結構優化對不同葉位煙葉品質及揮發性物質含量的影響

向羽 周成 黃楚天 何輝 柳洪入

摘要 ［目的］研究結構優化對不同部位煙葉總酚、總黃酮、類胡蘿卜素及揮發性物質含量的影響，尋求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。［方法］以云煙87為材料，在種植基地對煙葉進行結構優化處理（將煙株最下端3片和最上端3片摘除），分析評價結構優化處理對不同部位煙葉總酚、總黃酮、類胡蘿卜素及揮發性物質含量的影響。［結果］結構優化處理提高了煙葉中總酚和黃酮含量。煙草經結構優化處理后，第6、8、12、14葉位總酚含量相比對照分別提高了30.00%、21.70%、13.10%和5.00%，第4、10、12葉位煙葉中總黃酮含量也顯著高于對照。通過SPME-GC-MS共檢測到22種主要的揮發性物質，結構優化處理有效提高了煙葉中類胡蘿卜素含量，不同葉位中以類胡蘿卜素為前體合成的香氣物質香葉基丙酮、β-大馬酮、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內酯和巨豆三烯酮等物質含量均受結構優化處理的影響，且不同的葉位影響程度不同。［結論］結構優化處理可有效提高不同葉位煙葉烤后總酚、總黃酮、類胡蘿卜素含量，提升煙葉品質，其揮發性物質含量也被顯著提高，可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。

關鍵詞 煙草；結構優化；煙葉品質；香氣成分

中圖分類號 S572? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）10-0015-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.004

Effect of Structural Optimization on Quality and Aroma Component Content of Tobacco Leaves with Different Leaf Positions

XIANG Yu1，ZHOU Cheng2，HUANG Chu-tian2 et al

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

Abstract ［Objective］ To study the effects of structure optimization on the contents of total phenols，total flavonoids，carotenoids and aroma components in different parts of tobacco leaves，and to seek a tobacco planting optimization technology that can effectively improve tobacco quality，so as to provide certain theoretical and technical basis for improving tobacco aroma quality and cigarette quality.［Method］ Tobacco leaf was used as material in the planting base for structural optimization treatment （the bottom 3 pieces and the top 3 pieces of tobacco were removed），and the effects of structural optimization treatment on the contents of total phenols，total flavonoids，carotenoids and aroma components in different parts of tobacco leaf were analyzed and evaluated.［Result］Structural optimization treatment increased the total phenolic and flavonoid contents in tobacco leaves.After structural optimization treatment，the total phenolic content in tobacco leaves at 6，8，12 and 14 positions was increased by 30.00%，21.70%，13.10% and 5.00%，respectively，compared with the control，and the total flavonoid content in tobacco leaves at 4，10 and 12 positions was also significantly higher than that of the control.A total of 22 main volatile substances were detected by SPME-GC-MS，and the structure optimization treatment effectively increased the carotenoid content in tobacco leaves.The contents of aroma substances synthesized from carotenoids as precursors were all affected by the structure optimization treatment.And the influence degree of different leaf position is different.［Conclusion］Structure optimization treatment can effectively increase the contents of total phenol，total flavone and carotenoid in cured tobacco leaves of different leaf positions，improve the quality of tobacco leaves，and significantly increase the content of aroma components，which provides a certain theoretical and technical basis for improving the aroma quality of tobacco and cigarette quality.

Key words Tobacco;Structure optimization;Tobacco leaf quality;Aroma component

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 2023-07-04

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。數據表明，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。煙葉是卷煙工業的基礎，其品質的優劣嚴重影響著卷煙產品質量的好壞［1-2］。煙葉品質不僅與煙堿、酚類、黃酮類、糖、鉀等常規成分有關，還與煙葉香氣成分有關。煙葉香氣是煙葉的主要特色指標，是衡量煙葉質量和可用性的重要因素，是評價煙葉及卷煙質量的重要指標［3］。因此，生產高香氣的優質煙葉，開展對煙葉中香氣物質的研究，掌握煙草中的香氣化學成分對提高煙草品質、提高煙葉利用率及提升卷煙質量具有重要意義。

