賀帆,王濤,王戰(zhàn)義,史龍飛,楊曉亮,宮長(zhǎng)榮
1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州 450002;
2 曲靖市煙草公司師宗分公司,曲靖 655700;
3 安徽華環(huán)國(guó)際煙草有限公司,滁州 233121;
4四川煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司,成都 610041
變黃期不同溫濕度對(duì)烘烤中煙葉蛋白質(zhì)降解及酶活性的影響
賀帆1,王濤2,王戰(zhàn)義3,史龍飛4,楊曉亮1,宮長(zhǎng)榮1
1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州 450002;
2 曲靖市煙草公司師宗分公司,曲靖 655700;
3 安徽華環(huán)國(guó)際煙草有限公司,滁州 233121;
4四川煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司,成都 610041
為合理調(diào)控?zé)熑~蛋白質(zhì)含量、提高煙葉質(zhì)量,研究不同溫濕度對(duì)煙葉蛋白質(zhì)降解和蛋白酶、內(nèi)肽酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性的變化規(guī)律。結(jié)果表明,密集烘烤過程中,變黃期不同溫濕度下煙葉水分、蛋白質(zhì)、氨基酸及其相關(guān)酶活性的變化規(guī)律基本一致;水分和蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢(shì),氨基酸含量一直增加,蛋白酶和內(nèi)肽酶活性呈先升高后降低而后再升高的“雙峰曲線”變化;谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性在烘烤開始時(shí)有小幅度增加,并出現(xiàn)一個(gè)小的峰值,然后呈下降趨勢(shì),從60 h起急劇升高并達(dá)到最大值;且內(nèi)肽酶活性與可溶性蛋白質(zhì)相關(guān)性顯著,和游離氨基酸相關(guān)性極顯著;谷丙轉(zhuǎn)氨酶只和游離氨基酸相關(guān)性顯著。密集烘烤低溫中濕變黃處理煙葉中性蛋白酶、內(nèi)肽酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性高且作用時(shí)間較長(zhǎng),有利于煙葉內(nèi)蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的合理轉(zhuǎn)化。
密集烘烤;煙葉;蛋白質(zhì);氨基酸;內(nèi)肽酶;轉(zhuǎn)氨酶
蛋白質(zhì)既是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組分也是細(xì)胞生物功能的執(zhí)行者[1]。而煙葉內(nèi)的蛋白質(zhì)對(duì)于其吸味品質(zhì)卻有不利的影響;煙葉內(nèi)的蛋白質(zhì)含量過高,燃吸時(shí)會(huì)產(chǎn)生如同燃燒羽毛的臭味,辛辣和苦澀的感覺增加;但蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸能與還原糖類發(fā)生酶催化或非酶催化反應(yīng)或其自身可直接分解形成一系列對(duì)煙葉品質(zhì)有利的香味物質(zhì)[2]。目前,相關(guān)研究指出,烘烤前通過苗期適當(dāng)剪葉[3]、田間光照強(qiáng)度[4]和光質(zhì)變化[5],烤后通過噴施微生物[6]或酶制劑[7]均能一定程度上降低煙葉蛋白質(zhì)含量。目前普遍認(rèn)為,烘烤過程中煙葉蛋白質(zhì)降解量為鮮煙葉的60%以上。因此,通過合理調(diào)控密集烘烤環(huán)境對(duì)促進(jìn)煙葉內(nèi)蛋白質(zhì)的降解和煙葉品質(zhì)的提高具有重要意義。宮長(zhǎng)榮[8-9]等研究表明,烘烤環(huán)境溫濕度對(duì)煙葉蛋白酶活性具有重要影響,而蛋白酶的活性對(duì)蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的積累影響顯著。目前,植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解被普遍認(rèn)為先由內(nèi)肽酶起作用,將蛋白質(zhì)水解成小肽,再由外肽酶將小肽水解成氨基酸[10-11]。同時(shí)植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)氨酶對(duì)氨基酸的種類和含量有重要影響[12]。但有關(guān)密集烘烤過程中烘烤環(huán)境溫濕度對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸含量及其與蛋白酶、內(nèi)肽酶和轉(zhuǎn)氨酶活性變化關(guān)系的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過研究密集烘烤條件下不同變黃溫濕度對(duì)煙葉蛋白質(zhì)降解規(guī)律及其相關(guān)酶活性的變化關(guān)系,旨在為特色優(yōu)質(zhì)煙葉烘烤關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化和提高煙葉質(zhì)量提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2010~2011年在河南省許昌市襄城縣王洛鎮(zhèn)謝莊村進(jìn)行,試驗(yàn)田土壤肥力中等。供試品種中煙100,5月10日移栽,行距120 cm,株距50 cm,田間管理按優(yōu)質(zhì)烤煙栽培生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。以中部葉(第9~12位葉)為試驗(yàn)材料,煙葉成熟時(shí)按照葉位進(jìn)行采收。
