謝良文，路曉崇，裴曉東，蔣博文，李生棟，魏碩，李帆(.四川省煙草公司，四川 成都 6004；.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院， 河南 鄭州 45000；.湖南省煙草公司長沙市公司，湖南 長沙 4000)

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烤煙烘烤過程中氨基酸含量變化對主要含氮化合物的影響

謝良文1，路曉崇2，裴曉東3*，蔣博文2，李生棟2，魏碩2，李帆3
(1.四川省煙草公司，四川 成都 610041；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院， 河南 鄭州 450002；3.湖南省煙草公司長沙市公司，湖南 長沙 410300)

摘 要：為了解烘烤過程中氨基酸含量變化對主要含氮化合物形成的影響，采用因子分析法與灰色關(guān)聯(lián)分析法對煙葉氨基酸與蛋白質(zhì)、總氮、總植物堿、煙氣中的NH3、HCN含量變化的關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明：氨基酸含量在變黃中期到定色中期變化幅度較大，含量較高的有脯氨酸、丙氨酸、精氨酸、蛋氨酸4種氨基酸；根據(jù)烘烤過程中含量的變化，可以將16種氨基酸分為4類；烤煙蛋白質(zhì)、總植物堿的波動幅度較大，HCN和氨在變黃后期到定色中期變化幅度較大，總氮和硝酸根的含量變化幅度相對較小；甘氨酸與總氮、蛋白質(zhì)、總植物堿、硝酸根、氨、HCN均有較高的關(guān)聯(lián)度(0.443 7、0.442 6、0.408 7、0.398 1、0.345 6、0.364 7)，蘇氨酸與煙氣中氨含量的灰色關(guān)聯(lián)度最大，關(guān)聯(lián)度為0.419 4，纈氨酸與煙葉中總氮、蛋白質(zhì)、硝酸根以及煙氣中HCN的含量有較高的關(guān)聯(lián)度(0.411 4、0.456 4、0.423 9、0.402 3)，蛋氨酸與煙氣中HCN的關(guān)聯(lián)度較高(0.450 6)。

關(guān) 鍵 詞：烤煙；烘烤；氨基酸；含氮化合物；因子分析；灰色關(guān)聯(lián)度分析

投稿網(wǎng)址：http://xb.ijournal.cn

氨基酸對煙葉的香味品質(zhì)有重要貢獻(xiàn)，同時也是某些有害含氮化合物合成的前體物或酶解物，含氮化合物對煙葉質(zhì)量以及安全性均有較大影響[1–2]。王樹聲等[3]研究表明，煙葉中絲氨酸、甘氨酸、纈氨酸含量較高，鉀/氯比值較高，煙葉品質(zhì)會較好。齊群剛等[4]研究表明，天門冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、脯氨酸5種氨基酸直接參與煙草根系煙堿合成代謝；氨基酸參與構(gòu)成酶、激素、部分維生素，轉(zhuǎn)變?yōu)樘腔蛑?，可以平衡氮含量[5–7]。王晶等[8]研究表明，所有堿性氨基酸和雜環(huán)氨基酸都與氫氰酸呈顯著正相關(guān)，所有酸性氨基酸與氫氰酸都沒有呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，對煙草主流煙氣中氫氰酸釋放量起主要作用的氨基酸依次是苯丙氨酸、色氨酸、組氨酸、丙氨酸、脯氨酸和絲氨酸。煙葉含氮化合物在烘烤過程中有較大幅度的降解轉(zhuǎn)化[9]，筆者運(yùn)用因子分析與灰色關(guān)聯(lián)分析方法，對烤煙氨基酸含量變化與主要含氮化合物含量變化的關(guān)系進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步了解烘烤過程中烤煙氨基酸的含量變化對煙葉含氮化合物的影響，為提高煙葉感官質(zhì)量，降低煙氣中有害物質(zhì)的釋放量提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

