成熟期烟叶质体色素与美拉德反应物含量变化及相关性分析

苏宇 张文军 杨虹琦 段美珍 辛顺佳 崔晓闯

摘要[目的]揭示影响成熟期烟叶色泽变化的质体色素与美拉德反应物含量变化的相关关系。[方法]以云烟87为材料，分析了不同部位烟叶成熟过程中质体色素、游离氨基酸、还原糖和烟碱含量的动态变化及质体色素与美拉德反应物变化的相关性。[结果]打顶后中部叶21 d内、上部叶50 d内质体色素含量的降幅较大；打顶后还原糖含量先降低，但中部烟叶打顶28 d后、上部烟叶打顶50 d后又升高；打頂后中部烟叶14 d内、上部叶10 d内游离氨基酸总量先降低后平稳。相关分析结果表明，成熟期叶绿素a以及类胡萝卜素与游离氨基酸的含量变化呈显著或极显著负相关，而类胡萝卜素与还原糖的含量变化呈极显著正相关，烟碱含量与叶绿素a、叶绿素b呈极显著负相关。[结论]通过建立烟叶颜色变化与质体色素及美拉德反应物的对应关系，可以更为客观并科学地确定不同工业企业所需烟叶原料的采收成熟度。

关键词烟叶；质体色素；美拉德反应物；相关分析

中图分类号S572文献标识码A文章编号0517-6611（2017）14-0014-04

Abstract[Objective]In order to reveal the correlation of plastid pigment content which effect color of tobacco leaves during maturity stage with Maillard reactant.[Method]Yunyan 87 was used as material to analyse dynamic changes of chloroplast pigment，total free amino acid，reducing sugar and nicotine and their content change correlation.[Result]The content of plastid pigment declined greatly after topping 21 days for middle leaves and 50 days for upper leaves.The content of reducing sugar firstly declined then rised after topping 28 days for middle leaves and 50 days for upper leaves.The content of total free amino acid firstly declined after topping 14 days for middle leaves and 10 days for upper leaves，then it came to balance.The results of correlation analysis showed that during maturity stage there was significant or extremely significant negative correlation between the content changing of chlorophyll a，carotenoid and total free amino acid.And there was extremely significant positive correlation between the content changing of carotenoid and reducing sugar.However，there was extremely significant negative correlation between the content changing of chlorophyll a，chlorophyll b and nicotine.[Conclusion]The corresponding relation between leaf color change and plastid pigment，Maillard reactant could be more objective and scientifical to determine the harvesting maturity of different industrial enterprises for raw tobacco.

Key wordsTobacco leaves； Plastid pigment； Maillard reactant； Correlation analysis

美拉德反应产物是烤烟香气成分的重要来源之一。前人研究表明[1]，参与美拉德反应的物质主要为一些羰基和氨基化合物，它们在一定温湿度条件下可生成具有烤香特征的挥发性香气物质。烟叶中也存在许多可发生美拉德反应的化合物，其中主要有还原糖和游离氨基酸等[2]，有学者认为烟碱也能参与美拉德反应[3]。烟草成熟过程中由于受到环境温湿度、细胞内pH以及含水率等条件的影响，烟叶中的羰基和氨基化合物会发生美拉德反应，生成特有的烤烟香味[4]。此外，烟叶中的叶绿素及类胡萝卜素降解产物也是烤烟重要的致香物质[5]。李旭华等[6]研究表明，烟叶成熟过程中烤烟上、中、下部烟叶的叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量均逐渐下降，且叶绿素含量下降最快，类胡萝卜素含量下降较慢，两者含量及比重的变化导致不同成熟度烟叶呈现出不同色泽。近年来，国内也有许多学者研究了烟叶成熟过程中还原糖、烟碱和游离氨基酸含量的变化。鲁艺等[7]研究认为，烟叶成熟过程中烟碱和还原糖含量呈现先增加后减少的趋势；刘荣森等[8]研究认为，烟株打顶后，烟叶中游离氨基酸总量先迅速下降，之后稍有上升。然而，成熟期可以影响烟叶色泽的质体色素含量变化与还原糖、烟碱和游离氨基酸等美拉德反应物含量的变化是否存在相关性目前鲜见报道。笔者以云烟87为材料，分析烟叶成熟期质体色素及美拉德反应物含量的动态变化及它们之间的相关性，以期揭示成熟期影响烤烟色泽变化的质体色素含量与美拉德反应物含量之间的相关关系，为探索烟叶外在表象與内在化学成分的对应关系提供理论和试验依据。

