烤烟种质资源致香成分分析

许美玲，焦芳婵，吴兴富，方敦煌，冯智宇，张光海

（云南省烟草农业科学研究院，云南 昆明 650021）

烟叶的致香物质主要包括酸性、中性与碱性致香物质等，其组成和含量会直接影响烟叶的感官质量，与烟叶品质、烟叶香气密切相关［1-2］。烟叶的致香成分主要分为多元酸、高级脂肪酸、酮类、醇类、醛类、杂环类、烃类、多酚、石油醚提取物等［3］。烟叶的致香物质含量受到烟草类型、品种、海拔、生态、产地、烟叶部位、陈化等众多因素的影响［4-16］。主成分分析和聚类分析被广泛用于多种农产品评价特征性指标筛选和品质综合评价，以及不同品种的差异分析等［17-22］。笔者从云南种质库保存的3000余份资源中选择了来自美国、巴西、哥伦比亚、古巴等国家以及云南、山东、河南、安徽、福建、陕西、山西、辽宁等省的52份烤烟种质资源，检测了它们的常规化学成分和烟叶致香成分等，并通过分析比较，找出了不同烤烟种质资源间的差异和可用性，以及不同来源种质资源的成分差异。

1 材料与方法

1.1 试验材料

52份烤烟种质资源材料从云南烟草种质库保存的3000余份资源中选择，分别来自美国、巴西、哥伦比亚、古巴和中国等国家（表1）。2014年将这些烤烟种质资源材料种植于云南省烟草农业科学研究院试验基地（位于云南省玉溪市研和镇），每份材料分小区单行种植20株，设3次重复，分小区采收，统一烘烤，取各重复中部烟叶的混合样品200 g左右。

表1 各烤烟种质资源的来源及名称

1.2 致香成分的检测

致香成分的检测由云南省烟草农业科学研究院分析测试中心负责。常规成分分析用自动化学分析仪进行；致香物质分析采用同时蒸馏萃取/气相色谱/质谱法进行。

1.3 数据统计及分析

用Excel进行酮类、醛类、醇类、杂环类等各类成分的总量、平均值和变异系数等简单计算和分类统计等；采用DPS（V2.0）软件进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 烟叶致香成分的描述性统计

各烟叶致香成分的偏度系数范围为-0.630 ～4.858，其中偏度系数＞1.0（向右偏离中心稍远）的有1-戊烯-3-酮、3-羟基-2-丁酮、巨豆三烯酮A、茄那士酮等31项；其余的偏度系数＜1.0（向左偏离中心稍远）。峰度系数＞3（偏狭峰）的有15项，其中茄那士酮、巨豆三烯酮、吲哚等的峰度系数＞20.0；其余的峰度系数均＜3.0。变异系数除3-甲基-1-丁醇表现为强变异性外，其余指标均表现为中变异性［17］。从最大值、最小值及其对应的种质来看，云烟87-1、柳叶尖、中烟90和晋太75分别有最大值9、7、5和4项，PD 335有3项，B22、Coker 282、PD 114、SB 400、Speight G-36、云烟87各有2项；最小值对应种质Speight 178和小老母鸡各有最小值6项，Coker 80-F、PD 187各有4项，Coker 156、Coker 51、Mc Nair14、竖把种、小黄金0029、云烟87-1各有3项，CV 890、PD 335、窄叶Virgina各有2项（表2）。

2.2 致香成分含量及其占比

按照致香物质官能团的不同，将致香物质分为醛类、酮类、醇类、酯类、酚类、酸类和新植二烯［23］。在各致香成分中，以新植二烯的含量最高（178.32～540.46 µg/g），然后依次为醇类（41.03～166.41 µg/g）、酮类（28.38～67.70 µg/g）、醛类（2.73～8.37 µg/g）和 杂 环 类（1.89～6.18 µg/g）；新植二烯在总致香成分中占73.27%，醇类占16.24%，醛类和杂环类的占比＜1.00%（图1）。从分布来看，新植二烯含量居于300.01～500.00 µg/g的种质占84.61%，而含量低于200 µg/g或高于500 µg/g的种质较少（图2）；醇类含量分布相对分散，以含量70.01～80.00 µg/g的种质为多；酮类以含量为40.01～50.00 µg/g的种质占比高；醛类含量在4.00～6.00 µg/g的种质占59.62%；杂环类含量为2.00～4.00 µg/g的种质占78.85%（图3）。在酮类中，以金合欢基丙酮的占比最高（27.60%），茄酮次之，以6-甲基2-庚酮的占比最低（图4）。在醛类中，以糠醛的占比最高（48.12%），其次是苯乙醛（27.24%），以2-异丙基-5氧-己醛的占比最低。在醇类中，以寸拜醇的占比最高（49.92%），西柏三烯二醇次之，以5-甲基糠醇的占比最低。在杂环类中，以二氢猕猴桃内酯的占比最高（57.36%），以2-乙酰吡啶的占比最低（图5）。

