烤煙成熟進(jìn)程中游離氨基酸含量的變化

劉榮森 ,張長(zhǎng)水 ,李建娥 ,劉進(jìn)社

(河南科技大學(xué)a.林業(yè)職業(yè)學(xué)院;b.化工與制藥學(xué)院,河南洛陽(yáng) 471000)

0 前言

烤煙中的游離氨基酸是煙葉中與品質(zhì)形成有密切關(guān)系的重要化學(xué)成分[1-2],它們既是蛋白質(zhì)和煙堿合成的原料,也是蛋白質(zhì)和糖類(lèi)化合物轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物。在烤煙生長(zhǎng)、調(diào)制、加工直至抽吸過(guò)程中,氨基酸都起著十分重要的作用[3-4]。氨基酸在賦予烤煙色香味方面具有雙重作用:一方面,氨基酸在有氧條件下燃燒會(huì)產(chǎn)生氨,影響煙氣質(zhì)量;另一方面,烤煙在調(diào)制和醇化過(guò)程中,氨基酸和糖類(lèi)會(huì)發(fā)生非酶棕化反應(yīng),主要是美拉德反應(yīng),形成大量具有煙草特征香味的揮發(fā)性化合物和大分子棕色化合物,如羰基化合物、呋喃化合物以及吡嗪類(lèi)和吡咯衍生物等。它們不但賦予煙氣烤焙香、堅(jiān)果香和甜焦糖味,而且還使煙量感增加,尤其是呋喃類(lèi)成分,對(duì)煙氣的香味有重要作用。此外,某些氨基酸自身可直接分解為香味化合物,如苯甲醇、苯乙醇等[5]。K326是我國(guó)種植面積最大的烤煙品種。隨著打頂后煙葉的成熟,煙株體內(nèi)將發(fā)生各種各樣復(fù)雜的生理生化反應(yīng)。游離氨基酸的含量也會(huì)隨著成熟進(jìn)程而發(fā)生變化。前人對(duì)烤煙的游離氨基酸做過(guò)一些研究[6-8],但有關(guān)烤煙成熟進(jìn)程中煙葉各主要游離氨基酸含量的測(cè)定及變化規(guī)律的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究測(cè)定了烤煙成熟進(jìn)程中葉片主要游離氨基酸含量,分析了主要游離氨基酸的變化特征?？蔀榭緹煹某墒觳墒蘸推焚|(zhì)形成提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草工程技術(shù)研究中心試驗(yàn)基地和煙草工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試烤煙品種為K326。在試驗(yàn)基地進(jìn)行大田栽培。種植土壤為紅壤,土壤養(yǎng)分含量為:有機(jī)質(zhì)25.71 g/kg,堿解氮91.2mg/kg,有效磷15.6mg/kg,有效鉀76.3mg/kg,pH 5.47。前茬作物為水稻,無(wú)嚴(yán)重病史及旱澇災(zāi)害。打頂當(dāng)天第一次取樣,分別取上部、中部、下部葉。以后每 10天取樣 1次,共取樣 4次。把采摘的新鮮煙葉迅速置于 105℃條件下鼓風(fēng)殺青,60℃烘干,粉碎,過(guò) 40目篩,于塑料袋中密封保存。

1.2 主要儀器和藥品

高效液相色譜系統(tǒng):Summit HPLC系統(tǒng),DIONEX公司;氨基酸專(zhuān)用柱DIONEX公司;Millipore QⅡ超純水儀Millipore公司;真空旋轉(zhuǎn)冷凍干燥儀RC10-10 JOUAN公司。

正亮氨酸(生物試劑),FLUKA公司;PITC(異硫氰酸苯酯),FLUKA公司;16種氨基酸(生物試劑),上?？颠_(dá)生物試劑公司;乙腈(色譜純),Merck公司。

1.3 游離氨基酸的測(cè)定方法

采用PITC柱前衍生化的HPLC技術(shù)測(cè)定烤煙樣品中的游離氨基酸。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙K326成熟進(jìn)程中各葉位總游離氨基酸含量的動(dòng)態(tài)變化

烤煙 K326成熟進(jìn)程中各葉位游離氨基酸含量動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)表1～表3。

表1 上部葉片游離氨基酸含量動(dòng)態(tài)變化 μg/g

表2 中部葉片游離氨基酸含量動(dòng)態(tài)變化 μg/g

表3 下部葉片游離氨基酸含量動(dòng)態(tài)變化 μg/g

烤煙 K326打頂后成熟進(jìn)程中各葉位總游離氨基酸含量的變化比較一致。各葉位游離氨基酸總量在打頂當(dāng)天最高。對(duì)煙草進(jìn)行了打頂處理后,各葉位游離氨基酸含量急劇下降。其中,上部葉游離氨基酸總量在打頂后10 d降低了58.3%;中部葉降低了80.0%;下部葉降低了6.9%。從打頂后10 d到打頂后20 d,隨成熟度的增加,各部位葉片的總游離氨基酸含量又逐漸增加。其中,上部葉增加了17.6%;中部葉增加了55.0%;下部葉增加了23.8%。從打頂后20 d到打頂后 30 d,隨著各部位葉片的衰老,各部位葉片的總游離氨基酸含量又降低,其中上部葉降低了31.8%;中部葉降低了28.3%;下部葉降低了38.3%。

2.2 烤煙 K326成熟進(jìn)程中不同葉位各種游離氨基酸含量的動(dòng)態(tài)變化

從氨基酸種類(lèi)分析,上部葉從打頂后 0 d到打頂后 30 d的各種氨基酸的含量都降低。其中含量降低較多的氨基酸有脯氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、亮氨酸、賴(lài)氨酸等。含量降低較少的氨基酸有天冬氨酸、色氨酸。

