不同生态区域烤烟Amadori 化合物含量与烟叶品质的关系分析

王宝林，贾国涛，郑文超，陈 洋，刘 超，艾 丹，程良琨，杨欣玲，王晓瑜，李 悦，姚 倩，马一琼，杨永锋*，刘惠民*

1. 河南中烟工业有限责任公司，郑州市榆林南路16 号 450000

2. 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001

烟叶是卷烟工业的基础，不同生态区域条件下，烟叶质量风格特征存在明显差异，其中烟叶香气物质的不同是烟叶香气风格不同的重要原因［1-2］。美拉德反应是烟叶香气物质产生的重要途径之一［3］，其中Amadori 化合物是美拉德反应的中间产物，是由氨基酸和还原糖缩合进而发生分子重排形成的［4-5］。Amadori 重排产物在不同温度和pH 条件下能发生一系列复杂的反应生成多种具有芳香气味的小分子化合物和具有棕黑颜色的高分子化合物—类黑素，从而影响食品［6-7］、烟叶香味和颜色［8-9］。Amadori 化合物在通常状态下没有气味，但在卷烟燃吸过程中，能够裂解释放出对卷烟香气具有重要贡献的香味物质，如吡嗪类、呋喃类以及吡咯类化合物等［10］。陈伟等［11］、史宏志等［12］、邓小华等［13］和赵铭钦等［14］研究表明，不同生态区之间烟叶风格特色差异较大，烟叶质量特色或风格与生态条件、品种、栽培措施和调制方法等多种因素密切相关，其中，生态条件是主要影响因素［15］。王兵等［16］通过对我国西南、黄淮、东南、长江中上游和北方五大烟叶产区139 个C3F 等级烤烟烟叶样品风格特征分析，发现不同产地烟叶中香气物质存在一定差异。李玲燕等［17］对不同烤烟风格6个生态区域烤烟烟叶香气物质的研究表明，不同生态区域烟叶有14种香气物质差异显著。目前，针对不同区域香气物质的研究较多，而关于我国不同生态区域烤烟Amadori 化合物及与烟叶内在品质关系的报道则较少。为此，以不同香型风格烤烟生态区烟叶样品为研究对象，分析了Amadori 化合物含量差异及其相关性，旨在为烟叶种植区划及特色优质烟叶开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

材料为2018年全国烟叶原料样品，17个省份56个地区共 249 份样品，包括 B2F 84 个、C3F 84 个和X2F 81 个，依据文献［18］将全国烤烟烟叶划分为8个香型生态区域，见表1。

表1 烟叶样品信息Tab.1 Information on tobacco leaf samples

1.2 测定方法

各等级样品均取30片，对烟叶样品进行去梗、烘干和粉碎处理，然后过0.30 mm筛，用于常规化学成分分析。使用连续流动分析仪（AA3，德国SEAL 公司）按照烟草行业标准［19］由中国烟草郑州烟草研究院烟草化学研究室测定烟叶总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾和氯等常规化学成分含量（质量分数）；用甲醇/水混合溶液萃取，使用液相色谱-质谱联用仪（HPLC-MS/MS，4000Q-TRAP，ABI 美国应用生物系统公司）测定烟叶中Amadori化合物含量（质量分数）［20］。

1.3 数据处理

采用 Excel 2016、SPSS 22.0 和 R 语言（R-4.0.2）进行描述性统计分析、方差分析、相关性分析和热图分析。

2 结果与分析

2.1 不同部位烤烟Amadori 化合物含量的描述性统计分析

由表2 可知，烤烟Amadori 化合物整体表现为：Fru-Pro含量最高，其次为Fru-Gln，Fru-Ile含量最低。烤烟 Fru-Ser、Fru-Val、Fru-Thr、Fru-Asp、Fru-Leu、Fru-Tyr、Fru-Ile 和 Fru-Aba 含量，随着烤烟部位的降低而递增。烤烟Fru-Asn 和Fru-Ala 含量中部叶显著高于其他部位。除了Fru-Trp 和总量外均存在显著差异，上部叶、中部叶和下部叶Amadori化合物含量分别为15 931.98、15 612.44 和 15 325.21 μg/g。由图1可知，不同部位烤烟Amadori化合物总量基本服从正态分布，中部叶为偏左峰，上部叶和下部叶偏右峰，中部叶中位数最低，各部位烤烟Amadori化合物总量无显著差异。

图1 不同部位烤烟Amadori化合物总量核密度分布Fig.1 Kernel density distribution of total content of Amadori compounds in flue-cured tobacco leaves from different stalk positions

表2 不同部位烤烟Amadori化合物含量比较①Tab.2 Contents of Amadori compounds in flue-cured tobacco leaves from different stalk positions （μg·g-1）

