烤烟游离氨基酸区域性差异及其与外观品质关系

董洪旭，周 芸，黄善松，奚家勤，朱 静，牟文君，郭建华，宋纪真*，李小兰*

(1.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南 郑州 450001；2.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530000)

烤烟游离氨基酸区域性差异及其与外观品质关系

董洪旭1，周 芸2，黄善松2，奚家勤1，朱 静2，牟文君1，郭建华1，宋纪真1*，李小兰2*

(1.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南 郑州 450001；2.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530000)

【目的】为探索烤烟游离氨基酸与外观品质的关系。【方法】利用6个省份不同质量档次的186份烟叶样品，分析了各产区游离氨基酸含量与组成的差异性，并进行游离氨基酸指标与外观品质的简单相关分析。【结果】①各类游离氨基酸含量与组成在不同产区间差异较大，游离氨基酸总量以河南、四川较高，贵州、湖南居中，福建、辽宁较低；②同产区不同质量样品各游离氨基酸指标变异系数大多超过10 %，部分超过40 %；③一定范围内，随着烟叶颜色的加深，酸性、芳香族和脂肪族氨基酸比例降低，亚氨基酸比例升高；随着烟叶油润感变差、色度变弱，芳香族氨基酸比例以及酸性、碱性、脂肪族氨基酸含量和比例升高，亚氨基酸比例降低。【结论】烤烟烟叶游离氨基酸含量与组成存在明显的区域分布特征；同一产区内，烤烟烟叶的颜色深浅、油润感和色度强弱与其游离氨基酸含量及组成存在一定的相关性。

烤烟；游离氨基酸；区域差异；外观品质

【研究意义】烟叶外观品质是烟叶化学成分的综合表现[1]，游离氨基酸是烟叶中重要的含氮化合物，明确其与外观品质之间的相关性，对于通过化学成分评价烟叶原料质量、完善烟叶质量评价方法具有重要意义。【前人研究进展】目前，关于烟叶主要化学成分与外观品质的关系已有较多报道，如孙平等[2]认为随颜色加深，烟叶烟碱、总氮、氯离子含量显著升高，钾氯比显著下降，随烟叶油分增加，烟叶烟碱含量显著增加；陈黎等[3]发现总糖含量与颜色、油分显著正相关，与身份极显著正相关；孙敏等[4]认为烟叶总氮、总糖、烟碱含量与烟叶外观质量各项指标关系最密切，而王健林[5]则认为总氮、总糖、还原糖、钾、淀粉含量与各外观指标间相关性显著。综上可发现，化学成分与烟叶外观品质关系密切，但不同研究中相关性强的化学成分和品质指标并不一致，这可能是研究材料的区域差异造成的；此外，游离氨基酸是美拉德反应底物之一，它与糖类发生美拉德反应生成多种香味成分及深色产物[6]，可能与烟叶颜色等外观品质有一定的关联，但国内关于游离氨基酸与烟叶品质的相关性研究多集中于感官品质方面[7-9]，对于游离氨基酸与外观品质的相关性未见报道。【本研究切入点】本文采集西南、黄淮、东南和北方种植区6个省份的烟叶样品，制备不同外观特征的烟叶样品，分析了我国不同烤烟主产区烟叶游离氨基酸的区域差异，并分析不同典型产区游离氨基酸与外观品质的相关性，【拟解决的关键问题】为分区域调控游离氨基酸含量和组分、改善烟叶外观品质提供理论支撑和依据，对指导烤烟生产和完善烟叶质量评价体系有重要意义。

1 材料与方法

1.1 产区质量梯度烟叶样品采集与制备

采集我国西南(贵州遵义、四川凉山)、黄淮(河南许昌)、东南(福建三明、湖南郴州)和北方(辽宁铁岭)4类烟草种植区[10]6个产区的中、上部调制后未分级烟叶，由烟叶分级专家根据烟叶分级国标规定的品质因素，制备不同档次(如颜色制备深桔黄、桔黄、柠檬黄、杂色、微带青，成熟度制备成熟、尚熟等)的烟叶样品186个，各产区27～38个不等，基本涵盖了各产区烟叶可能出现的各种质量档次。

