贵州山地醇甜香烟叶中5-羟甲基糠醛的含量及分布特征

张长云，向章敏，石俊雄，蒋 涵，张 恒，武天天，邓超琼，蒋绍松，杨靖华，汪云松

(1.贵州省烟草科学研究院，贵州 贵阳 550081;2.云南大学 化学科学与工程学院 教育部自然资源药物化学重点实验室，云南 昆明 650091)

贵州山地醇甜香烟叶中5-羟甲基糠醛的含量及分布特征

张长云1，向章敏1，石俊雄1，蒋 涵2，张 恒1，武天天2，邓超琼2，蒋绍松2，杨靖华2，汪云松2

(1.贵州省烟草科学研究院，贵州 贵阳 550081;2.云南大学 化学科学与工程学院 教育部自然资源药物化学重点实验室，云南 昆明 650091)

以贵州山地醇甜香烟叶及省外各特色区域烟叶为样本，研究5-羟甲基糠醛在各样本中的含量、分布特征及其相互关系，旨在为贵州山地醇甜香特色烟叶生产及卷烟企业采购优质烤烟原料提供理论依据.

贵州；烟叶；5-羟甲基糠醛；分布特征；相互关系

5-羟甲基糠醛(5-HMF)是葡萄糖、果糖等己糖类化合物脱水产生的酚醛类化合物，是引起食品风味和褐变的指标成分之一[1].成熟烟叶中所含己糖类成分在高温或酸性等条件下发生美拉德反应和热降解反应(即焦糖化褐变)可脱水产生5-羟甲基糠醛[2-4].对于六碳糖生成HMF的反应机理目前还不是十分明了,一般认为六碳糖先生成中间物烯醇互变结构体，然后脱水生成HMF，反应过程要经历异构化(以葡萄糖为底物时)、双键断裂和脱水3个步骤.1990年Antal等[5]提出了己糖脱水的2条可能路线，分别为路线a和路线b，其中路线a形成环状化合物而路线b没有经历环状化合物直接脱水得到HMF.

5-羟甲基糠醛为暗黄色针状结晶，熔点为32～35 ℃，易液化为黑色液，高浓度HMF具有难闻气味，稀释后有甘菊花味.5-HMF属于含氧杂环化合物，一旦葡萄糖等己糖转化为呋喃类化合物就会具有类似咖啡香气以及坚果味道，特别当形成的是糠醛类化合物时，就更具有甜的、烤香、木香、面包、谷香、辛香香气以及甜的、烤香、面包、坚果、焦糖味道，杂环类香料通常香势强、阈值低对香味和风格的影响较大[6].

综上所述，5-HMF在烟草中含量对烟叶的品质、香味和风格有较大影响，较高含量的HMF会给烟叶带来难闻的杂味，低含量的HMF则能较好彰显烟叶甜的、烤香、木香、焦糖味道等风格特征[6-8].目前尚未见针对烟叶中HMF的相关研究报道，本文以贵州山地醇甜香烟叶为材料，对比研究省内外各特色区域烟叶中5-HMF含量的分布特征及其相互关系，为贵州山地醇甜香特色烟叶生产及卷烟企业采购优质烤烟原料提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

分别选取了在工业实际应用的贵州山地醇甜香烟叶及省外各特色区域的18个不同代表烟叶为研究样本，具体见表1.

1.2 测定项目与方法

烟叶以小区为单位进行采收，按烤烟42级国际进行分级，烘干磨碎过0.301 mm筛.5-羟甲基糠醛的测定参照贵州烟草科学研究院规定的方法，即称取致香物100～200 mg配成2 mL甲醇溶液，并向溶液中加入内标备用[9].采用气质联用色谱仪系统(美国Agilent公司，7890A-5975c).气相条件：色谱柱为HP-5MS(60 m×0.25 mm, 0.25 μm)；载气：氦气；恒流模式，流量：1.0 mL/min；进样口温度：280 ℃；进样量：2 μL；分流比：15∶1；程序升温：60 ℃(2 min)以5 ℃/min升至280 ℃(10 min).质谱条件：离子源为EI, 70 eV；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；接口温度：280 ℃；质量范围(m/z)：45～550.

