烤煙煙花游離氨基酸組成及在發育過程中的變化研究

關鍵詞：烤煙；煙花；游離氨基酸；發育過程

煙花、煙杈是烤煙生產中的主要廢棄物，因缺乏資源化利用途徑，只能被掩埋處理。研究發現，打頂所棄煙花含有豐富的香氣成分及其前體物質，經提取可作為卷煙的香精香料[1]。許春平等[2]利用超聲波水提法提取烤煙花蕾香料，鑒定出57種揮發性化合物，添加至卷煙后可以增加卷煙制品香氣，使煙氣豐滿醇和。謝勝男等[3]研究發現紅花大金元煙花腺毛分泌物西柏三烯二醇、蔗糖酯含量豐富，兩者是卷煙香氣的重要前體物質。白家峰等[4]以煙花為原料，研究通過發酵工藝和美拉德反應制備煙用香料。孫振春等[5]研究發現，煙草花蕾酶解基底制備的美拉德反應中間體添加到卷煙中，能有效改善煙氣品質，提高香吃味。因此，以煙花為原料制備煙用香精香料是實現其資源化、高附加值利用的有效途徑。

游離氨基酸是煙草中重要的含氮化合物，在煙花中含量極豐富。游離氨基酸可以與糖類物質發生美拉德（Maillard）反應，生成吡嗪類、呋喃類和吡咯類等香氣物質，部分游離氨基酸如苯丙氨酸等，還可以直接分解為苯甲醇和苯乙醇等香味物質，對烤煙味道和香氣有較大貢獻[6-7]。目前關于煙花游離氨基酸的研究鮮有報道，因而解析煙花中游離氨基酸種類及含量，探究煙花發育過程中的游離氨基酸變化規律，對適時收集煙花，開發煙花在煙用香精香料方面的價值具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗地點與供試材料

試驗地點為山東諸城煙草試驗站和中國農業科學院西南（涼山）煙草試驗基地。烤煙中煙特香301、中川208和云煙87種子均由中國農業科學院煙草研究所提供。

1.2試驗設計

1.2.1不同產地、品種煙花取樣 在諸城和涼山試驗點，每個品種選擇代表地塊0.03hm2，設置3個重復，當地常規栽培方式種植，每個重復選擇代表煙株10株，在盛花前期打頂，將花苞、花蕾和花朵收集后冷凍干燥，混合后粉碎待用。

1.2.2不同發育時期煙花取樣 分別在諸城和涼山試驗點3個代表田塊于盛花前期各選擇生長一致的代表煙株15株收集煙花，煙花分成蕾苞（花長1.7cm±0.1cm）、花蕾（花長3.5cm±0.2cm）、盛花（花長5.7cm±0.2cm）、凋謝花（花長5.3cm±0.2cm）4類。每株選擇不同發育時期花朵2～3朵，稱量并計算各時期花朵的平均質量，每時期2個試驗點分別選取平均質量±0.01g的5朵花，混合后進行測定，每處理共6次重復，檢測游離氨基酸的組成和含量。

1.3游離氨基酸含量測定

稱取0.1g煙花凍干粉加入5mL的游離氨基酸提取液中，25℃超聲提取30min；3000×g離心10min后，取適量上清液用微孔過濾膜（0.22μm）過濾，取0.5～1.0mL濾液加入樣品瓶，采用全自動氨基酸分析儀（Biochrom30+）進行測定。通過比對樣品的游離氨基酸峰譜和標準氨基酸峰譜，對樣品中的游離氨基酸進行鑒定和定量。結果用每克干質量所含游離氨基酸的毫克數（mg/g）表示。

