气候因子对烤烟香气物质含量的影响

2018-01-15苗春雨许自成黄凯刘山王勇师利艳

现代农业科技 2017年23期

苗春雨++许自成++黄凯++刘山++王勇++师利艳

摘要本文选择我国典型的中间香型烤烟种植区贵州中部山区和武陵山区作为试验地点，通过设置不同的移栽期，研究不同移栽期气候条件变化对烤烟香气物质含量的影响。结果表明，降水主要影响的是质体色素降解产物，旺长期降水量对质体色素降解产物的积累有利，而成熟期降水则不利于质体色素降解產物中大部分香气物质的积累；不同生育期相对湿度与香气物质基本无显著相关关系；旺长期日照时数对β-大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮1都有一定的促进作用，成熟期日照时数与β-大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯含量有显著正相关关系。

关键词烤烟；气候因子；香气物质；相关性

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）23-0143-05

烟叶作为卷烟工业的基础，其质量优劣对于卷烟产品的质量具有决定性影响。优质烟叶生产作为一项严密的系统工程，不仅是天、地、人的巧妙结合，更是人主观利用自然资源的体现。因此，要生产优质的烟叶需要充分考虑烤烟生长所需的生态条件，趋利避害[1]。在种植过程中烟草对环境条件的反应非常敏感，生态条件变化对烟叶的产量和质量有很大影响，尤其对烟叶质量有明显的影响[2]。烟叶的香气物质是烟草香气评价的重要化学组分，是评定烟叶及卷烟质量的重要指标[3-4]。

我国烤烟种植区域广泛、种植面积大，烤烟产区东西海拔落差大，且南北气候跨度大，生态环境及光温条件差异较大，在不同的生态区，其烤烟香气成分的组成、比例和含量不尽相同[5-7]。因此，研究不同生态区烟叶中香气成分，对烟叶品质及等级划分具有重要的意义。质体色素的合成与降解、烟草品种、生态条件、醇化方法等因素密切相关[8-9]，质体色素严重影响着烟叶的外观质量和香气风格。Weeks[10]研究表明，烤烟成熟过程中质体色素降解产物在烤烟香气物质中的占比较大。刘鹏飞等[11]认为西柏烷类降解物主要是茄酮，是烟叶中重要的香气物质，降解后可生成降茄二酮、茄醇呋喃等。董高峰等[12]认为烟叶醇化后的香气与棕色反应物化具有很大的关系。苯丙氨酸类降解物是烤烟中很重要的香味成分，能够显著增加烟气的果香和顺感[13-14]。前人研究多为单个生态区的香气物质或生态因素对香气物质的影响，本试验通过对不同产区气候因子和香气物质的分析，从而确定不同产区烟叶香气物质含量，为不同产区烟叶品质及烟叶等级划分提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 烤烟典型特色风格产区概况

1.1.1 贵州中部山区。贵州中部山区位于云贵高原东部，自然生态条件优越，是我国最主要的烤烟生产基地之一。该区属亚热带季风性湿润气候区，年平均降水量1 100～1 300 mm，日照时数1 200～1 600 h，平均气温10～20 ℃。贵州中部山区各地区均适宜烤烟种植，代表性产区有贵定、余庆、凯里、开阳、西秀、遵义等。

1.1.2 武陵山区。武陵山烤烟产区地处我国地形阶梯中第一阶梯向第二阶梯的过渡带，是云贵高原向东部的延伸，平均海拔1 000 m左右，气候属亚热带向暖温带过渡类型。武陵山区包括湖北西部、湖南西部、重庆、贵州北部4个省市交界地区的县市，年平均气温13～16 ℃，降水量1 100～1 600 mm。该区代表性烤烟产区有咸丰、德江、利川、武陵、道真等。

