氮素对不同烤烟品种化学品质及中性致香物质的影响
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摘要：2014年在南阳市内乡县赵店乡，以烤烟品种豫烟7号、豫烟10号、K326、云烟87为试验材料，研究了氮素对不同烤烟品种化学品质及中性致香物质的影响。结果表明：随氮用量的增加，烤烟烟碱、总氮、蛋白质含量增加，还原糖、总糖含量降低；糖碱比和氮碱比均呈逐渐降低的趋势。在一定范围内随氮用量的增加，各品种苯丙氨酸类致香物质含量均呈增加趋势；除豫烟7号外，其它3个品种棕色化反应产物总量均呈逐渐增加的趋势，叶绿素降解产物新植二烯及类胡萝卜素降解产物总量均呈先增加后降低趋势；氮素对类西柏烷类降解产物含量的影响在4个品种间表现不明显。因此，在本试验条件下豫烟7号施氮量为22.5 kg/hm2、其他品种施氮量为37.5 kg/hm2时较为适宜。在烤烟的栽培管理中，要根据品种特点进行合理的氮肥运筹，以达到提高南阳烟区烤烟品质的目的。
关键词：烤烟；氮素；化学品质；中性致香物质
中图分类号：S572.062文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）03-0083-06
AbstractTaking 4 flue-cured tobacco varieties， Yuyan 7， Yuyan 10， K326， Yunyan 87， as the tested materials， the field experiment was conducted to study the effects of nitrogen on the chemical quality and neutral aroma components in flue-cured tobacco leaves in Neixiang County of Henan Province in 2014. The results showed that with the increase of nitrogen application rate， the contents of nicotine， total nitrogen and protein increased， the contents of reducing sugar and total sugar and the ratios of sugar to nicotine and nitrogen to nicotine decreased， and the contents of phenylalanine aroma components increased in the four flue-cured tobacco varieties. The contents of brown reaction products gradually increased， and the contents of chlorophyll degradation product neophytaliene and carotenoids degradation products increased first and then decreased in flue-cured tobacco varieties except Yuyan 7. The content of cembranenoid degradation products had no obvious rule. Therefore， under the experiment conditions， the optimum nitrogen application rate of Yuyan 7 was 22.5 kg/hm2， and that of the other tobacco varieties was 37.5 kg/hm2. In the tobacco cultivation and management， we should take different nitrogen application rates according to variety to improve the quality of flue-cured tobacco in Nanyang tobacco areas.
