兩種典型環境對烤煙香型風格及致香物質的影響

薛寶燕，沈　嘉，姜超強，祖朝龍，徐經年，劉碧榮，閻軼峰

（1.安徽省農業科學院煙草研究所，合肥 230031；2.安徽省煙草專賣局，合肥 230022）

兩種典型環境對烤煙香型風格及致香物質的影響

薛寶燕1,2，沈嘉1*，姜超強1，祖朝龍1，徐經年1，劉碧榮1，閻軼峰1

（1.安徽省農業科學院煙草研究所，合肥 230031；2.安徽省煙草專賣局，合肥 230022）

通過人工控制土壤水分、UV-B輻射強度、氣溫及晝夜溫差，模擬我國中部低海拔煙區和西南高海拔煙區的生態因素，研究環境對烤煙香型風格及香氣前體物、致香成分等的影響。結果表明，成熟期高溫和適度缺水能促進葉片內含物的分解，類胡蘿卜素的田間降解更加徹底，烤后煙葉中苯丙氨酸降解產物和棕色化反應產物含量較高，濃香型風格更加顯著。當環境中UV-B輻射較強、成熟期晝夜溫差較大時，煙葉內含物積累較豐富，成熟后香氣前體物含量增加，烤后煙葉中質體色素降解產物和類西柏烷類降解產物含量較高，棕色化反應產物含量較低，煙葉香型風格表現為中間香。

環境；烤煙；香型風格；致香成分；香氣前體物

烤煙香型是反映煙葉特色的重要標志，也是卷煙工業配方的主要依據。我國烤煙分為清香型、中間型和濃香型三大類，受基因型、栽培技術和生態環境調控，而生態環境對烤煙香型的決定性大于基因型和栽培技術[1]。

煙葉香型的形成是多種環境因子綜合作用結果。李章海等[2]研究了我國5個不同生態尺度煙區烤煙香型風格及相關香氣成分的變化，認為大尺度生態差異是煙葉形成不同香型風格的原因；丁燕芳等[3]比較了不同香型煙葉產區的主要氣候特點，結果表明，清香型、中間香型和濃香型產區在烤煙生育期的降雨量、日照時數有較大差異；黃中艷等[4-5]報道，烤煙大田中后期氣溫高、日照強、雨量少是形成濃香型風格的主要原因，而UV-B輻射強、中后期土壤水分充足、氣溫平緩降低是形成清香型風格的原因。此類研究通過對比不同區域環境因子差異的方法開展，雖然可以明確環境因子與煙葉香型的相關性，但無法直接證明關鍵因子在香型形成過程中的作用。也有許多試驗通過模擬環境的方法研究光照[6]、溫度[7]、土壤水分[8]等對烤煙生長、生理、物質代謝及煙葉品質的影響，但僅僅是單一環境因子的影響。

為進一步明確多種環境因子對煙葉香型形成的綜合作用，本研究采用人工調控的方法，模擬了我國中部低海拔煙區和西南高海拔煙區在土壤水分、UV-B輻射強度、平均溫度和晝夜溫差等方面的典型特征，通過葉片發育、香氣前體物、致香成分、煙葉感官質量等方面分析不同香型形成的原因，為探索煙葉香型風格形成機理提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料培養

試驗于2014年在中國科學技術大學煙草與健康研究中心溫室中進行，供試材料為烤煙品種K326。煙草包衣種子由漂浮法培養至成苗后移栽至塑料盆（直徑30 cm，高40 cm）中。盆栽土壤為黃棕壤，理化性質如表1所示。每盆裝風干土壤15 kg，施純氮6 g，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.5:3。2014年3月25日移栽，6月3日打頂（移栽后70 d），留葉數16片。盆栽期間參照安徽皖南優質煙葉生產技術規范進行栽培管理。

1.2試驗方法

設3個處理，分別為CK：全生育期溫度適中，水分充足，自然光照；T1：模擬中部低海拔煙區成熟期的高溫伏旱；T2：模擬西南高海拔煙區中后期UV-B輻射較強，成熟期晝夜溫差大。每處理30株，每10株單獨采收、記載作為重復。具體處理方法見表2。

土壤水分控制：將整個花盆放入塑料袋中，在煙株的莖基處系緊防止土壤水分的蒸發和滲漏。每日8:00和17:00用土壤水分測定儀（浙江托普生產，型號TZS-1K）測定土壤相對含水率并定量澆水，使土壤含水率在試驗要求范圍內。