1.2 试验地点

本试验选择贵州产区的遵义市、凯里县、开阳县、贵定县和武陵产区的德江县、道真县共6个典型产区县（市）为研究对象（表1），6个产区各选取5个点，共30个点，每个点试验面积2 001 m2，采用同一栽培方法，尽最大可能保持栽培措施一致，以减少大田操作带来的影响，6个地区的地貌类型主要是山地，土壤类型主要为黄壤，肥力中等或中上等，前茬作物均为玉米，具体条件见表2。

1.3 试验设计

试验采用随机区组试验设计方法，每个试验地点根据不同移栽期设4个处理，分别为T1：比当地正常移栽期提前10 d；T2：按照当地正常移栽期移栽；T3：比当地正常移栽期推迟10 d；T4：比当地正常移栽期推迟20 d。3次重复，小区面积为4行×15 m，株行距为50 cm×120 cm。烟田管理及烟叶采收烘烤技术均按照当地《优质烤烟综合标准体系》进行，并且各小区的栽培管理措施严格按照随机区组试验的要求进行。各试验地点具体移栽时期见表3。

1.4 气象数据采集

空间插值气象数据是基于气象站点的旬平均值数据，采用ANUSPLIN软件插值得到逐旬空间栅格数据。使用ANUSPLIN软件进行气候数据插值的应用较多，但一般局限于较小区域（流域、地区）或较大时间尺度（旬、月、年）的气象要素插值。空间插值采用了优化薄板平滑样条函数，引入了取样点的经纬度等地理坐标，并将高程作为协变量引入插值过程中，较传统插值方法具有更高的精度和灵活性。空间插值气象数据由中国科学院地理科学与资源研究所提供，主要用于获取2012—2013年所有取样地点的气象数据。

1.5 数据调查和指标检测

供试品种为K326。每个小区取烤后烟叶3 kg中桔三（C3F）样品进行烟叶香气物质检测分析。

1.6 香气物质的提取与测定

称取烟末样品0.200 0 g（过60目筛）于20 mL螺口试管，加5 mL正己烷，成分为叔丁基甲醚（1∶1）提取溶剂和200 μL α-紫罗兰酮内标溶液（11.2 μg α-紫罗兰酮/1 mL正己烷），于涡旋振荡1 min，静置过夜后再次涡旋振荡，3 000 r/min离心5 min后取上清液1.0～1.5 mL至色谱样品瓶待测，香气物质检测分析方法由上海烟草集团技术中心提供。全部香气物质的测定分析工作均在上海烟草集团技术中心完成。采用高效液相色谱/气相色谱/质谱在线联用仪分析烟叶香气成分；方法采用CAI的测量方法。endprint

1.7 数据处理

采用数据统计分析软件SAS 9.2和Excel 2007进行基本统计和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 各产区不同移栽期气候条件的变化

2.1.1 各产区不同移栽期降雨量的变化。从图1可以看出，烤烟伸根期的降水量大体上都是随着时间的推移而逐渐增多，故推迟烤烟移栽期时间过久会导致伸根期内降水增多，对烟叶根系发育不利。遵义产区在烤烟旺长期随着移栽期的推迟降雨量呈明显的下降趋势，这对移栽较晚的烟叶生长很不利；其他各个产区的旺长期降雨量呈平稳趋势，降水比较充足，对烟叶生长起到了很好的促进作用。成熟期道真产区的降雨量随着移栽期的推迟而减少；其他地区没有明显的变化，但是降雨量都比较少，容易发生干旱，这对烟叶后期的烘烤不利。

2.1.2 各产区不同移栽期相对湿度的变化。从图2可以看出，德江、凯里、贵定各个时期的空气湿度随着移栽期的提前或推迟变化比较平稳，且这3个产区烤烟旺长期空气相对湿度明显高于伸根期和成熟期。道真和遵义烤烟旺长期的相对湿度随着移栽期的推迟而逐渐下降，伸根期的相对湿度随着移栽期的延后而逐渐升高。