表1 贵州山地醇甜香烟及省外各特色区域烤烟样本

1.3 数据处理数据

本实验采用SPSS 19.0 软件进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 各实验样本烤烟中总糖含量的分布特征

5-HMF可由葡萄糖、果糖等己糖类化合物脱水产生，因此需对烟叶中总糖的含量进行比较.以总糖含量的分布特征将各烤烟样本中的总糖含量进行描述统计，结果见表2.从表中可以看出各烤烟样本中的总糖含量的平均值为 30 117 μg/g，含量在 22 890～38 740 μg/g之间波动.由偏度系数可以看出，总糖含量大于0，为正态偏向峰；峰度系数大于0，为尖峭峰，数据大多数集中在平均值附近.各烤烟样本中的总糖含量的变异系数较小.数据分析结果显示，上述各烤烟样本中的总糖含量较为接近，变幅小，因此在后续各烤烟样本中的5-HMF含量研究中可以略去各烤烟样本中的总糖含量差异的影响.

2.2 各实验样本烤烟中5-HMF含量的分布特征

以5-HMF含量的分布特征将各烤烟样本中的5-HMF含量进行描述统计，结果见表3.从表中可以看出各烤烟样本中的5-HMF含量的平均值为 6 511 μg/g，变幅为71～39 551 μg/g，变异程度较大，变异系数为162.39%，5-HMF含量在烟叶样本之间表现较不稳定.由偏度系数可以看出，5-HMF含量大于0，为正态偏向峰；峰度系数大于0，为尖峭峰，数据大多数集中在平均值附近.数据分析结果显示，上述结果显示各烤烟样本中的5-HMF含量同时并存较为接近以及变幅较大的特点，直方图见图1.显示12个样本较为集中，1个样品较为分散，其余5个样品相对集中.进一步显示上述特点，因此需对基于5-HMF含量的分布特征将各烤烟样本进行分类处理.

表2 烤烟实验样本中总糖含量的描述性统计

表3 各烤烟样本中5-羟甲基糠醛含量的描述性统计

2.3 烤烟样本5-羟甲基糠醛含量分布特征的分类处理

2.3.1 烤烟样本中5-HMF的聚类分析

基于在不同5-HMF含量水平下各烤烟样本的5-HMF含量的变化规律，通过对各烤烟样品中的5-HMF含量进行聚类分析，可将其划分为高、中、低3个类群(图2).数据显示，其中低5-HMF含量类包含的样本数为12，该类烟叶中5-HMF含量的平均值为927 μg/g，5-HMF在各样品中含量变异程度较大，变异系数为104.39%，变幅为71～2 434 μg/g，在烟叶样本之间表现较不稳定；中5-HMF含量类包含的样本数为2个，该类烟叶5-HMF含量的平均值为 6 520 μg/g，5-HMF在各样品中含量变异系数为25.02%，变幅为 5 367～7 674 μg/g，在烟叶样本之间表现相对稳定；高5-HMF类包含的样本数为3个，该类烟叶5-HMF含量的平均值为 17 828 μg/g，在各样品中含量变异系数为24.30%，变幅为 13 412～22 070 μg/g，在烟叶样本之间表现相对稳定；1个区域烟叶样本5-HMF含量较高，导致其在分类上离开其他17个区域样品，该类烟叶5-HMF含量的为 39 551 μg/g.由偏度系数可以看出，低含量类群偏度系数大于0，为正态偏向峰，峰度系数小于0，为平阔峰，数据比较分散,见表4.

表4 实验样本烤烟中5-羟甲基糠醛(5-HMF)含量的描述性统计

进一步的方差分析显示，各实验样本烤烟中5-HMF含量在不同类群间的差异达到了极为显著的水平；5-HMF在中含量类群间的差异相比较其他类群未达到显著水平；在高含量类群间的差异相比较其他类群达到显著水平，在低含量类群间的差异相比较其他类群达到极显著水平(表5).

