两种典型环境对烤烟香型风格及致香物质的影响

薛宝燕，沈　嘉，姜超强，祖朝龙，徐经年，刘碧荣，阎轶峰

（1.安徽省农业科学院烟草研究所，合肥 230031；2.安徽省烟草专卖局，合肥 230022）

两种典型环境对烤烟香型风格及致香物质的影响

薛宝燕1,2，沈嘉1*，姜超强1，祖朝龙1，徐经年1，刘碧荣1，阎轶峰1

（1.安徽省农业科学院烟草研究所，合肥 230031；2.安徽省烟草专卖局，合肥 230022）

通过人工控制土壤水分、UV-B辐射强度、气温及昼夜温差，模拟我国中部低海拔烟区和西南高海拔烟区的生态因素，研究环境对烤烟香型风格及香气前体物、致香成分等的影响。结果表明，成熟期高温和适度缺水能促进叶片内含物的分解，类胡萝卜素的田间降解更加彻底，烤后烟叶中苯丙氨酸降解产物和棕色化反应产物含量较高，浓香型风格更加显著。当环境中UV-B辐射较强、成熟期昼夜温差较大时，烟叶内含物积累较丰富，成熟后香气前体物含量增加，烤后烟叶中质体色素降解产物和类西柏烷类降解产物含量较高，棕色化反应产物含量较低，烟叶香型风格表现为中间香。

环境；烤烟；香型风格；致香成分；香气前体物

烤烟香型是反映烟叶特色的重要标志，也是卷烟工业配方的主要依据。我国烤烟分为清香型、中间型和浓香型三大类，受基因型、栽培技术和生态环境调控，而生态环境对烤烟香型的决定性大于基因型和栽培技术[1]。

烟叶香型的形成是多种环境因子综合作用结果。李章海等[2]研究了我国5个不同生态尺度烟区烤烟香型风格及相关香气成分的变化，认为大尺度生态差异是烟叶形成不同香型风格的原因；丁燕芳等[3]比较了不同香型烟叶产区的主要气候特点，结果表明，清香型、中间香型和浓香型产区在烤烟生育期的降雨量、日照时数有较大差异；黄中艳等[4-5]报道，烤烟大田中后期气温高、日照强、雨量少是形成浓香型风格的主要原因，而UV-B辐射强、中后期土壤水分充足、气温平缓降低是形成清香型风格的原因。此类研究通过对比不同区域环境因子差异的方法开展，虽然可以明确环境因子与烟叶香型的相关性，但无法直接证明关键因子在香型形成过程中的作用。也有许多试验通过模拟环境的方法研究光照[6]、温度[7]、土壤水分[8]等对烤烟生长、生理、物质代谢及烟叶品质的影响，但仅仅是单一环境因子的影响。

为进一步明确多种环境因子对烟叶香型形成的综合作用，本研究采用人工调控的方法，模拟了我国中部低海拔烟区和西南高海拔烟区在土壤水分、UV-B辐射强度、平均温度和昼夜温差等方面的典型特征，通过叶片发育、香气前体物、致香成分、烟叶感官质量等方面分析不同香型形成的原因，为探索烟叶香型风格形成机理提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料培养

试验于2014年在中国科学技术大学烟草与健康研究中心温室中进行，供试材料为烤烟品种K326。烟草包衣种子由漂浮法培养至成苗后移栽至塑料盆（直径30 cm，高40 cm）中。盆栽土壤为黄棕壤，理化性质如表1所示。每盆装风干土壤15 kg，施纯氮6 g，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.5:3。2014年3月25日移栽，6月3日打顶（移栽后70 d），留叶数16片。盆栽期间参照安徽皖南优质烟叶生产技术规范进行栽培管理。

1.2试验方法

设3个处理，分别为CK：全生育期温度适中，水分充足，自然光照；T1：模拟中部低海拔烟区成熟期的高温伏旱；T2：模拟西南高海拔烟区中后期UV-B辐射较强，成熟期昼夜温差大。每处理30株，每10株单独采收、记载作为重复。具体处理方法见表2。

