烟叶果胶研究进展

聂立璇，陈善义，陈千思，王超超，齐凌峰，叶 润

（1.福建中烟工业有限责任公司，福建厦门 361021；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州 450001）

中国是烟草大国，其种植面积和产销量均位居世界首位。烟草质量的好坏直接影响消费者的体验。果胶是植物细胞壁所特有的组成成分，其在烟草中的含量为5%～13%，在烟草植株生长过程中，它和纤维素、木质素共同形成细胞壁，发挥水势调节、抵御病原物入侵的作用［1-3］。但过高的果胶含量使得烟草燃烧不完全，分解成小分子物质如甲醇、乙酸等使卷烟吸食品质下降，辛辣和刺激性明显增大［4］；同时因其较强的亲水特性，易使烟叶吸湿过度，造成仓储安全性降低。本研究综述了果胶化学组成、提取方法、烤烟烟叶果胶物质含量与烤烟烟叶外观质量、感官质量的关系及调控烟草中果胶含量的相关研究进展，以期为提高卷烟原料品质提供科学依据。

1 果胶的结构与组成

果胶也叫果胶酯酸，是一种由半乳糖醛酸作为基本组成单元的高分子多糖，是植物细胞壁中结构较为复杂的大分子物质。在高等植物的Ⅰ型初生壁及胞间层中，果胶含量高达30%；Ⅱ型初生壁、次生壁中的含量也较丰富，含量为5%～10%。此外，低等植物（如苔藓、蕨类等）也含有丰富的果胶［5，6］。

果胶是一种分子结构很复杂的大分子物质，前人研究表明果胶多糖主要有3 种结构类型组成［7］，即同聚半乳糖醛酸（HG）、鼠李半乳糖糖醛酸聚糖Ⅰ（RGI）和鼠李半乳糖糖醛酸聚糖Ⅱ（RGⅡ），分别约占果胶总量的70%、20%和10%。生物化学及分子生物学研究表明，果胶在细胞器内的合成场所为高尔基体。核苷酸糖为果胶合成的活性糖供体，腺苷蛋氨酸、乙酰辅酶A 则分别为甲基、乙酰基供体，在大约65 个糖基转移酶（GTs）、67 个甲基转移酶（MTs）和60 余个乙酰基转移酶（ATs）等酶独立或协同作用下，完成果胶的起始、延长、分支过程［8，9］。

有关果胶合成过程，学术界存在2 种模型假说：一是结构域模型假说，由脂糖或核苷酸糖先形成引物（类似于脱氧核糖核酸复制时所需要的寡聚脱氧核糖核酸），并在糖基转移酶的作用下实现多聚半乳糖醛酸链的延伸，最后形成高分子的果胶；二是连续合成模型假说，即果胶在途经细胞器内的高尔基体时，活性糖供体不断地加入多聚半乳糖醛酸链上，形成高分子的果胶。果胶通过与纤维素、半纤维素、木质素交联形成超分子化合物，构成胞壁结构，在植物生长过程中的细胞分裂、抵御病原物入侵等方面发挥着重要作用［10］。

2 果胶的提取方法

2.1 酸提取法

酸提取法因操作步骤简便、工艺完善，成为工业上广泛使用的生产方法。该方法实现原理如下：在加热条件下，采用酸性物质（如硫酸、盐酸、醋酸、柠檬酸等）随机性地打断长链果胶分子的化学连接键，达到将不溶于水的大分子果胶分解成可溶于水的小分子果胶的目的，随后用乙醇进行沉淀并析出，实现果胶的提取。酸提法已在烟草、苹果、香蕉等植物果胶的提取中实现了应用［11，12］。肖厚荣等［13］采用混酸提取法从烟梗中提取果胶，发现在混酸pH 0.5、萃取时间60 min、温度90 ℃工艺条件下，果胶提取率可达12.4%左右，且脱色效果理想。

2.2 酶分离法

酶分离法的原理是以果胶为营养源的菌种在生长过程中产生能使果胶分离出来的酶，将其与原料一起发酵，以达到提取果胶的目的［14］。徐志强等［15］优化了烟草粉末中果胶酶解的方法，最终确定了酶解参数，样品使用80%乙醇回流萃取2 次后，加入pH 4.0 的柠檬酸三钠/柠檬酸缓冲溶液和480 U/g 的果胶酶，于58 ℃下反应2 h。同热酸提取法相比，该方法提取的果胶质量稳定、重复性好、萃取率高，但也存在生产周期较长，使用条件较为苛刻的缺陷，且酶解反应的温度、时间、缓冲溶液pH、酶使用量等都会影响酶提取效率，提取工艺尚不成熟，故尚未广泛应用于工业生产。

2.3 微波提取法

微波提取法是一种能耗低、提取效率高且对环境友好的果胶提取新技术［16］。主要实现原理是水、甲醇、丙酮等极性溶剂吸收微波能量后转换成热能，从而确保整个样品得以均匀受热，温度升高加速植物细胞内的水分散失，最终在膨胀机制作用下细胞壁结构被破坏，加快果胶的溶解和提取［17］。Bagherian 等［18］比较了酸提取法、微波提取法2 种方法对柚子果胶的提取效率，发现采用微波提取法当辐射功率为900 W 时，微波加热2 min 果胶提取效率与酸提取法90 min 的相当，在900 W 辐照功率下处理6 min，果胶提取率可高达27.81%。微波用于果胶的提取，具有溶剂耗量小、耗时短、提取率高的优点，是果胶提取有发展潜力的新技术。