采用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的電熱式溫濕自控密集烤煙箱進(jìn)行烘烤,烘烤時(shí)裝煙密度65 kg·m-3。變黃期共設(shè)置6個(gè)處理,T1:低溫低濕變黃(變黃期干球溫度38℃,相對(duì)濕度75%~70%);T2:低溫中濕變黃(變黃期干球溫度38℃,相對(duì)濕度85%~80%);T3:低溫高濕變黃(變黃期干球溫度38℃,相對(duì)濕度95%~90%);T4:高溫低濕變黃(變黃期干球溫度40℃,相對(duì)濕度75%~70%);T5:高溫中濕變黃(變黃期干球溫度40℃,相對(duì)濕度85%~80%);T6:高溫高濕變黃(變黃期干球溫度40℃,相對(duì)濕度95%~90%)。處理開始前與結(jié)束后按照三段式烘烤技術(shù)進(jìn)行正常烘烤。每個(gè)處理分別于烘烤過程中每隔12h取一次樣,切去葉尖和葉基部,留葉中部分,用于水分、蛋白質(zhì)、氨基酸含量和相關(guān)酶活性的測(cè)定。
水分含量的測(cè)定采用烘干稱重法[13],可溶性蛋白和游離氨基酸含量分別采用考馬斯亮蘭和茚三酮比色法測(cè)定[14],中性蛋白酶活性采用段輝國(guó)方法改進(jìn)后測(cè)定[15],內(nèi)肽酶活性參照Reimerdes的方法[16],轉(zhuǎn)氨酶活性采用吳良?xì)g方法測(cè)定[17]。
采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖,用SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
由圖1可知,烘烤過程中,變黃期不同溫濕度處理煙葉水分含量變化趨勢(shì)相同。在0~24 h平均失水速度為0.16%/h,24 h ~84 h平均失水速度為0.99%/h。各處理之間,失水量和失水速度T4>T5>T6>T1>T2>T3。其中,高溫變黃的 3 個(gè)處理煙葉失水速度和失水量明顯高于低溫變黃;而相同變黃溫度下,低濕處理的煙葉水分變化明顯快于中濕處理和高濕處理。84 h以后葉片基本干燥,失水速度明顯減慢,各處理之間差異明顯減小。
圖1 烘烤過程中煙葉水分含量變化Fig.1 Changes of water content in tobacco leaves during fluecuring
密集烘烤過程中,煙葉中可溶性蛋白質(zhì)含量逐漸降低。由圖2-1可知,可溶性蛋白質(zhì)降解速度呈現(xiàn)“慢~快~慢”的變化規(guī)律。高溫變黃條件下,可溶性蛋白質(zhì)降解程度低,不同濕度處理的可溶性蛋白質(zhì)含量高于低溫各處理。低溫變黃條件3個(gè)濕度處理中以中濕變黃處理可溶性蛋白質(zhì)分解最多,可溶性蛋白質(zhì)含量最低。
由圖2-2可知,密集烘烤環(huán)境變黃期溫濕度條件對(duì)烘烤游離氨基酸的變化速度和含量影響顯著。隨著烘烤進(jìn)程的推進(jìn),6個(gè)變黃溫濕度處理游離氨基酸的含量均呈上升趨勢(shì),但上升幅度不同。其中游離氨基酸含量都在0~36 h緩慢上升,各處理間差異不大,36 h后游離氨基酸含量急劇上升。在低溫變黃條件下,游離氨基酸含量積累較多,煙葉內(nèi)游離氨基酸含量T2>T3>T1。在高溫變黃條件下,3個(gè)濕度處理游離氨基酸含量上升幅度不大,積累較少。
圖2 烘烤過程中可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸含量變化Fig.2 Changes of soluble protein and free amino acid during flue-curing
由圖3可知,密集烘烤過程中各處理之間煙葉中性蛋白酶活性變化趨勢(shì)基本一致,呈先升高后降低再升高的“雙峰曲線”。其中,在低溫變黃條件下,蛋白酶活性在烘烤的開始階段較低,隨著烘烤進(jìn)程的推進(jìn),酶活性不斷升高,24 h后達(dá)到第1個(gè)峰值,此后略有降低,但不久又重新上升,在60 h左右達(dá)到第2個(gè)峰值。在高溫條件下,烘烤開始中性蛋白酶活性急劇上升,在12 h后達(dá)到高峰,隨后急劇下降;在48 h時(shí)出現(xiàn)第2個(gè)高峰,但是上升幅度很??;高溫變黃處理中性蛋白酶活性的峰值比低溫變黃處理提前12 h左右出現(xiàn)。在相同變黃溫度條件下,不同濕度處理之間酶活性呈現(xiàn)相同的規(guī)律,但酶活性之間略有差異;其中在24 h及以后均以T2處理酶活性較高;T4、T5和A6處理酶活性除12 h前后酶活性較高外,24 h后酶活性均較低。
