增施農家肥對不同區域煙葉香氣品質的影響

摘要 ［目的］研究增施農家肥處理對不同地區及不同葉位煙葉揮發性物質、總酚、總黃酮以及類胡蘿卜素含量的影響，尋求一種能有效提高煙草香氣品質、提升卷煙質量的煙草種植優化技術，為不同產區進行適宜的管理模式選擇與煙葉品質評價提供了基礎理論支撐。［方法］以“云煙87”為材料，在湖北利川和宣恩種植基地對煙葉進行施肥處理（增施農家肥7 500 kg/hm2，餅肥450 kg/hm2），分析施肥處理對不同葉位煙葉總酚、總黃酮、類胡蘿卜素及揮發性物質含量的影響。［結果］利用HS-SPME-GC-MS技術共檢測到25種關鍵芳香成分，1，4-二十碳烯烴類揮發物為煙葉中占比最高的物質，達54.39%～83.38%，茄尼酮次之，此外，在利川地區，施肥處理顯著提高煙葉中苯甲醛、β-紫羅蘭酮、3-羥基-β-二氫大馬酮與二氫獼猴桃內酯4種關鍵揮發性物質含量占比，但在宣恩地區，施肥處理的煙葉中揮發性物質含量低于常規栽培模式。此外，在利川示范區，施肥處理的上部煙葉中類胡蘿卜素含量比常規模式提高23%，中部煙葉中總黃酮含量提高了50%，總酚含量也顯著提高。［結論］施肥處理可對不同地區及葉位揮發性物質、總酚、總黃酮及類胡蘿卜素含量產生影響，但不同地區模式不同，這為不同產區進行適宜的管理模式選擇、提高煙草香氣品質、提升卷煙質量提供一定的理論和技術依據。

關鍵詞 煙草；施肥；揮發性物質；活性物質

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）13-0121-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.030

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Adding Farmyard Manure on Aroma Quality of Tobacco Leaves of Different Production Regions

XIANG Yu1，HUANG Yan-jiang1，ZHOU Cheng2 et al

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

Abstract ［Objective］ To seek an optimized planted technology that can improve aroma and nutrition quality of the cigarette，effects of adding farmyard manure on volatiles content，total phenol，total flavonoids and carotenoids of tobacco leaves from different parts and regions were studied.The study provided basic theoretical support for appropriate management and quality evaluation of tobacco leaves in different producing areas.［Method］ ‘Yunyan 87’ was used as material to fertilize tobacco leaves in Lichuan and Xuanen planting bases of Hubei Province （7 500 kg/hm2 of farm fertilizer and 450 kg/hm2 of cake fertilizer）.The effects of adding farmyard manure on content of total phenols，total flavonoids，carotenoids and volatile substances in different parts of tobacco leaves were analyzed and evaluated.［Result］A total of 25 key aromatic components were detected by HS-SPME-GC-MS technique.1，4-Eicosadiene was the most important substance in tobacco leaves，accounting for 54.39%-83.38%，followed by 6，8-Nonadien-2-one，8-methyl-5-（1-methylethyl）-，（E）-.The content of four key volatile substances （benzaldehyde，β-ionone，3-Hydroxy-β-damascone and Dihydroactinidioide） were significantly increased by fertilization treatment，but the content of volatile substances in tobacco leaves treated with fertilization were lower than those in conventional cultivation mode in Xuanen area.In addition，in Lichuan demonstration area，the carotenoid content treated with fertilizer increased by 23% compared with the conventional mode in the upper tobacco leaves，the total flavonoid content in the middle tobacco leaf increased by 50%，and the total phenol content was also significantly increased.［Conclusion］ Adding farmyard manure treatment can affect the content of volatile substances，total phenols，total flavonoids and carotenoids in different regions and leaves，but the change pattern is different in different regions，which provides theoretical and technical basis for selecting appropriate management mode in different producing areas，improving tobacco aroma quality and cigarette quality.

