烤煙種質(zhì)資源致香成分分析

許美玲，焦芳嬋，吳興富，方敦煌，馮智宇，張光海

（云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，云南 昆明 650021）

煙葉的致香物質(zhì)主要包括酸性、中性與堿性致香物質(zhì)等，其組成和含量會直接影響煙葉的感官質(zhì)量，與煙葉品質(zhì)、煙葉香氣密切相關(guān)［1-2］。煙葉的致香成分主要分為多元酸、高級脂肪酸、酮類、醇類、醛類、雜環(huán)類、烴類、多酚、石油醚提取物等［3］。煙葉的致香物質(zhì)含量受到煙草類型、品種、海拔、生態(tài)、產(chǎn)地、煙葉部位、陳化等眾多因素的影響［4-16］。主成分分析和聚類分析被廣泛用于多種農(nóng)產(chǎn)品評價特征性指標(biāo)篩選和品質(zhì)綜合評價，以及不同品種的差異分析等［17-22］。筆者從云南種質(zhì)庫保存的3000余份資源中選擇了來自美國、巴西、哥倫比亞、古巴等國家以及云南、山東、河南、安徽、福建、陜西、山西、遼寧等省的52份烤煙種質(zhì)資源，檢測了它們的常規(guī)化學(xué)成分和煙葉致香成分等，并通過分析比較，找出了不同烤煙種質(zhì)資源間的差異和可用性，以及不同來源種質(zhì)資源的成分差異。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

52份烤煙種質(zhì)資源材料從云南煙草種質(zhì)庫保存的3000余份資源中選擇，分別來自美國、巴西、哥倫比亞、古巴和中國等國家（表1）。2014年將這些烤煙種質(zhì)資源材料種植于云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗基地（位于云南省玉溪市研和鎮(zhèn)），每份材料分小區(qū)單行種植20株，設(shè)3次重復(fù)，分小區(qū)采收，統(tǒng)一烘烤，取各重復(fù)中部煙葉的混合樣品200 g左右。

表1 各烤煙種質(zhì)資源的來源及名稱

1.2 致香成分的檢測

致香成分的檢測由云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院分析測試中心負(fù)責(zé)。常規(guī)成分分析用自動化學(xué)分析儀進(jìn)行；致香物質(zhì)分析采用同時蒸餾萃取/氣相色譜/質(zhì)譜法進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

用Excel進(jìn)行酮類、醛類、醇類、雜環(huán)類等各類成分的總量、平均值和變異系數(shù)等簡單計算和分類統(tǒng)計等；采用DPS（V2.0）軟件進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉致香成分的描述性統(tǒng)計

各煙葉致香成分的偏度系數(shù)范圍為-0.630 ～4.858，其中偏度系數(shù)＞1.0（向右偏離中心稍遠(yuǎn)）的有1-戊烯-3-酮、3-羥基-2-丁酮、巨豆三烯酮A、茄那士酮等31項；其余的偏度系數(shù)＜1.0（向左偏離中心稍遠(yuǎn)）。峰度系數(shù)＞3（偏狹峰）的有15項，其中茄那士酮、巨豆三烯酮、吲哚等的峰度系數(shù)＞20.0；其余的峰度系數(shù)均＜3.0。變異系數(shù)除3-甲基-1-丁醇表現(xiàn)為強(qiáng)變異性外，其余指標(biāo)均表現(xiàn)為中變異性［17］。從最大值、最小值及其對應(yīng)的種質(zhì)來看，云煙87-1、柳葉尖、中煙90和晉太75分別有最大值9、7、5和4項，PD 335有3項，B22、Coker 282、PD 114、SB 400、Speight G-36、云煙87各有2項；最小值對應(yīng)種質(zhì)Speight 178和小老母雞各有最小值6項，Coker 80-F、PD 187各有4項，Coker 156、Coker 51、Mc Nair14、豎把種、小黃金0029、云煙87-1各有3項，CV 890、PD 335、窄葉Virgina各有2項（表2）。

