钾肥配施有机酸对烤烟石油醚提取物和中性致香物质含量的影响

代晓燕， 王建安， 张继帅， 郭春燕， 刘国顺

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002； 2.河南省三门峡市烟草公司，河南 三门峡 472000)



钾肥配施有机酸对烤烟石油醚提取物和中性致香物质含量的影响

代晓燕1， 王建安1， 张继帅2， 郭春燕1， 刘国顺1

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002； 2.河南省三门峡市烟草公司，河南 三门峡 472000)

以中烟100为试验材料，通过田间试验研究了钾肥配施不同有机酸对烤烟中部叶石油醚提取物和中性致香物质含量的影响。结果表明，钾肥配施不同的有机酸均能提高烤烟的石油醚提取物含量，其中配施柠檬酸和草酸处理比对照提高了16%以上。钾肥配施柠檬酸、乳酸和黄腐酸钾处理均能提高烟叶中性致香物质总量，而配施苹果酸和草酸处理中性致香物质含量比对照略低。其中钾肥配施柠檬酸处理可提高类胡萝卜素降解产物、Maillard反应产物、类西柏烷类降解产物、芳香类氨基酸降解产物和新植二烯含量，钾肥配施黄腐酸钾处理可提高除类西柏烷类降解产物外其余各类致香物质含量。以钾肥配施柠檬酸和黄腐酸钾处理对改善中部烟叶石油醚提取物和中性致香物质含量效果最优。

烤烟；钾肥；有机酸；石油醚提取物；中性致香物质

烟叶的石油醚提取物是用石油醚做溶剂对烟草样品进行萃取所得到的一类物质，包括一些低分子挥发物质和树脂、油脂、类胡萝卜素等化学成分，含量与烤烟的整体质量和香气量密切相关[1]。中性致香物质的组成、含量及平衡比例也综合影响着烟叶和烟气的香味状况和风格特色[2]。因此，研究烟草石油醚提取物和中性致香物质含量对改善烟叶的香气特征具有重要意义。钾是烟草体内的重要矿质营养元素，较高钾含量能显著改善烟草的外观形象和内在品质[3]。采用物理、化学和生理调控手段均可提高烟叶的钾含量，但不同的提钾措施影响到烟叶香气物质的含量。研究表明，改变钾肥种类及提高钾肥施用量等可明显提高烟叶中的香气物质含量[4,5]。有机酸是土壤中普遍存在的一类有机物质，主要包括相对分子质量高的腐殖酸和相对分子质量较小的有机酸。腐殖酸结构复杂、性质稳定，可改善土壤结构和通气性，同时释放植物生长所需营养物质。相对分子质量较小的有机酸通常具有一个或多个羧基组成，在植物根系微生态环境中扮演重要作用，如参与土壤物理化学变化、促进矿质元素释放、降低有毒元素对植物的毒害等[6]。研究表明，当植物在营养或环境胁迫时会分泌大量有机酸，如草酸，它可活化土壤中的矿物钾，提高土壤钾的有效性[7]。有机肥料在发酵过程中也会产生大量的有机酸，如柠檬酸、苹果酸、乳酸等[8]。外源有机酸还可显著提高土壤中速效磷含量和磷素利用效率[9]。外源有机酸在烟叶生产中的应用也有报道，如有机酸可促进烟株的生长发育[10]，平衡协调烟叶中的化学成分，提高烤烟的产量和产值[11]。在钾肥与有机酸配合施用研究上，韦峥宇等[12]通过实验室自制有机酸-钾肥试验表明，施用有机酸-钾肥可增加烤烟株高、叶片数等，增加烟叶钾含量，改善烟叶主要化学成分的协调性。对于有机酸与钾肥配合施用对烤烟香气物质含量的研究还缺乏系统研究。本研究在前期不同钾肥施用量和基追施比例及追施时期试验的基础上[13,14]，采用田间试验的方法，进一步探讨了烤烟叶内石油醚提取物含量和中性致香物质成分在不同的钾肥配施有机酸条件下的变化规律，以期为钾肥的合理利用和烤烟品质的全面提高提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012年在河南农业大学许昌校区进行。试验区地势平坦，排灌方便，前茬作物为烤烟。土壤类型为褐土，质地为壤土，pH值为8.05。土壤基本理化性状为有机质含量12.10 g·kg-1，碱解氮50.20 mg·kg-1，有效磷(P2O5)含量7.80 mg· kg-1，有效钾(K2O)含量130.70 mg·kg-1。