KeywordsFlue-cured tobacco； Nitrogen； Chemical quality； Neutral aroma components
氮素直接⒂胙讨晷翁建成，对烤烟生长发育、碳氮代谢、烟叶成熟度、化学成分及致香物质的形成均有重要影响[1-5] ，是烤烟最重要的营养元素。烤烟化学成分及致香物质的形成是烤烟品种、生态条件、栽培措施综合作用的结果[6，7]，栽培措施中施氮量对化学成分及致香物质含量的影响是最大的。施氮量较少，大大降低了调制后烟叶的厚度和重量，使得烟叶产量下降，同时对烟叶颜色、烟碱含量也有影响，使得烟叶香气差、劲头小。施氮量过多烟叶内化学物质不协调，含氮化合物增多，含糖量下降，大大降低了烟叶的工业可用性[8-10]。因此，确定适宜的施氮量在烤烟生产中就显得尤为重要。目前，大量的研究主要集中在不同氮肥形态及其用量对烤烟生长发育、产量、物理性状、化学成分、经济性状和中性致香物质影响的研究上[11-16]，并取得了一定成果。南阳内乡是河南最重要的烤烟主产区之一，本研究采用田间小区试验探讨了施氮量对不同烤烟品种常规化学成分及中性致香物质含量的影响，旨在丰富南阳优质烤烟生产的理论基础，同时为内乡烟区选择适宜的氮用量及栽培品种提供参考。
1材料与方法
1.1试验地基本情况
试验于2014年在南阳市内乡县赵店乡进行，前茬作物为烟草。土壤为黄褐土，质地为中壤，土层深厚，具备灌溉条件，土壤肥力状况如表1所示。
1.2试验材料
烤烟品种：豫烟7号、豫烟10号、K326、云烟87。试验所用肥料分别为烟草专用复合肥（氮磷钾比例为10∶10∶20）、重过磷酸钙（含P2O5 44%）和硫酸钾（含K2O 50%）。
1.3试验设计
采用双因素裂区试验设计。主区为品种因素，共设4个不同的烤烟品种，分别为豫烟7号、豫烟10号、K326、云烟87。副区为施肥因素，共设4个不同的纯氮施用量，分别为对照不施氮（N0），施纯氮22.5 kg/hm2（N1），施纯氮37.5 kg/hm2（N2），施纯氮52.5 kg/hm2（N3）。小区面积66 m2（2 m×33 m），随机区组排列，重复3次，共16个处理。基肥和追肥按照7∶3进行施用，基肥在移栽前开沟条施，追肥在移栽后25 d左右均匀穴施。除氮用量不同外，各处理磷（P2O5）、钾（K2O）用量均相同。4月27日移栽，行株距1.1 m×0.55 m。其它大田管理措施均按南阳市内乡县烟草种植标准化操作规程进行。
1.4测定项目与方法
1.4.1烟叶样品的采集各处理严格成熟采收，按三段式烘烤工艺科学烘烤。烘烤均按各处理分小区采收烘烤、堆放、分级。烘烤方法按烘烤规程进行烤烟收获后，采集C3F初烤烟叶16份。
1.4.2中性致香物质的测定用蒸馏萃取方法提取烟草中性致香物质，用气相色谱/质谱法（GC/MS）进行定性和定量分析[17]。
1.5数据处理
试验数据利用SPSS 20.0数据处理系统进行分析，用Microsoft Excel 2007作表。
2结果与分析
2.1氮素对不同烤烟品种初烤烟叶（C3F）常规化学成分含量的影响
烟叶质量与烟叶内化学成分的含量及其协调性密切相关。烟碱与烟草及其制品的色、香、味均有很紧密的联系，我们一般也是从这三个方面来对烟草及其制品进行评定的。由表2看出，同一品种，随施氮量的增加，烟碱、总氮含量增加，还原糖、总糖含量降低，蛋白质含量也呈逐渐增加的趋势，但施氮量在N3水平时含量超过了最适范围，钾、氯含量的变化没有明显的规律。同一施氮量，不同品N之间化学成分也有明显的差异。K326、云烟87的蛋白质、总氮、烟碱含量高于另外两个品种，还原糖、总糖含量则低于另外两个品种。
2.2氮素对不同烤烟品种初烤烟叶（C3F）常规化学成分衍生值的影响
由表3看出，随着氮用量的增加，糖碱比逐渐降低。糖碱比一般在7～10为宜，且以接近10为最好，各处理糖碱比在N0水平下，除K326外其它各品种糖碱比均大于10，在N3水平下各品种糖碱比均低于7，各品种在N1、N2水平下糖碱比均在适宜范围内。钾氯比一般用来作为燃烧性的评价指标，各处理钾氯比变幅为1.50～4.68，相对来说钾氯比有些偏低。随着氮用量的增加，各品种钾氯比变化规律不一致，且氮素对钾氯比的影响不明显。随着氮用量的增加，除K326外其他品种氮碱比均呈逐渐降低的趋势。各品种之间，豫烟7号两糖差最大，云烟87整体较小，随着氮用量的增加，各品种没有明显的变化规律。
