不同鉀素水平對煙草香氣物質(zhì)的影響

孫新 趙方貴 李樹全 劉新

摘要：通過盆栽試驗(yàn)探討不同鉀素水平對煙草香氣物質(zhì)種類和相對含量的影響。采用石油醚提取物的測定和頂空-固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，研究不同鉀水平下煙草香氣物質(zhì)的變化規(guī)律。結(jié)果表明，低鉀水平下（2.5 g/株），石油醚提取物的含量較低，而鉀水平為5.0 g/株時(shí)，石油醚提取物的含量最高。匹配度在90%以上的組分共檢測出49種，主要由烷烴、烯烴、醛、酚、酸、酯、酮和呋喃等化合物組成。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測的結(jié)果顯示，一定程度上提高鉀的施加量可增加香氣成分中醛類物質(zhì)的相對含量，但過高的鉀素水平（10.0 g/株）反而不利于酮類物質(zhì)的積累。

關(guān)鍵詞：煙草;鉀素水平;石油醚提取物;香氣物質(zhì)成分

中圖分類號：S572? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：0439-8114（2018）21-0083-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.020? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Potassium on Aroma Compounds in Tobacco

SUN Xin1，ZHAO Fang-gui1，LI Shu-quan2，LIU Xin1

（1.College of Life Science，Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，Shandong，China;2.Shandong Weifang Tobacco Co.，Ltd.，Weifang 261061，Shandong，China）

Abstract： Pot experiments were carried out to study the effects of potassium levels on the contents of aroma components in tobacco leaves. The aroma components in tobacco under different potassium levels were analyzed by headspace solid phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry，and the contents of petroleum ether extraction were also determined. Compared with the potassium level of 5.0 g per plant，the content of petroleum ether extract was higher than that at the level of 2.5 g per plant. 49 components with matching degree of more than 90% were detected，mainly composed of alkanes，alkenes，aldehydes，phenol，acids，ester，ketones，furans. There was an increase in the relative content of aldehydes in the aroma components induced by higher potassium levels，while the accumulation of ketones decreased at 10.0 g per plant.

Key words： tobacco;potassium levels;petroleum ether extract;aroma components

煙葉香氣不足是當(dāng)前影響煙葉商品品質(zhì)的重要制約因素[1]。香氣物質(zhì)的含量和組分除受本身遺傳因素影響外，還受土壤環(huán)境中營養(yǎng)元素的影響。在所有營養(yǎng)元素中，煙草對鉀素的吸收明顯高于其他任何元素[2]，鉀對烤煙品質(zhì)的作用是多方面的，不僅影響到植株的生長發(fā)育，而且對煙草的次生代謝[3]，特別是香氣物質(zhì)的合成和積累有重要影響[4]。本研究所采用的頂空-固相微萃取技術(shù)是一種樣品用量少，靈敏度高，受干擾小的方法，已在煙草香氣物質(zhì)的測定中得到應(yīng)用[5，6]。為此，本研究主要關(guān)注鉀肥對煙葉香氣品質(zhì)的影響，通過檢測煙葉香氣物質(zhì)的含量和種類的變化，深入闡明鉀肥與煙草香氣物質(zhì)代謝的關(guān)系，從而指導(dǎo)通過合理平衡施肥來提高煙草香氣品質(zhì)。

1? 材料與方法

1.1? 材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試烤煙品種為K326。苗期結(jié)束后移栽，進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，直至成熟期收獲。每盆裝風(fēng)干褐土15 kg，每盆1株煙苗。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)不同鉀肥處理水平分別為2.5、5.0和10.0 g/株K2SO4（以K2O計(jì)）。氮肥為（NH4）2SO4，每株均為2.5 g（以純N計(jì)），磷肥為? Ca（H2PO4）2，每株2.5 g（以P2O5計(jì)）。試驗(yàn)全程定期澆水，不再額外施肥。采樣時(shí)將每株不同葉位新鮮煙草葉片采下，編號裝入牛皮紙袋后置于烘箱，65 ℃烘干，粉碎備用。

