叶面喷施不同浓度壳聚糖对登封烟叶常规化学成分及香味成分的影响

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  摘要 [目的]分析叶面喷施不同浓度的壳聚糖对登封烟叶常规化学成分及烟叶香味成分等物质的影响,为今后优质高香气烟叶的生产提供参考。[方法]通过烟叶叶面喷施大田试验,以清水为对照,研究了50、100、150 μg/mL 3个不同浓度同一化控物质壳聚糖对登封烟叶常规化学成分及烟叶香味成分等物质的影响。[结果]经壳聚糖处理的烟叶总糖含量下降,类胡萝卜素降解产物含量、新植二烯的含量升高,烟叶喷施50、100 μg/mL的壳聚糖芳香族氨基酸类物质总量升高,喷施150 μg/mL的壳聚糖美拉德反应产物含量高于对照组,喷施100 μg/mL壳聚糖烟叶的香气物质总量、常规化学成分、有机酸含量均优于其他处理。[结论]叶面喷施浓度50 μg/mL和100 μg/mL壳聚糖有利于优质烟叶的形成。
  关键词 烤烟;壳聚糖;叶面喷施;香气成分
  中图分类号 S572;S482.8 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2014)24-0025-04
  壳聚糖(Chitosan,CLS)又称脱乙酰甲壳素、甲壳胺,是通过甲壳素一定程度的脱乙酰化制成的,学名是(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。甲壳素和壳聚糖的结构式如下:
  壳聚糖分子中游离的-NH2质子化形成-NH3 使其具备了多种生物功能,可作为生长调节物质,调节植物的根、茎、叶和花的生长发育[1],也可通过多种机制诱导提高作物的广谱抗病性[2],分别在小麦、玉米[3]和番茄[4]、马铃薯[5]等作物中有较广泛的研究。近年来,在烟草方面壳聚糖的研究多偏重工业降焦[6]和农业抗病性[7-9]上,壳聚糖对烟草烟叶质量影响的研究数据不足。臧晓静等[10]研究表明,壳聚糖可激发烟草植株次生代谢有关酶的活性,产生诱香作用。宫长荣等[11]研究认为,壳聚糖能较大幅度提高苯丙氨酸类香气物质含量。该试验对田间团棵期、旺长期和成熟期的烟叶喷施不同浓度的壳聚糖溶液,分析烟叶中中性香气物质、有机酸、常规化学成分的含量,以期为以后优质高香气烟叶的生产提供指导。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  试验于2013年在登封市颖阳县于爻村进行,颍阳镇位于登封市最西部,海拔434 m,全镇年种植优质烟叶1 000 hm2,为郑州市优质烟开发基地、烟叶生产第一镇。地势较高,用水不太方便。土壤为中性土。试验品种为中烟100,试验地烟苗于5月初移栽,田间管理按照优质烟栽培技术标准执行。
  1.2 试验设计
  试验采用不同濃度的同一化控调节物质,共设4个处理,处理1:叶面喷施浓度为50 mg/L(240 g/hm2)壳聚糖溶液,处理2:叶面喷施浓度为100 mg/L(480 g/hm2)壳聚糖溶液,处理3:叶面喷施浓度为150 mg/L(720 g/hm2)壳聚糖溶液,处理4:对照组,叶面喷施清水。田间设计于团棵期、旺长期和成熟期喷施,每个处理3行,每行40株,移栽后35 d第1次喷施,后每隔15 d喷施1次,共喷施4次。每次在当天16:00全株喷施,以叶面叶背湿露为度。
  采用三段式烘烤工艺成熟采收后的烟叶进行烘烤,烘烤的烟叶在45 ℃下烘干,磨碎后过60目筛,处理后的烟样用于常规化学成分以及烤烟香味成分的测定。
  1.3 检测指标与方法
  1.3.1 主要中性香味物质的提取和测定。烟叶样品主要中性香味物质采用美国HP6890-5975气质联用仪进行定性定量分析。同时用蒸馏萃取的方法提取烟叶香气物质,萃取液采用二氯甲烷,浓缩至1 mL左右后,进行气相色谱—质谱分析。烟叶香气成分的定性定量测定条件如下:
  GC条件:采用HP-5MS(60 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱,以He为载气,流速设置为0.8 mL/min,进样口温度250 ℃;初始温度为50 ℃,恒温2 min,然后以2 ℃/min的速率将进样口温度升高到120 ℃,维持5 min,最后以2 ℃/min的速率将温度升高到240 ℃,温度恒定30 min;分流比为1∶15,进样量2 μL,质谱检测。