3 烟叶果胶与外观质量的关系

烟叶外观质量是化学内涵的外部表征，是烟叶划分等级的主要依据。任晓红等［19］分析了中国烤烟烟叶细胞壁物质的含量及其与烤烟烟叶外观质量的关系，发现烟叶着生部位与果胶含量呈如下关系，部位越高，其烟叶的果胶含量越低，这解释了烟叶加工过程中下部叶吸湿性差、造碎率高的现象；相同部位不同颜色烟叶中果胶含量是桔黄、红棕色烟叶的含量高于柠檬黄烟叶；不同成熟度烟叶的果胶含量规律差异明显，假熟烟叶中果胶含量明显高于成熟烟叶。李兴波等［20］测定了河南省烤烟（40 级）各等级烟叶的果胶质的含量，结果表明，果胶质含量随着厚度的增加而增加，即厚＞稍厚＞中等＞稍薄＞薄；不同油分的烟叶总果胶含量差异不显著。阎克玉等［21］研究表明，果胶含量与烟叶等级的高低呈负相关，烤后烟叶的果胶含量和叶片厚度呈正相关，而果胶含量与油分含量间无显著关系，这与李兴波等［20］所得结论一致。郭松［22］比较了不同烟区、部位、年份、等级的烤烟果胶含量，发现长江中上游烟区果胶含量最低，且与东南烟区、北方烟区及国外烟区之间差异显著，但各烟区果胶含量变异系数较小。

4 烟叶果胶与感官质量的关系

外观质量是烟叶生产上评价烟叶质量的直观性指标，而感官质量则是反映烟叶原料使用价值的决定性指标。对于烟草感官质量来说，果胶在烟草燃烧热解过程中会生成甲醇，进而氧化为甲醛、甲酸等成分，带来青杂气息增强、香气不够透发、辛辣和刺激性增强等负面作用。此外，烟叶中果胶含量高还会导致卷烟产品焦油量高［23-25］。因此，在烟叶烘烤和醇化过程中，应尽可能创造促进果胶降解的条件，提高烟叶质量。

前人进行了大量关于不同因素对烤烟评吸质量影响的研究并取得了丰硕成果。郭松［22］研究不同果胶含量对烤烟品质的影响，根据烤烟果胶含量进行聚类分析，按果胶含量将样品划分为低、中、高3个类群，对比评吸不同含量果胶烟叶的感官质量，发现高果胶含量的烤烟其香气质、余味、刺激性等指标得分显著低于中、低果胶含量类群；杂气指标方面，低果胶含量类群得分显著高于中、高果胶含量类群，此外还发现浓香型烤烟其果胶含量显著低于清香型，说明烤烟果胶含量还影响烤烟的香型特征。任晓红等［19］研究指出糖类化合物中，果胶对香气质的影响仅次于总糖，而高于还原糖、纤维素和淀粉；对刺激性的影响仅次于木质素和钾，高于总糖；对燃烧性的影响低于总糖、还原糖和钾，高于纤维素；对灰色影响低于纤维素，高于钾、木质素和挥发碱。陈红丽等［26］在对四川省烤烟烟叶果胶含量与吸食品质关系研究中发现，烤烟中果胶含量与感官评吸的香气质、香气量、杂气、余味的指标得分以及评吸总得分呈负相关，而与燃烧性指标得分呈正相关。

5 烟叶果胶的调控措施

烟草中对感官吸食品质不利的大分子物质得以有效地分解和转化以及小分子致香物质的积累，对于促进烟草内在品质的提高具有重要作用［27］。基于该原理，前人利用生物酶制剂把烟叶中的果胶转化为水溶性糖，进而在提高烟叶质量方面进行了积极探索。邓国宾等［28］从优质烟叶上分离出降果胶质的功能菌株，发酵所得的酶液处理上部烟叶，发现处理后烟叶果胶含量显著下降，降幅可达18.44%，同时烟叶的香气质、杂气、刺激性、劲头和余味都有所改善，烟叶的使用价值提高。于建军等［29］在果胶酶解试验中，研究了果胶酶用量与烟草果胶含量、常规化学成分、中性致香物质含量的关系，确定了果胶酶的最佳用量为100 U/g，此时烟叶中性致香物质总量较对照提高29.94%，感官评吸的香气质和香气量指标得分显著提高。阎克玉等［21］进一步研究了复配酶制剂的施用参数，发现果胶酶和纤维素酶用量均为30 U/g 烟叶、烟叶含水率25%、反应温度50 ℃、反应时间4 h 时，烟叶细胞壁物质含量下降7.9%～11.3%，经过酶处理的烟叶香气质变好，灼烧感和枯焦气减轻，刺激性和呛咳感减轻，烟气甜味增加，余味变好，烟叶总体质量得以提升。林凯［30］提出了卷烟制丝工艺的新方法，在现有烟梗处理工艺基础上，通过加酶洗梗处理，发现在果胶酶浓度0.10%、纤维素酶浓度0.10% 条件下，烟梗含量降低32.50%～37.18%，且烟梗丝的内在质量明显提高。

6 小结

果胶与纤维素、半纤维素、木质素是烟草细胞壁的重要组成部分，但果胶含量过高对烟草的仓储安全性、吸食品质有负面影响，因而调控烟草中的果胶含量成为烟草行业研究的热点。生物酶技术的发展为烟草中果胶含量的调控提供了重要途径。但该方法存在处理程度较重、能耗高、生产线需要进行大量的技术改进等问题，限制了果胶酶的应用，因而急需开发一种反应条件要求低、常温下即可实现有效降解果胶的酶制剂，利于生物酶技术在卷烟制造上实现推广和应用。随着生物技术的发展，最适反应温度较低（如常温）、反应效率高、与现有制丝生产线工艺匹配度高的果胶降解酶资源会被充分挖掘出来，并开发成固态烟草专用果胶酶制剂，卷烟原料烟草生物酶应用过程中出现的上述难题将会被攻破，最终在市场上得以推广和应用。