圖3 烘烤過程中中性蛋白酶活性變化Fig.3 Changes of neutral protease activity during flue-curing
對(duì)密集烘烤過程中煙葉內(nèi)肽酶活性進(jìn)行分析表明(圖4),內(nèi)肽酶活性與中性蛋白酶活性的變化趨勢(shì)相似,呈先升高然后降低而后再升高的“雙峰曲線”變化。烘烤過程中變黃期的溫濕度條件對(duì)內(nèi)肽酶活性影響較大,在低溫變黃條件下,內(nèi)肽酶活性逐漸升高,24 h后達(dá)到第1個(gè)峰值,此后稍有降低,但不久又逐漸升高,在60 h左右達(dá)到第2個(gè)高峰。在高溫變黃條件下,內(nèi)肽酶失活較快,活性較低;烘烤開始后,3個(gè)處理在12 h左右就出現(xiàn)一個(gè)高峰,但隨后急劇下降,雖在48 h時(shí)略有上升,但酶活性較低。在相同變黃溫度條件下,不同濕度處理間酶活性大小略有差異;在中濕變黃條件下,內(nèi)肽酶活性總體維持較高,24 h以后以T2酶活性最高,T3其次,T1最低;在高溫變黃條件下,12 h以后內(nèi)肽酶活性較低且維持時(shí)間較短,但也以中濕處理酶活性略高。
圖4 烘烤過程中內(nèi)肽酶活性變化Fig.4 Changes of endopeptidase activity during flue-curing
轉(zhuǎn)氨酶催化氨基酸和丙酮酸之間的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng),是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶之一,谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)可以催化L-谷氨酸與草酰乙酸合成L-天門冬氨酸,谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)催化谷氨酸與丙酮酸合成丙氨酸。
2.3.3.1 烘烤過程中谷草轉(zhuǎn)氨酶活性變化
密集烘烤過程中煙葉內(nèi)谷草轉(zhuǎn)氨酶活性變化呈先升高后下降而后再升高的趨勢(shì)(圖5-1)。其中,低溫變黃的3個(gè)不同濕度處理均在36 h時(shí)達(dá)到第1個(gè)峰值,然后下降,并在72 h時(shí)達(dá)到第2個(gè)峰值并為最大;高溫變黃的3個(gè)不同濕度處理在24 h時(shí)達(dá)到峰值,也在72 h達(dá)到第2個(gè)峰值并為最大;且整個(gè)烘烤過程中高溫變黃處理酶活性整體上較低溫變黃偏低。在高溫條件下,谷草轉(zhuǎn)氨酶活性上升,在24 h后達(dá)到一個(gè)高峰隨之下降,雖在72 h出現(xiàn)第2個(gè)高峰,但是上升幅度不大。在相同變黃溫度條件下,不同濕度處理的酶活性略有差異;其中相同變黃溫度的中濕變黃處理谷草轉(zhuǎn)氨酶活性明顯高于低濕和高濕處理。各個(gè)處理中以低溫中濕變黃條件(T2)下,谷草轉(zhuǎn)氨酶活性總體維持較高。
2.3.3.2 烘烤過程中谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性變化
由圖5-2可知,密集烘烤過程中谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性與谷草轉(zhuǎn)氨酶活性變化相似,在烘烤開始時(shí)有小幅度增加,并出現(xiàn)一個(gè)小的峰值,然后呈下降趨勢(shì),從60 h起急劇升高并達(dá)到最大值。其中,低溫變黃的3個(gè)處理在36 h時(shí)達(dá)到第1個(gè)峰值,而高溫變黃的3個(gè)處理在24 h時(shí)達(dá)到第1個(gè)峰值;且24 h以前低溫變黃的3個(gè)處理煙葉谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性整體上較高溫變黃處理略低,24 h以后整體上以低溫變黃處理酶活性較高;而6個(gè)處理中又以低溫中濕變黃(T2)處理整體酶活性最高。相同變黃溫度的不同濕度下,低溫變黃,整體上以中濕處理煙葉酶活性最高,其次為高濕處理;高溫變黃,整體上也以中濕處理煙葉酶活性最高,但在48 h以前以低濕處理其次,48 h以后高濕處理煙葉酶活性略高于低濕處理。
圖5 烘烤過程中轉(zhuǎn)氨酶活性變化Fig.5 Changes of glutamic pyruvic transaminase activity during flue-curing
對(duì)烘烤過程中煙葉可溶性蛋白質(zhì)、游離氨基酸與相關(guān)酶活性進(jìn)行相關(guān)分析(表1)可知,不同處理間蛋白質(zhì)降解相關(guān)組分與其酶活性之間相關(guān)性存在明顯差異,低溫變黃3個(gè)處理的相關(guān)性明顯優(yōu)于高溫變黃的3個(gè)處理。