供试品种为中烟100，漂浮育苗，2012-05-13移栽，中心花开放时打顶，每株留叶20～22片，按成熟度分部位采收。

1.2 试验设计

根据2011年钾素不同追肥时期的试验结果，得出分别在团棵期、旺长期、成熟期各追施一次钾肥的处理烤后烟叶钾且致香物质成分含量较高的结论[13]，本试验在原有钾肥施用比例的基础上(即基施硫酸钾90 kg·hm-2，移栽后30，45，60 d分别施70，70，70 kg·hm-2)，添加有机酸的施用。试验为单因素试验，共6个处理，分别为CK(对照)：追施钾肥，不施有机酸处理；T2：追施钾肥+黄腐酸钾(代替腐殖酸)；T3：追施钾肥+乳酸；T4：追施钾肥+苹果酸；T5：追施钾肥+柠檬酸；T6：追施钾肥+草酸。各有机酸兑水灌根，团棵期35 d灌根1次，旺长期50 d灌根1次，对照分别在团棵期与旺长期灌等量的水。黄腐酸钾用量30 g·株-1，乳酸、苹果酸、柠檬酸、草酸(分析纯)用量1 g·株-1。每处理重复3次，按照随机区组排列，共18个小区，每小区植烟90株。其他肥料分基肥和追施施用，其中基肥为复合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶10∶20] 337.5 kg·hm-2，南农生物肥1125 kg·hm-2，永年矿物肥225 kg·hm-2，硫酸锌22.5 kg·hm-2，重钙33.75 kg·hm-2，硝酸钾45 kg·hm-2团棵期兑水灌根.硫酸钾517.5 kg·hm-2，分别在起垄前、团棵期(移栽后35 d)、旺长期(移栽后50 d)、打顶当天等按照4.5∶3∶2∶1的比例作为基肥和追肥施用，即各生育时期分别为202.5，180，90，45 kg·hm-2。其他大田管理及调制措施依照优质烟叶生产管理标准进行。

1.3 取样和项目测定

1.3.1 样品采集 取各处理的烤后烟叶的C3F部位1.5 kg用于指标测定。其中将烤后C3F样品的3次重复样混匀后作为一个待测样品用于测定中性致香物质含量。

1.3.2 石油醚提取物 石油醚提取物含量按照YC/T 176—2003的方法[15]进行。

1.3.3 中性致香物质含量分析 中性致香物质含量的测定采用内标法，即通过蒸馏萃取仪和trace GC-DSQII MS美国赛默飞世尔公司的气质联用仪提取并测定分析，内标使用硝基苯。

前处理采用“同时蒸馏萃取法”，即取10 g待测样品于500 mL圆底烧瓶中，加入1 g柠檬酸、0.5 mL内标和350 mL蒸馏水充分摇匀。安装同时蒸馏萃取装置，一端连接500 mL圆底烧瓶，同时进行恒温电热套加热，另一端连接一250 mL圆底烧瓶(内装二氯甲烷40 mL)，置于60 ℃水浴中，同时打开通水阀，待样品沸腾分层时计时2.5 h，收集有机相。加入10 g左右无水硫酸钠，摇匀澄清后转移至鸡心瓶，并置于60 ℃水浴中浓缩有机相至1 mL左右即可。

气质联用仪分析条件为色谱柱DB-5 ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气速度和流速为He，0.8 mL·min-1。进样口温度为250 ℃，初始温度60 ℃并保持2 min，180 ℃时保持2 min，280 ℃时保持20 min。扫描离子范围为50～650 amu；进样量为2 μL，分流比为10∶1。

