免费文献传递   相关文献

不同成熟度对烤后烟叶中质体色素及其降解产物的影响



全 文 :植物生理学通讯 第 45卷 第 1期,2009年 1月8
不同成熟度对烤后烟叶中质体色素及其降解产物的影响
赵铭钦 1,*, 王文基 1, 刘国顺 1, 习红昂 2, 王传兴 2
1河南农业大学农学院国家烟草栽培生理生化研究基地, 郑州 450002; 2河南省烟草公司南阳分公司, 河南南阳 473061
提要: 研究了不同成熟度河南南阳烤烟烟叶中质体色素及其降解产物含量变化的结果表明: (1)烟叶中叶绿素a、叶绿素b、
总叶绿素和类胡萝卜素的含量随成熟度的提高呈下降趋势。(2)未熟到成熟的南阳烟区中部叶中, 叶绿素降解产物新植二烯
含量逐渐下降, 成熟时最低, 之后又有回升的趋势; 类胡萝卜素降解产物含量的变化随成熟度的进度呈现不同的变化规律。
关键词: 烤烟; 成熟度; 质体色素; 降解产物
Effects of Different Maturities on Chromoplast Pigment and Its Degradation
Products in Flue-cured Tobacco (Nicotiana tabacum L.) Leaves
ZHAO Ming-Qin1,*, WANG Wen-Ji1, LIU Guo-Shun1, XI Hong-Ang2, WANG Chuan-Xing2
1National Tobacco Cultivation & Physiology & Biochemistry Research Center, Agronomy College, Henan Agricultural University,
Zhengzhou 450002, China; 2Nanyang Tobacco Company of Henan Province, Nanyang, Henan 473061, China
Abstract: The changes of chromoplast pigment and its degradation products contents were studied in different
maturities leaves of flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum). The results showed that the contents of chloro-
phyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoids were reduced with increasing maturity of leaves.
Neophytadiene was a degradation product of chlorophyll. The contents of neophytadiene in the cutters ranging
from immaturity to ripe decreased with the increasing maturity. The lowest level of neophytadiene was detected
at the ripe stage of leaves. The level of neophytadiene rised again at the over ripe stage of leaves. The degradation
products of carotenoids presented different variation patterns with the increasing maturity of flue-cured to-
bacco leaves.
Key words: flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum); maturity; chromoplast pigment; degraded products
收稿 2008-09-08 修定 2008-12-22
资助 吉林烟草工业有限责任公司重大科技攻关项目(JY2006012)。
* E-mail: mqzhao999@tom.com; Tel: 0371-63558292
质体色素[叶绿素(chlorophyll)和类胡萝卜素
(carotenoids)]是影响烟叶品质和可用性的主要成分
