采收成熟度對烤煙中部煙葉揮發性成分的影響

摘要：為探究不同采收成熟度對烤煙煙葉揮發性成分的影響，以不同成熟度煙葉為對象，采用氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）分析了不同成熟度煙葉的揮發性成分。結果表明：不同成熟度煙葉的揮發性成分具有顯著差異。通過主成分分析可將不同成熟度的煙葉明顯分為3簇。發現未熟煙葉中的γ-谷甾醇和香葉基香葉醇的含量顯著高于欠熟煙葉和成熟煙葉，隨成熟度呈下降趨勢；成熟煙葉中的圓柚酮、煙堿、香酸、氫化肉桂酸、木香醇、麥斯明、間甲基苯甲酸和2-丁基萘的含量顯著高于未熟煙葉和欠熟煙葉，隨成熟度呈顯著上升趨勢，本研究為煙葉充分利用及提高卷煙工藝技術水平提供一定依據。

關鍵詞：成熟度；煙葉；氣相色譜-質譜聯用；揮發性成分

中圖分類號：S572 文獻標志碼：A

Effects of Harvest Maturity on Volatile Components in Middle Leaves of Flue-Cured Tobacco

CHEN Yueli1， LUAN Xinbo2， CHEN Zepeng3， WANG Tianlong4， LUO Jing5， CHEN Donghao2， ZHANG Shu4， PENG Yiyi5， LI Li4， HUANG Guanrong4，" YAN Jian2， LI Ping2*

（1 China Tobacco Guangdong Industrial Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510610， China; 2 College of Natural Resources and Environment/Key Laboratory of Tropical Agricultural Environment in South China of Ministry of Agriculture and Rural Affairs， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642， China; 3 China National Tobacco Corporation， Guangdong Province， Guangzhou， Guangdong 510610， China;4 Shaoguan Meteorological Bureau of Guangdong Province， Shaoguan， Guangdong 512000， China；5Guangdong Provincial Tobacco Shaoguan Co. Ltd.， Shaoguan， Guangdong 512000， China）

Abstract： To investigate effects of different harvest maturity on volatile components in flue-cured tobacco middle leaves， volatile components in tobacco leaves of different maturity were analyzed using gas chromatography-mass spectrometer （GC-MS）， with tobacco leaves of different maturity as objects. The results showed that： composition of volatile components in tobacco leaves of different maturity was significantly different. Principal component analysis （PCA） showed that tobacco leaves of different maturity could be divided into 3 clusters. γ-sitosterol and geranyl geraniol contents in immature tobacco leaves were significantly higher than those in less mature and mature tobacco leaves， and γ-sitosterol and geranyl geraniol contents decreased as maturity grew; nootkatone， nicotine， syringic acid， 3-phenylpropionic acid， costol， myosmine， m-toluic acid， and 2-butylnaphthalene contents in mature tobacco leaves were significantly higher than those in immature and less mature tobacco leaves and they significantly increased as maturity grew， which provided reference for full use of tobacco leaves and improvement of manufacturing technology.

Key words： Maturity; tobacco leaf; gas chromatography-mass spectrometry; volatile components

煙葉作為特殊的嗜好性葉用作物，香氣物質的組成和含量是衡量煙葉品質的重要指標之一，也是衡量煙葉內在品質和香氣狀況最直接、可靠的指標[1]。煙葉成熟度是影響煙葉香氣質量最主要的因素之一，也是烤煙分級標準中第一質量要素[2，3]。朱尊權[2]認為，在影響煙葉質量和等級劃分的諸多因素中，是以成熟度為核心，以葉片結構和色度為重點的。葉科媛等[4]實驗結果表明雪茄煙葉隨著成熟度增加，葉質重、厚度、平衡含水量、總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯、新植二烯等逐漸減少；拉力、淀粉、類胡蘿卜素類降解產物、西柏烷類降解產物、苯丙氨酸類降解產物、美拉德反應產物等逐漸增加；李崢等[5]研究結果表明隨成熟度增加，鮮煙葉組織結構的疏松度顯著提升；SPAD值和色素含量顯著降低，類胡蘿卜素含量占比呈增長趨勢；含水量呈降低趨勢，葉片水分游離狀態增強；總糖、還原糖、煙堿、總氮、蛋白質含量先增長后降低，淀粉含量顯著降低；易烤性變好，耐烤性變差。彭隆基等[6]研究表明隨著采收成熟度提高，各品種烤后煙葉等級質量均呈先逐漸變好后逐漸變差的趨勢，可見，煙葉成熟度對烤煙的質量至關重要。然而，對煙葉成熟度與香氣質量關系的研究較少。本研究基于氣相質譜聯用儀的代謝組學方法，分析不同采收成熟度對烤煙煙葉揮發性成分的影響，對其充分利用及提高卷煙工藝技術水平和產品質量提供一定依據。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

