干燥方式對煙花有機酸含量的影響及判別分析

（1.中國農業科學院煙草研究所，青島266101；2.中國農業科學院研究生院，北京100081；3.山東臨沂煙草有限公司，山東臨沂276000；4.山東中煙工業有限責任公司技術中心，濟南250013)

中圖分類號： 文獻標識碼：A

文章編號：1007-5119（2025）02-0069-06

Effects of Drying Methods on Organic Acid Contents of Tobacco Flowers and Discriminant Analysis

XU Minglei1，2， HOU Xiaodong1， ZHANG Zhongfeng1， TIAN Lei3*，WEI Yulei4，HAN Xiao1， TAN Xiaolei3，DU Yongmei1* (1.Tobacco ResearchInstituteofCAAs，Qingdao266101，China;2.Graduate SchoolofChineseAcademyofAgriculturalSiences， Beijing100081，China;3.ShandongLinyiTobaccoCo.，Ltd.，Linyi2760oo，Shandong，China; 4.TechnologyCenterofChina Tobacco Shandong Industry Co.，Ltd.， Jinan 25oo13，China)

Abstract: Toexplore the utilizationoftobaccoflower in tobacco flavoringapplications and establish disriminant modelfordrying methods basedon keyorganic acids，GC/MS was employed toanalyze the diferences inorganic acid content acrossseven drying methods.Partialleastsuaes-dimantaalysis(-)asedtoidntifyeydirentialoganiccis，flodbyisher discriminantanalysis toconstructadiscriminantmodel foridentifyingdrying methods.Resultsshowedas thefollows.(l)Volatile acidsintobaccoflowerstreatedwithdiferentdryingmethodswereidentifiedasbenzoicacid，phenylaceticacidand3- methylpentanoic acid (with characteristic aroma)， with total content ranging from 116 to 1 8 1 μ g / g . The total content of non-volatile acids ranged from 59.7 to 7 7 . 0 m g / g ，with the sum of oxalic acid， malic acid and citric acid content accounting for approximately 9 2 . 5 % to 9 7 . 8 % of the total. The total content of higher fatty acids ranged from 22.4 to 6 5 . 2 m g / g ，with unsaturated fatty acids (oleic acid，linoleic acid，and linolenic acid) accounting for about 5 8 . 7 % to 7 6 . 6 % of the total. (2) Drying methods significantly affected organic acidcontents: airdrying achieved thehighest volatile acid content，folowed byprogrammed heating drying andsun drying， whereas freeze drying yielded the lowest.Non-volatileacidsreached peak levels during freeze drying，whereastheir minimum content were observed in constant temperature drying. The total content of higher fatty acids was the highest in freeze drying andthelowest inairdrying.(3)PLS-DAclasifiedthesevendrying metodsintofivecategories:freezedrying，programmedheating drying，constanttemperaturedrying，sundrying，andairdrying.BasedontheVIPvaluesfromthePLS-DAmodel，sevenkey diferentialoanccids，elytaricid，leiccidiccidliccidiriccid，sticcidndacid wereidentifiedascharacteristicmarkersSubsequetlyaFisherdisrimiantmodelwasestablishdforthfivecategorsoftobac flower drying methods， with classification accuracies of 9 6 . 7 % in the training set and 1 0 0 % in the test set. In summary， the organic acid profiles of tobacco flowers subjected to air drying，sun drying，or programmed heating drying (up to ）exhibitgreater suitabilityfortobacoflavoringapplications.Organicacidscanserveascharacteristicchemicalcomponentsforeffectively discriminating tobacco flower resources obtained from different drying methods.

