烟草质量评价课程论文
烟 草 香 气 前 体 物 与 烤 烟 质 量 的 关 系
烟草香气前体物与烤烟质量的关系
摘要：烟草香味是评价烟叶及卷烟感官质量的重要指标，研究烟草中的香味化学成分对于提高烟草品质、监控卷烟质量具有重要的意义。分别介绍了氨基酸、酚类化合物、生物碱、有机酸、质体色素等烟草香气前体物与烟草质量之间的关系。 关键词：烟草，香气，质量
烟草香气前体物是指在烟叶生长发育过程中形成，本身不具有香气特征，但在烟叶成熟、调制、醇化和燃烧过程中，通过酶促反应和高温条件下的氧化、重排和裂解反应，可转化形成香气物质的化合物[1]。由于它既是成熟、调制后烟叶中的积累物质，也是烤烟醇化和烟丝燃烧产生挥发性香气物质的主要前体，因而具有“承上启下”的作用。香气前体物在烟叶生长、成熟、调制、醇化和燃烧过程中的积累、转化和降解，将直接影响烤烟的香气风格、香气质和香气量。 1 氨基酸
氨基酸既是合成蛋白质的原料，又是蛋白质的降解产物，不仅参与烟株碳、氮代谢，而且与烟叶调制、陈化、燃吸过程所发生的复杂生物化学变化关系密切，与烟叶品质形成有密切关系。氨基酸在赋予烤烟色香味方面具有双重作用，一方面，氨基酸在有氧条件下燃烧会产生氨，影响烟气质量；另一方面，烤烟在调制和醇化过程中，氨基酸和糖类会发生非酶棕化反应，主要是梅拉德反应，形成大量具有烟草特征香味的挥发性化合物和大分子棕色化合物，如羰基化合物、呋喃化合物以及吡嗪类和吡咯衍生物等。它们不但赋予烟气烤焙香、坚果香和甜焦糖味，而且还使烟量感增加，尤其是呋喃类成分，对烟气的香味有重要作用。某些氨基酸还是烟碱合成的前体物质。
氨基酸和糖的非酶棕色化反应即梅拉德(Maillard)反应,被认为是香气成分形成的重要过程之一[2]。Weybrew 等报道[3]烟叶在调制过程中,总游离氨基酸含量逐渐增加,调制后的烟叶含有44种氨基酸，其中以脯氨酸和天门冬酰胺的含量最多。氨基酸在调制过程中还可直接转化为挥发性羰基化合物。Prabhu等[4]应用同位素示踪的方法证明，游离氨基酸在烟叶调制过程中可转化形成醛类和酮类化合物，并且它们可进一步缩合形成吡类化合物。在烟叶醇化过程中,许多棕色化反应产生的挥发性成分将进一步转化形成大量的香气物质，如2-甲酰吡咯、乙酰吡咯、2-乙酰呋喃等，尤其是乙酰吡咯的大量增加，将使烟叶香气品质进一步改善。此外，烟草中苯丙氨酸代谢产物苯甲酸、苯乙酸、苯甲醇、苯乙醇等也是烟草中含量较丰富的香味成分之一。 2 酚类化合物
烟草中含有多种酚类物质，其含量对烟草品质的影响主要表现在颜色、香气、吸味和烟气安全性等方面。目前，在烟叶和烟气中己鉴定出的酚类及其相关化合物多达280余种，按其结构可分为简单酚和多酚[5,6]。简单酚包括苯酚、甲基苯酚、儿茶酚(邻苯二酚)等一元和多元酚，以及邻苯二酚的衍生物丁香酚和愈创木酚。它们对烟气的香吃味有一定影响，而且在烤烟醇化过程中，对甲基苯酚、对乙烯基苯酚和2-甲氧基-对乙烯基苯酚等简单酚的含量均增加。烟草中发现的多酚类物质主要包括单宁类的绿原酸及其异构体和水解产物，如咖啡酸、奎尼酸。实际上绿原酸是咖啡酸与奎尼酸的二缩酯，它是烟草中唯一的单宁类化合物。在烟草中的酚类物质几乎都以葡萄糖苷和酯的形式存在，并且以咖啡酸、绿原酸、芸香苷和莨菪亭在烟草中的含量最丰富。