煙草中的香氣成分眾多，隨著分析技術的發展，越來越多的香氣成分被鑒定，目前，煙葉中已有2 549種香氣物質被鑒定，其中有1 135種為煙葉和煙氣所共有，單獨存在于煙葉中的有1 414種［4］。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［5-6］。此外，前人對提高煙葉品質的技術做了大量研究，如Yan等［6］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［7］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。榮仕賓等［8］研究了留葉數對四川茄芯煙葉煙草香氣質量的影響，結果發現茄芯煙葉在留葉數 18 片/株晾制條件下煙葉化學成分協調、香氣成分優良、抽吸品質較好，有利于實現優質低害。留葉數還可影響煙葉赤星病的發病率。然而，有關煙葉葉片結構優化對烤煙不同葉位煙葉品質的影響尚不明確。因此，該研究以云煙87為材料，研究煙葉結構優化對烤煙總酚、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 材料

試驗材料種植于湖北宣恩，供試品種為云煙87。煙葉生長至旺長初期，對煙葉進行結構優化處理，將煙株最下端3片和最上端3片摘除，將葉片由下至上編號，以全部葉片自然生長的煙株作為對照，試驗選取第4、6、8、10、12、14葉位的煙葉。以上煙草均按照當地優質煙葉生產技術規范統一管理，在生長相同時間取樣，每次取10株煙草，每次3個重復，置于相同條件下烘烤后，進行煙葉品質評價。

1.2 方法

1.2.1 總酚含量的測定。

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?？偡臃磻w系包含0.5 mL上清液，1.0 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。

1.2.2 總黃酮含量的測定。

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?？傸S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。

1.2.3 類胡蘿卜素含量的測定。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。

1.2.4 揮發性物質含量的測定。

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：載氣為He，流量為1 mL/min。柱箱升溫程序為：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（30.00 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。

1.2.5 數據統計。

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。試驗結果均表示為平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 煙葉中總酚和總黃酮含量變化分析

煙草中的酚類化合物含量是影響煙草品質的重要因素之一［12］，其含量如圖1A所示，在同部位的煙葉中，14葉位的總酚含量最高，與同葉位的對照相比，結構優化提高了煙葉中總酚含量，優化后第6、8、12、14葉位的煙草總酚含量相比對照分別提高了30.00%、21.70%、13.10%和5.00%。黃酮類物質是煙草中多酚類物質的次生代謝產物，結構優化對煙草中總黃酮的影響如圖1B所示，經結構優化的煙草中間部位（8葉位和10葉位）總黃酮含量較高，分別為128.38和129.70 mg/g，結構優化處理提高了煙葉中總黃酮含量，在第4、10、12葉位煙葉中顯著高于對照（P<0.05）。

2.2 煙葉中類胡蘿卜素含量變化分析

類胡蘿卜素是烤煙的主要香氣前體物質，其含量的高低對煙葉品質的好壞起直接作用，其含量如圖2所示。煙草中不同部位的類胡蘿卜素含量呈現出先下降、后升高、再下降的波動趨勢，含量在8葉位中達到峰值，為576.23 mg/kg，此葉位中，結構優化后的煙葉類胡蘿卜素含量相比對照提高了11.40%。此外，結構優化后的煙葉中類胡蘿卜素含量均高于對照，且在第4、6、8、12葉位中二者具有顯著差異（P<0.05）。

2.3 煙葉中揮發性物質含量變化分析

揮發性物質作為煙草香氣品質的重要影響因素之一，通過SPME-GC-MS共定性并量化出22種煙草中主要的揮發性物質，主要包括醇類、酮類和醛類，具體化合物含量如表1所示。此外，煙草中總揮發性物質含量如圖3所示，14葉位的煙葉揮發性物質含量最高，8葉位次之，結構優化提高了烤煙中的總揮發性物質含量。在不同葉位中，結構優化后煙葉的揮發性物質含量均高

于對照，且在第4、12、14葉位煙葉中差異顯著（P<0.05）。為

進一步探討結構優化對烤煙香氣成分的影響，選取煙葉中主要的揮發性物質做進一步分析。

香葉基丙酮、β-大馬酮、β-紫羅蘭酮和二氫獼猴桃內酯均為以類胡蘿卜素為前體合成的香氣物質。如圖4所示，香葉基丙酮含量在14葉位的煙葉中含量最高，結構優化處理提高了煙葉中的香葉基丙酮含量，特別是12和14葉位，其香葉基丙酮的含量相比對照提高了32%和125%。結構優化顯著提高了14葉位中β-大馬酮含量（P<0.05）和極顯著提高了β-紫羅蘭酮含量（P<0.01），其含量分別為對照的1.83倍和2.01倍。此外，在第6、8、12葉位中，結構優化后煙葉中二氫獼猴桃內酯的含量顯著高于對照（P<0.05），14葉位結構優化葉片極顯著高于對照（P<0.01），二氫獼猴桃內酯的含量為對照的2.05倍。