增加UV-B輻射：T2處理移栽40 d后，將紫外燈管（南京華強生產，297 nm，30 W）平行懸掛于植株上方，用0.13 mm醋酸纖維素膜包裹燈管過濾280 nm以下波長紫外線。調整燈管與煙株的距離，同時使用紫外照度計（北京師范光電設備研究所生產，型號UV-B）測量植株頂端輻射強度，使之達到試驗要求。光照時間為每日10:00—16:00。每隔2日調整花盆順序保證每株煙受光均勻。增加UV-B強度的依據為實地觀測安徽宣城（海拔30 m）和四川德昌（海拔1400 m）同時期UV-B輻射差異后得出。

表1　土壤理化性質Table 1　Soil physicochemical properties

表2　處理方法Table 2　Experimental treatments

溫度控制：通過溫室通風窗口的開閉控制室內溫度。T2處理70 d后每日19:00將煙株轉移至裝有空調的室內，設定夜間溫度18℃，次日7:00取出。

樣品采收及調制：移栽后95 d采收第10～14葉，110 d采收第15～16葉。其中第10、16葉冷凍干燥后-20℃保存待測。其他葉片掛牌編桿，與相同部位大田煙葉共同裝入密集烤房，采用三段式烘烤工藝進行烘烤。

1.3測定項目及方法

1.3.1葉片發育打頂當天及采收前測量第10、16葉位葉片長、寬，并計算葉面積，葉面積計算方法為葉長×葉寬×0.6345[9]。用螺旋測微儀測定葉片厚度。1.3.2香氣前體物含量測定第10、16葉類胡蘿卜素和多酚含量。類胡蘿卜素含量測定參照文獻[10]的方法，多酚含量參照煙草行業標準YC/T 202—2006[11]。

1.3.3中性致香成分含量測定第10、16葉凍干樣品及第11～14葉調制后混合樣的中性致香成分含量。將樣品粉末在溫度（22±1） ℃、相對濕度（60±2）%平衡箱中平衡24 h，準確稱取平衡后的煙末樣品25.0 g，置入同時蒸餾萃取裝置中，并加入固定量的內標化合物（乙酸苯甲酯），采用二氯甲烷作為溶劑對煙末進行連續動態萃取2 h，所得提取物經干燥后濃縮定容至1.0 mL。濃縮液參照趙英良[12]的方法，采用Agilent 6890N/5975氣質聯用分析儀進行分析。

1.3.4香型定位及感官質量第11～14葉位初烤后去青去雜，卷制成單料煙支，經溫度22℃和相對濕度60%環境平衡含水率48 h后，由安徽中煙工業公司技術中心評吸專家按照GB5606.4—2005[13]標準評吸鑒定并提供感官評價報告。

1.3.5統計分析試驗數據由Excel 2007進行初步處理，SPSS13.0進行方差分析（ANOVA），采用Duncan法進行多重比較。

2　結果

2.1環境條件對葉片發育的影響

成熟期高溫缺水強烈抑制上部葉生長，上部葉成熟時T1處理第16葉面積和烤后單葉重低于對照12.11%和6.05%（表3、表4）。但是葉片厚度顯著增加，可能是葉片在高溫缺水環境下形成更厚的柵欄組織和蠟質層防止水分過度散失。中部葉在70 d后基本定型，因此葉面積和厚度基本不受影響，但后期的干物質積累依然受抑制，成熟時單葉重低于對照10.98%。

T2處理自移栽后40 d增加UV-B輻射，至70 d 第10、16葉面積分別低于對照13.70%和13.54%，表明在UV-B較強的環境下，葉面積減小。葉片成熟時，10、16葉面積低于對照14.15%和7.00%，而單葉重和厚度顯著增加，表明在UV-B輻射和晝夜溫差的雙重作用下，單位面積葉片中內含物增加。

表3　不同時期葉面積　cm2Table 3　Leaf area in different growth periods　cm2

表4　烤后葉片單葉重和厚度Table 4　Leaf weight and thickness after curing

2.2環境條件對煙葉香氣前體物的影響

T1處理第10葉、第16葉總類胡蘿卜素含量比對照低18.61%和16.71%（圖1），其分解產物含量高22.09%和20.12%（圖2），表明高溫缺水可加速葉片成熟過程中類胡蘿卜素的分解。第10葉多酚含量與對照無差異（圖3），第16葉高9.47%，表明高溫缺水可提高發育中葉片多酚含量，而對已完成發育、即將衰老階段的葉片影響不大。

