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福建烟叶游离氨基酸等主要含氮化合物与感官质量的关系

2022-11-10沈晗葛炯王逸枫上官明震方崇能郭学清汤朝起

中国烟草学报 2022年5期
关键词:氮化合物烟碱谷氨酰胺

沈晗,葛炯,王逸枫,上官明震,方崇能,郭学清,汤朝起*

福建烟叶游离氨基酸等主要含氮化合物与感官质量的关系

沈晗1,葛炯1,王逸枫1,上官明震2,方崇能2,郭学清2,汤朝起1*

1 上海烟草集团有限责任公司,上海 200082;2 福建省烟草公司龙岩市公司,龙岩 364000

【目的】为明确烟叶游离氨基酸等主要含氮化合物与感官质量的关系。【方法】以烤烟品种云烟87为试验材料,测定不同施氮量和留叶数对初烤烟叶各叶位的烟碱、总氮、蛋白质、20种游离氨基酸含量的影响,通过感官质量评价分析主要含氮化合物与感官质量的关系。【结果】1)不同部位烟叶游离氨基酸总量差异显著,依次为下部叶>上部叶>中部叶;2)简单相关分析表明,总氮、蛋白质、游离氨基酸总量以及非烟碱氮占总氮含量的比例,与感官质量呈极显著的负相关关系;脯氨酸占游离氨基酸总量的比例,与感官质量呈极显著的正相关关系;3)逐步回归分析表明,在烟碱、蛋白质和20种游离氨基酸中,谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸对感官质量的负面效应大于烟碱、蛋白质以及其它游离氨基酸。4)在8个处理中,施氮量127.5 kg/hm2、留叶数14片/株处理的烟叶,非烟碱氮、谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸含量以及游离氨基酸总量最低,感官质量较好。【结论】控制烟叶非烟碱氮含量,尤其是降低谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸以及游离氨基酸总量,有利于提高烟叶品质。

游离氨基酸;感官质量;含氮化合物;烤烟

烟碱、蛋白质和游离氨基酸等含氮化合物对烟叶品质有重要影响[1-3]。其中,烟碱提供劲头和增加烟味,但含量过高会产生刺激性;蛋白质可增加烟气的劲头和苦味[4-5];氨基酸是烟叶香气前体物,同时也是美拉德反应物前体物,对烟草香味有重要贡献,但含量过高会使香气质变差、刺激增强、杂气加重[6]。前人关于游离氨基酸对烟叶品质影响的研究结果不尽一致,徐磊等[7]提出碱性氨基酸含量、脯氨酸占游离氨基酸总量比例等指标可反映烟叶感官品质优劣;邓国宾 等[8]认为在一定范围内提高蛋氨酸、精氨酸、酪氨酸、甘氨酸、异亮氨酸含量,有利于改善烟草的抽吸品质;王树声等[9]发现评吸总分贡献较大的有精氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、总游离氨基酸和酪氨酸;周芸等[10]报道碱性和芳香族氨基酸占游离氨基酸总量比例与感官质量呈稳定负相关。

上述研究中与烟叶感官质量相关性强的游离氨基酸组分并不一致,可能是由于我国不同生态区初烤烟叶的游离氨基酸含量和组成存在差异[7, 11-12],且已有研究一般以特定部位或等级代表性烟叶样品作为研究对象,例如采样部位为中部(9~13叶位)和上部(16~18叶位)或者采样等级为X2F、X3F、C3F、B2F、B3F[10, 13],缺乏对整株全部叶位的覆盖从而导致结果可能存在一定局限性。目前将游离氨基酸、烟碱、蛋白质等主要含氮化合物同时进行分析的研究鲜见报道。为此,本研究在福建省龙岩市设置不同施氮量和留叶数试验并从整株分叶位制取初烤烟叶样品,将各水平游离氨基酸含量的烟叶样品完全覆盖在内,分析了游离氨基酸、烟碱、蛋白质与感官质量的关系并比较其影响效应的大小,以期为烟叶品质评价和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在福建省龙岩市长汀县濯田镇东山村进行,供试烤烟品种为云烟87。

