49贺帆等 烤烟烟叶淀粉颗粒结构特征与基本特性烤烟烟叶淀粉颗粒结构特征与基本特性贺帆1，王涛1，王梅1，史龙飞1，李伟2，王勇军3，宫长荣11 河南农业大学烟草学院，郑州文化路95号 450002；2湖北省烟草公司恩施州公司，恩施施州大道119号 445000;3河南省烟草公司三门峡市公司，三门峡上阳中路 472000摘 要：为明确烟叶淀粉颗粒结构和特性，合理调控烤后烟叶淀粉含量，采用环境扫描电子显微镜、X-射线衍射仪和同步热分析仪测定了云烟87、中烟103和中烟202三个品种田间成熟烟叶的淀粉颗粒结构特征、晶体特性和热特性。
结果表明：三个品种田间成熟烟叶淀粉颗粒主要为圆球形和长圆柱状，个别呈不规则形状，平均粒径为3～4 µm；长圆柱状和不规则形状的淀粉颗粒上存在明显的层状结构，且中烟103和中烟202两个品种的烟叶淀粉表面的层状结构明显多于并较云烟87明显；X-射线衍射均为“B”型模式，品种间相对结晶度差异明显；烟叶淀粉颗粒的糊化起始温度较低，但糊化峰值温度、终止温度和糊化焓较高，三个品种之间的各糊化温度略有差异，但糊化焓差异较大；热焓值随着结晶度的降低而降低。
关键词：烤烟；淀粉；颗粒结构；晶体特性；热特性doi：10.3969/j.issn.1004-5708.2013.03.010中图分类号：S572.01 文献标识码：A 文章编号：1004-5708（2013）03-0049-05Structural characteristics and properties of starch granules in flue-cured tobacco leaves HE Fan1, WANG Tao1, WANG Mei1, SHI Longfei1, LI Wei2, WANG Yongjun3, GONG Changrong11 College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;2 Enshi Municipal Tobacco Company, Enshi, Hubei 445000, China;3 Sanmenxia Municipal Tobacco Company, Sanmenxia, Henan 472000, ChinaAbstract: Structure, crystalline and thermal properties of starch granules in matured tobacco leaves from Yunyan87, Zhongyan103 and Zhongyan202 were determined by environmental scanning electron microscope, X-ray diffractometer and simultaneous thermal analyzer. Results showed that most starch granules were spheroidal and long cylindrical, while others were irregular shape. The average diameter was 3µm~4µm. Layer structure was found on the surface of long cylindrical and irregular starch granules. The layer structure of Zhongyan103 and Zhongyan202 were more than Yunyan87. X-ray diffraction showed that relative crystallinities among three cultivars were significantly different, although they all showed B type diffraction spectrum. Thermal analysis showed that initial gelatinization temperature of starch granule was low, but peak temperature, terminal temperature and gelatinization enthalpy were high. There were no significant differences in gelatinization temperatures among cultivars. Gelatinization enthalpy decreased when relative crystallinity decreased.Keywords: flue-cured tobacco; starch; granule structure; crystalline property; thermal property淀粉是高等植物中碳水化合物贮藏的主要形式，不同植物的遗传和环境不同，形成的淀粉颗粒的结构和性质有着明显的差异。
淀粉独特的物理化学性能对淀粉和含淀粉物料的加工具有关键性意义。
与其他高等植物相比，鲜烟叶中的淀粉只作为暂时贮存形态。
