不同生態(tài)區(qū)域烤煙Amadori 化合物含量與煙葉品質(zhì)的關系分析

王寶林，賈國濤，鄭文超，陳 洋，劉 超，艾 丹，程良琨，楊欣玲，王曉瑜，李 悅，姚 倩，馬一瓊，楊永鋒*，劉惠民*

1. 河南中煙工業(yè)有限責任公司，鄭州市榆林南路16 號 450000

2. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號 450001

煙葉是卷煙工業(yè)的基礎，不同生態(tài)區(qū)域條件下，煙葉質(zhì)量風格特征存在明顯差異，其中煙葉香氣物質(zhì)的不同是煙葉香氣風格不同的重要原因［1-2］。美拉德反應是煙葉香氣物質(zhì)產(chǎn)生的重要途徑之一［3］，其中Amadori 化合物是美拉德反應的中間產(chǎn)物，是由氨基酸和還原糖縮合進而發(fā)生分子重排形成的［4-5］。Amadori 重排產(chǎn)物在不同溫度和pH 條件下能發(fā)生一系列復雜的反應生成多種具有芳香氣味的小分子化合物和具有棕黑顏色的高分子化合物—類黑素，從而影響食品［6-7］、煙葉香味和顏色［8-9］。Amadori 化合物在通常狀態(tài)下沒有氣味，但在卷煙燃吸過程中，能夠裂解釋放出對卷煙香氣具有重要貢獻的香味物質(zhì)，如吡嗪類、呋喃類以及吡咯類化合物等［10］。陳偉等［11］、史宏志等［12］、鄧小華等［13］和趙銘欽等［14］研究表明，不同生態(tài)區(qū)之間煙葉風格特色差異較大，煙葉質(zhì)量特色或風格與生態(tài)條件、品種、栽培措施和調(diào)制方法等多種因素密切相關，其中，生態(tài)條件是主要影響因素［15］。王兵等［16］通過對我國西南、黃淮、東南、長江中上游和北方五大煙葉產(chǎn)區(qū)139 個C3F 等級烤煙煙葉樣品風格特征分析，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地煙葉中香氣物質(zhì)存在一定差異。李玲燕等［17］對不同烤煙風格6個生態(tài)區(qū)域烤煙煙葉香氣物質(zhì)的研究表明，不同生態(tài)區(qū)域煙葉有14種香氣物質(zhì)差異顯著。目前，針對不同區(qū)域香氣物質(zhì)的研究較多，而關于我國不同生態(tài)區(qū)域烤煙Amadori 化合物及與煙葉內(nèi)在品質(zhì)關系的報道則較少。為此，以不同香型風格烤煙生態(tài)區(qū)煙葉樣品為研究對象，分析了Amadori 化合物含量差異及其相關性，旨在為煙葉種植區(qū)劃及特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

材料為2018年全國煙葉原料樣品，17個省份56個地區(qū)共 249 份樣品，包括 B2F 84 個、C3F 84 個和X2F 81 個，依據(jù)文獻［18］將全國烤煙煙葉劃分為8個香型生態(tài)區(qū)域，見表1。

表1 煙葉樣品信息Tab.1 Information on tobacco leaf samples

1.2 測定方法

各等級樣品均取30片，對煙葉樣品進行去梗、烘干和粉碎處理，然后過0.30 mm篩，用于常規(guī)化學成分分析。使用連續(xù)流動分析儀（AA3，德國SEAL 公司）按照煙草行業(yè)標準［19］由中國煙草鄭州煙草研究院煙草化學研究室測定煙葉總氮、煙堿、總糖、還原糖、鉀和氯等常規(guī)化學成分含量（質(zhì)量分數(shù)）；用甲醇/水混合溶液萃取，使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS/MS，4000Q-TRAP，ABI 美國應用生物系統(tǒng)公司）測定煙葉中Amadori化合物含量（質(zhì)量分數(shù)）［20］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2016、SPSS 22.0 和 R 語言（R-4.0.2）進行描述性統(tǒng)計分析、方差分析、相關性分析和熱圖分析。

2 結果與分析

2.1 不同部位烤煙Amadori 化合物含量的描述性統(tǒng)計分析

由表2 可知，烤煙Amadori 化合物整體表現(xiàn)為：Fru-Pro含量最高，其次為Fru-Gln，F(xiàn)ru-Ile含量最低。烤煙 Fru-Ser、Fru-Val、Fru-Thr、Fru-Asp、Fru-Leu、Fru-Tyr、Fru-Ile 和 Fru-Aba 含量，隨著烤煙部位的降低而遞增。烤煙Fru-Asn 和Fru-Ala 含量中部葉顯著高于其他部位。除了Fru-Trp 和總量外均存在顯著差異，上部葉、中部葉和下部葉Amadori化合物含量分別為15 931.98、15 612.44 和 15 325.21 μg/g。由圖1可知，不同部位烤煙Amadori化合物總量基本服從正態(tài)分布，中部葉為偏左峰，上部葉和下部葉偏右峰，中部葉中位數(shù)最低，各部位烤煙Amadori化合物總量無顯著差異。

