煙草含氮化合物

1、第三章 煙草含氮化合物煙草中含氮化合物有蛋白質(zhì)、游離氨基酸、生物堿、葉綠素、硝酸鹽和其它含氮雜環(huán)化合物等。含氮化合物不僅影響煙葉特性，決定經(jīng)濟產(chǎn)量，對煙草的評吸質(zhì)量和吸煙者的健康也有重要影響。煙草植株從土壤中吸收的銨鹽或硝酸鹽，在煙草根系和綠葉中還原成氨，再經(jīng)同化作用形成各種氨基酸和蛋白質(zhì)等有機含氮化合物。煙株在生長過程中碳、氮代謝之間相互關(guān)聯(lián)，以維持代謝平衡。而酶是代謝的鑰匙，酶又是表現(xiàn)高度特異性的蛋白質(zhì)，正是由于酶的專一催化作用，各種代謝才能沿著一定的途徑進行下去，形成許多種化合物，其中構(gòu)成生命最基本的物質(zhì)為蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂類。糖類和脂類往往是與蛋白質(zhì)結(jié)合成為糖蛋白或脂蛋白表現(xiàn)各種生

2、物功能。細胞質(zhì)、細胞核都含有蛋白質(zhì)，生物膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)，某些維生素、激素等含氮化合物也是煙株生理生化過程所必需而對生長發(fā)育起調(diào)控作用。由此可見，蛋白質(zhì)是煙草生命活動的基礎(chǔ)物質(zhì)之一。因此，我們對于蛋白質(zhì)及密切相關(guān)的含氮化合物應(yīng)該有基本的了解。第一節(jié) 煙草氨基酸在煙草體內(nèi)除了組成蛋白質(zhì)的氨基酸外，還有一些以游離狀態(tài)存在的氨基酸，它們不參與蛋白質(zhì)的組成。這類氨基酸稱為非蛋白氨基酸。組成蛋白質(zhì)的氨基酸可用于構(gòu)建蛋白質(zhì)，或參與代謝作用。非蛋白氨基酸是煙草化學(xué)防御機制中的有效物質(zhì)。一、氨基酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分子中含氨基的羧酸，叫氨基酸。在氨基酸的結(jié)構(gòu)中至少含有一個堿性的氨基（-NH2）和酸性的羧基

3、（-COOH）。煙草蛋白質(zhì)水解后得到的氨基酸，絕大多數(shù)都是-氨基酸，即在羧基鄰位-碳原子上有一個氨基。其結(jié)構(gòu)可用如下通式表示。R為烴基，R不同，就有不同的氨基酸。而在氨基酸分子中，除氨基和羧基外，有的還含有羥基、巰基等。氨基酸大都是無色結(jié)晶固體。除胱氨酸及酪氨酸外，它們都可溶于水；除脯氨酸及半胱氨酸外，一般都難溶于有機溶劑。不同的溶解度可用于分離煙草有關(guān)的氨基酸。除甘氨酸之外，氨基酸都有旋光性。氨基酸的旋光性有左旋的，也有右旋的，但以左旋的比較多。氨基酸分子中同時含有酸性的羧基和堿性的氨基，具有酸堿的兩性性質(zhì)，與酸或堿作用都能生成鹽。調(diào)節(jié)某種氨基酸溶液的pH至不導(dǎo)電時，這時溶液中的pH即為這種

4、氨基酸的等電點。等電點習(xí)慣上以符號pI表示。各種氨基酸在等電點時其溶解度為最小，即氨基基酸在其等電點時最易沉淀。根據(jù)這一原理，對于一個含有多種氨基酸的混合液，可分步調(diào)節(jié)其pH到某一氨基酸的等電點，從而使該氨基酸沉淀，以達到分離的目的。在調(diào)制期間，煙葉中的蛋白質(zhì)部分降解生成游離氨基酸，游離氨基酸發(fā)生互變作用，脫羧氧化脫氨或脫羧脫氨，引起羰基化合物增加。在煙葉調(diào)制、陳化和燃吸期間均可發(fā)生氨基酸酶促和非酶棕色化反應(yīng)，反應(yīng)速度一般隨溫度升高而加快。但也受其它因素制約。二、煙草中的氨基酸（一）種類就煙草中普通氨基酸而言，與其它高等植物小麥、玉米、豌豆等相比種類大致相近的有20多種。除此之外，由于氨基酸在

5、煙葉調(diào)制、陳化等過程中參與許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因此，在煙草中還發(fā)現(xiàn)許多不常見的氨基酸。如- 丙氨酸、- 丙氨酸、D丙氨?；?- D-丙氨酸、-氨基丁酸、- 氨基丁酸、吖叮啶- 2 - 羧酸、- L 谷氨?；? L谷氨酸、谷胱甘肽、高胱氨酸、高絲氨酸、6 羥基犬尿氨酸、1 甲基組氨酸、S 氧化蛋氨酸、哌可酸、降亮氨酸、吡咯烷- 2乙酸、苯基丙氨酸、氨基乙磺酸等 。 （二）存在狀態(tài)鮮煙葉和調(diào)制過程中有多種氨基酸呈游離態(tài)，調(diào)制、陳化以后，部分氨基酸與糖或多酚類物質(zhì)形成復(fù)雜化合物而存在于煙葉中。鮮煙葉中主要的游離氨基酸是天冬氨酸，谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，其總和占游離氨基酸總量的65%75%。（三）分布