1.4數據分析

采用SPSS16.0軟件對數據進行方差分析和趨勢分析。

2結果

2.1不同產地煙花游離氨基酸組成及含量特征

如表1所示，3個烤煙品種煙花檢測到19種游離氨基酸，不同品種中均為天冬酰胺含量最高，其次為脯氨酸，甘氨酸和蛋氨酸含量最低。2個試驗點中煙特香301煙花總游離氨基酸含量均顯著高于其他2個品種，大部分種類的游離氨基酸含量也高于其他2個品種。3個品種煙花總游離氨基酸的含量均為諸城顯著高于涼山。諸城中煙特香301煙花蘇氨酸、絲氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、蛋氨酸和組氨酸含量顯著高于涼山，其他游離氨酸含量差異不顯著。諸城中川208煙花大部分游離氨基酸含量顯著高于涼山，天冬氨酸、谷氨酸、色氨酸含量顯著低于涼山，甘氨酸、異亮氨酸和色氨酸含量與涼山相當。諸城云煙87煙花蘇氨酸、絲氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、丙氨酸、酪氨酸、組氨酸和精氨酸的含量顯著高于涼山，天冬氨酸、谷氨酸、蛋氨酸和色氨酸的含量顯著低于涼山，其他氨基酸含量差異不顯著。山東諸城種植的中煙特香301煙花天冬酰胺和脯氨酸含量最高，分別為25.21mg/g和7.84mg/g；四川涼山種植的云煙87煙花甘氨酸含量最低為0.11mg/g，中川208煙花蛋氨酸含量最低為0.07mg/g。

2.2煙花不同發育時期游離氨基酸組成和含量特征

如表2所示，中煙特香301煙花花蕾期較蕾苞期絲氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和甘氨酸含量顯著增加，天冬氨酸、組氨酸和色氨酸差異不大，其他氨基酸顯著降低。進入盛花期總游離氨基酸顯著降低，蘇氨酸、蛋氨酸和γ-氨基丁酸含量顯著增加，脯氨酸、酪氨酸和色氨酸差異不大，其他游離氨基酸含量顯著降低。到凋謝期色氨酸含量顯著增加，天冬氨酸、天冬酰胺和甘氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸含量顯著降低。中川208煙花花蕾期較蕾苞期蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、γ-氨基丁酸、色氨酸、總游離氨基酸含量顯著增加，天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和纈氨酸含量變化不大，其他氨基酸含量明顯降低。進入盛花期谷氨酸和組氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸含量均顯著降低。進入凋謝期絲氨酸和色氨酸含量顯著增加，蘇氨酸和谷氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸顯著降低。云煙87煙花花蕾期較蕾苞期天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量無明顯變化，其他游離氨基酸含量顯著降低。進入盛花期蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、γ-氨基丁酸和色氨酸含量變化不大，其他氨基酸含量顯著降低。進入凋謝期苯丙氨酸和色氨酸含量顯著升高，甘氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、γ-氨基丁酸和精氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸含量顯著降低。

3個品種總游離氨基酸蕾苞和花蕾期總游離氨基酸含量最高，中煙特香301煙花達到61.00mg/g以上。在各個發育時期天冬酰胺和脯氨酸均為煙花中主要游離氨基酸，花蕾期含量最高，在中煙特香301中可達到33.16mg/g和9.54mg/g。

2.3煙花發育過程中游離氨基酸變化趨勢

3個烤煙品種煙花發育過程中游離氨基酸含量變化趨勢如圖1所示，所有游離氨基酸共呈現5種變化趨勢：趨勢①游離氨基酸含量逐漸下降，趨勢②游離氨基酸含量先增高后降低，趨勢③先降低后在凋謝期升高，趨勢④游離氨基酸含量先降低再升高再降低，趨勢⑤游離氨基酸先升高再降低再升高。3個品種煙花有10種游離氨基酸在發育過程中含量變化趨勢一致（表3），其中纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、賴氨酸、組氨酸和精氨酸含量呈現趨勢①；天冬酰胺和脯氨酸含量呈現趨勢②；色氨酸含量呈現趨勢③；趨勢一致的游離氨基酸含量占總游離氨基酸含量75%以上。3個品種煙花發育過程中含量變化趨勢不一致的游離氨基酸有9種，其中苯丙氨酸和天冬氨酸有2個品種變化趨勢一致，其他7種游離氨基酸則品種間含量變化趨勢均不同。