1材料与方法

1.1样品的采集试验于2016年5—7月在湖南省宁乡县横市镇进行，供试品种为云烟87。选择大田烟株长势一致的烟田进行试验，烟株于5月15日打顶，总留叶数为16片，打顶当天开始从3株烟上分别取中部第10～12片烟叶和上部第13～15片烟叶，此后每隔7 d取一次中部叶，每隔10 d取一次上部叶，直至各取样部位的烟叶采收为止，上部叶和中部叶均采集样品21份，总共采集样品42份。所有采集烟叶均立即放入烘箱，在105 ℃保持20 min进行杀青，然后烘箱温度降至80 ℃，烘1.5～2.0 h至烟叶主脉变干，冷却后去主脉，将烟叶样品装入塑料袋，密封保存备用。

1.2烟叶化学成分的测定质体色素测定采用丙酮提取分光光度计比色法[9]，游离氨基酸总量测定采用茚三酮显色比色法[10]；还原糖含量的测定参照YC/T-159-2002；烟碱含量的测定参照YC/T-160-2002。

1.3数据统计方法采用EXCEL 2016和SPSS 19.0进行试验数据处理及统计分析。

2结果与分析

2.1成熟期不同部位烟叶质体色素含量的动态变化由表1、2可知，从烟株打顶至烟叶成熟采收，中部和上部烟叶样品的质体色素含量均存在极显著差异，并且随着烟叶的成熟进程，质体色素含量逐渐下降。烟株打顶之日至打顶后21 d，中部烟叶的叶绿素a含量下降65%，葉绿素b含量下降57%，总叶绿素含量下降63%，类胡萝卜素含量下降60%。此后，烟叶质体色素的分解速度逐渐趋缓，打顶后35 d至烟叶采收，质体色素含量的变化差异不显著。从打顶之日至烟叶采收，类胡萝卜素占总叶绿素的百分比提高了16%。从烟株打顶之日到打顶后50 d，上部烟叶的叶绿素a含量下降68%，叶绿素b含量下降60%，总叶绿素含量下降66%，类胡萝卜素含量下降69%。打顶后50 d至烟叶采收，质体色素含量的变化差异不显著。从打顶之日至烟叶采收，类胡萝卜素占总叶绿素的百分比降低了4%。由此可见，成熟期烟叶的叶绿素b降解速度略慢于叶绿素a和类胡萝卜素；中部烟叶成熟采收时类胡萝卜素占总叶绿素的百分比高于上部烟叶；烟株打顶后20 d内中部烟叶质体色素即快速分解，而上部烟叶打顶后50 d叶绿素的含量仍高于中部烟叶打顶后35 d的叶绿素含量，说明上部烟叶质体色素的降解速度慢于中部烟叶。

2.2成熟期不同部位烟叶美拉德反应物含量的动态变化由图1可见，打顶后中部叶还原糖含量持续下降，但打顶28d后还原糖含量又有所升高；打顶后中部叶总游离氨基酸含量也呈现下降趋势，但打顶14 d后总游离氨基酸含量有所上升并逐漸趋于平稳；打顶后中部叶烟碱含量持续升高直至烟叶采收。由图2可见，打顶后上部烟叶还原糖含量也呈现下降趋势，并且打顶20 d后还原糖含量趋于平稳，打顶50 d后还原糖含量又有所升高，但采收的上部烟叶的还原糖含量明显低于中部烟叶；打顶后上部烟叶总游离氨基酸含量也略有下降，并且打顶后10 d总游离氨基酸含量趋于平稳，采收烟叶的总游离氨基酸含量略低于中部烟叶；与中部烟叶相同，打顶后上部烟叶烟碱含量持续升高，并且其采收烟叶的烟碱含量显著高于中部烟叶。由此可见，中部烟叶主要美拉德反应物的含量均高于上部烟叶，因而有利于其烘烤过程中发生美拉德反应形成烤香。上部烟叶烟碱高将导致烟气刺激性过大，并掩盖其烤烟香气。