6、特點1不同煙草品種氨基酸含量不同 烤煙若干游離氨基酸總量較白肋煙低，而脯氨酸和天冬酰胺含量較多。白肋煙天冬酰胺和天冬氨酸含量顯著地高（見表31），這體現(xiàn)了白肋煙的特點。表31 不同品種調(diào)制煙葉中若干游離氨基酸的分析氨基酸烤煙（mg/g）白肋煙(mg/g)天冬氨酸0.137.84蘇氨酸0.040.43絲氨酸0.060.17天冬酰胺1.1210.30谷氨酸0.101.78谷酰胺0.820.38脯氨酸4.110.45甘氨酸0.020.14丙氨酸0.320.35纈氨酸0.06微量異亮氨酸0.06亮氨酸微量0.10酪氨酸0.680.84苯丙氨酸0.240.50賴氨酸0.030.33組氨酸0.110.45

7、精氨酸0.26色氨酸0.50合計7.8424.88注：引自閆克玉. 煙草化學(xué). 鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2002.2不同氮用量煙草中氨基酸含量不同 史宏志等（1997）研究了不同施氮量對烤煙葉片氨基酸含量的影響，結(jié)果表明，煙葉總氨基酸含量隨施氮量的增加明顯增加。在同一施氮水平上，增加有機氮比例，總氨基酸含量下降。韓錦峰等（1992）研究表明，隨氮用量的增加，煙株根系中氨基酸總量升高，各種游離氨基酸含量則有增有減，有的變化不大，而與煙堿合成有關(guān)的4種氨基酸含量比對照都有大幅度提高。3煙株不同根際pH葉片中氨基酸含量不同 陳建軍等（1996）研究煙株不同根際pH（pH5.58.5）對烤煙葉片氨基酸的

8、影響，結(jié)果表明，隨根際pH升高，葉片脯氨基的含量增加直至pH8.0，而后下降，苯丙氨酸和蘇氨酸的變化無規(guī)律性，絲氨酸含量呈降低趨勢。亮氨酸、纈氨酸和酪氨酸的含量變化呈單峰曲線，峰值在pH6.5處；丙氨酸的含量變化為雙峰曲線，峰值分別在pH6.5和pH7.5處。與合成煙堿有關(guān)的天冬氨酸、組氨酸、異亮氨酸、胱氨酸、谷氨酸、精氨酸和賴氨酸7種氨基酸，其中有6種在pH6.5處理的葉片中含量最高。說明煙草氨基酸的代謝與根際pH的關(guān)系復(fù)雜。4煙草葉片不同發(fā)育過程氨基酸含量不同 符云鵬等（1998）對烤煙葉片不同發(fā)育過程中氨基酸含量的變化進行研究，結(jié)果表明,同一部位煙葉的總氨基酸含量隨葉齡的增長而下降，煙葉

9、達工藝成熟時，中、上部煙葉總氨基酸下降至最低，下部煙葉在葉齡60d時下降至最低，煙葉工藝成熟時又有所升高。但同一部位的煙葉總氨基酸含量在不同發(fā)育階段下降的幅度不同（表32）。隨葉片發(fā)育，游離氨基酸含量與總氨基酸含量變化規(guī)律有所不同。下部煙葉在葉齡40d之前，隨葉齡增長游離氨基酸含量大幅度下降；4050d其含量有所上升，50d之后的60d下降至最低，到工藝成熟時又有所升高。中、上部煙葉在30d之前，隨葉齡增長游離氨基酸含量下降，3040d有所升高，40d之后又開始下降，到煙葉成熟時游離氨基酸降至最低（表33）。上述研究結(jié)果可能與不同部位煙葉氮代謝的強弱及蛋白質(zhì)含量的高低有關(guān)。32 煙草葉片發(fā)育過

10、程中總氨基酸含量的變化（%）（符云鵬等，1998）部 位葉齡（d）適熟烤后102030405060下24.5918.8016.2211.478.686.327.28中23.2021.9217.2214.989.716.014.695.92上23.7223.4521.9515.459.597.385.267.2233煙草葉片發(fā)育過程游離氨基酸含量的變化（mg/g）（符云鵬等，1998）部位葉齡（d）適熟烤后102030405060下28.7118.4117.778.6215.944.387.03中24.2318.1911.2115.0014.108.384.866.89上28.2921.7317

11、.5822.3312.8910.786.397.785不同成熟度煙葉氨基酸含量不同 在煙葉成熟過程中，同一部位煙葉隨著成熟度的增加，總游離氨基酸，氨基酸含量下降，達到工藝成熟前后又開始上升，與Amadori化合物有關(guān)的氨基酸總和也隨著成熟度的增加發(fā)生有規(guī)律的“V”型變化。6不同調(diào)制階段煙葉氨基酸的含量不同 烤煙烘烤過程中，從鮮葉到干筋期，總游離氨基酸含量逐漸增加，尤其以變黃中期最為明顯，從干筋期后各種氨基酸均降低。白肋煙在調(diào)過程中，氨基酸增加的時間與蛋白質(zhì)迅速水解的時間相吻合，蛋白質(zhì)水解完成氨基酸停止增加。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)停止水解，煙葉呈最大變黃時，總游離氨基酸開始下降。在煙葉調(diào)制過程中各種氨基酸的變

