烟梗与叶片氨基酸组成差异和相关性研究

郭吉兆 宋光富 刘克建 郭彦旭 王耀

摘  要：为了解烤烟烟梗中氨基酸含量和组成特点，选择了国内18个代表性产地，对上、中、下部位烤烟烟梗和对应叶片样品氨基酸进行了测定，比较了烟梗和叶片20种氨基酸含量差异，分析了烟梗与对应叶片氨基酸含量的相关性，并考察了不同部位烟梗氨基酸差异规律。结果显示，烟梗中氨基酸总量略高于叶片，烟梗中异亮氨酸、酪氨酸、天冬氨酸等11种氨基酸含量顯著高于对应叶片，色氨酸、组氨酸等4种氨基酸含量显著低于叶片;不同烟梗间氨基酸含量变异性大于叶片间变异性;除缬氨酸、苏氨酸和胱氨酸，烟梗其他氨基酸含量与对应叶片氨基酸含量有显著相关性;上部烟梗氨基酸含量高于中部和下部烟梗。总之，烟梗与对应叶片氨基酸含量具有正相关性，但组成有显著差异。

关键词：烟梗;叶片;氨基酸;差异;相关性

中图分类号：TS41⁺1          文章编号：1007-5119（2019）05-0084-06      DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.05.012

Abstract：In order to understand the content and composition characteristics of amino acids in stems of flue-cured tobacco leaves， 20 kinds of amino acids in flue-cured tobacco stems and corresponding lamina samples including upper/middle/lower stalk position from 18 representative domestic areas， were analyzed. With statistical analysis， the differences of amino acid contents between tobacco stems and laminas were compared. The correlation between amino acid contents of tobacco stems and corresponding laminas was analyzed， and the content differences of amino acid among tobacco stems of different stalk position were investigated. The results showed that the total amount of amino acids in tobacco stems was slightly higher than that in laminas， and the contents of 11 amino acids such as isoleucine， tyrosine and aspartic acid in tobacco stems were significantly higher than those in corresponding laminas， while the contents of 4 amino acids such as tryptophan and histidine in tobacco stems were significantly lower than those in laminas; the variability of amino acid contents among different tobacco stems was greater than that among laminas; except valine， threonine and cystine， other amino acids in tobacco stems were significantly related to laminas positively; the amino acid contents of upper tobacco stems were higher than that of middle and lower stems. In summary， there was a positive correlation between amino acid content of tobacco stem and corresponding laminas， but there was significant difference in amino acid composition.

Keywords：tobacco stems; tobacco laminas; amino acids; difference; correlation

烟梗约占烟叶全重的25%，烟梗制成的梗丝在卷烟配方中得到广泛应用。与叶丝相比，梗丝具有填充值高、焦油释放量低的优点，是卷烟降焦和降低配方成本的重要手段。烟梗作为烟叶的主脉，承担物理支撑和物质传输功能，主要由韧皮细胞和导管细胞组成，其化学组成与叶片有较大差异。烟梗用于卷烟必然对配方化学成分和烟气成分造成影响，研究烟梗的化学组成和其烟气特性对于其配方应用具有一定指导意义^[1-4]。王月侠等^[5]对烟梗常规成分分析表明，与烟叶相比，烟梗的总糖、烟碱和总氮含量较低，木质素等细胞壁物质含量较高。彭黎明等^[6]比较了烟梗与烟叶的精油成分，发现大多数烟梗中性、酸性和碱性香味成分含量均低于叶片。李炎强等^[7-8]的试验结果显示，叶片中苯甲醇、巨豆三烯酮、新植二烯、beta-大马酮等大多数中性香味成分含量比烟梗高，而叶片中糠醛和苯乙醛等醛类物质比烟梗低;分子量较小、挥发性强的有机酸在叶片中含量较高，而分子量大、挥发性弱的脂肪酸在烟梗中含量较高。