土壤水分控制：将整个花盆放入塑料袋中，在烟株的茎基处系紧防止土壤水分的蒸发和渗漏。每日8:00和17:00用土壤水分测定仪（浙江托普生产，型号TZS-1K）测定土壤相对含水率并定量浇水，使土壤含水率在试验要求范围内。

增加UV-B辐射：T2处理移栽40 d后，将紫外灯管（南京华强生产，297 nm，30 W）平行悬挂于植株上方，用0.13 mm醋酸纤维素膜包裹灯管过滤280 nm以下波长紫外线。调整灯管与烟株的距离，同时使用紫外照度计（北京师范光电设备研究所生产，型号UV-B）测量植株顶端辐射强度，使之达到试验要求。光照时间为每日10:00—16:00。每隔2日调整花盆顺序保证每株烟受光均匀。增加UV-B强度的依据为实地观测安徽宣城（海拔30 m）和四川德昌（海拔1400 m）同时期UV-B辐射差异后得出。

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

表2　处理方法Table 2　Experimental treatments

温度控制：通过温室通风窗口的开闭控制室内温度。T2处理70 d后每日19:00将烟株转移至装有空调的室内，设定夜间温度18℃，次日7:00取出。

样品采收及调制：移栽后95 d采收第10～14叶，110 d采收第15～16叶。其中第10、16叶冷冻干燥后-20℃保存待测。其他叶片挂牌编杆，与相同部位大田烟叶共同装入密集烤房，采用三段式烘烤工艺进行烘烤。

1.3测定项目及方法

1.3.1叶片发育打顶当天及采收前测量第10、16叶位叶片长、宽，并计算叶面积，叶面积计算方法为叶长×叶宽×0.6345[9]。用螺旋测微仪测定叶片厚度。1.3.2香气前体物含量测定第10、16叶类胡萝卜素和多酚含量。类胡萝卜素含量测定参照文献[10]的方法，多酚含量参照烟草行业标准YC/T 202—2006[11]。

1.3.3中性致香成分含量测定第10、16叶冻干样品及第11～14叶调制后混合样的中性致香成分含量。将样品粉末在温度（22±1） ℃、相对湿度（60±2）%平衡箱中平衡24 h，准确称取平衡后的烟末样品25.0 g，置入同时蒸馏萃取装置中，并加入固定量的内标化合物（乙酸苯甲酯），采用二氯甲烷作为溶剂对烟末进行连续动态萃取2 h，所得提取物经干燥后浓缩定容至1.0 mL。浓缩液参照赵英良[12]的方法，采用Agilent 6890N/5975气质联用分析仪进行分析。

1.3.4香型定位及感官质量第11～14叶位初烤后去青去杂，卷制成单料烟支，经温度22℃和相对湿度60%环境平衡含水率48 h后，由安徽中烟工业公司技术中心评吸专家按照GB5606.4—2005[13]标准评吸鉴定并提供感官评价报告。

1.3.5统计分析试验数据由Excel 2007进行初步处理，SPSS13.0进行方差分析（ANOVA），采用Duncan法进行多重比较。

2　结果

2.1环境条件对叶片发育的影响

成熟期高温缺水强烈抑制上部叶生长，上部叶成熟时T1处理第16叶面积和烤后单叶重低于对照12.11%和6.05%（表3、表4）。但是叶片厚度显著增加，可能是叶片在高温缺水环境下形成更厚的栅栏组织和蜡质层防止水分过度散失。中部叶在70 d后基本定型，因此叶面积和厚度基本不受影响，但后期的干物质积累依然受抑制，成熟时单叶重低于对照10.98%。

T2处理自移栽后40 d增加UV-B辐射，至70 d 第10、16叶面积分别低于对照13.70%和13.54%，表明在UV-B较强的环境下，叶面积减小。叶片成熟时，10、16叶面积低于对照14.15%和7.00%，而单叶重和厚度显著增加，表明在UV-B辐射和昼夜温差的双重作用下，单位面积叶片中内含物增加。