中部葉從打頂后 0 d到打頂后 30 d的各種氨基酸含量同樣也都是降低,且比上部葉降低的更多。降低較多的氨基酸有賴(lài)氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸、天冬氨酸和精氨酸等。含量降低較少的氨基酸有半胱氨酸、異亮氨酸。

下部葉從打頂后 0 d到打頂后 30 d的各種氨基酸含量則是有升有降,但變化幅度較小。其中含量降低的氨基酸有 9種:脯氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、色氨酸、谷氨酸和絲氨酸。含量升高的氨基酸有7種:蘇氨酸、苯丙氨酸、賴(lài)氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸和亮氨酸。

烤煙 K326成熟進(jìn)程中相同葉位打頂后不同天數(shù)及氨基酸的種類(lèi)對(duì)游離氨基酸含量影響的方差分析結(jié)果表明:K326成熟進(jìn)程中上部、中部、下部葉打頂后不同天數(shù)總游離氨基酸含量及不同氨基酸種類(lèi)間含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F＞F0.01)。

烤煙 K326成熟進(jìn)程中相同日期不同葉位及氨基酸種類(lèi)對(duì)游離氨基酸含量的方差分析結(jié)果表明:除打頂后0 d不同部位的葉片中總游離氨基酸含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F＞F0.01)外,打頂后10 d、20 d、30 d不同部位的葉片中總游離氨基酸含量的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F＜F0.05)。而氨基酸種類(lèi)間含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F＞F0.01)。

3 討論

(1)煙株現(xiàn)蕾后,葉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量流向頂部花序,如任其開(kāi)花結(jié)實(shí),不僅會(huì)導(dǎo)致上部葉片小而輕,也會(huì)使中下部葉片變薄,重量減輕,基部葉片很快變黃枯死,造成假熟,降低產(chǎn)量和品質(zhì)。打頂使煙株的養(yǎng)分供給葉片生長(zhǎng),增加干物質(zhì)和葉片厚度。另外,打頂能使葉片化學(xué)成分發(fā)生有利變化,使煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)得到同步提高[4]。本研究證明打頂后成熟進(jìn)程中,各部位煙葉中總游離氨基酸含量呈下降趨勢(shì)。

(2)打頂前中部葉游離氨基酸含量最高,說(shuō)明中部葉游離氨基酸代謝旺盛,大量的氨被同化為氨基酸,進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)化為含氮堿等含氮化合物[9]。而上部葉由于合成蛋白質(zhì)多,故游離氨基酸的含量少于中部葉。下部葉由于光照不足,代謝緩慢,故游離氨基酸含量較低。到打頂后 10 d,由于進(jìn)行了打頂處理,造成各葉位的游離氨基酸含量都急劇降低。其中中部葉降低的最多,由 3 251.2μg/g降低到 651.31μg/g,可能是由于上部葉代謝生成的游離氨基酸不足,中部葉的游離氨基酸大量輸送到上部葉,造成中部葉游離氨基酸含量急劇降低。而下部葉游離氨基酸含量稍有降低,由 957.53μg/g降低到891.02μg/g,說(shuō)明打頂對(duì)下部葉游離氨基酸影響不大。到打頂后20 d,各葉位總游離氨基酸的含量是:下部葉 ＞中部葉 ＞上部葉,和打頂后 10 d相比,3個(gè)葉位的游離氨基酸含量都有增加。這是由于封頂打杈后,人為地改變了煙株體內(nèi)的代謝方向,生殖生長(zhǎng)被抑制,造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。而下部葉的游離氨基酸在此時(shí)期含量最高,主要是因?yàn)殡S成熟度的增加,下部葉蛋白質(zhì)分解加快造成的。到打頂后30 d,各部位葉片的總游離氨基酸含量繼續(xù)下降,達(dá)到最低,這是由于整個(gè)植株在成熟晚期氮代謝非常緩慢造成的。

(3)不管在打頂前后的哪一時(shí)期,游離氨基酸種類(lèi)間含量的高低絕大多數(shù)都是一致的。谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的含量較高,占總含量的 50%以上。谷氨酸含量高是因?yàn)橹参锏牡緩街?所形成的第一個(gè)含氮有機(jī)化合物均為谷氨酸或其酰胺;天冬氨酸是合成煙堿的前提物質(zhì);脯氨酸與植物抵抗逆境有關(guān)[10-11];酪氨酸和苯丙氨酸是芳香族氨基酸,它們不僅是蛋白質(zhì)合成的材料,也被用于生物堿、木質(zhì)素和類(lèi)黃酮的形成,這兩種氨基酸特別是苯丙氨酸在煙葉的品質(zhì)方面具有特殊的意義[3]。這些氨基酸的生理作用重要,含量也高。

(4)游離氨基酸含量的高低對(duì)煙葉的品質(zhì)特別是香味有重要影響[12]。雖然烤煙經(jīng)過(guò)烤制、發(fā)酵、醇化后的游離氨基酸含量與比例又發(fā)生了明顯的變化,但烤煙成熟進(jìn)程中游離氨基酸含量直接影響著成品卷煙中的游離氨基酸含量,進(jìn)而對(duì)卷煙品質(zhì)產(chǎn)生影響。本研究表明:烤煙 K326成熟進(jìn)程中葉片的游離氨基酸含量的變化有較強(qiáng)的規(guī)律性。游離氨基酸隨打頂后成熟度的增加,其含量發(fā)生“之”字形變化,總趨勢(shì)是隨成熟度的增加,總游離氨基酸的含量降低。故選擇合適的采收時(shí)間可控制烤煙中的游離氨基酸的含量。

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