表2 烟叶致香成分的描述性统计结果

图1 各类致香成分在总量中的占比

图3 各种质材料醇类、酮类、醛类和杂环类含量的分布

图2 各种质材料新植二烯含量的分布

图4 在酮类中各成分的占比

图5 在醇类、醛类和杂环类中各成分的占比

2.3 在不同烤烟种质资源间各致香成分含量的差异

在不同烤烟种质资源间致香成分含量的差异较大。其中，多酚含量以小黑柳最高（6.26%），小老母 鸡、Speight G-36、单 选G-28、Coker 156、Coker 80-F等种质的多酚含量在5.00%～5.99%之间，而以白花云烟87的多酚含量最低；石油醚提取物含量以小老母鸡最高，小黄金5209次之，中烟90最低；多元酸含量以Vesta 5最高，Speight G-102次之，柳叶尖最低；高级脂肪酸含量以Mc Nair14最高，Coker 51次之，Georgia 1470最低；新植二烯含量以Mc Nair14最高（540.463 µg/g），其次为小老母鸡、Coker 282、Georgia 1470，以云烟87-1最低；总醇类含量以白花云烟87和PD 682较高，Mc Nair14、Coker 282较低；总酮类含量以云烟87最高，其次为B22、云烟87-1、柳叶尖（＞60.0 mg/g），以Coker 80-F最低；总醛类含量以柳叶尖最高，柳叶尖0695次之，Coker 51最低；杂环类含量以云烟87-1最高，晋太75次之，PD 335最低（表3）。

表3 不同烤烟种质资源的致香成分含量差异

2.3.1 不同烤烟种质资源的酮类差异 酮类以茄酮含量最高，其次是金合欢基丙酮A，然后依次为β-大马酮、香叶基丙酮、降茄二酮、巨豆三烯酮a、巨豆三烯酮b、巨豆三烯酮c、巨豆三烯酮d、茄那士酮等，其余成分含量＜1.000 µg/g。其中，B22、云烟87和云烟87-1等种质的茄酮含量较高（24.350～26.390 µg/g），其余种质在3.432～16.350 µg/g之间；β-大马酮含量以云烟98最高（7.264 µg/g），其余种质在2.000～4.882 µg/g之间；PD 114、小黄金5209、小老母鸡、NC 73、晋太75、Coker 282、小黄金0029等种质的巨豆三烯酮总量较高，Speight 178等种质较低；香叶基丙酮含量以SB 400最高，其次是TN D94、云烟87-1、NC 98、PD 279等，以PD 187最低；降茄二酮含量以云烟87和白花云烟87较高（＞6.000 µg/g）；茄那士酮含量以PD 335最高（7.360 µg/g），其余种质在0.362～2.125 µg/g之间（表4）。

表4 不同烤烟种质资源的酮类含量 µg/g

续表4：

2.3.2 不同烤烟种质资源的醇类差异 醇类以寸拜醇含量最高，以下依次为西柏三烯二醇a、西柏三烯二醇b、西柏三烯二醇d、西柏三烯二醇c、苯甲醇和苯乙醇等，其余成分含量较低。其中，寸拜醇含量较高（＞90.000 µg/g）的种质有竖把种、白花云烟87、云烟87-1、PD 682等，含量较低（＜10.000 µg/g）的 种 质 有Dixie Bright102、Coker 282和Mc Nair14等；西柏三烯二醇a、b、c、d的总和在醇类中所占比例为12.41%～73.78%，在种质 间 差 异 较 大，以Speight G-36、Coker 51、Coker 80-F等种质的占比较高，而窄叶Virgina和PD 335等的占比较低；苯甲醇含量以Georgia 1469最高，其次是Georgia 1470，以竖把种最低；苯乙醇含量以Coker 282最高，云烟87-1次之，以PD187最低；糠醇含量以柳叶尖最高（1.299 µg/g），其余种质在0.220～0.930 µg/g之间（表5）。