  GC/MS条件:采用上述GC条件;传输线温度280 ℃,离子源温度177 ℃,电离能70 eV,以He为载气,流速0.8 mL/min,保持质量数在35~500 amu,NIST 0.5 aL为MS谱库。
  烟草香气物质一般含量都较低,有的成分含量极微,但组成成分众多。人们通常将香气物质按其前体物、化学官能团和二者综合进行分类。为便于分析,并结合壳聚糖不同喷施浓度对烟叶香气物质的影响,试验按照香气前体物分类,把香气物质分为类芳香族氨基酸降解产物、胡萝卜素降解产物、美拉德反应降解产物、新植二烯、类西柏烷类降解产物五大类。
  1.3.2 有机酸测定方法。有机酸的测量方法和测量条件采用景延秋等[12]的方法。
  1.3.3 常规化学成分测定方法。还原糖和总糖(即水溶性糖)测定采用连续流动法(YC/T159—2002);总氮的测定采用连续流动法(YC/T 161—2002);淀粉含量测定采用蒽酮法[13];烟碱测定采用YC/T 382—2010法;钾含量的测定采用火焰光度法(YC/T 173—2003);氯含量的测定采用连续流动法(YC/T 162—2002)。
  2 结果与分析
  2.1 不同处理条件下烤烟烟叶中常规化学成分的含量变化
  烟叶常规化学成分含量的高低及其与其他成分的协调性是决定烟叶质量的重要因素。优质烤烟要求总糖含量18%~22%,还原糖含量16%~20%,总氮含量1.5%~3.5%,烟碱含量1.5%~3.5%,氯和钾的含量适宜范围为K>2%,Cl<1%,蛋白质含量8%~10%,糖碱比8~12,钾氯比4~10[14]。由表1可知,不同壳聚糖浓度处理与对照组相比氯含量、总糖含量、蛋白质含量有所降低,除处理3烟碱含量略低外,各处理常规化学成分均在适宜范围内。综合糖碱比和钾氯比,处理2化学成分含量和比例最协调,其次是处理1。   2.2 不同处理条件下烤烟烟叶中中性香味成分的含量变化
  2.2.1 不同处理条件对类胡萝卜素降解产物的影响。类胡萝卜素主要包括β-胡萝卜素、叶黄素、新黄质、紫黄质等,其在成熟、调制和陈化过程中,能够降解生成多种重要的致香物质[15]。由表2可知,不同处理间类胡萝卜素降解产物总量的大小为处理2>处理1>处理3>CK。因此,单獨从类胡萝卜素降解产物单方面考虑,认为处理2有利于产生香气丰韵的烟叶。
  2.2.2 不同处理条件对新植二烯含量的影响。新植二烯是中性挥发物中含量最高的成分,香气阈值较高,具有微弱香气,能分解转化成低分子的香味物质[16]。在烟草燃烧时,直接进入烟气的新植二烯,可以醇和烟气、减轻烟气中的刺激性,所以与烟气的品质具有密切的相关性[17]。由表3可知,不同处理间新植二烯的含量以处理1最高,其次为处理2,分别是对照的125.08%、123.80%,处理3的新植二烯的含量低于CK;对不同处理间其他香味物质总量(除去新植二烯)进行比较,CK都高于其他处理。
  2.2.3 不同处理条件对芳香族氨基酸降解产物的影响。烟叶中芳香族氨基酸代谢转化是影响香味的重要过程之一,其裂解产物中性香气物质主要有苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇、苯乙醇,是烟叶中含量较丰富的香味成分[18]。由表4可知,不同甲壳素处理的烟叶,芳香族氨基酸类物质总量的大小为处理2>处理1>CK>处理3;苯甲醛、苯甲醇、苯乙醇和苯乙醛在所有处理中均以处理2含量最高。
  2.2.4 不同处理条件对美拉德反应产物的影响。美拉德反应主要产物有糠醛、糠醇和2-乙酰基吡咯等,其中糠醛具有黄油香、面包香,能使烟气具有甜味;糠醇能增加烟气中的香气浓度,具有谷香和油香;2-乙酰基吡咯能使烟气柔和,增强烟气甜味[15]。由表5可知,处理3的美拉德反应产物含量最高,达到了35.97 μg/g,其次为处理2的27.14 μg/g,而处理1、2的含量低于CK。
  2.2.5 不同处理条件对类西柏烷类降解产物的影响。类西柏烷类是烟草中重要的二萜类物质,是重要的烟草香味物质的前体物。经调制和陈化后,大部分降解,降解产物中的茄酮、降茄二酮都具有似新鲜胡萝卜的清香味,它们对于改善烟草香气有重要作用[19]。由表6可知,类西柏烷类总量以处理2含量最高,是对照的146.50%,占总量(除新植二烯)的36%;其次为处理3,占总量(除新植二烯)的34%。
  2.2.6 不同处理条件对中性香味物质总量的影响。中性挥发性香味物质作为目前研究烟叶中烟草香气评价的重要指标,同时也是评价烟叶香型、香气质及香气量的重要判定标准[20-21]。叶面喷施化控物质以处理2香气物质总量最高,为1 091.17 μg/g,其次为处理1的1 081.10 μg/g(表6)。