多酚是烟草尤其是烤烟中重要的香气前体物，一般认为酚类化合物对烟叶香气和吃味有好的影响。多酚化合物对烟草品质最显著的影响是烟叶的颜色。多酚化合物对烟叶颜色至少存在两个方面的影响，一方面，多酚类物质在过氧化酶和多酚氧化酶的作用下，易氧化产生淡红色至黑褐色的酮类物质及其聚合物，导致烟叶颜色由黄色转变为桔黄或不同程度的棕褐色；另一方面，多酚类物质及其氧化产物还可与氨基酸、糖类和矿物质等发生酶促棕化反应，形成许多分子量大小不等、颜色各异的复合色素。
与对烟叶颜色的影响相反，一般认为多酚类物质对烟草吃味和香气有好的影响。烟草中的多酚类物质挥发性低，燃吸过程中直接进入烟气的量很少，而且多酚类物质大多被热解成二元酚类和糠醛衍生物，其中许多热解产物对烟气的香味有直接影响，可赋予烟气清甜香和烤香。多酚类在烟草燃烧时产生酸性反应，能中和部分碱性，使吃味醇和。多酚化合物不但本身具有令人愉快的香气而且在燃吸时由于干馏、氧化、裂解的结果，产生各种各样芳香气味的成分。因此，多酚化合物被认为是产生烟草香气的主要成分之一，曾有人提出用烟草的酚类物质含量与蛋白质氮含量的比值作为“芳香值”。在实际中也发现，多酚化合物含量与烟叶等级相一致，高等级烟叶多酚含量高，低等级烟叶多酚含量低。 3 生物碱
烟草中含有多种生物碱，目前己经鉴定出的生物碱就有20余种，但烤烟栽培品种含有的生物碱主要有4种：烟碱、降烟碱、假木贼碱和新烟草碱，其中以烟碱含量最高，常占烤烟生物碱总量的90%以上，其它3种生物碱含量之和占生物碱总量的比例一般很少超过6%，故称这3种生物碱为微量生物碱。
微量生物碱的含量虽低，但其对烟叶品质具有重要影响[7-9]，它们能增加烟气的刺激性，直接影响到烟叶的香气品质、可用性与安全性[10]。因此，微量生物碱的含量及其组成是评价烟叶品质的重要依据，如降烟碱对燃吸品质具有负作用，很小的量即增加烟气的刺激性[11]；假木贼碱和新烟草碱的含量越高，刺激性也越大。近来，国内外逐渐认识到微量生物碱含量对烤烟品质的负面影响，开展了对微量生物碱的定量分析，常采用毛细管柱气相色谱法测定烟草中的生物碱组成[12]。 4 有机酸
有机酸广泛存在于烤烟中，目前己被鉴定出的有机酸己达200多种，其中大部分是二元酸和三元酸，而脂肪酸在烟草中的含量比二元酸和三元酸低得多。包括挥发性的低级脂肪酸、半挥发性的高级脂肪酸及非挥发性的多元酸(二元酸、三元酸)。有机酸是烟草中的酸性致香成分，它们能改善烟气酸碱度，使烟气吃味醇和芳香，对烟叶的品质具有相当重要的影响，它们被列为评价烟草品质的有效指标[13,14]。因此，烟草中有机酸的分析一直受到国内外烟草工作者的高度关注[15,16]。
高级脂肪酸在烟叶陈化、发酵过程中，在酶或非酶的作用下可形成醇、醛、酮、酸和酯等低分子量的挥发成分。饱和高级脂肪酸以棕榈酸、硬脂酸等为主，能增加烟气的脂肪味、腊味并使之圆和，赋以烟气柔和的吸味。不饱和高级脂肪酸主要是亚油酸、亚麻酸，能增加烟气的粗糙度、刺激性和青杂气，并产生涩味。韩锦峰等研究表明，亚油酸、亚麻酸和棕榈酸的含量与烟叶的香吃味呈负相关，它们含量过高影响烟叶的品质，尤其是亚油酸和亚麻酸显著地影响香气量、劲头和余味[17]。不饱和脂肪酸的含量随着烟叶成熟度的增加而极显著地减少，其含量的高低可反映烟叶的成熟度；烟叶在自然醇化过程中，不饱和脂肪酸的含量亦呈下降趋势，它们分子中的不饱和双键被氧化断裂，生成低级醛类，再氧化成低级脂肪酸并可进一步与醇类结合生成酯类，这些反应对降低烟气的刺激性和青杂气，增加醇和性具有特别重要的意义[18]。
