不同施炭量對煙葉化學成分和香氣的影響

王 晶，馮小虎，程 謙，連文力，楊勝男，張嘉煒，路小改，崔 紅*

(1.國家煙草栽培生理生化研究基地/河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002；2.江西省煙草公司 撫州市公司,江西 撫州 344000；

3.江西省撫州市煙草公司 廣昌分公司，江西 廣昌 344900)

不同施炭量對煙葉化學成分和香氣的影響

王 晶1，馮小虎2，程 謙3，連文力1，楊勝男1，張嘉煒1，路小改1，崔 紅1*

(1.國家煙草栽培生理生化研究基地/河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002；2.江西省煙草公司 撫州市公司,江西 撫州 344000；

3.江西省撫州市煙草公司 廣昌分公司，江西 廣昌 344900)

增施生物炭會對煙株的化學成分和香氣物質產生影響，對撫州煙區不同施炭量下煙葉化學成分和香氣物質進行了分析比較，結果表明：施炭量300 kg/hm2處理的煙葉化學成分相對協調，其類胡蘿卜素降解產物、苯丙氨酸類降解產物、新植二烯的含量及中性致香物質總量均高于其他處理，另外T1處理的香氣指數B值也高于其他處理。300 kg/hm2的生物炭施用量更適宜，其化學成分更協調，品質相對較好。

烤煙；生物炭；化學成分；中性致香物質

生物炭具有孔隙度好、比表面積大、吸附能力強等特點，可用作土壤改良劑返還給農田，可以有效改善土壤理化性質與微生態環境，提高土壤生產性能、作物產量和品質[1-3]。關于生物質炭對菠菜、大豆、水稻、玉米等作物影響的研究較多[4-10]，生物炭能夠改善或提高植物品質。

化學成分的含量和協調性是評價煙葉內在質量的重要指標，也會對煙葉的香吃味產生重要影響。煙草中的水溶性糖和還原糖是煙氣醇和度的主要決定因素，對煙葉品質有重要影響，在燃吸過程中糖能產生酸性物質，抑制煙氣中的堿性物質，使煙氣的酸堿平衡適度，降低刺激性，產生令人滿意的吃味；總氮含量是反映煙葉營養水平和內在化學成分協調性的重要指標，總氮會對煙氣的香氣量、香氣質、勁頭、刺激性、濃度、雜氣等產生影響[11]；煙堿是煙葉中最主要的生物堿，有研究表明，煙堿與香氣質呈顯著正相關[12]；淀粉是烤煙葉片大田期積累的重要碳水化合物，烤后煙葉中的淀粉含量很低，淀粉在煙葉燃吸過程中會產生焦糊味，對煙氣產生不良影響[13]；糖堿比、氮堿比是反映煙氣酸堿平衡關系的重要指標，是評價香吃味和勁頭的基礎，也多以此作為衡量煙葉內在品質的指標[14-17]。

烤煙生長過程中配施生物炭的研究也有報道，然而關于生物炭對烤煙化學物質及其協調性、中性致香物質影響的研究相對較少。本試驗研究了不同施炭量下烤煙的化學成分和致香物質的變化，探討了不同生物炭施用量對煙葉的影響，以期找出適宜烤煙生長的生物炭施用量，并以此提高煙株的質量，為生物炭在江西撫州煙田的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和試驗材料

煙草種植于在江西省撫州市廣昌縣長橋鄉，品種為K326。

1.2 試驗設計

試驗田設4個處理，CK：正常施肥；T1：在正常施肥的基礎上，增施生物炭固態炭肥C40，施用量為300 kg/hm2；T2：在正常施肥的基礎上，增施生物炭C40，施用量為600 kg/hm2；T3：在正常施肥的基礎上，增施生物炭C40，施用量為900 kg/hm2。各處理按當地優質煙栽培技術規范管理實施，行距1.3 m，株距50～55 cm。打頂均控制在初花期進行，足量留葉。

1.3 樣品的測定

樣品采用各處理的C3F等級的煙葉。樣品等級由專職評級人員按照國標進行，等級合格率達到85%以上。每個樣品取3 kg用于化學成分測定，煙樣烘干、粉碎后過60目篩備用。

常規成分的測定：德國Seal AA3流動分析儀測定常規化學成分。分別采用YC/T 159─2002、YC/T 161─2002、YC/T 161─2002、YC/T 150─2002、YC/T 216─2002標準的連續流動法，測定煙草及其制品的總糖、水溶性糖、總植物堿、淀粉含量等。

中性致香物質提取及定性定量分析：樣品前處理采用水蒸氣蒸餾-二氯甲烷萃取法，即在同時蒸餾萃取裝置的一端接盛有10 g煙樣、1 g檸檬酸、500 μL內標(302 μg/mL硝基苯)、350 mL蒸餾水的500 mL圓底燒瓶；另一端接盛有40 mL二氯甲烷的250 mL圓底燒瓶，水浴溫度為60 ℃，蒸餾萃取2.5 h后，收集250 mL燒瓶中的有機相，加入10 g無水硫酸鈉搖勻至溶液澄清，轉移有機相到雞心瓶，水浴濃縮有機相1 mL。所得分析樣品采用HP 5890-5972氣質聯用儀進行定性定量分析，由GC/MS鑒定結果和NIST02庫檢索定性。

