烟草中西柏烷类化合物的研究

余劲松 丁宁 姜东

摘要：为了保证烟草行业的可持续、高质量发展，发现并充分挖掘烟草中的高附加值产品是重要途径之一。烟草中西柏烷类化合物是一类结构新颖、特殊且具有重要生物活性的天然产物，也称西松烷或烟草烷，属单环二萜类。主要针对常见的烟草中西柏烷类的分类，现研究较多隶属于类西柏烷二萜类和西松烷型二萜类，以及这两类化合物在改善作物风味品质、抗菌、杀虫等方面的生物活性进行阐述，为烟草行业可持续高质量发展提供依据。

关键词：烟草;分类;生物活性

1引言

烟叶表面的香精油、树脂和蜡质类物质与烟叶香气密切相关，它们均是烟叶腺毛的分泌物。西柏烷二萜类化合物是烟叶腺毛分泌物，是烤烟和白肋烟表面类脂物的主要成分。Roberts[1]等首先从调制后的白肋烟中分离定性了烟叶中主要的萜烯醇类物质;α和β-2，7，11-西柏烷三烯-4.6-二醇，但在烘烤后的烟叶中含量极微，只占干重的0.001%。α和β-2，7，11-西柏烷三烯-4，6-二醇（α-CBD和β-CBD）是差向异构体，绝对构型为（1S，2E，4R，6R，7E，11E）和（1S，2E，4S，6R，7E，11E）-2，7，11-西柏烷三烯-4，6-二醇，所示为α-CBD和β-CBD的化学结构式。

2西柏烷类化合物主要分类

2.1类西柏烷二萜类

类西柏烷二萜较多地存在于烟草属植物叶片和花的表面分泌物中，主要包括西柏三烯醇和西柏三烯二醇。在植物的生长期间，尤其是采摘后期会发生生化降解，西柏烷开环产生一系列小分子香味物质。类西柏烷二萜较多地存在于烟草属植物叶片和花的表面分泌物中，主要包括西柏三烯醇（CBT-ol）和西柏三烯二醇（CBT-diol）。

2.2西松烷型二萜类

西松烷型二萜由烟叶和烟花表面的腺毛产生，和脂肪烴、脂肪醇、蜡脂、蔗糖脂和萜醇类成分存在于表面蜡状物中。西松烷型二萜多存在于烟叶和烟花的表面分泌物中，它是由4个异戊二烯单元首尾相连形成的大环二萜，其十四元环母体骨架上分3个对称甲基与1个异丙基。这种天然产物在1962年首次从烟草中发现，随后有关西松烷型化学结构和生物活性的研究多见报道。通过不断地鉴定出西柏烷类物质的立体构型和仿生实验，发现α-CBD和β-CBD是其它烟叶类西柏烷的主要代谢前体物质，很多西柏烷类次生代谢物能够通过这两种物质氧化产生。（1S，2E，4R，6R，7E，11E）-2，7，11-西柏三烯-4，6-二醇（β-CBT-二醇，化合物1）和（1S，2E，4S，6R，7E，11E）-2，7，11-西柏三烯-4，6-二醇（α-CBT-二醇，化合2）-西柏烷二萜类化合物是烟草表面其它类西柏烷二萜形成的主要前体物，在调制、发酵过程中降解产生许多种重要的香味成分。Kaneko[2]发现在有分泌腺毛的烤制烟叶中70多种化合物，包括茄酮，氧化茄酮，酮酸以及一些支链的脂肪酸等类西柏烷二萜降解产物。

3. 西柏烷类化合物主要生物活性

3.1改善作物风味品质

许多作物如薄荷、香椿、烟草等腺毛分泌物与香气关系密切，这种关系在烟草属作物上表现得尤为明显。有类西柏烷二萜是烟叶叶面分泌物的主要成分，能占到分泌物总量60%左右，并在调制后大部分降解产生茄酮及其衍生物等多种香味成分，其中茄酮本身就具有很好的香气，具有类似胡萝卜的香味和甘草、茶样芳香，经烟草的调制、陈化进一步降解后可产生对卷烟吃味有重要影响的茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮等物质，其中降茄二酮具有弱的坚果香及甜香，在卷烟中可以明显增加似可可和白肋烟一样的香味。

3.2杀菌活性

抗菌活性α-和β-CBT-二醇可以抑制烟粉虱孢子的萌发，其半数抑制浓度（IC50）分别是3.0、2.9μg/mL，抑制效果优于烟叶表面其他成分;β-CBT-二醇对葫芦科刺盘孢菌孢子的萌发也有较好的效果，IC50达到6.3μg/mL。除了抑制真菌的生长外，α-和β-CBT-二醇对细菌也有较好的抑制作用[3]，如枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和普通变形杆菌等，研究结果表明β-CBT-二醇显示出广谱抗菌的活性。

3.3杀虫活性

腺毛主要分布在植物的茎叶表面，它们的分泌物构成了一道潜在的防御害虫的壁垒，并且这种壁垒的防御性能可以通过代谢工程学的手段进行提升。Wang等在用代谢工程学手段对烟叶腺毛抗虫能力的研究中发现，通过反义基因和共抑制的手段对编码CYP450的cDNA进行下调，导致了CBT-diol的减少，同时CBT-ol得以积累增加，而植物CBT-ol的过量产生可以提高其对某些昆虫的抗性，这可能是由于CBT-ol对这些昆虫可以产生毒性所致。通常，包括CBT-ol在内的二萜和蔗糖酯是被植物表面的角质层所覆盖的，但当害虫对植株表面进行破坏时实现抗虫效果。

4应用前景及展望

在过去的研究中，种种证据表明，西柏烷类化合物在植物的天然抗虫性、杀菌等方面都具有很大的研究和应用潜力。随着人们对西柏烷类化合物代谢机理及分子调控认识的逐渐深入，一种安全的、无公害的病虫害防治新途径可能被发现。作为一类烟草潜香物质，西松烷型可以通过降解产生茄酮、茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮等多种香味物质，其降解机制、降解酶的挖掘和定向改造、降解途径中关键基因发现仍会是烟草行业的一个热点，可以为烟草中具有新用途、新功能的高附加值产品挖掘提供依据。

参考文献

[1]Roberts D L， Rowland R L. Macrocyclic Diterpenes. α-and β-4， 8， 13-Duvatriene-1， 3-diols from Tobacco1[J]. The journal of Organic Chemistry， 1962， 27（11）： 3989-3995.

[2]Kaneto H. Tobacco leaf components and tobacco flavoring[J]. Tob Res， 1980， 128： 309-316.

[3]Du Y， Hou X， Yan N， et al. Chemical basis of the fungicidal activity of tobacco extracts against Valsa mali[J]. Molecules， 2016， 21（12）： 1743.

作者简介

余劲松，男，汉族，1995年11月10日，河南信阳，本科，山东中烟有限责任公司青岛卷烟厂，（266101）研究方向：烟草中类西柏烷化学物质的作用。