（1）實驗分析煙葉于2022年9月，取自廣東省南雄市黃坑鎮煙葉種植農戶，由廣東省煙草科學研究所專家按照GB 2635-1992《烤煙》國家標準品質規定要求將煙葉劃分為未熟、欠熟和成熟煙葉。未熟煙葉：煙葉在田間未達到成熟，油分少，色度弱，葉片結構緊密。欠熟煙葉：煙葉在田間剛達到成熟，生化變化尚不充分，油分稍有，色度中，葉片結構稍密，身份厚、薄。成熟煙葉：煙葉在田間達到成熟，油分有，色度強，葉片結構尚疏松，身份稍厚、稍薄。

（2）儀器與試劑：7890A/5975B-MSD氣相色譜-質譜聯用儀（美國安捷倫科技有限公司）；GT-S超聲清潔儀（寧波市雙嘉儀器有限公司）；甲醇和二氯甲烷（色譜純，天津市科密歐化學試劑有限公司）；無水硫酸鈉（分析純，江蘇強盛功能化學股份有限公司）；標準正構烷烴（C7-C40），純度gt;98%（默克美國Sigma化學公司）。

1.2 方法

GC-MS前處理：用液氮將煙葉（干樣）磨成粉末，過60目篩，稱取200 mg放入10 mL的西林瓶中，加入4 mL的甲醇和二氯甲烷混合溶液（2∶1），提取終濃度為50 mg/mL，于50 ℃超聲10 min后，加入200 mg無水硫酸鈉除水，4 ℃冰箱靜置過夜，經0.25 μm濾膜過濾后，進行GC-MS測定，每個樣品3次重復。

GC-MS分析：氣相色譜儀使用Agilent HP-5氣相色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），進樣口溫度250 ℃，檢測器280 ℃，柱的起始溫度80 ℃，保持5 min，然后以2 ℃/min的速度升至100 ℃，再以5 ℃/min的速度升至180 ℃，保持1 min后，再以2 ℃/min的速度升至200 ℃，最后以10 ℃/min升至280 ℃，保持15 min。進樣體積為0.5 μL，不分流。MS條件：使用EI離子源，電離能源為70 ev，掃描范圍30 ～ 500 amu，離子源溫度230 ℃，GC-MS接口溫度280 ℃。

1.3 數據處理和分析

GC-MS下機原始數據參照香氣物質的分析[7]進行，由MSDIAL 4.60軟件進行峰對齊、矯正、去噪、解卷積等處理，獲得的數據及譜圖，其中，GC-MS圖譜數據由NIST 2014數據庫進行檢索匹配鑒定。采用MetaAnalysist 5.0，SIMCA 14.0，SPSS 14.0進行多元統計分析。

2 結果

2.1 不同成熟度煙葉揮發性成分總體狀況

利用GC-MS對煙葉揮發物進行檢測，色譜圖如圖1所示，通過NIST 14.0數據庫和查閱文獻對其揮發物進行鑒定。

為探究未熟、欠熟及成熟3種不同成熟度煙葉的揮發性成分差異，首先對煙葉揮發性成分的含量進行分析。由表1可知，不同成熟度煙葉的揮發性成分含量范圍如下：醇類化合物2.54% ～ 4.83%，醛酚酮類化合物20.43% ～ 29.21%，生物堿（含氮化合物）36.07% ～ 54.92%，酸類化合物6.43% ～ 7.17%，烷烴類化合物8.22% ～ 13.08%，脂類化合物3.00% ～ 5.48%。含氮化合物占比最高。各類化合物中，生物堿類化合物極差最大，依次是生物堿類化合物gt;醛酚酮類化合物gt;烷烴類化合物gt;酯類化合物gt;醇類化合物gt;酸類化合物gt;雜環類化合物，分別為18.85%、8.78%、4.86%、2.48%、2.29%、0.74%、0.49%，說明成熟度對生物堿類化合物影響最大，對雜環類化合物影響最小。

醇類化合物、醛酚酮類化合物及脂類化合物含量均以未熟煙葉最高，依次是未熟煙葉gt;欠熟煙葉gt;成熟煙葉；而生物堿化合物呈相反趨勢，以成熟煙葉最高，依次是成熟煙葉gt;欠熟煙葉gt;未熟煙葉；酸類化合物和烷烴類化合物均以欠熟煙葉最高，依次是欠熟煙葉gt;未熟煙葉gt;成熟煙葉，呈先上升后下降趨勢；雜環類化合物同樣是以未熟煙葉最高，依次是未熟煙葉gt;成熟煙葉gt;欠熟煙葉，呈先下降后上升趨勢。

2.2 不同成熟度煙葉揮發性成分差異分析

由上方揮發性成分的占比表格，可以看出不同成熟度煙葉的揮發性成分組成具有差異，為了進一步明確不同成熟度煙葉揮發性成分的差異，進行主成分分析。從PCA得分圖中可以看出不同成熟度煙葉明顯分為3簇，同樣說明它們的揮發性成分具有差異（圖2-a）。

利用火山圖對成熟煙葉和未熟煙葉的揮發性成分進行差異比較。發現未熟煙葉中的γ-谷甾醇和香葉基香葉醇的含量顯著高于欠熟煙葉和成熟煙葉，隨成熟度呈顯著下降趨勢；成熟煙葉中的圓柚酮、煙堿、香酸、氫化肉桂酸、木香醇、麥斯明、間甲基苯甲酸和2-丁基萘的含量顯著高于未熟煙葉和欠熟煙葉，隨成熟度呈顯著上升趨勢（圖2-b，圖2-c）。