1.2 游离氨基酸测定方法

按照YC/T 31-1996[11]的规定处理烟叶样品，所得试样按照YC/T 282-2009[12]规定的方法，使用氨基酸自动分析仪(Hitachi 8900，日本)测定游离氨基酸的含量，具体如下：称取1 g烟末(精确至0.0001 g)于100 mL磨口三角瓶，准确加入0.005 mol/L盐酸溶液50 mL，超声萃取30 min，经离心、过滤后，样品液上机检测。

氨基酸的化学性质与其官能团以及侧链基团密切相关，据此可将氨基酸划分为不同类别，相同类别氨基酸化学性质相似。本研究检测出烟叶中21种游离氨基酸，可划分为酸性氨基酸(天门冬氨酸、谷氨酸)、碱性氨基酸(赖氨酸、精氨酸、组氨酸)、亚氨基酸(脯氨酸)、含硫氨基酸(胱氨酸)、芳香族氨基酸(苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸)、脂肪族氨基酸(丙氨酸、β-丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬酰胺、β-氨基异丁酸、γ-氨基正丁酸)共6类氨基酸，再根据各分类含量与总量计算6类氨基酸的组成比例。

1.3 烟叶外观品质评价方法

参照郑州烟草研究院制定的外观品质评价体系[13]，由具有专业分级技术资质人员对颜色、成熟度、结构、身份、油分、色度6项指标进行定性和量化，并参照中国烟草种植区划[10]确定的各指标权重计算烟叶外观品质总分；上述颜色指标为烟叶颜色深浅和纯正度的综合指标，因此为探究游离氨基酸与烟叶颜色深浅的关系，单独设置色域指标，但该指标分值不计入总分。具体评价标准见表1。

1.4 数据分析方法

1.4.1 烟叶游离氨基酸分析 使用SPSS 19.0软件，采用方差分析和多重比较(最小显著差异法)分析不同产区烟叶游离氨基酸含量和组成的差异。

1.4.2 游离氨基酸与外观品质相关性分析 使用Excel软件，分析同产区烟叶游离氨基酸含量与组成的变异系数；使用SPSS 19.0软件，对福建、河南和贵州中、上部烟叶游离氨基酸指标与外观品质指标进行简单相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同产区烤烟游离氨基酸含量与组成

由表2看出，各产区烟叶中含量最高的氨基酸种类均为亚氨基酸类(脯氨酸)，脂肪族氨基酸含量次之。不同产区烤烟各类型游离氨基酸含量及总量存在显著差异，其各指标变异系数均偏高，其中碱性氨基酸、酸性氨基酸和芳香族氨基酸含量在两部位变异系数均超过55 %。综合两部位结果，游离氨基酸总量以河南、四川产区最高，显著高于其他产区，其中河南产区除含硫氨基酸外的其他氨基酸含量均显著较高，四川产区的碱性氨基酸、亚氨基酸含量显著较高。辽宁、福建产区烟叶的游离氨基酸总量相对较低，其中辽宁产区的芳香族氨基酸含量显著较低，福建产区的亚氨基酸含量显著较低，但含硫氨基酸含量显著较高。

不同产区烟叶游离氨基酸组成比例见表3。各产区均为亚氨基酸(脯氨酸)比例最高，脂肪族氨基酸次之。各类型游离氨基酸的组成在不同产区间差异显著，含硫氨基酸比例在两部位变异系数均超过55 %。综合两部位结果，福建产区烟叶的含硫氨基酸和脂肪族氨基酸比例均高于其他产区，但亚氨基酸比例显著低于其他产区；河南产区的碱性氨基酸比例显著高于其他产区，含硫氨基酸比例相对较低；辽宁产区烟叶的芳香族氨基酸比例显著低于其他产区。