2.3成熟期不同部位质体色素与烟叶美拉德反应物含量变化的相关性由表3可知，成熟期烟叶中的叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素占总叶绿素的百分比变化均呈极显著负相关；还原糖与类胡萝卜素含量呈极显著正相关；游离氨基酸含量与叶绿素a以及类胡萝卜素呈显著或极显著负相关；烟碱含量与叶绿素a、叶绿素b呈极显著负相关；烟碱含量与还原糖含量之间也呈现出极显著负相关。质体色素与美拉德反应物之间之所以存在相关性，是因为叶绿素与游离氨基酸均为含氮化合物，因而在成熟过程中二者含量呈现相同升高或降低的变化。类胡萝卜素与还原糖都为含碳化合物，而且类胡萝卜素是还原糖分解代谢的次生产物，因而在烟叶成熟过程中随着类胡萝卜素的不断分解，对还原糖的需要量减少，所以成熟后期烟叶还原糖含量逐渐升高。但成熟后期烟叶还原糖含量的升高还与其呼吸速率衰减、叶绿体中淀粉积累达到饱和、根系停止生长及吸收养分功能丧失等因素导致光合产物葡萄糖的利用受阻有关。

3结论与讨论

成熟度是衡量大田烟叶采收质量的重要因素之一，判定烟叶是否达到适熟的成熟度通常是以烟叶颜色的变化为依据，而烟叶颜色变化的本质是其组织内质体色素含量发生变化的外观反映[11]。该研究结果表明，成熟过程中烟叶色泽的转变与叶绿素、类胡萝卜素等质体色素的分解密切相关。不同部位烟叶叶绿素含量及类胡萝卜素含量均呈下降趋势，且类胡萝卜素含量下降幅度小于叶绿素，这与李佛琳等[12]研究结果一致。成熟期不同部位烟叶还原糖含量均呈现先下降后升高的变化趋势，与黎娟等[13]的研究结果一致。许威等[14]研究认为，打顶措施消除了烟株自身顶端优势，导致烟株主要生长中心由茎尖转移到根尖，促进了糖类等营养物质向根部运输；杨虹琦等[15]研究认为，打顶能刺激上部叶和中部叶的光合产物向淀粉的转化，成熟打顶后一段时间内上部叶和中部叶的还原糖含量下降；而成熟后期还原糖含量的上升是由于打顶导致激素的刺激效应降低，甚至消失所致。同时，笔者认为，打顶后烟株根系逐渐衰老，对还原糖的利用能力减退，叶片叶绿体中淀粉的积累已达到饱和，进而使叶片光合产物还原糖在细胞液中重新积累，导致烟叶还原糖含量有所升高。成熟期不同部位烟叶游离氨基酸总量在打顶后呈下降趋势，与细胞分裂素刺激烟叶面积扩增，氨基酸作为合成蛋白质的原料被利用有关。随着烟株根系衰老及细胞分裂素合成能力衰减，叶面积停止增大，氨基酸的合成与消耗达到平衡，其含量变化趋于稳定。韩锦峰等[16]研究认为，打顶促进了烟株气根的萌发，增加了根的数量和密集度，促进烟株吸取更多的水分和养分来合成烟碱和氮素。Baldwin等[17]研究认为，打顶致使烟株的受伤组织中与合成烟碱有关的信号被激活，进而促进烟株根系合成烟碱。