表3　不同时期叶面积　cm2Table 3　Leaf area in different growth periods　cm2

表4　烤后叶片单叶重和厚度Table 4　Leaf weight and thickness after curing

2.2环境条件对烟叶香气前体物的影响

T1处理第10叶、第16叶总类胡萝卜素含量比对照低18.61%和16.71%（图1），其分解产物含量高22.09%和20.12%（图2），表明高温缺水可加速叶片成熟过程中类胡萝卜素的分解。第10叶多酚含量与对照无差异（图3），第16叶高9.47%，表明高温缺水可提高发育中叶片多酚含量，而对已完成发育、即将衰老阶段的叶片影响不大。

T2处理第10叶总类胡萝卜含量与对照无差异，第16叶略低于对照，但分解产物均大幅提升（增加约50%）。多酚含量在第10、16叶中分别比对照高19.44%和27.78%。类胡萝卜素分解产物和多酚含量的提升可能是UV-B辐射增强所致。研究表明，类胡萝卜素和多酚均具有抗UV-B功能。当环境中UV-B辐射升高形成胁迫时，许多植物通过分解类胡萝卜素来清除活性氧，通过提升表皮中的多酚积累量来吸收UV-B，以此增强防御能力。

图1　类胡萝卜素含量Fig.1　Carotenoid contents

图2　类胡萝卜素分解产物含量Table 2　Carotenoid degradation product contents

图3　多酚含量Fig.3　Polyphenol contents

2.3环境条件对初烤烟叶香气物质含量的影响

T1和T2致香成分总量分别比对照高23.76%和37.93%（表5）。T1处理烤后烟叶有14种成分高于对照，11种低于对照，苯丙氨酸类降解产物、棕色化反应产物、类西柏烷类降解产物分别比对照高51.42%、13.83%和63.96%，质体色素降解产物与对照差异不大。T2处理有18种高于对照，7种低于对照，苯丙氨酸类降解产物、质体色素降解产物、类西柏烷类降解产物分别比对照高25.14%，14.60% 和110.74%，棕色化反应产物与对照基本一致。两处理相比较，T1处理苯丙氨酸类降解产物和棕色化反应产物含量较高，T2处理质体色素降解产物和类西柏烷类降解产物含量较高，且总致香成分含量较高。

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

2.4环境条件对烟叶感官质量和香型风格的影响

感官质量评价结果表明（表6），3个处理主要在香气质、香气量、刺激性、杂气4项指标表现出差异。香气质T2处理得分最高，T1处理次之。香气量T1得分最高，T2次之。刺激性和杂气T1、T2处理得分均显著高于CK，且提升幅度较大，两处理之间无显著差异。总体表现，T1、T2处理均显著优于对照，两处理之间差异不显著。香型风格表现上CK和T1处理表现为浓香，但T1浓香型风格更加显著，而T2处理表现为中间香。

表6　烟叶感官质量评价Table 6　Sensory evaluation of tobacco leaves

3　讨论

中部烟区包括安徽、河南、湖南等低海拔地区，烟叶香型主要为浓香，生态特点是烤烟生长后期（7—8月）日照强烈，气温高，雨量少，常发生伏旱现象。周初跃等[14]研究发现，环境因子中极端高温对浓香型风格影响最大，其次为最小相对湿度，表明生产后期的高温、缺水可促进浓香型风格的形成。李章海等[5]也认为浓香型风格与烤烟大田中后期气温高、日照多、雨量少的气候特点有关。杨军杰等[15]的研究表明，烟叶浓香型显示度、烟气沉溢度、焦香和正甜香均与成熟期日均温呈极显著的正相关关系。上述结论主要通过比较不同地点、不同年份的气象数据和烟叶品质资料而得出。笔者通过控制环境模拟了成熟期高温缺水的气候特征，得出类似结果：与全生育期保持充足水分、适宜温度的“理想”环境相比，生长后期适度高温缺水环境虽然导致单叶重降低，但香气品质和浓香型风格明显提升。单叶重降低表明高温和缺水形成的阶段性胁迫加速了烟叶的成熟（衰老），前期积累的同化物大量分解。烟叶成熟时类胡萝卜素含量降低而降解产物含量升高，表明质体色素转化更加彻底。赵宸楠等[16]研究结果表明，质体色素的田间降解率在不同香型风格烟叶间差异较大，河南烤烟普遍高于云南烟叶。从致香成分来看，体现焦香、焦甜香的棕色化反应产物和体现干草香的苯丙氨酸降解类产物较高可能是浓香型风格更加显著的原因，王鹏泽等[17]研究表明，浓香型烤烟中棕色化反应产物和苯丙氨酸降解类产物含量高于中间香和清香型烤烟。

