干燥方式對煙花有機(jī)酸含量的影響及判別分析

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081；3.山東臨沂煙草有限公司，山東臨沂276000；4.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，濟(jì)南250013)

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-5119（2025）02-0069-06

Effects of Drying Methods on Organic Acid Contents of Tobacco Flowers and Discriminant Analysis

XU Minglei1，2， HOU Xiaodong1， ZHANG Zhongfeng1， TIAN Lei3*，WEI Yulei4，HAN Xiao1， TAN Xiaolei3，DU Yongmei1* (1.Tobacco ResearchInstituteofCAAs，Qingdao266101，China;2.Graduate SchoolofChineseAcademyofAgriculturalSiences， Beijing100081，China;3.ShandongLinyiTobaccoCo.，Ltd.，Linyi2760oo，Shandong，China; 4.TechnologyCenterofChina Tobacco Shandong Industry Co.，Ltd.， Jinan 25oo13，China)

Abstract: Toexplore the utilizationoftobaccoflower in tobacco flavoringapplications and establish disriminant modelfordrying methods basedon keyorganic acids，GC/MS was employed toanalyze the diferences inorganic acid content acrossseven drying methods.Partialleastsuaes-dimantaalysis(-)asedtoidntifyeydirentialoganiccis，flodbyisher discriminantanalysis toconstructadiscriminantmodel foridentifyingdrying methods.Resultsshowedas thefollows.(l)Volatile acidsintobaccoflowerstreatedwithdiferentdryingmethodswereidentifiedasbenzoicacid，phenylaceticacidand3- methylpentanoic acid (with characteristic aroma)， with total content ranging from 116 to 1 8 1 μ g / g . The total content of non-volatile acids ranged from 59.7 to 7 7 . 0 m g / g ，with the sum of oxalic acid， malic acid and citric acid content accounting for approximately 9 2 . 5 % to 9 7 . 8 % of the total. The total content of higher fatty acids ranged from 22.4 to 6 5 . 2 m g / g ，with unsaturated fatty acids (oleic acid，linoleic acid，and linolenic acid) accounting for about 5 8 . 7 % to 7 6 . 6 % of the total. (2) Drying methods significantly affected organic acidcontents: airdrying achieved thehighest volatile acid content，folowed byprogrammed heating drying andsun drying， whereas freeze drying yielded the lowest.Non-volatileacidsreached peak levels during freeze drying，whereastheir minimum content were observed in constant temperature drying. The total content of higher fatty acids was the highest in freeze drying andthelowest inairdrying.(3)PLS-DAclasifiedthesevendrying metodsintofivecategories:freezedrying，programmedheating drying，constanttemperaturedrying，sundrying，andairdrying.BasedontheVIPvaluesfromthePLS-DAmodel，sevenkey diferentialoanccids，elytaricid，leiccidiccidliccidiriccid，sticcidndacid wereidentifiedascharacteristicmarkersSubsequetlyaFisherdisrimiantmodelwasestablishdforthfivecategorsoftobac flower drying methods， with classification accuracies of 9 6 . 7 % in the training set and 1 0 0 % in the test set. In summary， the organic acid profiles of tobacco flowers subjected to air drying，sun drying，or programmed heating drying (up to ）exhibitgreater suitabilityfortobacoflavoringapplications.Organicacidscanserveascharacteristicchemicalcomponentsforeffectively discriminating tobacco flower resources obtained from different drying methods.

Keywords: tobacco flowers; drying method; organic acid; PLS-DA; Fisher discriminant analysis

烤煙是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物。在烤煙生長過程中，開花期摘除其花序(以下簡稱煙花)，是保障煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的必要措施。目前，大田摘除的煙花，大部分被丟棄在田間或掩埋處理，不僅造成資源浪費(fèi)，還增加了田間病害傳播風(fēng)險。近年來，有關(guān)煙花致香成分提取作為卷煙增香添加劑的研究受到較多關(guān)注。陳興等[]采用超臨界 技術(shù)萃取紅花大金元煙花致香物質(zhì)，并從萃取物中鑒定出45種香氣成分；許春平等[2]、孫振春等[3]、魏玉磊等[4]分別研究證明，煙草花蕾或其酶解提取液是制備煙用美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的優(yōu)異原料；付秋娟等[5]、解勝男等分別研究發(fā)現(xiàn)，煙花中含有豐富的腺毛分泌成分西柏烷二萜、蔗糖酯，二者是煙草特征香氣的重要前體物質(zhì)。

