我国八大香型生态区域烤烟游离氨基酸含量与烟叶品质的关系分析

贾国涛 王晓瑜 孙溢明 聂聪 何静宇 冯颖杰 马胜涛 崔廷 程东旭 姚倩 李悦 张子颖 王宝林 刘惠民

（1 河南中烟工业有限责任公司，450000，河南郑州；2 中国烟草总公司郑州烟草研究院，450001，河南郑州）

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，其中游离氨基酸含量与烟叶风格特征有密切的关系[1]。游离氨基酸是指以游离状态存在、未结合在蛋白质分子中的氨基酸，是烟草中重要的含氮化合物，不仅具有重要的生理功能，而且是烟叶香气的主要来源之一[2-3]。在烟叶的调制和醇化过程中，游离氨基酸与烟草中的还原糖或羰基化合物之间发生酶催化及非酶催化的棕色化反应，生成多种具有烟草香味特征的吡咯、吡哺、吡嗪和吡啶类等杂环化合物，可以赋予烟气烤焙香、坚果香和甜焦糖味，对烟气的香味有重要作用。某些氨基酸如苯丙氨酸还可自身分解成香味化合物，如苯甲醇和苯乙醇等，这些成分对烟草的香味具有重要影响[4-7]。近年来，关于烤烟游离氨基酸的研究越来越多。程昌合等[8]通过对浓香型、中间香型和清香型烤烟游离氨基酸组成和含量的差异分析，发现浓香型氨基酸含量普遍高于中间香型。李永智等[9]对9 个品种在3 个不同海拔的游离氨基酸进行分析，发现不同品种游离氨基酸含量差异明显，且随海拔的升高而增加。王树声等[10]分析了31 份烟叶游离氨基酸含量，发现丝氨酸（Ser）、甘氨酸（Gly）、缬氨酸（Val）和酪氨酸（Tyr）含量与评吸质量呈正相关，亮氨酸（Leu）、脯氨酸（Pro）和游离氨基酸总量与评吸质量呈负相关。

目前，针对不同产区、品种和海拔的烤烟游离氨基酸的研究较多，而关于我国不同生态区域烤烟游离氨基酸含量与烟叶内在品质关系的报道较少。因此，以不同香型风格烤烟生态区烟叶样品为研究对象，分析烤烟游离氨基酸含量差异及其相关性，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 试验材料

材料为2018 年全国17 个省份56 个地区共249份原料样品，包括84 个B2F（上部叶）、84 个C3F（中部叶）和81 个X2F（下部叶），依据文献[11]将全国烤烟烟叶划分为8 个香型生态区域（表1）。

1.2 测定项目与方法

取各等级样品30 片，进行去梗、烘干和粉碎处理，然后过0.30mm 筛，用于常规化学成分分析。使用连续流动分析仪（AA3，德国SEAL），由中国烟草郑州烟草研究院化学实验室按照烟草行业标准[12]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；用盐酸调节的柠檬酸锂缓冲液萃取烟叶中游离氨基酸，使用氨基酸分析仪（Biochrom 30）测定氨基酸含量[13]。

1.3 数据处理

采用Excel 2016、SPSS 22.0 和R 语言（R-4.2.1）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 不同部位烤烟游离氨基酸含量的描述性统计分析

由表2 可知，烤烟游离氨基酸含量整体表现为Pro 含量最高，其次为天冬酰胺（Asn），蛋氨酸（Met）含量最低。不同部位烤烟游离氨基酸Asn、谷氨酸（Glu）、谷氨酰胺（Gln）、Gly、丙氨酸（Ala）、赖氨酸（Lys）、组氨酸（His）和色氨酸（Trp）含量表现为上部叶＞下部叶＞中部叶，且上部叶与其他部位都存在显著性差异。中部叶苏氨酸（Thr）、异亮氨酸（Ile）和苯丙氨酸（Phe）含量显著低于其他部位。下部叶天冬氨酸（Asp）和缬氨酸（Val）含量显著高于其他部位。不同部位烤烟游离氨基酸胱氨酸（Cys）、Leu、氨基丁酸（4-Gaba）和Pro 含量都存在显著性差异，Ser和Met 含量无显著差异。上部叶、中部叶和下部叶游离氨基酸总量分别为15 555.79、11 650.82 和11 280.83μg/g。

