烟叶醇化过程潜香物降解规律研究进展

摘要烟草潜香物质是影响香气品质的重要指标，烟叶关键的潜香物质主要来源美拉德反应物、类胡萝卜素、赖百当类、西柏烷类和糖苷类。在烟叶及卷烟生产过程中，醇化是烟叶产生香气的最关键步骤，综述了上述几种潜香物质的醇化降解规律，对未来烟草醇化过程研究做出展望。

关键词潜香物;降解;分析方法;醇化

中图分类号TS41+1文献标识码A

文章编号0517-6611（2022）13-0021-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.13.007

Research Progressi on the Degradation Law of Latent Flavor in Tobacco Leaf Alcoholization

LI Xue-feng1， KANG Chao1， BIN Jun2（1.College of Chemistry and Chemical Engineering， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025;2.College of Tobacco Science， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025）

AbstractTobacco latent aroma substances are important indicators that affect aroma quality. The main sources of key latent aroma substances in tobacco leaves are Maillard reaction， carotenoids， labradans， cembranes and glycosides. In the production process of tobacco and cigarettes， aging is the most critical step for tobacco to produce aroma. This article reviews the aging and degradation laws of the above-mentioned latent aroma substances， and makes a prospect for the future tobacco aging process.

Key wordsLatent fragrance;Degradation;Analysis method;Alcoholization

烟草是消费最广泛的商品之一，烟草中的香气成分是评价其质量和商业价值的一个非常重要的因素。香气是影响烟草品质的重要因素，在烟草的感官评价中，香气这一项占总分的35%[1]。烟草是一种极其复杂的化学物质混合物，含有6 600种化学成分，其中3 800种成分来自烟叶，另外2 800种成分来自主流烟雾气[2]。在大多数的化学成分中，烟草中香气的来源主要是次级代谢产物。次生代谢产物本身不具有芳香性，只有在代谢物经燃烧降解或裂解时才会产生香气[3]。因烟草中致香物含量低、易挥发，对分析方法提出了很高的要求。在烟叶的降解过程中，烟叶的醇化过程是形成香气的重要阶段。该研究对烟叶醇化过程潜香物质的降解规律进行了综述，聚焦烟叶醇化过程的变化规律，以期为烟叶醇化降解规律研究提供理论依据。

1香气的来源

烟草中的化学成分较为复杂，可以在烟草中检测到的化学物质有上千种，与香气有关的物质就有几百种，例如羟基、氨基、羧基等特殊的致香官能团，都是影响大多数物质香气的官能团，这些特殊的官能团能够带来不同的香味刺激[4]。在烟叶的整个生产过程中，主要的工艺流程包括烟叶烘烤、复烤（打叶）、入库醇化、制丝卷包，烟叶醇化是其中最关键的过程之一，这一过程需要18～24个月，在该阶段发生重要的变化是潜香物转化为致香物质的过程。烟草中的潜香物质复杂多样，根据潜香物裂解前期可以将烟草致香物质分为美拉德反应物、萜烯类化合物、糖苷类3类。萜烯类化合物又存在3种不同的物质，即赖百当类、类胡萝卜素类、西柏烷类。化学性质大多数有相同之处，主要可分为酸性、中性和碱性3种物质。

2潜香物的前处理与分析手段

2.1前处理烟草中的潜香物质大多复杂，对物质的处理手段也是多样的。溶剂萃取法、水蒸气蒸馏法、顶空分离法、超临界二氧化碳萃取法等是烟草潜香物处理中的常见手段[5]。溶剂萃取法主要是基于香气成分在溶剂相和烟草之间或溶剂相和蒸馏液之间的分配系数不同，它的主要缺点是萃取效率低、溶剂需要量大、萃取时间长。水蒸气蒸馏法是利用水蒸气通入有机物中，使有机物在低于100 ℃温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来，它的使用需要一定条件，有机物要不溶或难溶于水但有一定蒸气压，面临的问题是大量有机溶剂萃取，处理量大。顶空分离法直接将烟末或萃取液加热，抽取样品上口的空气进行分析的一种非浓集型的气体分析方法，该方法适用于萃取沸点低于200 ℃的挥发性有机物。超临界二氧化碳萃取法利用压力和温度调控超临界二氧化碳的极性，从而选择性地依次萃取出极性大小、分子量大小不同的组分，在常见实验室费用过高。