T2處理第10葉總類胡蘿卜含量與對照無差異，第16葉略低于對照，但分解產物均大幅提升（增加約50%）。多酚含量在第10、16葉中分別比對照高19.44%和27.78%。類胡蘿卜素分解產物和多酚含量的提升可能是UV-B輻射增強所致。研究表明，類胡蘿卜素和多酚均具有抗UV-B功能。當環境中UV-B輻射升高形成脅迫時，許多植物通過分解類胡蘿卜素來清除活性氧，通過提升表皮中的多酚積累量來吸收UV-B，以此增強防御能力。

圖1　類胡蘿卜素含量Fig.1　Carotenoid contents

圖2　類胡蘿卜素分解產物含量Table 2　Carotenoid degradation product contents

圖3　多酚含量Fig.3　Polyphenol contents

2.3環境條件對初烤煙葉香氣物質含量的影響

T1和T2致香成分總量分別比對照高23.76%和37.93%（表5）。T1處理烤后煙葉有14種成分高于對照，11種低于對照，苯丙氨酸類降解產物、棕色化反應產物、類西柏烷類降解產物分別比對照高51.42%、13.83%和63.96%，質體色素降解產物與對照差異不大。T2處理有18種高于對照，7種低于對照，苯丙氨酸類降解產物、質體色素降解產物、類西柏烷類降解產物分別比對照高25.14%，14.60% 和110.74%，棕色化反應產物與對照基本一致。兩處理相比較，T1處理苯丙氨酸類降解產物和棕色化反應產物含量較高，T2處理質體色素降解產物和類西柏烷類降解產物含量較高，且總致香成分含量較高。

表5　主要致香成分含量　　μg/gTable 5　Major flavor component contents　　μg/g

2.4環境條件對煙葉感官質量和香型風格的影響

感官質量評價結果表明（表6），3個處理主要在香氣質、香氣量、刺激性、雜氣4項指標表現出差異。香氣質T2處理得分最高，T1處理次之。香氣量T1得分最高，T2次之。刺激性和雜氣T1、T2處理得分均顯著高于CK，且提升幅度較大，兩處理之間無顯著差異。總體表現，T1、T2處理均顯著優于對照，兩處理之間差異不顯著。香型風格表現上CK和T1處理表現為濃香，但T1濃香型風格更加顯著，而T2處理表現為中間香。

表6　煙葉感官質量評價Table 6　Sensory evaluation of tobacco leaves

3　討論

中部煙區包括安徽、河南、湖南等低海拔地區，煙葉香型主要為濃香，生態特點是烤煙生長后期（7—8月）日照強烈，氣溫高，雨量少，常發生伏旱現象。周初躍等[14]研究發現，環境因子中極端高溫對濃香型風格影響最大，其次為最小相對濕度，表明生產后期的高溫、缺水可促進濃香型風格的形成。李章海等[5]也認為濃香型風格與烤煙大田中后期氣溫高、日照多、雨量少的氣候特點有關。楊軍杰等[15]的研究表明，煙葉濃香型顯示度、煙氣沉溢度、焦香和正甜香均與成熟期日均溫呈極顯著的正相關關系。上述結論主要通過比較不同地點、不同年份的氣象數據和煙葉品質資料而得出。筆者通過控制環境模擬了成熟期高溫缺水的氣候特征，得出類似結果：與全生育期保持充足水分、適宜溫度的“理想”環境相比，生長后期適度高溫缺水環境雖然導致單葉重降低，但香氣品質和濃香型風格明顯提升。單葉重降低表明高溫和缺水形成的階段性脅迫加速了煙葉的成熟（衰老），前期積累的同化物大量分解。煙葉成熟時類胡蘿卜素含量降低而降解產物含量升高，表明質體色素轉化更加徹底。趙宸楠等[16]研究結果表明，質體色素的田間降解率在不同香型風格煙葉間差異較大，河南烤煙普遍高于云南煙葉。從致香成分來看，體現焦香、焦甜香的棕色化反應產物和體現干草香的苯丙氨酸降解類產物較高可能是濃香型風格更加顯著的原因，王鵬澤等[17]研究表明，濃香型烤煙中棕色化反應產物和苯丙氨酸降解類產物含量高于中間香和清香型烤煙。