表5 不同烤烟种质资源的醇类和苯丙氨酸类含量 µg/g

2.3.3 不同烤烟种质资源的醛类差异 醛类以糠醛含量最高（1.050～4.860 µg/g），其次是苯乙醛（0.360～2.870 µg/g），而 其 余 成 分 含 量 较 低（＜0.700 µg/g）。糠醛含量以柳叶尖最高（4.860 µg/g），其次是大竖把2141、柳叶尖0695等种质（3.500～4.000 µg/g），以小老母鸡最低；苯乙醛含量以小黄金5209最高，其次是PD 114、小黄金0029、竖叶子0987、晋太75等（表6）。

表6 不同烤烟种质资源的醛类含量 µg/g

2.3.4 不同烤烟种质资源的杂环类成分差异 杂环类的总成分含量为1.890～6.175 µg/g，以二氢猕猴桃内酯含量最高（1.030～3.010 µg/g）；其次是吲哚（0.140～2.910 µg/g），在各种质间差异较大；其余成分的含量较低，在种质间差异较小（图6）。

图6 不同烤烟种质资源的杂环类含量

2.3.5 不同烤烟种质资源的新植二烯差异 各种质的新植二烯含量在178.320～540.463 µg/g之间。其中，Mc Nair14、小老母鸡、Coker 282、Georgia 1470等 种 质 的 新 植 二 烯 含 量＞500.000 µg/g；Speight G-36、Coker 51、PD 114、Dixie Bright102、NC 73、Coker 156、Georgia 1469、小黑柳、K317、Remedios、小黄 金5209、NCPy 10、云 烟98、PD 279、PD 335、小黄金0009、NC 85、SB 400、Coker 80-F、NC 606等种质的新植二烯含量在400.000～499.999 µg/g之间；云烟87-1的新植二烯含量最低，为178.320 µg/g；其余种质的新植二烯含量在200.000～400.000 µg/g之间（图7）。

图7 不同烤烟种质资源的新植二烯含量

上述结果表明，各烤烟种质资源的致香成分含量差异较大，小老母鸡、云烟87、中烟90等种质有多项最高值。为便于育种和科研选择利用，将各成分含量较高的烤烟种质资源名单列于表7。

表7 主要致香成分含量较高的烤烟种质资源

2.4 聚类分析

图8 致香成分系统聚类结果

对表2所列的47项指标采用标准化转化、欧氏距离、离差平方和法进行系统聚类，在截距为2.2左右处将52份资源分成4大类。52号（云烟87-1）为单独的一类；其余的每类均可分为2～3个亚类（图8）。各类的致香成分差异较大，其主要特点为：第1类的茄酮、β-大马酮、β-二氢大马酮、降茄二酮、5，6-环氧-β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮c、巨豆三烯酮b、糠醛、苯乙醛、2-乙酰基酮和苯甲醇含量低；第2类的β-大马酮、β-二氢大马酮、香叶基丙酮、5，6-环氧-β-紫罗兰酮、巨豆三烯酮b、巨豆三烯酮c、巨豆三烯酮b、寸拜醇、糠醛、正戊醛、苯乙醛、2-乙酰基吡咯、2，3-二氢苯并呋喃、吲哚等含量低，而西柏三烯二醇a、西柏三烯二醇b、西柏三烯二醇c、西柏三烯二醇d、苯甲醛、新植二烯等含量高；第3类的茄酮含量低，而巨豆三烯酮a、巨豆三烯酮b、正戊醛的含量高；第4类的香叶基丙酮、寸拜醇、吲哚等含量高，而降茄二