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

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

2.2 烤煙Amadori化合物間的相關性分析

對烤煙Amadori 化合物間進行相關性分析，結果如表3 所示。烤煙Amadori 化合物之間多數(shù)表現(xiàn)為 正 相 關 ，其 中 Fru-Asn 與 Fru-Ala、Fru-Ser 和Fru-Aba 存 在 顯 著 負 相 關 ；Fru-Gln 與 Fru-Ala、Fru-Gly、Fru-Ile 和 Fru-Aba 存 在 極 顯 著負相關；Fru-Ala 與 Fru-His 存在極顯著負相關；Fru-His 與Fru-Leu、Fru-Ile和Fru-Aba存在極顯著負相關。

acco red tob相ds in flu ①e-cu性關 間po 的un物合ori化ad dori com Am ma煙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標指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關相著顯極示（P＜0.05）；**表關相著Fru-Aba 顯示*表：①注

2.3 不同生態(tài)區(qū)域烤煙Amadori化合物熱圖分析

對 8 個生態(tài)區(qū)域 3 個部位 18 種烤煙 Amadori 化合物含量分析結果如圖2 所示，從不同生態(tài)區(qū)域來看，烤煙Amadori 化合物含量整體表現(xiàn)為Ⅷ區(qū)＞Ⅵ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)＞Ⅳ區(qū)＞Ⅶ區(qū)。8 個生態(tài)區(qū)可以劃分為4 類，第1 類包括南嶺丘陵生態(tài)區(qū)-焦甜醇甜香型（Ⅴ區(qū)）、武夷丘陵生態(tài)區(qū)-清甜蜜甜香型（Ⅵ區(qū)）和東北平原生態(tài)區(qū)-木香蜜甜香型（Ⅷ區(qū)），Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)和Ⅷ區(qū)Fru-Gln 和Fru-Glu 含量低，F(xiàn)ru-Phe 和 Fru-Asp 含量高；第 2 類包括西南高原生態(tài)區(qū)-清甜香型（Ⅰ區(qū)）和黔桂山地生態(tài)區(qū)-蜜甜香型（Ⅱ區(qū)），Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)Fru-Pro、Fru-Gln 和Fru-His 含量高，F(xiàn)ru-Ile 含量低；第 3 類包括武陵秦巴生態(tài)區(qū)-醇甜香型（Ⅲ區(qū)）和黃淮平原生態(tài)區(qū)-焦甜焦香型（Ⅳ區(qū)），Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)Fru-Trp 和Fru-His 含量高，F(xiàn)ru-Glu、Fru-Asp 和 Fru-Ile 含量低；第 4 類為沂蒙丘陵生態(tài)區(qū)-蜜甜焦香型（Ⅶ區(qū)），Ⅶ區(qū)烤煙Amadori 化合物含量整體偏低。從不同部位來看，上部葉和中部葉烤煙Amadori 化合物可以分為3類，并且分類結果一致，下部葉烤煙Amadori化合物可以分為4類。

圖2 不同生態(tài)區(qū)域烤煙Amadori化合物熱圖分析Fig.2 Heatmap analysis of Amadori compounds in flue-cured tobacco from different ecoregions

2.4 烤煙Amadori 化合物與常規(guī)化學品質(zhì)指標間的相關性

對烤煙Amadori 化合物與常規(guī)化學品質(zhì)指標進行相關分析，結果如表4 所示。Fru-Pro 與煙堿呈顯著正相關，與還原糖和氮堿比呈顯著負相關；Fru-Asn、Fru-Gln、Fru-Ala、Fru-Asp、Fru-Lys、Fru-Gly 和Fru-Trp與烤煙常規(guī)化學品質(zhì)指標均無顯著相關性；Fru-Phe、Fru-Tyr、Fru-Ile 和 Fru-Aba 只與鉀氯比呈顯著負相關；Fru-His與總糖呈顯著正相關；Fru-Glu與鉀呈極顯著負相關；Fru-Ser 和Fru-Thr 與氯呈極顯著正相關，與鉀氯比呈極顯著負相關；烤煙Amadori 化合物總量與常規(guī)化學品質(zhì)指標間相關性不顯著。

表4 烤煙Amadori化合物與常規(guī)化學品質(zhì)指標間的相關性①Tab.4 Correlations between Amadori compounds and conventional leaf chemical quality indexes