烤煙品種為紅花大金元。

1.2方法

于2015年在四川省涼山州會理縣天子基地，選取成熟采收的中部葉(10～12位葉)，置于氣流上升式散葉密集烤房烘烤。分別在鮮煙葉、變黃中前期(38 ℃)、變黃后期(42 ℃)、定色中前期(48 ℃)、定色后期(54 ℃)以及烘烤結(jié)束取樣，每次30片，采用殺青烘干法封存。煙葉樣品的氨基酸與總氮、總植物堿、蛋白質(zhì)以及單料煙煙氣中氨氣和HCN含量的測定，交由涼山州煙葉技術(shù)中心完成。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行分析和處理；采用Mathematica 9.0作因子分析與灰色關(guān)聯(lián)分析[10]。

2　結(jié)果與分析

2.1 烤煙烘烤過程中氨基酸含量的變化

由表1可知，烘烤過程中，煙葉16種氨基酸含量的變化差異較大。脯氨酸含量最高，丙氨酸含量次之，精氨酸的含量最低。依據(jù)烘烤過程中氨基酸含量變化趨勢，可以將氨基酸分為4類：第1類，氨基酸含量表現(xiàn)為先降后升，包括天門冬氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、甘氨酸4種；第2類，氨基酸含量先下降后基本保持平穩(wěn)，包括精氨酸、纈氨酸與亮氨酸3種；第3類，氨基酸含量基本不變，包括賴氨酸和苯丙氨酸2種；第4類，氨基酸含量表現(xiàn)為先升后降，包括蘇氨酸、脯氨酸、組氨酸、谷氨酸、酪氨酸、絲氨酸、蛋氨酸7種。天門冬氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、纈氨酸6種氨基酸的含量在38 ℃之前(即變黃中前期)有較大幅度的下降，苯丙氨酸、組氨酸、谷氨酸在48 ℃之前(即定色中前期)有較大幅度的變化，所有氨基酸含量在48 ℃之后均有所下降。

表1　烘烤過程中煙葉的氨基酸含量Table 1　Amino acid content in tobacco leaf during curing process

2.2 烤煙烘烤過程含氮化合物的變化

由表2可知，烘烤過程中煙葉中總氮含量變化總體上表現(xiàn)下降趨勢，下降幅度較大的時期主要在定色中后期(48～54 ℃)，蛋白質(zhì)降解的主要時期發(fā)生在變黃期(38～42 ℃)，下降幅度為3.28%；總植物堿表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，下降最快的時期出現(xiàn)在變黃后期到定色后期(42～54 ℃)，下降1.17%；硝酸根含量表現(xiàn)為先下降后上升再下降的趨勢，其中谷值出現(xiàn)在變黃中期(38 ℃)，而峰值出現(xiàn)在定色中期(48 ℃)，極值差與最大值的比值為0.59。煙氣中氨含量表現(xiàn)為上升趨勢，且有2個突變的時期：一個是變黃中期(38 ℃)，一個出現(xiàn)在變黃后期到定色中期(42～48 ℃)； HCN的含量變化總體上表現(xiàn)為上升趨勢，但在48 ℃時出現(xiàn)下降，之后保持在0.12%左右。表明烤煙烘烤過程中煙葉的含氮化合物總體上表現(xiàn)為下降趨勢，下降幅度較大的時期主要發(fā)生在變黃中期與定色中期(38～48 ℃)，而煙氣中的含氮化合物總體上表現(xiàn)為上升趨勢。。

表2　烘烤過程中煙葉含氮化合物的含量Table 2　The content of nitrogen-containing compound in tobacco leaf during curing process