1.2? 方法

1.2.1? 石油醚提取物的測定? 石油醚提取物測定采用YC/T 176-2003的方法。每個(gè)處理重復(fù)4次。

1.2.2? GC/MS法測定煙草葉片中香氣物質(zhì)成分相對含量? 本研究所涉及的香氣物質(zhì)成分首先采用頂空-固相微萃取技術(shù)進(jìn)行萃取，取5 g樣品置于頂空瓶中，壓緊瓶蓋。于90 ℃下平衡15 min后，用固相75 μm CAR/PDMS/DVB萃取纖維頭（美國SUPELCO公司）萃取30 min。然后利用Agilent 7980A/5975C氣相色譜儀/質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行有機(jī)成分測定分析。色譜柱為HP-INNOWAXS毛細(xì)管柱子（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;載氣為He，流速1 mL/min，不分流;進(jìn)樣溫度250 ℃;升溫程序?yàn)槠鹗紲囟?0 ℃，保持5 min，以6 ℃/min升至250 ℃，保持5 min。質(zhì)譜條件：EI電離源，能量70 eV;離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，接口溫度為250 ℃，掃描范圍30～400 m/z。采集到的質(zhì)譜圖經(jīng)NIST Mass Spectral Database 2008譜庫檢索，鑒定樣品中的揮發(fā)性成分。相對含量以各成分的峰面積占總峰面積的百分比表示。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS statistics 17.0進(jìn)行單因素多重方差分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同鉀素水平對煙草中石油醚提取物的影響

煙草的石油醚提取物是反映香氣品質(zhì)的重要指標(biāo)，石油醚提取物含量高的煙葉，其整體品質(zhì)也較高[7]。從表1可以看出，在氮素為2.5 g/株的水平下，石油醚提取物的含量3個(gè)處理間差異顯著，鉀的施用量為5.0 g/株時(shí)，石油醚提取物為7.34%，比在鉀供應(yīng)量為2.5 g/株時(shí)顯著提高。但鉀的施用量為10.0 g/株時(shí)，其石油醚提取物反而下降為5.48%。

2.2? 不同鉀素水平對煙草中香氣物質(zhì)成分的影響

通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定出匹配度在90%以上的組分主要由烷烴、烯烴、醛、酚、酸、酯、酮、呋喃等49種化合物組成，以中性香氣成分為主。

不同鉀素對香氣物質(zhì)的組成有不同程度的影響。酸性香氣成分只有在鉀水平為2.5 g/株時(shí)被檢出，包括n-十六酸、肉豆蔻酸和安息香酸3種成分，總計(jì)占比為0.32%（表2）。從表3可以看出，鉀水平為10.0 g/株時(shí)，烷烴的相對含量較另外兩個(gè)處理有較大提高，合計(jì)相對含量為8.51%。從表4的檢測結(jié)果可以看出，鉀水平為2.5 g/株和5.0 g/株時(shí)，酯類物質(zhì)相對含量相差不大，約為0.7%，而鉀水平為10.0 g/株時(shí)未檢出。與此相似，在酮類物質(zhì)方面，也是鉀水平為2.5 g/株和5.0 g/株時(shí)，這兩個(gè)水平的相對含量較高，為12%～14%，而鉀水平為10.0 g/株時(shí)較低，為6.12%?？梢姡^高的鉀素水平反而不利于酮類物質(zhì)的合成和積累（表5）。試驗(yàn)的數(shù)據(jù)還顯示，3，5-辛二烯-2-酮的相對含量在所有處理中都明顯高于其他酮類，是煙草香味物質(zhì)組分中的重要成分，其中鉀水平為5.0 g/株時(shí)含量較高。烯烴的相對含量在5.0 g/株時(shí)較另外兩個(gè)處理低，為0.84%（表6）。鉀水平高的兩個(gè)處理中醛類物質(zhì)的相對含量都在21%以上，5.0 g/株時(shí)最高，為24.5%，而2.5 g/株時(shí)含量最低，為12.72%（表7）。

表8中顯示的是苯的衍生物以及雜環(huán)類化合物，其中3-（1-甲基-2-吡咯烷基）吡啶的含量在鉀施加水平為2.5 g/株時(shí)較高，為2.98%。呋喃類物質(zhì)在鉀施加水平為2.5 g/株時(shí)含量最高，為2.06%。萘類組份只在低鉀水平（2.5 g/株）時(shí)被檢出。1-乙烯基-3-乙基苯和硝基苯只在10 g/株時(shí)被檢出，合計(jì)為0.42%。而萘和苯類化合物在鉀施加水平為5.0 g/株時(shí)均未檢出。2，4-雙（1，1-二甲乙基）苯酚只在鉀施加水平為10.0 g/株時(shí)被檢出，占比為0.05%。

