基于代谢组学的不同产区加热卷烟原料品质分析

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2025.09.017

摘要/Abstract

摘要： 为研究不同产区烤烟烟叶的代谢产物与制成的加热卷烟感官品质的关系，以美国（T1）、津巴布韦（T2）、巴西（T3），中国云南省（T4）、四川省（T5）、贵州省（T6）、河南省（T7）、湖南省（T8）8个产区的加热卷烟烤后烟叶样品为研究对象，检测各产区烟叶的常规化学成分，采用代谢组学技术分析代谢产物特征，通过最小二乘判别分析和KEGG富集分析筛选关键差异代谢物，并解析其与感官品质的关系。结果表明，不同产区烟叶在代谢特征上存在显著差异。T1烟叶与T4、T5、T8相比在嘌呤代谢通路中环磷酸腺苷、鸟嘌呤等下调，加热卷烟感官质量最好；T2烟叶与T4、T5、T7相比，在色氨酸代谢通路中的5-羟基吲哚乙酸上调，刺激性最少；T3烟叶与T5、T6相比，在精氨酸和脯氨酸代谢通路中4-氨基丁酸上调，两糖比最高，糖碱比最低，加热卷烟刺激性较大；T4烟叶与T6、T8相比，在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路中L-天冬氨酸上调，糖碱比最高，加热卷烟烟气温度和香气得分低于T8；T5烟叶和T6、T8相比，在类黄酮生物合成通路中2´，4´，6´，3，4-五羟查尔酮、二氢槲皮素下调，钾氯比高但谐调差；T7烟叶与T1、T2、T4、T5、T6相比，在β-丙氨酸代谢通路中多种代谢物显著上调，与T2、T3、T4、T6相比，在赖氨酸生物合成通路中也存在差异，其钾氯比低，加热卷烟的刺激性和杂气较多。相关性分析表明，5-羟基吲哚乙酸等与加热卷烟感官质量显著相关。综上，T1烟叶最适用于加热卷烟，T8次之，T7品质较差。

关键词: 加热卷烟, 产区, 化学成分, 差异代谢物, 感官品质

Abstract: To investigate the relationship between the metabolic products of flue‑cured tobacco leaves from different producing areas and the sensory quality of heated cigarettes，the heated cigarette roasted tobacco samples from eight producing areas in the United States（T1），Zimbabwe（T2），Brazil（T3），Yunnan Province（T4），Sichuan Province（T5），Guizhou Province（T6），Henan Province（T7）and Hunan Province（T8）in China were used as the research objects. The conventional chemical components of tobacco leaves from each producing area were detected，and the characteristics of metabolites were analyzed by metabolomics. The key differential metabolites were screened by least squares discriminant analysis and KEGG enrichment analysis，and their relationship with sensory quality was analyzed.The results showed that there were significant differences in metabolic characteristics of tobacco leaves from different producing areas. Compared with T4，T5 and T8，T1 tobacco leaves showed downregulation of cyclic adenosine monophosphate and guanine in purine metabolism pathway，and the sensory quality of heated cigarettes was the best. Compared with T4，T5 and T7，5‑hydroxyindole‑3‑acetic acid in tryptophan metabolism pathway was up‑regulated and irritation was the least in T2 tobacco leaves.Compared with T5 and T6，T3 tobacco leaves were up‑regulated in arginine and proline metabolism pathways，such as γ‑aminobutyric acid. The ratio of two sugars was the highest，the ratio of sugar to alkali was the lowest，and the irritation of heated cigarettes was larger. Compared with T6 and T8，L‑aspartic acid was up‑regulated in the alanine，aspartate and glutamate metabolism pathway of T4 tobacco leaves，and the sugar‑alkali ratio was the highest.The smoke temperature and aroma scores of heated cigarettes were lower than those of T8. Compared with T6 and T8，2´，4´，6´，3，4‑pentahydroxychalcone and dihydroquercetin were down‑regulated in flavonoid biosynthesis pathway of T5 tobacco leaves，and the ratio of potassium to chlorine was high but the harmony was poor. Compared with T1，T2，T4，T5 and T6，many metabolites in β‑alanine metabolism pathway of T7 tobacco leaves were significantly up‑regulated.Compared with T2，T3，T4 and T6，lysine biosynthesis pathway in T7 tobacco leaves was also different.The ratio of potassium to chlorine was low，and the irritation and offensive odor of heated cigarettes were more. Correlation analysis showed that 5‑hydroxyindole‑3‑acetic acid and other compounds were significantly correlated with the sensory quality of heated cigarettes. In summary，T1 tobacco leaves are most suitable for heating cigarettes，followed by T8，and T7 has poor quality.