Key words Tobacco;Fertilization;Volatile substances;Active substance

作者簡介

向羽 （1986—），男，湖北恩施人，農藝師，碩士，從事煙葉原料評價及質量控制研究。*通信作者，助理研究員，博士，從事農產品加工與貯藏研究。

收稿日期 2023-08-29；修回日期 2023-09-28

煙草是我國重要的經濟作物，是我國出口最多的農產品之一，在我國稅收來源中占據重要地位。研究表明，我國2018年烤煙種植面積達89.87萬hm2，主要種植于云南、河南、貴州和山東等地［1-2］。目前，我國大力發展中式卷煙，其品質不僅與煙葉中煙堿、糖、鉀等成分有關，更重要的是與煙草的香味物質有關，因此，尋求一種有效的種植技術提高煙葉品質，從而生產高香氣的優質煙葉對提高煙葉利用率及提升卷煙質量具有重要意義。目前，煙葉中已有2 549種香氣物質被鑒定［3］，其中根據致香功能基團可劃分為酸類、醇類、醛類、酮類、酯類、酚類等，按前體物可分為類胡蘿卜素類降解產物、類西柏烷類、苯丙氨酸類、棕色化產物、新植二烯等［4-5］。施肥作為提高作物產量的手段之一，已在我國煙草種植田廣泛施用，并被證明可以提高煙葉的產量和香氣含量［6］。孫新等［7］研究表明，一定程度上提高鉀素的施用量可以提高煙草中醛類物質的相對含量，Yan等［5］研究表明，提高煙葉種植土壤的碳含量可有效提高煙葉中的β-紫羅蘭酮、芳樟醇等香氣物質的含量。黃泰松等［8］對煙草進行施鉬處理，結果表明，施鉬能夠提高中上部煙葉中性和酸性香氣成分總量，其中酸性香氣成分總量增幅較大。然而，有關增施農家肥對不同葉位及地區煙葉香氣品質的影響尚不明確。因此，筆者以“云煙87”為材料，以湖北利川和湖北宣恩為示范區，研究施肥處理對不同葉位及地區烤煙總酚、總黃酮以及類胡蘿卜素含量的影響，并對其煙葉香氣品質進行評價，旨在提供一種能有效提高煙草品質的煙草種植優化技術，為提高煙草香氣品質、提升卷煙質量提供一定的理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以“云煙87”為供試材料，種植于湖北宣恩和湖北利川試驗基地。

1.2 試驗方法 示范區樣品增施農家肥（發酵牛糞）7 500 kg/hm2，菜籽餅肥450 kg/hm2，非示范區樣品采用常規栽培技術，以上煙草均按照當地優質煙葉生產技術規范統一管理，在生長相同時間取上部及中部煙葉，每次取10株煙草，每次3個重復，置于相同條件下進行烘烤后，對不同葉位以及不同地區煙葉進行品質評價。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 總酚含量。

總酚含量采用福林酚法測定［9］。稱取1 g組織樣品，用5 mL 80%的甲醇均質，12 000 r/min 4 ℃離心20 min，上清液即為總酚粗提液。總酚反應體系包含0.5 mL上清液，1 mL福林酚試劑和3.5 mL 1 mol/L的碳酸鈉溶液，混合液在30 ℃水浴中保溫1 h，在760 nm處測定吸光值，以沒食子酸為標準物質建立標準曲線計算含量，結果以干質量計，表示為mg/kg。

1.3.2 總黃酮含量。

稱取1 g組織樣品，加入4 mL 60%的乙醇，4 ℃、12 000 r/min離心20 min，收集上清液分析總黃酮含量。總黃酮含量的測定參照陳瑩等［10］的方法略作修改。總黃酮反應體系包括2 mL上清液、1 mL乙醇、1 mL 3%AlCl3和2 mL乙酸鈉緩沖液（pH 5.5），在510 nm處測定吸光值，以蘆丁為標準物質建立標準曲線計算含量，結果以干質量計，表示為mg/g。

1.3.3 類胡蘿卜素含量。

類胡蘿卜素含量根據植物類胡蘿卜素含量試劑盒說明書測定，結果以干質量計，表示為mg/kg。

1.3.4 揮發性物質含量。

煙草揮發性物質含量參照劉哲等［11］的方法，采用SPME-GC-MS測定。稱取煙草組織樣品20.5 g，加入3 mL 200 mmol/L乙二胺四乙酸-二鈉（EDTA-Na2）和3 mL 20% CaCl2溶液，以2-辛醇（0.004 mg/mL）作為內標，置于固相微萃取裝置中以 70 ℃、250 r/min 條件下萃取 20 min 后，解吸時間 2 min，進行 GC/MS 分析。色譜條件：載氣，He，流量為l mL/min。柱箱升溫程序：60 ℃保持2 min，4 ℃/min升至260 ℃保持10 min，分流比5∶1。分離柱為DB-WAX 毛細管柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm ），離子化方式為電子轟擊電離，電子能量70 eV，四級桿溫度為150 ℃，傳輸線溫度為250 ℃。揮發性化合物的定性通過與NIST質譜庫（NIST-08）對比確定，根據內標物的峰面積計算揮發性化合物的相對含量，結果表示為μg/kg。