3 討論與結論

煙堿是煙草最重要的化學成分之一，其含量高低對煙葉品質有直接影響[8]。趙銘欽等[9]以河南產烤煙為試材，研究烤煙煙葉成熟度與香氣質量關系，發現煙堿等香氣成分含量隨著成熟度的提高持續增加，與本實驗結果一致。屈靖雄等[10]通過不同采收成熟度對烤煙煙葉各項指標含量的影響，發現成熟度對煙葉可溶性總糖和還原糖的含量有顯著影響，不同成熟期、不同部位的烤煙煙葉煙堿含量未見顯著差異，但中上部煙葉煙堿含量隨成熟度呈上升趨勢，而本實驗結果表明，成熟煙葉煙堿等揮發性成分的含量顯著高于未熟煙葉和欠熟煙葉，隨成熟度呈上升趨勢。葉科媛等[4]實驗結果表明，雪茄煙葉隨著成熟度增加，葉質重、厚度、平衡含水量、總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯、新植二烯等成份含量減少，與本實驗結果不符。影響煙葉煙堿含量的因素有品種因素、生態因素、栽培因素等[11，12]。謝曉斌等[13]認為南雄煙區伸根期降雨量偏多，不利于根系生長發育。伸根期是煙株根系生長發育的重要時期，適當控水可以促使根系向縱深生長，為煙堿的合成奠定基礎。張希等[14]結果表明成熟度、品種及其互作對煙堿、總糖、還原糖和總氮4種主要化學成分的含量均有顯著影響。屈靖雄等[10]和葉科媛等[4]的結果與本實驗產生區別的原因是品種和種植地氣候不同，所造成的結果差異。

本文采用氣相-質譜聯用儀分析了未熟、欠熟、成熟煙葉的揮發性成分。結果表明：不同成熟度煙葉的揮發性成分具有顯著差異。通過主成分分析，可將不同成熟度煙葉明顯分為3簇。發現未熟煙葉的γ-谷甾醇和香葉基香葉醇的含量顯著高于欠熟煙葉和成熟煙葉，隨成熟度呈顯著下降趨勢；成熟煙葉的圓柚酮、煙堿、香酸、氫化肉桂酸、木香醇、麥斯明、間甲基苯甲酸和2-丁基萘的含量顯著高于未熟煙葉和欠熟煙葉，隨成熟度呈顯著上升趨勢。

參考文獻

[1] 周昆，周清明，胡曉蘭.烤煙香氣物質研究進展[J].中國煙草科學，2008，29（2）：58-61.

[2] 朱尊權.論當前我國優質烤煙生產技術導向[J].煙草科技，1994，27（1）：2-5，34.

[3] 陸天勝，劉漢傳，邵伏文，等.烤煙40級不同成熟度與內外觀質量研究[J].安徽農業科學，1994，22（3）：256-258.

[4] 葉科媛，劉路路，盧瑞琳，等.不同成熟度和晾制方式對雪茄煙葉品質的影響[J].浙江農業科學，2022，63（7）：1584-1587.

[5] 李崢，張曉兵，夏琛，等.成熟度對K326上部葉鮮煙素質及烤后質量的影響[J].湖南文理學院學報（自然科學版），2022，34（2）：67-72，94.

[6] 彭隆基，陳吉珩，肖佳冰，等.不同煙草品種和采收成熟度對煙葉等級質量的影響[J].作物研究，2022，36（1）：52-56.

[7] LI P， BAI G X， HE J B， et al. Chromosome-level genome assembly of Amomum tsao-ko provides insights into the biosynthesis of flavor compounds[J]. Horticulture Research， 2022， 9： uhac211.

[8] 劉絢霞，劉朝俠.影響煙葉煙堿含量的因素分析[J].甘肅農業科技，1996（7）：39-40.

[9] 趙銘欽，于建春，程玉淵，等.烤煙煙葉成熟度與香氣質量的關系[J].中國農業大學學報，2005，10（3）：10-14.

[10] 屈靖雄，劉彪，殷雪艷，等.成熟度對煙葉質量的影響[J].鄉村科技，2022，13（11）：78-80.

[11] 王廣山，陳衛華，薛超群，等.煙堿形成的相關因素分析及降低煙堿技術措施[J].煙草科技，2001，34（2）：38-42.

[12] 徐曉燕，孫五三，李章海.煙堿的生物合成及控制煙堿形成的相關因素[J].安徽農業科學，2001，29（5）：663-664，666.

[13] 謝曉斌，陳永明，王軍，等.南雄煙區生態條件分析[J].中國煙草科學，2014，35（4）：75-78，84.

[14] 張希，何佳，薛剛，等.品種與成熟度及其互作對烤煙主要化學成分含量的影響[J].貴州農業科學，2020，48（12）：42-46.

責任編輯：李菊馨