卷烟增香保润一直是制约我国卷烟质量提升的瓶颈技术。多糖由于具有多羟基结构可以吸附保留水分,且其可以在烟草表面形成膜状结构减缓水分散失,因此,多糖正在被开发成一种新型的烟草保润材料。同时多糖可以在烟支燃吸时裂解成多种香气物质从而起到增香的效果,因此,多糖作为一种天然的烟草保润增香材料吸引了众多研究者的关注。本研究对象为香加皮(Cortex Periplocae),亦被称为北五加皮,属于萝蘼科植物杠柳(Periploca sepium Punge.)的干燥根皮,主产于我国华北和东北地区。香加皮具有特殊的香气,作为传统的中药常用于强心和祛湿治疗,现代研究发现还有抗肿瘤等作用。 本研究采用“水提醇沉”法从香加皮中提取水溶性粗多糖。通过正交试验以提取时间、液料比、温度和次数四个因素筛选了影响提取效率和提取能效比的最优提取组合。通过均值和极差分析,对多糖提取率影响因素的重要性依次为提取次数,提取时间,液料比和提取温度;提取率最高的提取工艺组合是提取温度为60℃,提取时间为1h,提取液料比为10mL/g,提取次数为3次。根据正交试验的均值和极差分析,发现影响提取能效比的主要因素为液料比,其次为提取时间,再次为提取次数,最后为提取温度。能效比最高的提取组合工艺为提取温度为50℃,提取时间为1h,提取液料比为10mL/g,提取次数为3次。选取了四种不同类型的树脂对多糖溶液进行脱色研究,发现碱性大孔吸附树脂D301对香加皮提取液中的色素和多糖有一定的选择性,在料液比为0.2-0.25g/mL,脱色时间为1h,pH为5~6时脱色能效比较高,达到2.5以上。 对脱色脱蛋白后的粗多糖采用DEAE-52纤维素离子交换色谱和SephadexG-100凝胶色谱依次进行纯化,得到极性由小到大的三个纯化多糖组分CPP1、CPP2和CPP3。采用高效凝胶色谱(HPGPC)对三个组分进行均匀性和分子量检测,发现三个多糖的出峰时间分别为17.2,14.5和15.2min,对应的平均分子量分别为12.2,34.4和15.9kDa。 对CPP1、CPP2和CPP3进行紫外扫描、蛋白质含量检测以及多糖含量检测,发现纯化后三个多糖中不含蛋白质,糖含量分别为93.57%、90.38%和86.24%。利用三氟乙酸水解、衍生化后经气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对三个多糖的单糖组成分析发现,三种多糖均含有鼠李糖(rhamnose,Rha)、阿拉伯糖(arabinose,Ara)、甘露糖(mannose,Man)、葡萄糖(glucose,Glc)和半乳糖(galactose,Gal)。其中CPP1中以葡萄糖和半乳糖为主,CPP2中以半乳糖、葡萄糖和阿拉伯糖为主,CPP3中以葡萄糖、半乳糖和鼠李糖为主。 利用红外、核磁对多糖结构进行鉴定,发现三个样品具有多糖特征吸收峰。红外结果显示,三个样品在1050cm-1处有吡喃糖吸收峰,在1078,1068,1033、1016和927cm-1处的强吸收峰显示三个样品含有大量的葡萄糖和半乳糖。851和756cm-1处的吸收峰表明三个多糖分别含有α和β糖苷键,说明三个样品是非淀粉性多糖。三个多糖红外谱图中均不含有羰基振动峰(1740cm-1处)说明不含糖醛酸,即三个多糖均为中性多糖。核磁结果显示,三个多糖样品在4.9-5.6ppm和4.3-4.9ppm的位移显示含有α和β异头碳,说明有α和β糖苷键存在。