其中低溫變黃不同濕度3個(gè)處理,含水量與谷草轉(zhuǎn)氨酶活性均呈負(fù)相關(guān)但不顯著,與谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性顯著負(fù)相關(guān),與可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸含量成績(jī)顯著相關(guān);T1和T2處理的含水量與中性蛋白酶活性相關(guān)性不顯著,但T3呈顯著負(fù)相關(guān);中性蛋白酶活性與谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性之間相關(guān)性不顯著,與可溶性蛋白質(zhì)之間呈負(fù)相關(guān)且相關(guān)性較高,與內(nèi)肽酶呈極顯著相關(guān),而與游離氨基酸呈顯著正相關(guān);內(nèi)肽酶活性與谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性之間相關(guān)性不顯著,與可溶性蛋白質(zhì)均呈顯著負(fù)相關(guān),T1處理中與游離氨基酸含量呈顯著正相關(guān),但在T2和T3處理中呈極顯著正相關(guān);谷草轉(zhuǎn)氨酶活性與谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性均呈極顯著正相關(guān),但與可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸相關(guān)性均不顯著;T1和T2處理谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性與可溶性蛋白質(zhì)之間相關(guān)性均不顯著,與游離氨基酸顯著正相關(guān),T3處理的谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性與可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸相關(guān)性不顯著;可溶性蛋白質(zhì)與游離氨基酸含量之間極顯著負(fù)相關(guān);且高溫變黃3個(gè)處理,可溶性蛋白質(zhì)與游離氨基酸也呈極顯著負(fù)相關(guān)。
表1 煙葉蛋白質(zhì)降解與相關(guān)酶活性的關(guān)系Tab.1 Relationship between protein degradation and different enzymes activities
續(xù)表1
密集烘烤是使煙葉在人為創(chuàng)造的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其脫水干燥和生理生化變化相統(tǒng)一,從而最大程度的彰顯煙葉質(zhì)量特色。相關(guān)研究[18-20]認(rèn)為,密集烘烤變黃期是煙葉內(nèi)生理生化反應(yīng)最劇烈的階段,是淀粉、蛋白質(zhì)和色素等大分子物質(zhì)降解的關(guān)鍵時(shí)期;因此,變黃期的溫濕度對(duì)煙葉質(zhì)量具有重要影響。研究結(jié)果表明,烘烤過程中,不同變黃溫濕度下煙葉水分、蛋白質(zhì)及其相關(guān)酶活性的變化規(guī)律基本一致;水分和蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢(shì),氨基酸含量一直增加,蛋白質(zhì)酶活性均雙峰曲線變化。其中,李常軍[21]、曾志三[22]等研究結(jié)果也表明,烘烤過程中蛋白酶活性呈先升后降再升的變化趨勢(shì),氨基酸含量隨著蛋白質(zhì)含量的下降呈上升趨勢(shì)。不同變黃溫濕度處理下,高溫變黃處理煙葉失水量和失水速度明顯增加;中性蛋白酶活性雖在12 h時(shí)達(dá)到峰值,但隨后急劇下降;而蛋白質(zhì)和氨基酸的降解速度和增加積累量明顯較低溫變黃處理較低。這主要是由于高溫下變黃,煙葉失水率高,膜脂過氧化作用較強(qiáng),變黃持續(xù)時(shí)間短,失水速度快;低溫變黃下,呼吸代謝旺盛,膜脂過氧化作用較弱,變黃持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),有利于生理生化反應(yīng)的進(jìn)行[23]。且李常軍等[8]研究結(jié)果也表明,高溫變黃條件下,煙葉蛋白酶失活較快,導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解緩慢,降解量少,氨基酸積累速度較慢,積累量少。而相同變黃溫度下,高濕處理水分散失速度和散失量雖然較小,但酶活性較低;中濕處理下其中性蛋白酶活性較高,蛋白質(zhì)降解較快,氨基酸積累量多。但李常軍等[9]認(rèn)為在高濕的環(huán)境下有利于蛋白質(zhì)降解和氨基酸的積累。這主要是由于,李常軍等試驗(yàn)較早,是以普通烤房為標(biāo)準(zhǔn),裝煙密度較小;而本試驗(yàn)是以現(xiàn)行密集烘烤為標(biāo)準(zhǔn),裝煙密度大。
目前普遍認(rèn)為,植物葉片中蛋白質(zhì)含量下降的直接原因是由于內(nèi)肽酶活性增強(qiáng)的結(jié)果[24-26]。而谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶主要承擔(dān)轉(zhuǎn)氨作用,調(diào)節(jié)氮元素從谷氨酸向其他氨基酸轉(zhuǎn)移[27]。研究結(jié)果表明,烘烤過程中煙葉內(nèi)肽酶活性與中性蛋白酶活性相似,呈先升高然后降低而后再升高的“雙峰曲線”變化;谷丙轉(zhuǎn)氨酶與谷草轉(zhuǎn)氨酶活性在烘烤開始時(shí)有小幅度增加,并出現(xiàn)一個(gè)小的峰值,然后呈下降趨勢(shì),從60 h起急劇升高并達(dá)到最大值;且內(nèi)肽酶活性與可溶性蛋白質(zhì)相關(guān)性顯著,和游離氨基酸相關(guān)性極顯著;谷丙轉(zhuǎn)氨酶只和游離氨基酸相關(guān)性顯著。而在其他作物的研究[28-29]中也證明,通過相關(guān)農(nóng)業(yè)措施提高作物體內(nèi)內(nèi)肽酶活性能夠顯著促進(jìn)可溶性蛋白質(zhì)降解和氨基酸的積累。
