不同基因型烤烟化学成分与中性致香物质含量的差异性研究

顾少龙，张国显，史宏志，刘国顺，王廷晓，顾建国，谢德平

(1.河南农业大学烟草学院，河南郑州450002;2.河南中烟工业公司，河南郑州450000;3.平顶山烟草公司，河南平顶山467000)

特色优质烟叶是烤烟生产发展的重要方向，品种是形成特色烟叶最重要的条件之一.不同品种由于遗传因素不同，在不同的生态环境和栽培条件的作用下，在烟株的生长发育和烟叶的物理性状、化学成分、吸食品质与风格等方面，都有诸多的差异.遗传因素不同，烟株的生长发育、养分吸收及分配规律不同，叶片C，N代谢强度及代谢产物，化学成分的种类、数量与比例不同，进而形成不同质量风格的烟叶［1］.由于基因型受生态因子和生产条件的影响较大，因此，只有将品种特性与各地生态条件结合起来，才能发挥优良品种的生产潜力，生产出符合卷烟工业所需的优质烟叶［2，3］.烟叶化学成分是决定评吸质量和烟气特性等质量特性的内在因素.烟叶中的主要化学成分的含量及其比值，在很大程度上确定了烟叶及其制品的烟气特性，因而直接影响着烟叶品质的优劣［4］.烟叶致香物质含量与其香气质量密切相关，通过分析烟叶致香物质含量，可以对烟叶质量进行比较客观准确的评价［5，6］.烟草的香味物质的形成是一种生理生化过程，这一过程受内部的遗传基因、外部的环境条件和调制、陈化等过程的综合影响.特定的生态条件是难以通过人为因素改变的，但通过筛选适于本地区生态条件的种植品种是可以实现的.适宜的优良品种在特定地区种植则可以表现出较高的商品价值和工业可用性［7］.浓香型特色烟叶是中式卷烟的核心原料，河南省豫中地区是浓香型特色烟叶的典型代表，但近年来由于品种退化，现有主栽品种中烟100浓香型风格不突出等原因，造成浓香型风格弱化.因此品种问题成为制约豫中地区优质特色烟叶生产的主要因素，积极筛选、研究、推广浓香型风格突出的优良品种，对恢复、提高和彰显浓香型烟叶风格特色，打造优质浓香型烟叶品牌，促进中式卷烟品牌优质原料体系建设具有十分重要的意义.本试验选取9个不同基因型烤烟品种，对其烤后叶片化学成分和中性致香物质含量进行分析比较，旨在为豫中烟区烟叶生产选择适宜的栽培品种提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

以NC 297，NC 102，KRK 26，KRK 28，NC 71，NC 72，CC 402，NC 89，中烟100(ZY 100)等9个烤烟品种为参试材料.其中NC 297，NC 102，NC 71，NC 72，CC 402 从美国引进，KRK 26，KRK 28从津巴布韦引进.

1.2 试验设计

试验于2009年在平顶山市郏县茨芭乡吴洞村进行，选择土壤肥力均匀，地面平整，排灌方便，肥力中上等的、有代表性的地块进行试验.试验地前茬为烤烟，土壤 pH 值为7.13、碱解氮66.09 mg·kg-1、速效磷 7.99 mg·kg-1、速效钾 153.56 mg·kg-1、有机质 20.80 g·kg-1.

施纯氮 52.5 kg·hm-2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶2∶3，各品种处理施肥和田间管理同常规措施.所用肥料为芝麻饼肥、烟草复合肥(10-12-18)、重过磷酸钙、硝酸钾.试验采用单因子完全随机区组设计，3次重复，2009-03-06播种，采用漂浮育苗，2009-05-20移栽，每个小区种植面积330 m2，行株距为120 cm×50 cm，单株留叶20～22片，其它栽培管理措施及病虫害防治均按照当地优质烟生产技术方案要求进行，采用三段式烘烤工艺进行调制，按 GB 2635—1992《烤烟》进行分级.各品种样品取C3F 1 kg进行样品分析.

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烟叶主要化学成分的测定 采用AAⅢ型连续流动化学分析仪测定(德国BRAN+LUEBBE公司生产).

1.3.2 中性香味物质提取及定性定量分析 前处理采用“水蒸气蒸馏-二氯甲烷溶剂萃取”法.在500 mL圆底烧瓶中加入10.000 g烟样(过60目筛)、1.0 g 柠檬酸、0.5 mL 内标(302 g·mL-1硝基苯)、350 mL蒸馏水.安装同步蒸馏萃取装置，从冷凝管上方加入40 mL二氯甲烷于250 mL烧瓶中，待开始沸腾时进行同时蒸馏萃取，装置中出现分层时开始计时.2.5 h后，收集250 mL烧瓶中的有机相，加入10 g左右无水硫酸钠摇匀至溶液澄清，转移有机相到鸡心瓶，于60℃水浴浓缩有机相至1 mL左右，即得烟叶精油.所得样品由GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性.

