不同鉀素水平對煙草香氣物質的影響

孫新 趙方貴 李樹全 劉新

摘要：通過盆栽試驗探討不同鉀素水平對煙草香氣物質種類和相對含量的影響。采用石油醚提取物的測定和頂空-固相微萃取與氣相色譜-質譜聯用技術，研究不同鉀水平下煙草香氣物質的變化規律。結果表明，低鉀水平下（2.5 g/株），石油醚提取物的含量較低，而鉀水平為5.0 g/株時，石油醚提取物的含量最高。匹配度在90%以上的組分共檢測出49種，主要由烷烴、烯烴、醛、酚、酸、酯、酮和呋喃等化合物組成。氣相色譜-質譜聯用檢測的結果顯示，一定程度上提高鉀的施加量可增加香氣成分中醛類物質的相對含量，但過高的鉀素水平（10.0 g/株）反而不利于酮類物質的積累。

關鍵詞：煙草;鉀素水平;石油醚提取物;香氣物質成分

中圖分類號：S572? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）21-0083-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.020? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Potassium on Aroma Compounds in Tobacco

SUN Xin1，ZHAO Fang-gui1，LI Shu-quan2，LIU Xin1

（1.College of Life Science，Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，Shandong，China;2.Shandong Weifang Tobacco Co.，Ltd.，Weifang 261061，Shandong，China）

Abstract： Pot experiments were carried out to study the effects of potassium levels on the contents of aroma components in tobacco leaves. The aroma components in tobacco under different potassium levels were analyzed by headspace solid phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry，and the contents of petroleum ether extraction were also determined. Compared with the potassium level of 5.0 g per plant，the content of petroleum ether extract was higher than that at the level of 2.5 g per plant. 49 components with matching degree of more than 90% were detected，mainly composed of alkanes，alkenes，aldehydes，phenol，acids，ester，ketones，furans. There was an increase in the relative content of aldehydes in the aroma components induced by higher potassium levels，while the accumulation of ketones decreased at 10.0 g per plant.

Key words： tobacco;potassium levels;petroleum ether extract;aroma components

煙葉香氣不足是當前影響煙葉商品品質的重要制約因素[1]。香氣物質的含量和組分除受本身遺傳因素影響外，還受土壤環境中營養元素的影響。在所有營養元素中，煙草對鉀素的吸收明顯高于其他任何元素[2]，鉀對烤煙品質的作用是多方面的，不僅影響到植株的生長發育，而且對煙草的次生代謝[3]，特別是香氣物質的合成和積累有重要影響[4]。本研究所采用的頂空-固相微萃取技術是一種樣品用量少，靈敏度高，受干擾小的方法，已在煙草香氣物質的測定中得到應用[5，6]。為此，本研究主要關注鉀肥對煙葉香氣品質的影響，通過檢測煙葉香氣物質的含量和種類的變化，深入闡明鉀肥與煙草香氣物質代謝的關系，從而指導通過合理平衡施肥來提高煙草香氣品質。

1? 材料與方法

1.1? 材料與試驗設計

供試烤煙品種為K326。苗期結束后移栽，進行盆栽試驗，直至成熟期收獲。每盆裝風干褐土15 kg，每盆1株煙苗。試驗設3個不同鉀肥處理水平分別為2.5、5.0和10.0 g/株K2SO4（以K2O計）。氮肥為（NH4）2SO4，每株均為2.5 g（以純N計），磷肥為? Ca（H2PO4）2，每株2.5 g（以P2O5計）。試驗全程定期澆水，不再額外施肥。采樣時將每株不同葉位新鮮煙草葉片采下，編號裝入牛皮紙袋后置于烘箱，65 ℃烘干，粉碎備用。

1.2? 方法

1.2.1? 石油醚提取物的測定? 石油醚提取物測定采用YC/T 176-2003的方法。每個處理重復4次。

1.2.2? GC/MS法測定煙草葉片中香氣物質成分相對含量? 本研究所涉及的香氣物質成分首先采用頂空-固相微萃取技術進行萃取，取5 g樣品置于頂空瓶中，壓緊瓶蓋。于90 ℃下平衡15 min后，用固相75 μm CAR/PDMS/DVB萃取纖維頭（美國SUPELCO公司）萃取30 min。然后利用Agilent 7980A/5975C氣相色譜儀/質譜聯用儀進行有機成分測定分析。色譜柱為HP-INNOWAXS毛細管柱子（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;載氣為He，流速1 mL/min，不分流;進樣溫度250 ℃;升溫程序為起始溫度40 ℃，保持5 min，以6 ℃/min升至250 ℃，保持5 min。質譜條件：EI電離源，能量70 eV;離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，接口溫度為250 ℃，掃描范圍30～400 m/z。采集到的質譜圖經NIST Mass Spectral Database 2008譜庫檢索，鑒定樣品中的揮發性成分。相對含量以各成分的峰面積占總峰面積的百分比表示。每個處理重復3次。

1.3? 數據統計

采用SPSS statistics 17.0進行單因素多重方差分析。

2? 結果與分析

2.1? 不同鉀素水平對煙草中石油醚提取物的影響

煙草的石油醚提取物是反映香氣品質的重要指標，石油醚提取物含量高的煙葉，其整體品質也較高[7]。從表1可以看出，在氮素為2.5 g/株的水平下，石油醚提取物的含量3個處理間差異顯著，鉀的施用量為5.0 g/株時，石油醚提取物為7.34%，比在鉀供應量為2.5 g/株時顯著提高。但鉀的施用量為10.0 g/株時，其石油醚提取物反而下降為5.48%。