煙草有機(jī)酸不僅具有調(diào)節(jié)煙氣酸堿度、醇和煙氣、降低煙氣刺激性的重要作用[7]，許多內(nèi)源性有機(jī)酸還具有甜香、奶酪香、藥草香等香味特征，尤其是閾值較低的小分子揮發(fā)酸，在加香后能夠產(chǎn)生較大的風(fēng)味貢獻(xiàn)[8]。富含有機(jī)酸的煙草提取物[]或酸香類植物提取物[10是卷煙配方加香加料的常用組分。劉志凱等[11]研究表明，煙葉中提取獲得的蘋果酸等酸味組分能顯著增強(qiáng)單料煙中的酸香感，并且降低單料煙中嗅香-豆香、苦味等感受。目前關(guān)于煙花有機(jī)酸組成及含量特征還未見報道。

田間摘除的新鮮煙花水分含量較高，難以存儲。干燥是降低植物原料(中藥材、功能食品等)水分使其便于存儲和運(yùn)輸并保持或提高其有效成分的重要技術(shù)。研究表明，干燥工藝顯著影響植物有機(jī)酸[12-13]及其他有效成分[14-15]，進(jìn)而影響植物源香料提取物的風(fēng)味特性。魏玉磊等[4]發(fā)現(xiàn)，干燥方式對煙花還原糖含量及游離氨基酸含量影響顯著，從美拉德反應(yīng)前體物提取利用的角度，建議選擇晾干、曬干或程序升溫（至 )干燥。

正確判別煙花原料干燥工藝，是保障煙花原料質(zhì)量的必要措施。不同干燥方式獲得的煙花原料外觀、物理特性相似，人為鑒別困難。近年來，基于化學(xué)成分對研究對象的品種、產(chǎn)地、工藝等進(jìn)行判別分析，已成為重要農(nóng)產(chǎn)品、中藥材等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[16-18]，而基于判別分析鑒定煙花干燥工藝的研究尚未報道。本研究分別以中川208、紅花大金元煙草花朵、花蕾為原料，應(yīng)用GC/MS檢測煙花主要有機(jī)酸組成和含量，綜合應(yīng)用方差分析、偏最小二乘-判別分析、Fisher判別分析，研究干燥方式對煙花有機(jī)酸含量的影響，并基于關(guān)鍵差異有機(jī)酸建立煙花原料干燥方式的判別模型，實(shí)現(xiàn)對煙花原料干燥方式的準(zhǔn)確判別，擬為煙花資源的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用提供研究基礎(chǔ)。

一 材料與方法

1.1供試材料及試劑

供試烤煙品種為紅花大金元(紅大）、中川208，種植于四川西昌西南煙草試驗(yàn)基地，根據(jù)當(dāng)?shù)卦耘嗉夹g(shù)進(jìn)行種植管理。打頂期，品種選擇代表煙株各50株，從打頂摘除的花序中分別摘取花蕾[長度( 3 . 5±0 . 2 ）cm]及開放花朵[長度( 5 . 7±0 . 2 ? ）cm]，作為供試煙花材料。

檢測試劑：己二酸內(nèi)標(biāo)、十七烷酸內(nèi)標(biāo)、19種有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品（ ? 9 8 . 0 % ，美國SigmaAldrich公司)，甲醇、濃 、乙酸乙酯(分析純，國藥)。

1.2 儀器與設(shè)備

CHRIST冷凍干燥機(jī)（德國CHRIST公司）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠）、小型電熱溫濕度自控干燥箱(鄭州容大科技發(fā)展有限公司）、Agilent7890GC/5975MS氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent

公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1干燥方式設(shè)置供試煙花材料設(shè)置7個干燥處理：冷凍干燥（Freezedrying，F(xiàn)D）、程序升溫至 $5 9 \\ { ^ \\circ } \\mathrm { C } / 6 5 \\ { ^ \\circ } \\mathrm { C }$ 干燥(Program heating up drying，PD59/PD65）、恒溫 干燥(Con-stant temperature drying，CD59/CD65）、曬干（Sun drying，SD）、晾干（Air drying，AD）。2個品種(紅大、中川208)的花朵、花蕾均分別進(jìn)行7種干燥方式處理，每處理3次重復(fù)，共獲得84份不同干燥方式的煙花樣品材料。不同干燥方式具體處理同魏玉磊等[4]方法。

