谢良文，路晓崇，裴晓东，蒋博文，李生栋，魏硕，李帆(.四川省烟草公司，四川 成都 6004；.河南农业大学烟草学院， 河南 郑州 45000；.湖南省烟草公司长沙市公司，湖南 长沙 4000)



烤烟烘烤过程中氨基酸含量变化对主要含氮化合物的影响

谢良文1，路晓崇2，裴晓东3*，蒋博文2，李生栋2，魏硕2，李帆3
(1.四川省烟草公司，四川 成都 610041；2.河南农业大学烟草学院， 河南 郑州 450002；3.湖南省烟草公司长沙市公司，湖南 长沙 410300)

摘 要：为了解烘烤过程中氨基酸含量变化对主要含氮化合物形成的影响，采用因子分析法与灰色关联分析法对烟叶氨基酸与蛋白质、总氮、总植物碱、烟气中的NH3、HCN含量变化的关系进行研究。结果表明：氨基酸含量在变黄中期到定色中期变化幅度较大，含量较高的有脯氨酸、丙氨酸、精氨酸、蛋氨酸4种氨基酸；根据烘烤过程中含量的变化，可以将16种氨基酸分为4类；烤烟蛋白质、总植物碱的波动幅度较大，HCN和氨在变黄后期到定色中期变化幅度较大，总氮和硝酸根的含量变化幅度相对较小；甘氨酸与总氮、蛋白质、总植物碱、硝酸根、氨、HCN均有较高的关联度(0.443 7、0.442 6、0.408 7、0.398 1、0.345 6、0.364 7)，苏氨酸与烟气中氨含量的灰色关联度最大，关联度为0.419 4，缬氨酸与烟叶中总氮、蛋白质、硝酸根以及烟气中HCN的含量有较高的关联度(0.411 4、0.456 4、0.423 9、0.402 3)，蛋氨酸与烟气中HCN的关联度较高(0.450 6)。

关 键 词：烤烟；烘烤；氨基酸；含氮化合物；因子分析；灰色关联度分析

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氨基酸对烟叶的香味品质有重要贡献，同时也是某些有害含氮化合物合成的前体物或酶解物，含氮化合物对烟叶质量以及安全性均有较大影响[1–2]。王树声等[3]研究表明，烟叶中丝氨酸、甘氨酸、缬氨酸含量较高，钾/氯比值较高，烟叶品质会较好。齐群刚等[4]研究表明，天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、脯氨酸5种氨基酸直接参与烟草根系烟碱合成代谢；氨基酸参与构成酶、激素、部分维生素，转变为糖或脂肪，可以平衡氮含量[5–7]。王晶等[8]研究表明，所有碱性氨基酸和杂环氨基酸都与氢氰酸呈显著正相关，所有酸性氨基酸与氢氰酸都没有呈现显著相关性，对烟草主流烟气中氢氰酸释放量起主要作用的氨基酸依次是苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸、丙氨酸、脯氨酸和丝氨酸。烟叶含氮化合物在烘烤过程中有较大幅度的降解转化[9]，笔者运用因子分析与灰色关联分析方法，对烤烟氨基酸含量变化与主要含氮化合物含量变化的关系进行研究，以期进一步了解烘烤过程中烤烟氨基酸的含量变化对烟叶含氮化合物的影响，为提高烟叶感官质量，降低烟气中有害物质的释放量提供参考。

1　材料与方法

1.1材料

烤烟品种为红花大金元。

1.2方法

于2015年在四川省凉山州会理县天子基地，选取成熟采收的中部叶(10～12位叶)，置于气流上升式散叶密集烤房烘烤。分别在鲜烟叶、变黄中前期(38 ℃)、变黄后期(42 ℃)、定色中前期(48 ℃)、定色后期(54 ℃)以及烘烤结束取样，每次30片，采用杀青烘干法封存。烟叶样品的氨基酸与总氮、总植物碱、蛋白质以及单料烟烟气中氨气和HCN含量的测定，交由凉山州烟叶技术中心完成。