相关分析结果表明，成熟期烟叶中的叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素占总叶绿素的百分比变化均呈极显著负相关；还原糖与类胡萝卜素含量呈极显著正相关；游离氨基酸含量与叶绿素a以及类胡萝卜素呈显著或极显著负相关；烟碱含量与叶绿素a、叶绿素b呈极显著负相关； 烟碱含量与还原糖含量之间呈极显著负相关，與刘智炫等[18]的研究结果一致。由于烟叶成熟过程中绿色的消减与叶绿素大量分解及类胡萝卜素占叶绿素百分比的变化密切相关，因而人们可以通过建立不同成熟度烟叶的颜色与美拉德反应物及感官评吸质量的对应关系或数学模型，来制定更为客观、科学、合理的判定烟叶成熟度的标准。只有把烟叶外观颜色的变化与其香气前体物含量及香气风格特征的变化规律联系起来，才能目标明确地选择烟叶适宜采收成熟度，并使烟叶可用性的提高更符合不同卷烟企业原料的需求。有关烟叶成熟过程中颜色及质体色素含量变化与其他香气前体物含量以及烟叶香气风格之间的相关性还有待进一步深入研究。

参考文献

[1] 史宏志，刘国順.烟草香味学[M].北京：中国农业出版社，2011：153-157.

[2] 章平，陈树琳，秦军，等.氨基酸和还原糖类反应的研究[J].贵州工学院学报，1996，25（4）：90-93.

[3] 陈文俊.烟叶烘烤过程中与美拉德反应相关化合物分析[D].长沙：湖南农业大学，2010.

[4] 孙力，胡群，缪明明.果糖与精氨酸反应体系-美拉德反应产物的研究及应用[J].云南烟草，1998（3）：78-80.

[5] 周冀衡，王勇，邵岩，等.产烟国部分烟区烤烟质体色素及主要挥发性香气物质含量的比较[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2005，31（2）：128-132.

[6] 李旭华，扈强，潘义宏，等.不同成熟度烟叶叶绿素含量及其与SPAD值的相关分析[J].河南农业科学，2014，43（3）：47-52.

[7] 鲁艺，李虎林，姬文秀，等.烤烟不同成熟度叶片外观性状特征与化学成分变化规律的研究[J].安徽农业科学，2008，36（35）：15550-1555.

[8] 刘荣森，张长水，李建娥，等.烤烟成熟进程中游离氨基酸含量的变化[J].河南科技大学学报（自然科学版），2010，31（6）：66-69.

[9] 邹琦.植物生理生化实验指导[M].北京：中国农业出版社，1985：89-93.

[10] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2006：192-194.

[11] 韩锦峰.烟草栽培生理[M].北京：中国农业出版社，2003：232-233.

[12] 李佛琳，赵春江，王纪华，等.不同成熟度烤烟鲜叶的高光谱响应及其判别分析[J].福建农林大学学报（自然科学版），2008，37（6）：565-569.

[13] 黎娟，周清明，杨虹琦，等.烤烟成熟进程中主要化学成分的变化[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2006，32（3）：241-244.

[14] 许威，彭耀东，何宽信.烤烟打顶后吸氮过旺的不良影响及调控措施[J].中国烟草科学，2003，24（4）：43-45.

[15] 杨虹琦，周冀衡，罗泽民，等.不同时期打顶对烤烟内在化学成分的影响[J].湖南农业科学，2004（4）：19-22.

[16] 韩锦峰，宫长荣，王瑞新，等.烤烟叶片成熟度的研究：Ⅰ.烤烟叶片成熟和衰老过程中某些生理生化变化的研究[J].中国烟草，1990（1）：9-13.

[17] BALDWIN I T，SCHMELZ E A，OHNMEISS T E.Woundinduced changes in root and shoot jasmonic acid pools correlated with induced nicotine synthesis in Nicotiana sylvestris Spegazzini and Comes[J].Journal chemical ecology，1994，20（8）：2139-2157.

[18] 刘智炫，周清明，黎娟，等.湖南浓香型烟叶化学成分与物理性状相关性分析[J].中国农业科技导报，2016，18（1）：129-135.