一种烟叶成熟期紫外线防护剂及其应用

摘要

本发明涉及一种烟叶成熟期紫外线防护剂及其应用。所述防护剂由纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物、六偏磷酸钠、水制成，其中纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物与水的重量比为0.01‑1∶1000，六偏磷酸钠的用量为纳米二氧化钛质量的0.5‑10％。本发明可以用于成熟期烟叶的紫外线防护，进而保护烟叶的品质，尤其是上部烟叶的品质。

说明书

技术领域

本发明涉及烟叶的紫外线防护剂及其应用，特别是一种可用于烟叶成熟期的紫外线防护剂，以保护烟叶品质，尤其是上部烟叶品质。

背景技术

二氧化钛作为一种优异的无机功能材料，具有很多良好特性，比如，粒径不同的二氧化钛材料具有良好的分散性、紫外线吸收性及良好的消毒杀菌、磁感应和光催化性能。纳米二氧化钛属非溶出型抗菌剂，除上述的优点，本身重金属含量少、抗菌性广泛、价格便宜且长效，成为目前应用最为广泛的一种纳米材料。纳米二氧化钛材料的高折光性与高光活性，使其具有高抗紫外线能力。

烟草行业在我国经济发展中具有重要的地位，据统计2015年烟草行业实现税利总额11436亿元，同比增加919亿元，同比增长8.73％；上缴财政总额10950亿元，同比增加1840亿元，为国家财政作出了巨大贡献。但是，上部烟叶质量和可用性偏低导致我国上部烟叶大量积压。

发明内容

为避免烟草种植中，处于烟叶成熟期的上部烟叶受到持续强光的侵害，本发明提供一种烟叶成熟期紫外线防护剂及其应用。

本发明提供的烟叶成熟期紫外线防护剂由纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物、六偏磷酸钠(分散剂)、水制成；其中纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物与水的重量比为0.01-1∶1000，分散剂的用量为纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物质量的0.5-10％。

本发明提供的防护剂的pH值范围为5.0-7.2。

本发明所含纳米二氧化钛为金红石型和/或锐钛型，纳米二氧化钛的粒径为5-100nm。

本发明所用纳米二氧化钛为商品纳米二氧化钛或自制的纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物。

本发明所用纳米二氧化钛复合物为纳米二氧化钛-氧化石墨烯，纳米二氧化钛-羧基化生物质碳、纳米二氧化钛-羧基化碳纳米管、纳米二氧化钛-羟基化高岭土中的任意一种。

本发明提供的烟叶成熟期紫外线防护剂的应用是在烟叶成熟期，向烟叶大田喷施使用。

本发明提供的防护剂主要成分纳米二氧化钛或纳米二氧化钛复合物按以下方法制备。

自制纳米二氧化钛的制备：首先用无水乙醇溶液配制好1M钛酸丁酯溶液100mL，然后加入质量分数2％CTAB(相对于钛酸丁酯质量)。在剧烈搅拌的条件下逐滴的加入二次蒸馏水，在此时，由于醇盐的水解反应会迅速生成乳白色沉淀，得到二氧化钛凝胶溶液，然后用1M盐酸调节凝胶溶液至白色溶胶溶液，当白色变浅后转移到80℃的温度条件下进一步搅拌2小时晶化，将生成的结晶态二氧化钛离心纯化，加水超声分散得到淡蓝色分散液，调节pH＝6左右，备用。

纳米二氧化钛-氧化石墨烯复合物的制备：用天平称量0.1g氧化石墨烯于烧杯中，然后加入1mol/L的HCl溶液30mL，搅拌均匀，超声分散30min，得到氧化石墨烯混合溶液待用。向二氧化钛凝胶溶液中滴加氧化石墨烯混合溶液，80℃油浴加热2小时，将油浴后的产物冷却至室温，离心分离得到沉淀，加入100mL蒸馏水搅拌均匀，超声分散30min，调节pH＝6左右，备用。

纳米二氧化钛-羧基化生物质碳复合物的制备：用天平称量1.0g羧基化碳纳米管与烧杯中，然后加入1mol/L的HCl溶液60mL，搅拌均匀，超声分散30min，得到羧基化生物质碳混合溶液待用，向二氧化钛凝胶溶液中滴加羧基化生物质碳混合溶液，80℃油浴加热2小时，将油浴后的产物冷却至室温，离心分离得到沉淀，加入150mL蒸馏水搅拌均匀，超声分散30min，调节pH＝6左右，备用。

纳米二氧化钛-羧基化碳纳米管复合物的制备：用天平称量0.5g羧基化碳纳米管与烧杯中，然后加入1mol/L的HCl溶液50mL，搅拌均匀，超声分散30min，得到羧基化碳纳米管混合溶液待用，向二氧化钛凝胶溶液中滴加羧基化碳纳米管混合溶液，80℃油浴加热2小时，将油浴后的产物冷却至室温，离心分离得到沉淀，加入150mL蒸馏水搅拌均匀，超声分散30min，调节pH＝6左右，备用。