采用HP 5890-5972气质连用仪.GC/MS分析条件，色谱柱:HP-5(60 m ×0.25 mmid ×0.25 μmdf);载气:He;流速:0.8 mL·min-1;进样口温度:250℃;传输线温度:280℃;离子源温度:177℃;升温程序:初温50℃，恒温2 min后，以2℃·min-1的速度升至120℃，5 min后2℃·min-1的速度升至240℃，保持30 min;分流比1∶15;进样量2μL;电离能70 eV;质量数范围50～500 amu;采用NIST 02谱库检索定性.假定相对校正因子为1，采用内标法定量.

2 结果与分析

2.1 不同基因型烤烟的常规化学成分含量分析

化学成分及其比值是评价烟叶内在质量的基础，也是烟叶香吃味质量的内在反映［8］.通过对不同基因型烤烟化学成分含量的检测，结果表明，常规化学成分在品种间存在广泛的变异(表1)，常规成分中钾含量的变异系数最大，说明钾含量稳定性最低，受遗传因素的影响最大;蛋白质的变异系数最小，说明其稳定性最好.不同基因型烤烟品种之间烟叶中总糖、还原糖、总氮、烟碱、蛋白质、氯含量虽有所差异，但并不十分明显，其绝大多数化学成分含量均在较适宜的范围之内.就单个成分而言，总糖含量的变化范围为210.98～339.92 g·kg-1，还原糖为 182.20 ～283.86 g·kg-1，中烟 100 的总糖和还原糖的含量最高，KRK 28的总糖和还原糖的含量最低;KRK 28的总氮含量最高、NC 102的烟碱和蛋白质含量最高，中烟100的总氮、烟碱和蛋白质含量最低，说明中烟100的烟气浓度和生理强度较其它品种小.就化学比值而言，基因型之间的差异增大，糖碱比的变异系数最大，KRK 28和中烟100的氮碱比较为适宜;糖碱比以NC 89最为适宜;除CC 402和NC 72以外，各基因型的钾氯比都大于4.

表1 不同基因型烤烟C3F的化学成分含量Table1 Chemical component contents in different genotypes of flue-cured tobacco(C3F) g·kg-1

2.2 不同基因型烤烟中性致香物质含量分析

香气是构成烟叶风格特色和质量特征的核心内容，但香气物质成分非常复杂，有些香气物质含量很少，却对烟叶香气质量贡献很大［9～14］.对不同基因型烤烟烟叶中中性致香物质的定量分析结果表明，在检测出的28种中性致香物质成分中，其中含量较高的组分有新植二烯、糠醛、茄酮、β-大马酮、香叶基丙酮等(表2).不同基因型烤烟中所含中性致香物质的种类相同，但各中性致香物质含量却有所差异.品种KRK 28中性致香物质中有 β-大马酮、3-羟基-β-二氢大马酮、巨豆三烯酮4、螺岩兰草酮、法尼基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、6-甲基-5-庚烯-2-醇、芳樟醇、糠醛、糠醇、5-甲基 -2-糠醛、3，4-二甲基 -2，5-呋喃二酮、2-乙酰基吡咯、苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇、新植二烯17种成分含量都是最高，茄酮以NC 297含量最高，NC 102的脱氢β-紫罗兰酮、苯甲醛，KRK 26中二氢猕猴桃内酯含量最高，NC 72的香叶基丙酮、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3含量最高，CC 402的氧化异佛尔酮、4-乙烯-2-甲氧基苯酚含量较高，NC 89的巨豆三烯酮1含量较高.不同基因型烤烟中性致香物质总量由高到低为KRK 28，NC 72，NC 71，KRK 26，NC 102，NC 297，CC 402，NC 89，中烟100，其中 KRK 28是中烟100的2.67倍，表明烟叶的中性致香物质含量与基因型密切相关.

2.3 不同基因型烤烟中性致香物质的分类分析

烟叶中化学成分众多，不同中性致香物质具有不同的化学结构和性质，对烟叶香气的质、量、型有不同的贡献.为便于分析不同基因型烤烟中性致香物质含量的差异，对烟叶所测定的中性致香物质按烟叶香气前体物进行了分类［1，8］，分别为类胡萝卜素类、棕色化产物类、苯丙氨酸类、类西柏烷类、新植二烯5大类.由表3可知，在中性致香物质成分中，类胡萝卜素降解产物较丰富，在不同基因型中的变异范围为35.66 ～79.36 μg·g-1，变异系数最