2.3氮素对不同烤烟品种初烤烟叶（C3F）中性致香物质含量的影响
2.3.1氮素对不同烤烟品种苯丙氨酸类降解产物含量的影响芳香族氨基酸经过降解产生苯丙氨酸类致香物质，而苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛等是苯丙氨酸类致香物质的主要成分，烤烟的香气特别是其中的果香、清香都与苯丙氨酸类致香物质密切相关。除了以上4种物质，也在一些样品中检测出了4-乙烯基-2-甲氧基苯酚物质。
氮素对不同烤烟品种苯丙氨醛类降解产物的影响如表4所示，不同品种苯丙氨醛类降解产物含量也有一定差异，4个品种含量表现为K326>豫烟10号>云烟87 >豫烟7号；同一品种，随着施氮量的增加变化规律也不一致，豫烟7号在N0水平下表现最好，之后随施氮量的增加呈增加的趋势；豫烟10号在一定的范围内随施氮量的增加呈增加的趋势，但以N2水平下含量最高；K326总体含量较高，其规律与豫烟10号基本相同；除去N0水平，云烟87随施氮量的增加而增加。说明在一定范围内增施氮肥对初烤烟叶苯丙氨酸类致香物质的形成有促进作用，但是施氮过量，反而不利于苯丙氨酸类致香物质的合成。
2.3.2氮素对不同烤烟品种棕色化产物含量的影响棕色化产物含有许多对卷烟香吃味具有很大影响的令人愉悦的香气，其中的吡咯和呋喃类物质具有可可香味。其产物主要包括糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、2-乙酰基呋喃、2-乙酰基吡咯、3，4-二甲基-2，5-呋喃等成分，这些成分对卷烟的香气和吃味具有重要的彰显效应。
氮素对不同烤烟品种棕色化反应产物的影响如表5所示，不同品种棕色化反应产物含量也有一定差异，4个品种含量表现为K326>云烟87>豫烟10号>豫烟7号；同一品种，随着施氮量的增加规律也不一致，豫烟7号在N1水平下表现最好，随施氮量的增加规律不明显；豫烟10号在一定范围内随施氮量的增加呈增加的趋势，但以N2水平下含量最高；K326总体含量较高，其规律与豫烟10号基本相同；除去N0水平，云烟87随施氮量的增加而增加。说明在一定范围内增施氮肥对初烤烟叶棕色化反应产物的形成有促进作用，但是施氮过量，反而不利于其合成。
氮素对不同烤烟品种叶绿素降解产物含量的影响新植二烯是烟叶中一种非常有用的萜烯类化合物，是叶绿素的主要降解产物，其具有较高的香气阈值，并能产生一种弱的令人愉悦的香气，同时可分解转化形成低分子香味成分。氮素对不同烤烟品种叶绿素降解产物的影响如表6所示，不同品种叶绿素降解产物含量也有一定差异，表现为豫烟7号>云烟87> K326>豫烟10号；同一品种，除豫烟7号外，新植二烯含量均随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，且在N2水平下含量最高；豫烟7号在N1水平下表现最好，之后随施氮量的增加逐渐降低。
2.3.4氮素对不同烤烟品种类西柏烷类降解产物含量的影响西柏烷类化合物主要存在于青叶的角质层中，是烟草中一类重要的萜烯类化合物。西柏烷类化合物主要是在调制和醇化过程中降解的，通过降解，能够产生很多不同种类的重要香味成分。茄酮及其衍生物就是其降解产物的主要成分，其中茄酮本身就带有很好的香气，是烟草中含量最多的中性香味物质之一。茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮是茄酮的主要转化产物，它们也是烟草中非常重要的香味物质。氮素对不同烤烟品种类西柏烷类降解产物含量的影响如表6所示，不同品种类西柏烷类降解产物含量也有一定差异，4个品种含量表现为云烟87> K326>豫烟10号>豫烟7号；同一品种，随着施氮量的增加没有一定的变化规律，说明氮素对类西柏烷类降解产物含量的影响不明显。