Key words: Heated cigarette, Producing area, Chemical composition, Differential metabolite, Sensory quality

中图分类号:

陈震, 管庆林, 刘化冰, 蒋健, 卢昕博, 董淑雅, 武云杰, 吴键. 基于代谢组学的不同产区加热卷烟原料品质分析[J]. 河南农业科学, 2025, 54(9): 159-170.

CHEN Zhen, GUAN Qinglin, LIU Huabing, JIANG Jian, LU Xinbo, DONG Shuya, WU Yunjie, WU Jian. Quality Analysis of Heated Cigarette Raw Materials in Different Producing Areas Based on Metabonomics[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2025, 54(9): 159-170.

图/表 6

参考文献

［1］李奕蓉. 加热卷烟代表性添加剂热分析研究［D］. 昆明：昆明理工大学，2023.

LI Y R. Thermal analysis of representative additives for heated cigarettes［D］. Kunming：Kunming University of Science and Technology，2023.

［2］周雍皓. 电加热卷烟原料低温热解与释烟过程的实验及模拟研究［D］. 杭州：浙江大学，2023.

ZHOU Y H. Experimental and simulation study on low‑temperature pyrolysis and smoke release process of electrically heated cigarette raw materials［D］. Hangzhou：Zhejiang University，2023.

［3］ZHANG J S，WANG Y Q，ZHU Y Y，et al. Pyrolysis characteristics of different types of tobacco and its correlation with the released aroma components under heating condition［J］. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2024，181：106646.

［4］张书铭. 基于加热卷烟的烟叶原料内在质量评价［D］. 北京：中国农业科学院，2022.

ZHANG S M. Internal quality evaluation of tobacco raw materials based on heated cigarettes［D］. Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2022.

［5］LÓPEZ‑GRANADOS L. New heated tobacco products ［J］. Anales de Pediatría（English Edition），2024，100（4）：e38‑e39.

［6］董高峰，田永峰，尚善斋，等. 用于加热不燃烧（HnB）卷烟的再造烟叶生产工艺研究进展［J］.中国烟草学报，2020，26（1）：109‑117.

DONG G F，TIAN Y F，SHANG S Z，et al. Production technology of reconstituted tobacco for heat‑not‑burn（HnB）cigarettes：A review［J］. Acta Tabacaria Sinica，2020，26（1）：109‑117.

［7］司晓喜，罗萌柔，尤俊衡，等. 加热温度对气溶胶化学成分释放的影响［J］. 烟草科技，2022，55（12）：46‑58.
SI X X，LUO M R，YOU J H，et al. Effects of heating temperature on releases of chemical components in aerosol［J］.Tobacco Science & Technology，2022，55（12）：46‑58.

［8］王超，赵文涛，杨菁，等. 低温热裂解香气成分与加热卷烟感官质量相关性分析［J/OL］.特产研究，2024：1‑8.（2024‑08‑13）［2025‑01‑16］. http：//kns. cnki. net/KCMS/detail/detail. aspx？ filename=TCYA20240812004&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ.
WANG C，ZHAO W T，YANG J，et al. Correlation analysis between aroma components of low temperature pyrolysis and sensory quality of heated cigarettes［J/OL］.China Industrial Economics，2024：1‑8.（2024‑08‑13）［2025‑01‑16］. http：//kns. cnki. net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=TCYA20240812004&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ.

［9］刘达岸，李鹏飞，刘冰，等. 不同加热非燃烧再造烟叶特性研究［J］. 食品与机械，2018，34（6）：26‑29.
LIU D A，LI P F，LIU B，et al. Study on heat‑not‑burn reconstituted tobacco prepared by different process［J］.Food & Machinery，2018，34（6）：26‑29.

