的多糖在保湿和吸湿时水分含量的变化,同时进行扫描电镜实验,验证烟丝孔径的变化,并筛选出作用效果较优的多糖进行感官评吸实验,测定添加多糖后的卷烟在吸食时香味物质的变化;随后使用热裂解-气相色谱-质谱联用仪,对多糖在高温下的热裂解物质进行解析,测定产物的种类和含量,并探索多糖的添加可以提高卷烟保润和增加卷烟香味的机制;最后,对作用效果好的多糖进行复配,添加至卷烟中研究其保润和增香特性,并利用香味轮廓分析法对卷烟配方进行设计和优化,得到最优的添加方案。本论文主要研究内容如下:(1)以绿茶、灵芝、银耳、石斛、甘草、莲子、木耳和葫芦巴为研究对象,采用热水浸提法,当料液比为1:30或1:40、提取温度为90℃或100℃、提取时间为2 h或3 h时,植物多糖的提取率达到最高,且因原料差异,得率往往相差较大,其中灵芝多糖最低,为1.17%,葫芦巴多糖最高,达30.95%。但多糖的总糖含量均在70%以上、蛋白质含量在5%以下、分子量在万级以上、单糖组成均含有D-半乳糖、D-葡萄糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸,且所含有的官能团基本包括O-H、C=O、C-O-C和C-OH,并存在一定的伸缩振动。多糖的主要质量损失阶段为200-400℃,为多糖内部糖苷键的断裂和化学反应的发生,进而产生了大量的挥发性物质。(2)将果胶、阿拉伯胶、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、甲基纤维素、茶多糖、灵芝多糖、银耳多糖、石斛多糖、甜菊糖苷、甘草多糖、莲子多糖、木耳多糖、罗望子多糖和葫芦巴多糖作为卷烟添加剂,喷洒至烟丝上,做保润和增香特性研究。结果表明,多糖对卷烟的保润特性均优于空白组和对照组,微观结构下烟丝的表面气孔也明显减小,其中以石斛多糖、果胶、甜菊糖苷、甲基纤维素和刺槐豆胶的作用效果最佳,具有较优的保湿和防潮作用。多糖对卷烟的增香效果优于空白组,尤其是喷洒了石斛多糖、果胶和甜菊糖苷的卷烟,在口味风格、烟气特性和香气风格特征方面的评价最高,不仅香气浓郁、丰富性好、细腻感/柔和感/圆润感强、烟气浓度舒适,而且具有浓洌的烤烟烟香、甜香、烘焙香、果香和清香,对烟丝的感官评吸具有更显著的改进效果。(3)石斛多糖、果胶、甜菊糖苷、甲基纤维素和刺槐豆胶的热失重和热裂解性质也较为突出。五种多糖的热失重阶段主要在200-400℃范围内发生降解反应,同时产生宜人的风味物质,如酚类物质、酯类物质和芳香族类化合物等,可增加卷烟在燃吸时的果甜香、药草香等气味,显著改善了卷烟的感官舒适度。其中,以糠醛类物质的作用效果最为显著,形成机制主要是由于高温的作用使得多糖的糖苷键发生断裂,导致中间产物的形成,再分别经开环、重排、脱水、乙酰化、去甲基化、缩醛和环化等反应进一步生成,可模拟推导出植物多糖的热解过程及主要产物的详细反应途径。(4)将三种多糖经不同比例复配后添加至烟丝中,对复配型烟草添加剂做保润和增香特性研究。保润性结果表明,以石斛多糖:果胶=1:2、甜菊糖苷:果胶=1:2、甜菊糖苷:果胶=2:1、石斛多糖:甜菊糖苷=1:2和石斛多糖:果胶=1:1的作用效果最优,保水和持水能力不仅高于空白组和对照组,还高于单一条件下的纯多糖,是复配型双向烟草保润剂。感官评吸结果显示,石斛多糖:果胶=1:1时对烟丝的增香作用较好,经进一步优化,选择石斛多糖:果胶=5:1时为最优比例,此时复配多糖对烟丝的增香效果达到顶峰,且与单一多糖相比,评价样品的烟气柔和度和丰富感均有所上升,为最佳比例的复配型卷烟加香剂。(5)对石斛多糖:果胶=5:1的复配多糖在卷烟配方中的添加量进行了探索。结果显示,3种配方(浓度分别为0.5%、1.0%和1.5%)的添加均增加了卷烟的药草香和青滋香,尤其是配方2(浓度为1.0%)的添加,使其具有更丰富的香气质和香气量、更细微的杂气,同时对改善卷烟的烤烟烟香、甜香味和膏香味等香韵强度,都有一定的积极效果。新老产品的质量和风格特征比较也验证了新产品不仅在香气质和香气量方面较原产品有很大的提升,对卷烟的烤烟烟香味、甜香味、烘焙香味、膏香味、焦香味和果香味等香韵也有一定程度的提高,能明显改善卷烟杂气,同时赋予卷烟可可香和青滋香特征,提高整体的感官效果和舒适性。因此,配方2为复配多糖的最适添加量,即1.0%。(6)将石斛多糖:果胶=5:1的复配多糖进行热失重和热裂解特性分析。结果显示,复配多糖存在两个主要热失重阶段,分别为170-260℃和260-450℃,前者稍低于纯果胶的失重范围,后者稍高于纯石斛多糖的失重范围,说明石斛多糖的存在对果胶的热失重过程具有一定的促进作用,而果胶的存在则抑制了石斛多糖的热裂解进程,表明复配多糖之间或存在一定的相互作用,可充当一定的催化剂效果。热裂解性质分析结果表明,多糖经过复配后,对醛类和酮类物质在低温下的影响较大,对烷烃类、醇类、酯类和酚类化合物在高温下的影响较大,但是对烯烃类、杂环类和苯及其同系物类化合物的生成过程不存在影响。
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