烤烟成熟进程中游离氨基酸含量的变化

刘荣森 ,张长水 ,李建娥 ,刘进社

(河南科技大学a.林业职业学院;b.化工与制药学院,河南洛阳 471000)

0 前言

烤烟中的游离氨基酸是烟叶中与品质形成有密切关系的重要化学成分[1-2],它们既是蛋白质和烟碱合成的原料,也是蛋白质和糖类化合物转化的中间产物。在烤烟生长、调制、加工直至抽吸过程中,氨基酸都起着十分重要的作用[3-4]。氨基酸在赋予烤烟色香味方面具有双重作用:一方面,氨基酸在有氧条件下燃烧会产生氨,影响烟气质量;另一方面,烤烟在调制和醇化过程中,氨基酸和糖类会发生非酶棕化反应,主要是美拉德反应,形成大量具有烟草特征香味的挥发性化合物和大分子棕色化合物,如羰基化合物、呋喃化合物以及吡嗪类和吡咯衍生物等。它们不但赋予烟气烤焙香、坚果香和甜焦糖味,而且还使烟量感增加,尤其是呋喃类成分,对烟气的香味有重要作用。此外,某些氨基酸自身可直接分解为香味化合物,如苯甲醇、苯乙醇等[5]。K326是我国种植面积最大的烤烟品种。随着打顶后烟叶的成熟,烟株体内将发生各种各样复杂的生理生化反应。游离氨基酸的含量也会随着成熟进程而发生变化。前人对烤烟的游离氨基酸做过一些研究[6-8],但有关烤烟成熟进程中烟叶各主要游离氨基酸含量的测定及变化规律的研究还未见报道。本研究测定了烤烟成熟进程中叶片主要游离氨基酸含量,分析了主要游离氨基酸的变化特征。可为烤烟的成熟采收和品质形成提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验在湖南农业大学烟草工程技术研究中心试验基地和烟草工程重点实验室进行。供试烤烟品种为K326。在试验基地进行大田栽培。种植土壤为红壤,土壤养分含量为:有机质25.71 g/kg,碱解氮91.2mg/kg,有效磷15.6mg/kg,有效钾76.3mg/kg,pH 5.47。前茬作物为水稻,无严重病史及旱涝灾害。打顶当天第一次取样,分别取上部、中部、下部叶。以后每 10天取样 1次,共取样 4次。把采摘的新鲜烟叶迅速置于 105℃条件下鼓风杀青,60℃烘干,粉碎,过 40目筛,于塑料袋中密封保存。

1.2 主要仪器和药品

高效液相色谱系统:Summit HPLC系统,DIONEX公司;氨基酸专用柱DIONEX公司;Millipore QⅡ超纯水仪Millipore公司;真空旋转冷冻干燥仪RC10-10 JOUAN公司。

正亮氨酸(生物试剂),FLUKA公司;PITC(异硫氰酸苯酯),FLUKA公司;16种氨基酸(生物试剂),上海康达生物试剂公司;乙腈(色谱纯),Merck公司。

1.3 游离氨基酸的测定方法

采用PITC柱前衍生化的HPLC技术测定烤烟样品中的游离氨基酸。

2 结果与分析

2.1 烤烟K326成熟进程中各叶位总游离氨基酸含量的动态变化

烤烟 K326成熟进程中各叶位游离氨基酸含量动态变化见表1～表3。

表1 上部叶片游离氨基酸含量动态变化 μg/g

表2 中部叶片游离氨基酸含量动态变化 μg/g

表3 下部叶片游离氨基酸含量动态变化 μg/g

烤烟 K326打顶后成熟进程中各叶位总游离氨基酸含量的变化比较一致。各叶位游离氨基酸总量在打顶当天最高。对烟草进行了打顶处理后,各叶位游离氨基酸含量急剧下降。其中,上部叶游离氨基酸总量在打顶后10 d降低了58.3%;中部叶降低了80.0%;下部叶降低了6.9%。从打顶后10 d到打顶后20 d,随成熟度的增加,各部位叶片的总游离氨基酸含量又逐渐增加。其中,上部叶增加了17.6%;中部叶增加了55.0%;下部叶增加了23.8%。从打顶后20 d到打顶后 30 d,随着各部位叶片的衰老,各部位叶片的总游离氨基酸含量又降低,其中上部叶降低了31.8%;中部叶降低了28.3%;下部叶降低了38.3%。

2.2 烤烟 K326成熟进程中不同叶位各种游离氨基酸含量的动态变化

从氨基酸种类分析,上部叶从打顶后 0 d到打顶后 30 d的各种氨基酸的含量都降低。其中含量降低较多的氨基酸有脯氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、亮氨酸、赖氨酸等。含量降低较少的氨基酸有天冬氨酸、色氨酸。