之一, 它不仅决定了调制后烟叶的色泽, 而且其相
关降解产物与烟叶的香气质和香气量密切相关。
因此, 烤烟在生长成熟期和调制时期质体色素的含
量变化, 会直接影响到烟叶制品的香气风格和工业
可用性(杨虹琦等 2004)。质体色素又称为叶绿体
色素, 分为叶绿素(包括叶绿素 a和叶绿素 b)、类
胡萝卜素[主要有胡萝卜素( ca rot ene)和叶黄素
(phytoxanthin)]和藻胆素(phycobilin)。前两类色素
存在于高等植物的叶绿体中, 藻胆素只存在于藻类
植物中。一般来说, 新鲜烟叶中叶绿素含量变化范
围为 0.5%~4%, 成熟烟叶中黄色色素, 即胡萝卜素
和叶黄素的总量为叶绿素含量的 1/5~1/3 (左天觉
1993)。
叶绿素在调制过程中降解产物的形成主要是
通过叶绿素酶(chlorophyllase)的作用产生甲醇、
叶绿醇和叶绿酸, 其产物的进一步反应形成新植二
烯等一系列化合物。许多研究表明, 在烤烟、白
肋烟、马里兰烟及香料烟的中性挥发物中, 新植二
烯都是含量最大的成分。其中李炎强等(2004)研
究云南复烤片烟醇化过程中香味成分变化的结果表
明, 其新植二烯的含量比测试到的其他香味成分含
量大的多。另有研究表明, 烟叶在成熟和烘烤过程
中新植二烯的含量呈增加趋势, 但延长陈化时间, 其
含量则下降(Wahlburg等 1977; Ellington等 1978)。
另有的研究表明, 在烟叶调制、醇化过程中, 类胡
萝卜素类物质的降解可以产生很多致香物质, 它们
对烟叶香味影响都很大(Kaneko和Harada 1972)。
研究报告 Original Papers
植物生理学通讯 第 45卷 第 1期,2009年 1月 9
史宏志和刘国顺(1998)以及周冀衡等(2004)的研究
表明, 在烟叶总挥发性香气成分中, 类胡萝卜素类
降解产物的含量仅次于叶绿素降解产物(占 8%~
12%), 类胡萝卜素降解产生的香味物质阈值相对较
低, 刺激性较小, 香气质较好, 对烟叶香气贡献率
大。因此, 烤烟烟叶质体色素的研究一直是人们关
注的问题。但烤烟在成熟过程中质体色素及其降
解产物含量的变化研究还较少, 本文就南阳烟区烟
叶质体色素及其降解产物在成熟过程中含量变化进
行了研究。
材料与方法
试验于 2006~2007年在南阳方城县清河乡进
行, 材料为烤烟(Nicotiana tabacum L.)品种 ‘云烟
87’, 种植密度 120 cm×50 cm, 单株留叶 18~22片,
亩施纯氮 3.5 kg, N:P2O5:K2O的质量比 1:2:3。其
他技术措施和田间管理同常规生产。试验采收的
上、中、下 3个部位的叶片均按 5个成熟度档次
划分, 其外观特征为: (1)未熟, 主脉 1/2发白, 支脉
青, 叶色淡绿; (2)欠熟, 主脉全白, 支脉大部分青,
叶色黄绿, 叶尖略微下勾, 茸毛较少脱落; (3)尚熟,
主脉全白、发亮, 支脉 2/3变白, 叶面黄色明显, 茸
毛部分脱落; (4)成熟, 主脉全白、发亮, 支脉 2/3
变白, 叶面黄而均匀, 枯尖焦边, 茸毛较多脱落; (5)
过熟, 主脉和支脉全白、发亮, 叶面黄泡变白, 茸
毛大部分脱落。达到上述各档次成熟的烟叶, 采收
后用三段式烘烤工艺进行烘烤, 选取标记烟叶样品
用于质体色素、中性香味物质成分分析。
质体色素的测定参考邹琦(1997)书中介绍的方
法进行。
香气物质提取: 先使用减压蒸馏和萃取装置气
蒸, 之后用CH2Cl2萃取, 一次获得香气物质。将 20 g
样品和 80 mL水放于烧瓶, 加热氮气流速为 45
mL·min-1, 获得馏分用CH2Cl2蒸馏辅助挥发, 得约1
mL 用于测定。
GC/MS定性条件: 质谱仪为VG-70SE (英国
VG公司); 气相色谱仪为HP-5890 (日本岛津公司);
毛细管柱为OV-101 (25 mL× 0.25 mL, I.D.WCOT);
载气为He, 气化室温度250 ℃, 分离器温度250 ℃,
离子源温度 200 ℃, 电子轰击电压 70 eV。化学电
离反应气体为异丁烷, 注室温度 50 ℃保持 1 min,
以 5 ℃·min-1速度升到 220 ℃保持 10 min。载气
流量为 0.8 mL·min-1, 直接获得分子量及质谱片段
图谱, 由谱库及质谱解析规律, 获得定性结果。
气相色谱定量条件: 色谱仪为HP-5890 (日本
岛津公司), 检测器为 FID, 载气为He, 毛细管柱为
OV101, FID温度 250 ℃, 气化室温度 240 ℃, 分流