3 讨论

3.1 新植二烯

新植二烯在烟草中性挥发物中含量最高，是烟叶中重要的致香物质，也是卷烟主要致香成分的前体。新植二烯含量直接影响烟叶的吃味、香气和其他致香成分的形成［25］。有研究认为，新植二烯在烤烟中含量较高（平均247.249 µg/g），而在香料烟和晒晾烟中的含量较低［26］；新植二烯的含量不仅在不同基因型烤烟品种间的差异很大，而且同一品种不同部位烟叶的新植二烯含量也有较大的差异［6］。在本研究的52份烤烟种质资源中，Mc Nair14、小老母鸡、Coker 282、Georgia 1470等4份种质的新植二烯含量大于500.000 µg/g；Speight G-36、Coker 51、PD 114等种质的新植二烯含量在400.000～500.000 µg/g之间；新植二烯含量在300.010～500.000 µg/g之间的种质占84.81%，高于文献［25］报道的平均含量。因此，进一步对这些烤烟种质资源进行深入研究，以确定它们的利用价值势在必行。

3.2 酮、醇、醛等类致香成分

苯甲醛、苯乙醇是烤烟很重要的香味成分，可作为主体香气使用，还可增加烟叶醇化后的坚果香、甜香、爆米花香和卷烟的玫瑰花香［27-28］。据常爱霞等［29］的报道，2，4-庚二烯醛、苯甲醛、苯乙醛、二氢大马酮、大马酮等成分在特香型烤烟中含量最高，是香料烟中含量的4～5倍；特香型烤烟含有1-戊烯-3-醇、1-戊醇、3-羟基-2-丁酮（0.033～0.054 µg/g）等特殊成分。在本研究的52份烤烟资源中，3-羟基-2-丁酮含量为0.079～0.341 µg/g，大于文献［29］报道的值，但未能检测到其余2种成分。另外，董惠忠等［8］研究认为，3-羟基-b-二氢大马酮、巨豆三烯酮和茄酮是导致上部烟叶和中部烟叶差异性的主要致香成分。烟叶中苯甲醇、苯甲醛、苯乙醇和苯乙醛是苯丙氨酸类化合物降解产生的一类香气成分，苯甲醇的味道是玫瑰香，苯甲醛是樱桃香、杏仁香、甜香，苯乙醛是焦香、皂花香，苯乙醇有甜味和水果味［30］。在表5中列出的苯丙氨酸类含量较高的Georgia 1470、Coker 282、Georgia 1469、K317、小 老 母 鸡、Dixie Bright 102、Mc Nair14、Coker 156等种质是否具有这些特殊香味？各种成分达到何值时才具备这种香味？这些问题还需要通过下一步的研究和烟叶感官质量鉴定来解答。

类西柏烷类是烟叶腺毛分泌物的重要成分之一，西柏三烯的降解产物有茄酮、降茄二酮、西柏三烯二醇等香气物质。茄酮具有新鲜胡萝卜样的愉悦香味，可增加烟草本香，使烟气更加丰满醇和；降茄二酮、西柏三烯二醇等作为香气的前体物质，对烟叶香气质量的影响较大［28］。B22、云烟87、云烟87-1等种质的茄酮和降茄二酮含量较高，中烟90、白花云烟87、Coker 51等种质的西柏三烯二醇含量较高，B22、白花云烟87、中烟90、云烟87-1、PD 682、Coker 51等种质的类西柏烷类含量较高。这些种质可以进行进一步的利用。

图9 各聚类的种质资源致香成分比较

3.3 聚类分析

聚类分析法被广泛用于种质资源的研究中，该方法将特性相近的品种聚集在一起，便于种质资源的评价和利用［22-32］。在本研究中，聚类分析将52份烤烟种质资源分成4类，各类的特征差异较大。其中，52号云烟87-1为独立的一类，但与7号云烟87的距离较近，两者的亲缘关系较近，相似度较高；另外，40号PD 335与37号PD 114的距离较近，从编号上可以看出是同一系列的资源，两者的相似度较高，这充分说明了聚类分析的意义。

4 结论

本研究结果表明：在52份烤烟种质资源间致香成分含量的差异较大。可以将这些种质资源聚为4类，其中第1类的茄酮、β-大马酮、二氢猕猴桃内酯、糠醛等成分的含量高，而茄那士酮和苯甲醇的含量低；第2类（云烟87-1）的西柏三烯二醇、苯甲醛、新植二烯等含量高，而β-大马酮、β-二氢大马酮等含量低；第3类的巨豆三烯酮a、正戊醛等含量高；第4类的香叶基丙酮、寸拜醇、吲哚等含量高，而降茄二酮和新植二烯的含量低。