2.2分析方法在烟草潜香物的分析过程中，最常见的分析方法是采用气相色谱质谱仪、液相色谱质谱仪进行定性和定量分析，首先在色谱中香气组分极性不同进行分离，进入质谱后进行分析。张婕等[6]建立了同时测定烟草中16种游离氨基酸和6种 APs的HPLC-MS/MS分析方法。王红瑞等[7]建立了高效液相色谱-串联三重四极杆质谱联用技术同时测定烟草中5种Amadori前香物质含量的分析方法。李勇等[8]建立了一种基于气相色谱质谱的烟草根部代谢组学研究方法，方法优化了根部代谢组学分析的各项参数并首次建立了烟草根部代谢物专用定性信息库，该信息库的建立将大大简化分析难度。在烟草的分析过程中，GC-MS和LC-MS成为最常见最普遍的分析方法，利用不同的前处理手段，可以有效地分离出烟叶中的关键化学物质。

3关键致香物降解

3.1美拉德反应美拉德反应又叫羰氨反应，是指在反应中是由含有氨基的化合物和羰基化合物聚合、缩合反应下生成的复杂反应[9]。这个反应是化学家美拉德在1912年研究甘氨酸与葡萄糖共热反应时发现的，所以叫美拉德反应[10]。美拉德反应一共有3个反应阶段：初级阶段、高级阶段、最终阶段。

美拉德的初级反应阶段主要是Amadori化合物的产生阶段（图1），还原糖的羰基与氨基之间反应，反应物脱水缩合转变为希夫碱，因为希夫碱不稳定，容易发生不可逆重排[11]，它环化形成相应的 N-取代的醛，经Amadori重排转成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖[12]。初级反应阶段产生的Amadori重排产物并不会产生香气，但是初级反应阶段是关键的起始阶段。高级阶段主要分为3个途径，前2个途径是因为酸碱性的因素影响了不同部位的烯醇化反应。第一条是在酸性条件下1-氨基-1-脱氧-2-酮糖进行的1，2-烯醇化反应。经过脱水、脱氨反应生成了羟甲基糠醛。因为羟甲基糠醛产生的不断积累，导致了褐变反应[13]。第二条是在碱性条件下1-氨基-1-脱氧-2-酮糖进行的2，3-烯醇化反应，经过脱氨生成了还原酮类和二羰基化合物。第三条途径是氨基酸与二羰基化合物发生脱羧、脱氨反应，氨基转移到二羰基化合物上，这一反应为斯特勒克降解反应。这一反应生成的羰氨类化合物经过缩合，生成吡嗪类物质。最后阶段反应是醇醛缩合：两分子醛自相缩合，进一步脱水生成更高级不饱和醛[14]。

美拉德反应过程多样复杂，探究降解的变化对降解有着重要的作用。在烟叶的醇化过程中，烟叶的物理特性变化规律在某种程度上可以反映烟叶的发育成熟度。卫盼盼等[15]选用了安徽、福建和四川3个地区的C2F等级的样品，对不同地区品种的烟叶醇化过程中的物理变化进行探究，发现烟叶的厚度、叶质重总体上呈现下降的趋势;拉力和延伸率的变化差异较大，福建C2F拉力呈现先降低后升高的趋势，安徽和四川C2F拉力呈现上升的趋势。福建和安徽C2F拉伸率总体呈现上升的趋势，四川的C2F拉伸率较为舒缓。于建军等[16]探究了河南和四川同一种基因型烤烟在不同的烟区致香物质的降解变化，利用GC-MS内标法测定分析认为美拉德降解产物中的主要5种产物存在不同程度的增减，其中5-甲基糠醛含量在2个地区达到了极显著水平，表明同一基因型烤烟受生态因子等因素的影响其降解产物的含量也不同，造成了香气风格特征的差异。冉霞等[17]利用HPLC、GC-MS对毕节烟草5种典型烤烟的中性致香成分和潜香物质进行分析，发现烟草中的多酚含量都在30 mg/g以上，多酚含量和美拉德降解产物存在一定的关系，试验发现绿原酸与乙酰呋喃呈正相关，莨菪亭与乙酰呋喃呈负相关，多酚总量则与糠醇、乙酰呋喃呈正相关。多酚与乙酰呋喃呈现明显正相关，美拉德降解产物和多酚的含量存在紧密关系。