2.2 致香成分含量及其占比

按照致香物質(zhì)官能團(tuán)的不同，將致香物質(zhì)分為醛類、酮類、醇類、酯類、酚類、酸類和新植二烯［23］。在各致香成分中，以新植二烯的含量最高（178.32～540.46 μg/g），然后依次為醇類（41.03～166.41 μg/g）、酮類（28.38～67.70 μg/g）、醛類（2.73～8.37 μg/g）和 雜 環(huán) 類（1.89～6.18 μg/g）；新植二烯在總致香成分中占73.27%，醇類占16.24%，醛類和雜環(huán)類的占比＜1.00%（圖1）。從分布來看，新植二烯含量居于300.01～500.00 μg/g的種質(zhì)占84.61%，而含量低于200 μg/g或高于500 μg/g的種質(zhì)較少（圖2）；醇類含量分布相對分散，以含量70.01～80.00 μg/g的種質(zhì)為多；酮類以含量為40.01～50.00 μg/g的種質(zhì)占比高；醛類含量在4.00～6.00 μg/g的種質(zhì)占59.62%；雜環(huán)類含量為2.00～4.00 μg/g的種質(zhì)占78.85%（圖3）。在酮類中，以金合歡基丙酮的占比最高（27.60%），茄酮次之，以6-甲基2-庚酮的占比最低（圖4）。在醛類中，以糠醛的占比最高（48.12%），其次是苯乙醛（27.24%），以2-異丙基-5氧-己醛的占比最低。在醇類中，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。在雜環(huán)類中，以二氫獼猴桃內(nèi)酯的占比最高（57.36%），以2-乙酰吡啶的占比最低（圖5）。

表2 煙葉致香成分的描述性統(tǒng)計結(jié)果

圖1 各類致香成分在總量中的占比

圖3 各種質(zhì)材料醇類、酮類、醛類和雜環(huán)類含量的分布

圖2 各種質(zhì)材料新植二烯含量的分布

圖4 在酮類中各成分的占比

圖5 在醇類、醛類和雜環(huán)類中各成分的占比

2.3 在不同烤煙種質(zhì)資源間各致香成分含量的差異

在不同烤煙種質(zhì)資源間致香成分含量的差異較大。其中，多酚含量以小黑柳最高（6.26%），小老母 雞、Speight G-36、單 選G-28、Coker 156、Coker 80-F等種質(zhì)的多酚含量在5.00%～5.99%之間，而以白花云煙87的多酚含量最低；石油醚提取物含量以小老母雞最高，小黃金5209次之，中煙90最低；多元酸含量以Vesta 5最高，Speight G-102次之，柳葉尖最低；高級脂肪酸含量以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），其次為小老母雞、Coker 282、Georgia 1470，以云煙87-1最低；總醇類含量以白花云煙87和PD 682較高，Mc Nair14、Coker 282較低；總酮類含量以云煙87最高，其次為B22、云煙87-1、柳葉尖（＞60.0 mg/g），以Coker 80-F最低；總?cè)╊惡恳粤~尖最高，柳葉尖0695次之，Coker 51最低；雜環(huán)類含量以云煙87-1最高，晉太75次之，PD 335最低（表3）。

表3 不同烤煙種質(zhì)資源的致香成分含量差異

2.3.1 不同烤煙種質(zhì)資源的酮類差異 酮類以茄酮含量最高，其次是金合歡基丙酮A，然后依次為β-大馬酮、香葉基丙酮、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、云煙87和云煙87-1等種質(zhì)的茄酮含量較高（24.350～26.390 μg/g），其余種質(zhì)在3.432～16.350 μg/g之間；β-大馬酮含量以云煙98最高（7.264 μg/g），其余種質(zhì)在2.000～4.882 μg/g之間；PD 114、小黃金5209、小老母雞、NC 73、晉太75、Coker 282、小黃金0029等種質(zhì)的巨豆三烯酮總量較高，Speight 178等種質(zhì)較低；香葉基丙酮含量以SB 400最高，其次是TN D94、云煙87-1、NC 98、PD 279等，以PD 187最低；降茄二酮含量以云煙87和白花云煙87較高（＞6.000 μg/g）；茄那士酮含量以PD 335最高（7.360 μg/g），其余種質(zhì)在0.362～2.125 μg/g之間（表4）。