西南烟区因纬度和海拔不同，生态环境与中部烟区差异较大，烟叶香型以清香和中间香为主。本研究在典型浓香型区域（安徽）开展，通过增强UV-B辐射、保持后期充足土壤水分及增大成熟期昼夜温差来模拟西南烟区环境特征，结果表明相应环境下生长的烟叶浓香型特征消失，而中间香特征凸显。内在成分也与多数研究报道的中间香烟叶特征一致，烟叶中多酚、类胡萝卜素分解产物及致香成分总量较高[18-19]。许多研究曾报道单一生态因子的改变对烟草生长、生理的影响，如何承刚等[20]、李鹏飞等[21]研究了UV-B辐射增强后烟草生长、烟叶中化学成分、质体色素和多酚的变化；黄璇等[22]、王冬等[23]研究了夜间温度及昼夜温差对烟草生理、生长及类西柏烷类代谢产物的影响，但这些研究均未导致烟叶香型发生改变。因此，需要从多种因子的复合作用分析烟叶香型形成的原因。一方面，较大的昼夜温差可减少烟叶的呼吸消耗，有利于有机物的积累[24]，为香气物质的形成提供丰富的“原料”，因此T2处理致香成分总量最高。另一方面，在UV-B辐射作用下，植物主要的UV-B防卫物质——多酚和类胡萝卜素合成量增加[21]，而具有还原性的类胡萝卜素在系统活性氧水平升高时被氧化分解[25]，因此T2处理中多酚和类胡萝卜素分解产物量较高。研究表明[26]，贵州烟叶中多酚和类胡萝卜素分解产物普遍高于河南烟叶。根据王鹏泽等[17]报道，与中间香型烟叶的主体香韵正甜香呈极显著正相关的香味物质有绿原酸、芸香苷、巨豆三烯酮1-4和茄酮7种。绿原酸和芸香苷属于多酚类物质，巨豆三烯酮1-4属于质体色素降解产物，茄酮是类西柏烷类降解产物的主要成分，T2处理中这3种物质均高于其他处理，而表现焦香、焦甜香韵的棕色化反应产物较低，可能是烟叶表现出中间香的原因。

4　结论

成熟期高温和适度缺水能促进叶片内含物的分解，类胡萝卜素的田间降解更加彻底，烤后烟叶中苯丙氨酸降解产物和棕色化反应产物含量较高，有利于浓香型风格的形成。当环境中UV-B辐射增加，成熟期昼夜温差较大时，烟叶内含物的积累较多，成熟后香气前体物含量增加，烤后烟中质体色素降解产物和类西柏烷类降解产物含量较高，棕色化反应产物含量较低，烟叶香型风格表现为中间香。

致谢：本试验的完成得到了中国科学技术大学烟草与健康研究中心和安徽中烟技术中心的支持，在此表示衷心感谢！

[1]罗勇，陈永安，潘文杰，等.气候与土壤对烤烟香气前体物和香型风格的影响[J].贵州农业科学，2012，40 （12）：76-79.

[2]李章海，王能如，王东胜，等.不同生态尺度烟区烤烟香型风格的初步研究[J].中国烟草科学，2009，30（5）：67-70，76.

[3]丁燕芳，李亚培，张小全，等.基因型、环境及其互作对烤烟主要致香成分的影响[J].西北农业学报，2012，21（3）：97-102.

[4]黄中艳，朱勇，王树会，等．云南烤烟内在品质与气候的关系[J].资源科学，2007，29（2）：83-90．

[5]黄中艳，朱勇，邓云龙，等．云南烤烟大田期气候对烟叶品质的影响[J]．中国农业气象，2008，29（4）：440-445．

[6]杨兴有，刘国顺，余祥文，等.光照条件对烤烟叶片理化指标和致香物质含量的影响[J].中国农业气象，2014，35（4）：417-422.