2.3.2 烤烟样本中5-HMF含量分类后与特色区域样品的关系

依据各烤烟样本中5-HMF含量的聚类分析，将实验结果分为低、中、高3个类群，各类群中5-HMF含量的描述性统计见表5，各类群成员对映的特色区域见图3.烤烟样本中5-HMF含量中的低类群与其他2个类群相比，包含的样本数为12，分别为：德江、镇远、毕节(南江3号)、安顺、瓮安、湄潭、毕节、天柱、威宁、陕西、黑龙江和云南12个区域样本；占样本总数的66.7%，该类烟叶中5-HMF含量总和为 11 124 μg/g，占全部5-HMF含量总和的9.5%.中含量类包含的样本数为2个，分别为余庆和兴义两个区域样本；占样本总数的11.1%，该类烟叶中5-HMF含量总和为 13 041 μg/g，占全部5-HMF含量总和的11.1%.高类包含的样本数为3个，分别为福建、重庆和山东3个区域样本；占样本总数的16.7%，该类烟叶中5-HMF含量总和为 53 485 μg/g，占全部5-HMF含量总和的45.6%.河南区域烟叶样本5-HMF含量较高，导致其在分类上离开其他17个区域样品，占样本总数的5.6%，该类烟叶5-HMF含量的为 39 551 μg/g，占全部5-HMF含量总和的33.7%.

表5 烤烟样本中5-羟甲基糠醛含量的描述性统计

本研究在烤烟样本未分类情况下将各区域烟叶样本5-HMF含量进行相关分析，结果表明：省外区域烟叶样本中含量普遍较高，其中特别是福建、重庆、山东和河南4个区域烟叶样本与省内山地醇甜香型烟叶样本比较达到了显著水平，可以在对贵州省内山地醇甜香型烟叶样本的分析中去除.另一方面，5-HMF在低含量类群中所占比便含量变异程度较大，变异系数为104.39%，变幅为71～2 434 μg/g，在烟叶样本之间表现较不稳定.中等含量包括了贵州省内余庆、兴义2个区域烟叶样本，需要对去除福建、重庆、山东和河南4个区域烟叶样本后的修正样品类群进一步进行分类分析(该修正样本类群包含中、低含量5-HMF类群的样品).

2.4 基于修正后5-HMF含量类群烤烟样本分析

2.4.1 基于修正后5-HMF含量类群烤烟样本的聚类分析

基于修正后烤烟样本在不同5-HMF含量水平下的5-HMF含量的变化规律，对修正后烤烟样本重新进行聚类分析，可将其划分为1、2、3三个类群(图4).其中类群1为低5-羟甲基糠醛含量类包含的样本数为8，该类烟叶中的含量平均值为289 μg/g，在各样品中含量变异程度较大，变异系数为69.77%，变幅为71～703 μg/g，在烟叶样本之间表现较不稳定；类群2为高5-羟甲基糠醛含量类包含的样本数为2个，该类烟叶含量的平均值为 6 520 μg/g，在各样品中含量变异系数为25.02%，变幅为 5 367～7 674 μg/g，在烟叶样本之间表现相对稳定；类群3为中5-羟甲基糠醛类包含的样本数为4个，该类烟叶含量的平均值为 2 203 μg/g，在各样品中含量变异系数为12.94%，变幅为 1 825～2 434 μg/g，在烟叶样本之间表现较稳定.由偏度系数可以看出，低含量类群偏度系数大于0，为正态偏向峰，峰度系数大于0，为尖峰，数据比较集中.中含量类群偏度系数小于0，为负态偏向峰，峰度系数小于0，为平阔峰，数据比较分散(表6).