1.2 试验设计

设置施氮量150 kg/hm2(常规施氮)和127.5 kg/hm2(低施氮),以及有效采烤叶数分别为16片/株、14片/株(常规留叶)、12片/株、10片/株的两因素组合试验,每个小区为100株,不设重复。行株距为1.2 m×0.5 m,1月28日移栽,4月14日打顶,分5次采烤,5月3日采烤下部叶,6月16日采烤结束。试验地的田间管理、采收、烘烤均同当地优质烤烟栽培管理措施。

采烤前选取各处理生长势具有代表性的30株烤烟,清除下部不适用烟叶后进行叶位挂牌,从下至上标记叶位,将相邻两个叶位作为一个样品处理,分别为1~2、3~4、5~6、7~8、9~10、11~12、13~14、15~16叶位,其中15~16叶位为杈烟,烘烤调制后去青去杂,按照GB 2635—1992的方法进行烟叶部位划分,以样品中包含的主体部位为主,分为下、中、上3个部位,其中下部烟叶11份,中部烟叶25份、上部烟叶16份。

1.3 检测方法

烟叶样品去梗后测定烟碱、总氮、游离氨基酸含量,并进行感官质量评价。烟碱和总氮采用连续流动法测定,参照行业标准YC/T 160—2002和YC/T 160—2002进行。20种游离氨基酸采用6-氨基喹啉-N-琥珀酰亚胺甲酯(AQC)衍生超高效液相色谱-质谱联用方法定量分析检测(-UPLC-triple quadrupole MS)。蛋白氨基酸可按侧链结构不同进行分类,包括亚氨基酸类:脯氨酸(Pro);酰胺类:天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺(Gln);碱性:赖氨酸(Lys)、组氨酸(His)、精氨酸(Arg)、鸟氨酸(Orn);芳香族:苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr);酸性:天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu);脂肪族:丙氨酸(Ala)、甘氨酸(Gly)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、缬氨酸(Val);含羟基类:苏氨酸(Thr)、丝氨酸(Ser)。非蛋白质氨基酸包括γ-氨基丁酸(γ-ABA)。非烟碱氮=总氮-烟碱×17.28%,采用(总氮-烟碱氮-氨基酸氮)×蛋白质系数的方法计算蛋白质含量[14]。

感官质量评价由上海烟草集团技术中心7位评吸员按照香气质、香气量、杂气、劲头、刺激性、余味等项目以9分制进行评价打分。感官质量总分=香气质×0.30+香气量×0.30+杂气×0.08+刺激性×0.15+余味×0.17,参照文献[15]进行计算。

1.4 数据分析

采用SPSS24.0对数据进行多重比较、简单相关分析、逐步回归分析,采用Origin9.1进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同部位烟叶游离氨基酸含量描述及方差分析

由表1可知,游离氨基酸总量随着叶位从下至上的升高呈先降低后增加的趋势,下部叶位烟叶游离氨基酸总量最高,其次是上部叶位烟叶,中部叶位烟叶游离氨基酸含量最低。其中,15~16叶位杈烟烟叶游离氨基酸含量较低。

表1 不同叶位烟叶样品游离氨基酸总量

Tab.1 Total free amino acid content in different position of flue-cured tobacco leaves (mg/g)

由表2可知,不同部位烟叶游离氨基酸总量、蛋白质含量存在显著性差异,依次为下部叶>上部叶>中部叶。下部叶游离氨基酸氮/总氮、蛋白氮/总氮比例分别为8.3%和76.8%,显著高于中部叶和上部叶。各部位非烟碱氮/总氮依次为下部叶>中部叶>上部叶,且差异显著。中部烟叶脯氨酸含量显著低于下部叶和上部叶,中部烟叶脯氨酸占游离氨基酸总量比例(脯氨酸占比)为77.39%,显著高于下部叶(58.97%)和上部叶(71.63%)。除鸟氨酸外,不同部位间其它19种游离氨基酸含量均存在显著性差异。赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸、酪氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸等含量相对偏低。

表2 烟叶游离氨基酸等含氮化合物多重比较

Tab.2 Multiple comparisons of free amino acid and other major nitrogen compounds

注:同行数据不同小写字母标记表示部位间差异显著(<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same row indicate significant difference between positions at 5% level (<0.05).