2.3煙葉氨基酸與含氮化合物的關(guān)聯(lián)分析

對煙葉中16種氨基酸的含量進(jìn)行因子分析，并將因子載荷矩陣方差極大正交旋轉(zhuǎn)，由正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣(表3)可知, 在累積方差為92.73%(＞90%)的前提下，分析得到6個主因子，滿足因子分析的原則，其中因子 1 與因子2的貢獻(xiàn)率約為30%，累計貢獻(xiàn)率約為60%，因子3對烤煙氨基酸含量的貢獻(xiàn)率為10.40%，因子4、因子5與因子6的貢獻(xiàn)率均約為7.5%。因子 1主要反映了纈氨酸和異亮氨酸含量的變化；因子2主要反映了谷氨酸和蘇氨酸含量的變化；因子 3主要反映了酪氨酸含量的變化；因子4、因子5與因子6主要反映了賴氨酸、甘氨酸和蛋氨酸含量的變化。

表3　方差極大正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Table 3　The factor loading matrix after orthogonal rotation of maximum variance

根據(jù)因子分析結(jié)果，將纈氨酸、異亮氨酸、谷氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、酪氨酸、甘氨酸、蛋氨酸8種氨基酸與煙葉和煙氣中的6種主要含氮化合物，進(jìn)行初值化處理[11]后, 進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。由表4可知，煙葉總植物堿受甘氨酸的影響較大，而煙氣中氨含量與蘇氨酸的含量有較高的相關(guān)度(0.419 4)。甘氨酸、纈氨酸和異亮氨酸3種氨基酸與總氮含量的灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.443 7、0.411 4和0.393 1，可知這3種氨基酸對總氮含量均有較大影響；蛋白質(zhì)與甘氨酸、纈氨酸以及異亮氨酸3種氨基酸均有較高的關(guān)聯(lián)度；甘氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、酪氨酸4種氨基酸對硝酸根的形成有較大影響，而煙氣中的HCN與纈氨酸、蛋氨酸與賴氨酸有較大的關(guān)聯(lián)度。

表4　煙葉氨基酸含量與含氮化合物的灰色關(guān)聯(lián)度Table 4　The grey relation analysis of amino acids and the main nitrogen compounds

3　結(jié)論與討論

烤煙烘烤過程中含量較高的氨基酸為脯氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸4種；16種氨基酸含量變化差異較大，根據(jù)變化趨勢可以分為4類。氨基酸的含量在38～48 ℃變化幅度較大，可能由于烘烤過程中烤煙大分子物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在變黃期與定色中前期[11]，48 ℃之后氨基酸含量均有一定程度的降低，主要是由于氨基酸與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)[12–13]，不僅增加煙葉香氣量[14]，而且增加橘色煙的比例。宮長榮等[11]以K326為試驗(yàn)材料，測得了烘烤過程中烤煙17種氨基酸的含量，但本研究以紅花大金元為試驗(yàn)材料，僅檢測到16種氨基酸的含量，未檢測到半胱氨酸，這可能與烤煙品種有關(guān)。

煙葉中的含氮化合物對煙葉質(zhì)量有較大影響，劉國順等[15]研究表明，總植物堿、總氮、蛋白質(zhì)對卷煙的口感吃味影響較大，而氨與HCN是卷煙中7種有害物質(zhì)的重要組成部分[16–18]，含量的高低對卷煙的質(zhì)量至關(guān)重要。本研究結(jié)果表明，烤后煙葉煙氣中的HCN的含量與42 ℃時相比有一定的下降，烘烤過程中可以采取相應(yīng)措施降低卷煙煙氣中HCN的含量，進(jìn)而提高卷煙的安全性[19–20]。氨大體上隨著烘烤的進(jìn)行不斷增加，且在42～48 ℃增加幅度較大，之后略有下降，烘烤過程中應(yīng)盡量減少42～48 ℃階段的時間，以降低煙氣中氨的含量?？偟孔兓容^小，含量在2%～3%，符合優(yōu)質(zhì)煙的標(biāo)準(zhǔn)[15]。

