成熟期煙葉質體色素與美拉德反應物含量變化及相關性分析

蘇宇 張文軍 楊虹琦 段美珍 辛順佳 崔曉闖

摘要[目的]揭示影響成熟期煙葉色澤變化的質體色素與美拉德反應物含量變化的相關關系。[方法]以云煙87為材料，分析了不同部位煙葉成熟過程中質體色素、游離氨基酸、還原糖和煙堿含量的動態變化及質體色素與美拉德反應物變化的相關性。[結果]打頂后中部葉21 d內、上部葉50 d內質體色素含量的降幅較大；打頂后還原糖含量先降低，但中部煙葉打頂28 d后、上部煙葉打頂50 d后又升高；打頂后中部煙葉14 d內、上部葉10 d內游離氨基酸總量先降低后平穩。相關分析結果表明，成熟期葉綠素a以及類胡蘿卜素與游離氨基酸的含量變化呈顯著或極顯著負相關，而類胡蘿卜素與還原糖的含量變化呈極顯著正相關，煙堿含量與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著負相關。[結論]通過建立煙葉顏色變化與質體色素及美拉德反應物的對應關系，可以更為客觀并科學地確定不同工業企業所需煙葉原料的采收成熟度。

關鍵詞煙葉；質體色素；美拉德反應物；相關分析

中圖分類號S572文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）14-0014-04

Abstract[Objective]In order to reveal the correlation of plastid pigment content which effect color of tobacco leaves during maturity stage with Maillard reactant.[Method]Yunyan 87 was used as material to analyse dynamic changes of chloroplast pigment，total free amino acid，reducing sugar and nicotine and their content change correlation.[Result]The content of plastid pigment declined greatly after topping 21 days for middle leaves and 50 days for upper leaves.The content of reducing sugar firstly declined then rised after topping 28 days for middle leaves and 50 days for upper leaves.The content of total free amino acid firstly declined after topping 14 days for middle leaves and 10 days for upper leaves，then it came to balance.The results of correlation analysis showed that during maturity stage there was significant or extremely significant negative correlation between the content changing of chlorophyll a，carotenoid and total free amino acid.And there was extremely significant positive correlation between the content changing of carotenoid and reducing sugar.However，there was extremely significant negative correlation between the content changing of chlorophyll a，chlorophyll b and nicotine.[Conclusion]The corresponding relation between leaf color change and plastid pigment，Maillard reactant could be more objective and scientifical to determine the harvesting maturity of different industrial enterprises for raw tobacco.

Key wordsTobacco leaves； Plastid pigment； Maillard reactant； Correlation analysis

美拉德反應產物是烤煙香氣成分的重要來源之一。前人研究表明[1]，參與美拉德反應的物質主要為一些羰基和氨基化合物，它們在一定溫濕度條件下可生成具有烤香特征的揮發性香氣物質。煙葉中也存在許多可發生美拉德反應的化合物，其中主要有還原糖和游離氨基酸等[2]，有學者認為煙堿也能參與美拉德反應[3]。煙草成熟過程中由于受到環境溫濕度、細胞內pH以及含水率等條件的影響，煙葉中的羰基和氨基化合物會發生美拉德反應，生成特有的烤煙香味[4]。此外，煙葉中的葉綠素及類胡蘿卜素降解產物也是烤煙重要的致香物質[5]。李旭華等[6]研究表明，煙葉成熟過程中烤煙上、中、下部煙葉的葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量均逐漸下降，且葉綠素含量下降最快，類胡蘿卜素含量下降較慢，兩者含量及比重的變化導致不同成熟度煙葉呈現出不同色澤。近年來，國內也有許多學者研究了煙葉成熟過程中還原糖、煙堿和游離氨基酸含量的變化。魯藝等[7]研究認為，煙葉成熟過程中煙堿和還原糖含量呈現先增加后減少的趨勢；劉榮森等[8]研究認為，煙株打頂后，煙葉中游離氨基酸總量先迅速下降，之后稍有上升。然而，成熟期可以影響煙葉色澤的質體色素含量變化與還原糖、煙堿和游離氨基酸等美拉德反應物含量的變化是否存在相關性目前鮮見報道。筆者以云煙87為材料，分析煙葉成熟期質體色素及美拉德反應物含量的動態變化及它們之間的相關性，以期揭示成熟期影響烤煙色澤變化的質體色素含量與美拉德反應物含量之間的相關關系，為探索煙葉外在表象與內在化學成分的對應關系提供理論和試驗依據。