2.2 烤烟Amadori化合物间的相关性分析

对烤烟Amadori 化合物间进行相关性分析，结果如表3 所示。烤烟Amadori 化合物之间多数表现为 正 相 关 ，其 中 Fru-Asn 与 Fru-Ala、Fru-Ser 和Fru-Aba 存 在 显 著 负 相 关 ；Fru-Gln 与 Fru-Ala、Fru-Gly、Fru-Ile 和 Fru-Aba 存 在 极 显 著负相关；Fru-Ala 与 Fru-His 存在极显著负相关；Fru-His 与Fru-Leu、Fru-Ile和Fru-Aba存在极显著负相关。

acco red tob相ds in flu ①e-cu性关 间po 的un物合ori化ad dori com Am ma烟3烤s a mo ng A表orrelation b.3 C Ta Fru-Aba 0.102 Fru-Trp 0.097 Fru-Ile 0.009 Fru-Gly 0.222**Fru-Ly s 0 0.07 Fru-Tyr 0 0.12 Fru-Leu 0.156*Fru-Asp 8**0.22 Fru-Thr 4 0.06 Fru-Val 0.138*Fru-Ser 0.114 Fru-Glu 8 0.09 Fru-His 0.174**Fru-Ph e-0.011 Fru-Ala 0.504**Fru-Gln 0.108 Fru-Asn 0.147*Fru-Pro 1标指Fru-Pro-0.137*0.288**0.011 0.024 4**0.48 3 0.09-0.046 2**0.18 2 0.05 0.005-0.160*1**0.43 0.354**8**0.47-0.125*0.500**1 Fru-Asn-0.226**0.316**-0.188**-0.273**0**0.46 1**0.34-0.124 6*0.12 4 0.09-0.039 9**0.18 3**0.80 0.619**2**0.25-0.334**1 Fru-Gln 0.742**0.094 0.510**0.665**-0.012 0.119 0.551**4**0.46 9**0.27 0.576**2**0.20-0.030-0.176**6**0.16 1 Fru-Ala 0.353**-0.223**0.332**0.568**0.512**-0.245**0.276**0.040 5**0.44 5**0.68 7**0.51 6**0.32 0.451**-0.2 38**9**0.49-0.081 1**0.55 0 0.09 0.582**-0.160*0*0.15 4**0.20 0**0.42 6**0.37 31 0.11 1 Fru-Phe Fru-His 0.223**0.343**0.137*-0.018 6**0.42 0**0.49 0.249**4**0.51 2**0.31 0.360**3**0.42 1 Fru-Glu 0.436**0.236**0.273**0.420**9**0.21 1**0.54 0.484**3**0.41 6**0.74 0.508**1 Fru-Ser 0.750**0.221**0.833**0.520**3 0.12 0**0.45 0.899**6**0.66 5**0.61 1 Fru-Val 0.532**0.118 0.520**0.551**7**0.29 5**0.57 0.590**1**0.47 1 Fru-Thr 0.621**0.149*0.520**0.341**1*0.13 4**0.57 0.564**1 Fru-Asp 0.693**0.084 0.858**0.481**3 0.06 3**0.37 1 Fru-Leu 0.285**0.384**0.314**0.229**7**0.35 1 Fru-Tyr 0.100 0.604**0.021 0.298**1 Fru-Lys 0.675**0.254**0.411**1 Fru-Gly 0.615**0.175**0.0591 1 Fru-Ile Fru-Trp 1 1）。（P＜0.0关相著显极示（P＜0.05）；**表关相著Fru-Aba 显示*表：①注

2.3 不同生态区域烤烟Amadori化合物热图分析

对 8 个生态区域 3 个部位 18 种烤烟 Amadori 化合物含量分析结果如图2 所示，从不同生态区域来看，烤烟Amadori 化合物含量整体表现为Ⅷ区＞Ⅵ区＞Ⅴ区＞Ⅰ区＞Ⅱ区＞Ⅲ区＞Ⅳ区＞Ⅶ区。8 个生态区可以划分为4 类，第1 类包括南岭丘陵生态区-焦甜醇甜香型（Ⅴ区）、武夷丘陵生态区-清甜蜜甜香型（Ⅵ区）和东北平原生态区-木香蜜甜香型（Ⅷ区），Ⅴ区、Ⅵ区和Ⅷ区Fru-Gln 和Fru-Glu 含量低，Fru-Phe 和 Fru-Asp 含量高；第 2 类包括西南高原生态区-清甜香型（Ⅰ区）和黔桂山地生态区-蜜甜香型（Ⅱ区），Ⅰ区和Ⅱ区Fru-Pro、Fru-Gln 和Fru-His 含量高，Fru-Ile 含量低；第 3 类包括武陵秦巴生态区-醇甜香型（Ⅲ区）和黄淮平原生态区-焦甜焦香型（Ⅳ区），Ⅲ区和Ⅳ区Fru-Trp 和Fru-His 含量高，Fru-Glu、Fru-Asp 和 Fru-Ile 含量低；第 4 类为沂蒙丘陵生态区-蜜甜焦香型（Ⅶ区），Ⅶ区烤烟Amadori 化合物含量整体偏低。从不同部位来看，上部叶和中部叶烤烟Amadori 化合物可以分为3类，并且分类结果一致，下部叶烤烟Amadori化合物可以分为4类。

图2 不同生态区域烤烟Amadori化合物热图分析Fig.2 Heatmap analysis of Amadori compounds in flue-cured tobacco from different ecoregions

