煙草分析與檢驗(yàn)課件

1第一章序論2

煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物,它是消費(fèi)品和稅收的重要來源。20世紀(jì)以前，全世界生產(chǎn)煙葉不足l億千克，卷煙10億支；1940年生產(chǎn)煙葉2.93億千克，卷煙4900億支；目前估計(jì)全世界煙葉總產(chǎn)量約為61.5億千克，卷煙約為5萬億支。20世紀(jì)80年代以來，卷煙消費(fèi)增長的勢頭有所減緩，其原因在于價(jià)格上漲、稅收增加，人們對吸煙危害健康的認(rèn)識(shí)提高以及世界性的經(jīng)濟(jì)衰退等。其中，工、農(nóng)發(fā)達(dá)國家近幾年來卷煙生產(chǎn)量持平或有所減少，消費(fèi)量下降；發(fā)展中國家卷煙生產(chǎn)量和消費(fèi)量大都有所增加。3

煙草的化學(xué)成分是決定煙草品質(zhì)的內(nèi)在因素。品質(zhì)因素在很大程度上決定著煙草的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。煙草的化學(xué)成分與煙草的類型、品種、栽培、調(diào)制、加工有相當(dāng)密切的關(guān)系：煙草從栽培到制成供人們消費(fèi)的煙制品，經(jīng)歷了一系列的變化過程，在這些過程中，對于煙草吸食品質(zhì)起主導(dǎo)作用的化學(xué)成分質(zhì)和量的變化，直接影響煙制品的質(zhì)量。

4不同的生長環(huán)境和田間管理技術(shù)導(dǎo)致煙葉內(nèi)干物質(zhì)的質(zhì)和量的差異；采收后的煙葉經(jīng)過調(diào)制和以后的貯存、陳化等加工，使煙葉中的化學(xué)成分發(fā)生變化；不同的葉組配方和加工工藝直接決定煙制品的質(zhì)量；燃吸卷煙時(shí)，卷煙燃燒的本質(zhì)也是復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。5

為了闡明上述各種過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，就必須用科學(xué)的方法揭示煙草及其制品的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相關(guān)的化學(xué)變化規(guī)律，于是從化學(xué)角度研究煙草的新學(xué)科——煙草化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，并不斷形成和發(fā)展。

研究煙草化學(xué)的目的就在于運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論和測試技術(shù)闡明煙草生長、調(diào)制、加工等過程以及煙草使用的化學(xué)本質(zhì)，系統(tǒng)地總結(jié)和推廣先進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和科研成果，指導(dǎo)煙草的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，提高卷煙生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，改進(jìn)煙草吸食品質(zhì)，滿足不斷變化的消費(fèi)需求，提高吸煙的安全性。6煙草作為特殊的經(jīng)濟(jì)作物有其本身的質(zhì)量要求，煙草制品作為特殊的消費(fèi)品也有其本身的質(zhì)量要求。煙葉質(zhì)量是煙草制品質(zhì)量的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的質(zhì)量概念包括色、香、味三個(gè)方面，即色澤美觀，香氣濃郁，吃味醇和，無雜氣和刺激性。然而，隨著“吸煙與健康”問題的提出，對煙葉及其制品質(zhì)量的要求和過去有較大的不同，不僅注重色、香、味，而且更加注重其安全性。煙草制品要求濃郁的香氣，飽滿的吃味，適當(dāng)?shù)膭蓬^，焦油量和煙減含量低。對烤煙原料來說，要求高濃度、高香味、高煙減、低焦油的煙葉。這就要求生產(chǎn)的煙葉必須成熟，有協(xié)調(diào)的化學(xué)成分和有利的物理性能。一、煙草化學(xué)成分與質(zhì)量的關(guān)系7煙草及其制品質(zhì)量包括五個(gè)方面：①外觀質(zhì)量，指人們的感官直接感觸和識(shí)別的煙葉外觀因素，如煙葉大小、形狀、顏色、光澤、成熟度、組織結(jié)構(gòu)、油分等；②內(nèi)在質(zhì)量，靠人們的口腔、鼻腔、喉部等感官感覺鑒別，如煙葉和煙制品的香氣、吃味、刺激性、雜氣、生理強(qiáng)度等。外觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量有密切的關(guān)系：外觀質(zhì)量好者，其內(nèi)在質(zhì)量好；外觀質(zhì)量差者，其內(nèi)在質(zhì)量也較差。外觀質(zhì)量在很大程度上反映了其內(nèi)在質(zhì)量的特點(diǎn)和好壞；8③物理特性，煙葉物理特性是衡量煙葉質(zhì)量的又一個(gè)方面，如吸濕性、燃燒性、彈性、填充性、單位面積重量等，在不同程度上反映了煙葉的內(nèi)在質(zhì)量及其工藝價(jià)值。④化學(xué)成分，化學(xué)成分是決定煙葉及其制品質(zhì)量的內(nèi)在因素；⑤安全性：煙葉及其制品的安全性也是質(zhì)量中一項(xiàng)重要的不可缺少的內(nèi)容，是當(dāng)前人們極為關(guān)注的問題。各種煙制品是供人們吸用的，其安全性直接關(guān)系消費(fèi)者的身體健康9二、煙草的化學(xué)組成煙葉中的化學(xué)成分雖然是多種多樣和極為復(fù)雜的，但是根據(jù)化學(xué)元素的組成，可以慨括地分為三大類：第一類是含有碳、氫、氧三種元素的化合物；第二類是除含有碳、氫、氧外，還含有氮元素的化合物；第三類是礦物質(zhì)。然而，每—大類化合物中由于結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及對煙質(zhì)的影響差異較大，為了研究的方便，可進(jìn)一步分類，表示如下：1011三、煙草危害目前全球共有11億吸煙者，每年導(dǎo)致近500萬例可以預(yù)防的死亡。WHO強(qiáng)調(diào)指出，全球煙草種植、加工和消費(fèi)消耗了自然資源，加劇了貧困。全世界有75%的吸煙者分布在發(fā)展中國家。煙草廣告、促銷和贊助現(xiàn)象還存在于一些發(fā)展中國家的影視、體育、文化活動(dòng)之中，通過時(shí)尚活動(dòng)影響和誘導(dǎo)青少年吸煙。窮人、文化程度低的人更傾向于吸煙，浪費(fèi)了本該用在營養(yǎng)、教育等必須開支的有限家庭資源。此外，煙草攫取土壤營養(yǎng)，煙草種植使用的殺蟲劑和化肥污染環(huán)境，烤煙大量消耗森林資源等等都導(dǎo)致了環(huán)境的退化。最新研究表明，各煙草種植國近5%的森林砍伐是由于加工煙草造成的。122003年5月21日，第56屆世界衛(wèi)生大會(huì)一致通過了《煙草控制框架公約》。截止2003年底，共有85個(gè)國家簽約。我國是世界上煙草生產(chǎn)和消費(fèi)量最大的國家，分別占到全球總量的三分之一以上。目前全國約有3.5億吸煙者，每年死于吸煙相關(guān)疾病的人數(shù)近100萬。2002年城鎮(zhèn)居民八類食品開支的4.9%用于購買煙草制品,在一些貧困地區(qū)該比例甚至超過10%。敬煙送煙仍然被普遍認(rèn)為是一種社交禮儀，特別是還存在著公款消費(fèi)煙草的腐敗現(xiàn)象。13煙草危害：從頭到腳、無孔不入

吸煙對人體的危害很大，人們一般都知道吸煙對肺不好，其實(shí)吸煙對于人體的危害是從頭到腳、無孔不入。

對頭部的危害:據(jù)醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，吸煙會(huì)一定程度上導(dǎo)致脫發(fā)或者令頭發(fā)失去光澤。吸煙者眼睛會(huì)經(jīng)常感到不適，頭痛也是常見現(xiàn)象。14

對口腔的危害：以色列科學(xué)家最近稱，吸煙能破壞唾液中起保護(hù)作用的因子，并將其轉(zhuǎn)化為危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)，從而增加患口腔癌的危險(xiǎn)。同時(shí)，吸煙會(huì)對人的牙齒造成傷害，留下污漬，并可造成牙齦病變，還會(huì)使味覺不靈敏，咽喉受刺激等。

對呼吸系統(tǒng)的危害：長期吸煙會(huì)刺激損害咽部和氣管的黏膜，引起多痰、多咳和慢性氣管炎等。久而久之，會(huì)使支氣管和肺泡壁失去彈性，通氣功能下降。同時(shí)，煙焦油是致癌物質(zhì)，如果它沉積在吸煙者肺中，容易引起肺癌。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，約有80%的肺癌患者可能是因吸煙引起的。

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對心血管系統(tǒng)的危害：煙草中的尼古丁可影響人體對脂類的代謝，使血液中游離脂肪酸和膽固醇的含量增加，致使動(dòng)脈出現(xiàn)粥樣硬化。重者可引起動(dòng)脈閉塞。如果病變是發(fā)生在冠狀動(dòng)脈，就可能引起心肌梗塞。對神經(jīng)系統(tǒng)的危害：煙草中的尼古丁對神經(jīng)系統(tǒng)有暫時(shí)的興奮作用，隨即產(chǎn)生持續(xù)的麻痹作用。長期大量吸煙，會(huì)造成神經(jīng)元細(xì)胞通透性和神經(jīng)細(xì)胞膜的興奮性發(fā)生改變，并能引起神經(jīng)紊亂，出現(xiàn)記憶力衰退、注意力分散、反應(yīng)遲鈍和失眠多夢等中毒癥狀。美國著名的拳王阿里最反對吸煙，他認(rèn)為吸煙會(huì)使動(dòng)作失去靈敏性，反應(yīng)遲鈍，不能成為優(yōu)秀的拳擊運(yùn)動(dòng)員。

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對消化系統(tǒng)的危害：煙草里的有毒成分會(huì)抑制消化腺分泌消化液，使人體消化功能減弱，消化道黏膜的抵抗力下降。同時(shí)，由于吸煙可以加速胃排空，長期吸煙者容易患潰瘍病。對泌尿系統(tǒng)的危害：醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，人體尿路結(jié)石與體內(nèi)微量元素的代謝關(guān)系非常密切，如血清中鎂、鋁、氟、鎘、鋅等的含量及其在尿中的排泄量，與尿路結(jié)石的形成有直接關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，吸煙對這些微量元素的代謝影響很大。

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對生殖系統(tǒng)的危害吸煙會(huì)造成男性生殖系統(tǒng)功能的改變，使精子發(fā)育不正常、活力減弱，導(dǎo)致男性不育。吸煙還可誘發(fā)睪丸癌。女性吸煙者也會(huì)對生殖系統(tǒng)來影響，同時(shí)吸煙婦女比不吸煙婦女更易骨折、患骨質(zhì)疏松等。