[7]周越，范幸龙，周冀衡等.夜温升高对云南省高海拔烤烟理化特性及产、质量的影响[J].中国生态农业学报，2015，23（1）：61-68.

[8]肖海强，刘学勇，龙怀玉，等.土壤水势对烤烟生长及其耗水特性的影响[J].中国烟草科学，2015，36（1）：35-41.

[9]苏永士 闾素红，陈彦春，等.不同施肥条件下烟草冠层光谱特征与叶绿素、叶面积指数的关系[J].中国烟草科学，2013，34（2）：23-27.

[10]Chu D Y,Xie Y Q,Hong S Q,et al.Major Carotenoids in Tobacco Laminas:Identification and Quantification by HPLC with Photodiode Array Detection[J].Asian Journal of Chemistry,2010,22(5):2635-2647.

[11]全国烟草标准化技术委员会.YC/T 202—2006烟草及烟草制品 多酚类化合物绿原酸、莨菪亭和芸香苷的测定[S].北京：中国标准出版社，2006.

[12]赵英良，高锐，周博，等.电气石处理水增强烟丝对料液吸收性能的研究[J].西南农业学报，2013，26（1）：136-143.

[13]全国烟草标准化技术委员会.GB 5606.4—2005卷烟第4部分：感官技术要求[S].北京：中国标准出版社，2005.

[14]周初跃，郭东锋，姚忠达，等.焦甜香烟叶形成的气象因素分析[J].中国烟草科学，2014，35（3）：32-36.

[15]杨军杰，史宏志，王红丽，等.中国浓香型烤烟产区气候特征及其与烟叶质量风格的关系[J].河南农业大学学报，2015，49（2）：158-165.

[16]赵宸楠，赵二卫，肖炳光，等.不同生态区烤烟质体色素生物合成规律及色素含量比较[J].西北农业学报，2010，19（12）：68-71.

[17]王鹏泽，来苗，陶陶，等.不同香型烤烟主要香味物质成分与香韵指标的关系研究[J].中国农业科技导报，2015，17（3）：126-135.

[18]周小红，刘国顺，贾方方，等.不同香型和基因型烤烟多酚类物质含量分布研究[J].西南农业学报，2015，28（3）：1328-1333.

[19]高远，张艳玲，张仕祥，等.不同香型烤烟类胡萝卜素及其降解产物含量与感官质量的关系[J].烟草科技，2014（2）：38-43.

[20]何承刚，綦世飞，邵建平，等.增强UV-B辐射对两个烤烟品种生长和叶片解剖结构的影响[J].中国烟草学报，2012，18（5）：34-38.

[21]李鹏飞，周冀衡，罗华元，等.增强UV-B辐射对烤烟主要香气前体物及化学成分的影响[J].烟草科技，2011，288（7）：69-75.

[22]黄璇.夜间低温和短时高温对不同烤烟品种生长影响的研究[D].长沙：湖南农业大学，2014.

[23]王冬，张小全，彭玉富，等.昼夜温差和光照强度对烟草西柏三烯二醇的合成及CYC-1、CYP71D16基因表达的影响[J].华北农学报，2014，29（5） 150-155.

[24]伍哲，朱列书，易克.气候因素对烤烟化学成分的影响研究进展[J].江西农业学报，2011，23（8）：79-82.

[25]Ramel F,Birtic S,Ginies C,et al.Carotenoid Oxidation Products are Stress Signals that Mediate Gene Responses to Singlet Oxygen in Plants[J].PNAS,2012,109: 5535-5540.

[26]杨虹琦，周冀衡，杨述元，等.不同产区烤烟中主要潜香型物质对评吸质量的影响研究[J].湖南农业大学学报：自然科学版，2005，31（1）：11-14.

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

安徽省烟草公司项目“安徽浓香型焦甜香特色优质烟叶开发”（20110551011）；安徽省农业科学院院长青年创新基金项目“皖南烟叶钾含量提升障碍机制研究”（16B0918）

薛宝燕（1979-），硕士，农艺师，从事烟草生产技术管理研究。E-mail：baoyan8653@163.com

，E-mail：shenjia0000@126.com

2015-12-25

2016-05-03