1.3数据处理

数据采用Excel 2010进行分析和处理；采用Mathematica 9.0作因子分析与灰色关联分析[10]。

2　结果与分析

2.1 烤烟烘烤过程中氨基酸含量的变化

由表1可知，烘烤过程中，烟叶16种氨基酸含量的变化差异较大。脯氨酸含量最高，丙氨酸含量次之，精氨酸的含量最低。依据烘烤过程中氨基酸含量变化趋势，可以将氨基酸分为4类：第1类，氨基酸含量表现为先降后升，包括天门冬氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、甘氨酸4种；第2类，氨基酸含量先下降后基本保持平稳，包括精氨酸、缬氨酸与亮氨酸3种；第3类，氨基酸含量基本不变，包括赖氨酸和苯丙氨酸2种；第4类，氨基酸含量表现为先升后降，包括苏氨酸、脯氨酸、组氨酸、谷氨酸、酪氨酸、丝氨酸、蛋氨酸7种。天门冬氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、缬氨酸6种氨基酸的含量在38 ℃之前(即变黄中前期)有较大幅度的下降，苯丙氨酸、组氨酸、谷氨酸在48 ℃之前(即定色中前期)有较大幅度的变化，所有氨基酸含量在48 ℃之后均有所下降。

表1　烘烤过程中烟叶的氨基酸含量Table 1　Amino acid content in tobacco leaf during curing process

2.2 烤烟烘烤过程含氮化合物的变化

由表2可知，烘烤过程中烟叶中总氮含量变化总体上表现下降趋势，下降幅度较大的时期主要在定色中后期(48～54 ℃)，蛋白质降解的主要时期发生在变黄期(38～42 ℃)，下降幅度为3.28%；总植物碱表现为先上升后下降的趋势，下降最快的时期出现在变黄后期到定色后期(42～54 ℃)，下降1.17%；硝酸根含量表现为先下降后上升再下降的趋势，其中谷值出现在变黄中期(38 ℃)，而峰值出现在定色中期(48 ℃)，极值差与最大值的比值为0.59。烟气中氨含量表现为上升趋势，且有2个突变的时期：一个是变黄中期(38 ℃)，一个出现在变黄后期到定色中期(42～48 ℃)； HCN的含量变化总体上表现为上升趋势，但在48 ℃时出现下降，之后保持在0.12%左右。表明烤烟烘烤过程中烟叶的含氮化合物总体上表现为下降趋势，下降幅度较大的时期主要发生在变黄中期与定色中期(38～48 ℃)，而烟气中的含氮化合物总体上表现为上升趋势。。

表2　烘烤过程中烟叶含氮化合物的含量Table 2　The content of nitrogen-containing compound in tobacco leaf during curing process

2.3烟叶氨基酸与含氮化合物的关联分析

对烟叶中16种氨基酸的含量进行因子分析，并将因子载荷矩阵方差极大正交旋转，由正交旋转后的因子载荷矩阵(表3)可知, 在累积方差为92.73%(＞90%)的前提下，分析得到6个主因子，满足因子分析的原则，其中因子 1 与因子2的贡献率约为30%，累计贡献率约为60%，因子3对烤烟氨基酸含量的贡献率为10.40%，因子4、因子5与因子6的贡献率均约为7.5%。因子 1主要反映了缬氨酸和异亮氨酸含量的变化；因子2主要反映了谷氨酸和苏氨酸含量的变化；因子 3主要反映了酪氨酸含量的变化；因子4、因子5与因子6主要反映了赖氨酸、甘氨酸和蛋氨酸含量的变化。

表3　方差极大正交旋转后的因子载荷矩阵Table 3　The factor loading matrix after orthogonal rotation of maximum variance