GC/MS分析條件：色譜柱HP-5(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：He；流量：0.8 mL/min；進樣口溫度：250 ℃；傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：177 ℃。升溫程序：初溫50 ℃，2 min后，以2 ℃/min的速度升至120 ℃，5 min后以2 ℃/min的速度升至240 ℃，保持30 min；分流比15∶1；進樣量2 μL；電離能70 eV；質量數范圍50～500 amu；假定相對校正因子為1，采用內標法定量。

2 結果與分析

2.1 不同生物炭施用量對煙葉常規化學成分的影響

從表1可以看出，T3處理的還原糖和煙堿含量均顯著高于其他處理，總糖的含量高于其他處理；T1的還原糖、總糖和煙堿含量最低，但與CK差異不顯著，T1的還原糖和煙堿含量與T2差異不顯著，但總糖含量與T2差異顯著?？偟恳訲1最高，T3最低，但各處理之間的差異不顯著，CK與T1的含量相近，隨著施炭量的增加，總氮呈下降趨勢。各處理的淀粉含量表現為T2>T1>T3>CK，T2與T1的含量差異顯著，且T1、T2均與CK、T3的差異顯著，CK與T3之間差異不顯著，T1、T2、T3之間的差異顯著。各處理之間的糖堿比差異不顯著，表現為T1>T3>T2>CK；各處理的氮堿比以T3最小，T1最大，為0.68。一般認為，煙葉的氮堿比越接近于1，糖堿比越接近于10，則煙葉的化學成分越協調，煙葉的品質越好，其中以T1處理的化學成分相對協調，品質相對較好。

2.2 不同處理對煙葉中性致香物質的影響

2.2.1 不同生物炭施用量對煙葉類胡蘿卜素降解產物的影響 在烤煙中，類胡蘿卜素是最重要的萜烯類化合物之一，在煙葉中性香味成分中，有很多化合物是類胡蘿卜素的降解產物，其中有不少是煙草中關鍵的香氣成分，如異佛爾酮、巨豆三烯酮、大馬酮等，這些成分可以提高煙氣香氣質量。由表2可以看出，各處理的類胡蘿卜素降解產物的含量均高于對照，表現為T1>T3>T2>CK，T1、T3、T2分別比CK多15.24、6.37、11.37 μg/g。其中，巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮3、巨豆三烯酮4、香葉基丙酮、β-二氫大馬酮、氧化異佛爾酮、法尼基丙酮的含量均以T1的最大，而這些物質有助于改善煙葉的香吃味。

表1 不同施炭量對煙葉化學品質的影響

注：同列小寫字母表示在5%水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。

2.2.2 不同生物炭施用量對煙葉棕色化反應產物的影響 煙草非酶棕色化反應產物是煙葉香氣的重要來源之一，在煙草調制過程中，糖和氨基酸發生美拉德反應，生成的化合物有糠醛、糠醇、2-乙?；量?、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛等。其中有很多物質含有特殊的香味[18]。從表3可以看出，不同施炭量對烤煙棕色化反應產物的含量以T2最高，其余依次為T1、T3、CK。施炭處理的棕色化反應產物總量均高于CK，糠醛、糠醇、2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛的含量均表現為施炭處理的高于未施炭處理。

表2 不同施炭量對類胡蘿卜素

降解產物的影響

μg/g

表3 不同施炭量對煙葉棕色化

反應產物的影響

μg/g

2.2.3 不同生物炭施用量對煙葉苯丙氨酸類降解產物的影響 苯丙氨酸的代謝物如苯甲醇、苯乙醇是煙草中含量較豐富的香味物質成分，苯甲醇和苯乙醇可以增加煙氣花香的香味。由表4可以看出，苯丙氨酸類降解產物的含量表現為T1>T3>CK>T2，T1和T3的含量比CK分別高3.84、0.40 μg/g。在各處理中，T1的苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛含量均高于其他處理。

表4 不同施炭量對苯丙氨酸類

降解產物的影響

μg/g

2.2.4 不同生物炭施用量對煙葉類西柏烷類降解產物的影響 西柏烷類化合物是煙草中一類重要萜烯類化合物，在調制過程中，西柏烷類大部分會降解，產生多種重要香味成分，主要產物是茄酮及其降解產物。從表5可以看出，隨著施炭量的增加，茄酮的含量呈增加的趨勢。施炭各處理T1、T2、T3的含量均比CK有不同程度的增加，分別增加3.84%、22.43%、33.50%。

