第一章烟草水分.pdf

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1、第一章烟草水分第一章烟草水分前言：水，生命的源泉，可以说有生命存在的地方就得有水分，动物，植物和微生物生长发育都离不开水分，烟草也不例外 我们今天要讲的是烟草体内的水分，不是空气中的水分，也不是土壤中的水分，更不是江河中的水分，而是存在于烟草体内更确切的说是存在于烟叶中的水分烟叶水分又叫烟叶含水量，烟叶含水率，水分是烟叶及其制品卷烟的重要组分之一，在烟草生产和加工过程中都起着十分重要的作用在烟草生长发育，形成烟叶产量和质量的过程中，水分起着不可替代的作用烟叶生长发育过程的需水规律，烟草水分代谢在烟草栽培学中都作了十分详细的阐述这里不在赘述水分不仅影响烟草生长发育，而且是影响烟叶物理特性的主要因

2、素之一，在烟叶调制，加工，储存等一系列环节中，烟叶需要有不同的含水量与之相适应，也就是说水分影响到烟叶生长发育，烘烤调制，陈化，制丝，抽吸和储存等一系列环节因此，研究烟叶水分的性质，组成，来源，存在状态，增减规律等对于改进加工条件，提高加工质量，具有重要意义第一节第一节水分结构与性质水分结构与性质一水的组成和结构（复习）一水的组成和结构（复习）1 1 组成组成水分是由两个氢原子和一个氧原子以单键结合形成的非线性极性共价化合物2 2 结构结构：四面体结构，注意不是正四面体结构，确切的说是角锥体结构氧原子两个孤对电子对电子的排斥力大于已经形成共价键的两对电子，所以形成的不是正四面体，而是角锥体氧原

3、子位于四面体中心，从中心原子到四对电子的联线互成 104.5夹角结构特点：结构特点：1）氧原子具有两个孤对电子，对正电荷具有吸引力，最多可以有两个单独的正电实体与孤对电子结合起来2）H 原子带部分正电荷，整个分子发生偶极化，形成偶极分子，也就是极性分子这种结构特点使水分子之间可以发生 H 键缔合作用，可以和 H 原子发生 H 键缔合的原子主要有 O,N,F.水分子的独特结构使得它具有独特的性质二水的重要性质二水的重要性质主要讲水的物理性质，水有许多重要而特殊的物理性质，和一些具有相似分子量和相似原子组成的分子的物理性质相比，除了黏度外，其它性质均有显著差异 最明显的一个例子是：水比冰的密度大，

4、一般物质的密度总是液相低于固相，但是水却例外，水结冰后就会漂在水上，而不是沉入水底另外一个例子是：一般液态的密度总是随着温度的升高而降低，但是水的密度在 3.98C 时最大，水凝固时体积膨胀，密度降低，0C 时冰的密度只有 0.92g/ml,而水的密度接近 1g/ml水分子的物理特性之所以特殊是因为水分子之间可以形成H 键，发生缔合 缔合是一个放热过程，因此，降温可以使平衡向缔合的方向移动，在冰点时，水分子全部结合在一起形成一个巨大的缔合分子，冰的结构是一个很松散的结构，所以冰的密度小于水，而且结冰时体积膨胀温度升高，缔合的水分子拆散的越多，分子堆积的密度越紧，密度也就增大，到 3.98C 时

5、达到最大值，以后随着温度进一步升高，水分子热能增加，热运动加强，密度有所降低水分子的许多性质（较高的溶点，沸点，比热等）都于水分子间的H 键缔合作用有关水有许多特殊的物理性质，我们不可能面面俱到，都讲，只能挑其中一些与烟草加工，水分测定关系比较的的几个性质作以简单介绍水的沸点较高水的沸点较高沸点：地球上的人都知道水的沸点是 100 C，并且压强降低，沸点降低这种性质主要用于指导烟叶的回潮和干燥操作以及烟叶含水量的测定 烟草水分的测定常压干燥法和减压真空干燥法的原理就是水在 100沸腾2 2 水的比热较大：水的比热较大：2020C C 时为时为 4.18J/(kg.K)4.18J/(kg.K)水