1材料與方法

1.1樣品的采集試驗于2016年5—7月在湖南省寧鄉縣橫市鎮進行，供試品種為云煙87。選擇大田煙株長勢一致的煙田進行試驗，煙株于5月15日打頂，總留葉數為16片，打頂當天開始從3株煙上分別取中部第10～12片煙葉和上部第13～15片煙葉，此后每隔7 d取一次中部葉，每隔10 d取一次上部葉，直至各取樣部位的煙葉采收為止，上部葉和中部葉均采集樣品21份，總共采集樣品42份。所有采集煙葉均立即放入烘箱，在105 ℃保持20 min進行殺青，然后烘箱溫度降至80 ℃，烘1.5～2.0 h至煙葉主脈變干，冷卻后去主脈，將煙葉樣品裝入塑料袋，密封保存備用。

1.2煙葉化學成分的測定質體色素測定采用丙酮提取分光光度計比色法[9]，游離氨基酸總量測定采用茚三酮顯色比色法[10]；還原糖含量的測定參照YC/T-159-2002；煙堿含量的測定參照YC/T-160-2002。

1.3數據統計方法采用EXCEL 2016和SPSS 19.0進行試驗數據處理及統計分析。

2結果與分析

2.1成熟期不同部位煙葉質體色素含量的動態變化由表1、2可知，從煙株打頂至煙葉成熟采收，中部和上部煙葉樣品的質體色素含量均存在極顯著差異，并且隨著煙葉的成熟進程，質體色素含量逐漸下降。煙株打頂之日至打頂后21 d，中部煙葉的葉綠素a含量下降65%，葉綠素b含量下降57%，總葉綠素含量下降63%，類胡蘿卜素含量下降60%。此后，煙葉質體色素的分解速度逐漸趨緩，打頂后35 d至煙葉采收，質體色素含量的變化差異不顯著。從打頂之日至煙葉采收，類胡蘿卜素占總葉綠素的百分比提高了16%。從煙株打頂之日到打頂后50 d，上部煙葉的葉綠素a含量下降68%，葉綠素b含量下降60%，總葉綠素含量下降66%，類胡蘿卜素含量下降69%。打頂后50 d至煙葉采收，質體色素含量的變化差異不顯著。從打頂之日至煙葉采收，類胡蘿卜素占總葉綠素的百分比降低了4%。由此可見，成熟期煙葉的葉綠素b降解速度略慢于葉綠素a和類胡蘿卜素；中部煙葉成熟采收時類胡蘿卜素占總葉綠素的百分比高于上部煙葉；煙株打頂后20 d內中部煙葉質體色素即快速分解，而上部煙葉打頂后50 d葉綠素的含量仍高于中部煙葉打頂后35 d的葉綠素含量，說明上部煙葉質體色素的降解速度慢于中部煙葉。

2.2成熟期不同部位煙葉美拉德反應物含量的動態變化由圖1可見，打頂后中部葉還原糖含量持續下降，但打頂28d后還原糖含量又有所升高；打頂后中部葉總游離氨基酸含量也呈現下降趨勢，但打頂14 d后總游離氨基酸含量有所上升并逐漸趨于平穩；打頂后中部葉煙堿含量持續升高直至煙葉采收。由圖2可見，打頂后上部煙葉還原糖含量也呈現下降趨勢，并且打頂20 d后還原糖含量趨于平穩，打頂50 d后還原糖含量又有所升高，但采收的上部煙葉的還原糖含量明顯低于中部煙葉；打頂后上部煙葉總游離氨基酸含量也略有下降，并且打頂后10 d總游離氨基酸含量趨于平穩，采收煙葉的總游離氨基酸含量略低于中部煙葉；與中部煙葉相同，打頂后上部煙葉煙堿含量持續升高，并且其采收煙葉的煙堿含量顯著高于中部煙葉。由此可見，中部煙葉主要美拉德反應物的含量均高于上部煙葉，因而有利于其烘烤過程中發生美拉德反應形成烤香。上部煙葉煙堿高將導致煙氣刺激性過大，并掩蓋其烤煙香氣。