表2 不同部位烤烟游离氨基酸含量比较Table 2 Comparison of free amino acid contents in different parts of flue-cured tobaccoμg/g

2.2 烤烟游离氨基酸相关性分析

如图1 所示，烤烟游离氨基酸主要以正相关为主，其中Thr 与Glu、Gln、Tyr、4-Gaba、Lys、His、Trp，Asn 与Glu、Gln、Leu、Phe、Lys、His、Typ、Arg，Glu 与Gln、Phe、4-Gaba、His、Trp，Gln 与Tyr、Phe、4-Gaba、Lys、His、Typ、Arg，Gly 与Ala、4-Gaba，Ala 与4-Gaba，Leu 与4-Gaba，Tyr与Phe、His、Trp，Phe 与Lys、His、Typ，4-Gaba与Lys、His、Typ，Lys 与His、Typ、Arg，His 与Typ、Arg 都为正相关关系，相关系数都不小于0.80，且都在0.001 水平上显著相关。Val 与Asn、Gln、Lys、His、Typ、Arg、Pro 为负相关关系，在0.001水平上显著相关；Ser 与Met、Val 与Leu 为极显著负相关关系（P＜0.01）；Val 与Thr、Gly、Ala、Tyr，Met 与Pro 为显著负相关关系（P＜0.05）。

图1 烤烟游离氨基酸含量相关性分析Fig.1 Correlation analysis of free amino acid contents in flue-cured tobacco

2.3 不同生态区域烤烟游离氨基酸热图分析

热图是近年来被广泛应用的一种统计方法，可以简单地聚合大量数据，将结果以一种渐进的色带直观地展现出来，能够看出数据的疏密和频率高低程度。对8 个生态区域21 种烤烟游离氨基酸含量分析（图2），从不同生态区域来看，烤烟游离氨基酸总量整体表现为Ⅳ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅷ＞Ⅴ＞Ⅵ。8 个生态区可以划分为3 类，第1 类包括南岭丘陵生态区-焦甜醇甜香型（Ⅴ）和武夷丘陵生态区-清甜蜜甜香型（Ⅵ），该类Asp、Thr、Asn、Ala、His、Arg、Pro 含量和氨基酸总量低；第2 类包括黄淮平原生态区-焦甜焦香型（Ⅳ）和沂蒙丘陵生态区-蜜甜焦香型（Ⅶ），该类Asn、Gln、Leu、Phe、Lys、His、Pro 含量和氨基酸总量高；第3 类包括东北平原生态区-木香蜜甜香型（Ⅷ）、西南高原生态区-清甜香型（Ⅰ）、黔桂山地生态区-蜜甜香型（Ⅱ）和武陵秦巴生态区-醇甜香型（Ⅲ），该类Ser 含量高，氨基酸总量处于中间水平。根据游离氨基酸含量，可以分4 类，第1 类为Arg、Lys、Gly、Leu、Ile 和Met，整体含量最低；第2 类为4-Gaba、Phe、Trp、His、Tyr、Thr 和Cys，整体含量较低；第3 类为Glu、Asp、Ser、Val、Ala、Gln 和Asn，整体含量高；第4 类为Pro 和氨基酸总量，含量最高。

图2 不同生态区域烤烟游离氨基酸含量热图Fig.2 Heatmap of free amino acid contents in flue-cured tobacco in different ecological regions