6、的比热大，使得水温不易随气温的变化而变化，这种性质对烟草加工过程中的加热，冷却，干燥都具有很大的实用价值烟草比热也是随着水分含量的增大而增大，呈现S形变化趋势3 3 水的介电常数高（水的介电常数高（2020C C 时为时为 80.3680.36）介电常数：某种溶剂分离出电荷的能力和使它们偶极定向的能力，反应了溶剂对两个带相反电荷离子间引力的抗力的度量值极性溶剂的介电常数大于 15，非极性溶剂的介电常数小于 1520C 时水的介电常数为 80.36，而大多数生物体的干物质（包括烟草）的介电常数为 2.24.0 之间在理论上，任何物质其含水量增加，介电常数将增加大约 0.8，介电容量法测定烟草水分

7、就是以此原理为依据的4 4 水的溶剂能力强水的溶剂能力强大家都知道水是良好的溶剂，很多物质都可以溶解在水里1）溶解离子型化合物：因为水的介电常数大2）溶解非离子极性化合物（糖，醇，醛，酮）：因为水可以和它们形成 H 键3）两亲分子（核酸，蛋白质，脂肪酸）：是两亲分子的良好的分散介质，在适当条件下，这些两亲分子可以在水中形成乳浊液或胶体溶液两亲分子：同时具有亲水基和疏水基团第二节第二节 烟叶水分的存在形态烟叶水分的存在形态一、烟叶水分来源一、烟叶水分来源鲜烟叶：土壤和空气干烟叶：1）调制后残存在烟叶中的水分，原烟含水量：1618生产加工过程中加入的水分（分级，发酵，真空回潮等加入水分）与加工过程

8、的调控有关，影响烟叶的加工质量2）烟叶从空气中吸收的水分这种水分多少与空气温湿度有关，直接关系到烟叶贮存和运输管理的安全性二、烟叶水分的存在形态二、烟叶水分的存在形态根据烟叶中水分的存在状态，可以将烟叶水分分为自由水和结合水（考题）结合水结合水：存在于溶质或其它非水组分附近的，与溶质分子之间通过化学键（主要是氢键）结合的那部分水，不易自由移动，不易丧失在0C 以下不易结冰，也不能作溶剂结合水：是胶体颗粒或其他亲水性物质牢牢吸附着的水，不易自由移动，不易丧失在 0C 以下不易结冰，也不能作溶剂（书中定义）自由水自由水：就是没有被非水化合物结合的水，烟叶中的自由水包括毛细管水（吸附水）和游离水，自

9、由水容易从烟叶中散失，在 0C 以下易结冰，也能作溶剂自由水：能够在烟叶内自由移动的水，容易从烟叶中散失，在0C 以下易结冰，也能作溶剂（书中定义）1 1 结合水结合水根据结合水被结合的牢固程度的不同，结合水有以下几种形式：1）化合水：结合最牢固，构成非水物质组分的那部分水，例如:CuSO45H2O2）单分子层水：（1）与离子或离子基团缔合的水，是结合最紧密的单分子层水，主要结合力是：水离子和水偶极缔合作用（2）直接与烟叶中的蛋白质，纤维素，果胶质等大分子胶体物质的极性基团（NH3+,COO-）或糖，酚类的极性基团（CHO,OH）等以氢键相结合的水分子 主要结合力：水溶质氢键力3）多分子层水：

10、又叫半结合水单分子层水的外层形成的几个水层，主要靠水水间的氢键形成多分子层水虽然没有单分子层水结合紧密，但是仍然与非水组分（蛋白质，纤维素，果胶质等）结合的很牢固，且性质与纯水性质也不相同各种有机分子的不同极性基团与水形成氢键的牢固程度不同X 射线研究表面：蛋白质多肽链中的赖氨酸和精氨酸（碱性氨基酸）残基上的氨基，天冬氨酸和谷氨酸（酸性氨基）侧链上的羧基，肽链两端的氨基和羧基，果胶质中未酯化的羧基，都是呈现电离或离子状态（NH3+,COO-），与水分子间形成的氢键键能大，结合十分牢固，水分子呈单分子状态，称为单分子结合水蛋白质中的酰胺基，淀粉，果胶质，纤维素等分子中的羟基，与水分子也能形成氢键