Keywords: tobacco flowers; drying method; organic acid; PLS-DA; Fisher discriminant analysis

烤煙是我國重要的經濟作物。在烤煙生長過程中，開花期摘除其花序(以下簡稱煙花)，是保障煙葉產量和品質的必要措施。目前，大田摘除的煙花，大部分被丟棄在田間或掩埋處理，不僅造成資源浪費，還增加了田間病害傳播風險。近年來，有關煙花致香成分提取作為卷煙增香添加劑的研究受到較多關注。陳興等[]采用超臨界 技術萃取紅花大金元煙花致香物質，并從萃取物中鑒定出45種香氣成分；許春平等[2]、孫振春等[3]、魏玉磊等[4]分別研究證明，煙草花蕾或其酶解提取液是制備煙用美拉德反應產物的優異原料；付秋娟等[5]、解勝男等分別研究發現，煙花中含有豐富的腺毛分泌成分西柏烷二萜、蔗糖酯，二者是煙草特征香氣的重要前體物質。

煙草有機酸不僅具有調節煙氣酸堿度、醇和煙氣、降低煙氣刺激性的重要作用[7]，許多內源性有機酸還具有甜香、奶酪香、藥草香等香味特征，尤其是閾值較低的小分子揮發酸，在加香后能夠產生較大的風味貢獻[8]。富含有機酸的煙草提取物[]或酸香類植物提取物[10是卷煙配方加香加料的常用組分。劉志凱等[11]研究表明，煙葉中提取獲得的蘋果酸等酸味組分能顯著增強單料煙中的酸香感，并且降低單料煙中嗅香-豆香、苦味等感受。目前關于煙花有機酸組成及含量特征還未見報道。

田間摘除的新鮮煙花水分含量較高，難以存儲。干燥是降低植物原料(中藥材、功能食品等)水分使其便于存儲和運輸并保持或提高其有效成分的重要技術。研究表明，干燥工藝顯著影響植物有機酸[12-13]及其他有效成分[14-15]，進而影響植物源香料提取物的風味特性。魏玉磊等[4]發現，干燥方式對煙花還原糖含量及游離氨基酸含量影響顯著，從美拉德反應前體物提取利用的角度，建議選擇晾干、曬干或程序升溫（至 )干燥。

正確判別煙花原料干燥工藝，是保障煙花原料質量的必要措施。不同干燥方式獲得的煙花原料外觀、物理特性相似，人為鑒別困難。近年來，基于化學成分對研究對象的品種、產地、工藝等進行判別分析，已成為重要農產品、中藥材等領域的研究熱點[16-18]，而基于判別分析鑒定煙花干燥工藝的研究尚未報道。本研究分別以中川208、紅花大金元煙草花朵、花蕾為原料，應用GC/MS檢測煙花主要有機酸組成和含量，綜合應用方差分析、偏最小二乘-判別分析、Fisher判別分析，研究干燥方式對煙花有機酸含量的影響，并基于關鍵差異有機酸建立煙花原料干燥方式的判別模型，實現對煙花原料干燥方式的準確判別，擬為煙花資源的產業化開發利用提供研究基礎。

一 材料與方法

1.1供試材料及試劑

供試烤煙品種為紅花大金元(紅大）、中川208，種植于四川西昌西南煙草試驗基地，根據當地栽培技術進行種植管理。打頂期，品種選擇代表煙株各50株，從打頂摘除的花序中分別摘取花蕾[長度( 3 . 5±0 . 2 ）cm]及開放花朵[長度( 5 . 7±0 . 2 ? ）cm]，作為供試煙花材料。

檢測試劑：己二酸內標、十七烷酸內標、19種有機酸標準品（ ? 9 8 . 0 % ，美國SigmaAldrich公司)，甲醇、濃 、乙酸乙酯(分析純，國藥)。

1.2 儀器與設備

CHRIST冷凍干燥機（德國CHRIST公司）、電熱恒溫鼓風干燥箱(杭州藍天化驗儀器廠）、小型電熱溫濕度自控干燥箱(鄭州容大科技發展有限公司）、Agilent7890GC/5975MS氣質聯用儀（美國Agilent