特別需要指出的是，孕婦吸煙會(huì)給胎兒帶來很大危害。孕婦吸煙，易發(fā)生宮外孕和前置胎盤；同時(shí)煙焦油能引起人體內(nèi)染色體畸變和基因突變，從而造成遺傳物質(zhì)的變化，引起流產(chǎn)、早產(chǎn)、死胎及胎兒的先天性畸形等。一般吸煙孕婦所產(chǎn)的新生兒體重偏低、體質(zhì)差，易患多動(dòng)癥；肺部發(fā)育不成熟，易受感染，病死率較高，患先天性心臟病的危險(xiǎn)也會(huì)增加。18(一)煙草化學(xué)的形成煙草化學(xué)是運(yùn)用化學(xué)的理論和方法對煙草和煙氣的化學(xué)組成、理化特性、變化機(jī)制、不同成分對煙質(zhì)的影響等進(jìn)行研究的一門新興的學(xué)科。它的形成可以追溯到20世紀(jì)韌，當(dāng)時(shí)即對煙草的化學(xué)組成和大類的劃分有了基本的了解。到了20世紀(jì)30年代，許多科研工作者企圖從煙草化學(xué)成分含量及其相互之間的關(guān)系得出能夠評定煙質(zhì)的客觀指標(biāo)。這些努力取得了一定的進(jìn)展，例如從水溶性糖類、含氮化合物和生物堿類的含量比例測定其與煙隨之間的相關(guān)性、就是這種努力的結(jié)果。四、煙草化學(xué)得形成和發(fā)展191809年，對煙草中的生物堿作了分離提取20世紀(jì)初，RKissling認(rèn)為煙葉內(nèi)的糖分對煙味有利，而蛋白質(zhì)含量則對煙味不利201936年布魯克納根據(jù)煙葉中各種成分對煙質(zhì)的影響，將它們分成四類：第一，與煙氣強(qiáng)度有關(guān)的成分，如含氮化合物，包括總氮量、蛋白質(zhì)和煙堿等。第二，影響香氣的成分，如單寧(多酚)和樹脂等。第三，影響煙氣醇和性和芳香性的成分，如糖分、淀粉、草酸等。第四，與刺激性有關(guān)的成分，如胞壁物質(zhì)(果膠、聚戊糖、纖維案和本質(zhì)素)、灰分(總灰分、鉀和硝酸鹽)、檸檬酸等。

21布呂克納將煙草中化學(xué)成分分成有利或不利于煙葉質(zhì)量兩大類。

（糖+淀粉+草酸+單寧+樹脂）x400煙味醇度=---------------------------------------------------------------------

細(xì)胞膜物質(zhì)+灰分組分+檸檬酸+氮化合物+酸堿值2230年代，施木克發(fā)表煙葉吃味品質(zhì)及化學(xué)成分的論文；施木克值=可溶性糖（%）/蛋白質(zhì)（%）231954年，英國皇家醫(yī)學(xué)會(huì)分離鑒定了一些煙草中的化學(xué)成分，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)后，提出了“吸煙和健康”的報(bào)告。1964年，美國外科醫(yī)生聯(lián)合咨詢委員會(huì)發(fā)表了“吸煙和健康”的報(bào)告，提出吸煙和肺癌有關(guān)。至此，掀起了全世界規(guī)模最大的持續(xù)時(shí)間最長的反吸煙浪潮。煙氣化學(xué)成分的研究也得到了迅速發(fā)展。24五、煙草化學(xué)研究的主要內(nèi)容1、煙草及煙氣的化學(xué)成分與品質(zhì)的關(guān)系2、煙草化學(xué)成分的變化規(guī)律及影響因素3、吸煙與健康的關(guān)系4、煙草化學(xué)成分分析的方法和設(shè)備5、煙草化學(xué)成分的提取利用6、新型香精、香料的開發(fā)7、生物技術(shù)在煙草中的應(yīng)用煙草化學(xué)研究的對象是煙草、煙制品、煙氣。

25它的主要研究內(nèi)容是：①煙草和煙氣的化學(xué)組成、化學(xué)成分的性質(zhì)及變化機(jī)制；②煙草主要化學(xué)成分與煙草質(zhì)量的關(guān)系；③燃吸過程中煙草化學(xué)成分變化與煙氣化學(xué)成分的關(guān)系；④煙草化學(xué)成分與香氣、吃味等內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)系和煙草制品加香加料的問題；⑤煙草和煙氣化學(xué)成分形成的影響因素和檢測技術(shù)；⑥吸煙與健康問題，包括有害物質(zhì)的去除和創(chuàng)造安全性名優(yōu)卷煙等。26六、煙草化學(xué)的特點(diǎn)1、煙草的化學(xué)成分在調(diào)制過程中發(fā)生變化;2、煙草的品質(zhì)受多種化學(xué)成分制約，優(yōu)良的品質(zhì)需多種化學(xué)組成相互協(xié)調(diào)作用；3、煙草燃燒后產(chǎn)生的煙氣是人們吸食的對象，煙草經(jīng)燃燒熱裂解發(fā)生了多種化學(xué)反應(yīng)使得煙氣的成分比煙草更復(fù)雜。27七、學(xué)習(xí)煙草化學(xué)的目的及意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們消費(fèi)水平的提高，煙草行業(yè)不僅要生產(chǎn)足夠的煙草原料和卷煙產(chǎn)品，滿足消費(fèi)者的需求，而且要提高煙草原料質(zhì)量，提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)星,提高卷煙安全性，更好地為消費(fèi)者服務(wù)。煙草化學(xué)是煙革原料生產(chǎn)和卷煙上業(yè)牛產(chǎn)的重要基礎(chǔ)理論,無疑對于煙草化學(xué)的學(xué)習(xí)和研究具有重要意義。28

首先，煙草是特種經(jīng)濟(jì)作物，煙草制品是特殊消費(fèi)品，煙葉質(zhì)量直接影響煙草制品質(zhì)量。煙葉質(zhì)量是在生長發(fā)育過程中形成的，與氣候、土壤、肥料及栽培方法、調(diào)制技術(shù)有著密切的關(guān)系。其化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性是決定煙葉質(zhì)量的內(nèi)在因素，生產(chǎn)出來的煙葉最終要用化學(xué)指標(biāo)來衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，學(xué)好煙草化學(xué)是指導(dǎo)煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高煙葉質(zhì)量的基礎(chǔ)。29

其次，煙草化學(xué)是指導(dǎo)卷煙工業(yè)生產(chǎn)的理論基礎(chǔ)，與煙草工藝學(xué)的關(guān)系十分密切。從煙葉調(diào)制、復(fù)烤、發(fā)酵直到卷煙生產(chǎn)的整個(gè)過程，煙葉將發(fā)生一系列極其復(fù)雜的化學(xué)變化。要想使這些變化向著有利于產(chǎn)品質(zhì)量的方向發(fā)展，就必須采取適宜的工藝技術(shù)條件，促進(jìn)或控制這些變化。工藝先進(jìn)與否包括兩個(gè)方面：一是設(shè)備；二是生產(chǎn)過程和操作條件。30

其三，隨著人們對吸煙與健康問題的普遍關(guān)注，提高卷煙安全性已成為一個(gè)總趨勢。煙草作為一種天然材料，由幾千種化學(xué)成分所組成，卷煙在燃吸過程中，由于高溫和不同燃燒狀態(tài)的作用，又產(chǎn)生大量的新生化合物，其中確實(shí)存在微量的對人體健康有害的成分。煙草及其制品的生產(chǎn)一方面要滿足消費(fèi)者需求，另一方面要對消費(fèi)者的健康負(fù)責(zé)，這就需要研究煙草及煙氣成分中哪些是對質(zhì)量有利的，哪些是對健康有害的，研究它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、含量，從而采取有效措施促進(jìn)有利于品質(zhì)的成分產(chǎn)生，有選擇地降低有害成分，提高卷煙安全性。這些研究是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要多學(xué)科的共同努力，其中煙草化學(xué)的研究是極其重要的。31

其四，在煙草行業(yè)中，從煙草栽培、煙葉收購、卷煙生產(chǎn)、煙葉及其制品的倉儲(chǔ)與運(yùn)輸，直到吸煙的整個(gè)過程，以及吸煙與健康的研究，均需要一系列的分析和檢測工作。這些分析和檢測工作對于提高煙葉生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高卷煙質(zhì)量及其生產(chǎn)水平，都具有直接的指導(dǎo)意義。同時(shí)還是研制和生產(chǎn)低毒安全型卷煙必要的基礎(chǔ)性工作，分析和檢測得到的科學(xué)數(shù)據(jù)是煙草行業(yè)發(fā)展和變革的依據(jù)。32

綜上所述，學(xué)習(xí)和研究煙草化學(xué)的目的，就是為了促進(jìn)煙草行業(yè)的科技進(jìn)步，提高煙草原料和卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量及安全件，既滿足消費(fèi)者的需求，又對消費(fèi)者健康負(fù)責(zé)。3334第二章煙草水分

煙葉水分又稱煙葉含水率、煙葉含水量，水分是煙草及其制品的重要組分之一。煙葉水分影響煙葉力學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)，它又是影響煙葉物理特性的因素之一。在工藝加工過程中要嚴(yán)格控制煙葉水分，因此它也是重要的工藝質(zhì)量指標(biāo)之一。35

水分在煙草生產(chǎn)和加工過程中都起著重要作用。

水分是煙草生長發(fā)育過程中體內(nèi)化學(xué)作用的介質(zhì)，也參與很多生物化學(xué)反應(yīng)，是組織和細(xì)胞所需營養(yǎng)和代謝物在體內(nèi)運(yùn)輸?shù)妮d體。水分多時(shí)，原生質(zhì)呈溶膠狀態(tài)，生命活動(dòng)旺盛；水分少時(shí)，原生質(zhì)呈凝膠狀態(tài)，生命活動(dòng)緩慢。在煙草不同的生育時(shí)期，需要供應(yīng)與之相適宜的水分，既能保證進(jìn)行正常的新陳代謝活動(dòng)，又有利于鮮煙葉質(zhì)量的形成。36

在煙葉初加工、卷煙制絲加工和煙葉及其制品貯存保管等一系列環(huán)節(jié)中，煙葉需要有不同的含水量與之相適應(yīng)，才能達(dá)到加工的目的，保證加工質(zhì)量。在加工過程中煙葉水分含量多少，不但直接影響其彈性、韌性、填充性和燃燒性等物理特性，而且直接影響其顏色、光澤、香氣、吃味等外觀和內(nèi)在質(zhì)量，同時(shí)也影響煙葉內(nèi)部微弱的生物化學(xué)變化，如各種酶的活動(dòng)、霉菌的繁殖、內(nèi)含物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化等。在各個(gè)加工環(huán)節(jié)中，對煙叫水分都有嚴(yán)格的控制和要求。37第一節(jié)煙葉水分的存在形態(tài)

一、煙葉水分的來源鮮煙葉的水分主要來自土壤和空氣。38干煙葉水分的來源包括兩個(gè)方而：一是收獲后的鮮煙葉經(jīng)調(diào)制處理后殘存在煙葉中的水分，以及生產(chǎn)加工過程中加入的水分。如分級(jí)時(shí)、發(fā)酵時(shí)、真空回潮時(shí)加入的水分)。二是煙葉從空氣中吸收的水分，這種水分的多少與空氣的溫濕度有關(guān)，直接關(guān)系到煙葉貯存和運(yùn)輸管理的安全性。39二、煙葉水分的存在形態(tài)

煙葉中的水分是以結(jié)合態(tài)和自由態(tài)兩種形態(tài)存在的。結(jié)合水是指膠體顆?；蚱渌H水性物質(zhì)牢牢吸附著的水，不易自由移動(dòng)，不易喪失，在0℃以下不易結(jié)冰，也不能作溶劑。自由水是指能夠在煙葉內(nèi)自由移動(dòng)的水，容易從煙葉中散失，在0℃以下容易結(jié)冰，能夠作為溶劑。40