11、，但键能小，不牢固，称为半结合水或多分子层结合水2 2 自由水自由水自由水包括吸附水和游离水1 1）吸附水）吸附水：毛细管和大孔隙中所凝结的水分又叫吸附水，饱和水是指烟草细胞壁所含的水分它通过毛细管吸着力和细胞壁紧密相连这部分水不能自由移动，必须在一定的温湿度条件下才能向空气中蒸发 吸附水对烟草物理学性质吸附水对烟草物理学性质有重要影响是烤后干烟叶所含的最主要的自由水有重要影响是烤后干烟叶所含的最主要的自由水烟叶是个多孔体系，有无数毛细管，具有很大的内表面当毛细管处于缺水状态时，就有力地从空气中吸收水分，称为凝结水凝结水在毛细管内形成弯月面，在弯月面的凹形表面上的饱和水蒸气压比平面水表面上的小

12、，因此当多孔体周围空气中的水蒸气压力高于弯月面所需要的饱和水蒸气压力时，水蒸气就会在毛细管内凝结，在这种情况下，毛细管将为水分所充满毛细管越细，弯月面越凹，水蒸气压力越低，越容易被水分充满2 2）游离水：）游离水：存在于烟草细胞腔，导管，液泡和和细胞间隙的水分，又称为自由移动水，在烟草中移动较为容易主要影响烟叶重量和燃烧性，对烟叶物理学性质无显著影响 新鲜烟叶中含有大量游离水，烘烤变黄期向往释放的也是这种游离水游离水和吸附水（毛细管水）都属于自由水范围烤后干烟叶中的自由水主要是吸附水（毛细管和大孔隙中的水）3 3 自由水和结合水在性质上的差别自由水和结合水在性质上的差别沸点冰点蒸汽压溶剂能力平

13、均分子水平运动与烟叶有机大分子的关系微生物利用结合水升高，大于 100 C自由水接近 100 C大为降低甚至40 C 不结冰冰点略为降低降低无大大降低有关不能基本不变大变化很小无关能4 4 水分活度水分活度定义定义：烟叶中水分的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值w=p/p0在一定温度范围内水分活度随绝对温度升高而成正比例升高在一定温度条件下，自由水含量越多，水分活度越大，在相同含水量的情况下，水分活度大，则自由 水含量多，可以为微生物所利用，烟叶贮存过程中容易发生霉烂变质等问题自由水和结合水之间没有明显界限，很难定量地作出区分，只能根据理化性质作定性区分5 5 烟叶中水分存在形式：烟叶中水

14、分存在形式：1）烟叶中水分主要以自由水和结合水两种方式存在。2）自由水主要是凝结在毛细管和大孔隙中的吸附水，随温度升高而降低，随湿度增大而增多,主要结合力是毛细管凝结力（表面张力）。3）结合水主要包括：a 蛋白质，果胶质，纤维素等大分子胶体渗透作用所吸附的水分，这部分水含量高烟叶柔软，有弹性，失去，则烟叶变脆易破碎。b 水溶性糖，无机盐，有机酸，多酚等晶体物质化合的水。这些晶体物质当温度湿度高时，能强烈的从空气中吸水，当空气湿度变低时却不易从烟叶中散发出去，并且温度越高，晶体越易从空气中吸水。这两种结合水的主要结合力都是水-溶质氢键力。第三节第三节烟叶的吸湿性和平衡水分烟叶的吸湿性和平衡水分一

15、、烟叶的吸湿性一、烟叶的吸湿性1 吸湿性定义：烟叶能依据空气温湿度的变化从空气中吸收水分或向空气中散发水分的性质。2 烟叶的组织结构：具有毛细管的胶体多孔体3 烟叶吸湿性的 4 个方面：3.1 表面吸附和扩散作用吸附：空气中的水蒸气凝结在物体表面的现象扩散：一种物质自发进入另一种物质中，彼此相互渗透的作用烟叶和周围空气之间不断发生着水分的交流活动。表面吸附和扩散作用随空气湿度增大而加强，随温度升高而加强。3.2 毛细管的凝结作用烟叶是具有毛细管的多空体，可以通过表面张力使水分凝结在毛细管内。这种水属于自由水，随空气湿度增大而增大，随温度升高而降低。毛细管越细，水分越要在其中凝结。3.3 胶体的