纳米二氧化钛-羟基化高岭土复合物的制备：用天平称量1.5g羟基化高岭土于烧杯中，然后加入1mol/L的HCl溶液80mL，搅拌均匀，超声分散30min，得到羟基化高岭土混合溶液静置待用；向二氧化钛凝胶溶液中滴加羟基化高岭土混合溶液，80℃油浴加热2小时，将油浴后的产物冷却至室温，离心分离得到沉淀，加入200mL蒸馏水搅拌均匀，超声分散30min，调节pH＝6左右，备用。

本发明申请人发现：光温等生态因素对上部烟叶质量及可用性的影响不容忽视。光照强度过大，导致烟叶海绵组织和栅栏组织加厚，细胞间隙降低，造成叶片厚而组织粗糙，叶脉突出，形成粗筋暴叶。利用二氧化钛在烟叶表面所形成的保护膜来吸收或反射紫外线，能避免强光与高温对上部烟叶造成损害，从而改善上部烟叶的理化性状，达到提高烟叶质量及可用性的目的。

本发明可以用于成熟期烟叶的紫外线防护，进而保护烟叶的品质，尤其是上部烟叶的品质。

具体实施方式

对照例(空白)

在烟叶成熟期，向大田烟叶喷施等量清水或不作喷施处理。

实施例1

在烟叶成熟期，向大田喷施防护剂。防护剂由商品纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、水配置而成，其中商品纳米二氧化钛与水的重量比为0.01∶1000，六偏磷酸钠的用量为商品纳米二氧化钛质量的10％。防护剂的pH值范围为6.0。防护剂所含纳米二氧化钛为金红石型和锐钛型，纳米二氧化钛的粒径为10nm。

实施例2

在烟叶成熟期，向大田喷施防护剂。防护剂由纳米二氧化钛-羧基化生物质碳复合物、六偏磷酸钠、水配置而成，其中纳米二氧化钛-羧基化生物质碳复合物与水的重量比为0.5∶1000，六偏磷酸钠的用量为纳米二氧化钛-羧基化生物质碳复合物质量的5％。防护剂的pH值范围为6.5。防护剂所含纳米二氧化钛为金红石型，纳米二氧化钛的粒径为50nm。

实施例3

在烟叶成熟期，向大田喷施防护剂。防护剂由纳米二氧化钛-羧基化碳纳米管复合物、六偏磷酸钠、水配置而成，其中纳米二氧化钛-羧基化碳纳米管复合物与水的重量比为1∶1000，六偏磷酸钠的用量为纳米二氧化钛-羧基化碳纳米管复合物质量的3％。防护剂的pH值范围为6.2。防护剂所含纳米二氧化钛为金红石型和锐钛型，纳米二氧化钛的粒径为30nm。

实施例4

在烟叶成熟期，向大田喷施防护剂。防护剂由纳米二氧化钛-羟基化高岭土复合物、六偏磷酸钠、水配置而成，其中纳米二氧化钛-羟基化高岭土复合物与水的重量比为0.3∶1000，六偏磷酸钠的用量为纳米二氧化钛-羟基化高岭土复合物质量的4％。防护剂的pH值范围为6.0。防护剂所含纳米二氧化钛为金红石型和锐钛型，纳米二氧化钛的粒径为50nm。

实施例5

在烟叶成熟期，向大田喷施防护剂。防护剂由自制纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、水配置而成，其中自制纳米二氧化钛与水的重量比为0.5∶1000，六偏磷酸钠的用量为自制纳米二氧化钛质量的2％。防护剂的pH值范围为5.5。防护剂所含纳米二氧化钛为金红石型，纳米二氧化钛的粒径为60nm。

对喷施保护剂后的实施例5及对照例烟叶的光合特性及烤后物理性状进行了研究，得到如表1、表2所示结果。

表1不同处理对烟叶光合特性的影响

从上表来看，不同的喷施处理对烟叶的光合特性产生了影响。喷施了防护剂的处理比未喷施处理的净光合速率有所降低，整体趋势为空白>清水>防护剂，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比空白处理降低幅度最大，达到1.7μmol.m^-2.s^-1。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的气孔导度有所降低，整体趋势为防清水>空白>防护剂，其中防护剂处理和清水处理之间达到显著性差异，气孔导度降低了0.07mmol.m^-2.s^-1。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的胞间CO₂浓度有所增加，整体趋势为防护剂>空白>清水，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比清水处理增加幅度最大，达到33.45μmol.m^-2.s^-1。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的蒸腾速率有所降低，整体趋势为清水>空白>防护剂，其中各处理间差异未达到统计学意义。