水之所以能以各種形態(tài)存在于煙葉組織中，主要是由于水能被兩種作用力即氫鍵結(jié)合力和毛細(xì)管力聯(lián)系著。由氫鍵結(jié)合力聯(lián)系著的水一般稱為結(jié)合水(或束縛水)，以毛細(xì)管力聯(lián)系著的水稱為自由水(或游離水)。但是結(jié)合水和自由水之間的界限很難定量地作截然區(qū)分，只能根據(jù)物理、化學(xué)性質(zhì)作定性區(qū)分。41

鮮煙葉中的蛋白質(zhì)、纖維素、果膠質(zhì)等大分子物質(zhì)均勻分散在水中，水中一般是大分子顆粒為分散相，水為分散介質(zhì)，稱為溶膠；在干煙葉中大分子顆粒形成網(wǎng)狀，水分子分散在顆粒網(wǎng)中，稱為凝膠。大分子物質(zhì)形成膠粒，具有巨大的表面，可吸附許多物質(zhì)。大分子物質(zhì)表面帶有電荷，水分子又具有極性，因面膠粒發(fā)生水合作用，與膠粒越近的水分子結(jié)合得越緊越強(qiáng)，越遠(yuǎn)的越弱。與膠粒結(jié)合緊的水層稱為束縛水或結(jié)合水，束縛水以外的水叫自由水。42

當(dāng)空氣中的水蒸氣和煙葉表面接觸時(shí)，空氣中水蒸氣的壓力大于煙葉表面上水蒸氣的壓力，由于吸附作用使部分水蒸氣凝結(jié)在煙葉表面上，當(dāng)煙葉表面水分飽和后，水分使膠體離子表面可溶性膠體部分溶解為溶劑層，而逐步向煙葉內(nèi)部滲透。這種滲透作用只有當(dāng)空氣相對濕度較高時(shí)才可能發(fā)生。當(dāng)煙葉和水直接接觸時(shí)，滲透作用會(huì)大大加強(qiáng)。43煙葉的多孔體有無數(shù)毛細(xì)管，具有很大的內(nèi)表面。當(dāng)毛細(xì)管處于缺水狀態(tài)時(shí)，就有力地從空氣中吸收水分，稱為凝結(jié)水。很細(xì)的毛細(xì)管內(nèi)形成彎月面，這種彎月面是由凝結(jié)水與毛細(xì)管壁的接觸面引起的。在彎月面的凹形表面上，其飽和水蒸氣壓力比在平面水表面上的小，因此如果多孔體周圍空氣中水蒸氣壓力高于彎月面所需要的飽和水蒸氣壓力水平，則水蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)凝結(jié)，在這種情況下，毛細(xì)管將為水分所充滿。自由態(tài)的水存在于煙葉組織的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙中。44

自由水是以毛細(xì)管凝聚狀態(tài)存在于細(xì)胞內(nèi)外的水分，可用簡單加熱的辦法從煙葉中分離出來。這部分水與一般的水沒有什么不同，在煙葉中會(huì)因蒸發(fā)而散失，也會(huì)因吸潮而增加，容易發(fā)生增減變化。結(jié)合水是在煙葉中與蛋白質(zhì)、纖維素、果膠質(zhì)等成分通過氫鍵而結(jié)合著的。各種有機(jī)分子的不同極性基團(tuán)與水形成氫鍵的牢固程度又有所不同。45

結(jié)合水和自由水在性質(zhì)上有著很大差別。首先，結(jié)合水的量與煙葉中有機(jī)大分子的極性基團(tuán)的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系。其次，結(jié)合水的蒸氣壓比自由水低得多，所以在一般溫度（100℃）下結(jié)合水不能從煙葉中分離出來。結(jié)合水沸點(diǎn)高于一般水，而冰點(diǎn)卻低于一般水，甚至環(huán)境溫度下降到罕下20℃時(shí)還不結(jié)冰。由于這種性質(zhì)，煙草種子能在很低的溫度下，保持其生命力。46結(jié)合水對煙葉中可溶性成分不起溶劑作用。自由水能為微生物所利用，結(jié)合水則不能。因此，在一定條件下，煙葉是否為霉菌感染而霉?fàn)€變質(zhì)，并不決定于煙葉中水分的總含量，而僅僅決定于煙葉中自由水的含量。47第二節(jié)煙葉的吸濕性和平衡水分一、煙葉的吸濕性

煙葉能依空氣溫濕度的變化從空氣中吸收水分或向空氣中散發(fā)水分，這種性能稱為吸濕性。煙葉之所以具有吸濕性，是由于煙葉屬于肢體毛細(xì)管多孔物質(zhì)，其組織結(jié)構(gòu)是具有毛細(xì)管的多孔體，而內(nèi)合成分有肢體物質(zhì)和晶體物質(zhì)。48(一)表面吸附和擴(kuò)散作用空氣中的水蒸氣凝結(jié)在某種物體表面的現(xiàn)象，叫做吸附。一種物質(zhì)自發(fā)地進(jìn)入另一種物質(zhì)之中，彼此相互摻和的作用，叫做擴(kuò)散。空氣中的水蒸氣與煙葉表面接觸，當(dāng)空氣中的水蒸氣壓力大于煙葉表面上的水蒸氣壓力時(shí)，因吸附作用使部分水蒸氣凝結(jié)在煙葉表面上，這是煙葉吸濕的開始。如果煙葉表面上水蒸氣壓力大于空氣中水蒸氣壓力，則煙葉表面上的水蒸氣就會(huì)向空氣中擴(kuò)散，使煙葉的水分向空氣中蒸發(fā)。水分?jǐn)U散的速度與空氣溫度有關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散也就越快。49

（二）毛細(xì)管的凝結(jié)作用當(dāng)煙葉周圍空氣的相對濕度越低，毛細(xì)管越細(xì)，水分就越要在毛細(xì)管內(nèi)凝結(jié)，即空氣相對濕度低于100％時(shí)，很細(xì)的毛細(xì)管也仍會(huì)發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。在毛細(xì)管直徑大到一定程度時(shí)，彎月面的凹度就很淺，其表面飽和水蒸氣壓力和在水平面上的壓力差不多是一樣的，這時(shí)管內(nèi)不會(huì)發(fā)生水分凝結(jié)現(xiàn)象。50(三)膠體的滲透作用膠體的潮潤是由于表面水分飽和面造成水分向物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透的結(jié)果。水分可使膠態(tài)離子表面可溶性膠體部分溶解為溶液層，通過不溶性膠質(zhì)膜壁，滲透到里面的水涪性膠體部分。只有當(dāng)水分在內(nèi)外可溶性部分形成濃度差時(shí)，滲透作用才能發(fā)生。而這種差異只有在空氣相對濕度接近飽和，形成溶劑膜相當(dāng)大時(shí)才會(huì)發(fā)生。煙葉由滲透面吸收水分，就是依靠水分通過煙葉的細(xì)胞壁而滲入的。在煙葉和水直接接觸時(shí)，滲透作用就會(huì)大大增強(qiáng)，煙葉表回就會(huì)造成可溶性物質(zhì)濃度更低的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是引起煙葉水分增加的原因。51

(四)晶體的潮解作用在一定相對濕度的空氣中，晶體物質(zhì)和膠體物質(zhì)二者對水分的吸收是不相同的。晶體物質(zhì)與水接觸時(shí)，將產(chǎn)生水化物。在具有一定相對濕度的空氣里，晶體物質(zhì)能夠轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡腿芤骸＞w水化物能夠從空氣中吸收水蒸氣并產(chǎn)生飽和溶液，這種現(xiàn)象只有當(dāng)飽和溶液表面的飽和蒸氣壓力小于周圍空氣和晶體水化物表面水蒸氣壓力時(shí)才會(huì)發(fā)生，否則晶體水化物即被風(fēng)化。隨著溫度的上升，晶體吸收水分是增加的，所以煙葉的平衡水分隨著溫度的升高面增加，這可以作為晶體吸收水分現(xiàn)象的一個(gè)特征。52二、煙葉的平衡水分

煙葉的吸濕性，使它在任一空氣溫濕度條件下含水量相應(yīng)地保持在一定的水平上。這種含水量與周圍空氣溫濕度保持若一定的平衡關(guān)系，即煙葉表面上水蒸氣壓力與周圍空氣中水蒸氣分壓力相平衡，因此稱為平衡水分。當(dāng)空氣溫濕度改變時(shí)，原有的平衡關(guān)系被破壞，煙葉水分也隨之發(fā)生變化，直到煙葉水分與空氣溫濕度建立起新的平衡，即達(dá)到新的平衡水分為止。53三、煙葉吸濕性和平衡水分的影響因素首先，煙葉的平衡水分與空氣相對濕度有直接的關(guān)系?？諝庀鄬穸仍礁撸f明空氣中的水蒸氣越多；反之，表示水蒸氣越少。因此，空氣相對濕度越高，煙葉的平衡水分越大；反之，煙葉的平衡水分越小。空氣相對濕度的變動(dòng)對煙葉平衡水分的影響是不均衡的。試驗(yàn)證明：相對濕度在70％以下時(shí)，煙葉的平衡水分隨相對濕度變化而變化的幅度不大；相對濕度在70％以上時(shí)，煙葉的平衡水分隨相對濕度變化而變化的幅度較大。54

其次，空氣溫度對煙葉的平衡水分也有明顯的影響。空氣相對濕度以及空氣中水蒸氣分壓力的變化，是受空氣溫度影響的，因此，溫度的每一變化，都會(huì)引起煙葉平衡水分的變化。從試驗(yàn)的結(jié)果來看，空氣溫度與煙葉平衡水分的關(guān)系是：在相對濕度相同的情況下，溫度越高，煙葉平衡水分越大；反之則越小。55

其三，平衡水分隨煙葉或卷煙的等級(jí)變化而變化。等級(jí)越高，平衡水分越大；反之則越小。煙葉的平衡水分是一統(tǒng)高于二級(jí)，二級(jí)高于三級(jí)，三級(jí)高于四級(jí)。卷煙的平衡水分也是隨卷煙的等級(jí)降低而降低。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是，煙葉或卷煙的等級(jí)越高，內(nèi)含物質(zhì)越充實(shí)，特別是親水性膠體物質(zhì)和水溶性晶體物質(zhì)越多，吸濕性越強(qiáng)。從組織結(jié)構(gòu)來看，煙葉或卷煙的等級(jí)越高，葉片厚度適中，組織疏松．彈性強(qiáng)，持水能力越大；等級(jí)越低，葉片越薄或越厚，組織粗糧，彈性差，持水能力越小。56在相同溫度下，同等級(jí)煙葉和煙梗的平衡水分隨相對濕度增加而增加，且煙梗的平衡水分略高于煙葉。在相同溫濕度條件下，中部煙葉的平衡水分最高，上部次之，下部最低；同部位煙葉的平衡水分以橘黃色最高，檸檬黃色稍低，隨著煙葉含青度的增加，平衡水分明顯降低；同部位煙葉的平衡水分隨等級(jí)的提高而增加，隨成熟度的增加而增加，隨疏松程度的增加而增加，厚薄適中的煙葉平衡水分較高，變薄或變厚，平衡水分都降低，但變化幅度不大。57第三節(jié)煙草水分的表示方法