三个多糖有98.57ppm处的α-d-葡萄糖吡喃糖位移,有102.9~101.2ppm的半乳糖吡喃糖和葡萄糖吡喃糖信号,有107.3~109.3ppm的阿拉伯糖呋喃糖信号。有100.7ppm的(1→3)-α-半乳糖残基的信号,有105ppm的(1→2/6)-α-葡萄糖残基的信号,有67~70ppm的(1→6)-β-d半乳糖残基信号。三个多糖均未发现羰基的信号(170~180ppm处),说明不含有糖醛酸,再次证明三个多糖为中性多糖。 通过扫描电镜可以看出,三个多糖均具呈多孔形貌,这是在以往的文献中没报道过的。CPP2具有30~50μm孔径,CPP1具有5~10μm孔径,CPP3具有小于2μm的孔径。香加皮多糖具有独特的多孔形貌为其在烟草保润和增香方面提供良好的应用前景。 对三个多糖进行富硒化修饰,得到含硒量达313.4~412.1μg/g的硒化多糖。经过红外光谱检测,硒化多糖具有比普通多糖样品新增926cm-1或840cm-1处的吸收峰,文献报道分别是Se-O-C和Se=O的吸收峰,证明无机硒与多糖反应成功链接到香加皮多糖上转化为有机硒。通过四个抗氧化反应体系考察香加皮多糖富硒化修饰前后的抗氧化性。结果显示香加皮多糖具有较强的抗氧化性,抗氧化能力的强弱顺序是CPP3>CPP2>CPP1。这可能是CPP3含有较多的甘露糖与鼠李糖,以及极性较大的缘故。对比修饰前后多糖抗氧化性发现,经过富硒化修饰的三个多糖在四个抗氧化能力方面均有提高,说明富硒化可以提高多糖的抗氧化活性。 考察了三个多糖分别在低湿和高湿条件下对烟丝的保润性。发现在低湿条件下烟丝失水率优于空白,但劣于甘油;在高湿环境下吸水率优于空白和甘油。说明香加皮多糖对烟丝具有一定的保润性和防潮功能。 对三个多糖进行热重分析。随着从室温升至900℃,发现CPP1和CPP2整体均呈五个阶段,分别为失水阶段,这一阶段多糖中吸附的自由水散失;平稳阶段,多糖样品质量几乎无变化;多糖快速失重阶段,这一阶段多糖经高温快速裂解生成小分子物质散失,其中CPP1在300~400℃,CPP2在250~350℃;缓慢失重阶段,这一阶段多糖没有明显的快速失重台阶;平稳阶段,失重率几乎无变化。CPP3呈现六个阶段,增加了在560~580℃的失重台阶,这是前两个多糖没有的。三个多糖具有相同的单糖种类组成,热稳定性的差异可能与多糖的链接结构有关。 对三个多糖的热裂解产物进行分析,发现在300℃时,由于裂解温度较低,裂解不充分,裂解产物较少;在600和900℃时产生大量的热解产物,主要有杂环类、酮类、醛类、酯类、烯类、酸类、酚类等对烟草香味有贡献的香气物质,如糠醛、5-甲基糠醛、2-甲基-1,3-环戊二酮、苯乙酸苯乙酯等。说明香加皮多糖在保润的同时具有增香的效果。 通过对多糖吸附乙酸苯乙酯前后裂解产物进行对比,发现多糖可以吸附乙酸苯乙酯,裂解产物在各裂解温度下均有明显增加,增加较多的是酯类、烯类、酮类、呋喃类、酸类等。接触式与非接触式吸附后对比发现,接触式可以吸附大量的乙酸苯乙酯,而非接触式吸附量较少。证明多糖可以作为香精香料吸附剂以用于烟草增香。 将三个多糖通过非接触式吸附和接触式吸附乙酸苯乙酯,然后喷施到烟丝上进行加香研究。对裂解产物分析发现,多糖可以吸附乙酸苯乙酯,乙酸苯乙酯的主要裂解产物为苯乙烯。非接触式吸附量较少,在烟草香气物质中不突出,从量上考虑与烟气协调性较好。接触式吸附量较大,经过挥发和裂解,高于除烟碱外的其它物质,从量上考虑与烟气协调性较差。后续需要优化香加皮多糖对香气物质的吸附方式和添加方式。