2.3成熟期不同部位質體色素與煙葉美拉德反應物含量變化的相關性由表3可知，成熟期煙葉中的葉綠素a、葉綠素b與類胡蘿卜素占總葉綠素的百分比變化均呈極顯著負相關；還原糖與類胡蘿卜素含量呈極顯著正相關；游離氨基酸含量與葉綠素a以及類胡蘿卜素呈顯著或極顯著負相關；煙堿含量與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著負相關；煙堿含量與還原糖含量之間也呈現出極顯著負相關。質體色素與美拉德反應物之間之所以存在相關性，是因為葉綠素與游離氨基酸均為含氮化合物，因而在成熟過程中二者含量呈現相同升高或降低的變化。類胡蘿卜素與還原糖都為含碳化合物，而且類胡蘿卜素是還原糖分解代謝的次生產物，因而在煙葉成熟過程中隨著類胡蘿卜素的不斷分解，對還原糖的需要量減少，所以成熟后期煙葉還原糖含量逐漸升高。但成熟后期煙葉還原糖含量的升高還與其呼吸速率衰減、葉綠體中淀粉積累達到飽和、根系停止生長及吸收養分功能喪失等因素導致光合產物葡萄糖的利用受阻有關。

3結論與討論

成熟度是衡量大田煙葉采收質量的重要因素之一，判定煙葉是否達到適熟的成熟度通常是以煙葉顏色的變化為依據，而煙葉顏色變化的本質是其組織內質體色素含量發生變化的外觀反映[11]。該研究結果表明，成熟過程中煙葉色澤的轉變與葉綠素、類胡蘿卜素等質體色素的分解密切相關。不同部位煙葉葉綠素含量及類胡蘿卜素含量均呈下降趨勢，且類胡蘿卜素含量下降幅度小于葉綠素，這與李佛琳等[12]研究結果一致。成熟期不同部位煙葉還原糖含量均呈現先下降后升高的變化趨勢，與黎娟等[13]的研究結果一致。許威等[14]研究認為，打頂措施消除了煙株自身頂端優勢，導致煙株主要生長中心由莖尖轉移到根尖，促進了糖類等營養物質向根部運輸；楊虹琦等[15]研究認為，打頂能刺激上部葉和中部葉的光合產物向淀粉的轉化，成熟打頂后一段時間內上部葉和中部葉的還原糖含量下降；而成熟后期還原糖含量的上升是由于打頂導致激素的刺激效應降低，甚至消失所致。同時，筆者認為，打頂后煙株根系逐漸衰老，對還原糖的利用能力減退，葉片葉綠體中淀粉的積累已達到飽和，進而使葉片光合產物還原糖在細胞液中重新積累，導致煙葉還原糖含量有所升高。成熟期不同部位煙葉游離氨基酸總量在打頂后呈下降趨勢，與細胞分裂素刺激煙葉面積擴增，氨基酸作為合成蛋白質的原料被利用有關。隨著煙株根系衰老及細胞分裂素合成能力衰減，葉面積停止增大，氨基酸的合成與消耗達到平衡，其含量變化趨于穩定。韓錦峰等[16]研究認為，打頂促進了煙株氣根的萌發，增加了根的數量和密集度，促進煙株吸取更多的水分和養分來合成煙堿和氮素。Baldwin等[17]研究認為，打頂致使煙株的受傷組織中與合成煙堿有關的信號被激活，進而促進煙株根系合成煙堿。