2.2 烤烟游离氨基酸与外观品质的关系

2.2.1 不同外观品质烟叶游离氨基酸的变异 同一产区不同外观品质烟叶的各类游离氨基酸含量与组成存在一定程度变异(表4～5)，以福建碱性氨基酸含量的变异程度最大，变异系数高达82.4 %。除亚氨基酸含量和比例、脂肪族氨基酸比例之外，其它含量与组成指标在各个产区内中、上部位的变异系数均大于10 %，属于中等变异强度，其中酸性、芳香族、脂肪族氨基酸含量以及碱性、含硫氨基酸含量和比例在部分产区内的变异系数超过40 %。不同外观品质烟叶游离氨基酸含量和组成的变异较大，烟叶外观品质可能与游离氨基酸存在关联。

2.2.2 游离氨基酸指标与外观品质相关性分析 以变异分析为基础，选取福建、贵州和河南3个游离氨基酸指标变异较大的典型产区，进行氨基酸指标与外观品质指标间的简单相关分析，结果见表6～8。

表2 不同产区烤烟游离氨基酸含量差异分析Table 2 Differences of free amino acid content in flue-cured tobacco from different producing areas (mg/g)

注：小写字母表示差异在(P<0.05)水平显著，下同。
Note:Lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.The same as below.

表3 不同产区烤烟游离氨基酸组成比例差异分析Table 3 Differences of free amino acid composition in flue-cured tobacco from different producing areas (%)

表4 各产区不同外观品质烟叶游离氨基酸含量变异分析Table 4 Analysis on the variation of free amino acid content in tobacco leaves with different appearance quality in different producing areas ( %)

由表6～8看出，3个产区氨基酸指标与外观品质指标均存在较强的相关性，且大多数指标间呈负相关，少数为正相关；不同产区间，同一对指标的相关系数大小及显著性水平不完全一致，福建烟叶两组指标间的相关性明显强于贵州和河南烟叶；氨基酸组成指标与外观品质的相关性要强于含量指标。

总体来看，3个产区均以色域、油分、色度与氨基酸指标的相关性最为突出，具体表现为：各产区色域分值均与X8(酸性氨基酸比例)、X12(芳香族氨基酸比例)和X13(脂肪族氨基酸比例)呈较强的负相关，与X10(亚氨基酸比例)呈较强的正相关；各产区油分、色度分值均与X1(酸性氨基酸含量)、X2(碱性氨基酸含量)、X6(脂肪族氨基酸含量)、X8(酸性氨基酸比例)、X9(碱性氨基酸比例)、X12(芳香族氨基酸比例)和X13(脂肪族氨基酸比例)呈较强的负相关，与X10(亚氨基酸比例)呈较强的正相关，且油分分值与X8(酸性氨基酸比例)、X10(亚氨基酸比例)、X12(芳香族氨基酸比例)和X13(脂肪族氨基酸比例)的正、负相关性在各产区中、上部叶均达显著或极显著水平。

不同产区游离氨基酸与外观品质间也存在其独特的相关性规律：福建烟叶的颜色、成熟度及外观总分均与X1(酸性氨基酸含量)、X2(碱性氨基酸含量)、X5(芳香族氨基酸含量)、X6(脂肪族氨基酸含量)、X7(氨基酸总量)、X9(碱性氨基酸比例)和X12(芳香族氨基酸比例)呈极显著负相关；贵州烟叶的身份分值与X8(酸性氨基酸比例)呈显著负相关；河南烟叶的油分、色度分值与X4(含硫氨基酸含量)呈显著正相关。

表5 各产区不同外观品烟叶游离氨基酸组成变异分析Table 5 Analysis on variation of free amino acid composition in tobacco leaves with different appearance quality in different producing areas ( %)

表6 福建烟叶游离氨基酸指标与外观品质的相关性Table 6 Correlation between free amino acid indices and appearance quality of tobacco leaves in Fujian

