張長(zhǎng)云，向章敏，石俊雄，蔣 涵，張 恒，武天天，鄧超瓊，蔣紹松，楊靖華，汪云松

(1.貴州省煙草科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081;2.云南大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院 教育部自然資源藥物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650091)

貴州山地醇甜香煙葉中5-羥甲基糠醛的含量及分布特征

張長(zhǎng)云1，向章敏1，石俊雄1，蔣 涵2，張 恒1，武天天2，鄧超瓊2，蔣紹松2，楊靖華2，汪云松2

(1.貴州省煙草科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081;2.云南大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院 教育部自然資源藥物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650091)

以貴州山地醇甜香煙葉及省外各特色區(qū)域煙葉為樣本，研究5-羥甲基糠醛在各樣本中的含量、分布特征及其相互關(guān)系，旨在為貴州山地醇甜香特色煙葉生產(chǎn)及卷煙企業(yè)采購(gòu)優(yōu)質(zhì)烤煙原料提供理論依據(jù).

貴州；煙葉；5-羥甲基糠醛；分布特征；相互關(guān)系

5-羥甲基糠醛(5-HMF)是葡萄糖、果糖等己糖類化合物脫水產(chǎn)生的酚醛類化合物，是引起食品風(fēng)味和褐變的指標(biāo)成分之一[1].成熟煙葉中所含己糖類成分在高溫或酸性等條件下發(fā)生美拉德反應(yīng)和熱降解反應(yīng)(即焦糖化褐變)可脫水產(chǎn)生5-羥甲基糠醛[2-4].對(duì)于六碳糖生成HMF的反應(yīng)機(jī)理目前還不是十分明了,一般認(rèn)為六碳糖先生成中間物烯醇互變結(jié)構(gòu)體，然后脫水生成HMF，反應(yīng)過(guò)程要經(jīng)歷異構(gòu)化(以葡萄糖為底物時(shí))、雙鍵斷裂和脫水3個(gè)步驟.1990年Antal等[5]提出了己糖脫水的2條可能路線，分別為路線a和路線b，其中路線a形成環(huán)狀化合物而路線b沒(méi)有經(jīng)歷環(huán)狀化合物直接脫水得到HMF.

5-羥甲基糠醛為暗黃色針狀結(jié)晶，熔點(diǎn)為32～35 ℃，易液化為黑色液，高濃度HMF具有難聞氣味，稀釋后有甘菊花味.5-HMF屬于含氧雜環(huán)化合物，一旦葡萄糖等己糖轉(zhuǎn)化為呋喃類化合物就會(huì)具有類似咖啡香氣以及堅(jiān)果味道，特別當(dāng)形成的是糠醛類化合物時(shí)，就更具有甜的、烤香、木香、面包、谷香、辛香香氣以及甜的、烤香、面包、堅(jiān)果、焦糖味道，雜環(huán)類香料通常香勢(shì)強(qiáng)、閾值低對(duì)香味和風(fēng)格的影響較大[6].

綜上所述，5-HMF在煙草中含量對(duì)煙葉的品質(zhì)、香味和風(fēng)格有較大影響，較高含量的HMF會(huì)給煙葉帶來(lái)難聞的雜味，低含量的HMF則能較好彰顯煙葉甜的、烤香、木香、焦糖味道等風(fēng)格特征[6-8].目前尚未見(jiàn)針對(duì)煙葉中HMF的相關(guān)研究報(bào)道，本文以貴州山地醇甜香煙葉為材料，對(duì)比研究省內(nèi)外各特色區(qū)域煙葉中5-HMF含量的分布特征及其相互關(guān)系，為貴州山地醇甜香特色煙葉生產(chǎn)及卷煙企業(yè)采購(gòu)優(yōu)質(zhì)烤煙原料提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

分別選取了在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的貴州山地醇甜香煙葉及省外各特色區(qū)域的18個(gè)不同代表煙葉為研究樣本，具體見(jiàn)表1.

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

煙葉以小區(qū)為單位進(jìn)行采收，按烤煙42級(jí)國(guó)際進(jìn)行分級(jí)，烘干磨碎過(guò)0.301 mm篩.5-羥甲基糠醛的測(cè)定參照貴州煙草科學(xué)研究院規(guī)定的方法，即稱取致香物100～200 mg配成2 mL甲醇溶液，并向溶液中加入內(nèi)標(biāo)備用[9].采用氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀系統(tǒng)(美國(guó)Agilent公司，7890A-5975c).氣相條件：色譜柱為HP-5MS(60 m×0.25 mm, 0.25 μm)；載氣：氦氣；恒流模式，流量：1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；進(jìn)樣量：2 μL；分流比：15∶1；程序升溫：60 ℃(2 min)以5 ℃/min升至280 ℃(10 min).質(zhì)譜條件：離子源為EI, 70 eV；離子源溫度：230 ℃；四級(jí)桿溫度：150 ℃；接口溫度：280 ℃；質(zhì)量范圍(m/z)：45～550.

