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烘烤中的膜脂过氧化作用及其对烟叶内在质量的影响

2003年05月03日 来源:河南农业大学 中国烟叶生产购销公司 作者:宫长荣 汪耀富 陈江华
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  摘 要:采用自行设计的温湿度自控电热烤烟箱研究了烘烤过程中烟叶的膜脂过氧化作用及烟叶内在品质的变化。结果表明,随烘烤时间发展,超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)活性减小,丙二醛(MDA)含量增加,烘烤72h后SOD和POD活性消失;60h后,MDA积累达到最大值。烟叶的内在品质与膜脂过氧化水平呈负相关。高温快烤条件下,烟叶的膜脂过氧化水平最高,低温慢烤则降低;与此相反,低温慢烤条件下,烟叶的化学成分含量适宜,各成分间比例协调,叶内主要致香物质数量多,含量高,香气质好量足。高温变黄或快速升温定色,烤后烟叶内在质量都有不同程度的下降,且变黄温度对膜脂过氧化水平和烟叶内在质量的作用较定色升温速度对二者的影响要大。   关键词:烘烤 烟叶 膜脂过氧化 品质   烘烤过程是人为逆境条件下烟叶的衰老过程,叶内化学成分不断转化趋于协调,内在品质逐渐形成和积累。本文探讨了作为衰老程度标志的膜脂过氧化水平与烟叶内在品质及二者同烘烤环境条件的关系。   1 材料和方法   1.1 试验条件   试验田设在河南中牟县,供试品种NC89。土壤质土为砂壤土,肥力中等。规范化栽培,烟叶成熟采收。采用自行设计制造的温湿度自动控制电热烤烟箱烘烤,取烟株自上而下第8~10片叶作为试材。   1.2 试验设计   按烘烤过程中烟叶变黄温度和定色升温速度不同,设4个处理:   A、高温快烤  38~42℃高温变黄,每1h升高1℃快速升温定色;   B、低温快烤  35~38℃低温变黄,每1h升高1℃快速升温定色;   C、高温慢烤  38~42℃高温变黄,每1h升高0.33℃缓慢升温定色;   D、低温慢烤  35~38℃低温变黄,每lh升高0.33℃缓慢升温定色;   各处理均在54~55℃完成定色,68~69℃定色干筋,重复3次。   1.3 测定项目与方法   1.3.1 MDA含量参考Hta1th等的方法测定,单位为nmol·g-1DW;SOD活性参考Giannopolitis等的方法测定,以抑制NBT光还原50%为一个活力单位计算酶活性;POD活性用愈创木酚法测定,以每分钟OD470值变化为一个活力单位计算酶活性。   1.3.2 总糖、总氮、烟碱、蛋白质、总酚、粗脂肪、醚提取物含量按王瑞新等的方法测定。氨基酸采用氨基酸自动分析仪测定。   1.3.3 香气物质含量采用GC/MS与微机联用进行定性,定量分析。   香气物质提取:采用自行设计的减压蒸馏装置。称取20g粉碎的烟叶样品加水80mL,用二氯甲烷萃取;氮气辅助挥发,氮气流速45mL/min,得1~3mL提取液上机。   GC/MS定性分析条件:MD为VG-70SE(英国),GC为HP-5890(日本),毛细管柱为OV-101(25m×0.25mmLD.WCOT),载气He;汽化室温度250℃;分离器温度250℃;离子源温度220℃,电子轰击电压20eV,化学电离反应气体为异丁烷,柱温50℃保持1min,以5℃/min的速度升到220℃并保持10min,载气流量0.8mL/min,尾吹气25mL/min,直接获得分子量及质谱片段图谱,由谱库、谱图及质谱解析规律得到定性结果。   GC定量条件:仪器为Hp-5890,检测器为FID,载气He,毛细管柱OV-101,FID温度为250℃,汽化室温度240℃,分流比1:25,柱温50℃,保持2min,以3℃/min速度升温到120℃保持30min,然后升温到220℃,各成分相对含量以其降值面积占总面积的百分比表示。   1.3.4 香吃味特性由中国烟草总公司郑州烟草研究院评吸评定。   2 结果与分析   2.1 烤烟烟叶烘烤过程中的膜脂过氧化水平变化   MDA是植物细胞膜脂过氧化的最终产物,其含量高低反映了细胞膜脂的过氧化水平。在烘烤中人为控制温湿度使烟叶处于逆境条件下,随着时间推延,烟叶内SOD、POD活性逐渐减弱,直到活性终止(图1。图2);MDA含量逐渐增加(图3)。   SOD在烘烤48h后活性全部丧失,POD的活性可以持续到72h。不同处理相比较,SOD和POD均以高温快烤时酶活性减弱速度快,终止最早;高温慢烤次之;低温慢烤酶活性弱迟缓,持续时间相对增长。SOD比POD对烘烤温度的反应更敏感。不同烘烤方法烟叶中MDA含量变化趋势为A>C>B>D,而且变黄期升高温度比定色期升高温度对MDA含量的影响效应大,高温变黄比低温变黄效应大;快速升温定色比慢速升温定色的效应大。这表明,随着烘烤过程的发展,烟叶的膜脂过氧化水平逐渐提高。