3? 小結(jié)與討論

石油醚提取物含量的變化可以從香氣物質(zhì)總量的角度反映在一定氮素和磷素水平下不同鉀素水平對煙草香氣物質(zhì)總量的影響。石油醚提取物主要包含揮發(fā)性油、樹脂以及高分子的油脂、類脂和萜烯類化合物類物質(zhì)。石油醚提取物含量高，則煙葉油分較多，香氣物質(zhì)充足[8]。煙草香氣品質(zhì)受土壤肥力的影響[9]。本研究的結(jié)果表明，在中等施氮（5.0 g/株）和施磷（5.0 g/株）水平下，鉀水平為5.0 g/株時(shí)有利于香氣物質(zhì)在煙葉中的積累，缺乏或過多施用鉀素均會(huì)導(dǎo)致煙草葉片中香氣物質(zhì)合成的降低。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在氮素和磷肥占比不變的情況下，提高鉀素的施用比例可以大幅度提高醛類物質(zhì)的含量，鉀施加水平為5.0 g/株時(shí)約為2.5 g/株時(shí)的2倍。表明醛類物質(zhì)的積累受鉀的影響較大。煙草中香氣物質(zhì)種類繁多，某種組分的增加在整體上對香氣質(zhì)量產(chǎn)生影響還需做進(jìn)一步評估。

雖然在石油醚提取物方面高鉀水平下比低鉀水平下高，但就個(gè)別化合物而言并非總是如此，4-[2，2，6-三甲基-7-氧雜二環(huán)[4.1.0]庚-1-基]-3-丁烯-2-酮、2，4，4-三甲基-3-（3-氧代-1-丁烯基）-2-環(huán)己烯-1-酮、茄酮等煙草中重要的香氣成分屬于腺毛分泌物[10]，在低肥力條件下的相對含量反而比高肥力條件下要高。這既可能是煙草次生代謝對低肥力環(huán)境條件的一種響應(yīng)，也可能與低肥力條件下，葉片較小，腺毛密度較大有關(guān)[11]。由此推測，鉀施加水平的變化還可能通葉面積或腺毛密度的方式對香氣組分產(chǎn)生間接影響。

綜合石油醚提取物的含量和各組分的檢測結(jié)果，可以看出，鉀水平為5.0 g/株時(shí)不僅石油醚提取量在3個(gè)處理中最高，而且檢出的香氣組分之和也是最高的，重要的酮類物質(zhì)保持較高水平，特別是烯醛類物質(zhì)顯著高于鉀施加水平為2.5 g/株和10.0 g/株時(shí)的處理。因此，并非鉀素的施用量高就一定促進(jìn)所有香氣物質(zhì)的產(chǎn)生，事實(shí)上鉀對不同組分影響的程度是有差異的。

本研究所涉及的香氣組分僅僅是影響煙草香氣品質(zhì)中的一小部分，對于全面、合理解釋香氣品質(zhì)與鉀素作用之間的關(guān)系還有一定的局限性。事實(shí)上，還有很多含量較低、匹配度不高的組分并未列出，但這些組分可能會(huì)對煙草質(zhì)量品質(zhì)有重要影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉彩云，劉洪祥，常志隆，等.煙草香氣品質(zhì)研究進(jìn)展[J].中國煙草科學(xué)，2010，31（6）：75-78.

[2] 劉文祥，顏合洪，周? 益，等.煙草鉀素營養(yǎng)與提高烤煙煙葉含鉀量的研究進(jìn)展[J].作物研究，2007，21（5）：736-740.

[3] 王? 霞，楊鐵釗，殷全玉，等.影響煙草香味的主要次生代謝途徑及其研究進(jìn)展[J].中國煙草科學(xué)，2008，29（1）：47-50.

[4] 孫? 力，李銀科，章? 新，等.鉀素水平對煙葉化學(xué)成分和感官評吸質(zhì)量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（24）：13210-13214.

[5] 向章敏，蔡? 凱，張? 婕，等.基于頂空固相微萃取-全二維氣相飛行時(shí)間質(zhì)譜快速檢測煙草揮發(fā)性及半揮發(fā)性生物堿[J].分析試驗(yàn)室，2014，33（11）：1249-1254.

[6] 劉百戰(zhàn)，張? 映，孫? 磊，等.卷煙煙絲香氣成分的固相微萃取—?dú)庀嗌V—質(zhì)譜法分析[J].分析測試學(xué)報(bào)，2000，19（4）：28-31.

[7] 趙銘欽，劉金霞，劉國順.增施不同的有機(jī)質(zhì)對烤煙多酚和石油醚提取物含量的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，23（4）：536-539.

[8] 肖艷霞，朱金峰，許自成，等.烤煙石油醚提取物含量影響因素的研究概況[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，23（11）：85-88.

[9] 秦? 松，范成五，張? 萌，等.貴州3種香型烤煙中致香物質(zhì)成分及含量對施肥的響應(yīng)[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，30（7）：1612-1618.

[10] 薛曉明，侯森林，于麗潔，等.烤煙腺毛發(fā)育的形態(tài)學(xué)研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（23）：4871-4875.

[11] 邸慧慧，史宏志，張國顯，等.不同肥力水平對烤煙各部位煙葉中性香氣成分含量的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，44（3）：255-261.