2.2 烟叶游离氨基酸等含氮化合物与感官质量相关分析

由表3可知,总氮、蛋白质、游离氨基酸总量以及除鸟氨酸外的其它游离氨基酸、游离氨基酸氮/总氮、非烟碱氮/总氮与烟叶感官质量呈极显著负相关。脯氨酸、丙氨酸、亮氨酸3种游离氨基酸占游离氨基酸总量比例与烟叶感官质量呈极显著正相关,天冬酰胺、谷氨酰胺、赖氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、缬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、γ-氨基丁酸13种游离氨基酸占游离氨基酸总量比例与感官质量呈极显著负相关。

表3 烟叶游离氨基酸等含氮化合物与感官质量总分简单相关分析

注:表中**表示在 0.01 水平上极显著相关,*表示在 0.05 水平上极显著相关。

Note: **indicates extreme significant difference at<0.01, *indicates significant difference at<0.05.The same below.

2.3 烟叶游离氨基酸等含氮化合物与感官质量逐步回归分析

由于总氮和非烟碱氮均包含多种主要含氮化合物,因此选取烟碱、蛋白质以及20项游离氨基酸指标与感官质量进行逐步回归分析,由表4可知,入选对感官质量有显著或极显著影响的含氮化合物对感官质量的决定系数2为0.746~0.925,各模型回归效果均较好,说明应用表中模型能够解释74.6%~92.5%的因变量变化。

各模型预测入选变量的Sig.值均小于0.05,有统计学意义。由标准系数绝对值大小可知[16],影响感官质量总分的因素主要为谷氨酸,其效应明显大于亮氨酸和赖氨酸;影响香气质的因素效应大小依次为谷氨酰胺、丙氨酸、赖氨酸;影响香气量的因素效应大小依次为丙氨酸、烟碱;影响杂气的因素效应大小依次为缬氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、烟碱;影响劲头的因素效应大小依次为烟碱、丝氨酸、蛋白质;影响刺激性的因素效应大小依次为烟碱、谷氨酰胺;影响余味的因素主要为谷氨酰胺。综上分析说明,影响烟叶感官质量效应较大的主要含氮化合物为谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、烟碱等。

表4 模型系数

Tab.4 The coefficient of model

续表4

指标Index模型ModelR2 非标准化系数标准系数tSig. B标准误差B 香气量20.746(常量)6.3680.153 41.7090.000 丙氨酸-0.0020.000-0.748-9.8150.000 烟碱0.1070.0320.2523.3060.002 杂气40.850(常量)6.4940.163 39.9460.000 谷氨酰胺-0.0010.000-0.751-4.0820.000 缬氨酸-0.0070.001-0.912-4.4740.000 赖氨酸0.0140.0040.6733.4860.001 烟碱-0.1010.048-0.254-2.1040.041 劲头30.925(常量)3.8710.143 27.0310.000 烟碱0.4910.0250.87419.9360.000 丝氨酸-0.0010.000-0.239-3.9590.000 蛋白质0.0390.0160.1372.4130.020 刺激性20.837(常量)6.5570.056 118.1090.000 烟碱-0.1960.018-0.654-11.0110.000 谷氨酰胺-0.0010.000-0.505-8.5080.000 余味10.766(常量)6.0060.028 216.2790.000 谷氨酰胺-0.0010.000-0.875-12.8100.000

注:B为 Betain 的缩写,代表回归系数;t为对回归系数的显著性检验,Sig.值<0.05表示差异显著,Sig.值<0.01表示差异极显著,下同。

Note: B is short for Betain, which stands for regression coefficient. t is the significance test of regression coefficient, Sig. < 0.05 indicates significant difference, Sig. < 0.01 indicates extremely significant difference, the same below.