比 1:25, 柱温 50 ℃保持 2 min, 以 3 ℃·min-1速度升
到 170 ℃, 保持 30 min, 之后以 3 ℃·min-1速度升到
220 ℃, 各组分相对含量以其峰面积所占总峰面积
的百分比表示。
结果与讨论
1 不同成熟度烟叶中叶绿素 a含量变化
由图 1可以看出, 同一部位叶片叶绿素 a的含
量随成熟度的提高呈下降趋势。此外, 相同成熟度
条件下不同部位叶片叶绿素a的含量从上至下依次
降低; 并且随着成熟度的增加, 各部位叶片叶绿素
a含量的差距逐渐缩小。但不同成熟度烟叶, 同一
部位叶片叶绿素 a的降解速率不尽相同, 上部叶在
未熟到成熟阶段叶绿素 a降解的速度较快, 接近过
熟时下降速度趋于平缓; 中、下部叶片叶绿素 a的
降解保持一定的动态平衡, 含量保持在 0.02~0.04
mg·g-1之间。
图 1 不同成熟度烤烟叶片中叶绿素 a含量的变化
Fig.1 Changes of chlorophyll a contents in flue-cured leaves
of tobacco with different maturities
2 不同成熟度烟叶中叶绿素 b含量的变化
图2表明, 叶绿素b的含量是上部叶>中部叶>
下部叶。总体趋势是, 随着成熟度的提高叶绿素 b
的含量是依次降低的。在整个成熟过程中, 未熟叶
片中叶绿素的含量均保持最高, 分别在 0.03、0.02
和 0.015 mg·g-1以上。上部叶、中部叶和下部叶
中叶绿素b的含量在欠熟至尚熟期下降的速度最为
缓慢, 其它阶段的下降速率均基本保持一致。
植物生理学通讯 第 45卷 第 1期,2009年 1月1 0
3 不同成熟度烟叶中总叶绿素含量的变化
新鲜烟叶中既会有叶绿素合成酶, 也会有叶绿
素分解酶。因此, 在代谢过程中烟叶中的叶绿素一
方面合成, 一方面分解, 不断地更新, 但是在烟叶成
熟衰老过程中, 叶绿素的合成能力下降, 而分解过
程继续进行(王瑞新 2003)。测定不同成熟度烟叶
中总叶绿素的含量, 结果(图3)表明, 烤烟发育过程
中叶绿素含量随着生育期的推进而逐渐下降, 发育
前中期下降较快, 发育后期其代谢趋于缓慢而下
降。总叶绿素含量变化与叶绿素 a含量变化趋势
基本上相似, 即上部叶的总叶绿素含量的变化趋势
比较明显, 中部叶与下部叶的变化趋势比较平缓, 基
本保持在 0.03~0.06 mg·g-1之间。就总体而言, 总
叶绿素的含量是上部叶>中部叶>下部叶, 且在成熟
后期各个部位的总叶绿素含量差异变小, 这与杨红
琦等(2004)认为的叶绿素的降解与采收烟叶成熟度
密切相关的看法是一致的。
4 不同成熟度烟叶中类胡萝卜素含量的变化
植物类胡萝卜素是镶嵌于叶绿体和有色体膜
中的脂溶性色素(徐昌杰和张上隆2000), 属萜类化
合物, 其在植物体内具有重要的生物功能, 它可以
保护叶绿素分子, 使其在强光下不致被氧化而破坏;
它还可以吸收光能并传递给叶绿素 a, 其本身不能
进行光化反应(王瑞新 2003)。Whitefield和Rowan
(1974)研究认为, 类胡萝卜素的含量随成熟进程而
下降, 但各色素下降的速度依不同部位的叶片而不
同。由图 4可以看出, 随着成熟进程, 类胡萝卜素
含量的变化在 0.035~0.065 mg·g-1之间波动, 并呈
现出递减趋势。上部叶类胡萝卜素的含量在未熟
至欠熟、尚熟至成熟时的下降幅度较大, 其它档次
类胡萝卜素的降解速度较慢; 中部叶片的类胡萝卜
素含量在尚熟至成熟时稍有上升, 其原因可能是
2007年 7月份河南南阳方城地区的连续降雨所致,
这与 Court和Hendet (1984)的研究结果一致; 下部
叶类胡萝卜素的降解速率在尚熟到过熟时近似于不
变。
此外, 从图 5可以看出, 同一部位叶片类胡萝
卜素与叶绿素的比值随成熟度的提高而变大。比
值可以反映叶片在成熟过程中类胡萝卜素与叶绿素
图 5 不同成熟度烤烟叶片类胡萝卜素与
叶绿素含量的比值
Fig.5 The ratio of the contents of carotenoids to total
chlorophyll in flue-cured leaves of tobacco
with different maturities
图 2 不同成熟度烤烟叶片中叶绿素 b含量的变化
Fig.2 Changes of chlorophyll b contents in flue-cured leaves
of tobacco with different maturities