  2.3 不同处理条件对烤后烟有机酸含量的影响
  有机酸广泛存在于烟草中,有机酸与其衍生物都是重要的烟草香味的主要成分[22]。为便于研究,在研究工作中,通常将有机酸分为3类:非挥发性酸、半挥发性酸以及挥发性酸,主要包括非挥发性的二元酸、三元酸、高级脂肪酸和低级脂肪酸。3种有机酸含量依次降低。成熟调制后烟叶中的非挥发性的二元酸和三元酸约占干物质总量的10%。有机酸不但在烟草生长过程中发挥着巨大作用,而且影响烟叶的质量和卷烟的品质:烟叶中的非挥发性有机酸主要起到平衡烟气的作用,可中和游离碱,调节烟气酸性,使烟叶的吸味醇和;烟叶中的挥发性有机酸能降低烟气的碱性,使烟叶和烟气的香气增加,气味变得醇和,减少刺激性[12]。
  2.3.1 不同处理条件对烤后烟非挥发性有机酸含量的影响。非挥发性有机酸虽然没有明显的香气,但能够与烟草中的生物碱结合形成盐,起到调节游离态烟碱比例和质子比的作用,从而增加烟气浓度,减轻烟草刺激性,使吸味醇和,是烤烟中重要的酸性潜香型成分[23]。由表7可知,不同处理非挥发性有机酸含量大小为处理2>处理3>处理1>CK,其含量分别为33.69、33.61、32.33、31.12 μg/g。
  2.3.2 不同处理条件对烤后烟高级饱和脂肪酸含量的影响。半挥发性酸是能够生成油脂的高级脂肪酸,指C10以上的酸。高级脂肪酸不仅包括高级不饱和脂肪酸,还包括高级饱和脂肪酸。在烟叶陈化过程中,高级脂肪酸能够通过酶或非酶降解转化作用生成小分子的致香物质,是重要的烟叶香气前提物质。热裂解过程中,高级不饱和脂肪酸及其甲酯易形成己烯、己醛等具杂气和强烈刺激性的物质,使烟气中的刺激性和粗糙感增强;而高级饱和脂肪酸可使烟味醇和,抑制刺激,并使烟气中的腊味、脂味增强,赋予烟气柔和的气味,同时有的高级脂肪酸的甲酯、乙酯自身就具有突出的芳香气味[22]。因此,在一定范围内,饱和脂肪酸的含量高和不饱和脂肪酸的含量低有利于优质烟叶的形成。
  由表7可知,不同处理条件对高级饱和脂肪酸含量的影响大小为:处理1>处理2>处理3>CK,其含量分别为4.48、4.44、4.31、4.13 μg/g,对高级不饱和脂肪酸含量的影响大小为:处理2>处理3>处理1>CK,其含量分别为7.01、6.87、6.73、6.51 μg/g。
  2.3.3 不同处理条件对烤后烟有机酸总量的影响。烟叶中的有机酸种类繁多,含量差异较大,主要指烟叶中除氨基酸以外的有机酸[24],是烟草叶片中的重要组成部分。当烟叶工艺成熟经调制后,烟叶中的有机酸可占烟叶干物质总量的12%~16%[25]。不同处理条件对有机酸总量的影响为处理2>处理3>处理1>CK,其含量分别为45.14、44.79、43.55、41.76 μg/g。
  3 结论与讨论
  3.1 讨论
  壳聚糖提高烟叶品质可以从2个方面分析:首先,壳聚糖能提高植物的抗病性,避免烟草病害的侵染,为烟草提供良好的生长环境。同时,壳聚糖本身也是一种生长调节剂,可以调节烟叶生长。良好的生长环境和适当的生长调节为优质烟叶的生产提供了保证。其次,壳聚糖激发烟草产生致香物质相关酶。对烟草而言,香气物质多为次生代谢产物,壳聚糖能作为植物抗病性的激发子调节植物体内与抗病有关的酶活性变化[2],其中苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶等都与烟草次生代谢有关。壳聚糖能提高烟叶中这2种酶的含量已有报道[10]。   我国有丰富的甲壳素资源,国内已有许多公司生产甲壳素等化控物质叶面肥。壳聚糖作为叶面肥在烟叶生长时期喷施,具有多重作用,既可以有效地预防烟草病毒病,又能提高香味化学成分、烟叶产量和等级比例[26],低碳环保,具有广泛的应用和开发前景。
  3.2 结论
  该文通过大田叶面喷施,初步探讨了不同浓度壳聚糖对烟草常规化学成分和致香物质的影响。试验结果表明:叶面喷施适量的壳聚糖能减少烟草对氯的吸收,降低烤后烟叶总糖和蛋白质的含量;能诱导香气物质的形成,提高烟叶的香气含量。其中,叶面喷施100 mg/L壳聚糖,烤后烟叶化学成分协调性好,其次为150 mg/L;叶面喷施100 mg/L壳聚烤后烟叶糖类胡萝卜素降解产物总量、新植二烯的含量、芳香族氨基酸类物质总量、香气物质总量最高,其次是喷施50 mg/L;喷施150 mg/L壳聚糖烟叶美拉德反应产物含量最高、对有机酸总量的影响最好,其次是100 mg/L。综合考虑,叶面喷施100 mg/L壳聚糖更有利于优质烟叶的形成。
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