3討論

烤煙中游離氨基酸在調制加工、燃燒過程中可以與還原糖發生美拉德反應，生成大量具有煙草特征香味的揮發性化合物和大分子棕色化合物，對烤煙煙氣具有重要貢獻[8-9]。游離氨基酸與還原糖氨基酸的種類和數量對美拉德產物豐富程度具有顯著影響[10]，當兩者參與反應的質量比相當時，美拉德反應產物生成量最高[11-12]。大量煙草化學方面研究發現烤煙煙葉還原糖均值在21%～25%之間[13]，游離氨基酸均值6～16mg/g[14-16]。煙葉中的還原糖含量遠高于游離氨基酸含量，參與美拉德反應的游離氨基酸含量明顯不足。本研究中的3個品種煙花總游離氨基酸含量均超過30.00mg/g，特別是中煙特香301煙花含量更高，遠高于報道的烤煙煙葉游離氨基酸的含量。因而，將煙花作為卷煙香原料，可以彌補煙葉的不足，為卷煙燃燒過程產生的美拉德反應提供更多游離氨基酸作為底物，從而改善和豐富卷煙煙氣。

煙葉中含有多種游離氨基酸，不同種類游離氨基酸與還原糖發生美拉德反應可以產生不同香氣物質，對卷煙煙氣具有不同貢獻。天冬酰胺與煙葉中的果糖發生美拉德反應生成吡嗪類和呋喃類等化合物，表現為焦糖香[17]；脯氨酸與葡萄糖/果糖反應可以生成烯醇酮和呋喃酮，對卷煙煙氣甜味貢獻較大[18]。甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸的美拉德反應產物主要為吡嗪類和吡啶類物質，分別表現為果香、焦糖香、焦糊香、甜香、花香和爆米花樣香氣，可以提高煙氣濃度，使煙氣更豐滿，蛋氨酸的美拉德產物可以降低卷煙評吸質量，而其他游離氨基酸美拉德反應產物對評吸質量影響不大[19]。本研究發現煙花中含有19種游離氨基酸，包含上述7種有效游離氨基酸。煙花中天冬酰胺和脯氨酸含量最高，占煙花總游離氨基酸50%以上，甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸占煙花總游離氨基酸的8%左右，天冬酰胺和脯氨酸是煙花中可參與美拉德反應，且對煙氣有貢獻的主要游離氨基酸。

本研究發現，在煙花發育過程中天冬酰胺和脯氨酸含量呈先增高后降低的趨勢，且在花蕾期含量最高，再綜合考慮甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸在發育過程中的變化趨勢，建議選擇花蕾比例較高的煙花作為香原料，并以此為依據進行田間打頂煙花的收集和干煙花原料的收購。此外，本研究參試的3個品種中煙特香301總游離氨基酸、天冬酰胺、脯氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸含量顯著高于其他2個品種，有效游離氨基酸含量更高，更適合作為煙花原料資源。山東諸城和四川涼山相比，諸城的煙花總氨基酸、天冬酰胺、脯氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸含量較高，更適合作為煙花原料產地。

4結論

烤煙煙花含有19種游離氨基酸，總游離氨基酸含量達到30mg/g以上，其中天冬酰胺、脯氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸的美拉德產物對煙氣香吃味具有重要貢獻，是煙花中參與美拉德反應的主要有效氨基酸。天冬酰胺和脯氨酸含量最高，占煙花總游離氨基酸50%以上。煙花在花蕾期時上述7種有效氨基酸含量最高，因而盛花前打頂的煙花作為煙花原料質量更優。品種間、產地間7種有效游離氨基酸含量差異明顯，中煙特香301較中川208和云煙87更適合作為煙花原料資源，山東諸城較四川涼山更適合作為煙花原料產地。