煙草水分通常有兩種表示方法：絕對含水率(干基含水率)和相對含水率(濕基含水率)。絕對含水率即用全于煙草的質(zhì)量作為計(jì)算基礎(chǔ)的含水率。它是指煙草中水分質(zhì)量與全干煙草質(zhì)量之比的百分率，其計(jì)算公式是：585960

煙草含水率的測定方法很多，在煙草質(zhì)量檢測和加工生產(chǎn)中常用的有烘箱法、電測法和紅外水分儀法。

烘箱法測定煙草水分，數(shù)值準(zhǔn)確可靠?？捎脕硇Ｕ渌麥y定方法所得結(jié)果的準(zhǔn)確度。其缺點(diǎn)是測定過程相對麻煩，速度慢。

電測法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、快速、使用非常方便，缺點(diǎn)是誤差較大。電測法有電阻法和電容法，目前常用的是電阻法，使用的儀表是電阻式煙草水分測定儀，它是根據(jù)煙草的導(dǎo)電性與含水率的關(guān)系而制成的。61

紅外水分儀是利用物料對紅外線具有選擇吸收的特性，在生產(chǎn)線上村物料水分進(jìn)行檢測的光電儀器，可以獲得高精度的測量值，并具有物料瞬時(shí)含水率顯示、記錄水分高限位警報(bào)、反饋信號(hào)輸出等功能。紅外水分儀的水分測量范圍為0—100％，精確度達(dá)到±0.1。目前被廣泛使用在打葉復(fù)烤生產(chǎn)線和卷煙制絲生產(chǎn)線上，用來對有關(guān)工藝環(huán)節(jié)物料水分進(jìn)行在線檢測和控制。62第四節(jié)煙葉水分對加工質(zhì)量的影響

水分作為煙葉及其制品的重要組分之一，其含量高低，對煙葉的貯存、運(yùn)輸、加工性能及其制品的質(zhì)量，都有重要的影響。水分過高，會(huì)使煙葉顏色變深，光澤變暗；在打包堆垛時(shí)，壓力增大則出油黏結(jié)成塊，經(jīng)氧化變黑；內(nèi)部化學(xué)成分相互作用面消耗，質(zhì)量降低，甚至霉?fàn)€變質(zhì)失去使用價(jià)值。水分過低，煙葉韌性和彈性降低，脆性增加，在貯存、運(yùn)輸和加工過程中容易產(chǎn)生造碎，損失較大。因此，在煙草生產(chǎn)和加工過程中，都必須十分注意水分含量。對水分含量控制的好壞，不僅直接關(guān)系到加工質(zhì)量的優(yōu)劣，而且關(guān)系到煙葉原料損耗的大小。63

煙葉具有吸濕性，對于煙葉水分的調(diào)整和控制既有有利的一面，又有不利的一面。有利的一面是在煙葉加工的各個(gè)環(huán)節(jié)中，為了改善它的加工性能和提高制品質(zhì)量，對水分含量有不同的要求，加工過程中不斷地改變著煙葉水分，煙葉具有吸濕性，可以通過回潮和干燥等措施人為地調(diào)整和控制煙葉水分，達(dá)到工藝要求。不利的一面是，由于煙葉的吸濕特性，使它對外界環(huán)境條件十分敏感．空氣溫濕度始終影響著煙葉的水分含量，給人為地調(diào)整和控制煙葉水分在適宜的范圍帶來一定困難，特別是使貯存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的安全性受到影響。64

第一，在煙葉分級(jí)扎把、收購、運(yùn)輸、貯存過程中，如果煙葉水分過低，分級(jí)和收購時(shí)不能將葉片展開，各種外觀質(zhì)量因素不能充分顯現(xiàn)，影響客觀地評定煙葉等級(jí)，同時(shí)在成包、調(diào)運(yùn)過程中造碎較大。如果煙葉水分過高，則煙葉顏色變深，光澤變暗，降低品質(zhì)，同時(shí)貯存期間不安全，包溫自然升高，甚至霉?fàn)€變質(zhì)。65

第二，原煙的含水量要求16％—18％，這種含水量較大且不均勻，不宜長期貯存。因此原煙要進(jìn)行復(fù)烤，去除多余的水分，才能保證貯存的安全性。通過復(fù)烤將煙葉水分控制在一定范圍內(nèi)，一般要求11％－13％，以促使煙葉的理化特性朝著有利的方面變化，提高煙葉品質(zhì)，利于貯存保管，適應(yīng)卷煙工業(yè)的需要。66

第三，復(fù)烤后煙葉直接用來制造煙制品，仍帶有不同程度的缺點(diǎn)，如清雜氣重、刺激性大、煙味不純凈、煙氣粗糙不舒適等。必須經(jīng)過自然陳化或人工發(fā)酵才能克服上述缺點(diǎn)。煙葉人工發(fā)酵的效果與煙葉水分關(guān)系密切，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明：一般規(guī)律是煙葉水分大，發(fā)酵作用較猛烈，煙葉色澤較差，干物質(zhì)分解消耗多，發(fā)酵速度快，容易發(fā)酵過度，間降低使用價(jià)值，煙葉的聞香氣息和評吸香氣會(huì)被破壞；煙葉水分小，發(fā)酵進(jìn)度慢，或達(dá)不到人工發(fā)酵的目的。煙葉人工發(fā)酵的適宜水分為13％—15％。67

第四，在卷煙制絲過程中，為了提高煙葉的加工性能和產(chǎn)品質(zhì)絲，根據(jù)不同的要求，不斷地改變著煙葉及煙絲的水分。例如，在打葉去梗時(shí)，控制好煙葉水分極為重要。如果水分太小，煙葉脆性增加，大片率降低，而且造成大量碎損；如果水分太大，不利于梗葉分離，造成葉中含梗和梗中含葉均達(dá)不到控制指標(biāo)，甚至還會(huì)堵塞打葉去梗設(shè)備，降低生產(chǎn)能力。68

第五，在葉片干燥過程中(晾曬煙特殊處理工序)，如果水分太大，干燥時(shí)消耗熱能多，葉片鋪在網(wǎng)帶上，熱氣流上下交替地穿過網(wǎng)帶上的煙葉層，水分大的葉片容易集結(jié)在一起，限制空氣的流通，熱氣流便會(huì)將煙葉層吹成許多直接通過的孔洞，造成葉片干燥不均勻.69

第六，在烘絲過程中，如果煙絲水分太大，由于旋轉(zhuǎn)式烘絲機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作會(huì)使煙絲結(jié)團(tuán)，只有表面的煙絲接觸烘絲筒壁而干燥，而內(nèi)部的煙絲達(dá)不到烘絲除濕的目的，結(jié)果是烘后煙處的水分不均勻，缺乏彈性，填充力小，影響卷煙質(zhì)量；如果煙絲水分太小，又會(huì)造成不必要的碎損。70

第七，加料后的葉片要貯葉，加香后的煙絲要貯絲，貯葉和貯絲的目的部是利用—定的溫濕度和時(shí)間，使添加的料液和香精滲透到煙葉或煙絲的組織內(nèi)部，而且達(dá)到均勻一致，提高加料加香的效果。貯葉和貯絲過程中的水分控制對于達(dá)到上述目的起著重要作用，因?yàn)闊熑~或煙絲水分是其吸收料液或香精的介質(zhì)，只有水分含量適宜而均勻，才能使之均衡吸收。

71

第八，煙絲水分對于煙支的卷制質(zhì)量極為重要。水分不均勻的煙絲會(huì)使卷煙機(jī)工作不穩(wěn)定，造成煙支內(nèi)煙絲密度不均勻，形成“硬段”和“軟段”的“竹節(jié)煙”，從而引起煙支重量的差異和煙支燃燒速度的不均勻。如果煙絲水分太小在卷制過程中會(huì)產(chǎn)生過多的煙末，形成‘空頭煙”；如果煙絲水分過大，會(huì)降低填充力，煙絲結(jié)團(tuán)不利于彈絲松散，喂入較多的煙絲形成較硬的煙支?；蛘呤咕頍煓C(jī)上自動(dòng)調(diào)節(jié)煙支重量的裝置將額外的水分當(dāng)成煙絲的重量，而喂人較少的72

第九，成品煙的水分含量是影響內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)。煙支水分過高，燃燒緩慢，每吸一口的煙氣量少，煙味平淡，煙草的香氣和吃味等內(nèi)在質(zhì)量不能充分發(fā)揮出來。含水量高的煙支在通常的溫濕度條件下經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)發(fā)霉；煙支水分低，燃燒速度快，美吸一口的煙氣量大，煙味濃烈不醇和，刺激性和辛辣味增加，引起嗆咳：成品煙只有含水量適宜，才能充分發(fā)揮應(yīng)有的內(nèi)在質(zhì)量，如吃味濃度較大、香氣量較大、無雜氣和刺激性、余味干凈舒適等。73煙草在生產(chǎn)加工過程中對水分的要求見表74作業(yè)：題1：p15.3p15.575第二章煙草糖類

糖類是自然界中分布極為廣泛的一類有機(jī)物質(zhì)。在煙草植物體中的含量可達(dá)干重的25％——50％。它是煙草光合作用的主要產(chǎn)物。糖類在煙草生物體中起著重要作用：①合成其他組成生物體的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸、脂類等，它們分子的碳架大多是直接或間接地從糖類轉(zhuǎn)化過來的。所以，糖類也是煙草生物體合成本身物質(zhì)的基本原料；②煙草在生長發(fā)育過程中，所需要的能量主要是由糖類在代謝過樣中提供的。③糖類在煙草中充當(dāng)骨架物質(zhì)，如煙株莖桿、煙葉葉脈、煙葉葉片、細(xì)胞壁中的主要成分纖維素是起支持作用的骨架物質(zhì)，在細(xì)胞間隙當(dāng)中起膠合作用的果膠質(zhì)也是骨架物質(zhì)。76

在調(diào)制后的干煙葉中，不同糖類的含量與煙葉外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和物理特性有著密切關(guān)系：水溶性糖類含量高的煙葉光澤鮮明，油潤富有彈性，外觀質(zhì)量和物理特性都較好。水溶性糖類在煙制品燃吸過程中進(jìn)行酸性反應(yīng)，能調(diào)整適度的酸堿平衡，使吃味醇和。其反應(yīng)產(chǎn)物及其衍生物大多具有優(yōu)美的香氣，能諧調(diào)煙草香氣，增加香氣濃度；而糖類中的纖維素、果膠質(zhì)、聚戊糖等多糖類物質(zhì)對煙草的綜合質(zhì)量則有不良影響。因此，研究煙草中各種糖類的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律對于指導(dǎo)煙草栽培和煙葉加工都具有重要意義。77

糖類按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為四類：1、單糖：單糖是多羥基醛或多羥基酮，它們不能水解為更小的分子；如葡萄糖、果糖、核糖等均屬重要的單糖。2、低聚糖：低聚糖是由20個(gè)以下單糖分子失水縮合而成，又能水解成單糖。按照水解后生成單糖的數(shù)目，低聚糖又可分為二糖、三糖、四糖等?；疽杂蓛蓚€(gè)單糖分子失水而成的二糖最為重要，如蔗糖麥芽糖和乳糖等。783、多糖：多糖是出很多個(gè)單糖分子失水聚合的成的高分子化合物，每一個(gè)多糖分子可水解產(chǎn)生許多個(gè)單糖分子，如淀汾、纖維素等都是多糖。4、糖的衍生物：糖的還原產(chǎn)物——多元醇，氧化產(chǎn)物——糖酸，氨基取代物——氨其糖，以及糖磷酸酯等。79第一節(jié)單糖