2 结果与分析

2.1 钾肥配施有机酸对烤后烟叶石油醚提取物含量的影响

烟叶石油醚提取物含量与烟草的香气量有关，在烟叶成熟、调制、陈化和燃吸过程中，经过一系列的分解、转化形成致香物质，产生香气。石油醚提取物常做为衡量烟叶品质和香气的重要指标，而且石油醚提取物含量越高，其香气物质越丰富。比较不同处理中部叶石油醚提取物含量(图1)发现，钾肥配施有机酸的各处理均不同程度地提高了中部烟叶石油醚提取物的含量，但差异不显著，具体表现为柠檬酸>草酸>乳酸>苹果酸>黄腐酸钾>CK，其中配施柠檬酸、草酸、乳酸、苹果酸、黄腐酸钾处理石油醚提取物含量分别比对照提高了17.08%，16.54%，13.74%，7.90%和5.08%，以柠檬酸处理效果更佳。

图1 不同处理对烤烟石油醚提取物含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on contents of petroleum ether extracts of tobacco leaves

2.2 钾肥配施有机酸对烤后烟叶中性致香物质总量的影响

中性致香物质的含量高低决定着烟叶的香气品质和风格[2]。对烤后中部叶进行气相色谱/质谱(GC/MS)定量和定性分析，结果共检测到34种中性香气成分(表1)，其中17种类胡萝卜素类降解产物、6种Maillard反应产物、4种苯丙氨酸类香气物质、1种类西柏烷类降解产物和6种其他类降解产物。从中性致香物质总量来看，黄腐酸钾处理、乳酸和柠檬酸处理的中性致香物质含量均高于对照处理，苹果酸和草酸处理中性致香物质含量较低，表现为柠檬酸>黄腐酸钾>乳酸>对照(CK)> 苹果酸>草酸处理，而从除新植二烯总量上看，表现为柠檬酸>黄腐酸钾>对照(CK)>乳酸> 苹果酸>草酸处理。其中柠檬酸处理的各类中性致香物质含量均高于对照，仅其他类致香物质总量与对照相当。黄腐酸钾处理除类西柏烷类降解产物含量与对照相当外，其他各类致香物质含量均高于对照处理。

2.2.1 钾肥配施有机酸对烤后烟叶类胡萝卜素香气物质含量的影响 类胡萝卜素是烟叶中许多重要香气成分的前体物质，其含量高低不仅对烟叶香味品质的形成有重要作用，而且降解物含量也仅次于叶绿素降解物，成为烟叶总挥发性香气成分的重要组成部分。因降解时双键断裂位置不同，可产生不同碳原子数化合物，进而形成许多重要香气物质，如β-大马酮、法尼基丙酮、β-紫罗兰酮、巨豆三烯酮等，它们可增加烤烟中的花木香、甜味，同时消去烟气中的刺激感等[2]。由表2可知，钾肥配施有机酸处理烤烟叶内类胡萝卜素降解产物含量除草酸外，均高于对照处理，表现为黄腐酸钾>柠檬酸>苹果酸>乳酸，其中黄腐酸钾和柠檬酸处理含量较高，草酸处理含量最低。黄腐酸钾处理中各类降解成分含量均高于对照处理，柠檬酸处理中除β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯外，其余各类降解成分也明显高于对照。在类胡萝卜素降解产物中，

表1 不同处理对烤烟中性致香物质总量的影响Table 1 The contents of total neutral aroma consitituents in flue-cured tobacco leaves of different treatments μg·g-1

不同处理中的β-大马酮含量最高，其次是β-二氢大马酮，然后是法尼基丙酮和巨豆三烯酮4，平均约占类胡萝卜素降解产物总量的73%。异佛尔酮含量在不同处理中均表现为只有痕量存在。β-紫罗兰酮和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚在乳酸、柠檬酸和草酸中也只有痕量存在。

表2 不同处理对烤烟类胡萝卜素降解产物含量的影响Table 2 The contents of aroma products degraded from carotenoid in flue-cured tobacco leaves of different treatments μg·g-1

注：tr表示痕量。下同。

Note：tr means trace. The same as below.