中部叶从打顶后 0 d到打顶后 30 d的各种氨基酸含量同样也都是降低,且比上部叶降低的更多。降低较多的氨基酸有赖氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸、天冬氨酸和精氨酸等。含量降低较少的氨基酸有半胱氨酸、异亮氨酸。

下部叶从打顶后 0 d到打顶后 30 d的各种氨基酸含量则是有升有降,但变化幅度较小。其中含量降低的氨基酸有 9种:脯氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、色氨酸、谷氨酸和丝氨酸。含量升高的氨基酸有7种:苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸和亮氨酸。

烤烟 K326成熟进程中相同叶位打顶后不同天数及氨基酸的种类对游离氨基酸含量影响的方差分析结果表明:K326成熟进程中上部、中部、下部叶打顶后不同天数总游离氨基酸含量及不同氨基酸种类间含量差异均有统计学意义(F＞F0.01)。

烤烟 K326成熟进程中相同日期不同叶位及氨基酸种类对游离氨基酸含量的方差分析结果表明:除打顶后0 d不同部位的叶片中总游离氨基酸含量差异均有统计学意义(F＞F0.01)外,打顶后10 d、20 d、30 d不同部位的叶片中总游离氨基酸含量的差异均无统计学意义(F＜F0.05)。而氨基酸种类间含量差异均有统计学意义(F＞F0.01)。

3 讨论

(1)烟株现蕾后,叶内营养物质大量流向顶部花序,如任其开花结实,不仅会导致上部叶片小而轻,也会使中下部叶片变薄,重量减轻,基部叶片很快变黄枯死,造成假熟,降低产量和品质。打顶使烟株的养分供给叶片生长,增加干物质和叶片厚度。另外,打顶能使叶片化学成分发生有利变化,使烟叶产量和品质得到同步提高[4]。本研究证明打顶后成熟进程中,各部位烟叶中总游离氨基酸含量呈下降趋势。

(2)打顶前中部叶游离氨基酸含量最高,说明中部叶游离氨基酸代谢旺盛,大量的氨被同化为氨基酸,进一步合成蛋白质和转化为含氮碱等含氮化合物[9]。而上部叶由于合成蛋白质多,故游离氨基酸的含量少于中部叶。下部叶由于光照不足,代谢缓慢,故游离氨基酸含量较低。到打顶后 10 d,由于进行了打顶处理,造成各叶位的游离氨基酸含量都急剧降低。其中中部叶降低的最多,由 3 251.2μg/g降低到 651.31μg/g,可能是由于上部叶代谢生成的游离氨基酸不足,中部叶的游离氨基酸大量输送到上部叶,造成中部叶游离氨基酸含量急剧降低。而下部叶游离氨基酸含量稍有降低,由 957.53μg/g降低到891.02μg/g,说明打顶对下部叶游离氨基酸影响不大。到打顶后20 d,各叶位总游离氨基酸的含量是:下部叶 ＞中部叶 ＞上部叶,和打顶后 10 d相比,3个叶位的游离氨基酸含量都有增加。这是由于封顶打杈后,人为地改变了烟株体内的代谢方向,生殖生长被抑制,造成营养物质的积累。而下部叶的游离氨基酸在此时期含量最高,主要是因为随成熟度的增加,下部叶蛋白质分解加快造成的。到打顶后30 d,各部位叶片的总游离氨基酸含量继续下降,达到最低,这是由于整个植株在成熟晚期氮代谢非常缓慢造成的。

(3)不管在打顶前后的哪一时期,游离氨基酸种类间含量的高低绝大多数都是一致的。谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的含量较高,占总含量的 50%以上。谷氨酸含量高是因为植物的氮同化途径中,所形成的第一个含氮有机化合物均为谷氨酸或其酰胺;天冬氨酸是合成烟碱的前提物质;脯氨酸与植物抵抗逆境有关[10-11];酪氨酸和苯丙氨酸是芳香族氨基酸,它们不仅是蛋白质合成的材料,也被用于生物碱、木质素和类黄酮的形成,这两种氨基酸特别是苯丙氨酸在烟叶的品质方面具有特殊的意义[3]。这些氨基酸的生理作用重要,含量也高。

(4)游离氨基酸含量的高低对烟叶的品质特别是香味有重要影响[12]。虽然烤烟经过烤制、发酵、醇化后的游离氨基酸含量与比例又发生了明显的变化,但烤烟成熟进程中游离氨基酸含量直接影响着成品卷烟中的游离氨基酸含量,进而对卷烟品质产生影响。本研究表明:烤烟 K326成熟进程中叶片的游离氨基酸含量的变化有较强的规律性。游离氨基酸随打顶后成熟度的增加,其含量发生“之”字形变化,总趋势是随成熟度的增加,总游离氨基酸的含量降低。故选择合适的采收时间可控制烤烟中的游离氨基酸的含量。

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