在烘烤过程中其分解、转化决定着烟叶内在品质与外观质量。
国外优质烤烟淀粉含量约为1%-2%，而我国烟叶中淀粉含量约为4%-6%；淀粉含量如果较高，一方面会影响燃吸的速度和完全性，另一方面燃吸时淀粉会产生焦糊气味，对烟叶香吃味有不良影响[1-2]。
基金项目：国家烟草专卖局重大专项资助项目（TS-01-2011006）作者简介：贺帆（1975—），博士，讲师，主要从事烟草调制与加工研究，Email：hefanyc@通讯作者：宫长荣( 1948—)，教授，博士生导师，主要从事烟草调制与加工研究，Email:gongchr009@收稿日期：2012-08-2350中国烟草学报 2013年6月第19卷第3期相关研究表明，淀粉的颗粒大小、形状、结晶结构以及直链和支链淀粉含量等因素均与淀粉的酶解有密切关系[3]。
烟叶淀粉颗粒主要为圆球形和长圆柱状，颗粒存在明暗相交的层状结构；淀粉的颗粒大小随着叶片的成熟逐渐增大，在工艺成熟时长轴平均粒径为3.21 μm[4-6]。
淀粉是由直链和支链淀粉组成，烟叶淀粉直链淀粉与支链淀粉比值为3:7；与贮藏器官内的淀粉相比较，相对分子量较小[7-8]。
淀粉的粘度和碘亲和力随着叶片的成熟逐渐增加[6]。
有关淀粉结构特性与作物品质、淀粉降解机理的研究较多，但是对于与烟叶淀粉降解有关的颗粒结构和特性的研究却鲜有报道。
因此，本试验通过研究三个品种成熟鲜烟叶淀粉颗粒的超微结构、晶体特性和热特性，旨在从微观角度探寻合理调控烤后烟叶淀粉含量的途径，为提升烟叶质量特色提供理论基础。
1 材料与方法1.1 试验材料试验于2010~2011年在河南省卢氏县南峪烟站进行，供试品种云烟87、中烟103和中烟202，5月18日移栽，行距120 cm，株距50 cm，试验田土壤肥力均匀一致，均按照优质烤烟生产技术规范栽培管理。
1.2 样品制备以中部叶（9~12位叶）为试验材料，烟叶成熟时按照叶位单叶采收。
各品种随机采取20片鲜烟叶立即提取淀粉。
1.3 测定项目与方法1.3.1 烟叶淀粉提取烟叶淀粉的提取参照文献[9]进行。
1.3.2 淀粉颗粒结构采用美国FEI Quanta 200 环境扫描电镜，挑取适量淀粉样品，将其均匀平铺于载样台上，按照常规方法喷金处理，喷金后样品直接放入扫描显微样品室进行观察。
扫描过程用20KV的加速电压。
1.3.3 淀粉晶体特性采用荷兰X’Pert PRO型X射线衍射仪，X-射线衍射条件：CuKα辐射，管压40KV，管流40mA，扫描速度2°/min，扫描范围5-50°，步宽0.02°。
采用MDI Jade 5.0分析软件计算结晶度[10]。
1.3.4 淀粉热特性采用德国NETZSCH公司的STA409PC同步热分析仪，称取2.5 mg淀粉样品放入DSC测试盒，加5 µL去离子水，密封后置于冰箱4℃放置过夜，测试前取出平衡至室温，测定时空盒为参照，升温速度10℃/min，测试温度范围30-120℃。
用仪器自带软件计算淀粉糊化起始温度（To）、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc）和热焓值（∆H）。
1.4 数据处理采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0进行数据处理和统计分析。
2 结果与分析2.1 不同品种烟叶淀粉颗粒结构不同植物来源的淀粉颗粒具有不同的形状特征，大小和微观形貌[11]。
通过扫描电子显微镜观察（图1），成熟鲜烟叶淀粉颗粒表面光滑，主要为圆球形和长圆柱状，其中中烟103淀粉颗粒个别呈现不规则形状。
3个品种烤烟淀粉颗粒表面均存在明显的内陷凹槽；层状结构多出现在长圆柱状和不规则形状的淀粉颗粒上，只有少数圆球形淀粉颗粒存在层状结构，且中烟103和中烟202两个品种的烟叶淀粉表面的层状结构明显多于并较云烟87明显；并未观察到孔洞或者裂口。
通过电镜标尺估测（表1），成熟鲜烟叶淀粉颗粒粒径较小，由1.55 µm至8.04 µm不等，主要集中在3～4 µm；与块茎[12]和谷物类 [13]等相比粒径较小。
3个品种中以中烟103长轴平均粒径最小，其次为中烟202，云烟87最大。
目前，国内一般根据淀粉粒的脐点个数和轮纹环绕状况将淀粉颗粒分为单粒淀粉、复粒淀粉和半复粒淀粉[14]。
由图1可知，鲜烟叶淀粉颗粒呈单粒淀粉特征。
表1 烟叶淀粉颗粒粒径品种粒径/µm长轴平均粒径/µm云烟87 1.65~8.04 4.11±1.38中烟103 1.65~7.01 3.55±1.05中烟202 1.55~7.63 3.94±0.312.2 不同品种烟叶淀粉晶体特性淀粉颗粒是多晶体系，主要由结晶区和无定形区组成。
根据X-射线衍射图形可以分为“A”、“B”和“C”三种类型，其中“C”型是“A”和“B”的混合型[15]。
通过X-射线衍射分析，3个品种烤烟淀粉在5.6、15.0、17.2和24.4处有较强衍射峰出现，但云烟87淀粉在22.7处存在1个中强峰。
由此可见，烤烟烟叶淀粉X-射线衍射为“B”型模式。
淀粉的XRD图像中，2θ在20°附近的峰被认为为直链淀粉与脂的无定形峰，不同来源的淀粉在2θ 20°附近的峰强度不同，说明直链淀粉和脂的含量也不同；由51贺帆等 烤烟烟叶淀粉颗粒结构特征与基本特性图2可知，云烟87和中烟103烟叶淀粉的直链淀粉和脂的含量相近，而中烟202含量稍低。