西南煙區因緯度和海拔不同，生態環境與中部煙區差異較大，煙葉香型以清香和中間香為主。本研究在典型濃香型區域（安徽）開展，通過增強UV-B輻射、保持后期充足土壤水分及增大成熟期晝夜溫差來模擬西南煙區環境特征，結果表明相應環境下生長的煙葉濃香型特征消失，而中間香特征凸顯。內在成分也與多數研究報道的中間香煙葉特征一致，煙葉中多酚、類胡蘿卜素分解產物及致香成分總量較高[18-19]。許多研究曾報道單一生態因子的改變對煙草生長、生理的影響，如何承剛等[20]、李鵬飛等[21]研究了UV-B輻射增強后煙草生長、煙葉中化學成分、質體色素和多酚的變化；黃璇等[22]、王冬等[23]研究了夜間溫度及晝夜溫差對煙草生理、生長及類西柏烷類代謝產物的影響，但這些研究均未導致煙葉香型發生改變。因此，需要從多種因子的復合作用分析煙葉香型形成的原因。一方面，較大的晝夜溫差可減少煙葉的呼吸消耗，有利于有機物的積累[24]，為香氣物質的形成提供豐富的“原料”，因此T2處理致香成分總量最高。另一方面，在UV-B輻射作用下，植物主要的UV-B防衛物質——多酚和類胡蘿卜素合成量增加[21]，而具有還原性的類胡蘿卜素在系統活性氧水平升高時被氧化分解[25]，因此T2處理中多酚和類胡蘿卜素分解產物量較高。研究表明[26]，貴州煙葉中多酚和類胡蘿卜素分解產物普遍高于河南煙葉。根據王鵬澤等[17]報道，與中間香型煙葉的主體香韻正甜香呈極顯著正相關的香味物質有綠原酸、蕓香苷、巨豆三烯酮1-4和茄酮7種。綠原酸和蕓香苷屬于多酚類物質，巨豆三烯酮1-4屬于質體色素降解產物，茄酮是類西柏烷類降解產物的主要成分，T2處理中這3種物質均高于其他處理，而表現焦香、焦甜香韻的棕色化反應產物較低，可能是煙葉表現出中間香的原因。

4　結論

成熟期高溫和適度缺水能促進葉片內含物的分解，類胡蘿卜素的田間降解更加徹底，烤后煙葉中苯丙氨酸降解產物和棕色化反應產物含量較高，有利于濃香型風格的形成。當環境中UV-B輻射增加，成熟期晝夜溫差較大時，煙葉內含物的積累較多，成熟后香氣前體物含量增加，烤后煙中質體色素降解產物和類西柏烷類降解產物含量較高，棕色化反應產物含量較低，煙葉香型風格表現為中間香。

致謝：本試驗的完成得到了中國科學技術大學煙草與健康研究中心和安徽中煙技術中心的支持，在此表示衷心感謝！

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Influence of Two Typical Environments on Flavor Type and Aroma Substances of Flue-cured Tobacco

XUE Baoyan1,2,SHEN Jia1*,JIANG Chaoqiang1,ZU Chaolong1,XU Jingnian1,LIU Birong1,YAN Yifeng1
（1.Tobacco Research Institute ofAnhui Academy ofAgricultural Sciences,Hefei 230031,China；2.Anhui Provincial Tobacco Monopoly Bureau,Hefei 230022,China）

In the present study,we simulated the typical environments of lower altitudes and higher altitudes,with controlled conditions of soil moisture,UV-B radiation and temperature difference between day and night.The purpose of this study was to study the influence of typical environments on flavor type,aromatic matter,and aroma precursors of flue-cured tobacco leaf.The results showed that,high temperature and moderate drought during the mature period promoted decomposition of inclusions and accelerated carotenoid degradation.The products of phenylalanine degradation and browning reaction in flue-cured leaves increased,and the strong flavor characteristics of tobacco leaf were obvious.Supplement of UV-B radiation and increasing the temperature difference between day and night caused increase of inclusion accumulation.The aroma precursors in fresh leaves,the degradation products of plastid pigments and cembranoids in flue-cured leaves were increased.The flavor type characteristics were shifted to moderate aroma style.

environment;flue-cured tobacco;flavor type;aromatic matter;aroma precursors

S572.01

1007-5119（2016）03-0001-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.03.001

安徽省煙草公司項目“安徽濃香型焦甜香特色優質煙葉開發”（20110551011）；安徽省農業科學院院長青年創新基金項目“皖南煙葉鉀含量提升障礙機制研究”（16B0918）

薛寶燕（1979-），碩士，農藝師，從事煙草生產技術管理研究。E-mail：baoyan8653@163.com

，E-mail：shenjia0000@126.com

2015-12-25

2016-05-03