煙草中西柏烷類化合物的研究

余勁松 丁寧 姜東

摘要：為了保證煙草行業(yè)的可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)現(xiàn)并充分挖掘煙草中的高附加值產(chǎn)品是重要途徑之一。煙草中西柏烷類化合物是一類結(jié)構(gòu)新穎、特殊且具有重要生物活性的天然產(chǎn)物，也稱西松烷或煙草烷，屬單環(huán)二萜類。主要針對常見的煙草中西柏烷類的分類，現(xiàn)研究較多隸屬于類西柏烷二萜類和西松烷型二萜類，以及這兩類化合物在改善作物風味品質(zhì)、抗菌、殺蟲等方面的生物活性進行闡述，為煙草行業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煙草;分類;生物活性

1引言

煙葉表面的香精油、樹脂和蠟質(zhì)類物質(zhì)與煙葉香氣密切相關(guān)，它們均是煙葉腺毛的分泌物。西柏烷二萜類化合物是煙葉腺毛分泌物，是烤煙和白肋煙表面類脂物的主要成分。Roberts[1]等首先從調(diào)制后的白肋煙中分離定性了煙葉中主要的萜烯醇類物質(zhì);α和β-2，7，11-西柏烷三烯-4.6-二醇，但在烘烤后的煙葉中含量極微，只占干重的0.001%。α和β-2，7，11-西柏烷三烯-4，6-二醇（α-CBD和β-CBD）是差向異構(gòu)體，絕對構(gòu)型為（1S，2E，4R，6R，7E，11E）和（1S，2E，4S，6R，7E，11E）-2，7，11-西柏烷三烯-4，6-二醇，所示為α-CBD和β-CBD的化學結(jié)構(gòu)式。

2西柏烷類化合物主要分類

2.1類西柏烷二萜類

類西柏烷二萜較多地存在于煙草屬植物葉片和花的表面分泌物中，主要包括西柏三烯醇和西柏三烯二醇。在植物的生長期間，尤其是采摘后期會發(fā)生生化降解，西柏烷開環(huán)產(chǎn)生一系列小分子香味物質(zhì)。類西柏烷二萜較多地存在于煙草屬植物葉片和花的表面分泌物中，主要包括西柏三烯醇（CBT-ol）和西柏三烯二醇（CBT-diol）。

2.2西松烷型二萜類

西松烷型二萜由煙葉和煙花表面的腺毛產(chǎn)生，和脂肪烴、脂肪醇、蠟脂、蔗糖脂和萜醇類成分存在于表面蠟狀物中。西松烷型二萜多存在于煙葉和煙花的表面分泌物中，它是由4個異戊二烯單元首尾相連形成的大環(huán)二萜，其十四元環(huán)母體骨架上分3個對稱甲基與1個異丙基。這種天然產(chǎn)物在1962年首次從煙草中發(fā)現(xiàn)，隨后有關(guān)西松烷型化學結(jié)構(gòu)和生物活性的研究多見報道。通過不斷地鑒定出西柏烷類物質(zhì)的立體構(gòu)型和仿生實驗，發(fā)現(xiàn)α-CBD和β-CBD是其它煙葉類西柏烷的主要代謝前體物質(zhì)，很多西柏烷類次生代謝物能夠通過這兩種物質(zhì)氧化產(chǎn)生。（1S，2E，4R，6R，7E，11E）-2，7，11-西柏三烯-4，6-二醇（β-CBT-二醇，化合物1）和（1S，2E，4S，6R，7E，11E）-2，7，11-西柏三烯-4，6-二醇（α-CBT-二醇，化合2）-西柏烷二萜類化合物是煙草表面其它類西柏烷二萜形成的主要前體物，在調(diào)制、發(fā)酵過程中降解產(chǎn)生許多種重要的香味成分。Kaneko[2]發(fā)現(xiàn)在有分泌腺毛的烤制煙葉中70多種化合物，包括茄酮，氧化茄酮，酮酸以及一些支鏈的脂肪酸等類西柏烷二萜降解產(chǎn)物。