表6 烤烟样本中5-羟甲基糠(5-HMF)醛含量的描述性统计

2.4.2 修正后烤烟样本5-HMF含量类群分类后与特色区域样品的关系

依据烤烟样本5-HMF含量聚类分析结果，分为1、2、3三个类群，各类群成员对映的特色区域见图5.低含量烤烟样本的类群与其他2个类群相比，包含的样本数为8，分别为：德江、镇远、毕节(南江3号)、安顺、瓮安、湄潭、毕节和天柱8个区域样本；占样本总数的57.1%，该类烟叶中5-羟甲基糠醛含量总和为 2 311 μg/g，占全部5-羟甲基糠醛含量总和的9.6%.高含量类包含的样本数为2个，分别为余庆和兴义2个区域样本；占样本总数的14.3%，该类烟叶中5-羟甲基糠醛含量总和为 13 041 μg/g，占全部含量总和的54.0%.中含量包含的样本数为4个，分别为威宁、陕西、黑龙江和云南4个区域样本；占样本总数的28.6%，该类烟叶中5-羟甲基糠醛含量总和为 8 813 μg/g，占全部5-羟甲基糠醛含量总和的36.5%.

表7 各烤烟样本中5-羟甲基糠醛含量的描述性统计

3 实验结果与讨论

本实验主要以各烤烟样本C3F样品为基础，采用类似赵铭钦等[10]和许自成等[11]的方法，将各样本烤烟原料的5-羟甲基糠醛含量采用聚类分析方法分为高、中、低3组，通过各组样本中5-羟甲基糠醛含量的描述性统计分析及不同特色区域5-羟甲基糠醛含量类群水平变化研究，对各特色区域烟叶样本修正后把其中5-羟甲基糠醛为中、低含量的类群进一步聚类分析分为1～3三个组.研究结果显示，贵州山地醇甜香型烟叶样本中5-羟甲基糠醛含量与本项目研究中省内外其他特色区域样本中5-羟甲基糠醛含量表现出明显差异，不同特色区域贵州山地醇甜香型烟叶样本较为突出，显现出低5-羟甲基糠醛含量的特点.贵州山地醇甜香型烟叶样本占全部样本总数的57.1%，贵州山地醇甜香型烟叶样本中5-羟甲基糠醛含量总和为 2 311 μg/g，占所研究全部样本5-羟甲基糠醛含量总和的9.6%，这一结果显示5-羟甲基糠醛在贵州山地醇甜香型烟叶样本甜的、烤香、木香、面包、谷香、辛香香气以及焦糖味道等的风格特征彰现中起到重要作用，同时由于在烟叶样本中低含量的特征，有效控制了其对烟叶杂气可能产生的不利影响.更为明确的对应关系有待进一步深入研究.

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(责任编辑 王 琳)

Study of 5-hydroxymethyl furfural of tobacco leaves from Guizhou province

ZHANG Chang-yun1,XIANG Zhang-min1,SHI Jun-xiong1,JIANG Han2,ZHANG Hen1,WU Tian-tian2,DENG Chao-qiong2,JIANG Shao-song2,YANG Jing-hua2,WANG Yun-song2

(1.Guizhou Institute of Tobacco Science,Guiyang 550081,China;2.Key Laboratory of Medicinal Chemistry for Natural Resources,Ministry of Education of China,School of Chemistry and Engineering,Yunnan University,Kunming 650091,China)

Distribution features and relationships of 5-hydroxymethyl furfural content in flue-cured tobacco leaves were studied by the analysis of the samples from Guizhou province with a comparison with others. The results provided useful information for how to choose excellent tobacco leaves and manufacture high-quality cigarettes.

Guizhou province;tobacco leaves;5-hydroxymethyl furfural;distribution feature;relationship

2014-07-04.

国家自然科学基金(21262040，21162038)；云南省中青年学术技术带头人后备人才培养计划资助项目(2007PY01-23)；贵州省烟草科学研究院资助项目(20130619089).

张长云(1977-)，男，硕士,农艺师.主要研究方向：烟草工程.

汪云松(1968-)，男，博士，副教授.主要研究方向：有机化学.

S572

A

1672-8513(2015)01-0010-06