结构优化对不同叶位烟叶品质及挥发性物质含量的影响

向羽 周成 黄楚天 何辉 柳洪入

摘要 ［目的］研究結构优化对不同部位烟叶总酚、总黄酮、类胡萝卜素及挥发性物质含量的影响，寻求一种能有效提高烟草品质的烟草种植优化技术，为提高烟草香气品质，提升卷烟质量提供一定的理论和技术依据。［方法］以云烟87为材料，在种植基地对烟叶进行结构优化处理（将烟株最下端3片和最上端3片摘除），分析评价结构优化处理对不同部位烟叶总酚、总黄酮、类胡萝卜素及挥发性物质含量的影响。［结果］结构优化处理提高了烟叶中总酚和黄酮含量。烟草经结构优化处理后，第6、8、12、14叶位总酚含量相比对照分别提高了30.00%、21.70%、13.10%和5.00%，第4、10、12叶位烟叶中总黄酮含量也显著高于对照。通过SPME-GC-MS共检测到22种主要的挥发性物质，结构优化处理有效提高了烟叶中类胡萝卜素含量，不同叶位中以类胡萝卜素为前体合成的香气物质香叶基丙酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯和巨豆三烯酮等物质含量均受结构优化处理的影响，且不同的叶位影响程度不同。［结论］结构优化处理可有效提高不同叶位烟叶烤后总酚、总黄酮、类胡萝卜素含量，提升烟叶品质，其挥发性物质含量也被显著提高，可为提高烟草香气品质，提升卷烟质量提供一定的理论和技术依据。

关键词 烟草；结构优化；烟叶品质；香气成分

中图分类号 S572  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0015-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.004

Effect of Structural Optimization on Quality and Aroma Component Content of Tobacco Leaves with Different Leaf Positions

XIANG Yu1，ZHOU Cheng2，HUANG Chu-tian2 et al

（1.China Tobacco Hubei Industrial Co.，Ltd.，Enshi，Hubei 445000;2.Hubei Aromatic Tobacco Co.，Ltd.，Enshi Branch，Enshi，Hubei 445000）

Abstract ［Objective］ To study the effects of structure optimization on the contents of total phenols，total flavonoids，carotenoids and aroma components in different parts of tobacco leaves，and to seek a tobacco planting optimization technology that can effectively improve tobacco quality，so as to provide certain theoretical and technical basis for improving tobacco aroma quality and cigarette quality.［Method］ Tobacco leaf was used as material in the planting base for structural optimization treatment （the bottom 3 pieces and the top 3 pieces of tobacco were removed），and the effects of structural optimization treatment on the contents of total phenols，total flavonoids，carotenoids and aroma components in different parts of tobacco leaf were analyzed and evaluated.［Result］Structural optimization treatment increased the total phenolic and flavonoid contents in tobacco leaves.After structural optimization treatment，the total phenolic content in tobacco leaves at 6，8，12 and 14 positions was increased by 30.00%，21.70%，13.10% and 5.00%，respectively，compared with the control，and the total flavonoid content in tobacco leaves at 4，10 and 12 positions was also significantly higher than that of the control.A total of 22 main volatile substances were detected by SPME-GC-MS，and the structure optimization treatment effectively increased the carotenoid content in tobacco leaves.The contents of aroma substances synthesized from carotenoids as precursors were all affected by the structure optimization treatment.And the influence degree of different leaf position is different.［Conclusion］Structure optimization treatment can effectively increase the contents of total phenol，total flavone and carotenoid in cured tobacco leaves of different leaf positions，improve the quality of tobacco leaves，and significantly increase the content of aroma components，which provides a certain theoretical and technical basis for improving the aroma quality of tobacco and cigarette quality.