由表5可知,谷氨酸与感官质量总分呈极显著负相关;谷氨酰胺与香气质、杂气、刺激性、余味均呈极显著负相关;烟碱与香气量和劲头呈极显著正相关,与刺激性呈极显著负相关;丙氨酸与香气质和香气量呈极显著负相关;赖氨酸与感官质量总分、香气质和杂气呈极显著正相关。

表5 感官质量与游离氨基酸等含氮化合物线性回归方程

Tab.5 Linear regression equation of free amino acid and other major nitrogen compounds and sensory quality of tobacco leaves

2.4 不同施氮量及留叶数处理烟叶非烟碱氮、游离氨基酸含量及感官质量

由图1、图2可知,施氮量为127.5kg/hm2、留叶数14片/株处理的烟叶非烟碱氮含量、非烟碱氮/总氮、游离氨基酸总量和谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸等3种游离氨基酸含量最低。由图3可知,烟叶感官质量均值以施氮量为150.0kg/hm2、留叶数10片/株,施氮量为127.5kg/hm2、留叶数为12片/株和14片/株处理相对较高,叶位感官质量极大值以施氮量为127.5kg/hm2、留叶数14片/株处理最高。综上分析说明,在留叶数14片/株条件下减少施氮量,能降低烟叶非烟碱氮含量、非烟碱氮/总氮、游离氨基酸总量和谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸3种游离氨基酸含量,提升烟叶感官质量。

图1 不同处理的烟叶非烟碱氮

图2 不同处理的烟叶游离氨基酸含量

图3 不同处理的烟叶感官质量

3 讨论

总氮和烟碱常作为常规化学成分指标用于研究和分析[17-18],高云才等[19]认为中部叶非烟碱氮/总氮≤75%,上部叶非烟碱氮/总氮≤70%时,烟叶质量较好。本研究结果表明,非烟碱氮占总氮70%左右,而总氮、蛋白质、游离氨基酸总量、游离氨基酸氮/总氮、非烟碱氮/总氮与感官质量均呈极显著负相关,说明控制总氮中的非烟碱含氮化合物含量对于提高烟叶品质有重要作用。

非烟碱含氮化合物主要为蛋白质和游离氨基酸,蛋白质由计算得出,因而其相关结论较为笼统。游离氨基酸氮/总氮为4.4%~8.3%,虽然游离氨基酸氮占比相对较低,但对烟叶品质有重要影响。本研究结果表明,游离氨基酸总量与感官质量呈极显著负相关,脯氨酸占游离氨基酸总量比例与感官质量呈极显著正相关,这与已有研究结果一致[7, 10, 20]。逐步回归分析主要结果表明,谷氨酸与感官质量总分呈极显著负相关,谷氨酰胺与香气质、杂气、刺激性、余味均呈极显著负相关,丙氨酸与香气质和香气量呈极显著负相关,且其效应总体上大于烟碱、蛋白质以及其它游离氨基酸,上述结果尚未见报道[8-10];烟碱和蛋白质与劲头呈极显著正相关,烟碱与刺激性呈极显著负相关,这与已有认识相符[4-5]。赖氨酸、亮氨酸与感官质量的相关性在简单相关性分析和回归分析显示结果不一致,原因可能是赖氨酸、亮氨酸含量相对较低,叠加检测误差因而导致结果不够准确。为此,本研究主要讨论游离氨基酸总量以及谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸3种含量相对较高的游离氨基酸。综上分析说明,在主要含氮化合物中,控制游离氨基酸含量,尤其是谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸有助于提高烟叶品质。不同生态区初烤烟叶的游离氨基酸含量和组成差异明显[7, 11-12],前人关于其对烟叶品质影响的研究结果不尽一致,本研究样品仅来自同一试验田块,且样本量相对较小,在后续研究中可借助于近红外光谱法快速测定技术[21],积累大量游离氨基酸数据进一步研究验证。