表5 不同施炭量對類西柏烷類

降解產物的影響

μg/g

2.2.5 不同生物炭施用量對煙葉新植二烯含量的影響 在烤煙、白肋煙、馬里蘭煙和香料煙的中性揮發物中，均以新植二烯的含量最大，因此，新植二烯是烤煙中重要的香味成分，新植二烯主要是通過葉綠素降解生成的。新植二烯可以減輕煙氣的刺激性，有增香的效果，其降解產生的植物呋喃具有清香味，對提高煙氣的質量具有重要作用[19]。從表6可以看出，施炭處理的新植二烯含量均比未施炭處理的高，具體表現為T1>T3>T2>CK，各處理的香氣總量也是如此。各施炭處理T1、T2、T3的新植二烯含量分別比CK增加37.03%、6.93%、17.95%。各施炭處理T1、T2、T3的香氣總量分別比CK增加34.81%、7.71%、18.03%。

表6 不同施炭量對新植二烯的影響

μg/g

2.2.6 不同生物炭施用量對香氣指數B值的影響 中性致香物質的含量并非越高越好，化學物質之間相互平衡協調才能使煙葉的香吃味好。大馬酮使煙葉具有清甜香和成熟煙香；巨豆三烯酮使煙葉具有甘甜香，口感舒適；茄酮則賦予煙草甘甜香和口感飽滿特征，但是這3種成分的含量并不是越高越好。巨豆三烯酮、大馬酮、茄酮等最能代表我國烤煙的主體香味成分，有人提出用香氣指數B值來描述煙葉香氣的底蘊，香氣指數B值=(大馬酮+巨豆三烯酮)/(大馬酮+巨豆三烯酮+茄酮)[20-21]。大馬酮、巨豆三烯酮含量越高或者香氣指數B值越高，烤煙的香味品質越好，茄酮含量過高或香氣指數B值越低，烤煙品質越差。從表7可以看出，T1處理的大馬酮、總巨豆三烯酮的含量均高于其他處理，其B值也高于其他處理，T1的香氣質相對較好。

3 小結與討論

在本試驗中，隨著施炭量的增加，煙葉的總糖和還原糖含量呈增加的趨勢，而總氮含量呈下降的趨勢。T1的糖堿比和氮堿比相對較好，其化學成分相對協調。研究表明，不同的施炭量對中性致香物質各成分的影響不同。T1的類胡蘿卜素降解產物的含量相對較高，對照則低于施炭處理。苯丙氨酸類降解產物的總量也以T1最高。與此不同的是，棕色化反應產物的總量隨著施炭量的增加呈先增加再下降的趨勢，而類西柏烷類降解產物的量隨著施炭量的增加而增加。T1的新植二烯含量及香氣總量的優勢較為明顯。T1的香氣指數B值也較大。從本試驗來看，施炭量對煙葉香氣物質成分含量的影響有著明顯差異。

表7 不同施炭量對煙葉香氣指數B值的影響

很多研究證實施用生物炭對作物的產量和品質都有明顯改善[22-25]?？緹煹钠焚|由多種因素共同決定。從化學成分和中性致香物質的角度來看，施炭量對煙葉的品質有一定的改善或提高作用。然而施炭量對煙葉品質的影響沒有一定的規律性，從試驗結果來看，T1的品質相對較好。然而從生物炭的大田施用來說，施炭量需進一步試驗與比較。

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Effects of Biochar Application Rate on Chemical Composition and Neutral Aroma Constituent of Tobacco Leaf

WANG Jing1, FENG Xiao-hu2, CHENG Qian3, LIAN Wen-li1,YANG Sheng-nan1, ZHANG Jia-wei1, LU Xiao-gai1, CUI Hong1*

(1. National Tobacco Cultivation and Physiology Biochemistry Research Centre/College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Fuzhou Tobacco Company of Jiangxi Province, Fuzhou 344000, China; 3. Guangchang Tobacco Company of Fuzhou city in Jiangxi Province, Guangchang 344900, China)

The chemical composition and neutral aroma constituent of flue-cured tobacco was effected by biochar application, the chemical composition and neutral aroma constituent of different biochar application of flue-cured tobacco in the tobacco-growing areas of Fuzhou city was analyzed and compared. The results showed that the chemical composition of flue-cured tobacco was coordinates in applied amount of carbon 300 kg/hm2, which had higher contents of carotenoids, phenylalanine degradation product, neophytadiene and neutral aroma constituent than other treatments, the aroma index B of T1treatment was also higher than other treatments. Biochar application of 300 kg/hm2was appropriate, its chemical composition was more coordinate for flue-cured tobacco, the quality was relatively better.

Flue-cured tobacco; Biochar; Chemical composition; Neutral aroma constituent

2015-09-08

中國煙草總公司特色優質煙葉開發重大專項(No.1102011010)；江西煙葉物質代謝規律及調控研究(No.201201003)。

王晶(1986─)，碩士研究生，研究方向：煙草生物技術。*通訊作者：崔紅。

S572

A

1001-8581(2016)03-0016-04

曾小軍)