表4 不同烤煙種質(zhì)資源的酮類含量 μg/g

續(xù)表4：

2.3.2 不同烤煙種質(zhì)資源的醇類差異 醇類以寸拜醇含量最高，以下依次為西柏三烯二醇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，其余成分含量較低。其中，寸拜醇含量較高（＞90.000 μg/g）的種質(zhì)有豎把種、白花云煙87、云煙87-1、PD 682等，含量較低（＜10.000 μg/g）的 種 質(zhì) 有Dixie Bright102、Coker 282和Mc Nair14等；西柏三烯二醇a、b、c、d的總和在醇類中所占比例為12.41%～73.78%，在種質(zhì) 間 差 異 較 大，以Speight G-36、Coker 51、Coker 80-F等種質(zhì)的占比較高，而窄葉Virgina和PD 335等的占比較低；苯甲醇含量以Georgia 1469最高，其次是Georgia 1470，以豎把種最低；苯乙醇含量以Coker 282最高，云煙87-1次之，以PD187最低；糠醇含量以柳葉尖最高（1.299 μg/g），其余種質(zhì)在0.220～0.930 μg/g之間（表5）。

表5 不同烤煙種質(zhì)資源的醇類和苯丙氨酸類含量 μg/g

2.3.3 不同烤煙種質(zhì)資源的醛類差異 醛類以糠醛含量最高（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 較 低（＜0.700 μg/g）?？啡┖恳粤~尖最高（4.860 μg/g），其次是大豎把2141、柳葉尖0695等種質(zhì)（3.500～4.000 μg/g），以小老母雞最低；苯乙醛含量以小黃金5209最高，其次是PD 114、小黃金0029、豎葉子0987、晉太75等（表6）。

表6 不同烤煙種質(zhì)資源的醛類含量 μg/g

2.3.4 不同烤煙種質(zhì)資源的雜環(huán)類成分差異 雜環(huán)類的總成分含量為1.890～6.175 μg/g，以二氫獼猴桃內(nèi)酯含量最高（1.030～3.010 μg/g）；其次是吲哚（0.140～2.910 μg/g），在各種質(zhì)間差異較大；其余成分的含量較低，在種質(zhì)間差異較小（圖6）。

圖6 不同烤煙種質(zhì)資源的雜環(huán)類含量

2.3.5 不同烤煙種質(zhì)資源的新植二烯差異 各種質(zhì)的新植二烯含量在178.320～540.463 μg/g之間。其中，Mc Nair14、小老母雞、Coker 282、Georgia 1470等 種 質(zhì) 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、小黃 金5209、NCPy 10、云 煙98、PD 279、PD 335、小黃金0009、NC 85、SB 400、Coker 80-F、NC 606等種質(zhì)的新植二烯含量在400.000～499.999 μg/g之間；云煙87-1的新植二烯含量最低，為178.320 μg/g；其余種質(zhì)的新植二烯含量在200.000～400.000 μg/g之間（圖7）。

圖7 不同烤煙種質(zhì)資源的新植二烯含量

上述結(jié)果表明，各烤煙種質(zhì)資源的致香成分含量差異較大，小老母雞、云煙87、中煙90等種質(zhì)有多項最高值。為便于育種和科研選擇利用，將各成分含量較高的烤煙種質(zhì)資源名單列于表7。

表7 主要致香成分含量較高的烤煙種質(zhì)資源

2.4 聚類分析

圖8 致香成分系統(tǒng)聚類結(jié)果

對表2所列的47項指標(biāo)采用標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化、歐氏距離、離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，在截距為2.2左右處將52份資源分成4大類。52號（云煙87-1）為單獨的一類；其余的每類均可分為2～3個亞類（圖8）。各類的致香成分差異較大，其主要特點為：第1類的茄酮、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、降茄二酮、5，6-環(huán)氧-β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)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類的β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香葉基丙酮、5，6-環(huán)氧-β-紫羅蘭酮、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?；量?、2，3-二氫苯并呋喃、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類的茄酮含量低，而巨豆三烯酮a、巨豆三烯酮b、正戊醛的含量高；第4類的香葉基丙酮、寸拜醇、吲哚等含量高，而降茄二

3 討論

3.1 新植二烯

新植二烯在煙草中性揮發(fā)物中含量最高，是煙葉中重要的致香物質(zhì)，也是卷煙主要致香成分的前體。新植二烯含量直接影響煙葉的吃味、香氣和其他致香成分的形成［25］。有研究認(rèn)為，新植二烯在烤煙中含量較高（平均247.249 μg/g），而在香料煙和曬晾煙中的含量較低［26］；新植二烯的含量不僅在不同基因型烤煙品種間的差異很大，而且同一品種不同部位煙葉的新植二烯含量也有較大的差異［6］。在本研究的52份烤煙種質(zhì)資源中，Mc Nair14、小老母雞、Coker 282、Georgia 1470等4份種質(zhì)的新植二烯含量大于500.000 μg/g；Speight G-36、Coker 51、PD 114等種質(zhì)的新植二烯含量在400.000～500.000 μg/g之間；新植二烯含量在300.010～500.000 μg/g之間的種質(zhì)占84.81%，高于文獻(xiàn)［25］報道的平均含量。因此，進(jìn)一步對這些烤煙種質(zhì)資源進(jìn)行深入研究，以確定它們的利用價值勢在必行。