16、渗透作用当空气相对湿度接近饱和或烟叶和水分直接接触时，烟叶中的淀粉、蛋白质、果胶等胶体表面形成溶液层，水分在烟叶内外形成浓度差，就会发生渗透作用。渗透作用随空气湿度增大而加强，随温度升高而加强这种方式增加的主要是结合水3.4 晶体的潮解作用当空气相对湿度接近饱和或烟叶和水分直接接触时，烟叶中的水溶性糖、多酚、无机盐等晶体物质会发生潮解作用，产生水化物，增加烟叶水分。晶体潮解作用随空气相对湿度增大而加强，随温度升高而加强。增加的主要是结合水。二、烟叶平衡水分二、烟叶平衡水分1 1 烟叶平衡水分定义烟叶平衡水分定义：烟叶的吸湿放湿性（解吸）使它在任一空气温湿度条件下含水率相应的保持在一定的水平上

17、这种含水率与周围空气温湿度保持着一定的平衡关系，即烟叶表面上水蒸气压力与周围空气中水蒸气压力相平衡时的烟叶含水率。2 烟草产生平衡水分的原理：烟叶含水率会随空气温湿度而变化，产生平衡水分，是因为烟叶具有吸湿放湿特性因此烟叶吸湿放湿原理，就是烟叶会产生平衡水分的原理2 2 烟叶平衡水分条件：烟叶平衡水分条件：因为烟叶具有吸湿性，会不断地和周围空气发生水分交换作用，使得它在不同的空气温湿度条件下具有不同的含水量。通常把空气温度22，相对湿度 60%2%条件下达到平衡时的烟叶水分定为烟叶的平衡水分。3 3 烟叶吸湿性和平衡水分的影响因素烟叶吸湿性和平衡水分的影响因素1 1 烟叶因素烟叶因素（类型，等

18、级，产地，部位等）：烟叶吸湿性和平衡水分与烟叶本身因素有很大关系相同环境下：烤烟吸湿性白肋烟等级越高，吸湿性越强，平衡水分越大云烟福建安徽贵州河南中部上部下部烟叶自身的组织结构和化学成分的差异直接影响着烟叶的吸湿性和平衡水分 是烟叶吸湿性的物质基础，是内因2 2 外部因素外部因素（1）空气相对湿度，空气湿度增大，烟叶平衡水分增大70以下，影响小，70以上影响大（2）空气温度，对平衡水分影响没有湿度显著，当相对湿度一定时，对烤烟而言，温度升高，平衡水分增大但其它类型烟草却不一定因为温度升高，毛细管凝结作用降低，但是吸附和扩散作用，胶体渗透作用，晶体潮解作用却表现为增加（1）温度一定，相对湿度增加

19、，平衡含水率升高；（2）相对湿度一定，温度增加，平衡含水率升高（3）湿度的影响是主要的，温度的影响甚微当空气相对湿度为 100时烟草的平衡含水率就相对于烟草在此空气条件下的纤维饱和点时的含水率强调：不同环境，不同质量的烟叶的平衡水分，起作用的首先是烟叶的质量，其次才是环境条件第四节第四节烟草水分的表示方法烟草水分的表示方法绝对含水率：（G 湿G 干）*100/G 干相对含水率：（G 湿G 干）*100/G 湿换算：W 绝W 相*100/（1-W 相）W 相W 绝*100/（1+W 绝）第五节烟叶水分对加工品质的影响第五节烟叶水分对加工品质的影响1）影响造碎率，烟叶含水率高，造碎率低，但烟叶含水率并不是越高越好，而是有个合适的范围2）影响霉变，湿度一定，霉变速度随温度升高而加快。3）烟丝含水率影响烟丝填充力。填充力：单位重量烟叶所占空间。例如：烟丝含水率 12.5时的填充力是 4.55cm3/g，含水率为 16的烟叶其填充力仅有3.75cm3/g。