一、單糖的結(jié)構(gòu)和分類按照分子中所含羰基的不同，單糖可分為兩大類，即醛糖和酮糖。單糖的衍生物有糖醇、醛糖酸、糖醛酸、糖酸、氨基糖等。此外，特殊的單糖有無水糖、脫氧糖、硫糖等。8081

按照分子中碳原子的數(shù)目的不同，單糖又可分為丙糖(三碳糖)、丁糖(四碳糖)、戊糖(五碳糖)、己糖(六碳糖)、庚糖(七碳糖).單糖的這兩種分類法常結(jié)合使用，例如含五個(gè)碳原子的醛糖稱戊醛糖，含六個(gè)碳原于的酮糖稱己酮糖。核糖屬戊醛糖，果糖屬己酮糖。8283

二、單糖的立體結(jié)構(gòu)

分子不對稱的化合物，具有使平面偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)的能力——旋光性當(dāng)普通光通過一個(gè)偏振的透鏡或尼科爾棱鏡時(shí)，一部分光就被擋住了，只有振動(dòng)方向與棱鏡晶軸平行的光才能通過。這種只在一個(gè)平面上振動(dòng)的光稱為平面偏振光，簡稱偏振光。偏振光的振動(dòng)面化學(xué)上習(xí)慣稱為偏振面。當(dāng)平面偏振光通過手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。這種能使偏振面旋轉(zhuǎn)的性能稱為旋光性。手性化合物都具有旋光性。

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單糖分子是不對稱化合物，具有旋光性。在結(jié)構(gòu)上，一般可以從存在不對稱碳原子來判斷分子的不對稱性。不對稱碳原子上連接4個(gè)不同的原子或基團(tuán)。甘油醛是一個(gè)三碳糖，2位碳上連接著1個(gè)氫和3個(gè)不同的基團(tuán)，因而是一個(gè)不對稱碳原子。這個(gè)碳上的羥基有兩種構(gòu)型，一種在右邊，另一種在左邊，所以就有立體結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)異構(gòu)體：D—和L—甘油醛(圖3—1)o8586三、單糖的變旋現(xiàn)象和環(huán)狀結(jié)構(gòu)

(一)變旋現(xiàn)象比旋光度：(也叫比旋值)是旋光化合物的物理常數(shù)。旋光性不同的化合物，它們的比旋光度是不相同的。一個(gè)化合物的比旋光度可以從一定濃度的溶液中測出，按下列換算求出：8788

一個(gè)化合物的比旋光度既然是一個(gè)常數(shù)，那么，葡萄糖為什么因結(jié)晶的方法不同而有不同的比旋光度并發(fā)生變旋呢?如果根據(jù)前面的葡萄糖的結(jié)構(gòu)，無法用異構(gòu)化來解釋變旋現(xiàn)象。89

葡萄糖的開鏈結(jié)構(gòu)式含有醛基和醇羥基，在分子內(nèi)可以發(fā)生醇醛縮合作用，便可能產(chǎn)生新的立體異構(gòu)體。實(shí)驗(yàn)已證明，葡萄糖的醛基與5位碳上的羥基在分子內(nèi)形成了半縮醛。葡萄糖從開鏈結(jié)構(gòu)變成半縮醛結(jié)構(gòu)時(shí)，1位碳變成了不對稱碳原子，1位碳上的羥基稱為半縮醛羥基，有兩種安排，因此就產(chǎn)生了兩個(gè)立體異構(gòu)體。葡萄糖的這種異構(gòu)體和開鏈結(jié)構(gòu)間能互相轉(zhuǎn)變，并建立起一個(gè)平衡。一個(gè)稱為α—D—（＋）—葡萄糖，另一個(gè)稱為β—D—（＋）—葡萄糖。909192

(二)環(huán)狀結(jié)構(gòu)從葡萄糖的半縮醛式的結(jié)構(gòu)可以看出它是一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即由氧原子連接1位碳與5位碳組成含氧六元環(huán)，由于這種環(huán)與吡喃結(jié)構(gòu)相似，稱為吡喃型單糖。它的結(jié)構(gòu)式如下：9394環(huán)狀單糖也有五元環(huán)的。己糖中的果糖，2位酮基與5位羥基形成的半縮醛，是五元環(huán)；核糖是個(gè)五碳糖，1位醛基與4位徑蛙形成的半縮醛，也是五元環(huán)。含氧五元環(huán)相當(dāng)于呋喃環(huán)，因此可稱為呋喃型單糖；959697

四、單糖的衍生物生物體內(nèi)的單糖，有部分基團(tuán)發(fā)生增減和變化，這種化合物稱為單糖衍生物；單糖衍生物在結(jié)構(gòu)上常有它的特點(diǎn)。（一）單糖得磷酸酯單糖分子類的羥基和酸形成酯，煙草生物體內(nèi)的單糖磷酸酯是光合作用和呼吸作用中重要的中間代謝物，有己糖磷酸脂和兩糖磷酸脂。9899

3—磷酸甘油醛和磷酸二羧丙酮是光合作用的中間產(chǎn)物，在醛縮酶的作用下可以進(jìn)行羥醛縮合反應(yīng)生成果糖—1，6—二磷酸。它們又是呼吸作用的中間產(chǎn)物，也是醛縮酶的作用下果糖—1，6—二磷酸分裂為3—磷酸甘油醛和磷酸二經(jīng)丙酮。在磷酸丙糖異構(gòu)酶的作用下，磷酸二羥丙酮可以轉(zhuǎn)變?yōu)?—磷酸甘油醛，進(jìn)而形成丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)。因此，己糖磷酸酯和丙糖磷酸酯脂是生物體內(nèi)糖類合成和分解必經(jīng)的中間產(chǎn)物，磷是合成磷酸酯所必需的，如果缺磷，煙草就無法合成磷酸酯，以致光合作用和呼吸作用都不能正常進(jìn)行。100(二)脫氧單糖重要的脫氧單糖是2—脫氧核糖，它是核酸的組分。如果在末端碳位上羥基脫去氧，就成為甲基糖，有幾種甲基糖常有一個(gè)通俗名字，其中L—鼠李糖常見于一些糖苷的糖基。101

(三)氨基糖在多糖組成中常見的氨基糖，主要有氨基葡萄糖和氨基半乳糖，也稱為葡糖胺和半乳糖胺，由于氨基取代的是2位碳上的經(jīng)基，所以全稱是2—脫氧氨基葡萄糖和2—脫氧氨基半乳糖。在羰氨反應(yīng)中，氨基化合物中的氨基和羰基化合物中的羰基之間的縮合作用，生成氮代葡萄糖基胺。在胺的催化下，引起阿瑪杜里分子重排，而生成單果糖胺。果糖胺具有還原能力，與葡萄糖作用生成雙果糖胺。102103104105

(四)糖酸1．葡糖酸醛糖氧化成相應(yīng)的糖酸、糖醛酸和糖二酸，常見的有葡糖酸、葡糖醛酸、葡糖二酸和半乳糖醛酸。糖酸是一種比較強(qiáng)的有機(jī)酸，常以內(nèi)酯形式存在。葡糖酸和葡糖醛酸都是生物體代謝的中間產(chǎn)物。半乳糖醛酸是細(xì)胞壁的組成成分。106

2．抗壞血酸：這是一種比較特殊的糖酸，從結(jié)構(gòu)上看是含有雙鍵的古洛糖的糖酸?？箟难嵊纸芯S生素C，是人類必需的維生素，存在于煙草和其他植物體內(nèi)，特別是植物的果實(shí)和蔬菜中含量較多。它的結(jié)構(gòu)式如下：107

(五)糖醇和肌醇

1．糖醇糖醇是單糖的還原產(chǎn)物。甘露醇和山梨醇可以從葡萄糖還原制得。在催化劑鎳存在下，氫化葡萄糖得到山梨醇。用電解法時(shí)，葡萄糖的還原產(chǎn)物中主要是山梨醇，也有部分甘露醇。山梨醇和甘露醇廣泛應(yīng)用于卷煙工業(yè)，代替甘油而作為煙草保潤劑，木糖醇也有這種性質(zhì)而被應(yīng)用。山梨醇還是制造抗壞血酸的原料。108

2．肌醇肌醇是環(huán)己六醇，按羥基的排布位置不同，結(jié)構(gòu)上可排出9個(gè)立體異構(gòu)體，其中7個(gè)是內(nèi)消旋化合物，2個(gè)是旋光對映體。廣泛分布在動(dòng)植物體中的肌—肌醇是一個(gè)內(nèi)消旋的異構(gòu)體。在生物體中，還可找到D—肌醇、L—肌醇和間—肌醇三種異構(gòu)體，但含量極為有限。肌醇的異構(gòu)體中具有生物活性的只有肌—肌醇，一般就稱它為肌醇。它對脂質(zhì)類和糖類代謝有調(diào)節(jié)作用，是一種B族維生素。109110111

(六)糖苷單糖分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有半縮解羥基，可與其他含有羥基的化合物脫水形成縮醛型化合物，叫做糖苷。在糖苷分子中，糖的部分稱為糖基，非糖部分稱為配基。糖基和配基之間的鍵(一C一O一C一)叫做糖苷鍵。在生物體內(nèi)，單糖是很活躍的，主要以結(jié)合的方式存在，除形成多糖外，還與非糖物質(zhì)結(jié)合成糖苷后被保留下來。自然界中糖苷有兩種類型：O—糖苷和N—糖苷；配基以氧原子與糖基連接的為O—糖苷，如多糖中的葡萄糖苷，配基以氮原子與糖基連接的為N—糖苷，主要有核酸中的核糖的糖苷。112

常見的糖基有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和蕓香糖等。非糖體則可以有許多種類型的化合物。煙草中存在較多的糖苷配基有花青素、蕓香苷配基和苦杏仁配基。糖苷是無色無臭的晶體，味苦，能溶于水及乙醇，難溶于乙醚，有旋光性，天然的糖苷一般是左旋的。糖苷的化學(xué)性質(zhì)和生物功能主要是內(nèi)非糖體所決定的。113114五、單糖的性質(zhì)

(一)物理性質(zhì)單糖是無色的晶體，有吸濕性，易溶于水，可溶于乙醇，難溶于乙醚、丙酮、苯等有機(jī)溶劑，單糖都有旋光性和變旋現(xiàn)象。煙草制品中使用加料加香技術(shù)，已有悠久歷史，尤其是現(xiàn)代卷煙生產(chǎn)中，加料加香被認(rèn)為是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，能有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量。煙草加料物質(zhì)，種類很多，不同的物質(zhì)起不同的作用。115其中調(diào)味物質(zhì)能調(diào)和煙氣吃味強(qiáng)度，減輕刺激性、辛辣味和改善余味；使用比較普通的是甜糖類物質(zhì)，如葡萄糖、蔗糖、木糖、麥芽糖、蜂蜜等。這些甜糖類物質(zhì)可使煙氣強(qiáng)度有一定降低，刺激性和苦味減輕。同時(shí)還有一定程度的保潤作用，用量適宜時(shí)，對卷煙香氣的發(fā)揮起到良好作用。特別適用于糖分含量低，氮化物和煙堿含量高，煙氣pH值偏高的煙草。深入研究這些甜糖類物質(zhì)的理化特件，有利于掌握煙草加料的適宜性、均勻性，提高加料效果和作用。116

l、甜度單糖都有甜味，甜味的大小，稱為甜度。各種糖甜度大小不一，它們的相對甜度(以蔗糖為100)見表3—2。

2、溶解度各種單糖都能溶解于水，但溶解度不同，果糖的溶解度最高，其次是蔗糖、葡萄糖、乳糖等。各種糖的溶解度隨溫度升高而增大。葡萄糖的溶解度較低，在室溫下濃度力50％，濃度過高時(shí)，會(huì)有結(jié)晶析出。掌握不同糖的溶解性，能提高加料均勻性。117118

