羧甲基化改性对胡芦巴多糖理化特性及卷烟增香保润性能的影响研究

为解决传统烟草保润剂(如丙二醇)在高湿环境下吸湿过度、低湿环境保水不足且可能产生致癌物的问题，研究人员通过羧甲基化改性胡芦巴多糖(FP)合成不同取代度(DS)的羧甲基胡芦巴多糖(CFP)。研究发现CFP不仅热稳定性提升，还能促进醛酮类关键致香物质释放，其中CFP3的保润效果优于丙二醇。该研究为开发安全高效的新型烟草保润剂提供了理论依据。

　　

烟草行业长期面临传统保润剂的两难困境：聚醇类物质如丙二醇在湿度波动时性能不稳定，高温降解还可能产生致癌物丙烯氧化物。更棘手的是，现有保润剂无法兼顾保湿与增香功能，严重影响卷烟品质和消费体验。这一痛点催生了对天然高分子材料的探索，其中植物多糖因其优异的亲水性和热解特性成为研究热点。

中国研究人员选择胡芦巴多糖(FP)作为突破口，这种以半乳甘露聚糖为主链的天然聚合物虽具有生物相容性好等优势，但水溶性差的缺陷限制了其应用。研究团队创新性地采用羧甲基化改性技术，通过引入亲水性羧甲基基团，成功制备出不同取代度(DS)的羧甲基胡芦巴多糖(CFP)。这项发表在《International Journal of Biological Macromolecules》的研究，系统揭示了多糖结构修饰与烟草保润增香性能的构效关系。

研究采用单因素实验优化合成条件，通过红外光谱和热重分析(TGA)表征结构特性，结合裂解-气相色谱/质谱(PY-GC/MS)分析热解产物。烟草保润实验以丙二醇为对照，定量评估不同DS值CFP的保湿性能。

材料与方法
从胡芦巴种子提取粗多糖后，采用膜分离纯化获得FP。通过单因素实验确定氯乙酸用量、反应时间和温度对DS值的影响，采用红外光谱验证羧甲基基团引入。采用离子色谱分析单糖组成，凝胶渗透色谱测定分子量变化。通过TGA和差示扫描量热法评估热稳定性，PY-GC/MS解析热解产物组成。

单因素实验
优化发现氯乙酸用量4g、反应时间4小时、温度60℃时DS值达峰值0.68。过量氯乙酸会破坏碱性环境，反而降低取代效率。

结构表征
红外光谱在1600 cm^-1处出现羧酸盐特征吸收峰，证实改性成功。随着DS增加，多糖总糖含量从78.6%降至65.2%，分子量由1.2×10⁵ Da减小至8.4×10⁴ Da，但溶解度提升3.7倍。

热性能分析
TGA显示CFP初始分解温度提高至220℃，较FP提升40℃。PY-GC/MS检测到醛酮类物质含量增加2.3倍，包括糠醛、5-甲基糠醛等关键致香成分。

保润性能
在RH 60%环境中，CFP3处理的烟丝含水率比丙二醇组高12.8%，且能有效抑制霉变。感官评价显示烟气丰满度提升，刺激性降低。

这项研究首次证实羧甲基化修饰可同步提升多糖的保润和增香效能。通过精准调控DS值，不仅解决了FP水溶性差的应用瓶颈，其热解产生的致香物质更能弥补传统保润剂的功能缺陷。更重要的是，CFP规避了丙二醇等合成保润剂的安全风险，为开发"功能-安全"双优的新型烟草添加剂提供了范式。Lin Jiang等研究者开创的多糖结构修饰策略，对食品、医药等领域的亲水性生物大分子改性也具有重要借鉴价值。