Key words Tobacco;Structure optimization;Tobacco leaf quality;Aroma component

作者简介 向羽 （1986—），男，湖北恩施人，农艺师，硕士，从事烟叶原料评价及质量控制研究。*通信作者，助理研究员，博士，从事农产品加工与贮藏研究。

收稿日期 2023-07-04

烟草是我国重要的经济作物，是我国出口最多的农产品之一，在我国税收来源中占据重要地位。数据表明，我国2018年烤烟种植面积达 89.87万hm2，主要种植于云南、河南、贵州和山东等地。烟叶是卷烟工业的基础，其品质的优劣严重影响着卷烟产品质量的好坏［1-2］。烟叶品质不仅与烟碱、酚类、黄酮类、糖、钾等常规成分有关，还与烟叶香气成分有关。烟叶香气是烟叶的主要特色指标，是衡量烟叶质量和可用性的重要因素，是评价烟叶及卷烟质量的重要指标［3］。因此，生产高香气的优质烟叶，开展对烟叶中香气物质的研究，掌握烟草中的香气化学成分对提高烟草品质、提高烟叶利用率及提升卷烟质量具有重要意义。

烟草中的香气成分众多，随着分析技术的发展，越来越多的香气成分被鉴定，目前，烟叶中已有2 549种香气物质被鉴定，其中有1 135种为烟叶和烟气所共有，单独存在于烟叶中的有1 414种［4］。根据致香功能基团可划分为酸类、醇类、醛类、酮类、酯类、酚类等，按前体物可分为类胡萝卜素类降解产物、类西柏烷类、苯丙氨酸类、棕色化产物、新植二烯等［5-6］。此外，前人对提高烟叶品质的技术做了大量研究，如Yan等［6］研究表明，提高烟叶种植土壤的碳含量可有效提高烟叶中的β-紫罗兰酮、芳樟醇等香气物质的含量。黄泰松等［7］对烟草进行施钼处理，结果表明，施钼能够提高中上部烟叶中性和酸性香气成分总量，其中酸性香气成分总量增幅较大。荣仕宾等［8］研究了留叶数对四川茄芯烟叶烟草香气质量的影响，结果发现茄芯烟叶在留叶数 18 片/株晾制条件下烟叶化学成分协调、香气成分优良、抽吸品质较好，有利于实现优质低害。留叶数还可影响烟叶赤星病的发病率。然而，有关烟叶叶片结构优化对烤烟不同葉位烟叶品质的影响尚不明确。因此，该研究以云烟87为材料，研究烟叶结构优化对烤烟总酚、总黄酮以及类胡萝卜素含量的影响，并对其烟叶香气品质进行评价，旨在提供一种能有效提高烟草品质的烟草种植优化技术，为提高烟草香气品质、提升卷烟质量提供一定的理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料种植于湖北宣恩，供试品种为云烟87。烟叶生长至旺长初期，对烟叶进行结构优化处理，将烟株最下端3片和最上端3片摘除，将叶片由下至上编号，以全部叶片自然生长的烟株作为对照，试验选取第4、6、8、10、12、14叶位的烟叶。以上烟草均按照当地优质烟叶生产技术规范统一管理，在生长相同时间取样，每次取10株烟草，每次3个重复，置于相同条件下烘烤后，进行烟叶品质评价。

1.2 方法

1.2.1 总酚含量的测定。

总酚含量采用福林酚法测定［9］。称取1 g组织样品，用5 mL 80%的甲醇均质，12 000 r/min、4 ℃离心20 min，上清液即为总酚粗提液。总酚反应体系包含0.5 mL上清液，1.0 mL福林酚试剂和3.5 mL 1 mol/L的碳酸钠溶液，混合液在30 ℃水浴中保温1 h，在760 nm处测定吸光值，以没食子酸为标准物质建立标准曲线计算含量，结果以干质量计，表示为mg/kg。

1.2.2 总黄酮含量的测定。

称取1 g组织样品，加入4 ml 60%的乙醇，4 ℃、12 000 r/min离心20 min，收集上清液分析总黄酮含量。总黄酮含量的测定参照陈莹等［10］的方法略作修改。总黄酮反应体系包括2 mL上清液、1 mL乙醇、1 mL 3% AlCl3和2 mL乙酸钠缓冲液（pH 5.5），在510 nm处测定吸光值，以芦丁为标准物质建立标准曲线计算含量，结果以干质量计，表示为mg/g。