在烟草中还存在许多非挥发性脂肪酸和有机酸，这些不挥发酸对烟草的香气没有明显的作用，但它们具有减轻烟气刺激性的作用，可使烟草的吸味变得醇和，并能增加烟气的浓度。很显然，这些不挥发脂肪酸和有机酸可通过调节烟草的pH值，还能与生物碱结合成盐，调节烟草中碱性成分的挥发性；在燃烧过程中其分解产生的酸性片段可调节烟气中质子化和游离态烟碱的比例，进而影响烟气的吸味和香气，在卷烟抽吸过程中起平衡酸碱度的作用。到目前止已发现的二元酸与三元酸主要为苹果酸、柠檬酸、草酸和丙二酸，这些化合物不是以游离酸而是以盐的形式存在于烟叶中。如苹果酸能改善烟气，使烟气平和、烟气浓度升高，特别是对烟碱含量高的烟叶有良好的影响[19,20]但柠檬酸、草酸的含量与烟叶的燃吸品质呈负相关，含量高导致烤烟的吃味变差[19]。总之，烟叶中低碳链饱和脂肪酸的含量高、长链不饱和脂肪酸的含量低有利于提高烟叶的香吃味品质，此时香气量大、劲头适中、余味舒适。 5 质体色素
烤烟在生长过程中烟叶的质体色素主要有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、新黄质、紫黄质和β-胡萝卜素，烟草质体色素的总量和组成随烟草类型、品种、生长阶段、加工处理方法的不同而不同。一般来说，新鲜烟叶中的叶绿素含量变化范围为0.5%一4%，其中叶绿素a约占70%，叶绿素b约占30%。成熟烟叶中胡萝卜素和叶黄素的总量约为叶绿素含量的1/5至1/3。烤烟烟叶的胡萝卜素是由68%的β-胡萝卜素和32%的新β-胡萝卜素组成的混合物。而叶黄素类的组成为60%的叶黄素，22%的新黄质和18%的紫黄质。
叶绿素是所有绿色植物中最重要的标致性物质，叶绿素是绿色植物进行光合作用吸收光能和光能转化的主要物质。烤烟中的叶绿素在未降解之前，在燃烧过程中将产生严重的青杂气，对卷烟的评吸质量将产生不利的影响。但其降解后形成的产物是新植二烯和植物呋喃。新植二烯是叶绿素降解产物叶醇进一步脱水后形成的降解产物，这些物质也是烤烟中挥发性香气物质含量最高的化合物，具有清香气息。因此，烤后烟叶中叶绿素含量越低，所降解产生的新植二烯和植物吠喃越多，则烤烟的采收成熟度和烘烤成熟度掌握的越好，烟叶的质量也越高。
类胡萝卜素是植物进行光合作用吸收光能和防止光(紫外光、蓝紫光)氧化的主要质体色素。目前己知类胡萝卜素在植物体内主要有以下功能：作为集光色素把激发能传递到反应中心色素分子；保护叶绿素分子，使其不至于被光氧化而破坏；保护脂类，调节类囊体膜的物理性质；消除活性氧自由基的伤害,阻止脂质过氧化；感受蓝紫光，参与脱落酸的生物合成；作为色素决定植物叶、花、果实的颜色。烟草中类胡萝卜素以β-胡萝卜素和叶黄素的含量居多(叶黄素是β-胡萝卜素的含氧衍生物)。研究表明，类胡萝卜素也是影响烤烟香气质量最重要的潜香型萜烯类化合物，类胡萝卜素的降解和热裂解产物可生成的近百种香气化合物，这些化合物是构成烤烟细腻、高雅、清新的主要香气成分，也是烤烟中除新植二烯以外含量较高的挥发性香气物质组分。
结语
烟草香气前体的研究已取得较大的进展。但就研究深度与广度而言，仍有大量的工作要做。相信随着烟草香气前体研究的不断深入，人们对烟草香气形成机理的认识将更加全面，这对促进高香抗逆烟草品种选育、高香烟草栽培及调制技术创新都具有重要的理论和实际意义。
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