12、化差異很大，一些氨基酸減少，另一些氨基酸則增加，最終導(dǎo)致調(diào)制過程中氨基酸總量的增加。7發(fā)酵或陳化過程煙葉氨基酸含量的變化 經(jīng)發(fā)酵或陳化的煙葉，氨基酸含量大為減少，但有利于煙葉香味的物質(zhì)種類明顯增加。第二節(jié) 煙草蛋白質(zhì)由于世界人口不斷增加，許多地區(qū)的人民均有營養(yǎng)不足現(xiàn)象，因此，如何在經(jīng)濟的原則下生產(chǎn)大量可食性蛋白是目前發(fā)展的主要方向。隨著對蛋白質(zhì)研究的不斷深入，人們逐漸認識到葉蛋白質(zhì)是世界天然產(chǎn)物中最重要而豐富的蛋白質(zhì)資源。我國開發(fā)利用煙草葉蛋白質(zhì)的研究起步較晚，但進展較快，煙草蛋白質(zhì)可能成為人類新的食物來源，而煙葉蛋白質(zhì)很少有助于煙氣的抽吸質(zhì)量，可能是煙氣中有害物質(zhì)的前體物。因此，研究煙草蛋白

13、質(zhì)對于煙草蛋白質(zhì)的開發(fā)利用和提高煙草及其制品的質(zhì)量具有重要意義。一蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)根據(jù)蛋白質(zhì)水解后生成各種氨基酸這一事實，可知蛋白質(zhì)分子中的氨基酸是通過肽鍵或稱酰胺鍵連接起來的。肽鍵的形成可以看做是氨基酸與氨基酸之間彼此通過羧基和氨基脫水縮合而成的。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本形式就是由數(shù)目很多的各種氨基酸通過肽鍵連接而成的多肽長鏈。多肽鏈可用下式表示：氨基末端 羧基末端（N端） （C端）多肽長鏈上碳原子上仍連有游離羧基的末端氨基酸稱為C端氨基酸，仍連有游離氨基的末端氨基酸稱為N端氨基酸。因為蛋白質(zhì)是由多肽構(gòu)成的。習(xí)慣上常將相對分子質(zhì)量較大而構(gòu)象復(fù)雜的多肽稱為蛋白質(zhì)，相對分子質(zhì)量較小而構(gòu)象簡單的稱為多肽

14、，但實際上并沒有很嚴格的界限。每種蛋白質(zhì)都有其特定的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子中不同氨基酸按一定順序排列而形成的多肽鏈，稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。由于氨基酸的側(cè)鏈不同，當(dāng)它們互相連接時，就使煙草不同蛋白質(zhì)具有不同的化學(xué)性質(zhì)和多種多樣的二級和三級結(jié)構(gòu)。煙草蛋白質(zhì)還有更復(fù)雜的四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子中含有不少可電離基團，如羧基、氨基、酚羥基及咪唑基等。這些可電離基團有些是酸性的，有些是堿性的。因此，蛋白質(zhì)與氨基酸一樣呈兩性反應(yīng)，亦各有其等電點（pI）。在等電點時蛋白質(zhì)的溶解性最小。這一性質(zhì)可用于蛋白質(zhì)和酶的分離提純。蛋白質(zhì)可以被酸、堿和蛋白酶催化水解，使蛋白質(zhì)分子斷裂，水解成相對分子質(zhì)量大小不等的肽段和氨基酸。

15、煙葉在衰老和調(diào)制過程中，蛋白質(zhì)的水解是在蛋白酶和肽酶的作用下進行的。蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)，對煙草生物體有重要意義。煙草衰老組織的蛋白質(zhì)水解成氨基酸后，被運輸至新生組織，作為合成煙草蛋白質(zhì)所需的原料。煙葉在調(diào)制過程中高溫對各種酶的抑制作用更加直接和徹底，水分對各種酶的促進作用更為密切。因此，調(diào)制過程中通過對溫、濕度的控制，可使煙葉蛋白質(zhì)的水解達適宜程度。煙草蛋白質(zhì)不僅可與水分、脂類、糖類、離子、金屬結(jié)合，從而影響煙葉調(diào)制過程中物質(zhì)變化及脫水干燥，它還可與酚類、色素等物質(zhì)結(jié)合，影響煙葉的調(diào)制質(zhì)量。二、煙草中的蛋白質(zhì)（一）種類煙草葉片中的蛋白質(zhì)，分為可溶性蛋白質(zhì)和不溶性蛋白質(zhì)。前者以其相對分子質(zhì)量的大小

16、為基礎(chǔ)又可分為兩類：沉降系數(shù)為18S的稱為蛋白質(zhì)組分，即F組分；沉降系數(shù)為46S的稱為蛋白質(zhì)組分，即F組分。在煙草的葉蛋白質(zhì)總體中，一般在煙葉生長初期可溶性和不溶性蛋白質(zhì)約各占一半?？扇苄缘鞍踪|(zhì)中的一半左右是單獨的葉綠體蛋白質(zhì)名為核酮糖-1，5二磷酸羧化酶/加氧酶（fraction protein，即F蛋白），另一半左右為其它可溶性蛋白質(zhì)的復(fù)合物（fraction protein，即F蛋白），見表34。表34 煙葉中可溶蛋白的含量（g/kg鮮重）（郭培國等，2000）F蛋白F蛋白可溶蛋白蛋白含量7.65±0.558.33±0.6815.98±1.08注：平均數(shù)&#