2.2.2 钾肥配施有机酸对烤后烟叶Maillard反应产物的影响 Maillard反应是烟叶在调制过程中发生的重要棕色化反应，其产物主要有糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃、呋喃酮及吡咯类等，可使烟叶具有如面包香、坚果香、甜香等特殊的香味，也是重要的香气形成物质[2]。由表3可知，施用黄腐酸钾和柠檬酸后烤烟叶片中的美拉德降解产物总量及糠醛、糠醇、5-甲基糠醛和3,4-二甲基-2,5呋喃二酮降解物含量都明显高于对照处理，苹果酸处理总量次之，乳酸和草酸处理含量最低，5-甲基糠醛只有痕量存在。这也说明黄腐酸钾和柠檬酸对提高烤后烟叶Maillard棕色化反应产物有明显促进作用。在测定的6种Maillard反应产物中，各处理均以糠醛含量最高，平均约占降解产物总量的77%。

2.2.3 钾肥配施有机酸对烤后烟叶苯丙氨酸类香气物质含量的影响 烟草中苯丙氨酸的代谢转化是影响香味的重要过程之一，其代谢产物如苯甲醇、苯乙醇可增加烟气的花香香味，苯甲醛、苯乙醛可增加烟气的樱桃香、杏仁香及皂香香味[2]。由表4可知，钾肥添加柠檬酸和黄腐酸钾后可明显提高烤后烟叶中的苯丙氨酸类香气物质的含量，特别是柠檬酸处理，增幅达93.8%。苹果酸处理苯丙氨酸类香气物质总量与对照相当，乳酸和草酸处理中含量较低。苯甲醇含量相对较高，尤其是柠檬酸和黄腐酸钾处理，其含量占苯丙氨酸类香气物质总量的53.3%，这对增加烟叶的花香有重要作用。

表3 不同处理对烤烟Maillard反应产物含量的影响Table 3 The contents of aroma products degraded from Maillard reaction in flue-cured tobacco leaves of different treatments μg·g-1

表4 不同处理对烤烟苯丙氨酸类香气物质含量的影响

2.2.4 钾肥配施有机酸对烤后烟叶类西伯烷类降解产物含量的影响 类西柏烷类化合物是烟草中一类重要萜烯类化合物，存在于青烟叶的角质层中，调制后大部分发生降解，主要产物是具有氧杂双环化合物的茄酮及其衍生物，其中茄酮也是烟草中含量最丰富的中性香味物质之一，本身具有很好的香气，而且其转化产物如茄醇等也是很重要的烟草香味物质[2]。本试验主要检测到了茄酮，由表1可知，类西柏烷类降解产物含量表现为柠檬酸处理比对照略高，黄腐酸钾处理与对照相当，其他处理含量低于对照，具体表现为柠檬酸>对照>黄腐酸钾>乳酸>草酸>苹果酸。

2.2.5 钾肥配施有机酸对烤后烟叶新植二烯和其他类香气物质含量的影响 新植二烯是新鲜烟叶叶绿素降解产生叶绿醇后脱水形成的一种非色素类的萜烯，是烟叶中性挥发性物中含量最为丰富的成分。它能增进烟的吃味和香气，不仅本身具有清香气，刺激性较小，而且在烟叶燃烧过程中作为载体可捕集烟气气溶胶内的香气物质并将之带入烟气中，因此是烟叶的重要增香剂[2]。从表5中看出，黄腐酸钾、乳酸和柠檬酸处理烤后烟叶中新植二烯含量均高于对照，其中柠檬酸处理含量最高，比对照增加了22.41%，而苹果酸与草酸处理中新植二烯含量比对照略低。其他类致香物质成分含量也表现为黄腐酸钾处理含量略高于对照，柠檬酸处理与对照相当，苹果酸和草酸处理略低于对照，乳酸处理含量最低。

3 结论与讨论

刘世亮等[16]研究表明，当烟叶过熟采收时，外施腐殖酸和油酸能显著提高烟叶中石油醚提取物含量，而苹果酸无显著效果。何永秋等[5]研究表明，钾肥配施黄腐酸钾对中部叶石油醚提取物和中性致香物质含量无显著影响，但能显著提高上部叶石油醚提取物含量。本研究显示，无论是施用柠檬酸、草酸、乳酸、苹果酸，还是黄腐酸钾，均能提高中部烟叶的石油醚提取物含量，尤其是柠檬酸处理效果更明显。这可能与钾肥分次追施有关，在烟株生长的不同时期追施钾肥保证了钾的充足供应，有利于烤烟整体品质和香气物质的形成。