公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1干燥方式設置供試煙花材料設置7個干燥處理：冷凍干燥（Freezedrying，FD）、程序升溫至 $5 9 \\ { ^ \\circ } \\mathrm { C } / 6 5 \\ { ^ \\circ } \\mathrm { C }$ 干燥(Program heating up drying，PD59/PD65）、恒溫 干燥(Con-stant temperature drying，CD59/CD65）、曬干（Sun drying，SD）、晾干（Air drying，AD）。2個品種(紅大、中川208)的花朵、花蕾均分別進行7種干燥方式處理，每處理3次重復，共獲得84份不同干燥方式的煙花樣品材料。不同干燥方式具體處理同魏玉磊等[4]方法。

1.3.2有機酸定性及定量測定參考劉百戰等[19]方法用硫酸-甲醇對煙花有機酸進行甲酯化，再用乙酸乙酯萃取后進行GC/MS分析。色譜柱HP-FFAP， 3 0 m×3 2 0 μ m×0 . 2 5 μ m ，載氣為氦氣，流速 1 . 5 m L / m i n ，進樣口溫度 ，進樣量 1 μ L 分流比 1 0 : 1 ，色譜柱起始溫度 $4 0 \\ { ^ \\circ \\mathrm { C } }$ ，保持 3 m i n 以 升至 ，保持 1 m i n ，以 升至 ，保持 5 m i n 。質譜傳輸線溫度： 5四級桿溫度 ；EI離子源溫度 ；電離能量 7 0 e V 。應用SCAN模式獲得有機酸總離子流圖和質譜圖，通過NIST質譜庫檢索，結合標準樣品保留時間對煙花有機酸進行定性。揮發性有機酸、非揮發酸以已二酸為內標，高級脂肪酸以十七烷酸為內標，采用選擇性離子監測(SIM)內標法進行定量。

1.3.3Fisher判別分析使用正態隨機數法將供試84份煙花樣品隨機分散排列，前60份樣品作為訓練集建立判別函數，構建判別分析模型，后24份樣品作為測試集檢驗模型準確度。

1.3.4數據分析使用DPS14.50進行統計分析；SIMCA14.1進行偏最小二乘法-判別分析；Origin2021進行Fisher判別分析。

2結果

2.1不同干燥方式煙花有機酸組成及含量特征

由于不同干燥方式對不同煙草品種花朵、花蕾有機酸含量影響規律基本一致，為節約篇幅，表1僅列出了不同干燥方式的紅大煙草花朵有機酸含量的差異分析結果。由表1看出，不同干燥方式煙花中共檢測到19種有機酸，包括3種揮發性有機酸、10種非揮發有機酸、6種高級脂肪酸。揮發酸中包括苯甲酸、苯乙酸、3-甲基戊酸，總量為 1 1 6 ～ 1 8 1 μ g / g ；非揮發酸總量達 ，其中，草酸、蘋果酸、檸檬酸含量之和占非揮發酸總量的 9 2 . 5 %～9 7 . 8 % ，為主要的非揮發酸；高級脂肪酸總量達 2 2 . 4～6 5 . 2 m g / g ，其中不飽和脂肪酸(油酸、亞油酸、亞麻酸)占 5 8 . 7 %～7 6 . 6 % 。

2.2不同干燥方式煙花有機酸含量差異性分析

由表1看出，不同干燥方式煙花揮發酸總量順序為：晾干 > 程序升溫干燥、曬干 > 恒溫干燥 > 冷凍干燥。苯甲酸、苯乙酸含量大小順序與揮發酸總量基本一致。3-甲基戊酸含量則在冷凍干燥、程序升溫干燥條件下較高，其次是晾干、曬干，恒溫干燥條件下最低。

不同干燥方式煙花非揮發酸總量順序為：冷凍干燥 > 程序升溫干燥 > 晾干 > 曬干、恒溫干燥。主要的非揮發酸草酸、蘋果酸含量大小順序與非揮發酸總量基本一致。而檸檬酸含量則是晾干>冷凍干燥、程序升溫干燥 : > 恒溫干燥、曬干。