2.4 烤烟游离氨基酸与常规化学品质相关性

对烤烟游离氨基酸与常规化学品质指标进行相关性分析（图3），相关系数绝对值不小于0.4。总糖和还原糖含量与Asn、Glu、Gly、Ala、Leu、Phe、4-Gaba、Lys、His、Trp、Arg 含量及氨基酸总量呈显著负相关，与Ser 含量呈显著正相关；总氮含量与Asn、Glu、Gln、Gly、Ala、Cys、Leu、4-Gaba、Lys、His、Trp、Arg、Pro 含量及氨基酸总量呈显著正相关；烟碱含量与Gly、Arg、Pro 含量呈显著正相关；钾含量与Gln、Ala、Lys、His、Trp、Arg、Pro 含量及氨基酸总量呈显著负相关，与Val 含量呈显著正相关；糖碱比与Asn、Gly、Ala、Leu、Lys、His、Arg、Pro 含量及氨基酸总量呈显著负相关，与Ser 含量呈显著正相关；氯含量、氮碱比和钾氯比与烤烟游离氨基酸含量无显著相关性。

图3 烤烟游离氨基酸含量与常规化学品质指标的相关分析Fig.3 Correlation analysis between free amino acid contents and conventional chemical quality indexes of flue-cured tobacco

3 讨论

全国烤烟游离氨基酸总量整体表现为上部叶＞中部叶＞下部叶，Pro 含量最高，其次为Asn，Met 含量最低，这与陈文等[14]研究得出的我国主要烟区的烤烟游离氨基酸包括Pro、Ala、Asn、Arg、Asp 和Phe 结果基本一致。白宝璋等[15]通过对烤烟品种NC89 研究发现，Phe 含量随着部位的上升而逐渐上升，而Tyr 含量随部位的上升逐渐下降，与本研究中部叶Phe 和Tyr 含量最低的结果不一致，这可能是本试验烤烟品种种类多有关。烤烟游离氨基酸含量的相关性分析结果表明，烤烟游离氨基酸主要以正相关为主。

烟叶的香型风格与烤烟游离氨基酸含量密切相关[2]。本研究通过对不同生态区域烤烟游离氨基酸进行热图分析，发现烤烟游离氨基酸总量整体表现为Ⅳ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅷ＞Ⅴ＞Ⅵ。黄淮平原生态区-焦甜焦香型（Ⅳ）和沂蒙丘陵生态区-蜜甜焦香型（Ⅶ）氨基酸总量高，南岭丘陵生态区-焦甜醇甜香型（Ⅴ）和武夷丘陵生态区-清甜蜜甜香型（Ⅵ）氨基酸总量低，这与李好丽等[16]的研究结果基本一致。本研究中，Ⅷ、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ生态区Ser 含量高，而董洪旭等[2]研究表明，清香型产区的Asp 和Ser 含量较高。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ生态区属于清香型烟叶生产适宜区，烟叶质量符合工业需求，可用性高[17]。

烟叶化学成分是决定烟叶质量的内在因素，烟草及其制品的品质主要是由其内在化学成分的组成及含量决定[18]。本研究表明，总糖和还原糖含量与Ser 含量呈显著正相关，Ser 含量高的Ⅷ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ生态区烟叶总糖和还原糖含量也高[19]。杨德廉等[20]研究表明，烟草中游离氨基酸与化学派生值之间存在着一定的相关关系，其中糖碱比与Asn、Gly、Ala、Leu、Lys、His、Arg、Pro 含量及氨基酸总量呈显著负相关，与Ser 含量呈显著正相关。钾含量与Gln、Ala、Lys、His、Trp、Arg、Pro 含量及氨基酸总量呈显著负相关，与Val 含量呈显著正相关，而钾含量低不利于烟叶的燃烧性。

4 结论

全国烤烟游离氨基酸总量整体表现为上部叶＞中部叶＞下部叶，Pro 含量最高，其次为Asn，Met 含量最低。其中烤烟游离氨基酸Asn、Glu、Gln、Gly、Ala、Lys、His 和Trp 含量表现为上部叶＞下部叶＞中部叶。烤烟游离氨基酸含量主要以正相关为主。不同生态区域烤烟游离氨基酸总量整体表现为Ⅳ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅷ＞Ⅴ＞Ⅵ。不同生态区域总糖、还原糖、钾含量和糖碱比与大部分游离氨基酸含量呈负相关关系。