施氮量显著影响烟叶各种含氮化合物含量,施氮量越高,含氮化合物含量越高[22-24]。本研究结果表明,在常规留叶数14片/株水平下减少施氮量,烟叶非烟碱氮、非烟碱氮/总氮、游离氨基酸含量以及谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸含量最低,同时感官质量较好,说明控制施氮量是提高烟叶品质的重要途径。陈颐等研究发现[25],尚熟烟叶谷氨酸、氨基酸总量等含量在烘烤过程中增幅较快,适当提高烟叶成熟度,有助于烟叶游离氨基酸互相转化和美拉德反应产物的生成。因此,在生产上可以通过控制氮素供应、适当提高成熟度等降低烟叶游离氨基酸含量等含氮化合物含量,从而提高烟叶品质。本研究通过设置施氮量和留叶数,仅分析了游离氨基酸等含氮化合物对烟叶感官质量的影响,而氨基酸与感官质量的关系可能是间接性质的或者表面性质的,后续研究中还需综合考虑其它主要化学成分等指标因素。

4 结论

在福建龙岩烤烟种植生态区内,控制烟叶非烟碱氮含量,尤其是降低谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸以及游离氨基酸总量,有利于提高烟叶品质。在常规留叶数14片/株水平下并减少施氮量,施氮量为127.5 kg/hm2,烟叶品质较好。

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Correlation analysis of free amino acid and other major nitrogen compounds and sensory quality of flue-cured tobacco in FuJian

SHEN Han1, GE Jiong1, WANG Yifeng1, SHANG Guanmingzhen2, FANG Chongneng2, GUO Xueqing2, TANG Zhaoqi1*

1 Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 200082, China;2 Longyan Tobacco Company of Fujian Province, Longyan Fujian 364000, China

[] This study aims to determine the relationship between nitrogen compounds such as free amino acids and sensory quality of tobacco. [] The effects of different nitrogen application rate and number of leaves remained on nicotine, total nitrogen, protein and 20 kinds of free amino acids in leaves of flue-cured tobacco yunyan 87 were determined. The relationship between nitrogen compounds and sensory quality of flue-cured tobacco was analyzed by sensory quality evaluation. []The results showed that: 1) The contents of free amino acids varied significantly with the position of tobacco leaves, which can be ranked in the order as lower leaves > upper leaves > middle leaves. 2) Simple correlation analysis showed that there was an extremely significant negative correlation between sensory qualityandwith total nitrogen, protein, free amino acids and non-nicotine nitrogen/total nitrogen, while there was an extremely significant positive correlation between sensory quality and the proportion of proline to total free amino acid. 3) Stepwise regression analysis showed that glutamic acid, glutamine and alanine had more significant negative effects on sensory quality than nicotine, protein and other free amino acids. 4)The contents of non-nicotinic nitrogen, free amino acid, glutamic acid, glutamine and alanine in tobacco leaves were the lowest under the nitrogen application rate at 127.5kg/hm2and number of leaves remained at 14 pieces/plant, and the sensory quality was better. [] Controlling the content of non-nicotinic nitrogen, especially reducing the nitrogen compounds such as glutamine, glutamic acid, alanine and total free amino acid, can improve the quality of tobacco leaves.

free amino acid; sensory quality; nitrogen compounds; flue-cured tobacco

. Email:zhaoqitang@sina.com

沈晗,葛炯,王逸枫,等. 福建烟叶游离氨基酸等主要含氮化合物与感官质量的关系[J]. 中国烟草学报,2022,28(5).

SHEN Han, GE Jiong, WANG Yifeng, et al. Correlation analysis of free amino acid and other major nitrogen compounds and sensory quality of flue-cured tobacco in FuJian[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2022,28(5).

10.16472/j.chinatobacco. 2021.206

上海烟草集团有限责任公司科技项目“提高福建上部烟叶可用性生产技术研究”(No. K2021-1-023P);上海烟草集团有限责任公司科技项目“2019-2022年度烟叶原料拓展研究”(No. K2019-1-023P)

沈晗(1988—),工程师,硕士,主要从事烟叶原料研究,Tel:021-61661176;Email:shenhan555@163.com

汤朝起(1972—),高级农艺师,硕士,主要从事烟叶原料研究,Tel:021-61661177,Email:zhaoqitang@sina.com

2021-10-21;

2022-06-21

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