相關分析結果表明，成熟期煙葉中的葉綠素a、葉綠素b與類胡蘿卜素占總葉綠素的百分比變化均呈極顯著負相關；還原糖與類胡蘿卜素含量呈極顯著正相關；游離氨基酸含量與葉綠素a以及類胡蘿卜素呈顯著或極顯著負相關；煙堿含量與葉綠素a、葉綠素b呈極顯著負相關； 煙堿含量與還原糖含量之間呈極顯著負相關，與劉智炫等[18]的研究結果一致。由于煙葉成熟過程中綠色的消減與葉綠素大量分解及類胡蘿卜素占葉綠素百分比的變化密切相關，因而人們可以通過建立不同成熟度煙葉的顏色與美拉德反應物及感官評吸質量的對應關系或數學模型，來制定更為客觀、科學、合理的判定煙葉成熟度的標準。只有把煙葉外觀顏色的變化與其香氣前體物含量及香氣風格特征的變化規律聯系起來，才能目標明確地選擇煙葉適宜采收成熟度，并使煙葉可用性的提高更符合不同卷煙企業原料的需求。有關煙葉成熟過程中顏色及質體色素含量變化與其他香氣前體物含量以及煙葉香氣風格之間的相關性還有待進一步深入研究。

參考文獻

[1] 史宏志，劉國順.煙草香味學[M].北京：中國農業出版社，2011：153-157.

[2] 章平，陳樹琳，秦軍，等.氨基酸和還原糖類反應的研究[J].貴州工學院學報，1996，25（4）：90-93.

[3] 陳文俊.煙葉烘烤過程中與美拉德反應相關化合物分析[D].長沙：湖南農業大學，2010.

[4] 孫力，胡群，繆明明.果糖與精氨酸反應體系-美拉德反應產物的研究及應用[J].云南煙草，1998（3）：78-80.

[5] 周冀衡，王勇，邵巖，等.產煙國部分煙區烤煙質體色素及主要揮發性香氣物質含量的比較[J].湖南農業大學學報（自然科學版），2005，31（2）：128-132.

[6] 李旭華，扈強，潘義宏，等.不同成熟度煙葉葉綠素含量及其與SPAD值的相關分析[J].河南農業科學，2014，43（3）：47-52.

[7] 魯藝，李虎林，姬文秀，等.烤煙不同成熟度葉片外觀性狀特征與化學成分變化規律的研究[J].安徽農業科學，2008，36（35）：15550-1555.

[8] 劉榮森，張長水，李建娥，等.烤煙成熟進程中游離氨基酸含量的變化[J].河南科技大學學報（自然科學版），2010，31（6）：66-69.

[9] 鄒琦.植物生理生化實驗指導[M].北京：中國農業出版社，1985：89-93.

[10] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2006：192-194.

[11] 韓錦峰.煙草栽培生理[M].北京：中國農業出版社，2003：232-233.

[12] 李佛琳，趙春江，王紀華，等.不同成熟度烤煙鮮葉的高光譜響應及其判別分析[J].福建農林大學學報（自然科學版），2008，37（6）：565-569.

[13] 黎娟，周清明，楊虹琦，等.烤煙成熟進程中主要化學成分的變化[J].湖南農業大學學報（自然科學版），2006，32（3）：241-244.

[14] 許威，彭耀東，何寬信.烤煙打頂后吸氮過旺的不良影響及調控措施[J].中國煙草科學，2003，24（4）：43-45.

[15] 楊虹琦，周冀衡，羅澤民，等.不同時期打頂對烤煙內在化學成分的影響[J].湖南農業科學，2004（4）：19-22.

[16] 韓錦峰，宮長榮，王瑞新，等.烤煙葉片成熟度的研究：Ⅰ.烤煙葉片成熟和衰老過程中某些生理生化變化的研究[J].中國煙草，1990（1）：9-13.

[17] BALDWIN I T，SCHMELZ E A，OHNMEISS T E.Woundinduced changes in root and shoot jasmonic acid pools correlated with induced nicotine synthesis in Nicotiana sylvestris Spegazzini and Comes[J].Journal chemical ecology，1994，20（8）：2139-2157.

[18] 劉智炫，周清明，黎娟，等.湖南濃香型煙葉化學成分與物理性狀相關性分析[J].中國農業科技導報，2016，18（1）：129-135.