2.1.3 各产区不同移栽期日照时数的变化。从图3可以看出，各产区烤烟不同生育期日照时数差别较大，且随着移栽期的变化日照时数波动较大。伸根期日照时数以贵定高，平均日照时数达7 h以上；以遵义和道真较低，且随着移栽期的推迟日照时数明显减少，这对烟叶前期光合作用不利，严重影响烟叶后期的生长发育。旺长期日照时数以遵义和道真较高，德江、开阳和凯里较低，平均日照时数不足4 h。成熟期道真产区随着移栽期的延迟光照显著下降，其他产区光照都很充足且随着移栽期的提前和延迟无明显变化。各产区在生育前期日照时数差异较大，生育后期差异较小。

2.1.4 各产区不同移栽期气温的变化。从图4可以看出，不同烟区烤烟各个生育期的温度逐渐升高，但伸根期温度随着移栽期的推迟变化不大，可能受海拔较高因素的影响较大，且5月降雨过多导致气温未随着移栽期的推迟而升高，故气温前期变化不明显，旺长期各个产区平均气温均随着移栽期的推迟逐渐上升，到了成熟期，各产区的平均气温随着移栽期的推迟有下降趋势。道真移栽期为5月5日、5月15日、5月25日和遵义移栽期为5月8日、5月18日、5月28日的成熟期平均气温低于旺长期的平均气温。遵义和贵定这2个移栽期较晚的处理旺长期、成熟期温度差異较小。

2.1.5 各产区不同移栽期气温日较差的变化。从图5可以看出，德江、凯里、开阳、贵定烤烟伸根期的气温日较差明显高于旺长期和成熟期，气温日较差最大值可达11 ℃。各产区旺长期的气温日较差都是较小的，基本稳定在7～8 ℃之间，不利于有效积温的累积。随着移栽期的推迟，道真、遵义2个产区伸根期的气温日较差有明显的下降趋势。

2.2 不同产区香气物质含量的结果与分析

从表4可以看出，6个产区烤烟的β-大马酮含量差异性不显著，贵定产区含量最高，开阳产区含量最低。贵定产区烤烟的β-二氢大马酮含量最高，德江产区含量最低，两者相比差异性显著。道真产区烤烟的香叶基丙酮含量最高，其与德江产区、贵定产区相比差异性显著，德江产区烤烟的香叶基丙酮含量最低，仅为0.047 3 μg/g。开阳产区、道真产区烟叶中的二氢猕猴桃内酯含量与德江产区相比差异性显著，与其他产区相比差异性不显著；开阳产区烟叶中的二氢猕猴桃内酯含量最高，德江产区烟叶中的二氢猕猴桃内酯含量最低。不同产区烟叶中的4种巨豆三烯酮含量均为贵定产区最高，道真产区次之，其后分别为遵义产区、凯里产区、德江产区，开阳产区最低。道真产区烟叶中的3-羟基大马酮含量高于其他产区，与遵义、开阳、德江产区相比差异性显著，其中德江产区最低。道真产区、贵定产区烟叶中的3-氧代-α-紫罗兰醇含量与德江、凯里、开阳产区相比差异性显著，其含量高于其他产区，道真产区与贵定产区相比差异性不显著，两者的3-氧代-α-紫罗兰醇含量接近，德江产区烟叶中3-氧代-α-紫罗兰醇含量最低。道真产区烟叶中的新植二烯含量最高，与德江、凯里、开阳产区相比差异性显著，开阳产区最低。道真产区烟叶中的法尼基丙酮含量最高，与德江、凯里、开阳产区相比差异性显著，其中德江产区烟叶中的法尼基丙酮含量最低。

不同生态区的西柏烷类降解产物含量有较大的差异性。遵义产区、道真产区烟叶的茄酮含量与德江产区相比差异性显著，与其余产区相比差异性不显著，但其含量高于其他产区。道真产区的降茄二酮含量较其他产区高，其含量与德江、遵义、开阳、贵定4个产区相比差异性显著，与凯里产区相比差异性不显著。道真产区烟叶的西柏烷类降解产物含量最高，德江产区烟叶最低，表明道真产区烟叶中的香气物质含量较高，烟叶品质较高。