干燥方式對煙花亞油酸、亞麻酸、高級脂肪酸總量影響較大，其含量順序為：冷凍干燥 > 恒溫干燥 程序升溫干燥、曬干 > 晾干，冷凍干燥方式的煙花亞油酸、亞麻酸、高級脂肪酸總量分別是晾干干燥的3.48、5.96、2.91倍。干燥方式對硬脂酸含量影響相對較小。晾干條件下棕櫚酸含量顯著低于其他干燥方式。冷凍干燥下油酸含量顯著高于其他干燥方式。

根據方差分析結果，與冷凍干燥方式相比，加熱與晾、曬干燥均能顯著提高煙花揮發性有機酸總量，降低非揮發有機酸、高級脂肪酸總量，其中晾干煙花有機酸含量變化最大。在最高加熱溫度相同的條件下，程序升溫干燥的煙花揮發酸與主要非揮發酸(草酸、檸檬酸、蘋果酸)含量顯著高于恒溫干燥，而含量較高的高級脂肪酸（亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸)則顯著低于恒溫干燥。同為程序升溫干燥， 干燥的煙花其揮發酸、非揮發酸總量顯著高于 ，高級脂肪酸含量間無顯著差異；而恒溫干燥條件下， 干燥的煙花其高級脂肪酸含量顯著高于 ，揮發酸、非揮發酸總量間無顯著差異。

2.3 不同干燥方式煙花有機酸偏最小二乘-判別分析

PLS-DA可對組間觀察值進行有效區分，并找到導致組間差異的關鍵變量。用SIMCA14.1建立了7種干燥方式煙花代表樣品有機酸含量的PLS-DA模型，得到其得分圖和VIP值圖(圖1和圖2)，該模型自變量擬合指數 ，因變量擬合指數 ，預測能力 ， 和 數值均大于0.5，說明該模型可靠。從得分圖上看，恒溫 與恒溫 干燥得分接近，程序升溫 與程序升溫 干燥得分距離較為接近，因此，相對于升溫方式，加熱溫度的變化對有機酸含量影響較小。根據得分距離可將7種干燥方式分為5類：冷凍干燥、程序升溫干燥、恒溫干燥、曬干、晾干。VIP值能夠量化每個變量對分組的貢獻度，一般認為VIP值大于1的組分對組間分類具有顯著貢獻，由此選擇戊二酸、油酸、硬脂酸、草酸、檸檬酸、肉豆蔻酸、苯乙酸，作為區分不同干燥方式煙花特征有機酸。

2.4基于特征有機酸的煙花干燥方式Fisher判別分析

雖然PLS-DA能對已知樣品進行分類并篩選出關鍵變量，但無法對未知樣品進行分類預測，所以在PLS-DA分析基礎上，將篩選的7種特征有機酸作為關鍵變量，采用Fisher判別分析法對煙花5類干燥方式建立判別分析函數及模型，并檢驗其預測效果。共建立4個判別分析函數，其中前2個函數的特征值分別為8.39、3.62，方差百分比分別為6 5 . 8 6 % 、 2 8 . 4 4 % ，累計達 9 4 . 3 0 % ，經Willks’Lam-bda檢驗，兩判別函數 a 值均為 0 . 0 0 ( < 0 . 0 1 ) ，具有判別意義，因此可選擇前2個判別函數構建模型。從不同干燥方式有機酸判別分析得分圖(圖3)中可以看出，不同干燥方式煙花樣品得分較為集中，模型具有較好的判別效果，其中，訓練集的回判正確率為 9 6 . 7 % ，測試集的預測正確率為 100 % 。綜上，該判別分析模型有較好的預測能力，能夠有效判別不同干燥處理的煙花原料。