17、177;SD（n=5）在所用溫室培植的幼株中（移植后6周），對煙草屬4個種的分析，組分 蛋白質(zhì)與葉綠素之比為810mg組分蛋白質(zhì)比1mg葉綠素（表35）。這些煙葉中約含同量的組分蛋白質(zhì)。當(dāng)然組分 和組分蛋白質(zhì)含量之比會因其生長發(fā)育階段而變化。表35 煙草屬4個種煙葉的葉綠素*和組分蛋白質(zhì)含量（Kung, S. D.等，1980）種名葉綠素（mg）組分 蛋白質(zhì)（mg）組分蛋白質(zhì)（mg）鮮葉重量（g）鮮葉重量（g）葉綠素（mg）N.ta bacum0.746.48.6N.gossei0.947.88.3N.excelsior0.555.510.3N.suaveolens0.949.910.5*46

18、次試驗的平均值（二）存在狀態(tài)煙草中蛋白質(zhì)以純蛋白質(zhì)（僅含氨基酸）和復(fù)合蛋白質(zhì)兩種狀態(tài)而存在，復(fù)合蛋白質(zhì)是純蛋白質(zhì)與非蛋白質(zhì)成分（油脂、核酸、色素、酚類等）結(jié)合而成。后者是煙株生理代謝不可缺少的。（三）煙草中蛋白質(zhì)含量變化及影響因素?zé)煵萦酌缙诘鞍踪|(zhì)含量很高，可達干物質(zhì)重的26%29%，四片真葉期為最高，達干物重的29.52%。正常情況下大田期隨生長發(fā)育煙草蛋白質(zhì)含量逐漸下降，到現(xiàn)蕾期后蛋白質(zhì)含量下降到一定程度不再下降，打頂之后蛋白質(zhì)含量又有所下降。上述煙草生長過程中蛋白質(zhì)含量的變化并不是蛋白質(zhì)的絕對量增減，而是受碳、氮代謝的制約，導(dǎo)致蛋白質(zhì)相對含量的增減。煙草葉片成熟的前期，F(xiàn)和F兩組分的含量相

19、近，在葉片接近成熟時，F(xiàn)發(fā)生降解，F(xiàn)和F的比例發(fā)生變化?？緹熃?jīng)過調(diào)制，一般蛋白質(zhì)由成熟鮮煙葉含量的12%15%，降至8%左右，蛋白質(zhì)水解主要在變黃期進行，定色期也有少量水解。總之，煙草中蛋白質(zhì)含量還受煙草類型、環(huán)境條件、栽培、施肥及調(diào)制工藝措施等因素的影響，其實質(zhì)是與不同條件下的碳、氮代謝關(guān)系密切。（四）可溶性蛋白質(zhì)的成分及其可能用途來自煙草屬4個種的每一種重結(jié)晶組分蛋白質(zhì)和用水丙酮洗滌過的組分蛋白質(zhì)，兩者均用蒸餾水洗滌兩次并冷凍干燥成為不含鹽的粉末。取一部分用1mL恒沸點的HCl（5.7moL/L）在真空條件下于100水解20h。在Techincon TSM氨基酸分析儀上進行分析。組分和組分

20、蛋白質(zhì)的氨基酸成分如表36所示。表中顯示組分蛋白質(zhì)的氨基酸組成與組分蛋白質(zhì)非常相似。這些相應(yīng)的氨基酸成分與聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）的參比蛋白質(zhì)相比較（表37），表明組分和組分蛋白質(zhì)有全部必需的氨基酸，且事實上每種氨基酸都較多。所報道的煙草和其他21個植物種中56個組分蛋白質(zhì)中差不多每種必需氨基酸的百分率都在其范圍內(nèi)。這些可溶性煙草蛋白質(zhì)的氨基酸含量可能估計得低了，因為氧化形式的蛋氨酸沒有包括在內(nèi)。表36 結(jié)晶的組分蛋白質(zhì)和經(jīng)洗滌的組分蛋白質(zhì)的氨基酸成分（Kung,S.D.等，1980）氨基酸組分蛋白質(zhì)（結(jié)晶）制備批次未經(jīng)分步分離的葉蛋白質(zhì)（酸沉淀物）制備批次1234平均1234平均天冬氨酸8.

21、79.39.38.99.059.59.69.58.49.25蘇氨酸5.45.65.14.85.234.85.25.14.54.90絲氨酸3.23.23.72.23.083.84.15.23.64.18谷氨酸11.311.811.311.511.4811.011.010.810.810.9脯氨酸4.85.34.85.55.104.74.54.74.94.70甘氨酸9.910.210.910.110.2811.110.910.611.210.95丙氨酸9.29.49.69.39.389.59.49.69.79.55纈氨酸7.88.08.28.08.008.18.08.28.48.18蛋氨酸1.50

22、.81.01.41.181.21.21.61.33異亮氨酸4.54.34.64.64.50 5.05.24.95.35.10亮氨酸8.98.88.79.28.909.09.58.69.19.05酪氨酸5.14.23.45.04.433.63.82.73.53.40苯丙氨酸4.53.73.94.24.084.04.53.73.94.03賴氨酸5.86.06.36.06.036.36.37.06.86.60組氨酸2.72.92.63.02.802.52.62.32.32.43精氨酸6.96.46.46.46.536.05.95.96.15.98注：色氨酸除外，以100g回收氨基酸中的胺基質(zhì)量(g)