［10］刘天择，杨菁，汪旭，等. 不同部位烤烟化学成分及热解产物与加热卷烟感官质量的关系［J］. 中国烟草科学，2023，44（1）：77‑84.
LIU T Z，YANG J，WANG X，et al. Relationships between chemical components and pyrolytic products and sensory quality of heated tobacco of different position flue‑cured tobacco leaves ［J］. Chinese Tobacco Science，2023，44（1）：77‑84.

［11］毕浩东，史久长，李秋剑，等. 基于代谢组学的烟草逆境胁迫及烟叶品质研究进展［J］. 山东农业科学，2024，56（6）：165‑172.
BI H D，SHI J C，LI Q J，et al. Progress of research on adversity stress and leaf quality of tobacco based on metabonomics［J］. Shandong Agricultural Sciences，2024，56（6）：165‑172.

［12］赵璐，王丙武，高玉龙，等. 基于非烤烟型烟草的加热卷烟化学成分与感官品质关系研究［J］.轻工学报，2024，39（3）：90‑98.
ZHAO L，WANG B W，GAO Y L，et al. Study on the relationship between chemical composition and sensory quality of heated cigarettes based on non‑flue‑cured tobacco［J］.Journal of Light Industry，2024，39（3）：90‑98.

［13］杨鸿宇，郑煜，耿召良，等. 海南五指山产区不同雪茄品种晾制后烟叶感官质量和代谢组的差异分析［J］.南方农业学报，2024，55（6）：1753‑1764.
YANG H Y，ZHENG Y，GENG Z L，et al.Differential analysis of sensory quality and metabolomics of tobacco leaves of different cigar varieties after air‑curing in Wuzhishan area of Hainan［J］.Journal of Southern Agriculture，2024，55（6）：1753‑1764.
［14］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动法：YC/T 160—2002［S］. 北京：中国标准出版社，2004.
State Tobacco Monopoly Bureau. Determination of total phytoalkaloids in tobacco and tobacco products：YC/T 160—2002［S］. Beijing：China Standards Publishing House，2004.

［15］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法：YC/T 159—2019［S］. 北京：中国标准出版社，2019.
State Tobacco Monopoly Bureau. Determination of water‑soluble sugar in tobacco and tobacco products：YC/T 159—2019 ［S］. Beijing： China Standards Publishing House，2019.

［16］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品氯的测定连续流动法：YC/T 162—2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.
State Tobacco Monopoly Bureau. Determination of chlorine in tobacco and tobacco products：YC/T 162—2011［S］. Beijing：China Standards Publishing House，2011.

［17］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品钾的测定火焰光度法：YC/T 173—2003［S］.北京：中国标准出版社，2004.
State Tobacco Monopoly Bureau. Determination of Potassium in Tobacco and Tobacco Products：YC/T173—2003［S］. Beijing：China Standards Publishing House，2004.

［18］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法：YC/T 161—2002［S］. 北京：中国标准出版社，2004.
State Tobacco Monopoly Bureau. Determination of total nitrogen in tobacco and tobacco products：YC/T 161—2002［S］. Beijing：China Standards Publishing House，2004.

［19］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品淀粉的测定连续流动法：YC/T 216—2013［S］. 北京：中国标准出版社，2014 State Tobacco Monopoly Bureau. Determination of starch in tobacco and tobacco products：YC/T 216—2013［S］. Beijing：China Standards Publishing House，2014.

［20］张丽，姬厚伟，黄锡娟，等. 植物代谢组学及其在烟草上的应用进展［J］.中国烟草学报，2015，21（5）：126‑134.
ZHANG L，JI H W，HUANG X J，et al. Plant metabolomics and its application in tobacco［J］. Acta Tabacaria Sinica，2015，21（5）：126‑134.

［21］ZHANG L，WANG X Y，GUO J Z，et al. Metabolic profiling of Chinese tobacco leaf of different geographical origins by GC‑MS［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2013，61（11）：2597‑2605.

［22］刘金梦. 蝉花虫草菌质体对烟草的生长与代谢影响［D］.合肥：安徽农业大学，2023.
LIU J M. Effects of Cordyceps militaris plastids on the growth and metabolism of tobacco［D］. Hefei：Anhui Agricultural University，2023.