3 討論

全國烤煙Amadori 化合物總量分析整體表現(xiàn)為上部葉＞中部葉＞下部葉，其中Fru-Pro 含量最高，這與白寶璋等［21］研究結果一致，這可能是烤煙Amadori 化合物與煙葉氮代謝強弱有關。但是本研究 中 烤 煙 Fru-Ser、Fru-Val、Fru-Thr、Fru-Asp、Fru-Leu、Fru-Tyr、Fru-Ile 和 Fru-Aba 含量，隨著烤煙部位的降低而遞增。相關研究表明，煙草生長發(fā)育過程中有些氨基酸與煙株衰老過程有密切關系，由于下部葉較早進入衰老期，導致蛋白質(zhì)分解，伴隨著游離氨基酸的積累，有利于后期相關烤煙Amadori 化 合 物 的 生 成［22］。 烤 煙 中 Fru-Pro、Fru-Asn 和Fru-Ala 含量中部葉顯著高于其他部位，其中Pro是一種有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對于干旱脅迫反應靈敏。Fru-Pro具有烘烤香，F(xiàn)ru-Asn和Fru-Ala具 有 糖 的 焦 香［23］，而 關 于 Fru-Pro、Fru-Asn 和Fru-Ala 對烤煙內(nèi)在品質(zhì)的影響還需進一步深入研究。

煙葉的香型風格與烤煙Amadori 化合物含量密切相關［24］，本研究中通過對不同生態(tài)區(qū)域烤煙Amadori化合物進行熱圖分析，發(fā)現(xiàn)烤煙Amadori化合物含量整體表現(xiàn)為Ⅷ區(qū)＞Ⅵ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)＞Ⅳ區(qū)＞Ⅶ區(qū)。相關研究表明［25］，西南高原生態(tài)區(qū)-清甜香型（Ⅰ區(qū)）和武夷丘陵生態(tài)區(qū)-清甜蜜甜香型（Ⅵ區(qū)）煙葉內(nèi)在質(zhì)量顯著高于全國平均水平。其中Ⅰ區(qū)屬于煙葉生產(chǎn)適宜區(qū)，煙葉質(zhì)量符合工業(yè)需求且可用性高［26］，表明適宜的烤煙Amadori化合物有利于烤煙的內(nèi)在質(zhì)量。烤煙Amadori 化合物是還原糖和氨基酸發(fā)生Maillard 反應生成的一類關鍵中間產(chǎn)物，東北平原生態(tài)區(qū)-木香蜜甜香型（Ⅷ區(qū)）烤煙Amadori化合物含量最高，這可能是Ⅷ區(qū)煙葉糖類物質(zhì)含量高，煙草生育期短，有利于內(nèi)在物質(zhì)的積累。黃淮平原生態(tài)區(qū)-焦甜焦香型（Ⅳ區(qū)）和沂蒙丘陵生態(tài)區(qū)-蜜甜焦香型（Ⅶ區(qū)）煙葉糖類物質(zhì)含量低，不利于Maillard 反應，使烤煙Amadori 化合物含量相對較低，與詹軍等［27］的研究結果基本一致。這可能是由各地的土壤、氣候等生態(tài)條件和農(nóng)業(yè)耕作制度等諸多方面的差異造成的［24］。

煙葉化學成分是決定煙葉品質(zhì)的內(nèi)在因素［28］。本試驗結果表明，F(xiàn)ru-Pro 與煙堿呈顯著正相關，與還原糖和氮堿比呈顯著負相關，相關研究認為，煙堿合成與有 Glu、Pro、Asp、Lys 和 Arg 有關［29］。Fru-Ser和Fru-Val與鉀氯比呈顯著負相關，這與楊德廉等［30］研究結果不一致，可能是由于取樣部位的不同所致，本研究中相關分析的樣品為B2F、C3F 和X2F，共3個部位，而文獻［30］中只分析了1個部位的C2F樣品。

4 結論

烤煙Amadori 化合物總量整體表現(xiàn)為上部葉＞中部葉＞下部葉，基本服從正態(tài)分布，其中Fru-Pro含量最高。烤煙Amadori 化合物之間多數(shù)表現(xiàn)為正相關。不同生態(tài)區(qū)域烤煙Amadori 化合物含量整體表現(xiàn)為Ⅷ區(qū)＞Ⅵ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)＞Ⅳ區(qū)＞Ⅶ區(qū)。其中Fru-Pro 與氮堿比呈顯著負相關；Fru-Phe、 Fru-Ser、 Fru-Val、 Fru-Thr、 Fru-Leu、Fru-Tyr、Fru-Ile和Fru-Aba與鉀氯比呈負相關關系。