图 3 不同成熟度烤烟叶片中总叶绿素含量的变化
Fig.3 Changes of total chlorophyll contents in flue-cured
leaves of tobacco with different maturities
图 4 不同成熟度烤烟叶片中类胡萝卜素含量的变化
Fig.4 Changes of carotenoids contents in flue-cured leaves of
tobacco with different maturities
植物生理学通讯 第 45卷 第 1期,2009年 1月 1 1
降解速度的快慢, 另外在一定程度上还可以反映出
根据叶片的最佳成熟度对类胡萝卜素和叶绿素含量
比例的要求, 即增加烤烟中类胡萝卜素的含量, 降
低叶绿素的含量。同时此比例的高低也可以作为
生产香气风格明显、香气醇和饱满的烤烟所必需
关注的一个基本标准。
5 不同成熟度的中部叶叶绿素和类胡萝卜素降解
产物的含量变化
烟叶香气是烟叶内在质量的重要方面。有关
烟叶香气的研究已有 60多年历史(Johnstone和
Plimmer 1959; Stedman 1967), 而且一直是个比较
活跃的研究领域。美国专家左天觉(1993)对北美
各主要烟叶产区的烤烟内致香成分进行了分析比
较, 提出各地烤烟内致香成分种类基本相同, 烤烟
香气风格的主要差异是致香成分间组成比例不同而
造成。史宏志等(1996)曾就烟叶在成熟和调制过
程中主要致香前提物的含量变化及化学转化进行综
述, 指出烟叶在成熟和调制过程是香气前提物降
解、香气物质形成和转化的主要时期。
新植二烯的含量在未熟阶段最高, 占总量的
88%, 在成熟时期最低, 含量为 939.2 µg·g-1, 占总量
的83%, 之后又有回升的趋势, 但回升的比例不高, 仅
为 13%左右(图 6)。叶绿素(主要是叶绿素a)在叶绿
图 7 不同成熟度烤烟中部叶片中类胡萝卜素降解产物含量的变化
Fig.7 Changes of degradation products contents of carotenoids in flue-cured leaves of tobacco with different maturities
图 6 不同成熟度烤烟中部叶片中叶绿素
降解产物含量的变化 
Fig.6 Changes of degradation products contents of chlorophyll
in flue-cured leaves of tobacco with different maturities
植物生理学通讯 第 45卷 第 1期,2009年 1月1 2
素酶的作用下, 生成脱植基叶绿素a (chlorophyllide a)
并脱去植醇(phytol) (杨晓棠等 2008), 植醇脱水生
成新植二烯。新植二烯是烟叶中重要的萜烯类化
合物, 其含量在烤烟中性挥发性香气物质中最高, 占
总量的 70%~80%, 其降解产物与烟叶的香气物质
和品质有密切关系(Shigenaga等 1994)。一般叶绿
素在烟叶燃吸时产生青杂气, 烤烟中这类物质含量
过高, 会带来青杂气和刺激性, 只有叶绿素充分降
解转化为新植二烯等化合物后, 烤后烟叶的青杂气
和刺激性才有效控制, 因此新植二烯的含量高低对
烟叶的品质有影响, 每 100 g烤后烟叶的叶绿素含
量在 8 m g 以下时,烟叶质量较好(李雪震等
1988)。
β-大马酮、巨豆三烯酮 4、3-羟基 -β-二氢
大马酮和 6-甲基 -5-庚烯 -2-醇的含量在成熟阶段
达到最大, 后又趋于下降; 巨豆三烯酮 2、香叶基
丙酮和巨豆三烯酮1的含量在过熟阶段时达到最大
值; 6-甲基-5-庚烯-2-酮的含量在成熟阶段达到最
低, 后又有所回升; 二氢猕猴桃内酯和氧化异佛尔
酮的含量在整个阶段基本不变(图 7-a、b)。总体
来看, β-大马酮的含量在南阳烟区最高, 它可以赋
予烟叶花香、果香和玫瑰似香气, 其次是巨豆三烯
酮2和巨豆三烯酮4, 它们具有白肋烟的特征香味, 再
者是二氢猕猴桃内酯, 其结构中的―CO―O―C―
是重要的致香基团, 与烟香尤其烤烟香气十分协调,
最低的是氧化异佛尔酮。类胡萝卜素是烟草中最
重要的萜烯类化合物之一, 烟叶中性挥发性香气成
分中有很大一部分是类胡萝卜素的降解产物, 其中
有很多都是烟草中的重要致香成分。烟叶致香成
分众多, 每种香气成分含量极微, 而且各种致香成
分间相互作用, 所以烟叶香气质量是由多种香气成
分的组成、含量、比例相互作用所决定的(陈瑞