2.4 烤烟Amadori 化合物与常规化学品质指标间的相关性

对烤烟Amadori 化合物与常规化学品质指标进行相关分析，结果如表4 所示。Fru-Pro 与烟碱呈显著正相关，与还原糖和氮碱比呈显著负相关；Fru-Asn、Fru-Gln、Fru-Ala、Fru-Asp、Fru-Lys、Fru-Gly 和Fru-Trp与烤烟常规化学品质指标均无显著相关性；Fru-Phe、Fru-Tyr、Fru-Ile 和 Fru-Aba 只与钾氯比呈显著负相关；Fru-His与总糖呈显著正相关；Fru-Glu与钾呈极显著负相关；Fru-Ser 和Fru-Thr 与氯呈极显著正相关，与钾氯比呈极显著负相关；烤烟Amadori 化合物总量与常规化学品质指标间相关性不显著。

表4 烤烟Amadori化合物与常规化学品质指标间的相关性①Tab.4 Correlations between Amadori compounds and conventional leaf chemical quality indexes

3 讨论

全国烤烟Amadori 化合物总量分析整体表现为上部叶＞中部叶＞下部叶，其中Fru-Pro 含量最高，这与白宝璋等［21］研究结果一致，这可能是烤烟Amadori 化合物与烟叶氮代谢强弱有关。但是本研究 中 烤 烟 Fru-Ser、Fru-Val、Fru-Thr、Fru-Asp、Fru-Leu、Fru-Tyr、Fru-Ile 和 Fru-Aba 含量，随着烤烟部位的降低而递增。相关研究表明，烟草生长发育过程中有些氨基酸与烟株衰老过程有密切关系，由于下部叶较早进入衰老期，导致蛋白质分解，伴随着游离氨基酸的积累，有利于后期相关烤烟Amadori 化 合 物 的 生 成［22］。 烤 烟 中 Fru-Pro、Fru-Asn 和Fru-Ala 含量中部叶显著高于其他部位，其中Pro是一种有效的渗透调节物质，对于干旱胁迫反应灵敏。Fru-Pro具有烘烤香，Fru-Asn和Fru-Ala具 有 糖 的 焦 香［23］，而 关 于 Fru-Pro、Fru-Asn 和Fru-Ala 对烤烟内在品质的影响还需进一步深入研究。

烟叶的香型风格与烤烟Amadori 化合物含量密切相关［24］，本研究中通过对不同生态区域烤烟Amadori化合物进行热图分析，发现烤烟Amadori化合物含量整体表现为Ⅷ区＞Ⅵ区＞Ⅴ区＞Ⅰ区＞Ⅱ区＞Ⅲ区＞Ⅳ区＞Ⅶ区。相关研究表明［25］，西南高原生态区-清甜香型（Ⅰ区）和武夷丘陵生态区-清甜蜜甜香型（Ⅵ区）烟叶内在质量显著高于全国平均水平。其中Ⅰ区属于烟叶生产适宜区，烟叶质量符合工业需求且可用性高［26］，表明适宜的烤烟Amadori化合物有利于烤烟的内在质量。烤烟Amadori 化合物是还原糖和氨基酸发生Maillard 反应生成的一类关键中间产物，东北平原生态区-木香蜜甜香型（Ⅷ区）烤烟Amadori化合物含量最高，这可能是Ⅷ区烟叶糖类物质含量高，烟草生育期短，有利于内在物质的积累。黄淮平原生态区-焦甜焦香型（Ⅳ区）和沂蒙丘陵生态区-蜜甜焦香型（Ⅶ区）烟叶糖类物质含量低，不利于Maillard 反应，使烤烟Amadori 化合物含量相对较低，与詹军等［27］的研究结果基本一致。这可能是由各地的土壤、气候等生态条件和农业耕作制度等诸多方面的差异造成的［24］。

烟叶化学成分是决定烟叶品质的内在因素［28］。本试验结果表明，Fru-Pro 与烟碱呈显著正相关，与还原糖和氮碱比呈显著负相关，相关研究认为，烟碱合成与有 Glu、Pro、Asp、Lys 和 Arg 有关［29］。Fru-Ser和Fru-Val与钾氯比呈显著负相关，这与杨德廉等［30］研究结果不一致，可能是由于取样部位的不同所致，本研究中相关分析的样品为B2F、C3F 和X2F，共3个部位，而文献［30］中只分析了1个部位的C2F样品。

4 结论

烤烟Amadori 化合物总量整体表现为上部叶＞中部叶＞下部叶，基本服从正态分布，其中Fru-Pro含量最高。烤烟Amadori 化合物之间多数表现为正相关。不同生态区域烤烟Amadori 化合物含量整体表现为Ⅷ区＞Ⅵ区＞Ⅴ区＞Ⅰ区＞Ⅱ区＞Ⅲ区＞Ⅳ区＞Ⅶ区。其中Fru-Pro 与氮碱比呈显著负相关；Fru-Phe、 Fru-Ser、 Fru-Val、 Fru-Thr、 Fru-Leu、Fru-Tyr、Fru-Ile和Fru-Aba与钾氯比呈负相关关系。