美拉德反应降解过程中产生多种降解物质，不同的降解物质会导致烟叶的评吸感受不同，在试验过程潜香物质的最优产量和优化条件对以后烟草普遍降解规律有着重要贡献。

3.2萜烯类化合物

3.2.1类胡萝卜素。类胡萝卜素是由所有光合生物和一些非光合细菌及真菌合成的亲脂异戊二烯化合物。典型的类胡萝卜素含有40个碳原子（图2），由8个C₅异戊二烯类单元的构成，虽然C₄₀类胡萝卜素是自然界中最丰富的，但一些类胡萝卜素较短（C₃₀）或更长（C₄₅或C₅₀）。C₃₀类胡萝卜素只包含6个C₅异戊二烯单元，而C₄₅和C₅₀类胡萝卜素分别包含9个或10个异戊二烯单元[18]。类胡萝卜素可以被裂解，在分子的一端或两端失去片段，从而产生多类胡萝卜素。类胡萝卜素是一类脂溶性色素，大多难溶于水。

烟叶中类胡萝卜素是重要的致香前体物，类胡萝卜素在植物中的合成已经研究得比较明确，是由二甲基丙烯焦磷（DMAPP）在香叶基香叶基焦磷酸合酶（GGPS）催化作用下生成香叶基香叶基焦磷酸（GGPP），八氢番茄红素合酶（PSY）催化GGPP下生成八氢番茄红素（phytoene）[19]。继续在八氢番茄红素脱氢酶、ζ-胡萝卜素脱氢酶（ZDS）、类胡萝卜素异构酶（CRTISO）3种酶的催化下生成番茄红素[20]。类胡萝卜素的降解速度较缓慢，降解种类和过程较为复杂，其降解产物的种类、含量直接影响烟叶的品质[21]。

类胡萝卜素降解产物是烤后烟叶中一类重要中性致香物。类胡萝卜素在烟叶醇化过程中会大量降解[22]。在类胡萝卜素降解过程中，脂氧合酶起关键的作用，在这种酶的催化下，类胡萝卜素发生氧化降解。类胡萝卜素在降解的过程中，主要是因为不同位置双键的断裂，导致产生的降解产物不同。类胡萝卜素的降解反应本质是因为在氧分子的攻击下可生成3种氧化物的中间体，进一步发生分子重排后分解生成氧化产物。

王卫峰等[23]探究了自然醇化下不同烟叶的变化影响，以云烟85的B2F、C3F和X2F 3种初级烤烟为原料，利用蒸馏萃取-气相色谱质谱检测到的主要降解物质有芳樟醇、异佛尔酮、β-大马酮、香叶基丙酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮a、巨豆三烯酮b、巨豆三烯酮c、巨豆三烯酮d、螺岩兰草酮等类胡萝卜素降解产物。这些物质的总含量在自然醇化后均增加，并在醇化2～3个月后达到最大值，醇化4个月后含量降低。

詹军等[24]对胡萝卜素降解香气物质与评吸质量进行分析发现，浓香型烤烟的类胡萝卜素降解香气物质与评吸质量关系密切，相关性较高，且多呈正相关，而与中间香型和清香型烤烟多呈负相关，且相关性强弱不同。阴耕云等[25]对B4F烤烟烟叶类胡萝卜素降解物探索发现，类胡萝卜素降解产物二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮发生显著性变化。而β-大马酮、β-二氢大马酮、β-紫罗兰酮、异佛尔酮、氧化异佛尔酮未发生显著性变化。