1.3.2有機(jī)酸定性及定量測定參考劉百戰(zhàn)等[19]方法用硫酸-甲醇對煙花有機(jī)酸進(jìn)行甲酯化，再用乙酸乙酯萃取后進(jìn)行GC/MS分析。色譜柱HP-FFAP， 3 0 m×3 2 0 μ m×0 . 2 5 μ m ，載氣為氦氣，流速 1 . 5 m L / m i n ，進(jìn)樣口溫度 ，進(jìn)樣量 1 μ L 分流比 1 0 : 1 ，色譜柱起始溫度 $4 0 \\ { ^ \\circ \\mathrm { C } }$ ，保持 3 m i n 以 升至 ，保持 1 m i n ，以 升至 ，保持 5 m i n 。質(zhì)譜傳輸線溫度： 5四級桿溫度 ；EI離子源溫度 ；電離能量 7 0 e V 。應(yīng)用SCAN模式獲得有機(jī)酸總離子流圖和質(zhì)譜圖，通過NIST質(zhì)譜庫檢索，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)樣品保留時間對煙花有機(jī)酸進(jìn)行定性。揮發(fā)性有機(jī)酸、非揮發(fā)酸以已二酸為內(nèi)標(biāo)，高級脂肪酸以十七烷酸為內(nèi)標(biāo)，采用選擇性離子監(jiān)測(SIM)內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

1.3.3Fisher判別分析使用正態(tài)隨機(jī)數(shù)法將供試84份煙花樣品隨機(jī)分散排列，前60份樣品作為訓(xùn)練集建立判別函數(shù)，構(gòu)建判別分析模型，后24份樣品作為測試集檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確度。

1.3.4數(shù)據(jù)分析使用DPS14.50進(jìn)行統(tǒng)計分析；SIMCA14.1進(jìn)行偏最小二乘法-判別分析；Origin2021進(jìn)行Fisher判別分析。

2結(jié)果

2.1不同干燥方式煙花有機(jī)酸組成及含量特征

由于不同干燥方式對不同煙草品種花朵、花蕾有機(jī)酸含量影響規(guī)律基本一致，為節(jié)約篇幅，表1僅列出了不同干燥方式的紅大煙草花朵有機(jī)酸含量的差異分析結(jié)果。由表1看出，不同干燥方式煙花中共檢測到19種有機(jī)酸，包括3種揮發(fā)性有機(jī)酸、10種非揮發(fā)有機(jī)酸、6種高級脂肪酸。揮發(fā)酸中包括苯甲酸、苯乙酸、3-甲基戊酸，總量為 1 1 6 ～ 1 8 1 μ g / g ；非揮發(fā)酸總量達(dá) ，其中，草酸、蘋果酸、檸檬酸含量之和占非揮發(fā)酸總量的 9 2 . 5 %～9 7 . 8 % ，為主要的非揮發(fā)酸；高級脂肪酸總量達(dá) 2 2 . 4～6 5 . 2 m g / g ，其中不飽和脂肪酸(油酸、亞油酸、亞麻酸)占 5 8 . 7 %～7 6 . 6 % 。

2.2不同干燥方式煙花有機(jī)酸含量差異性分析

由表1看出，不同干燥方式煙花揮發(fā)酸總量順序?yàn)椋毫栏?> 程序升溫干燥、曬干 > 恒溫干燥 > 冷凍干燥。苯甲酸、苯乙酸含量大小順序與揮發(fā)酸總量基本一致。3-甲基戊酸含量則在冷凍干燥、程序升溫干燥條件下較高，其次是晾干、曬干，恒溫干燥條件下最低。

不同干燥方式煙花非揮發(fā)酸總量順序?yàn)椋豪鋬龈稍?> 程序升溫干燥 > 晾干 > 曬干、恒溫干燥。主要的非揮發(fā)酸草酸、蘋果酸含量大小順序與非揮發(fā)酸總量基本一致。而檸檬酸含量則是晾干>冷凍干燥、程序升溫干燥 : > 恒溫干燥、曬干。

干燥方式對煙花亞油酸、亞麻酸、高級脂肪酸總量影響較大，其含量順序?yàn)椋豪鋬龈稍?> 恒溫干燥 程序升溫干燥、曬干 > 晾干，冷凍干燥方式的煙花亞油酸、亞麻酸、高級脂肪酸總量分別是晾干干燥的3.48、5.96、2.91倍。干燥方式對硬脂酸含量影響相對較小。晾干條件下棕櫚酸含量顯著低于其他干燥方式。冷凍干燥下油酸含量顯著高于其他干燥方式。

