烤煙煙花游離氨基酸組成及在發(fā)育過(guò)程中的變化研究

關(guān)鍵詞：烤煙；煙花；游離氨基酸；發(fā)育過(guò)程

煙花、煙杈是烤煙生產(chǎn)中的主要廢棄物，因缺乏資源化利用途徑，只能被掩埋處理。研究發(fā)現(xiàn)，打頂所棄煙花含有豐富的香氣成分及其前體物質(zhì)，經(jīng)提取可作為卷煙的香精香料[1]。許春平等[2]利用超聲波水提法提取烤煙花蕾香料，鑒定出57種揮發(fā)性化合物，添加至卷煙后可以增加卷煙制品香氣，使煙氣豐滿(mǎn)醇和。謝勝男等[3]研究發(fā)現(xiàn)紅花大金元煙花腺毛分泌物西柏三烯二醇、蔗糖酯含量豐富，兩者是卷煙香氣的重要前體物質(zhì)。白家峰等[4]以煙花為原料，研究通過(guò)發(fā)酵工藝和美拉德反應(yīng)制備煙用香料。孫振春等[5]研究發(fā)現(xiàn)，煙草花蕾酶解基底制備的美拉德反應(yīng)中間體添加到卷煙中，能有效改善煙氣品質(zhì)，提高香吃味。因此，以煙花為原料制備煙用香精香料是實(shí)現(xiàn)其資源化、高附加值利用的有效途徑。

游離氨基酸是煙草中重要的含氮化合物，在煙花中含量極豐富。游離氨基酸可以與糖類(lèi)物質(zhì)發(fā)生美拉德（Maillard）反應(yīng)，生成吡嗪類(lèi)、呋喃類(lèi)和吡咯類(lèi)等香氣物質(zhì)，部分游離氨基酸如苯丙氨酸等，還可以直接分解為苯甲醇和苯乙醇等香味物質(zhì)，對(duì)烤煙味道和香氣有較大貢獻(xiàn)[6-7]。目前關(guān)于煙花游離氨基酸的研究鮮有報(bào)道，因而解析煙花中游離氨基酸種類(lèi)及含量，探究煙花發(fā)育過(guò)程中的游離氨基酸變化規(guī)律，對(duì)適時(shí)收集煙花，開(kāi)發(fā)煙花在煙用香精香料方面的價(jià)值具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)為山東諸城煙草試驗(yàn)站和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西南（涼山）煙草試驗(yàn)基地?？緹熤袩熖叵?01、中川208和云煙87種子均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所提供。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1不同產(chǎn)地、品種煙花取樣 在諸城和涼山試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)品種選擇代表地塊0.03hm2，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培方式種植，每個(gè)重復(fù)選擇代表煙株10株，在盛花前期打頂，將花苞、花蕾和花朵收集后冷凍干燥，混合后粉碎待用。

1.2.2不同發(fā)育時(shí)期煙花取樣 分別在諸城和涼山試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)代表田塊于盛花前期各選擇生長(zhǎng)一致的代表煙株15株收集煙花，煙花分成蕾苞（花長(zhǎng)1.7cm±0.1cm）、花蕾（花長(zhǎng)3.5cm±0.2cm）、盛花（花長(zhǎng)5.7cm±0.2cm）、凋謝花（花長(zhǎng)5.3cm±0.2cm）4類(lèi)。每株選擇不同發(fā)育時(shí)期花朵2～3朵，稱(chēng)量并計(jì)算各時(shí)期花朵的平均質(zhì)量，每時(shí)期2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別選取平均質(zhì)量±0.01g的5朵花，混合后進(jìn)行測(cè)定，每處理共6次重復(fù)，檢測(cè)游離氨基酸的組成和含量。

1.3游離氨基酸含量測(cè)定

稱(chēng)取0.1g煙花凍干粉加入5mL的游離氨基酸提取液中，25℃超聲提取30min；3000×g離心10min后，取適量上清液用微孔過(guò)濾膜（0.22μm）過(guò)濾，取0.5～1.0mL濾液加入樣品瓶，采用全自動(dòng)氨基酸分析儀（Biochrom30+）進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)比對(duì)樣品的游離氨基酸峰譜和標(biāo)準(zhǔn)氨基酸峰譜，對(duì)樣品中的游離氨基酸進(jìn)行鑒定和定量。結(jié)果用每克干質(zhì)量所含游離氨基酸的毫克數(shù)（mg/g）表示。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用SPSS16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和趨勢(shì)分析。