小，其中巨豆三烯酮是叶黄素的降解产物，对烟叶的香味有重要贡献，也是国外优质烟叶的显著特征［15，16］，KRK 28 中巨豆三烯酮含量最高.棕色化产物类致香物质也较丰富，其变幅为12.27～37.16μg·g-1，变异系数较大.以苯丙氨酸裂解产物含量最低，在基因型之间变异系数最大，为78.62%.类西柏烷是烟叶腺毛分泌物的主要成分，其降解产生的挥发性香气成分茄酮含量总体上仅低于新植二烯，其变异幅度为59.31～151.47μg·g-1.叶绿素降解产物新植二烯是含量最高的成分，在不同基因型中的变异范围为465.62～1 280.00 μg·g-1，不同基因型烤烟叶片中性致香物质总量的差异主要是由新植二烯含量不同所造成的.KRK 28的新植二烯含量最高，中烟100的含量最低，但新植二烯香气阈值较高，本身只具有微弱香气，在调制和陈化过程中可进一步降解转化为其他低分子成分［1］.KRK 28的类胡萝卜素类降解产物、棕色化产物类降解产物、苯丙氨酸裂解产物类致香物质和新植二烯的含量明显高于其他品种，品种NC 297的类西柏烷类致香物质含量最高，各类致香物质都以中烟100最低.

表2 不同基因型烤烟C3F中性致香物质含量Table2 Aroma component contents in different genotypes of flue-cured tobacco(C3F) μg·g-1

表3 不同基因型烤烟C3F中性致香物质分类分析Table3 Classification analysis of aroma component contents in different genotypes of flue-cured tobacco(C3F)μg·g-1

3 结论与讨论

烟叶化学成分种类多、结构复杂，受气候、栽培、加工等多种因素影响，各种化学成分含量和相互间比例的变化较大.有研究［17，18］认为，水溶性总糖是决定烟气甜度和醇和度的主要因素，而总氮和烟碱则反映了烟叶的生理强度和烟气浓度.糖碱比、氮碱比是评价烟气酸碱平衡的重要指标，通常作为对烟气柔和性和细腻度的评价基础，糖碱比一般以8 ～10，氮碱比一般以0.9 ～1.0 较为适宜［8］.本试验结果表明，几种化学成分在基因型间存在着广泛的变异，说明各种化学成分与基因型存在密切的关系，不同基因型烟叶中主要化学成分如总糖、还原糖、总氮、烟碱、蛋白质之间虽有所差异，但各种化学成分比值如糖碱比、氮碱比的差异更为明显，表明烟叶化学成分的协调性与基因型表现和品种地域适应性有关;研究发现钾、氯在不同基因型烤烟中的变异最大，表明在相同的栽培措施和施肥水平条件下，各个基因型烟叶中的钾、氯含量的表现并不一致，说明不同基因型品种对钾、氯的吸收能力存在着差异.本试验发现KRK 26和KRK 28吸收钾能力较强，结合田间观察这2个品种伸根期比较长，根系生长量较大，这可能与这2个品种吸收钾能力强有关.

基因型是烤烟香气的遗传基础.由于基因型不同，香气前体物代谢转化的各种致香成分的种类和含量也各不相同［1］.本试验结果表明，主要挥发性中性致香物质含量与基因型之间存在密切关系，不同基因型烤烟品种中性致香物质的种类基本相同，但含量却有较大差异.不同基因型烤烟中性致香物质总量以基因型KRK 28为最高，基因型中烟100为最低.通过对中性致香物质的分类比较，KRK 28的类胡萝卜素降解产物类、棕色化产物降解产物类、苯丙氨酸裂解产物类致香物质和新植二烯的含量明显都高于其它基因型，品种NC 297的类西柏烷类致香物质最高，各类致香物质都以中烟100最低.其中类胡萝卜素降解产物类KRK 28是中烟100的2.23倍，棕色化产物降解产物类KRK 28是中烟100的3.03倍，苯丙氨酸裂解产物类致香物质和新植二烯KRK 28是中烟100的16.22和2.75倍，类西柏烷类致香物质NC 297是中烟100的2.26倍.同类中性致香物质含量的差异，反映了不同基因型之间中性致香物质类群的差异性，这可能是导致不同基因型烤烟表现出不同的香吃味质量和风格的重要原因.但烟叶中的中性致香物质种类很多，不同的致香物质种类对烟叶香味的作用和贡献各不相同，某些物质的含量很少，但可能对烟叶香味的贡献很大，也可能是某些特征香气的重要来源［1，10，11］.因此，还需要系统探索各致香物质组分对烟叶香味的作用和贡献，并运用多种分析方法了解各组分及含量比例对烟叶香气质和香气量的影响.

中性致香物质含量的差异是导致不同基因型烤烟香味差异的主要原因，也为选育某种特定香气质量的品种提供了依据.本试验中KRK 28和NC 72的中性致香物质含量丰富，中烟100中性各类致香物质都低于其它品种，这可能是其香气量不足，浓香型风格不突出的重要原因.

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