根據(jù)方差分析結(jié)果，與冷凍干燥方式相比，加熱與晾、曬干燥均能顯著提高煙花揮發(fā)性有機(jī)酸總量，降低非揮發(fā)有機(jī)酸、高級脂肪酸總量，其中晾干煙花有機(jī)酸含量變化最大。在最高加熱溫度相同的條件下，程序升溫干燥的煙花揮發(fā)酸與主要非揮發(fā)酸(草酸、檸檬酸、蘋果酸)含量顯著高于恒溫干燥，而含量較高的高級脂肪酸（亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸)則顯著低于恒溫干燥。同為程序升溫干燥， 干燥的煙花其揮發(fā)酸、非揮發(fā)酸總量顯著高于 ，高級脂肪酸含量間無顯著差異；而恒溫干燥條件下， 干燥的煙花其高級脂肪酸含量顯著高于 ，揮發(fā)酸、非揮發(fā)酸總量間無顯著差異。

2.3 不同干燥方式煙花有機(jī)酸偏最小二乘-判別分析

PLS-DA可對組間觀察值進(jìn)行有效區(qū)分，并找到導(dǎo)致組間差異的關(guān)鍵變量。用SIMCA14.1建立了7種干燥方式煙花代表樣品有機(jī)酸含量的PLS-DA模型，得到其得分圖和VIP值圖(圖1和圖2)，該模型自變量擬合指數(shù) ，因變量擬合指數(shù) ，預(yù)測能力 ， 和 數(shù)值均大于0.5，說明該模型可靠。從得分圖上看，恒溫 與恒溫 干燥得分接近，程序升溫 與程序升溫 干燥得分距離較為接近，因此，相對于升溫方式，加熱溫度的變化對有機(jī)酸含量影響較小。根據(jù)得分距離可將7種干燥方式分為5類：冷凍干燥、程序升溫干燥、恒溫干燥、曬干、晾干。VIP值能夠量化每個變量對分組的貢獻(xiàn)度，一般認(rèn)為VIP值大于1的組分對組間分類具有顯著貢獻(xiàn)，由此選擇戊二酸、油酸、硬脂酸、草酸、檸檬酸、肉豆蔻酸、苯乙酸，作為區(qū)分不同干燥方式煙花特征有機(jī)酸。

2.4基于特征有機(jī)酸的煙花干燥方式Fisher判別分析

雖然PLS-DA能對已知樣品進(jìn)行分類并篩選出關(guān)鍵變量，但無法對未知樣品進(jìn)行分類預(yù)測，所以在PLS-DA分析基礎(chǔ)上，將篩選的7種特征有機(jī)酸作為關(guān)鍵變量，采用Fisher判別分析法對煙花5類干燥方式建立判別分析函數(shù)及模型，并檢驗(yàn)其預(yù)測效果。共建立4個判別分析函數(shù)，其中前2個函數(shù)的特征值分別為8.39、3.62，方差百分比分別為6 5 . 8 6 % 、 2 8 . 4 4 % ，累計達(dá) 9 4 . 3 0 % ，經(jīng)Willks’Lam-bda檢驗(yàn)，兩判別函數(shù) a 值均為 0 . 0 0 ( < 0 . 0 1 ) ，具有判別意義，因此可選擇前2個判別函數(shù)構(gòu)建模型。從不同干燥方式有機(jī)酸判別分析得分圖(圖3)中可以看出，不同干燥方式煙花樣品得分較為集中，模型具有較好的判別效果，其中，訓(xùn)練集的回判正確率為 9 6 . 7 % ，測試集的預(yù)測正確率為 100 % 。綜上，該判別分析模型有較好的預(yù)測能力，能夠有效判別不同干燥處理的煙花原料。