3．結(jié)晶性蔗糖易結(jié)晶，晶體生長很大。葡萄糖也易結(jié)晶，但晶體細(xì)小。果糖和轉(zhuǎn)化糖較難結(jié)晶。淀粉糖漿是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能結(jié)晶，并能防止蔗糖結(jié)晶。在煙草加糖時(shí)，糖的結(jié)晶性不同，加料效果不同：若使用易結(jié)晶的糖，則加料不均勻，糖停留在煙葉的表面上，不易被吸收進(jìn)人煙葉組織結(jié)構(gòu)內(nèi)，加料效果差，且遇較高的相對濕度時(shí)，糖吸濕使已結(jié)晶的晶體溶解，會(huì)污染卷煙紙形成黃斑，影響煙支的外觀質(zhì)量。苦使出不易結(jié)晶的糖，則不會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。煙草加料宜使用果糖、轉(zhuǎn)化糖或葡萄糖，不宜直接使用蔗糖。淀粉糖漿雖不易結(jié)晶，但會(huì)給煙氣質(zhì)量帶來不良影響，也不宜使用。119

4．吸濕性和保濕性吸濕性和保濕性指糖在空氣相對濕度較高情況下吸收水分和保持水分的性質(zhì)。各種糖的吸濕性不相同，以果糖、轉(zhuǎn)化糖為最強(qiáng)，葡萄糖、麥芽糖次之，蔗糖吸濕性最小。煙草制品易受空氣相對濕度的影響而吸收水分或散失水分，需要施加保潤劑使其保持一定的水分，避免在干燥季節(jié)水分太小，影響內(nèi)在質(zhì)量。常用的保潤劑有甘油利丙二醇等，近年來發(fā)現(xiàn)葡萄糖氫化生成的山梨醇，木糖氫化生成的木糖醇，具有良好的保潤性，作為保潤劑已廣泛應(yīng)用于煙草工業(yè)，其效果比甘油還好。吸濕性較強(qiáng)的果糖和轉(zhuǎn)化糖除了起到加料效果外，兼有保潤作用。120

(二)化學(xué)性質(zhì)單糖是多羥基醛或多羥基酮，因此它具有醇和醛、酮的這些性質(zhì)，同時(shí)由于分子內(nèi)各基團(tuán)的相互影響而產(chǎn)生一些新的性質(zhì)。1．還原性單糖在堿性溶液中極易被氧化。因此在堿性溶液中，單糖是一種強(qiáng)還原劑。例如單糖很容易被弱氧化劑斐林試劑(硫酸銅的堿溶液)和多倫試劑(硝酸銀的氨溶液)氧化。能使斐林試劑中的二價(jià)銅離子還原成磚紅色的氧化亞銅沉淀，能使多倫試劑的銀氨溶液產(chǎn)生銀鏡反應(yīng)。糖分子本身則發(fā)生斷裂并被氧化生成小分子羧酸的混合物。121

2．苯肼反應(yīng)苯肼是單糖的定性試劑。單糖與苯肼反應(yīng)后有沉淀產(chǎn)生，故可檢出溶液中的單糖。常溫時(shí)，糖與一分子苯肼縮合成糖的苯腙；給過量的苯肼試劑加熱，糖與二分子苯肼的縮合物叫糖脎。122123124

果糖和甘露糖所成的糖脎與葡萄糖脎是相同的。糖脎的溶解度小，容易得到結(jié)晶，不同的糖脎晶體形狀不同，熔點(diǎn)也不同，所以可以用來定性簽定。1253．強(qiáng)酸作用單糖在稀酸溶液中是穩(wěn)定的，但在稀酸中加熱或強(qiáng)酸作用下發(fā)生復(fù)合反應(yīng)生成低聚糖，發(fā)生脫水反應(yīng)生成非糖物質(zhì)。

(1)復(fù)合反應(yīng)受酸和熱的作用，一個(gè)單糖分子的半縮醛羥基與另一個(gè)單糖分子的醇羥基縮合，失水生成雙糖。若復(fù)合反應(yīng)程度高，還能生成三糖和其他低聚糖。126

(2)脫水反應(yīng)糖受酸和加熱的作用，易發(fā)生脫水反應(yīng)，生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)或雙鍵化臺(tái)物。例如，艾杜糖和阿卓糖與稀酸共熱，生成1，6—脫水糖。與較濃的酸共熱，脫水反應(yīng)更易進(jìn)行，并產(chǎn)生非糖物質(zhì)。例如，戊糖生成糠醛，己糖生成5—經(jīng)甲基糠醛。己酮糖較己醛糖更易發(fā)生這種反應(yīng)。127戊糖和己糖經(jīng)酸作用生成糖醛的反應(yīng)如下：1284、堿溶液作用（1）濃堿溶液中的單糖很不穩(wěn)定，能發(fā)生裂解、聚合、異構(gòu)化。由這些反應(yīng)所產(chǎn)生的分子大小不同的雜質(zhì)，如小分子的糖、酸、醇和醛等可達(dá)百種之多。129

(2)單糖在冷的稀堿溶液中，能發(fā)生互變異構(gòu)現(xiàn)象。例如通過烯醇化產(chǎn)生差向異構(gòu)體。葡萄糖在稀堿溶液中異構(gòu)化產(chǎn)生果糖、甘露糖和山梨糖。在這個(gè)異構(gòu)化反應(yīng)的平衡體系中，主要的成分是果糖和葡萄糖，其他單糖的量很少。隨著堿性的增加，糖的烯醇化不斷進(jìn)行下去，1，2—烯二醇以外還生成2，3—烯二醇、3，4—烯二醇。但在弱堿作用的情況下，此烯醇化一般停止在2，3—烯二醇階段。130131

單糖在氨水中作用和在稀堿溶液中相比，會(huì)發(fā)生差向異構(gòu)化。在37℃時(shí)，葡萄糖在氨水中可以分離出果糖、山梨糖、甘露糖和D—阿拉伯糖。延長反應(yīng)時(shí)間還可以產(chǎn)生氨基糖以及吡嗪、咪唑雜環(huán)等50多種化合物。132形成氨基脫氧糖的反應(yīng)如下：133

除此之外，氨與單糖縮合并通過一系列反應(yīng)，產(chǎn)生棕褐色的聚合物，發(fā)生“變褐色反應(yīng)”后所得到的成分是復(fù)雜的混合物。134135136第二節(jié)低聚糖低聚糖是由20個(gè)以下單糖基組成的，一般是多糖的水解產(chǎn)物。自然界以游離狀態(tài)存在的低聚糖，主要是一些二糖、三糖，常見的二糖有蔗糖、麥芽糖，三糖有棉籽糖。137

一、低聚糖的結(jié)構(gòu)低聚糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要從三個(gè)方面來說明：①由哪一個(gè)或哪幾個(gè)單糖組成的；②指出是α—糖苷還是β—糖苷；③糖苷鍵連接在糖的哪個(gè)位置上。例如，乳糖的結(jié)構(gòu)為β—半乳糖(1－4)α—葡萄糖，“(1—4)”表示糖苷鍵連接的位置，括號(hào)前的半乳糖1位與括號(hào)后葡萄糖4位連接；半乳糖前的“β—”表示半乳糖屬于β—型的，由于半乳糖1位碳(即半縮醛羥基）參加糖苷鍵，形成β——糖苷鍵138139二、一般性質(zhì)二糖中的單糖基有兩種狀態(tài)：一種是單糖基以它的半縮醛羥基連接成糖苷鍵；另一種則保留了半縮醛羥基而以其他位置的羥基參與糖苷鍵。在二糖或低聚糖中保留半縮醛羥基單糖基的稱為還原糖，它們像游離的葡萄糖那樣有還原性、變旋性和與苯肼成脎等性質(zhì)。相反，缺乏游離半縮醛羥基的低聚糖稱非還原性搪，例如海藻二糖。對于非還原糖，如果在能夠發(fā)生水解條件下做試驗(yàn)，要注意因水解產(chǎn)生單糖而出現(xiàn)的假象，誤認(rèn)為還原糖。140

三、常見的二糖常見的二糖有：麥芽糖α—葡萄糖(1－4)葡萄糖，異麥芽糖α—葡萄糖(1—6)葡萄糖，纖維二糖β—葡萄糖(1－4)葡萄糖，龍膽二糖β—葡萄糖(1－4)葡萄糖，蔗糖α—葡萄糖(1－2)β—果糖，乳糖β—半乳糖(1－4)葡萄糖，蕓香糖β—鼠李糖(1－6)葡萄糖，棉籽糖α—半乳糖(1－4)α—葡萄糖(1－2)β—果糖。141

(一)蔗糖蔗糖是由α—葡萄糖1位碳上的半縮醛羥基與β—果糖2位碳上的半縮醛羥基脫去1分子水，通過α—1，2糖苷鍵連接而成的。142

蔗糖是煙草植物體內(nèi)糖類運(yùn)輸?shù)闹饕问?。光合作用產(chǎn)生的葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)檎崽呛笤傧蚋鞑课贿\(yùn)輸，到達(dá)各部位后又迅速轉(zhuǎn)變成葡萄糖供呼吸作用，或轉(zhuǎn)變成淀粉貯藏起來。蔗糖轉(zhuǎn)化是低聚糖或雙糖在酸或水解酶的催化下水解的典型例子。存在于生物細(xì)胞的轉(zhuǎn)化酶有兩種，即β—葡萄糖苷酶和β—果糖苷酶。143

在煙草加料使用蔗糖時(shí)，一般是利用檸檬酸使其水解轉(zhuǎn)化，但檸檬酸的用量不宜太大，否則影響煙氣質(zhì)量，產(chǎn)生酸味和澀味，應(yīng)通過試驗(yàn)求出最佳用量。144(二)麥芽糖麥芽糖在麥芽糖酶的作用下能水解產(chǎn)生2分子D—葡萄糖，但不被苦杏仁酶水解。這一事實(shí)說明麥芽糖屬α—葡萄糖苷。麥芽糖是α—葡萄糖1位碳上的半縮醛羥基與另—分子α—葡萄糖4位碳上醇羥基脫水通過苷鍵結(jié)合而成的，這種苷鍵稱為α—1，4苷鍵。145146

麥芽糖是無色片狀結(jié)晶，易溶于水。其分子結(jié)構(gòu)中還保留一個(gè)半縮醛羥基，所以它在水溶液中仍可以α、β和開鏈?zhǔn)饺N形式存在。麥芽糖和葡萄糖等單糖一樣，具有還原性，屬于還原糖。147