根据因子分析结果，将缬氨酸、异亮氨酸、谷氨酸、苏氨酸、赖氨酸、酪氨酸、甘氨酸、蛋氨酸8种氨基酸与烟叶和烟气中的6种主要含氮化合物，进行初值化处理[11]后, 进行灰色关联分析。由表4可知，烟叶总植物碱受甘氨酸的影响较大，而烟气中氨含量与苏氨酸的含量有较高的相关度(0.419 4)。甘氨酸、缬氨酸和异亮氨酸3种氨基酸与总氮含量的灰色关联度分别为0.443 7、0.411 4和0.393 1，可知这3种氨基酸对总氮含量均有较大影响；蛋白质与甘氨酸、缬氨酸以及异亮氨酸3种氨基酸均有较高的关联度；甘氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、酪氨酸4种氨基酸对硝酸根的形成有较大影响，而烟气中的HCN与缬氨酸、蛋氨酸与赖氨酸有较大的关联度。

表4　烟叶氨基酸含量与含氮化合物的灰色关联度Table 4　The grey relation analysis of amino acids and the main nitrogen compounds

3　结论与讨论

烤烟烘烤过程中含量较高的氨基酸为脯氨酸、丙氨酸、苏氨酸、蛋氨酸4种；16种氨基酸含量变化差异较大，根据变化趋势可以分为4类。氨基酸的含量在38～48 ℃变化幅度较大，可能由于烘烤过程中烤烟大分子物质的降解转化主要发生在变黄期与定色中前期[11]，48 ℃之后氨基酸含量均有一定程度的降低，主要是由于氨基酸与还原糖发生美拉德反应[12–13]，不仅增加烟叶香气量[14]，而且增加橘色烟的比例。宫长荣等[11]以K326为试验材料，测得了烘烤过程中烤烟17种氨基酸的含量，但本研究以红花大金元为试验材料，仅检测到16种氨基酸的含量，未检测到半胱氨酸，这可能与烤烟品种有关。

烟叶中的含氮化合物对烟叶质量有较大影响，刘国顺等[15]研究表明，总植物碱、总氮、蛋白质对卷烟的口感吃味影响较大，而氨与HCN是卷烟中7种有害物质的重要组成部分[16–18]，含量的高低对卷烟的质量至关重要。本研究结果表明，烤后烟叶烟气中的HCN的含量与42 ℃时相比有一定的下降，烘烤过程中可以采取相应措施降低卷烟烟气中HCN的含量，进而提高卷烟的安全性[19–20]。氨大体上随着烘烤的进行不断增加，且在42～48 ℃增加幅度较大，之后略有下降，烘烤过程中应尽量减少42～48 ℃阶段的时间，以降低烟气中氨的含量。总氮含量变化幅度较小，含量在2%～3%，符合优质烟的标准[15]。

因子分析结果表明，烘烤过程中， 8种氨基酸的变化可以代表16种氨基酸的变化。灰色关联分析表明，苏氨酸与烟气中氨含量的灰色关联度最大，而郭吉兆等[18]研究表明，卷烟中脯氨酸含量对烟气中氨的释放量影响较大，贡献率达11.26%，这与本研究结果相悖，可能与使用的研究材料不同有关。谷氨酸、赖氨酸、酪氨酸3种氨基酸与6种含氮化合物的关联度差异不大；甘氨酸与总氮、总植物碱、蛋白质以及硝酸根有较高的关联度，而与烟气中的2种含氮化合物关联度较小；缬氨酸与烟叶中总氮、蛋白质、硝酸根以及烟气中HCN的含量有较高的关联度；蛋氨酸与烟气中的HCN关联度较高，王洪波等[2]研究表明，脯氨酸对HCN的形成影响较大，这可能与研究材料存在差异有关。异亮氨酸的含量与烟叶中蛋白质与硝酸根的关联度较高。

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责任编辑：罗慧敏英文编辑：罗 维

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

中图分类号：S572.01

文献标志码：A

文章编号：1007−1032(2016)02−0152−05

收稿日期：2015–12–04 修回日期：2016–01–17

基金项目：湖南省烟草公司长沙市公司项目(2013006)

作者简介：谢良文( 1979—) ，男，河南商丘人，农艺师，主要从事烤烟烘烤与技术推广研究，ruciyubici@163.com；*通信作者，裴晓东，高级农艺师，主要从事烟草调制研究，1210275337@qq.com