泰1987)。南阳方城地区烤后烟叶中性香味物质含
量比例的不同, 可能与当地的生态气候条件有一定
的关系, 也可能是形成南阳烟叶清雅浓香型风格的
原因之一。
参考文献
陈瑞泰(1 98 7) . 中国烟草栽培学. 上海: 上海科学技术出版社,
100~101
李雪震, 张希杰, 李念胜, 王树声, 梁洪波(1988). 烤烟烟叶色素与
烟叶品质的关系. 中国烟草科学, (2): 23~27
李炎强, 胡有持, 朱忠, 赵晓东, 相秉仁(2004). 云南烤烟复烤叶
片陈化过程香味成分的变化及与感官评价的关系研究. 中国
烟草学报, l0 (1): 1~8
史宏志, 韩锦峰, 官春云(1996). 烟叶香气前体物在成熟和调制
过程中的变化. 作物研究, 10 (2): 44~49
史宏志, 刘国顺编著(1998). 烟草香味学. 北京: 中国农业出版社,
212~214
王瑞新主编(2003). 烟草化学. 北京: 中国农业出版社, 87~91
徐昌杰, 张上隆(2000). 植物类胡萝卜素的生物合成及其调控. 植
物生理学通讯, 36 (1): 64~70
杨虹琦, 周冀衡, 罗泽民, 杨述元(2004). 不同产区烤烟中质体色
素及降解产物的研究. 西南农业大学学报(自然科学版), 26
(5): 640~644
杨晓棠, 张昭其, 徐兰英, 庞学群(2008). 植物叶绿素的降解. 植物
生理学通讯, 44 (1): 7~13
周冀衡, 杨虹琦, 林桂华, 杨述元(2004). 不同烤烟产区烟叶中主
要挥发性香气物质的研究. 湖南农业大学学报(自然科学版),
30 (1): 20~23
邹琦主编(1997). 植物生理生化实验指导. 北京: 中国农业出版
社, 31~39
左天觉编著(1 993 ). 朱尊权译. 烟草的生产、生理和生物化学.
上海: 上海远东出版社, 386~396
Court WA, Hendet JG (1984). Changes in leaf pigments during
senescence and curing of flue-cured tobacco. Can J Plant Sci,
64: 229~232
Ellington JJ, Scholotzhauer PF, Schepartz AI (1978). Quantitation
of hexane-extractable lipids in serial samples of flue-cured
tobacco. J Agr Food Chem, 26: 270~273
Johnstone RA, Plimmer JR (1959). The chemical composition of
tobacco and tobacco smoke. Chem Rev, 59: 885~936
Kaneko H, Harada M (1972). 4-Hydroxy-β-damascone and 4-
hydroxy-dihydro-β-damascone from cigar tobacco. Agr Biol
Chem, 36: 168~171
Shigenaga MK, Hagen TM, Ames BN (1994). Oxidative damage
and mitochondrial decay in aging. Proc Natl Acad Sci USA,
91: 10771~10778
Stedman RL (1967). The chemical composition of tobacco and
tobacco smoke. Chem Rev, 68: 153~207
Wahlburg I, Karlsson K, Austint DJ, Junker N, Roeraade J, Enzell
C (1977). Effects of flue-curing and ageing on the volatile,
neut ra l and a cidic const ituent s of Vi rginia toba cco.
Phytochemistry, 16: 12l7~1231
Whitefield DM, Rowan KS (1974). Changes in the chlorophylls
and carotenoids of leaves of Nicotiana tabacum during
senescence. Phytochemistry, 13: 77~83