1.4 數據分析

數據采用Excel整理繪表并采用Origin 2018軟件作圖，采用SPSS 20.0對數據進行統計分析，采用SPSS 20.0對數據進行統計分析，采用獨立樣本T檢驗進行顯著性分析，*表示不同栽培模式具有顯著差異，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，ND，no detected，未檢測出。試驗結果均表示為平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 不同地區施肥與常規栽培香氣物質積累差異

利用HS-SPME-GC-MS技術對不同地區及葉位的揮發性物質進行檢測，共發現25種關鍵芳香成分，包括4種醛類、9種酮類、4種醇類、2種酯類與6種烴類（表1）。煙草中不同地區不同葉位的芳香物質中最主要的成分為1，4-二十碳烯，不同管理方式的占比在54.39%～83.38%，在相同管理方式下，不同地區1，4-二十碳烯出現相反變化規律。利川地區施肥管理模式下不同葉位中1，4-二十碳烯的占比小于常規栽培模式，但在宣恩地區，施肥模式中1，4-二十碳烯的含量高于常規模式。此外，利川地區施肥管理模式下，上部煙葉中的1，4-二十碳烯的含量高于中部煙葉，常規管理中上部煙葉中1，4-二十碳烯的積累量則低于中部煙葉，但在宣恩地區施肥管理模式上部煙葉中的該物質積累規律與利川地區相反，但在常規模式下的積累量無顯著差異。酮類物質因為具有較低的閾值，對煙葉的芳香氣味貢獻巨大，不同煙葉中酮類物質含量占比達0.06%～17.80%，其利川地區中施肥模式占比含量最高的酮類物質是茄尼酮，其在中部煙葉占比高達17.8%，但常規模式下茄尼酮含量占比只有7.8%，顯著低于施肥處理。宣恩地區不同部位煙葉香氣中含量第二高的為茄尼酮，占比在8.67%～15.50%，其中常規栽培模式下不同葉位中β-紫羅蘭酮含量占比也達0.35%～0.80%。由此可知，不同產區不同管理模式對不同部位煙葉芳香成分的積累占比具有顯著影響。這可能與當地的生態環境差異有關，因此，這為針對不同產區進行適宜的管理模式選擇與煙葉品質評價提供了基礎理論支撐。

2.2 不同地區與不同葉位關鍵香氣物質含量變化

通過對不同產區不同管理模式下不同葉位煙葉總體香氣物質含量的占比分析，結合含量與不同物質的占比及呈味感官特性，篩選出苯甲醛、β-紫羅蘭酮、1，4-二十碳烯、3-羥基-β-二氫大馬酮與二氫獼猴桃內酯5種關鍵芳香成分，并對其含量進行了分析。由圖1可知，苯甲醛含量在利川地區上部葉片中差距不大，但在中部葉位中施肥管理下的含量顯著高于常規模式。宣恩地區在不同葉位煙葉中的苯甲醛含量常規管理模式均高于施肥模式。煙草中的重要香氣物質β-紫羅蘭酮的含量變化呈現出與苯甲醛類似的積累規律。在利川地區的中部煙葉和宣恩地區的上部煙葉中，施肥管理的β-紫羅蘭酮占比顯著高于常規管理模式。這表明宣恩地區煙葉香氣物質含量受到不同管理模式的影響更大。煙葉香氣中另外一種差異變化較大且重要的酮類是3-羥基-β-二氫大馬酮，在利川地區的施肥管理模式下上部葉片中積累占比近5%，但常規栽培模式占比不到1%，在宣恩地區常規管理模式的占比顯著高于施肥模式，但含量占比都不到1%。煙葉中含量占比最高的1，4-二十碳烯在不同地區不同管理模式下表現出相反的積累模式。常規管理模式利川地區上部與中部葉位煙葉中1，4-二十碳烯的占比均顯著高于施肥管理模式，常規管理模式占比54%～83%，施肥模式占比在50%～70%，但均在宣恩地區施肥模式不同葉位煙葉中積累更多的1，4-二十碳烯，占比在65%～75%，常規模式下的占比僅為50%～60%。煙葉中檢測到2種比較穩定的酯類芳香成分，二氫獼猴桃內酯含量占比較高，且受到不同管理模式顯著影響。在利川地區上部葉位煙葉中積累無顯著差異，但在中部葉位煙葉中，施肥管理模式下的二氫獼猴桃內酯含量顯著高于常規模式，是常規模式的1.8倍。