表1 貴州山地醇甜香煙及省外各特色區(qū)域烤煙樣本

1.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 各實(shí)驗(yàn)樣本烤煙中總糖含量的分布特征

5-HMF可由葡萄糖、果糖等己糖類化合物脫水產(chǎn)生，因此需對(duì)煙葉中總糖的含量進(jìn)行比較.以總糖含量的分布特征將各烤煙樣本中的總糖含量進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2.從表中可以看出各烤煙樣本中的總糖含量的平均值為 30 117 μg/g，含量在 22 890～38 740 μg/g之間波動(dòng).由偏度系數(shù)可以看出，總糖含量大于0，為正態(tài)偏向峰；峰度系數(shù)大于0，為尖峭峰，數(shù)據(jù)大多數(shù)集中在平均值附近.各烤煙樣本中的總糖含量的變異系數(shù)較小.數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，上述各烤煙樣本中的總糖含量較為接近，變幅小，因此在后續(xù)各烤煙樣本中的5-HMF含量研究中可以略去各烤煙樣本中的總糖含量差異的影響.

2.2 各實(shí)驗(yàn)樣本烤煙中5-HMF含量的分布特征

以5-HMF含量的分布特征將各烤煙樣本中的5-HMF含量進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3.從表中可以看出各烤煙樣本中的5-HMF含量的平均值為 6 511 μg/g，變幅為71～39 551 μg/g，變異程度較大，變異系數(shù)為162.39%，5-HMF含量在煙葉樣本之間表現(xiàn)較不穩(wěn)定.由偏度系數(shù)可以看出，5-HMF含量大于0，為正態(tài)偏向峰；峰度系數(shù)大于0，為尖峭峰，數(shù)據(jù)大多數(shù)集中在平均值附近.數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，上述結(jié)果顯示各烤煙樣本中的5-HMF含量同時(shí)并存較為接近以及變幅較大的特點(diǎn)，直方圖見(jiàn)圖1.顯示12個(gè)樣本較為集中，1個(gè)樣品較為分散，其余5個(gè)樣品相對(duì)集中.進(jìn)一步顯示上述特點(diǎn)，因此需對(duì)基于5-HMF含量的分布特征將各烤煙樣本進(jìn)行分類處理.

表2 烤煙實(shí)驗(yàn)樣本中總糖含量的描述性統(tǒng)計(jì)

表3 各烤煙樣本中5-羥甲基糠醛含量的描述性統(tǒng)計(jì)

2.3 烤煙樣本5-羥甲基糠醛含量分布特征的分類處理

2.3.1 烤煙樣本中5-HMF的聚類分析

基于在不同5-HMF含量水平下各烤煙樣本的5-HMF含量的變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)各烤煙樣品中的5-HMF含量進(jìn)行聚類分析，可將其劃分為高、中、低3個(gè)類群(圖2).數(shù)據(jù)顯示，其中低5-HMF含量類包含的樣本數(shù)為12，該類煙葉中5-HMF含量的平均值為927 μg/g，5-HMF在各樣品中含量變異程度較大，變異系數(shù)為104.39%，變幅為71～2 434 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)較不穩(wěn)定；中5-HMF含量類包含的樣本數(shù)為2個(gè)，該類煙葉5-HMF含量的平均值為 6 520 μg/g，5-HMF在各樣品中含量變異系數(shù)為25.02%，變幅為 5 367～7 674 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定；高5-HMF類包含的樣本數(shù)為3個(gè)，該類煙葉5-HMF含量的平均值為 17 828 μg/g，在各樣品中含量變異系數(shù)為24.30%，變幅為 13 412～22 070 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定；1個(gè)區(qū)域煙葉樣本5-HMF含量較高，導(dǎo)致其在分類上離開(kāi)其他17個(gè)區(qū)域樣品，該類煙葉5-HMF含量的為 39 551 μg/g.由偏度系數(shù)可以看出，低含量類群偏度系數(shù)大于0，為正態(tài)偏向峰，峰度系數(shù)小于0，為平闊峰，數(shù)據(jù)比較分散,見(jiàn)表4.

表4 實(shí)驗(yàn)樣本烤煙中5-羥甲基糠醛(5-HMF)含量的描述性統(tǒng)計(jì)

進(jìn)一步的方差分析顯示，各實(shí)驗(yàn)樣本烤煙中5-HMF含量在不同類群間的差異達(dá)到了極為顯著的水平；5-HMF在中含量類群間的差異相比較其他類群未達(dá)到顯著水平；在高含量類群間的差異相比較其他類群達(dá)到顯著水平，在低含量類群間的差異相比較其他類群達(dá)到極顯著水平(表5).