2結(jié)果

2.1不同產(chǎn)地?zé)熁ㄓ坞x氨基酸組成及含量特征

如表1所示，3個(gè)烤煙品種煙花檢測(cè)到19種游離氨基酸，不同品種中均為天冬酰胺含量最高，其次為脯氨酸，甘氨酸和蛋氨酸含量最低。2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中煙特香301煙花總游離氨基酸含量均顯著高于其他2個(gè)品種，大部分種類(lèi)的游離氨基酸含量也高于其他2個(gè)品種。3個(gè)品種煙花總游離氨基酸的含量均為諸城顯著高于涼山。諸城中煙特香301煙花蘇氨酸、絲氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、蛋氨酸和組氨酸含量顯著高于涼山，其他游離氨酸含量差異不顯著。諸城中川208煙花大部分游離氨基酸含量顯著高于涼山，天冬氨酸、谷氨酸、色氨酸含量顯著低于涼山，甘氨酸、異亮氨酸和色氨酸含量與涼山相當(dāng)。諸城云煙87煙花蘇氨酸、絲氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、丙氨酸、酪氨酸、組氨酸和精氨酸的含量顯著高于涼山，天冬氨酸、谷氨酸、蛋氨酸和色氨酸的含量顯著低于涼山，其他氨基酸含量差異不顯著。山東諸城種植的中煙特香301煙花天冬酰胺和脯氨酸含量最高，分別為25.21mg/g和7.84mg/g；四川涼山種植的云煙87煙花甘氨酸含量最低為0.11mg/g，中川208煙花蛋氨酸含量最低為0.07mg/g。

2.2煙花不同發(fā)育時(shí)期游離氨基酸組成和含量特征

如表2所示，中煙特香301煙花花蕾期較蕾苞期絲氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和甘氨酸含量顯著增加，天冬氨酸、組氨酸和色氨酸差異不大，其他氨基酸顯著降低。進(jìn)入盛花期總游離氨基酸顯著降低，蘇氨酸、蛋氨酸和γ-氨基丁酸含量顯著增加，脯氨酸、酪氨酸和色氨酸差異不大，其他游離氨基酸含量顯著降低。到凋謝期色氨酸含量顯著增加，天冬氨酸、天冬酰胺和甘氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸含量顯著降低。中川208煙花花蕾期較蕾苞期蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、γ-氨基丁酸、色氨酸、總游離氨基酸含量顯著增加，天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和纈氨酸含量變化不大，其他氨基酸含量明顯降低。進(jìn)入盛花期谷氨酸和組氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸含量均顯著降低。進(jìn)入凋謝期絲氨酸和色氨酸含量顯著增加，蘇氨酸和谷氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸顯著降低。云煙87煙花花蕾期較蕾苞期天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量無(wú)明顯變化，其他游離氨基酸含量顯著降低。進(jìn)入盛花期蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、γ-氨基丁酸和色氨酸含量變化不大，其他氨基酸含量顯著降低。進(jìn)入凋謝期苯丙氨酸和色氨酸含量顯著升高，甘氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、γ-氨基丁酸和精氨酸含量變化不大，其他游離氨基酸含量顯著降低。

3個(gè)品種總游離氨基酸蕾苞和花蕾期總游離氨基酸含量最高，中煙特香301煙花達(dá)到61.00mg/g以上。在各個(gè)發(fā)育時(shí)期天冬酰胺和脯氨酸均為煙花中主要游離氨基酸，花蕾期含量最高，在中煙特香301中可達(dá)到33.16mg/g和9.54mg/g。

2.3煙花發(fā)育過(guò)程中游離氨基酸變化趨勢(shì)

3個(gè)烤煙品種煙花發(fā)育過(guò)程中游離氨基酸含量變化趨勢(shì)如圖1所示，所有游離氨基酸共呈現(xiàn)5種變化趨勢(shì)：趨勢(shì)①游離氨基酸含量逐漸下降，趨勢(shì)②游離氨基酸含量先增高后降低，趨勢(shì)③先降低后在凋謝期升高，趨勢(shì)④游離氨基酸含量先降低再升高再降低，趨勢(shì)⑤游離氨基酸先升高再降低再升高。3個(gè)品種煙花有10種游離氨基酸在發(fā)育過(guò)程中含量變化趨勢(shì)一致（表3），其中纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、賴(lài)氨酸、組氨酸和精氨酸含量呈現(xiàn)趨勢(shì)①；天冬酰胺和脯氨酸含量呈現(xiàn)趨勢(shì)②；色氨酸含量呈現(xiàn)趨勢(shì)③；趨勢(shì)一致的游離氨基酸含量占總游離氨基酸含量75%以上。3個(gè)品種煙花發(fā)育過(guò)程中含量變化趨勢(shì)不一致的游離氨基酸有9種，其中苯丙氨酸和天冬氨酸有2個(gè)品種變化趨勢(shì)一致，其他7種游離氨基酸則品種間含量變化趨勢(shì)均不同。