3討論

煙花主要揮發(fā)酸為具有特征香味的苯甲酸、苯乙酸、3-甲基戊酸，苯甲酸具有清淡的醇和香氣，苯乙酸可賦予煙氣蜂蜜樣的甜味，3-甲基戊酸具有酸香、水果香、奶酪香特征[8，三者均是閾值較低的香氣成分[20]，微量添加即可對煙氣香吃味產(chǎn)生較高的貢獻(xiàn)度。苯甲酸、苯乙酸為芳香氨基酸的降解產(chǎn)物，3-甲基戊酸為蔗糖酯的主要降解產(chǎn)物[21]，煙花中以上揮發(fā)酸含量較高可能與其芳香類氨基酸及腺毛分泌成分含量豐富有關(guān)。煙花高級脂肪酸含量豐富，占 2 . 2 %～6 . 5 % ，約為煙葉( 0 . 7 5 % ～ 1 . 1 % [7的2\\~6倍。高級脂肪酸可提高煙氣醇和性，但不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸含量過高，則可能增加煙氣的刺激性[7]。因此，利用干燥技術(shù)提高煙花揮發(fā)酸含量，降低其不飽和脂肪酸含量，可能有助于提高煙花提取物香料品質(zhì)。

不同干燥方式對煙花不同有機(jī)酸含量影響大小及規(guī)律存在差異，與其他植物原料研究結(jié)果相似[12-13]。根據(jù)本研究結(jié)果，煙花揮發(fā)酸在晾干條件下含量最高，其次是程序升溫干燥、曬干，不飽和高級脂肪酸在晾干條件下含量最低，其次是曬干、程序升溫干燥。程序升溫 與 干燥相比，前者揮發(fā)酸含量顯著高于后者，而不飽和高級脂肪酸含量差異不顯著，因此，綜合考慮新鮮煙花的干燥成本及不同有機(jī)酸含量組成特征，建議不同產(chǎn)區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚣霸O(shè)施條件，因地制宜選擇晾、曬干燥或程序升溫 干燥。本研究與魏玉磊等[4]基于煙花還原糖、游離氨基酸含量組成特征而篩選的煙花適宜干燥方式的結(jié)果一致。因此，為開發(fā)大田廢棄煙花在煙用香料方面的利用價值，本研究進(jìn)一步為煙花資源干燥技術(shù)的選擇與利用提供了理論依據(jù)。

FAN等[18]通過正交偏最小二乘-判別分析(OPLS-DA)模型篩選出9個不同產(chǎn)地間炒甘草的差異性成分，由此建立的Fisher判別分析函數(shù)實(shí)現(xiàn)了炒甘草產(chǎn)地來源的有效鑒別。本研究利用PLS-DA模型對5類干燥方式煙花原料實(shí)現(xiàn)了較好的區(qū)分，并從19種有機(jī)酸變量中篩選出7種關(guān)鍵差異性有機(jī)酸變量一苯乙酸、戊二酸、草酸、檸檬酸、肉豆蔻酸、油酸、硬脂酸，以此建立的Fisher判別模型實(shí)現(xiàn)了5類干燥方式的高效判別。煙花有機(jī)酸含量豐富，且測定較為簡便，在煙花原料干燥與采購環(huán)節(jié)，通過檢測關(guān)鍵有機(jī)酸含量，快速判別其干燥工藝是否符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，從而篩選出適用于香料提取的高品質(zhì)原料。利用關(guān)鍵差異有機(jī)酸進(jìn)行干燥方式的判別瀕源，可為干煙花原料干燥工藝標(biāo)準(zhǔn)化及質(zhì)量控制提供判別技術(shù)支撐。

4結(jié)論

本研究表明，不同干燥方式煙花中揮發(fā)性有機(jī)酸為具有特征香味的苯甲酸、苯乙酸、3-甲基戊酸；主要的非揮發(fā)酸為草酸、蘋果酸、檸檬酸；高級脂肪酸尤其是不飽和脂肪酸含量豐富。加熱與晾、曬干燥均能顯著提高煙花揮發(fā)性有機(jī)酸總量，降低非揮發(fā)有機(jī)酸、高級脂肪酸總量，晾、曬或程序升溫（至 )干燥的煙花有機(jī)酸組成更適宜于煙用香料提取利用。PLS-DA可將7種干燥方式分為5類：冷凍干燥、程序升溫干燥、恒溫干燥、曬干、晾干。以不同干燥方式煙花7種差異性特征有機(jī)酸（戊二酸、油酸、硬脂酸、草酸、檸檬酸、肉豆蔻酸、苯乙酸)建立的Fisher判別分析模型可實(shí)現(xiàn)對煙花5類干燥方式的有效判別。本研究為煙花資源的開發(fā)利用提供了干燥技術(shù)及判別技術(shù)支撐。

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