续表6 Continued table 6

注：X1表示酸性氨基酸含量，X2表示碱性氨基酸含量，X3表示亚氨基酸含量，X4表示含硫氨基酸含量，X5表示芳香族氨基酸含量，X6表示脂肪族氨基酸含量，X7表示氨基酸总量，X8表示酸性氨基酸比例，X9表示碱性氨基酸比例，X10表示亚氨基酸比例，X11表示含硫氨基酸比例，X12表示芳香族氨基酸比例，X13表示脂肪族氨基酸比例；*表示相关性在5 %水平显著，**表示相关性在1 %水平显著，下同。
Notes:X1represents acid amino acid content,X2represents basic amino acid,X3represents imino acid content,X4represents the sulfur amino acid content,X5represents aromatic amino acid,X6represents aliphatic amino acid content,X7represents total content,X8represents the proportion of acidic amino acid,X9represents the proportion of basic amino acids,X10represents the proportion of imino acid,X11represents the proportion of sulfur amino acid,X12represents the proportion of aromatic amino acid,X13represents the proportion of aliphatic amino acid; * indicates that the correlation is significant at the 5 % level,* *indicates that the correlation is significant at the 1 % level.The same as below.

表7 贵州烟叶游离氨基酸指标与外观品质的相关性Table 7 Correlation between free amino acid indices and appearance quality of tobacco leaves in Guizhou

表8 河南烟叶游离氨基酸指标与外观品质的相关性Table 8 Correlation between free amino acid indices and appearance quality of tobacco leaves in Henan

3 讨 论

(1)各类游离氨基酸含量与组成比例在不同产区间差异较大，区域特征明显，这与陈文等[14]、李好丽等[15]的结果一致。游离氨基酸总量以河南、四川较高，贵州、湖南居中，福建、辽宁较低。除含硫氨基酸外，河南产区的其他氨基酸含量以及碱性氨基酸比例均较高；四川产区的碱性氨基酸、亚氨基酸含量显著较高；辽宁产区的芳香族氨基酸含量及比例显著较低；福建产区的亚氨基酸含量与比例显著较低，但含硫氨基酸含量与比例、脂肪族氨基酸比例均显著较高。各产区烟叶游离氨基酸含量与组成也存在共性，均以亚氨基酸(脯氨酸)的含量与组成比例最高，这与王娟等[16]、赵田等[17]结果一致。

游离脯氨酸是一个极其重要的逆境生理指标，主要起调节细胞液渗透压的的作用，干旱等逆境胁迫可以引起脯氨酸质量分数的明显提升[18]。氨基酸总量最高的河南许昌，其年均雨量较丰富，但在5-6月烟株旺长期降水量较小，常发旱灾，反观氨基酸总量最低的福建三明，其4-9月烟株整个生长期间降水充沛[10]，对比可知：烟株响应干旱等胁迫引发的脯氨酸积累是形成游离氨基酸总量区域差异的重要原因。此外，栽培措施、烘烤参数对游离氨基酸含量也有较大影响[19-22]，各产区在常年生产中，因地制宜形成的各具特征、相对稳定的栽培和烘烤技术也是造成上述区域差异的原因。由于游离氨基酸含量与组成的区域差异性，在进行相关的分析时，需区分不同产区、不同部位。

(2)同产区不同外观品质的烟叶样品游离氨基酸含量及组成有一定程度的变异，预示烟叶外观品质可能与游离氨基酸存在关联，且相关性可能因产地不同而不同。此外，各类氨基酸含量与组成在产区间的变异远大于产区内的变异，说明生态环境对烟叶游离氨基酸有更大程度的影响。