2.2? 不同鉀素水平對煙草中香氣物質成分的影響

通過氣相色譜-質譜聯用技術測定出匹配度在90%以上的組分主要由烷烴、烯烴、醛、酚、酸、酯、酮、呋喃等49種化合物組成，以中性香氣成分為主。

不同鉀素對香氣物質的組成有不同程度的影響。酸性香氣成分只有在鉀水平為2.5 g/株時被檢出，包括n-十六酸、肉豆蔻酸和安息香酸3種成分，總計占比為0.32%（表2）。從表3可以看出，鉀水平為10.0 g/株時，烷烴的相對含量較另外兩個處理有較大提高，合計相對含量為8.51%。從表4的檢測結果可以看出，鉀水平為2.5 g/株和5.0 g/株時，酯類物質相對含量相差不大，約為0.7%，而鉀水平為10.0 g/株時未檢出。與此相似，在酮類物質方面，也是鉀水平為2.5 g/株和5.0 g/株時，這兩個水平的相對含量較高，為12%～14%，而鉀水平為10.0 g/株時較低，為6.12%。可見，過高的鉀素水平反而不利于酮類物質的合成和積累（表5）。試驗的數據還顯示，3，5-辛二烯-2-酮的相對含量在所有處理中都明顯高于其他酮類，是煙草香味物質組分中的重要成分，其中鉀水平為5.0 g/株時含量較高。烯烴的相對含量在5.0 g/株時較另外兩個處理低，為0.84%（表6）。鉀水平高的兩個處理中醛類物質的相對含量都在21%以上，5.0 g/株時最高，為24.5%，而2.5 g/株時含量最低，為12.72%（表7）。

表8中顯示的是苯的衍生物以及雜環類化合物，其中3-（1-甲基-2-吡咯烷基）吡啶的含量在鉀施加水平為2.5 g/株時較高，為2.98%。呋喃類物質在鉀施加水平為2.5 g/株時含量最高，為2.06%。萘類組份只在低鉀水平（2.5 g/株）時被檢出。1-乙烯基-3-乙基苯和硝基苯只在10 g/株時被檢出，合計為0.42%。而萘和苯類化合物在鉀施加水平為5.0 g/株時均未檢出。2，4-雙（1，1-二甲乙基）苯酚只在鉀施加水平為10.0 g/株時被檢出，占比為0.05%。

3? 小結與討論

石油醚提取物含量的變化可以從香氣物質總量的角度反映在一定氮素和磷素水平下不同鉀素水平對煙草香氣物質總量的影響。石油醚提取物主要包含揮發性油、樹脂以及高分子的油脂、類脂和萜烯類化合物類物質。石油醚提取物含量高，則煙葉油分較多，香氣物質充足[8]。煙草香氣品質受土壤肥力的影響[9]。本研究的結果表明，在中等施氮（5.0 g/株）和施磷（5.0 g/株）水平下，鉀水平為5.0 g/株時有利于香氣物質在煙葉中的積累，缺乏或過多施用鉀素均會導致煙草葉片中香氣物質合成的降低。

試驗結果顯示，在氮素和磷肥占比不變的情況下，提高鉀素的施用比例可以大幅度提高醛類物質的含量，鉀施加水平為5.0 g/株時約為2.5 g/株時的2倍。表明醛類物質的積累受鉀的影響較大。煙草中香氣物質種類繁多，某種組分的增加在整體上對香氣質量產生影響還需做進一步評估。

雖然在石油醚提取物方面高鉀水平下比低鉀水平下高，但就個別化合物而言并非總是如此，4-[2，2，6-三甲基-7-氧雜二環[4.1.0]庚-1-基]-3-丁烯-2-酮、2，4，4-三甲基-3-（3-氧代-1-丁烯基）-2-環己烯-1-酮、茄酮等煙草中重要的香氣成分屬于腺毛分泌物[10]，在低肥力條件下的相對含量反而比高肥力條件下要高。這既可能是煙草次生代謝對低肥力環境條件的一種響應，也可能與低肥力條件下，葉片較小，腺毛密度較大有關[11]。由此推測，鉀施加水平的變化還可能通葉面積或腺毛密度的方式對香氣組分產生間接影響。

綜合石油醚提取物的含量和各組分的檢測結果，可以看出，鉀水平為5.0 g/株時不僅石油醚提取量在3個處理中最高，而且檢出的香氣組分之和也是最高的，重要的酮類物質保持較高水平，特別是烯醛類物質顯著高于鉀施加水平為2.5 g/株和10.0 g/株時的處理。因此，并非鉀素的施用量高就一定促進所有香氣物質的產生，事實上鉀對不同組分影響的程度是有差異的。

本研究所涉及的香氣組分僅僅是影響煙草香氣品質中的一小部分，對于全面、合理解釋香氣品質與鉀素作用之間的關系還有一定的局限性。事實上，還有很多含量較低、匹配度不高的組分并未列出，但這些組分可能會對煙草質量品質有重要影響。

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