2.3 不同管理模式下不同地區煙葉關鍵營養成分變化

煙葉中不同營養成分對煙葉風味與品質等級具有重要影響。研究了不同管理模式下不同地區上部與中部葉位煙葉的類胡蘿卜素、總酚與總黃酮含量的變化，對比了其積累規律。類胡蘿卜素是煙葉中關鍵香氣成分C13降異戊二烯類的底物，同時對煙葉的色澤等外觀品質起著決定作用。測定發現，在利川地區上部葉位煙葉中，施肥模式能顯著提高類胡蘿卜素含量，施肥模式下類胡蘿卜素含量比常規模式提高23%左右，中部葉位煙葉則差異不顯著。但在宣恩地區，施肥模式下類胡蘿卜素含量都顯著高于常規模式，表明施肥能顯著提高煙葉的類胡蘿卜素積累（圖2）。

總酚與總黃酮是細胞重要抗氧化成分，不僅能保持煙葉的品質，更能對煙葉的風味有重要貢獻。測定發現，這2種抗氧化物質的含量在不同地區不同管理模式下表現出相似的積累規律。施肥管理有效提高利川地區的中部煙葉的總酚含量，但對上部煙葉總酚含量影響不大。宣恩地區則呈現出相反的積累模式，施肥管理顯著提高上部煙葉的總酚含量，但對中部葉位煙葉的總酚積累無顯著影響。施肥管理對利川地區總黃酮含量的影響與總酚的影響相一致，上部煙葉的總黃酮含量無顯著差異，但施肥顯著提高了中部葉位的總黃酮含量，積累量在120 mg/g左右，而常規模式僅有80 mg/g左右，增加量近50%。但在宣恩地區，施肥模式對上部煙葉總黃酮的積累無顯著影響，對中部煙葉總黃酮積累具有顯著效果，施肥模式較常規模式提升近23%。由此可知，施肥管理對宣恩地區不同葉位煙葉的關鍵營養成分影響較大，對利川地區營養成分的積累影響呈現出較為明顯的葉位差異，但總體來看，施肥對不同地區不同葉位的關鍵營養成分的積累具有提升作用。這為進一步優化不同地區的管理模式提供了數據支撐。

3 討論

有關煙草的香氣物質，前人已經做了大量研究，吳麒昊等［12］采用HS-SPME-GC/MS從煙葉中檢測出128種化學成分，并通過OAV值確定煙堿、苯乙醛、香葉基丙酮、а-大馬酮、大馬酮等12種活性物質為煙草中的主要揮發性香氣成分，劉哲等［11］采用HS-SPME-GC/MS 從2種煙葉樣品中共檢出 82 種香氣成分，包括醇類 15 種、酯類11種、酚類3種、醛類9種、酮類 20 種、酸類 7 種、烴類 8 種、其他 9 種，張風梅等［13］也從8種煙葉樣品中檢測到125種香氣成分，通過SPME-GC-MS共鑒定出25種主要揮發性香氣成分，包括4種醛類、9種酮類、4種醇類、2種酯類與6種烴類，其中1，4-二十碳烯在不同管理方式下的占比在54.39%～83.38%，是煙草中占比最高的揮發性物質。此外，可能由于環境因素的影響，β-紫羅蘭酮和茄尼酮含量占比在不同栽培模式下表現出不同差異。