［23］WANG B X，YANG S H，CHEN G H，et al.Simultaneous determination of non‑volatile，semi‑volatile，and volatile organic acids in tobacco by SIM‑Scan mode GC‑MS［J］. Journal of Separation Science，2008，31（4）：721‑726.

［24］ZHAO L，SHANG S Z，TIAN Y F，et al. Integrative analysis of sensory evaluation and non‑targeted metabolomics to unravel tobacco leaf metabolites associated with sensory quality of heated tobacco［J］.Frontiers in Plant Science，2023，14：1123100.

［25］王晶，胡立中，朱栋梁，等. 烟叶中游离态氨基酸与卷烟主流烟气中氢氰酸的相关关系［J］.光谱实验室，2012，29（6）：3793‑3797.
WANG J，HU L Z，ZHU D L，et al. Relationship between free amino acids in tobacco and hydrogen cyanide in mainstream smoke of cigarette［J］.Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory，2012，29（6）：3793‑3797.

［26］贾国涛，王晓瑜，孙溢明，等. 我国八大香型生态区域烤烟游离氨基酸含量与烟叶品质的关系分析［J］.作物杂志，2023（3）：195‑199.
JIA G T，WANG X Y，SUN Y M，et al.Analysis on the relationship between contents of free amino acids and the quality of flue‑cured tobacco in eight flavor ecological regions of China［J］. Crops，2023（3）：195‑199.

［27］王闯，符云鹏，艾永峰. 土壤特性与烟叶品质的关系［J］.安徽农业科学，2005，33（5）：862‑863.
WANG C，FU Y P，AI Y F. Soil characteristics and its relationship with tobacco leaf quality［J］.Journal of Anhui Agricultural Sciences，2005，33（5）：862‑863.

［28］刘天择. 基于加热卷烟的主要等级烤烟质量评价［D］.北京：中国农业科学院，2023.
LIU T Z.Quality evaluation of main grades of flue‑cured tobacco based on heated cigarettes［D］.Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2023.

［29］黎旺姐，李勇，崔明昆，等. 烟草氨基酸代谢及其调控机制［J］.安徽农业科学，2016，44（21）：15‑19.
LI W J，LI Y，CUI M K，et al. Amino acid metabolism and its regulation mechanism in tobacco plants［J］.Journal of Anhui Agricultural Sciences，2016，44（21）：15‑19.
［30］张彩虹，张力，王卫民，等. 基于非靶向代谢组学的上部烟叶不同成熟度差异分析［J］.中国农业科技导报，2024，26（10）：58‑70.

ZHANG C H，ZHANG L，WANG W M，et al.Difference analysis of different maturity of upper tobacco leaves based on non‑targeted metabolomics［J］. Journal of Agricultural Science and Technology，2024，26（10）：58‑70.
［31］欧阳一鸣，赵文涛，付秋娟，等. 不同类型烟叶原料加热卷烟化学成分和感官质量评价［J］.中国烟草科学，2023，44（4）：64‑70.

OUYANG Y M，ZHAO W T，FU Q J，et al. Evaluation of chemical composition and sensory quality of heated cigarettes with different types of tobacco leaves［J］.China Tobacco Science，2023，44（4）：64‑70.
［32］李洪臣，朱顺成.氨基酸对不同烤烟品种烟叶美拉德反应的影响［J］. 安徽农业科学，2020，48（3）：26‑28.
LI H C，ZHU S C. Effects of amino acids on Maillard reaction of different flue‑cured tobacco varieties［J］.Anhui Agricultural Science，2020，48（3）：26‑28.

［33］申树林，黄赟，周遵华，等. 代谢组与转录组联合分析毕节市高海拔烟区烟叶类黄酮代谢差异［J］.烟草科技，2024，57（7）：57‑64.
SHEN S L，HUANG Y，ZHOU Z H，et al. Combined metabolomics and transcriptome analysis on differences in flavonoid metabolism in tobacco leaves from high‑altitude tobacco growing areas in Bijie City［J］.Tobacco Science &Technology，2024，57（7）：57‑64.
［34］宋绍森，杨杰，段旺军，等. 海拔高度对烟叶生长代谢及烤后品质的影响［J］.河南农业科学，2024，53（3）：53‑67.
SONG S S，YANG J，DUAN W J，et al. Effects of altitude on growth， metabolism and quality of flue‑cured tobacco leaves［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2024，53（3）：53‑67.