3討論

烤煙中游離氨基酸在調(diào)制加工、燃燒過(guò)程中可以與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，生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，對(duì)烤煙煙氣具有重要貢獻(xiàn)[8-9]。游離氨基酸與還原糖氨基酸的種類(lèi)和數(shù)量對(duì)美拉德產(chǎn)物豐富程度具有顯著影響[10]，當(dāng)兩者參與反應(yīng)的質(zhì)量比相當(dāng)時(shí)，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物生成量最高[11-12]。大量煙草化學(xué)方面研究發(fā)現(xiàn)烤煙煙葉還原糖均值在21%～25%之間[13]，游離氨基酸均值6～16mg/g[14-16]。煙葉中的還原糖含量遠(yuǎn)高于游離氨基酸含量，參與美拉德反應(yīng)的游離氨基酸含量明顯不足。本研究中的3個(gè)品種煙花總游離氨基酸含量均超過(guò)30.00mg/g，特別是中煙特香301煙花含量更高，遠(yuǎn)高于報(bào)道的烤煙煙葉游離氨基酸的含量。因而，將煙花作為卷煙香原料，可以彌補(bǔ)煙葉的不足，為卷煙燃燒過(guò)程產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)提供更多游離氨基酸作為底物，從而改善和豐富卷煙煙氣。

煙葉中含有多種游離氨基酸，不同種類(lèi)游離氨基酸與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)可以產(chǎn)生不同香氣物質(zhì)，對(duì)卷煙煙氣具有不同貢獻(xiàn)。天冬酰胺與煙葉中的果糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成吡嗪類(lèi)和呋喃類(lèi)等化合物，表現(xiàn)為焦糖香[17]；脯氨酸與葡萄糖/果糖反應(yīng)可以生成烯醇酮和呋喃酮，對(duì)卷煙煙氣甜味貢獻(xiàn)較大[18]。甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物主要為吡嗪類(lèi)和吡啶類(lèi)物質(zhì)，分別表現(xiàn)為果香、焦糖香、焦糊香、甜香、花香和爆米花樣香氣，可以提高煙氣濃度，使煙氣更豐滿(mǎn)，蛋氨酸的美拉德產(chǎn)物可以降低卷煙評(píng)吸質(zhì)量，而其他游離氨基酸美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)評(píng)吸質(zhì)量影響不大[19]。本研究發(fā)現(xiàn)煙花中含有19種游離氨基酸，包含上述7種有效游離氨基酸。煙花中天冬酰胺和脯氨酸含量最高，占煙花總游離氨基酸50%以上，甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸占煙花總游離氨基酸的8%左右，天冬酰胺和脯氨酸是煙花中可參與美拉德反應(yīng)，且對(duì)煙氣有貢獻(xiàn)的主要游離氨基酸。

本研究發(fā)現(xiàn)，在煙花發(fā)育過(guò)程中天冬酰胺和脯氨酸含量呈先增高后降低的趨勢(shì)，且在花蕾期含量最高，再綜合考慮甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸在發(fā)育過(guò)程中的變化趨勢(shì)，建議選擇花蕾比例較高的煙花作為香原料，并以此為依據(jù)進(jìn)行田間打頂煙花的收集和干煙花原料的收購(gòu)。此外，本研究參試的3個(gè)品種中煙特香301總游離氨基酸、天冬酰胺、脯氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸含量顯著高于其他2個(gè)品種，有效游離氨基酸含量更高，更適合作為煙花原料資源。山東諸城和四川涼山相比，諸城的煙花總氨基酸、天冬酰胺、脯氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸含量較高，更適合作為煙花原料產(chǎn)地。

4結(jié)論

烤煙煙花含有19種游離氨基酸，總游離氨基酸含量達(dá)到30mg/g以上，其中天冬酰胺、脯氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸的美拉德產(chǎn)物對(duì)煙氣香吃味具有重要貢獻(xiàn)，是煙花中參與美拉德反應(yīng)的主要有效氨基酸。天冬酰胺和脯氨酸含量最高，占煙花總游離氨基酸50%以上。煙花在花蕾期時(shí)上述7種有效氨基酸含量最高，因而盛花前打頂?shù)臒熁ㄗ鳛闊熁ㄔ腺|(zhì)量更優(yōu)。品種間、產(chǎn)地間7種有效游離氨基酸含量差異明顯，中煙特香301較中川208和云煙87更適合作為煙花原料資源，山東諸城較四川涼山更適合作為煙花原料產(chǎn)地。