烟田施用腐植酸类物质可明显改善烟叶的香气物质含量。郑宪滨等[17]研究表明，施用腐植酸

表5 不同处理对新植二烯和其他类香气物质含量的影响Table 5 The contents of neophytadiene and other aroma procucts in flue-cured tobacco leaves of different treatments μg·g-1

能显著提高烤烟中性致香物质含量。何永秋等[5]通过黄腐酸钾配施缓效钾肥和普通钾肥发现也能提高烟叶中性致香物质含量。本研究显示，钾肥配施黄腐酸钾处理含量也能明显提高中性致香物质总量，这与前面的研究结果一致。除此之外，刘世亮等[16]研究表明，腐殖酸能提高过熟烟叶中的主要香气物质含量，而苹果酸则能提高适熟烟叶中主要香气物质含量。朱凯[18]研究也表明，施用苹果酸能增加类西柏烷类、苯丙氨酸类和Maillard反应产物总量，降低中部叶类胡萝卜素类物质和新植二烯含量。本研究显示，同为小分子有机酸，柠檬酸配施钾肥对提高烟叶中性致香物质上有明显作用，如类胡萝卜素降解产物、Maillard反应产物、类西柏烷类降解产物、芳香类氨基酸降解产物和新植二烯含量均高于对照，而苹果酸仅能增加类胡萝卜素和芳香类氨基酸降解产物总量，草酸处理各类降解产物含量均最低。研究认为，与草酸和苹果酸不同，柠檬酸对褐土速效钾活化能力较强，当在不同时期追施钾肥时，由于柠檬酸强活化作用[7]，增加可变电荷土壤表面的净负电荷，从而增加了土壤对K+的吸附量，加快交换性钾向水溶性钾的转化[19]，提高了养分的有效性，有利于烟叶中性致香物质成分的积累。另外，钾肥配施乳酸处理仅新植二烯的含量较对照略高，有关乳酸对烟叶生产的作用还有待于进一步研究。

不同的钾肥施用量和施用时期影响烟叶致香物质的合成，本研究在此基础上进一步研究证明，钾肥配施有机酸对石油醚提取物和中性致香物质的形成有积极作用，而黄腐酸钾和柠檬酸对提高烟叶主要香气成分的合成效果更明显，但有机酸对烟叶致香物质形成的作用机理还有待进一步研究。

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(责任编辑：常思敏)

Effects of potassium fertilization and organic acids on contents of petroleum ether extracts and neutral aroma components in flue-cured tobacco leaves

DAI Xiaoyan1， WANG Jianan1， ZHANG Jishuai2， GUO Chunyan1， LIU Guoshun1

(1.College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China2.Sanmenxia Municipal Tobacco Company of Henan Province, Sanmenxia 472000,China)

In order to research the effect of combined application of potassium fertilization and organic acids on tobacco quality, the field experiment was conducted to study the concontration of petroleum ether extracts and neutral aroma components in middle leaves of flued-cured tobacco(cv. Zhongyan 100). The results show that the content of petroleum ether extracts increased obviously under different combined application of potassium fertilization and organic acids, by more than 16% in citric acid and oxalic acid treatment compared to non-applicated organic acids. The treatment of combined application of potassium fertilization and citric acid, lactic acid and fulvic acid could increase the total amount of neutral aroma compontents, while it was slightly lower in treatment of malic acid and oxalic acid than the non-applicated organic acids. It was more conducive to the formation of aroma products degraded from carotenoid, Maillard reaction, phenylalanine, solanone and neophytadiene in middle leaves under the combined application of citric acid. Similarly it was conducive to the formation of degradation product outside the solancone under the the combined application of fulvic acid. In short, the effect of citric acid and fulvic acid was better than that of other treatment.

flue-cured tobacco；potassium fertilizer；organic acid；petroleum ether extracts；neutralaroma components

1000-2340(2015)01-0001-06

2014-06-14

特色优质烟叶开发重大专项(Ts-01-2011005)；河南省教育厅重点技术研究项目(14B210023)

代晓燕(1979-)，女，河南襄城人，讲师，从事烟草栽培生理及土壤营养研究。

刘国顺(1954-)，男，河南叶县人，教授。

S 572

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