2.3.2 烤煙樣本中5-HMF含量分類后與特色區(qū)域樣品的關(guān)系

依據(jù)各烤煙樣本中5-HMF含量的聚類分析，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果分為低、中、高3個(gè)類群，各類群中5-HMF含量的描述性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5，各類群成員對(duì)映的特色區(qū)域見(jiàn)圖3.烤煙樣本中5-HMF含量中的低類群與其他2個(gè)類群相比，包含的樣本數(shù)為12，分別為：德江、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、畢節(jié)(南江3號(hào))、安順、甕安、湄潭、畢節(jié)、天柱、威寧、陜西、黑龍江和云南12個(gè)區(qū)域樣本；占樣本總數(shù)的66.7%，該類煙葉中5-HMF含量總和為 11 124 μg/g，占全部5-HMF含量總和的9.5%.中含量類包含的樣本數(shù)為2個(gè)，分別為余慶和興義兩個(gè)區(qū)域樣本；占樣本總數(shù)的11.1%，該類煙葉中5-HMF含量總和為 13 041 μg/g，占全部5-HMF含量總和的11.1%.高類包含的樣本數(shù)為3個(gè)，分別為福建、重慶和山東3個(gè)區(qū)域樣本；占樣本總數(shù)的16.7%，該類煙葉中5-HMF含量總和為 53 485 μg/g，占全部5-HMF含量總和的45.6%.河南區(qū)域煙葉樣本5-HMF含量較高，導(dǎo)致其在分類上離開(kāi)其他17個(gè)區(qū)域樣品，占樣本總數(shù)的5.6%，該類煙葉5-HMF含量的為 39 551 μg/g，占全部5-HMF含量總和的33.7%.

表5 烤煙樣本中5-羥甲基糠醛含量的描述性統(tǒng)計(jì)

本研究在烤煙樣本未分類情況下將各區(qū)域煙葉樣本5-HMF含量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明：省外區(qū)域煙葉樣本中含量普遍較高，其中特別是福建、重慶、山東和河南4個(gè)區(qū)域煙葉樣本與省內(nèi)山地醇甜香型煙葉樣本比較達(dá)到了顯著水平，可以在對(duì)貴州省內(nèi)山地醇甜香型煙葉樣本的分析中去除.另一方面，5-HMF在低含量類群中所占比便含量變異程度較大，變異系數(shù)為104.39%，變幅為71～2 434 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)較不穩(wěn)定.中等含量包括了貴州省內(nèi)余慶、興義2個(gè)區(qū)域煙葉樣本，需要對(duì)去除福建、重慶、山東和河南4個(gè)區(qū)域煙葉樣本后的修正樣品類群進(jìn)一步進(jìn)行分類分析(該修正樣本類群包含中、低含量5-HMF類群的樣品).

2.4 基于修正后5-HMF含量類群烤煙樣本分析

2.4.1 基于修正后5-HMF含量類群烤煙樣本的聚類分析

基于修正后烤煙樣本在不同5-HMF含量水平下的5-HMF含量的變化規(guī)律，對(duì)修正后烤煙樣本重新進(jìn)行聚類分析，可將其劃分為1、2、3三個(gè)類群(圖4).其中類群1為低5-羥甲基糠醛含量類包含的樣本數(shù)為8，該類煙葉中的含量平均值為289 μg/g，在各樣品中含量變異程度較大，變異系數(shù)為69.77%，變幅為71～703 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)較不穩(wěn)定；類群2為高5-羥甲基糠醛含量類包含的樣本數(shù)為2個(gè)，該類煙葉含量的平均值為 6 520 μg/g，在各樣品中含量變異系數(shù)為25.02%，變幅為 5 367～7 674 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定；類群3為中5-羥甲基糠醛類包含的樣本數(shù)為4個(gè)，該類煙葉含量的平均值為 2 203 μg/g，在各樣品中含量變異系數(shù)為12.94%，變幅為 1 825～2 434 μg/g，在煙葉樣本之間表現(xiàn)較穩(wěn)定.由偏度系數(shù)可以看出，低含量類群偏度系數(shù)大于0，為正態(tài)偏向峰，峰度系數(shù)大于0，為尖峰，數(shù)據(jù)比較集中.中含量類群偏度系數(shù)小于0，為負(fù)態(tài)偏向峰，峰度系數(shù)小于0，為平闊峰，數(shù)據(jù)比較分散(表6).