[1]	吴晋禄, 胡安福, 蒋健, 夏倩, 王骏, 肖卫强, 周国俊, 吴键, 徐建, 方梦祥. 加热卷烟水分生成及迁移释放规律研究进展[J]. 河南农业科学, 2025, 54(8): 15-25.
[2]	薛云, 刘启斌, 吴彦, 李京鑫, 胡紫雲, 陆漓, 李典, 严俊, 黄忠辉, 景延秋. 基于定性定量联用技术的加热卷烟气溶胶中醇类、酯类、酮类香味物质分析[J]. 河南农业科学, 2025, 54(6): 163-174.
[3]	张改红, 许航, 杜帅, 徐月莹, 石栋栋, 薛晶晶, 王梦瑶, 毛多斌. 愈创木酚-β-D-葡萄糖苷的稳定性及其在卷烟加香中的应用[J]. 河南农业科学, 2025, 54(5): 172-180.
[4]	李林林, 王荣浩, 吴昭, 赵泽玉, 杜甫, 刘佳琪, 田丽君, 宋皓, 单玉静, 彭建. 外加蔗糖发酵对印尼BESUKI 雪茄烟叶品质的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(9): 171-180.
[5]	宋宗昊, 蒋宸光, 吴岳轩, 吴中心, 王龙飞, 路晓崇, 遆晋松, 刘剑君. 箱式烘烤烟叶化学成分变化与温湿度耦合分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(6): 162-172.
[6]	李金澄, 张力, 王卫民, 郑宏斌, 韩丹, 贾玮, 史久长, 许自成. 不同株型渠首1 号上部烟叶代谢图谱差异分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(5): 60-69.
[7]	杜雪丽, 柯璐瑶, 柳展, 代明珠, 周宇, 李剑兴, 徐玖亮. 叶面喷施镁对紫米产质量、花青素及代谢物含量的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 28-36.
[8]	李晶晶, 荣仕宾, 秦艳青, 周骏, 曾代龙, 钟秋, 赵园园, 刘德水, 张瑞娜, 史宏志. 雪茄茄芯和茄衣烟叶不同区段化学成分和品质差异性分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(1): 62-69.
[9]	胡志忠, 冯衍闯, 宋凌勇, 胡超, 务文涛, 吕阳波, 梁淼, 张峻松. 加热卷烟调香常用12 种醛酮类香料的熔融及热解特性研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 172-180.
[10]	张晓莉, 元野, 位辉琴, 杨新宇, 刘玉峰, 刘鑫, 关熙宁, 申洪涛, 段卫东, 王艳芳, 刘领. 牡丹江片烟在河南仓储自然醇化过程中的质量变化[J]. 河南农业科学, 2023, 52(4): 170-180.
[11]	郝贤伟, 李奇, 毕一鸣, 田雨农, 李永生, 王辉, 钟永键, 王芳, 徐秀红, 付秋娟, 孙婷婷, 韩晓. 不同颜色上部烤烟主要品质指标的差异分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(3): 173-180.
[12]	王东旭, 武云杰, 曾超, 赵明阳, 余海涛, 周军, 薛子钟, 刘流, 叶协锋, 张锦韬. 土壤质地和氯含量对烤烟叶片区位化学成分的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(9): 35-45.
[13]	李春鑫, 张永战, 陈国参, 杨铁钢, 张英涛, 李春, 董诚明. 黄淮产区地黄种质遗传多样性分析及SSR指纹图谱构建[J]. 河南农业科学, 2022, 51(7): 61-74.
[14]	李乾云, 申洪涛, 段卫东, 奚家勤, 王艳芳, 王小东, 刘领. 复烤片烟在不同醇化环境中的质量变化[J]. 河南农业科学, 2022, 51(5): 171-180.
[15]	李亚飞, 张翔, 常栋, 李亮, 程培军, 司贤宗, 索炎炎, 邱岭军, 毛家伟. 豆浆溶钾灌根对土壤养分及烟叶产质量的影响[J]. 河南农业科学, 2021, 50(6): 44-53.