烟草中的氨基酸与香吃味关系密切，适量的氨基酸有助于提高烟气劲头和增加丰满度，过量则增加刺激性和苦味^[9]。在调制、陈化和燃吸过程中，烟草中氨基酸和还原糖发生美拉德反应产生多种香味物质，能够去除烟草杂气、赋予烟草特有香气^[10-12]。另外，氨基酸也是煙气有害成分如氰化氢和氨的重要前体物^[13-14]，影响卷烟品质。但目前对于烟草中氨基酸的研究主要集中于叶片，烟梗中氨基酸的含量水平、组成等均未见报道。因此，本文采用初烤烟叶样品，经叶梗分离得到叶片与烟梗一一对应的两组样品，进行氨基酸分析。比较烟梗和叶片氨基酸差异，并分析二者的相关性，研究结果对于烟梗原料使用、理解梗丝对配方化学组成、卷烟烟气的影响具有一定价值。

1  材料与方法

1.1  材料

选择国内主要烤烟产区18个代表性取样点（云南宜良、云南师宗、云南宁洱、贵州兴仁、四川会理、福建永定、贵州黔西、贵州贵定、贵州德江、湖北利川、重庆彭水、山东蒙阴、河南宝丰、广东南雄、安徽宣州、湖南桂阳、湖南江华、江西信丰），各选取B2F、C3F和X2F 3个部位等级的初烤烟叶样品。

1.2  方法

1.2.1  样品制备  初烤烟叶经人工梗叶分离，烟梗和叶片分别混匀、粉碎并过40目筛，得到烟梗和对应叶片粉末样品各54个。

1.2.2  氨基酸测定  样品氨基酸含量采用氨基酸分析仪进行分析，检测20种蛋白质氨基酸。方法简述如下：准确称取约1 g试样于50 mL具塞锥形瓶中，准确加入20 mL pH 2.20的缓冲溶液，振荡萃取30 min。取2 mL萃取液，于10000 r/min离心10 min，上清液过0.22 mm水相滤膜，滤液采用氨基酸分析仪进行定量分析。

1.2.3  统计分析  采用SPSS 20软件对测定数据进行统计分析。采用配对t检验分析烟梗与叶片氨基酸含量差异、烟梗与叶片氨基酸相关性。

2  结  果

2.1  烟梗与叶片氨基酸含量差异

对烟梗和对应叶片氨基酸含量进行配对t检验，结果见表1。除了脯氨酸、天冬酰胺、丙氨酸和赖氨酸等4种氨基酸外，烟梗与叶片其他16种氨基酸以及氨基酸总量均存在显著差异（p<0.05）。烟梗氨基酸总量略高于叶片。与叶片相比，烟梗中缬氨酸、谷酰胺、天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、甘氨酸等12种氨基酸含量均高于叶片。其中，烟梗中异亮氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、胱氨酸、酪氨酸和蛋氨酸等含量达到叶片的2倍以上，异亮氨酸含量达到叶片的5倍。烟梗中谷氨酸、亮氨酸、组氨酸和色氨酸等4种氨基酸含量显著低于叶片，其中色氨酸含量不足叶片的10%。

与叶片类似，烟梗中脯氨酸含量最高，占氨基酸总量的50%以上。缬氨酸是烟梗中含量次高的氨基酸，其次是天冬酰胺和谷酰胺;而叶片中谷酰胺和天冬酰胺含量显著高于缬氨酸。色氨酸是叶片中含量最低的氨基酸，占氨基酸总量中占比约1%，其在烟梗氨基酸中不足0.1%。

54个烟梗样本氨基酸含量的变异系数在21%～104%，对应叶片样本氨基酸含量的变异系数在15%～77%。

2.2  烟梗与叶片氨基酸含量相关性

表2是54对烟梗与叶片氨基酸含量相关性分析结果。可以看出，除缬氨酸、苏氨酸和胱氨酸外，烟梗其他氨基酸含量与对应叶片氨基酸含量均正相关，且相关性达到极显著水平（p<0.01）。这一结果表明，氨基酸含量较高的叶片，对应烟梗氨基酸含量也较高。