表6 烤煙樣本中5-羥甲基糠(5-HMF)醛含量的描述性統(tǒng)計(jì)

2.4.2 修正后烤煙樣本5-HMF含量類群分類后與特色區(qū)域樣品的關(guān)系

依據(jù)烤煙樣本5-HMF含量聚類分析結(jié)果，分為1、2、3三個(gè)類群，各類群成員對(duì)映的特色區(qū)域見(jiàn)圖5.低含量烤煙樣本的類群與其他2個(gè)類群相比，包含的樣本數(shù)為8，分別為：德江、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、畢節(jié)(南江3號(hào))、安順、甕安、湄潭、畢節(jié)和天柱8個(gè)區(qū)域樣本；占樣本總數(shù)的57.1%，該類煙葉中5-羥甲基糠醛含量總和為 2 311 μg/g，占全部5-羥甲基糠醛含量總和的9.6%.高含量類包含的樣本數(shù)為2個(gè)，分別為余慶和興義2個(gè)區(qū)域樣本；占樣本總數(shù)的14.3%，該類煙葉中5-羥甲基糠醛含量總和為 13 041 μg/g，占全部含量總和的54.0%.中含量包含的樣本數(shù)為4個(gè)，分別為威寧、陜西、黑龍江和云南4個(gè)區(qū)域樣本；占樣本總數(shù)的28.6%，該類煙葉中5-羥甲基糠醛含量總和為 8 813 μg/g，占全部5-羥甲基糠醛含量總和的36.5%.

表7 各烤煙樣本中5-羥甲基糠醛含量的描述性統(tǒng)計(jì)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本實(shí)驗(yàn)主要以各烤煙樣本C3F樣品為基礎(chǔ)，采用類似趙銘欽等[10]和許自成等[11]的方法，將各樣本烤煙原料的5-羥甲基糠醛含量采用聚類分析方法分為高、中、低3組，通過(guò)各組樣本中5-羥甲基糠醛含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析及不同特色區(qū)域5-羥甲基糠醛含量類群水平變化研究，對(duì)各特色區(qū)域煙葉樣本修正后把其中5-羥甲基糠醛為中、低含量的類群進(jìn)一步聚類分析分為1～3三個(gè)組.研究結(jié)果顯示，貴州山地醇甜香型煙葉樣本中5-羥甲基糠醛含量與本項(xiàng)目研究中省內(nèi)外其他特色區(qū)域樣本中5-羥甲基糠醛含量表現(xiàn)出明顯差異，不同特色區(qū)域貴州山地醇甜香型煙葉樣本較為突出，顯現(xiàn)出低5-羥甲基糠醛含量的特點(diǎn).貴州山地醇甜香型煙葉樣本占全部樣本總數(shù)的57.1%，貴州山地醇甜香型煙葉樣本中5-羥甲基糠醛含量總和為 2 311 μg/g，占所研究全部樣本5-羥甲基糠醛含量總和的9.6%，這一結(jié)果顯示5-羥甲基糠醛在貴州山地醇甜香型煙葉樣本甜的、烤香、木香、面包、谷香、辛香香氣以及焦糖味道等的風(fēng)格特征彰現(xiàn)中起到重要作用，同時(shí)由于在煙葉樣本中低含量的特征，有效控制了其對(duì)煙葉雜氣可能產(chǎn)生的不利影響.更為明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究.

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(責(zé)任編輯 王 琳)

Study of 5-hydroxymethyl furfural of tobacco leaves from Guizhou province

ZHANG Chang-yun1,XIANG Zhang-min1,SHI Jun-xiong1,JIANG Han2,ZHANG Hen1,WU Tian-tian2,DENG Chao-qiong2,JIANG Shao-song2,YANG Jing-hua2,WANG Yun-song2

(1.Guizhou Institute of Tobacco Science,Guiyang 550081,China;2.Key Laboratory of Medicinal Chemistry for Natural Resources,Ministry of Education of China,School of Chemistry and Engineering,Yunnan University,Kunming 650091,China)

Distribution features and relationships of 5-hydroxymethyl furfural content in flue-cured tobacco leaves were studied by the analysis of the samples from Guizhou province with a comparison with others. The results provided useful information for how to choose excellent tobacco leaves and manufacture high-quality cigarettes.

Guizhou province;tobacco leaves;5-hydroxymethyl furfural;distribution feature;relationship

2014-07-04.

國(guó)家自然科學(xué)基金(21262040，21162038)；云南省中青年學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007PY01-23)；貴州省煙草科學(xué)研究院資助項(xiàng)目(20130619089).

張長(zhǎng)云(1977-)，男，碩士,農(nóng)藝師.主要研究方向：煙草工程.

汪云松(1968-)，男，博士，副教授.主要研究方向：有機(jī)化學(xué).

S572

A

1672-8513(2015)01-0010-06