因子分析結(jié)果表明，烘烤過程中， 8種氨基酸的變化可以代表16種氨基酸的變化?；疑P(guān)聯(lián)分析表明，蘇氨酸與煙氣中氨含量的灰色關(guān)聯(lián)度最大，而郭吉兆等[18]研究表明，卷煙中脯氨酸含量對煙氣中氨的釋放量影響較大，貢獻(xiàn)率達(dá)11.26%，這與本研究結(jié)果相悖，可能與使用的研究材料不同有關(guān)。谷氨酸、賴氨酸、酪氨酸3種氨基酸與6種含氮化合物的關(guān)聯(lián)度差異不大；甘氨酸與總氮、總植物堿、蛋白質(zhì)以及硝酸根有較高的關(guān)聯(lián)度，而與煙氣中的2種含氮化合物關(guān)聯(lián)度較??；纈氨酸與煙葉中總氮、蛋白質(zhì)、硝酸根以及煙氣中HCN的含量有較高的關(guān)聯(lián)度；蛋氨酸與煙氣中的HCN關(guān)聯(lián)度較高，王洪波等[2]研究表明，脯氨酸對HCN的形成影響較大，這可能與研究材料存在差異有關(guān)。異亮氨酸的含量與煙葉中蛋白質(zhì)與硝酸根的關(guān)聯(lián)度較高。

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責(zé)任編輯：羅慧敏英文編輯：羅 維

Effect of amino acid content on main nitrogen-containing compounds of flue-cured tobacco in the process of curing

Xie Liangwen1, Lu Xiaochong2, Pei Xiaodong3*, Jiang Bowen2, Li Shengdong2, Wei Shuo2, Li Fan3
(1.Sichuan Tobacco Company, Chengdu 610041, China; 2.College of Tobacco Science, Tobacco Institute Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 3.Hunan Tobacco Companies, Changsha Branch, Changsha 410300, China)

Abstract:To study the effect of the amino acid content on formation of nitrogen-containing compound in flue-cured tobacco during curing process, factor analysis and grey correlation analysis were used to investigate the relationship between amino acid content in tobacco leaf and contents of protein, total nitrogen, total alkaloids, NH3, HCN in cigarette gas during curing process. Results showed that the content of amino acid had a more substantial change in yellowing mid-stage to color-settings mid-term, and Pro, Ala, Arg and Met had a higher content. The 16 amino acids were divided into 4 categories according to the change of their content during curing process. Protein and total alkaloid fluctuated largely in content, contents of HCN and NH3had a large variation in late yellowing stage(42?48 ℃), and the changes of the contents of total nitrogen and nitrate were relatively small. Gly had a high correlation with nitrogen-containing compounds (the correlation coefficient were 0.443 7, 0.442 6, 0.408 7, 0.398 1, 0.345 6, 0.364 7). Thr had the highest grey correlation with NH3content in the cigarette smoking stream, which was 0.419 4. The relationships between Glu, Lys, Tyr and 6 nitrogen-containing compounds showed small differences. Val had a high correlation with the contents of total nitrogen, protein, nitrate and HCN in smoking stream, the correlation coefficients were 0.411 4, 0.456 4, 0.423 9, 0.402 3, respectively. Met had a high correlation with HCN content in smoking stream, with correlation coefficient 0.450 6.

Keywords:flue-cured tobacco; curing process; amino acid; nitrogen-containing compounds; factor analysis; grey relational analysis

中圖分類號：S572.01

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007?1032(2016)02?0152?05

收稿日期：2015–12–04 修回日期：2016–01–17

基金項(xiàng)目：湖南省煙草公司長沙市公司項(xiàng)目(2013006)

作者簡介：謝良文( 1979—) ，男，河南商丘人，農(nóng)藝師，主要從事烤煙烘烤與技術(shù)推廣研究，ruciyubici@163.com；*通信作者，裴曉東，高級農(nóng)藝師，主要從事煙草調(diào)制研究，1210275337@qq.com