主要是因为温度的升高细胞内源保护酶系统遭到破坏,生物自由基浓度增大,细胞氧代谢平衡失调,生物自由基使膜上的脂类物发生过氧化作用,丙二醛就是这一作用的产物,膜脂过氧化的结果使细胞的膜系统被破坏,原生质外流而死亡。从烘烤环境条件对膜脂过氧化的影响来看,高温变黄和快速升温定色会提高烟叶膜脂过氧化水平,二者的组合对烟叶膜脂过氧化的作用更大。相反,低温变黄,慢速升温定色时烟叶膜脂过氧化水平较低,这将有助于烘烤过程中烟叶内部有机物质的充分转化和烟叶优良品质的形成。   2.2 不同膜脂过氧化水平对烟叶主要化学成分的影响   细胞膜脂过氧化水平决定着细胞结构的破坏程度,进而影响到烟叶内的化学物质能否充分转化。不同处理变黄温度和升温定色速度处理下,烤后烟叶的化学成分具有不同的趋势(表1)。总糖含量表现为A>D>C>B,但A和D,B和C之间差异很小;总氮和烟碱含量差异不明显;蛋白质含量虽有A>D>C>B的趋势,但各处理相差甚微;总酚醚提物,粗脂肪含量总体表现为D>C>B>A,且D和B,A和C之间仅有很小差异。由于各处理在54~55℃之后的温湿度条件是一致的,因此上述差异主要是在烘烤前、中期的温湿度高低及其持续时间长短不同,引起细胞的膜脂过氧化水平不同,细胞结构被破坏的程度不一样,导致烟叶内部物质转化程度、呼吸消耗量和积累量不同所造成的。其中,碳水化合物的转化活跃,变化幅度较大,而含氮化合物则相对稳定,变化幅度较小。以处理D烟叶在烘烤过程中物质转化充分,干物质损失量最大,淀粉、叶绿素降解彻底,C/N代谢最协调,糖、碱变化平衡,氨基酸、Amadori氨基酸、醚提取物、总酚、粗脂肪等含量较高。   2.3 不同膜脂过氧化水平对烟叶香气物质含量的影响   香气是评价烟叶内在质量的重要的指标之一。烟叶中致香物质成分复杂,其中被称为香气油类的物质含量虽小,却极大地影响着烟叶的香气质和量。对不同烘烤工艺条件处理烤后烟叶香气物质的测定结果表明(表2),高温快烤(A)有4种成分含量领先;低温快烤(B)有4种成分领先;高温慢烤(C)有6种成分领先;低温慢烤(D)有8种成分领先。在低温变黄条件下有14种成分的含量高于高温变黄处理;慢速定色又有9种成分含量高于快速定色。特别要指出,低温变黄的烟叶香物质成分中,主要是对烟叶香气有较大贡献,香型表现突出的成分含量最高,如苯乙醛、苯乙醇、巨豆-4,6(E),8(E)-三烯酮-3、1,2-苯二甲酸异丁正丁酯、十六碳酸、2,6,11-西柏三烯4,8-二醇、6,10-二甲基-5,9-十二碳二烯-2-酮等。有显著清香风格的β-大马酮只有在低温变黄慢速升温定色条件下痕量发展为微量,高温三烯酮-3的2种同分异相体及沙拉酮,新植二烯等,其中新植二烯是刺激作用的成分。   综合分析认为,烟叶香气物质的形成主要是在变黄阶段,定色阶段会因快速升温而遗失,所以,在低温条件下延长变黄时间,提高变黄程度,使烟叶充分变黄后再缓慢升温定色,有利于提高烤后烟叶香气物质的含量。   2.4 膜脂过氧化水平对烟叶评吸质量的影响   评吸是鉴定烟叶质量的最终方法,其结果反应了烟叶的香味质量特色。从不同处理烤后烟叶的评吸结果(表3)可以看出,除劲头和燃烧性外,各处理间的其它评吸指标均有一定差异,以低温慢烤处理的香气质、香气量、杂气、余味、刺激性、烟气浓度等表现最好;低温快烤次之;高温快烤再次之;高温慢烤最差。这表明烟叶低温慢烤条件下,膜脂过氧化水平上升较慢,细胞结构破坏慢,膜系统及各种酶可以在较长的一段时间维持生理活性,叶内物质转化更完善、更协调,因而更适合人们的吸食需要。相反,高温条件下虽可以促进烟叶快速变黄,但细胞结构遭到严重破坏,生理活性丧失,化学物质不能充分转化和积累,因此吸食效果较差。   3 讨论   烟叶烘烤期间,叶内大分子物质不断降解、氧化,小分子物质不断形成和积累,同时,烟叶叶片的细胞结构不断遭到破坏,生理机能逐渐丧失。细胞结构破坏程度的标志之一就是膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的含量水平。不同烘烤工艺条件中,烤烟烟叶的膜脂过氧化水平不同,表明烟叶细胞结构遭受的破坏程度不同,直接的结果是烟叶内化学物质转化的时间和程度不同。高温快烤,由于变黄温度高、升温定色速度快,烟叶的膜脂过氧化水平最高,说明烟叶细胞结构的破坏最为严重,细胞的生理机能丧失较快,因此叶内物质转化欠充分,烤后烟叶的总糖、总氮、蛋白质含量高,主要化学成分比例欠协调;总酚、醚提物、粗脂肪及香气物质含量少,评吸香气味质量差。低温慢烤条件下,烟叶膜脂过氧化水平较低,细胞结构破坏较慢,细胞的生理功能得以在较长的一段时间里维持,叶内物质最大程度地分解、转化和积累,因此烤后烟叶主要化学成分含量适宜,比例协调,总酚、醚提物、粗脂肪含量较高,香气物质种类多,含量高,评吸香气质量最好。由此可见,在烘烤中提供最适宜的工艺条件,使膜脂过氧化水平与烟叶内物质转化相协调,是烤出香味浓,评吸质量好适合人们吸食需要的烟叶的重要条件。本试验表明,烟叶在35~38℃的低温下变黄有助于烟叶香气质量的形成和积累,低温

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