類胡蘿卜素是烤煙中的重要香氣前體物質［14-15］ ，藏花醛、二氫獼猴桃內酯、紫羅蘭酮、大馬酮和巨豆三烯酮、香葉基丙酮等都是由類胡蘿卜素裂解產生［16-18］，此外，不同栽培模式會對煙葉的香氣物質含量產生巨大影響。榮仕賓等［19］研究表明不同留葉數會影響煙葉中類胡蘿卜素降解產物總量、芳香族氨基酸降解產物總量和揮發性香氣物質含量，孫新等［7］研究表明，一定程度上提高鉀素含量可提高煙草中醛類物質的相對含量，氮過高則對酮類物質積累不利，糖類物質含量［20］和鉬肥處理［8］也會對煙草的香氣物質含量造成影響。這與該研究結果相類似。該研究中，對苯甲醛、β-紫羅蘭酮、1，4-二十碳烯、3-羥基-β-二氫大馬酮與二氫獼猴桃內酯5種關鍵芳香成分分析表明，不同地區施肥處理對煙葉香氣物質含量占比影響不同，在利川地區，施肥處理的煙葉中苯甲醛、β-紫羅蘭酮、3-羥基-β-二氫大馬酮與二氫獼猴桃內酯4種關鍵揮發性物質含量占比顯著高于常規栽培，但在宣恩示范區表現出相反的變化模式。程昌新等［21］研究指出，遺傳因素影響香氣物質的性質和種類，環境因素則主要影響香氣物質的含量和組成比例，因此，針對不同地區煙草的適宜栽培模式需進一步研究。

多酚類物質是衡量煙草品質的重要指標，其在煙草的生長發育、調制特性、煙葉色澤和香氣吃味等方面發揮重要作用［22-23］。在煙草中，綠原酸、蕓香苷和莨菪亭占多酚總量的80%以上，且等級越高的煙葉，多酚含量越高［24］。研究表明，煙葉中多酚含量與基因型、植株部位、成熟度、溫度、海拔、栽培措施和調制方式等有關［22，25］，張希等［26］研究表明施氮是提高煙葉多酚類物質含量物質的重要措施，移栽30 d后打頂處理可以抑制酚類降解相關酶的活性，從而提高綠原酸等酚類物質的含量［25］。此外，不同葉位多酚含量不同，表現為上葉位>中葉位>下葉位［27］。在該研究中，施肥處理對不同地區煙葉總酚含量均有顯著影響，但由于受地理因素的影響，在利川示范區，施肥處理顯著提高了中部葉位的總酚含量，在宣恩示范區，施肥處理則對上部煙葉的多酚含量影響更為顯著。但總體來看，施肥處理對不同地區及葉位煙葉總酚含量具有積極影響。與總酚類似，黃酮類化合物作為多酚類次生代謝產物，也是衡量煙草和卷煙質量的一項重要指標［28］。在煙草中，黃酮類物質也作為重要的潛香型物質，產生呋喃二酮和糠醛等香氣物質，從而影響卷煙品質和風味特征。楊虹琦等［29］研究表明，黃酮類物質含量較高時，煙草中的香氣含量也相對提高，不同施氮水平可通過上調煙草葉片中黃酮類化合物代謝相關基因表達，從而提高蕓香苷等黃酮類物質的含量［30］，不同生長溫度也會對煙草黃酮類物質含量產生顯著影響［28，31］。該研究結果表明，施肥可以提高煙草葉片中總黃酮含量，在利川示范區，施肥的中部葉片中總黃酮含量是常規栽培的1.5倍，在宣恩示范區，施肥的上部葉片中總黃酮含量是常規栽培的1.3倍，表明施肥處理可以顯著提高中部煙葉總黃酮含量。

4 結論

施肥處理可以影響煙葉中總酚和總黃酮含量，提高煙葉品質，不同葉位總酚、總黃酮含量受結構優化的影響不同。利用HS-SPME-GC-MS技術共檢測到25種關鍵芳香成分，1，4-二十碳烯為煙葉中占比最高的物質，茄尼酮次之。在利川地區，施肥處理顯著提高煙葉中苯甲醛、β-紫羅蘭酮、3-羥基-β-二氫大馬酮與二氫獼猴桃內酯4種關鍵揮發性物質含量占比，且施肥處理的上部煙葉中類胡蘿卜素含量比常規模式提高23%，中部煙葉中總黃酮含量提高了50%，總酚含量也顯著提高。此外，由于環境因素的影響，不同地區揮發性香氣物質含量差異并不一致，因此，針對不同地區，仍需要進一步篩選適宜地區的栽培技術。這為提高煙草香氣品質、提升卷煙質量提供一定的理論和技術依據。

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