2.3 气候因子与香气物质含量的相关分析

从表5可以看出，伸根期降水量与香气物质含量无显著相关关系；旺长期降水与β-大马酮、巨豆三烯酮1、3-羟基大马酮、3-氧代-α-紫罗兰醇含量均有显著正相关关系，成熟期降水与香叶基丙酮、巨豆三烯酮1存在极显著正相关关系，与β-大马酮、3-羟基大马酮、3-氧代-α-紫罗兰醇、法尼基丙酮有显著负相关关系。降水主要影响的是质体色素降解产物，这说明旺长期降水量对质体色素降解产物的积累有利，而成熟期降水则不利于质体色素降解产物中大部分香气物质的积累。

不同生育期相对湿度与香气物质基本无显著相关关系，这说明在贵州中部山区和武陵山区，相对空气湿度对促进香气物质生成的作用较小。主要是由于6个产区均受亚热带季风气候影响，相对湿度均较大，差异不显著。

旺长期日照时数对β-大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮1均有一定的促进作用。成熟期日照时数与β-大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯含量有显著正相关关系。

各生育期的平均气温与β-大马酮均成显著负相关关系，与法尼基丙酮均成极显著正相关关系。endprint

各生育期的气温日较差均对β-大马酮、β-二氢大马酮有促进作用；与香叶基丙酮均呈显著负效应；旺长期气温日较差与法尼基丙酮成极显著负相关关系。

3 讨论

试验研究表明，道真、遵义、贵定产区烟叶的质体色素降解产物含量显著高于其他产区，而凯里、德江、开阳产区的质体色素降解产物含量较低，说明了道真、遵义、贵定产区的烟叶在美拉德反应后能够产生较多的香气物质，有助于烟叶香气的提升。这与赵铭钦等[15]的研究一致；与詹军等[16]的研究不一致，这可能与年份不同降水量、温度等生态条件迥异相关。

西柏烷类通过调制、发酵降解产生香气成分，西柏烷类主要降解及转化产物茄酮有较好的香气，能显著改善烟草的香吃味[17]。本研究发现，不同产区烟叶的西柏烷类降解产物含量存在较大的差异性，道真、遵义产区烟叶的西柏烷类降解产物含量高于其他产区，德江产区烟叶的西柏烷类降解产物含量最低，表明了道真、遵义产区烟叶中的降解产物含有较多的香气物质，显著改善了烟叶的香吃味。这与杨虹琦等[18]研究一致。

李玲燕等[19]认为相对湿度对香气物质的含量影响不大，这与本研究结果一致；叶协锋等[20]和于建军等[21]对烟叶巨豆三烯酮含量与气候因子的研究认为，巨豆三烯酮含量与积温有关，而本研究认为巨豆三烯酮含量主要与旺长期和成熟期的降水量和日照时数有关；旺长期降水与β-大马酮、巨豆三烯酮1、3-羟基大马酮、3-氧代-α-紫罗兰醇含量均有显著正相关关系，成熟期降水量对烟叶中β-大马酮、3-羟基大马酮、3-氧代-α-紫罗兰醇、法尼基丙酮有显著负相关关系。张永安等[22]研究认为茄酮和降茄二酮在高海拔、高温度条件下更容易合成和积累，这与本研究不一致，本研究认为气候因子对茄酮和降茄二酮的影响较小，可能由于不同生态区海拔等生态因素导致的结果差异。

4 结论

降水主要影响质体色素降解产物，烤烟旺长期降水量对质体色素降解产物的积累有利，而成熟期降水则不利于质体色素降解产物中大部分香气物质的积累。不同生育期相对湿度与香气物质基本无显著相关关系。旺长期日照时数对β-大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮1都有一定的促进作用；成熟期日照时数与β-大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯含量有显著正相关关系。气候因子对β-大马酮、香叶基丙酮、巨豆三烯酮1、3-羟基大马酮、法尼基丙酮有较显著的影响，对茄酮和降茄二酮的影响较小。

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