3討論

煙花主要揮發酸為具有特征香味的苯甲酸、苯乙酸、3-甲基戊酸，苯甲酸具有清淡的醇和香氣，苯乙酸可賦予煙氣蜂蜜樣的甜味，3-甲基戊酸具有酸香、水果香、奶酪香特征[8，三者均是閾值較低的香氣成分[20]，微量添加即可對煙氣香吃味產生較高的貢獻度。苯甲酸、苯乙酸為芳香氨基酸的降解產物，3-甲基戊酸為蔗糖酯的主要降解產物[21]，煙花中以上揮發酸含量較高可能與其芳香類氨基酸及腺毛分泌成分含量豐富有關。煙花高級脂肪酸含量豐富，占 2 . 2 %～6 . 5 % ，約為煙葉( 0 . 7 5 % ～ 1 . 1 % [7的2\\~6倍。高級脂肪酸可提高煙氣醇和性，但不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸含量過高，則可能增加煙氣的刺激性[7]。因此，利用干燥技術提高煙花揮發酸含量，降低其不飽和脂肪酸含量，可能有助于提高煙花提取物香料品質。

不同干燥方式對煙花不同有機酸含量影響大小及規律存在差異，與其他植物原料研究結果相似[12-13]。根據本研究結果，煙花揮發酸在晾干條件下含量最高，其次是程序升溫干燥、曬干，不飽和高級脂肪酸在晾干條件下含量最低，其次是曬干、程序升溫干燥。程序升溫 與 干燥相比，前者揮發酸含量顯著高于后者，而不飽和高級脂肪酸含量差異不顯著，因此，綜合考慮新鮮煙花的干燥成本及不同有機酸含量組成特征，建議不同產區結合當地氣候及設施條件，因地制宜選擇晾、曬干燥或程序升溫 干燥。本研究與魏玉磊等[4]基于煙花還原糖、游離氨基酸含量組成特征而篩選的煙花適宜干燥方式的結果一致。因此，為開發大田廢棄煙花在煙用香料方面的利用價值，本研究進一步為煙花資源干燥技術的選擇與利用提供了理論依據。

FAN等[18]通過正交偏最小二乘-判別分析(OPLS-DA)模型篩選出9個不同產地間炒甘草的差異性成分，由此建立的Fisher判別分析函數實現了炒甘草產地來源的有效鑒別。本研究利用PLS-DA模型對5類干燥方式煙花原料實現了較好的區分，并從19種有機酸變量中篩選出7種關鍵差異性有機酸變量一苯乙酸、戊二酸、草酸、檸檬酸、肉豆蔻酸、油酸、硬脂酸，以此建立的Fisher判別模型實現了5類干燥方式的高效判別。煙花有機酸含量豐富，且測定較為簡便，在煙花原料干燥與采購環節，通過檢測關鍵有機酸含量，快速判別其干燥工藝是否符合預設標準，從而篩選出適用于香料提取的高品質原料。利用關鍵差異有機酸進行干燥方式的判別瀕源，可為干煙花原料干燥工藝標準化及質量控制提供判別技術支撐。

4結論

本研究表明，不同干燥方式煙花中揮發性有機酸為具有特征香味的苯甲酸、苯乙酸、3-甲基戊酸；主要的非揮發酸為草酸、蘋果酸、檸檬酸；高級脂肪酸尤其是不飽和脂肪酸含量豐富。加熱與晾、曬干燥均能顯著提高煙花揮發性有機酸總量，降低非揮發有機酸、高級脂肪酸總量，晾、曬或程序升溫（至 )干燥的煙花有機酸組成更適宜于煙用香料提取利用。PLS-DA可將7種干燥方式分為5類：冷凍干燥、程序升溫干燥、恒溫干燥、曬干、晾干。以不同干燥方式煙花7種差異性特征有機酸（戊二酸、油酸、硬脂酸、草酸、檸檬酸、肉豆蔻酸、苯乙酸)建立的Fisher判別分析模型可實現對煙花5類干燥方式的有效判別。本研究為煙花資源的開發利用提供了干燥技術及判別技術支撐。

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