1.2.3 类胡萝卜素含量的测定。类胡萝卜素含量根据植物类胡萝卜素含量试剂盒说明书测定，结果以干质量计，表示为mg/kg。

1.2.4 挥发性物质含量的测定。

烟草挥发性物质含量参照刘哲等［11］的方法，采用SPME-GC-MS测定。称取烟草组织样品20.5 g，加入3 mL 200 mmol/L乙二胺四乙酸-二钠（EDTA-Na2）和3 mL 20% CaCl2溶液，以2-辛醇（0.004 mg/mL）作为内标，置于固相微萃取装置中以 70  ℃、250 r/min 条件下萃取 20 min 后，解吸时间 2 min，进行 GC/MS 分析。色谱条件：载气为He，流量为1 mL/min。柱箱升温程序为：60 ℃保持2 min，4 ℃/min升至260 ℃保持10 min，分流比5∶1。分离柱为DB-WAX 毛细管柱（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm），离子化方式为电子轰击电离，电子能量70 eV，四级杆温度为150 ℃，传输线温度为250 ℃。挥发性化合物的定性通过与NIST质谱库（NIST-08）对比确定，根据内标物的峰面积计算挥发性化合物的相对含量，结果表示为μg/kg。

1.2.5 数据统计。

数据采用Excel整理绘表并采用Origin 2018软件作图，采用SPSS 20.0对数据进行统计分析，采用SPSS 20.0对数据进行统计分析，采用独立样本T检验进行显著性分析。试验结果均表示为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 烟叶中总酚和总黄酮含量变化分析

烟草中的酚类化合物含量是影响烟草品质的重要因素之一［12］，其含量如图1A所示，在同部位的烟叶中，14叶位的总酚含量最高，与同叶位的对照相比，结构优化提高了烟叶中总酚含量，优化后第6、8、12、14叶位的烟草总酚含量相比对照分别提高了30.00%、21.70%、13.10%和5.00%。黄酮类物质是烟草中多酚类物质的次生代谢产物，结构优化对烟草中总黄酮的影响如图1B所示，经结构优化的烟草中间部位（8叶位和10叶位）总黄酮含量较高，分别为128.38和129.70 mg/g，结构优化处理提高了烟叶中总黄酮含量，在第4、10、12叶位烟叶中显著高于对照（P<0.05）。

2.2 烟叶中类胡萝卜素含量变化分析

类胡萝卜素是烤烟的主要香气前体物质，其含量的高低对烟叶品质的好坏起直接作用，其含量如图2所示。烟草中不同部位的类胡萝卜素含量呈现出先下降、后升高、再下降的波动趋势，含量在8叶位中达到峰值，为576.23 mg/kg，此叶位中，结构优化后的烟叶类胡萝卜素含量相比对照提高了11.40%。此外，结构优化后的烟叶中类胡萝卜素含量均高于对照，且在第4、6、8、12叶位中二者具有显著差异（P<0.05）。

2.3 烟叶中挥发性物质含量变化分析

挥发性物质作为烟草香气品质的重要影响因素之一，通过SPME-GC-MS共定性并量化出22种烟草中主要的挥发性物质，主要包括醇类、酮类和醛类，具体化合物含量如表1所示。此外，烟草中总挥发性物质含量如图3所示，14叶位的烟叶挥发性物质含量最高，8叶位次之，结构优化提高了烤烟中的总挥发性物质含量。在不同叶位中，结构优化后烟叶的挥发性物质含量均高

于对照，且在第4、12、14叶位烟叶中差异显著（P<0.05）。为

进一步探讨结构优化对烤烟香气成分的影响，选取烟叶中主要的挥发性物质做进一步分析。

香叶基丙酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯均为以类胡萝卜素为前体合成的香气物质。如图4所示，香叶基丙酮含量在14叶位的烟叶中含量最高，结构优化处理提高了烟叶中的香叶基丙酮含量，特别是12和14叶位，其香叶基丙酮的含量相比对照提高了32%和125%。结构优化显著提高了14叶位中β-大马酮含量（P<0.05）和极显著提高了β-紫罗兰酮含量（P<0.01），其含量分别为对照的1.83倍和2.01倍。此外，在第6、8、12叶位中，结构优化后烟叶中二氢猕猴桃内酯的含量显著高于对照（P<0.05），14叶位结构优化叶片极显著高于对照（P<0.01），二氢猕猴桃内酯的含量为对照的2.05倍。