3.2 酮、醇、醛等類致香成分

苯甲醛、苯乙醇是烤煙很重要的香味成分，可作為主體香氣使用，還可增加煙葉醇化后的堅果香、甜香、爆米花香和卷煙的玫瑰花香［27-28］。據(jù)常愛霞等［29］的報道，2，4-庚二烯醛、苯甲醛、苯乙醛、二氫大馬酮、大馬酮等成分在特香型烤煙中含量最高，是香料煙中含量的4～5倍；特香型烤煙含有1-戊烯-3-醇、1-戊醇、3-羥基-2-丁酮（0.033～0.054 μg/g）等特殊成分。在本研究的52份烤煙資源中，3-羥基-2-丁酮含量為0.079～0.341 μg/g，大于文獻(xiàn)［29］報道的值，但未能檢測到其余2種成分。另外，董惠忠等［8］研究認(rèn)為，3-羥基-b-二氫大馬酮、巨豆三烯酮和茄酮是導(dǎo)致上部煙葉和中部煙葉差異性的主要致香成分。煙葉中苯甲醇、苯甲醛、苯乙醇和苯乙醛是苯丙氨酸類化合物降解產(chǎn)生的一類香氣成分，苯甲醇的味道是玫瑰香，苯甲醛是櫻桃香、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中列出的苯丙氨酸類含量較高的Georgia 1470、Coker 282、Georgia 1469、K317、小 老 母 雞、Dixie Bright 102、Mc Nair14、Coker 156等種質(zhì)是否具有這些特殊香味？各種成分達(dá)到何值時才具備這種香味？這些問題還需要通過下一步的研究和煙葉感官質(zhì)量鑒定來解答。

類西柏烷類是煙葉腺毛分泌物的重要成分之一，西柏三烯的降解產(chǎn)物有茄酮、降茄二酮、西柏三烯二醇等香氣物質(zhì)。茄酮具有新鮮胡蘿卜樣的愉悅香味，可增加煙草本香，使煙氣更加豐滿醇和；降茄二酮、西柏三烯二醇等作為香氣的前體物質(zhì)，對煙葉香氣質(zhì)量的影響較大［28］。B22、云煙87、云煙87-1等種質(zhì)的茄酮和降茄二酮含量較高，中煙90、白花云煙87、Coker 51等種質(zhì)的西柏三烯二醇含量較高，B22、白花云煙87、中煙90、云煙87-1、PD 682、Coker 51等種質(zhì)的類西柏烷類含量較高。這些種質(zhì)可以進(jìn)行進(jìn)一步的利用。

圖9 各聚類的種質(zhì)資源致香成分比較

3.3 聚類分析

聚類分析法被廣泛用于種質(zhì)資源的研究中，該方法將特性相近的品種聚集在一起，便于種質(zhì)資源的評價和利用［22-32］。在本研究中，聚類分析將52份烤煙種質(zhì)資源分成4類，各類的特征差異較大。其中，52號云煙87-1為獨立的一類，但與7號云煙87的距離較近，兩者的親緣關(guān)系較近，相似度較高；另外，40號PD 335與37號PD 114的距離較近，從編號上可以看出是同一系列的資源，兩者的相似度較高，這充分說明了聚類分析的意義。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明：在52份烤煙種質(zhì)資源間致香成分含量的差異較大?？梢詫⑦@些種質(zhì)資源聚為4類，其中第1類的茄酮、β-大馬酮、二氫獼猴桃內(nèi)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類（云煙87-1）的西柏三烯二醇、苯甲醛、新植二烯等含量高，而β-大馬酮、β-二氫大馬酮等含量低；第3類的巨豆三烯酮a、正戊醛等含量高；第4類的香葉基丙酮、寸拜醇、吲哚等含量高，而降茄二酮和新植二烯的含量低。