23、表示，四次不同制備物的測定蛋氨酸直接從正常的水解液中測定重結(jié)晶的組分蛋白質(zhì)基本上是純粹的，除來自含硫氨基酸中的硫外不含其他礦物質(zhì)。煙葉的組分蛋白質(zhì)不能被結(jié)晶，因為它是幾種不同蛋白質(zhì)的混合物。但是它可以被丙酮萃取和水洗所提純，不含其他色素、酚類等雜質(zhì)。可能尚有極少量的糖類作為次要的雜質(zhì)存在。表37 煙草組分蛋白質(zhì)、煙草和其他植物未經(jīng)分步分離的蛋白質(zhì)以及FAO暫行規(guī)定蛋白質(zhì)中必需氨基酸含量的比較（Kung, S. D.等,1980）煙葉組分蛋白質(zhì)煙葉組分蛋白質(zhì)FAO煙草21個植物種中異亮氨酸4.55.14.55.54.2亮氨酸8.99.18.810.24.8賴氨酸6.06.65.67.34.2蛋氨

24、酸1.21.31.62.62.2苯丙氨酸4.14.05.56.82.8蘇氨酸5.24.94.75.82.8色氨酸1.51.51.22.31.4酪氨酸4.43.43.74.92.8纈氨酸8.08.25.96.94.2注：以100g回收氨基酸中的胺基的質(zhì)量（g）表示從21個植物種制成的56個未經(jīng)分步分離的葉蛋白質(zhì)分析中氨基酸的含量范圍1965年暫行規(guī)定的推薦值煙草組分蛋白質(zhì)、雞蛋蛋白質(zhì)和牛奶蛋白質(zhì)的必需氨基酸成分是相似的（表38）。表38 煙草組分蛋白質(zhì)、一些主要作物的蛋白質(zhì)以及牛奶、人奶和雞蛋蛋白質(zhì)的必需氨基酸（Kung, S. D.等，1980）煙草組分-蛋白質(zhì)大豆稻米小麥玉米雞蛋人奶牛奶異亮

25、氨酸4.55.84.04.06.46.86.46.4亮氨酸8.97.68.27.015.09.08.99.9賴氨酸6.06.63.22.72.36.36.37.8蛋氨酸1.21.13.02.53.13.12.22.4苯丙氨酸4.14.85.05.15.06.04.64.9蘇氨酸5.23.93.83.33.75.04.64.6色氨酸1.51.21.31.20.61.71.61.4酪氨酸4.43.25.74.06.04.45.55.1纈氨酸8.05.26.24.35.37.46.66.9注：以100g回收氨基酸中的胺基質(zhì)量(g)來表示高純度的F蛋白不含任何其他成分的污染，完全具有制藥的潛勢，在臨床

26、應(yīng)用上，它適合于腎功能失調(diào)和手術(shù)后的病人使用，能促使病人早日康復(fù)。另外，煙葉中的蛋白是含硒的蛋白質(zhì)，它能消除動物體內(nèi)的自由基，防護紅細胞溶血，保護動物免于化學(xué)性肝損傷，降低血清中丙二醛的含量等功用。所以F蛋白既是人們消耗的高級營養(yǎng)和保健食品添加劑，又是一種有效的藥品。此外，煙葉的F蛋白，亦有較高的營養(yǎng)品質(zhì)，它是一種很好的動物飼料添加劑。煙葉中的蛋白質(zhì)對卷煙的品質(zhì)幾乎沒有什么貢獻，相反，它是卷煙中很多對人們有害成分的前體。如喹啉是F蛋白的主要氧化產(chǎn)物，一些氨基酸如谷氨酸、色氨酸和賴氨酸在高溫燃燒時，同樣會產(chǎn)生一些對人體不利的誘變因子。根據(jù)煙葉均質(zhì)化調(diào)制（HLC）理論，在煙葉調(diào)制之前提取出煙葉中的

27、可溶蛋白，可降低煙葉中的蛋白質(zhì)含量，有利于生產(chǎn)較安全的卷煙產(chǎn)品。同時亦可大量獲得高營養(yǎng)品質(zhì)的F蛋白。第三節(jié) 煙草氨、酰胺、胺類一、氨（一）氨的性質(zhì)氨是堿性有刺激性的無色氣體，沸點33.42。氨氣從煙草中揮發(fā)會強烈地刺激人的黏膜而引起中毒。從煙草中蒸餾出的氨易溶于水，氨的水溶液即是氨水。在氨一水體系中是NH3與水以氫鍵相聯(lián)結(jié)的水合物NH3·H2O。（二）煙草中的氨蛋白質(zhì)和氨基酸分解代謝產(chǎn)生氨。煙草在生長發(fā)育過程中，煙株積累的氨是比較低的，多量的氨會產(chǎn)生氨害，但在干旱、高溫等逆境使煙株體內(nèi)游離氨增多。調(diào)制過程中由于蛋白質(zhì)的水解，氨基酸的氧化分解，使煙葉中氨的含量逐漸增加。調(diào)制初期產(chǎn)生的氨