整体来看，喷施了防护剂的烟叶的净光合速率，蒸腾速率和气孔导度呈降低趋势，胞间CO₂浓度却随之升高，其中净光合速率、胞间CO₂浓度二项参数中防护剂处理与清水处理、空白处理之间都达到显著性差异，说明喷施处理对光强进行了一定程度的吸收，引起同化力(即ATP和NADPH)供应不足，限制了光合碳同化。

表2不同处理对烤后烟叶物理性状的影响

从上表来看，不同的喷施处理对烤后上部烟叶的物理性状有一定影响。喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶重有所降低，整体趋势为空白>清水>防护剂，其中防护剂处理与空白处理之间达到显著性差异，叶重降低了1.67g。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶长有所增加，整体趋势为防护剂>空白>清水，其中防护剂处理比清水处理叶长增加了2.96cm，但各处理间并未达到显著性差异。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶宽有所增加，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比空白处理增加幅度最大,达到了1.67cm。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶厚有所降低，整体趋势为清水>空白>防护剂，其中防护剂处理比清水处理叶厚降低了7μm，但各处理间并未达到显著性差异。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的平衡含水率有所增加，整体趋势为防护剂>空白>清水，但各处理间并未达到显著性差异。

不同处理的含梗率没有明显规律性变化。

整体来看，喷施保护剂处理降低了烟叶的叶重和叶厚，增加了叶长、叶宽和平衡含水率，其中叶宽参数中防护剂处理与清水处理、空白处理之间都达到显著性差异。叶厚的降低和叶长叶宽的增加一定程度上改善了烤后烟叶的物理特性，提高了上部烟叶的可用性。

实施例6

在烟叶成熟期，向大田喷施防护剂。防护剂由纳米二氧化钛-氧化石墨烯、六偏磷酸钠、水配置而成，其中纳米二氧化钛-氧化石墨烯与水的重量比为1∶1000，六偏磷酸钠的用量为纳米二氧化钛-氧化石墨烯质量的5％。防护剂的pH值范围为6.0。防护剂所含纳米二氧化钛为金红石型和锐钛型，纳米二氧化钛的粒径为60nm。

对喷施保护剂后的实施例6及对照例烟叶的光合特性及烤后物理性状进行了研究，得到如表3、表4所示结果。

表3不同处理对烟叶光合特性的影响

从上表来看，不同的喷施处理对烟叶的光合特性造成影响。喷施了防护剂的处理比未喷施处理的净光合速率有所降低，整体趋势为空白>清水>防护剂，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比空白处理降低幅度最大，达到2.08μmol.m^-2.s^-1。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的气孔导度有所降低，整体趋势为防清水>空白>防护剂，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比清水处理降低幅度最大，气孔导度降低了0.09mmol.m^-2.s^-1。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的胞间CO₂浓度有所增加，整体趋势为防护剂>空白>清水，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比清水处理增加幅度最大，达到41.09μmol.m^-2.s^-1。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的蒸腾速率有所降低，整体趋势为清水>空白>防护剂，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比清水处理降低幅度最大，蒸腾速率降低了0.84μmol.m^-2.s^-1。

整体来看，喷施了防护剂的烟叶的净光合速率，蒸腾速率和气孔导度呈降低趋势，胞间CO₂浓度却随之升高，其中所有参数中防护剂处理与清水处理、空白处理之间都达到显著性差异，说明喷施处理对光强进行了一定程度的吸收，引起同化力(即ATP和NADPH)供应不足，限制了光合碳同化。

表4不同处理对烤后烟叶物理性状的影响

从上表来看，不同的喷施处理对烤后上部烟叶的物理性状有一定影响。喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶重有所降低，整体趋势为空白>清水>防护剂，其中防护剂处理与空白处理之间达到显著性差异，叶重降低了2.22g。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的含梗率有所增加，整体趋势为防护剂>空白>清水，防护剂处理比清水处理含梗率增加了0.98％，但各处理间并未达到显著性差异。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶长有所增加，整体趋势为防护剂>空白>清水，其中防护剂处理与清水处理之间达到显著性差异，防护剂处理比清水处理叶长增加了4.16cm。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶宽有所增加，其中防护剂处理与清水处理、空白处理之间达到显著性差异，以防护剂处理比空白处理增加幅度最大,达到了2.37cm。

喷施了防护剂的处理比未喷防护剂处理的叶厚有所降低，整体趋势为清水>空白>防护剂，其中防护剂处理比清水处理叶厚降低了16μm，但各处理间并未达到显著性差异。

不同处理的平衡含水率没有明显规律性变化。

整体来看，喷施保护剂处理降低了烟叶的叶重和叶厚，增加了含梗率和叶长、叶宽，其中叶宽参数中防护剂处理与清水处理、空白处理之间都达到显著性差异。叶厚的降低和叶长叶宽的增加一定程度上改善了烤后烟叶的物理特性，提高了上部烟叶的可用性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。