3. 西柏烷類化合物主要生物活性

3.1改善作物風味品質(zhì)

許多作物如薄荷、香椿、煙草等腺毛分泌物與香氣關(guān)系密切，這種關(guān)系在煙草屬作物上表現(xiàn)得尤為明顯。有類西柏烷二萜是煙葉葉面分泌物的主要成分，能占到分泌物總量60%左右，并在調(diào)制后大部分降解產(chǎn)生茄酮及其衍生物等多種香味成分，其中茄酮本身就具有很好的香氣，具有類似胡蘿卜的香味和甘草、茶樣芳香，經(jīng)煙草的調(diào)制、陳化進一步降解后可產(chǎn)生對卷煙吃味有重要影響的茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮等物質(zhì)，其中降茄二酮具有弱的堅果香及甜香，在卷煙中可以明顯增加似可可和白肋煙一樣的香味。

3.2殺菌活性

抗菌活性α-和β-CBT-二醇可以抑制煙粉虱孢子的萌發(fā)，其半數(shù)抑制濃度（IC50）分別是3.0、2.9μg/mL，抑制效果優(yōu)于煙葉表面其他成分;β-CBT-二醇對葫蘆科刺盤孢菌孢子的萌發(fā)也有較好的效果，IC50達到6.3μg/mL。除了抑制真菌的生長外，α-和β-CBT-二醇對細菌也有較好的抑制作用[3]，如枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和普通變形桿菌等，研究結(jié)果表明β-CBT-二醇顯示出廣譜抗菌的活性。

3.3殺蟲活性

腺毛主要分布在植物的莖葉表面，它們的分泌物構(gòu)成了一道潛在的防御害蟲的壁壘，并且這種壁壘的防御性能可以通過代謝工程學的手段進行提升。Wang等在用代謝工程學手段對煙葉腺毛抗蟲能力的研究中發(fā)現(xiàn)，通過反義基因和共抑制的手段對編碼CYP450的cDNA進行下調(diào)，導致了CBT-diol的減少，同時CBT-ol得以積累增加，而植物CBT-ol的過量產(chǎn)生可以提高其對某些昆蟲的抗性，這可能是由于CBT-ol對這些昆蟲可以產(chǎn)生毒性所致。通常，包括CBT-ol在內(nèi)的二萜和蔗糖酯是被植物表面的角質(zhì)層所覆蓋的，但當害蟲對植株表面進行破壞時實現(xiàn)抗蟲效果。

4應用前景及展望

在過去的研究中，種種證據(jù)表明，西柏烷類化合物在植物的天然抗蟲性、殺菌等方面都具有很大的研究和應用潛力。隨著人們對西柏烷類化合物代謝機理及分子調(diào)控認識的逐漸深入，一種安全的、無公害的病蟲害防治新途徑可能被發(fā)現(xiàn)。作為一類煙草潛香物質(zhì)，西松烷型可以通過降解產(chǎn)生茄酮、茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮等多種香味物質(zhì)，其降解機制、降解酶的挖掘和定向改造、降解途徑中關(guān)鍵基因發(fā)現(xiàn)仍會是煙草行業(yè)的一個熱點，可以為煙草中具有新用途、新功能的高附加值產(chǎn)品挖掘提供依據(jù)。

參考文獻

[1]Roberts D L， Rowland R L. Macrocyclic Diterpenes. α-and β-4， 8， 13-Duvatriene-1， 3-diols from Tobacco1[J]. The journal of Organic Chemistry， 1962， 27（11）： 3989-3995.

[2]Kaneto H. Tobacco leaf components and tobacco flavoring[J]. Tob Res， 1980， 128： 309-316.

[3]Du Y， Hou X， Yan N， et al. Chemical basis of the fungicidal activity of tobacco extracts against Valsa mali[J]. Molecules， 2016， 21（12）： 1743.

作者簡介

余勁松，男，漢族，1995年11月10日，河南信陽，本科，山東中煙有限責任公司青島卷煙廠，（266101）研究方向：煙草中類西柏烷化學物質(zhì)的作用。