28、用于合成酰胺而儲藏，隨著調(diào)制過程的進行，煙葉失去生命活力，各種形式的含氮 化合物如蛋白質(zhì)、氨基酸、酰胺、胺類最終的氧化分解均產(chǎn)生氨，煙葉中氨的濃度極大地增加，迅速增加的氨在煙葉中固定下來。調(diào)制期間雖有氨的損失，但是氨的濃度持續(xù)增加，說明氨在煙葉中的保留大于揮發(fā)作用。調(diào)制結(jié)束煙葉中氨的含量：烤煙約為0.019%，白肋煙約為0.159%，馬里蘭煙約為0.130%，香料煙約為0.105%。在以后的陳化、發(fā)酵等加工過程中煙葉內(nèi)的氨將不斷產(chǎn)生，也不斷揮發(fā)散失。二、酰胺（一）酰胺的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)羧酸分子中的羧基上除去羥基后所剩余的基團稱為?；ｕ０肥酋；桶被Y(jié)合而成的化合物。其結(jié)構(gòu)可用下列通式表示： 伯酰胺

29、仲酰胺叔酰胺 酰胺幾乎全部都是有良好結(jié)晶的固體，有固定的熔點。除甲酰胺外，其他酰胺都具有較高的熔點和沸點。5個以下碳原子的酰胺均可溶于水，芳香族酰胺僅微溶于水或難溶于水。酰胺是一類呈中性或接近中性的化合物。無論在堿性溶液中或酸性溶液中，水解反應(yīng)都能進行到底。在堿性溶液中的水解反應(yīng)進行得更快一些。酸性水解，生成羧酸和銨鹽。堿性水解生成羧酸鹽和氨（或胺）。酰胺發(fā)生分子內(nèi)部的脫水反應(yīng)而生成相應(yīng)的腈。（二）煙草中的酰胺在煙草生長發(fā)育過程中，谷氨酰胺和天冬酰胺是主要的酰胺類化合物，它們是氨在煙株體內(nèi)的儲藏形式。煙氣中的酰胺類化合物是中性含氮化合物的一種。煙氣中鑒定出的C2C3脂肪酰胺占粒相物質(zhì)的0.12

30、%0.37%，是在燃吸期間生成的，未燃吸的煙葉中從未發(fā)現(xiàn)這樣多的酰胺。這些酰胺是煙葉燃吸期間硝酸鹽產(chǎn)生的中間體氨和甘氨酸衍生的。燃吸期間，煙氣中的腈可能部分水解生成酰胺，或者酰胺脫水生成腈。煙葉中的馬來酰胺和琥珀酰胺是煙草打頂后使用的化學(xué)抑芽劑馬來酰肼的降解產(chǎn)物。三、胺類（一）胺的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)胺是氨的烴基衍生物，可視為氨分子中的一個或多個氫原子被烴基取代后的產(chǎn)物。按照胺分子中氮原子上烴基數(shù)目的多少，胺又可分為伯胺、仲胺和叔胺，其結(jié)構(gòu)如下： 伯胺仲胺叔胺根據(jù)氮原子上所連烴基的不同，胺又可分為脂肪胺和芳香胺。低級的脂肪胺易揮發(fā)如甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺在常溫下為氣體，丙胺以上為液體，高級脂肪胺為固

31、體。低級胺有氨的氣味或有特殊腥臭味。低級胺有較好的水溶性，但隨著相對分子質(zhì)量的增加，在水中的溶解度迅速減小。芳胺是無色高沸點的液體，或者是低熔點的固體，具有令人不愉快的特殊氣味，毒性較大。脂肪族胺和芳香族胺均類似于氨而顯示堿性，脂肪族胺的堿性比氨強，芳香族胺的堿性比氨弱得多。胺能和酸成鹽，胺的無機酸鹽是無臭固體，易溶于水和乙醇。胺鹽 遇強堿又能釋放出游離胺。利用此性質(zhì)，可將不溶于水的胺與其它有機物分離。煙草胺類尤其仲胺與亞硝酸作用生成N亞硝基胺可能是一類引起癌變的物質(zhì)。胺比較容易被氧化，芳香胺放置時就能因氧化而帶有黃至紅甚至黑色。（二）煙草中的胺類化合物煙葉中的脂肪胺是在調(diào)制期間煙葉中的蛋白質(zhì)

32、、氨基酸通過氧化分解或高溫裂解產(chǎn)生的。吸煙時，一部分脂肪胺直接轉(zhuǎn)移到煙氣中，煙草在燃吸時發(fā)生的熱解也產(chǎn)生胺類，煙堿和其他生物堿也可能是低級脂肪胺的來源，因為煙堿的緩和氧化能產(chǎn)生氨、甲胺和其他一些化合物。脂肪胺很容易與亞硝酸鹽或氮的氧化物作用生成相應(yīng)的亞硝胺。尤其是仲胺和叔胺對具有致癌活性的亞硝胺的生成有一定作用。大多數(shù)芳香胺都是在煙氣中發(fā)現(xiàn)的，而且都與苯胺有關(guān)。N取代芳香胺可能是N亞硝胺的前體。不過，目前煙草和煙氣中尚未發(fā)現(xiàn)這種特有的亞硝胺。由于N亞硝基二苯胺沒有致癌活性，所以人們對苯基烷基亞硝胺是否有致癌活性的問題非常感興趣。此外，煙葉中的蛋白質(zhì)、氨基酸也可能是芳香胺的前體，燃吸熱解也可能產(chǎn)