巨豆三烯酮同样来源于以类胡萝卜素前体合成途径，结构优化后，烟叶中巨豆三烯酮含量表现出上升的趋势，14叶位中结构优化的烟叶其巨豆三烯酮含量为对照的2.68倍，极显著高于对照（P<0.01）。除此之外，结构优化也极显著提高了14叶位烟叶中苯甲醇和4-［2，2，6-三甲基-7-氧杂二环［4.1.0］庚-1-基］-3-丁烯-2-酮含量，其含量分别为对照的2.23和1.59倍。反式-2，4-庚二烯醛是变化较大的醛类之一，结构优化显著提高了烟叶中反式-2，4-庚二烯醛含量，相比对照，第6、8、10、14叶片中反式-2，4-庚二烯醛含量提高了92.41%、78.03%、214.39%、93.18%。

3 讨论

多酚是烟草中一类重要的化合物，其含量高达5%左右，其中绿原酸可作为烟草特征香气物质的前体物，其他含量低的多酚类化合物在烟草品质鉴定与改善方面也有辅助影响，因此多酚化合物对烟草的生长发育、调制特性、烟叶色泽、烟气香味和烟气生理强度等起着重要作用［13-15］。李晓宁等［14］研究了烟草不同叶位多酚含量及相关酶活性变化，结果表明，不同叶位烟叶多酚类物质含量表现为上叶位>中叶位>下叶位。不同部位烟叶之间主要多酚类物质含量差异较大，上部叶含量较高，朱砂烟中、上部叶卷烟中各挥发性酚类物质含量大多高于云烟97，总量均高于云烟 97［16］。此外，移栽后85 d打顶处理可以显著提高烟叶中多酚物质的含量［17］，烟草多酚类物质含量在烟株中的分布有一定规律性，即随着叶位增高，多酚类化合物含量逐渐增加［18］。这与该研究结果相类似，笔者的研究表明，结构优化显著提高了烟草总酚含量，其中第14叶位的烟草中总酚含量最高，显著高于对照。与酚类类似，黄酮类物质也作为烟草中的潜香型物质，在烟叶调制、醇化和燃烧过程中可氧化分解，赋予烟草优雅的清香气味，并增加香气量，对烟草制品品质有重要的改善作用［16，19］。张刚等［20］通过调整施氮水平，显著提高了烟草中的黄酮类化合物含量，而生长温度也会对烟草黄酮类物质含量产生显著影响［21］。在该研究中，结构优化显著提高了4、10、12叶位的烟草总黄酮含量。

有关烟草的香气物质，前人已经做了大量研究，劉哲等［11］采用HS-SPME-GC/MS 从2种烟叶样品中共检出 82 种香气成分，包括醇类 15 种、酯类11种、酚类3种、醛类9种；酮类 20 种、酸类 7 种、烃类 8 种、其他 9 种；张风梅等［22］也从8种烟叶样品中检测到125种香气成分。笔者在该研究中，通过SPME-GC-MS共定性并量化出22种包括醇类、酮类和醛类在内的主要挥发性物质，结构优化处理后的烟叶中总挥发性物质显含量著提高。此外，有研究表明，类胡萝卜素是烤烟中的主要香气前体物质［23-24］ ，藏花醛、二氢猕猴桃内酯、紫罗兰酮、大马酮和巨豆三烯酮、香叶基丙酮等都是由类胡萝卜素裂解产生［3，25］。该研究中，结构优化后的烟叶中类胡萝卜素含量均高于对照，且在第4、6、8、12叶位中二者具有显著差异，以类胡萝卜素为前体物质合成的挥发性物质香叶基丙酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯含量受结构优化的影响，在14叶位均明显高于对照，巨豆三烯酮、苯甲醇和4-［2，2，6-三甲基-7-氧杂二环［4.1.0］庚-1-基］-3-丁烯-2-酮等挥发性物质的含量也被显著提高。由此可见，结构优化可以提高烤烟的挥发性物质含量。

4 结论

综上所述，结构优化可以提高烟叶中总酚和总黄酮含量，提高烟叶品质，不同叶位总酚总黄酮含量受结构优化的影响不同。此外，通过SPME-GC-MS分析发现，结构优化可以提高烟叶中总挥发性物质含量，烟草中香气物质的主要前体物质类胡萝卜素含量也被显著提高，以类胡萝卜素为前体合成的香气物质香叶基丙酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯和巨豆三烯酮等物质含量均受结构优化处理的影响，另外，其他一些挥发性物质含量在不同部位烟叶中也被显著提高。结果可为提高烟草品质的烟草种植优化技术、提高烟草香气品质、提升卷烟质量提供一定的理论和技术依据。

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