密集烘烤低溫中濕變黃處理煙葉所處的逆境脅迫程度較輕,煙葉中性蛋白酶、內(nèi)肽酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性高且作用時(shí)間較長(zhǎng),有利于煙葉內(nèi)含氮化合物的降解。而蛋白質(zhì)經(jīng)過蛋白酶和內(nèi)肽酶的分解轉(zhuǎn)化后,轉(zhuǎn)氨酶的活性迅速提高,葉內(nèi)的氨基酸得到合理的轉(zhuǎn)化,從而有利于煙葉質(zhì)量的提高。
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Effects of temperature and humility on protein degradation and related enzyme activities in tobacco leaf in yellowing stage
HE Fan1,WANG Tao2,WANG Zhanyi3,SHI Longfei4,YANG Xiaoliang1,GONG Changrong1
1 College of Tobacco Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;
2 Qujing Shizong Tobacco Company,Qujing 655700,China;
3 Huahuan International Tobacco Limited Company,Chuzhou 233121,China;
4 Sichuan Tobacco Leaf Redrying Co.Ltd.,Chengdu 610041,China
Effects of temperature and humility on protein degradation and activity of protease,endopeptidase,glutamic oxaloacetic transaminase(GOT),glutamic pyruvic transaminase(GPT)were studied.Results showed that the variation trend of content of water,protein and amino acid and related enzyme activities was similar under different temperature and humility in yellowing stage.Contents of water and protein showed downward trend.Content of amino acid showed rising trend.Activities of protease and endopeptidase displayed the bimodal curve.Activities of GOT and GPT increased a little at the start of yellowing before showing downward trend,and then increased drastically from 60h.Endopeptidase activity exhibited significant and highly significant relation with soluble protein and free amino acid respectively.GPT activity had significant relation only with free amino acid.Low temperature and average humility could enable higher activities and longer action time of protease,endopeptidase,GOT and GPT in tobacco leaves in yellowing stage,thus favorable for protein degradation and rational conversion of amino acid.
bulk curing; tobacco leaves; protein; amino acid; endoptidase; transaminase
10.3969/j.issn.1004-5708.2014.05.013
S572.09 文獻(xiàn)標(biāo)志嗎:A 文章編號(hào):1004-5708(2014)05-0080-07
國(guó)家煙草專賣局重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(TS-01-2011006)
賀帆(1975—),博士,副教授,主要從事煙草調(diào)制與加工研究,Email:hefanyc@163.com
宮長(zhǎng)榮(1948—),教授,博士生導(dǎo)師,主要從事煙草調(diào)制與加工研究,Email:gongchr009@126.com
2013-09-25