2.3.5氮素对不同烤烟品种类胡萝卜素降解产物含量的影响类胡萝卜素在烟草的萜烯类化合物中起着举足轻重的作用，其降解产物在烟叶中性香味成分中占有很大比重，其中很多化合物，如紫罗兰酮、大马酮、巨豆三烯酮和异佛尔酮等，是烟草中非常关键的香气成分。类胡萝卜素的充分降解是浓香型烟叶形成的关键，大马酮、巨豆三烯酮对浓香型香气风格的形成有重要作用。氮素对不同烤烟品种类胡萝卜素降解产物含量的影响如表6所示，不同品种类胡萝卜素降解产物总量有一定差异，总体上表现为K326>云烟87 >豫烟7号>豫烟10号；同一品种随着施氮量的增加，除豫烟7号外，其余3个品种规律大致一致，均表现为随着施氮量的增加呈先增后降趋势，且均以N2水平下最高，豫烟7号则在N1水平表现最好。说明在一定范围内，增加氮用量对类胡萝卜素降解产物含量有一定的提高效应，但超过这个范围则会使其含量下降。
3讨论与结论
3.1烟叶品质与化学成分密切相关，因为烟叶及其制品的烟气特征主要取决于化学成分的含量。烟制品的烟气只有在协调适宜的化学成分下，才会变得吸味醇和，口感舒适。试验结果表明，随着氮用量的增加，烤烟含氮化合物烟碱、总氮、蛋白质等含量增加，还原糖、总糖含量降低，但施氮量过高其含量超过最适范围，钾、氯含量没有明显的规律。不同品种之间化学成分含量有一定差异，表现为K326、云烟87两品种的蛋白质、总氮、烟碱含量大于另外两个品种，还原糖、总糖含量则低于两外两个品种。豫烟7号在22.5 kg/hm2氮用量下化学成分协调性最好，而其它3个品种则在37.5 kg/hm2氮用量下协调性最好。
3.2烟叶品质与烟叶香气成分关系密切，烟叶的香气质量和香型是由多种香气成分的含量和比例共同决定的，苯丙氨酸类、棕色化产物、新植二烯类、类西柏烷类、类胡萝卜素类降解产物这五类是烟叶中主要的中性致香物质，某一种香气成分并不能决定烟叶整个的香气定位，而是取决于各种香气成分含量和比例是否协调。质体色素降解产物对烤后烟叶中性致香物质有很大的贡献率，这与赵铭钦等[18]的研究结果相一致。新植二烯是叶绿素最主要的降解产物，叶绿素在烟叶的成熟和调制过程中变化幅度非常大，除了自身带有一定的特定香气外，通过一定的降解过程，还可转化成许多重要的低分子香味物质，从而大大提高烤后烟叶的品质。挥发性醛酮等羰基化合物是类胡萝卜素的主要降解a物，对烟叶香气质量有重要影响，类胡萝卜素含量与烟叶调制、陈化过程有一定相关性，含量越高，对挥发性羰基物质的形成越有利，进而对烟叶质量产生影响[19]。
本试验结果表明，随氮用量的增加，各品种苯丙氨酸类致香物质呈逐渐增加趋势。不同品种间表现为K326>豫烟10号>云烟87 >豫烟7号；豫烟7号在不施氮下有较高的含量，而其它3个品种则在37.5 kg/hm2氮用量下有较高水平。说明在一定范围内增施氮肥对初烤烟叶苯丙氨酸类致香物质的形成有促进作用，但是施氮过量，反而不利于苯丙氨酸类致香物质的合成。随施氮量的增加，各品种棕色化反应产物的含量除豫烟7号，其它3个品种均呈现逐渐增大的趋势。不同品种棕色化反应产物含量表现为K326>云烟87>豫烟10号>豫烟7号；豫烟7号在22.5 kg/hm2氮用量下，而其它3个品种则在37.5 kg/hm2氮用量下有较高水平。说明在一定范围内增施氮肥对初烤烟叶棕色化反应产物的形成有促进作用，但是施氮过量，反而不利于其合成。随施氮量的增加，各品种西柏烷类化合物含量没有明显的变化规律。不同品种之间主要表现为云烟87> K326>豫烟10号>豫烟7号，说明氮用量对类西柏烷类降解产物含量的影响不明显。
随着氮用量的增加，各品种叶绿素降解产物含量、类胡萝卜素降解产物总量除豫烟7号外，其它3个品种均呈现先增后降的趋势。不同品种叶绿素降解产物含量表现为豫烟7号>云烟87> K326>豫烟10号；类胡萝卜素降解产物总量表现为K326>云烟87 >豫烟7号>豫烟10号；豫烟7号在氮用量为22.5 kg/hm2条件下有较高水平，而其它3个品种则在37.5 kg/hm2氮用量下有较高水平。说明在一定范围内，增加氮用量对叶绿素、类胡萝卜素降解产物含量有一定的提高效应，但超过这个范围则会使其含量下降。
根据以上对烤烟烟叶品质的综合分析结果，在今后南阳烟区烤烟的栽培管理中，要根据品种特点进行合理的氮肥运筹，以达到提质增效的目的。
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