2.3  不同部位烟梗氨基酸含量差异

表3为上、中、下3个部位烟梗氨基酸含量均值。从氨基酸总量看，上部烟梗的氨基酸含量较高，约为中部和下部的1.5倍，中部和下部烟梗氨基酸总量相当。从各氨基酸看，缬氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸、胱氨酸等少数几种氨基酸在不同部位烟梗中的含量差异较小;其他氨基酸在上部与中、下部烟梗中的含量相对偏差均大于10%，并且均为上部烟梗氨基酸含量高于中、下部烟梗，中部和下部烟梗氨基酸含量差异不大。其中，色氨酸、赖氨酸、天冬酰胺、组氨酸、甘氨酸等在不同部位烟梗间差异较大，上部烟梗中含量达到中部和下部烟梗的2倍以上。

3  讨  论

虽然极少有涉及烟梗氨基酸的研究，但大量关于叶片氨基酸的研究结论有助于理解烟梗中氨基酸的形成和含量特点。烤后烟叶的氨基酸一方面来自新鲜烟叶自身含有的氨基酸;一方面来自烘烤调制过程。调制过程中蛋白质酶解产生氨基酸，同时部分氨基酸发生非酶棕色化反应被消耗，总体上，烤后烟叶游离氨基酸含量比烤前烟叶增加^[15]。烤烟叶片中含有大量的脯氨酸，归因于烘烤过程中烟叶受干旱胁迫得以大量积累^[16]。与叶片类似，烟梗在烘烤过程中也经受同样的胁迫环境，因此，烟梗中氨基酸总量与叶片处于相近水平，且脯氨酸含量也达到氨基酸总量的50%以上。所不同的是，烟叶烘烤过程中，叶片和烟梗失水过程存在较大差异。在烘烤初期，叶组织细胞保持着水分转移活性，烟梗中的水分向叶片转移;当烟叶失水到一定程度，水分输导组织机能减退，叶片先于烟梗干燥。烘烤过程蛋白酶活性、非酶棕色化反应速率均受水分含量影响^[17]，烟梗与烟叶在烘烤过程中的水分变化差异，可能是导致烟梗与叶片不同种类氨基酸含量差异的一个重要原因。除此以外，新鲜烟梗必然含有一定含量的氨基酸以维持生命活动，其含量组成可能与叶片也存在差异，但目前还缺乏这方面的数据。

除了缬氨酸、苏氨酸、胱氨酸外，烟梗中其他氨基酸含量与对应叶片氨基酸呈显著正相关性;上部烟梗氨基酸高于中部和下部烟梗，这一点与不同部位叶片氨基酸含量差异也一致^[18]，表明烟梗与叶片氨基酸含量积累可能存在内在联系。叶片中氨基酸含量与生态条件^[19]、栽培措施^[20]、调制条件^[21]相关，受土壤有机质、钾含量、氮肥、调制工艺等的影响。烟梗与叶片作为同一烟叶的不同组织，在生长过程中受到同样的营养和生态环境影响，在调制时受到同样的烘烤过程，可能是烟梗氨基酸含量与对应叶片氨基酸含量呈正相关性的原因。

烟草氨基酸的含量、类别对卷烟感官品质有重要影响，但以往对于烟梗氨基酸缺乏了解。本研究显示烟梗中氨基酸含量比对应叶片略高，烟梗中异亮氨酸、缬氨酸等多种氨基酸含量达到叶片的2倍以上。因此，当烟梗制成梗丝加入配方后，对配方中氨基酸组成的影响不可忽视。不同烟梗间氨基酸含量变异系数达到21%～104%。从稳定配方的角度看，不同产地、部位的烟梗原料应区分使用，形成化学成分稳定的烟梗配方，以维护卷烟产品质量稳定性。

4  结  论

结果表明，烟梗中氨基酸总量略高于叶片，烟梗中缬氨酸、谷酰胺、天冬氨酸等11种氨基酸含量均高于叶片，谷氨酸、亮氨酸、组氨酸和色氨酸等4种氨基酸含量显著低于叶片。不同烟梗间氨基酸含量变异系数达到21%～104%，上部烟梗氨基酸含量高于中部和下部烟梗。卷烟配方中梗丝的使用对于配方氨基酸的含量和相对组成有不可忽视的影响，在卷烟中使用梗丝时，应对不同产地、部位的烟梗原料进行区分。烟梗与对应叶片氨基酸在含量上具有正相关性，组成上有显著差异，这可能与烟叶生长、调制环节中梗与叶片组织内发生不同的生化过程、化学反应相关。

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