巨豆三烯酮同樣來源于以類胡蘿卜素前體合成途徑，結構優化后，煙葉中巨豆三烯酮含量表現出上升的趨勢，14葉位中結構優化的煙葉其巨豆三烯酮含量為對照的2.68倍，極顯著高于對照（P<0.01）。除此之外，結構優化也極顯著提高了14葉位煙葉中苯甲醇和4-［2，2，6-三甲基-7-氧雜二環［4.1.0］庚-1-基］-3-丁烯-2-酮含量，其含量分別為對照的2.23和1.59倍。反式-2，4-庚二烯醛是變化較大的醛類之一，結構優化顯著提高了煙葉中反式-2，4-庚二烯醛含量，相比對照，第6、8、10、14葉片中反式-2，4-庚二烯醛含量提高了92.41%、78.03%、214.39%、93.18%。

3 討論

多酚是煙草中一類重要的化合物，其含量高達5%左右，其中綠原酸可作為煙草特征香氣物質的前體物，其他含量低的多酚類化合物在煙草品質鑒定與改善方面也有輔助影響，因此多酚化合物對煙草的生長發育、調制特性、煙葉色澤、煙氣香味和煙氣生理強度等起著重要作用［13-15］。李曉寧等［14］研究了煙草不同葉位多酚含量及相關酶活性變化，結果表明，不同葉位煙葉多酚類物質含量表現為上葉位>中葉位>下葉位。不同部位煙葉之間主要多酚類物質含量差異較大，上部葉含量較高，朱砂煙中、上部葉卷煙中各揮發性酚類物質含量大多高于云煙97，總量均高于云煙 97［16］。此外，移栽后85 d打頂處理可以顯著提高煙葉中多酚物質的含量［17］，煙草多酚類物質含量在煙株中的分布有一定規律性，即隨著葉位增高，多酚類化合物含量逐漸增加［18］。這與該研究結果相類似，筆者的研究表明，結構優化顯著提高了煙草總酚含量，其中第14葉位的煙草中總酚含量最高，顯著高于對照。與酚類類似，黃酮類物質也作為煙草中的潛香型物質，在煙葉調制、醇化和燃燒過程中可氧化分解，賦予煙草優雅的清香氣味，并增加香氣量，對煙草制品品質有重要的改善作用［16，19］。張剛等［20］通過調整施氮水平，顯著提高了煙草中的黃酮類化合物含量，而生長溫度也會對煙草黃酮類物質含量產生顯著影響［21］。在該研究中，結構優化顯著提高了4、10、12葉位的煙草總黃酮含量。

有關煙草的香氣物質，前人已經做了大量研究，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［22］也從8種煙葉樣品中檢測到125種香氣成分。筆者在該研究中，通過SPME-GC-MS共定性并量化出22種包括醇類、酮類和醛類在內的主要揮發性物質，結構優化處理后的煙葉中總揮發性物質顯含量著提高。此外，有研究表明，類胡蘿卜素是烤煙中的主要香氣前體物質［23-24］ ，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［3，25］。該研究中，結構優化后的煙葉中類胡蘿卜素含量均高于對照，且在第4、6、8、12葉位中二者具有顯著差異，以類胡蘿卜素為前體物質合成的揮發性物質香葉基丙酮、β-大馬酮、β-紫羅蘭酮和二氫獼猴桃內酯含量受結構優化的影響，在14葉位均明顯高于對照，巨豆三烯酮、苯甲醇和4-［2，2，6-三甲基-7-氧雜二環［4.1.0］庚-1-基］-3-丁烯-2-酮等揮發性物質的含量也被顯著提高。由此可見，結構優化可以提高烤煙的揮發性物質含量。

4 結論

綜上所述，結構優化可以提高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。此外，通過SPME-GC-MS分析發現，結構優化可以提高煙葉中總揮發性物質含量，煙草中香氣物質的主要前體物質類胡蘿卜素含量也被顯著提高，以類胡蘿卜素為前體合成的香氣物質香葉基丙酮、β-大馬酮、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內酯和巨豆三烯酮等物質含量均受結構優化處理的影響，另外，其他一些揮發性物質含量在不同部位煙葉中也被顯著提高。結果可為提高煙草品質的煙草種植優化技術、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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