(3)简单相关分析发现，烟叶色域、油分和色度指标得分与游离氨基酸相关性突出：酸性、芳香族和脂肪族氨基酸比例越高，烟叶颜色越浅；芳香族氨基酸比例以及酸性、碱性、脂肪族氨基酸含量和比例越高，烟叶油润感越差，色度越弱；亚氨基酸比例越高，烟叶颜色越深，油润感越好，色度越强。综合3个产区结果筛选出的上述规律相较于针对某个一产区得来的规律更具代表性，但由于游离氨基酸的区域差异较大，因产区不同，其游离氨基酸与外观品质间也有独特的相关性规律。

在烟叶烘烤过程中，游离氨基酸与还原糖发生美拉德反应，生成各种挥发性、半挥发性的香气成分以及褐色的类黑精(Melanoidin)[6]，在一定程度上美拉德反应越剧烈，烟叶品质相对越好，颜色越深，这可能是多数游离氨基酸与外观品质呈负相关的原因。Ashoor依据美拉德反应的程度将氨基酸的反应活性划分为高、中、低3档，高活性的氨基酸多为碱性，低活性氨基酸多为酸性，脯氨酸属于中等活性[23]，由于烟叶中亚氨基酸(脯氨酸)含量占总量的40 %～70 %，酸性氨基酸仅占8 %以下，因此尽管亚氨基酸的反应速度快于酸性氨基酸，但一定范围内，亚氨基酸含量降低，其比例反而升高，且反应越剧烈其比例越高，这可能是亚氨基酸比例与外观品质正相关的原因。

(4)综合两部分分析结果，各产区在烟叶生产中，应根据实际情况和自身特点，调控烟叶游离氨基酸含量，调节各类游离氨基酸比例，以改善烟叶外观品质。

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RegionalDifferencesofFreeAminoAcidsandRelationshipbetweenFreeAminoAcidandAppearanceQualityofFlue-curedTobacco

DONG Hong-xu1,ZHOU Yun2,HUANG Shan-song2,XI Jia-qin1,ZHU Jing2,MU Wen-jun1,GUO Jian-hua1,SONG Ji-zhen1*,LI Xiao-lan2*

(1.Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC,Henan Zhengzhou 450001,China; 2.China Tobacco Guangxi Industrial Co.,Ltd.,Guangxi Nanning 530000,China)

【Objective】The present paper was conducted to explore the relationship between the free amino acid and the appearance quality of flue-cured tobacco.【Method】The differences of content and composition of free amino acid of186 samples in different producing areas of six different provinces were analyzed,and the simple correlation analysis between free amino acid indices and appearance quality was carried out.【Result】(i)The content and composition of free amino acids in different areas were very different.The total free amino acids in Sichuan and Guizhou were higher,Hunan and Henan were in the middle,and Fujian and Liaoning were relatively lower.(ii)In the same area,the variation coefficients of free amino acid indices of different quality samples were more than 10 %,some of them more than 40 %.(iii) Within a certain range,with the leaf color deepened,the proportion of acidic amino acid,aromatic amino acid and aliphatic amino acid were decreased,and the proportion of imino acid was increased; With the decrease of oil and chroma,the proportion of aromatic amino acid as well as the content and proportion of acidic amino acid,basic amino acid and aliphatic amino acid were increased,and the proportion of imino acid was decreased.【Conclusion】The content and composition of free amino acids in flue-cured tobacco leaves showed obvious regional distribution; In the same area,the color,oil and chroma of tobacco leaves were related to the content and composition of free amino acids.

Flue-cured tobacco; Free amino acids; Regional difference; Appearance quality

1001-4829(2017)4-0937-08

10.16213/j.cnki.scjas.2017.4.036

2016-09-10

中国烟草总公司科技重点项目“蛋白质和游离氨基酸在烟叶质量评价中的应用及主要影响因素研究”(122014AA0610)

董洪旭(1991-)，男，山东枣庄人，硕士研究生，研究方向：烟草农业，E-mail:dhX9192@163.com，*为通讯作者：宋纪真，研究员，E-mail：songjz701@sohu.com；李小兰，高级工程师，E-mail：xiaolan-dg@163.com

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(责任编辑 陈 虹)