33、生芳香胺，但與脂肪胺不同的是，芳香胺不是由煙堿熱解產(chǎn)生的。第四節(jié) 煙草其他含氮化合物一、硝基化合物烴分子中的氫原子被硝基取代后的衍生物，稱為硝基化合物。根據(jù)硝基連接的碳原子的不同，又可分為伯、仲、叔硝基化合物。其結(jié)構(gòu)如下：硝基甲烷2硝基丙烷2硝基2甲基丙烷（伯硝基化合物）（仲硝基化合物）（叔硝基化合物）脂肪族硝基化合物是無色而具有香味的液體，難溶于水，易溶于醇和醚。芳香族硝基化合物是淡黃色固體或油狀液體，具有苦杏仁氣味，有毒性。硝基化合物最重要的化學(xué)性質(zhì)之一是還原反應(yīng)。在酸性條件下，苯胺是最后產(chǎn)物。硝基化合物在自然界幾乎不存在。煙草中硝酸鹽是燃吸過程中產(chǎn)生硝基化合物的直接來源，煙草中天然存在的

34、堿金屬硝酸鹽在卷煙燃燒區(qū)分解為各種氮的氧化物，這些氧化物與有機基團反應(yīng)產(chǎn)生硝基化合物。煙氣中檢測到的硝基化合物見表39。表39煙氣中的硝基化合物硝基烷類含量(g/支)硝基苯類含量(g/支)硝基酚類含量(g/支)硝基甲烷5234硝基異丙基苯52硝基酚35硝基乙烷1080硝基苯252硝基3甲酚302硝基丙烷10802硝基甲苯212硝基4甲酚901硝基丙烷7283硝基甲苯10硝基二羥基苯酚801硝基正丁烷7134硝基酚201硝基正戊烷2154硝基兒茶酚200注：引自李漢超，王淑嫻. 煙草·煙氣化學(xué)及分析. 鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1991.在硝酸鹽含量高的卷煙煙氣中發(fā)現(xiàn)了4硝基兒茶酚，一

35、些人認為它是由煙氣捕集材料中的兒茶酚硝基化產(chǎn)生的，然而精細分析證實，新生的煙氣中確實有少量的4硝基兒茶酚和其他硝基酚存在。煙氣中的硝基化合物與煙草中的硝酸鹽含量密切相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，富含硝酸鹽煙草的煙氣中硝基化合物含量高，稠環(huán)芳烴含量低。二、腈和異腈腈是氫氰酸（HCN）的烴基衍生物，通式為RCN，官能團CN叫做氰基。因為氰基本身含有一個碳原子，所以氫氰酸可以看做是腈類物質(zhì)的第一個同系物。其結(jié)構(gòu)式如下：HCNCH3CNCH2=CHCNC6H5CN氫氰酸乙腈丙烯腈苯甲腈腈類化合物除氫氰酸外，都是穩(wěn)定的中性物質(zhì)，并且不似氫氰酸那樣劇毒。較低級的腈是可溶于水的液體。腈的最重要的化學(xué)性質(zhì)是水解反應(yīng)和還原反

36、應(yīng)。在酸或堿溶液中水解時，腈轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的羧酸。如：腈可以被還原成相應(yīng)的伯胺，也可以在催化劑存在下直接氫化還原。異腈（）是腈的同分異構(gòu)體。異腈的結(jié)構(gòu)式寫作。異腈不如腈穩(wěn)定，長時間加熱時，異腈即轉(zhuǎn)變成腈。異腈是具有難聞的臭味和很大毒性的液體，在水中溶解度較小。煙草中的腈類化合物很少有人研究，主要研究的是煙氣中的腈類化合物。煙氣中的腈類化合物主要有氰化氫（HCN），其次是乙腈（CH3-CN）、丙腈（CH3-CH2-CN）、丁腈（CH3-CH2-CH2-CN）、丙烯腈（CH2=CH-CN）。此外，在煙氣的冷凝物中已鑒定出了芳香腈。硝酸鹽是煙氣中腈類的前身。煙草蛋白質(zhì)也是煙氣中腈類的重要來源。甘氨酸熱解

37、形成氰化氫要比丙氨酸、亮氨酸和異亮氨酸多。其他含氮化合物如吡咯烷、脯氨酸脫羧產(chǎn)生的吡咯烷，在熱解過程中產(chǎn)生的氰化氫也較多。多氨基的酸類同樣產(chǎn)生較高量的HCN，特別是在9001000的時候。用14C標記的葡萄糖或蔗糖的卷煙燃吸后發(fā)現(xiàn)煙氣中含有標記的乙腈，說明燃吸期間糖類或其降解產(chǎn)物與含氮化合物發(fā)生了反應(yīng)。萘腈和苯腈類化合物是賴氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、丁二酸酰肼和N，N二甲基十二烷胺的熱解產(chǎn)物。三、含氮農(nóng)藥煙草生產(chǎn)中使用的含氮抑芽劑、除草劑、殺蟲劑農(nóng)藥如MH（馬來酰肼）、二硝基苯胺類、氯化煙酰（吡蟲啉）、硫代煙堿類（阿克泰）、酰胺類、硫代氨基甲酸類、尿素類、喹啉類等，也是煙草和煙氣中含氮化

38、合物的來源之一。一些研究表明，它們除以其原來形式殘留在煙葉中外，還可降解（酶解或熱解）生成許多新產(chǎn)物，如氨、胺類、酰胺類、吡啶類、吡咯類、喹啉類等。因此，這些人工使用的含氮制劑對煙草和煙氣的化學(xué)成分、生物活性及香氣吃味品質(zhì)都有一定影響，有待深入研究。第五節(jié) 主要含氮化合物對煙質(zhì)的影響一、氨基酸對煙質(zhì)的影響氨基酸既是合成蛋白質(zhì)的原料，又是蛋白質(zhì)降解的產(chǎn)物，不僅參與煙株碳、氮代謝，從而影響煙株內(nèi)含氮化合物和其它化學(xué)物質(zhì)的形成，而且與煙葉調(diào)制、陳化、燃吸過程所發(fā)生的復(fù)雜生物化學(xué)變化關(guān)系密切。因此氨基酸對煙質(zhì)的影響也相當(dāng)復(fù)雜，影響的結(jié)果最終可以從煙葉色澤、香味和抽吸感覺反映出來。成熟烤煙約含4%7%的