(三)纖維二糖纖維二糖也是由兩個(gè)葡萄糖組成的，它能被苦杏仁酶水解而不被麥芽糖酶水解，因此可以知道纖維二糖是β—糖苷。它與麥芽糖的不同在于它是由兩個(gè)β—D—葡萄糖通過β—1，4苷鍵相連接而成的。148149

纖維二糖為無色結(jié)晶，其分子結(jié)構(gòu)中還保留一個(gè)半縮醛羥基，它也有α、β兩種異構(gòu)體，具有還原性，屬于還原糖。纖維二糖是纖維素水解的中間產(chǎn)物，在酸或苦杏仁酶作用下水解成2分子葡萄糖。150

（四)乳糖乳糖是由D—半乳糖1位碳上的半縮醛羧基和D—葡萄糖4位碳上的醇羥基脫水，通過β—1，4苷鍵連接而成的，是一個(gè)β—半乳糖苷。乳糖為白色粉末，有變旋現(xiàn)象，具有還原性，屬于還原性二糖。經(jīng)酸或酶水解產(chǎn)生1分子D—半乳糖和1分子D—葡萄糖。151第三節(jié)多糖多糖是由許多(20個(gè)到上萬個(gè))相同的或者不同的單糖分子脫水以苷鍵結(jié)合而成的，是一類復(fù)雜的天然高分子化合物；按其水解情況可將多糖分為兩大類：①水解產(chǎn)物是一種單糖著稱為均多糖，如淀粉和纖維素；②水解產(chǎn)物多于一種單糖者稱為雜多糖，如果膠質(zhì)和黏多糖。在自然界，構(gòu)成多糖的單糖可以是己糖、戊糖、醛糖和酮糖，也可是單糖的衍生物如糖醛酸和氨基糖等。152

多糖在自然界分布甚廣，按其生物功能大致可分為兩類。一類是作為貯藏物質(zhì)，如煙草植物體中的淀粉，當(dāng)分解代謝需要時(shí)，淀粉水解為葡萄糖，當(dāng)游離葡萄糖過剩時(shí)，合成淀粉貯藏起來。另一類是構(gòu)成煙草植物體的結(jié)構(gòu)支持物質(zhì)，如纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等。煙草和其他植物的莖桿一樣，木質(zhì)部中纖維素含量有40％—60％。煙葉中含量10％—15％，木質(zhì)部分纖維素常與半纖維素、果膠質(zhì)和木質(zhì)素等結(jié)合在一起。153

一、淀粉

(一)淀粉的結(jié)構(gòu)淀粉是由許多個(gè)D—葡萄糖通過苷鍵結(jié)合而成的多糖，可以用通式(C6H10O5)n表示。淀粉一般由兩種成分組成：一種是直鏈淀粉，約占20％；另一種是支鏈淀粉，約占80％。這兩種淀粉的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)都有差別。154155156

(二)淀粉的性質(zhì)淀粉雖然是由葡萄糖分子結(jié)合而成的，但葡萄糖分子相互間是通過苷鍵連接的，只有在淀粉分子末端的葡萄糖單位上還保留游離的半縮醛羥基。這個(gè)游離半縮醛羥基在分子中所占的比例極小，因此淀粉不顯示還原性。其他多糖也不顯示還原性。157158

1．酸水解淀粉在酸和熱的作用下，水解生成葡萄糖。在—定條件下，有一部分葡萄糖發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)，即同時(shí)發(fā)生三種反應(yīng)，但淀粉水解反應(yīng)是主要的，復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)是次要的。復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)不利于葡萄糖的生成，應(yīng)盡量降低這兩種反應(yīng)。淀粉水解反應(yīng)還與溫度和催化劑有關(guān)，催化效能較高的為鹽酸和硫酸。159

2．酶水解煙草在生長發(fā)育過程中，淀粉的合成和分解是在酶的作用下進(jìn)行的，特別是煙葉在調(diào)制過程中，淀粉要大量地水解為糖，是在煙葉尚有生命的情況下由酶的催化來完成的。160

能作用于淀粉水解的酶總稱為淀粉酶。按作用的方式和水解的糖苷鍵的不同主要又分為α—淀粉酶、β—淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和異淀粉酶(α—1，6糊精酶)。酶對于淀粉的催化水解具有高度的專一性，即只能按照一定的方式水解一定種類和一定位置的糖苷鍵。161α——淀粉酶水解淀粉是從分子內(nèi)部進(jìn)行的，水解中間位置的α—1，4苷鍵，先后次序沒有一定的規(guī)律。這種由分子內(nèi)部進(jìn)行水解的酶稱為“內(nèi)酶”。生成產(chǎn)物的還原尾端葡萄糖為α——構(gòu)型，故稱為α—淀粉酶。α——淀粉酶使長鏈淀粉很快水解為糊精和少量麥芽糖、葡萄糖。不能水解麥芽糖分子中的α—1，4苷鍵。162

β——淀粉酶只能水解α—1，4苷鍵，不能水解α—1，6苷鍵，也不能越過α—1，6苷鍵。其作用是從淀粉鏈非還原端開始(不能從分子內(nèi)部進(jìn)行)，依次切下一個(gè)一個(gè)麥芽糖基，因此屬于“外酶”。當(dāng)作用于直鏈淀粉時(shí)，可將其全部水解為麥芽糖，最后的產(chǎn)物是β——麥芽糖，故稱為β—淀粉酶。當(dāng)作用于支鏈淀粉時(shí)，也是從各分支的非還原瑞開始，依次切下一個(gè)一個(gè)麥芽糖基，但切到α——1，6苷鍵的分支處，則不能越過，兩分支點(diǎn)附近及其內(nèi)側(cè)不能水解而殘留下來，這些殘留物稱為核心糊精。163二、纖維素(一)纖維素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)纖維素是由1000－10000個(gè)β—葡萄糖通過β—1，4苷鍵連接的沒有分支的長鏈多糖，其基本結(jié)構(gòu)單位是“纖維二糖”基。164165

纖維素在150℃以下是穩(wěn)定的，超過這個(gè)溫度時(shí)由于脫水而逐漸焦化。纖維素是白包纖維狀固體，不溶于水，與冷水和沸水不起作用，僅能吸水膨脹。也不溶于稀酸、稀堿和一般有機(jī)溶劑，其性質(zhì)比較穩(wěn)定。纖維素也可以水解，但比淀粉困難。與濃酸起水解作用而生成葡萄糖，與濃堿起作用而生成纖維素堿，與強(qiáng)氧化劑作用而生成氧化纖維素。166(二)改性纖維素天然纖維素經(jīng)過適當(dāng)處理，改變其原有性質(zhì)以適應(yīng)特殊需要，成為改性纖維素。

1．羧甲基纖維素纖維素在氫氧化鈉溶液中與氯乙酸作用，生成羧甲基纖維素。反應(yīng)式如下：167

羧甲基纖維系是白色粉狀物，俗稱化學(xué)糨糊粉，無味、無臭、無害，在水中能形成透明的黏性膠體物質(zhì)，對光和熱都相當(dāng)穩(wěn)定。在紡織、印染等工業(yè)中時(shí)代替淀粉用作糨糊，在食品工業(yè)中可用作增稠劑。在煙草工業(yè)中被用作制造煙草薄片的添加劑和卷煙包裝的常用黏合劑，具有在適當(dāng)溫度下快速黏結(jié)固化，黏合后有牢固、抗?jié)衲蜏睾筒晃廴镜奶匦浴?682．醋酸纖維素纖維素與醋酸酐和硫酸作用，分子中的醇羥基發(fā)生乙?；磻?yīng)，生成纖維素的醋酸酯。它的三醋酸酯的生成可表示如下：169

酯化的程度隨試劑的濃度和反應(yīng)條件的不同而不同。工業(yè)上一般使用的是二醋酸酯。可用以制造人造絲、膠片、塑料等。煙草工業(yè)中用醋酸纖維制造卷煙濾嘴，燃吸卷煙時(shí)煙氣通過濾嘴，可截留其中部分焦油、煙堿等物質(zhì)，提高卷煙安全性。1703．甲殼素和甲殼胺甲殼素又稱為甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)、殼蛋白、明角質(zhì)?；瘜W(xué)名稱為2—乙酰胺基—2—脫氧—β—D—葡聚糖。171

甲殼素不溶于水及其他絕大多數(shù)溶劑，僅在高溫條件下可溶于鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸，而生成相應(yīng)的鹽類，使其應(yīng)用受到很大的限制。甲殼胺是甲殼素經(jīng)過脫乙?；幚淼难苌?、它不溶于一般的有機(jī)溶劑，但能溶于大部分有機(jī)酸的水溶液而形成一種玻璃狀的膠狀物，并能發(fā)生諸如水解、烷基化、氧化、還原、螯合、絮凝、吸附等多種化學(xué)反應(yīng)，這些特性使甲殼胺被在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。172

用于煙草薄片黏合劑時(shí)，正是充分利用了甲殼胺的粘合、防水、防霉、保潤、保香及吸附焦油、改善吸味等持性。由于用甲殼胺為主要原料制備的黏合劑生產(chǎn)出的煙草薄片，不僅具有色澤好、拉伸強(qiáng)度高、防水性能好，具有防霉、保香作用等特點(diǎn)外，還能在吸附焦油的同時(shí)，通過燃燒熱解生成一種優(yōu)良的調(diào)味劑，能大大改善卷煙吸味。173三、半纖維素半纖維素大量存在于煙草木質(zhì)化部分。半纖維素不溶于水，但與纖維素不同，它具有溶于稀堿和易被酸水解的性質(zhì)。半纖維素的成分比較復(fù)雜，它包括很多高分子的多糖多縮戊糖，也有多縮己糖。多縮戊糖中主要是多縮木糖和多縮阿拉伯糖，多縮己糖中主要是多縮甘露糖、多縮半乳糖和多縮半乳糖醋酸。也常含有少量的其他多糖，所以大多數(shù)半纖維素是雜聚糖。174四、果膠質(zhì)果膠質(zhì)是煙草及其他植物細(xì)胞壁的組成成分之一，水果含有豐富的果膠質(zhì)。果膠質(zhì)充塞在細(xì)胞壁之間的中膠層中，使細(xì)胞黏合在一起。175(一)果膠質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分類果膠質(zhì)是一類成分比較復(fù)雜的多糖，它們的分子結(jié)構(gòu)尚未完全清楚，但其主要由D—半乳糖醛酸和D—半乳糖醛酸甲酯以α—l，4苷鍵連成的直鏈。

1．原果膠原果膠存在于未成熟的果實(shí)和莖、葉里。原果膠是可溶性果膠酸與纖維素和半纖維素聯(lián)合而成的高分子化合物，不溶于水。未成熟的果實(shí)是堅(jiān)硬的，這直接與原果膠的存在有關(guān)。原果膠在稀酸或原果膠酶的作用下可轉(zhuǎn)變成可溶性果膠。1762．果膠酯酸果膠酯酸的主要成分是多縮半乳糖醛酸甲酯和少量多縮半乳糖醋酸，可存在于細(xì)胞汁液中。果膠酯酸能溶于水是果實(shí)成熟后由硬變軟的原因之一。果膠酯酸在稀酸或原果膠酶的作用下，在半乳糖醛酸的甲酯部位水解生成果膠酸和甲醇。177178