39、總氨基酸及其中的0.4%0.7%游離氨基酸，調(diào)制后其含量均有較大量增加。氨基酸不僅是煙葉香氣前體物的間接前體，也可在調(diào)制過程中直接轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性羰基化合物。Probhu（1984）應(yīng)用同位素示蹤方法證明游離氨基酸可轉(zhuǎn)化形成醛、酮類物質(zhì)。已知苯丙氨酸是煙葉重要香氣物質(zhì)苯甲醇、苯乙醇的前體物。史宏志（1995）將煙葉氨基酸的含量與最終評吸分值進行相關(guān)分析，結(jié)果表明，煙葉氨基酸的含量與香吃味品質(zhì)有一定關(guān)系?？偘被岬暮颗c香氣量和勁頭得分有正相關(guān)關(guān)系，與香氣質(zhì)、刺激性和雜氣3項分值呈負相關(guān)關(guān)系。相關(guān)分析還表明與香氣質(zhì)、香氣量、勁頭、雜氣和刺激性呈正、負相關(guān)的氨基酸種類不同。這說明通過各種技術(shù)措施，改變

40、煙葉氨基酸的種類和組成，對于改善煙葉品質(zhì)還具有一定潛力。1氨基酸在酸、堿、酶的作用下，特別是煙葉燃燒過程中，分解產(chǎn)生氨。氨的揮發(fā)是煙氣刺激性的來源之一，氨的濃度增大會產(chǎn)生一種惡臭氣味，白肋煙的特殊氣味就是因其含有大量的蛋白質(zhì)和氨基酸所致。2氨基酸在酶的作用下生成黑色素，使煙葉的顏色加深，這叫做酶引起的棕色化反應(yīng)。例如酪氨酸在酪氨酸酶的作用下生成黑色素的反應(yīng)，多巴醌和吲哚醌是重要的中間體。酪氨酸酶一般也稱為多酚氧化酶，存在于煙葉中，在有氧的條件下，酪氨酸、二羥基苯丙氨酸、鄰苯二酚（兒茶酚）、兒茶酸、綠原酸等單酚或多酚類，被多酚氧化酶氧化，從而發(fā)生酶棕色化反應(yīng)。3氨基酸的氨基與羰基共存，沒有酶的參

41、與，也發(fā)生氨基羰基反應(yīng)，即美拉德反應(yīng)（Maillard compound）。反應(yīng)的結(jié)果也生成黑色物質(zhì)，使煙葉的顏色加深，稱為非酶棕色化反應(yīng)。此反應(yīng)是在中性和微酸性條件下進行的，反應(yīng)速度與溫濕度和煙葉水分有很大關(guān)系。美拉德反應(yīng)有代表性的中間產(chǎn)物是比氨基酸少一個碳原子的醛和烯醇胺，它們經(jīng)環(huán)化可以生成吡嗪類化合物，還能生成吡啶類和吡咯類等含氮雜環(huán)化合物，這些物質(zhì)一般都具有與煙草香味協(xié)調(diào)的香味，并增加煙氣的豐滿度。以上酶促和非酶促棕色化反應(yīng)在煙葉調(diào)制和發(fā)酵或陳化過程中均可發(fā)生。在煙葉調(diào)制過程中對這兩種棕色化反應(yīng)的要求不同，煙葉調(diào)制過程中要求酶促棕色化反應(yīng)恰當(dāng)而不激烈地進行，使煙葉向有利于質(zhì)量和產(chǎn)量提高

42、的方向發(fā)展。酶促棕色化反應(yīng)激烈進行的過程是煙葉變褐的過程，這將嚴重影響調(diào)制后煙葉的質(zhì)量和產(chǎn)量。非酶促棕色化反應(yīng)緩慢而較持續(xù)地進行，對于煙葉質(zhì)量的提高是有利的。因此，在調(diào)制過程中，對這兩種棕色化反應(yīng)的條件控制是不同的，這正是提高煙葉調(diào)制質(zhì)量的巧妙之處。煙葉發(fā)酵，陳化過程的非酶促棕色化反應(yīng)是以高等級煙葉為基礎(chǔ)的，越是高等級煙葉，通過發(fā)酵、陳化，質(zhì)量提高越明顯。另外，與形成煙堿和酚類化合物有關(guān)的氨基酸，還可通過影響其形成和含量間接影響煙葉品質(zhì)。二、蛋白質(zhì)對煙質(zhì)的影響蛋白質(zhì)是隨著煙草的生長發(fā)育逐漸積累的，作為可食性蛋白質(zhì)資源的開發(fā)利用，煙草蛋白質(zhì)有其積極作用，而對于煙葉吸食質(zhì)量的影響則需另當(dāng)別論。成熟采收煙葉，調(diào)制過程中隨著變黃程度的提高，蛋白質(zhì)含量顯著減少，當(dāng)變黃達到要求時蛋白質(zhì)水解趨于停