3．果膠酸果膠酸是由很多半乳糖醛酸通過α—1，4苷鍵結(jié)合而成的高分子化合物。果膠酸分子中含有游離的羧基，完全未甲酯化，因此果膠酸在細(xì)胞汁液中能與Ca或Mg、K、Na等礦物質(zhì)生成不溶性的果膠酸鈣或果膠酸鎂等果膠酸鹽沉淀。179180(二)果膠質(zhì)的性質(zhì)果膠隨在酸性或堿性條件下能發(fā)生水解，可使酯水解和苷鍵裂解，但是它比淀粉的水解困難得多。在高溫和強(qiáng)酸條件下。糖醛酸殘基發(fā)生脫羧作用。果膠酯酸和果膠酸在水中的溶解度隨聚合度增加而減小，在一定程度上還隨酯化程度增加而加大。181

(三)煙草細(xì)胞壁物質(zhì)煙草細(xì)胞壁物質(zhì)包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等成分，在烤煙煙葉內(nèi)約占干物質(zhì)重量26％—35％，在煙梗中約占43.8％。有人測定了4種類型煙草樣品，發(fā)現(xiàn)纖維素和半纖維素的比例相當(dāng)恒定，其值約為6.7；一般煙葉葉片纖維素的聚合度范圍為1100—1650；182近年來人們逐漸重視了該類物質(zhì)的分析和研究。目前認(rèn)為，細(xì)胞壁物質(zhì)是糖類中對煙草內(nèi)在品質(zhì)和風(fēng)味影響的不利因素，原因是該類物質(zhì)熱解會(huì)產(chǎn)生較多低級(jí)酯類、在燃吸時(shí)會(huì)產(chǎn)生刺激性的嗆咳。此外，木質(zhì)素?zé)峤鈺?huì)產(chǎn)生兒茶酚和烷基兒茶酚，引起澀口和促癌活性。183果膠質(zhì)是親水性膠體，對煙葉的吸濕性和彈性起一定作用，但果膠質(zhì)對煙葉品質(zhì)不利，分解會(huì)產(chǎn)生甲烷。細(xì)胞壁物質(zhì)含量越高，煙葉的品質(zhì)越差。特別是低次煙葉中還原糖和水溶性總糖含量很低，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及果膠含量較高，致使低次煙葉具有強(qiáng)烈的刺激性、雜氣重、吸味嗆咳、澀口，香氣量少。184第四節(jié)糖類對煙質(zhì)的影響

一、糖類的積累光合作用的最初產(chǎn)物是葡萄糖，在其他物質(zhì)參與下，葡萄糖在體內(nèi)經(jīng)過一系列的代謝轉(zhuǎn)化，生成各種有機(jī)物質(zhì)，以滿足生理過程的需要。同時(shí)，葡萄糖還作為呼吸底物而用于呼吸消耗，產(chǎn)生能量維持生命活動(dòng)和生長發(fā)育，煙草在生長發(fā)育過程的前期，合成的糖類只是作為構(gòu)成煙草植物體的形式積累，而不是作為貯藏營養(yǎng)物質(zhì)而積累185在生長發(fā)育過程的后期，糖類積累的方式則相反。無論煙草植株或葉片其骨架都已達(dá)到了與品種特性和環(huán)境條件相適應(yīng)的最大量，光合作用仍繼續(xù)進(jìn)行，光合產(chǎn)物就以各種貯藏營養(yǎng)物質(zhì)的形式而逐漸積累。186187

煙葉由旺長期進(jìn)入成熟期，細(xì)胞體積和葉面積停止增大。光合作用合成的有機(jī)物質(zhì)逐漸積累，充實(shí)葉片細(xì)胞和組織。當(dāng)干物質(zhì)積累達(dá)到最高峰時(shí)，稱為生理成熟期。之后煙葉中的淀粉向糖轉(zhuǎn)化，少量的糖分解，整個(gè)糖類有一個(gè)下降的幅度。向時(shí)煙葉小的游離氨基酸大大減少，總氨水平下降。煙堿、樹脂至上升趨勢。此時(shí)煙葉中化學(xué)成分處于最適宜狀態(tài)。含水量下降，葉片結(jié)構(gòu)由緊密變?yōu)槭栝_狀，達(dá)到最大體積的細(xì)胞有所縮小，細(xì)胞間隙擴(kuò)大，采收調(diào)制后葉片的物理件狀如組織結(jié)構(gòu)、彈性、容濕性等也是理想的。這個(gè)時(shí)期稱為工藝成熟期，即從工藝上已達(dá)到最佳時(shí)期。188若工藝成熟期不采收調(diào)制，葉片就逐漸衰老變黃，進(jìn)入過熟期。過熟的葉片干物質(zhì)減少，組織變松，重量減輕，品質(zhì)下降。隨著過熟程度的加深煙葉的使用價(jià)值逐漸降低。相反，若煙葉末達(dá)到工藝成熟而采收調(diào)制，各種化學(xué)成分的比例不協(xié)調(diào)，香味物質(zhì)沒有充分形成，煙昧辛辣，刺激性大，青雜氣重，顏色暗而無光澤，組織粗糙，彈性差，成熟度越差使用價(jià)值越低。煙葉進(jìn)入成熟期，內(nèi)部化學(xué)成分的變化與外部生長特征是相聯(lián)系的，能夠從外部特征的變化來判斷煙葉成熟程度，這將在煙革原料學(xué)中詳細(xì)闡述。189二、糖類在調(diào)制過程中的變化煙草在生長發(fā)育過程中為了構(gòu)成新的機(jī)體和維持機(jī)體內(nèi)部生理生化過程的能量消耗，需要進(jìn)行呼吸作用而消耗了大量的有機(jī)物質(zhì)。同樣，在調(diào)制過程中，煙葉仍需要在一定時(shí)間內(nèi)(主要是變黃期)保持生命狀態(tài)，進(jìn)行一系列的生物化學(xué)變化(主要是呼吸作用)，還要消耗大量的有機(jī)物質(zhì)來維持這段時(shí)間內(nèi)所需要的能量，并轉(zhuǎn)化位新的物質(zhì)。但是這段時(shí)間煙葉內(nèi)部物質(zhì)的消耗不再可能得到補(bǔ)充，所以叫做饑餓代謝。190

在調(diào)制過程中，煙葉中各種類型的有機(jī)物質(zhì)作為呼吸基質(zhì)的消耗是不均等的。有些物質(zhì)比較穩(wěn)定，不易變化或變化較少，如組成煙葉骨架的細(xì)胞壁物質(zhì)纖維素、聚戊糖、果膠質(zhì)等。樹脂、脂肪酸、單寧以及含氮化合物的變化也是有限的。有些物質(zhì)如單糖、淀粉、糊精則發(fā)生大幅度的變化，有機(jī)酸中的蘋果酸和檸檬酸也將發(fā)生大量的變化。191果膠質(zhì)有一定量的水解消失，粗纖維和聚戊糖在調(diào)制過程中不但沒有減少，而且烘烤結(jié)束后百分含量反而有所增加，這是因?yàn)楹婵竞罂偟母晌镔|(zhì)量減少，使其相對地增加。葡萄糖和果糖等還原糖增加明顯，蔗糖緩慢上升，至烘烤結(jié)束達(dá)最高點(diǎn)。調(diào)制后的煙葉水溶性總糖大量增加，是由于淀粉大量轉(zhuǎn)化的結(jié)果。水溶性糖雖然作為主要的呼吸基質(zhì)而消耗，但是比起淀粉轉(zhuǎn)化的量要少的多，結(jié)果是消耗的少，保留下的多，這對烤煙品質(zhì)是有利的。192193第五節(jié)煙草中糖類物質(zhì)的分布一、煙草種子和煙葉中的糖類煙草中的糖類化合物種類較多，根據(jù)糖分子的縮合情況有單糖、低聚糖和多糖之分。據(jù)報(bào)道，在煙草種子中存在10種多糖，通過酸水解可得到葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、鼠李糖和半乳糖醛酸、棉子糖、蔗糖等。194煙葉中存在多種糖類化合物，包括阿拉伯糖、阿拉伯半乳糖、1—脫氧—1—(L—丙氨酰基)—D—果糖、1—脫氧—1—(N—Y—氨基丁酸)丹果糖、1侃氧—1—(L—脯氨酰苯)—D—果糖、脫氧核糖、赤薛糖、果糖、半乳糖胺、半乳糖醛酸、葡萄糖胺、葡萄糖、麥芽糖、甘露糖、棉子糖、鼠李糖、核糖、芳香糖、山梨醇、來蘇糖、蔗糖、木糖和木聚糖都曾從煙葉中被檢測出來。195

二、不同類型煙草的含糖量影響煙葉含糖量的因素主要有遺傳因素(煙草的類型和品種)、栽培措施(施肥和打頂)、調(diào)制方法(烘烤或晾曬)、環(huán)境條件(氣候和土壤)。美國的研究表明不同類型煙葉的還原糖含量占煙葉干重的百分比為烤煙22.09％，香料煙12.39％，白肋煙0.21％，馬里蘭煙0.21％。不同類型煙葉含糖量差異很大，這主要是煙草類型、栽培、調(diào)制和環(huán)境條件造成的，其中調(diào)制措施起作用較大。196烤煙是放在烤房中調(diào)制，人工控制溫、濕度，煙葉經(jīng)凋萎、變黃、干葉、干筋等階段，調(diào)制時(shí)間短，一般為5—7d，煙葉保持生命活力而消耗糖分進(jìn)行呼吸作用的時(shí)間也短，因而作為主要呼吸基質(zhì)的糖分消耗得少，保存下來的多，煙葉含糖量就高。而白肋煙和馬里蘭煙是晾煙，掛在晾房中自然條件下晾制，煙葉保持生命時(shí)間長，調(diào)制時(shí)間也長，一般需要30一40d，呼吸消耗糖分多，調(diào)制結(jié)束后糖分消耗殆盡，達(dá)到幾乎檢測不到的程度，因而白肋煙和馬里蘭煙含糖量極低，這是其顯著特點(diǎn)。香料煙屬曬煙，曬制時(shí)間介于烤煙和晾煙之間，一般為15d左右，煙葉中糖分消耗掉一部分，也保留下來一部分，煙葉含糖量介于烤煙和晾煙中間。197198三、不同部位煙葉的含糖量研究結(jié)果表明：不同葉位葉片在生長期間所處的環(huán)境條件不同，含糖量存在著差異。中部葉片的生長時(shí)期正處于植株旺長階段，環(huán)境條件適宜，養(yǎng)分供應(yīng)充足，其水溶性總糖和還原糖含量最高，煙葉油分足，彈性強(qiáng)，香氣充足，吃味醇和，勁頭適中，品質(zhì)優(yōu)良。下部葉片水溶性總糖和還原糖含量較低，葉片較小，單葉重量較輕，油分少，彈性差，香氣不足，吃味平淡，質(zhì)量較差。199上部葉片因其接受光照強(qiáng)，水分養(yǎng)分供應(yīng)充足時(shí)，打頂抹杈后于物質(zhì)積累多，含氮化合物比例大，蛋白質(zhì)和煙堿含量高，合格量最低．總糖與蛋白質(zhì)比值以及總糖與煙堿比值不協(xié)調(diào)，因而煙氣濃度大，勁頭大，刺激性大，雜氣重。但因干物質(zhì)充實(shí)，吃味強(qiáng)度大，香氣量充足，在工業(yè)加工中適當(dāng)處理，發(fā)擇優(yōu)勢，克服質(zhì)量缺陷，可提高其可用性。200201四、不