CN102986391A

CN102986391A - 一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法

Info

Publication number: CN102986391A
Application number: CN2011102655165A
Authority: CN
Inventors: 朱大恒; 席宇; 高明; 杜雷; 赵高岭
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明提供了一种提高烟草次生代谢产物和香气的方法，是在烟株生长的任何时期或烟叶采收后，采用叶面喷施法、茎顶淋浇法或灌根法向烟株或烟叶施加水杨酸类诱导子和/或茉莉酸类诱导子中的一种或多种的混合物，诱导烟草次生代谢产物合成。该方法不仅可显著增加烟草挥发油、石油醚提取物、腺毛分泌物等含量，提高烟草香气品质，而且可提高烟草中某些重要天然产物如茄尼醇的产率，为天然产物的提取提供高含量原料。同时，该方法还可激活烟株防疫系统，增强烟株抗虫、抗病、抗逆性。

Description

一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法

技术领域

本发明涉及烟草生产技术领域，具体涉及一种基于次生代谢调控原理提高烟草次生代谢产物含量和香气品质的方法及烟草增香诱导剂。

背景技术

在生物体内，利用初生代谢产物为原料，通过一系列生化反应进一步合成某些非生长发育所必需的小分子化学物质，称为次生代谢。植物次生代谢产物从化学结构上可简要分为酚类化合物(芳香族)、萜类化合物和含氮有机物三大类；其产物种类繁多，如黄酮类、单宁类、萜类、甾类及其甙、生长素类、生物碱类、有机酸类、醇类、酮类、酯类、烷烃等。烟草中的主要香味成分如挥发油、石油醚提取物、腺毛分泌物等，多属烟草次生代谢产物。因此，次生代谢是烟草香味成分生物合成的重要途径，烟草次生代谢的加强将有利于香味成分的形成与积累。

次生代谢是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。近来的研究发现，植物次生代谢产物具有多种重要生物学功能，植物次生代谢调控与机体抗性、信号传导、适应性调节、生长发育以及植物的花色香味等现象有关。诱导子(elicitor)是植物抗病生理过程中诱发植物产生抗性反应或自身防御反应的因子，能引起植物产生和积累次生代谢产物。因此，可以通过诱导因子调控次生代谢，提高次生代谢产物产量。

由于植物次生代谢物具有广泛的开发应用价值，如药物、香料和化工原料等，对人类的生产生活具有重要作用，在利用诱导因子调控次生代谢，提高次生代谢产物产量领域的研究越来越多，成为植物生物技术研究的热点，已形成了许多成熟的应用技术。迄今为止，全世界已对近1000种植物进行了次生代谢产物诱导研究，生产的天然产物包括药品、香料、色素、食品、化妆品等500多种。

例如，茄尼醇是药物合成的重要原料，它本身具有抗菌、消炎和止血作用，同时也是辅酶Q₁₀和维生素K₂的侧链。目前世界许多发达国家已生产和应用的辅酶Q₁₀，依赖高纯度的茄尼醇作为原料。茄尼醇是植物中普遍存的次生代谢产物之一，烟叶、马铃薯叶和桑叶中含量突出，尤其是烟叶中茄尼醇高达0.3％～3％。因此，从烟草(尤其是废次烟草)中提取茄尼醇，是目前获得重要医药原料茄尼醇的主要途径之一。但在通过次生代谢调控原理提高烟叶中茄尼醇等重要次生代谢产物含量方面，至今尚缺乏有效应用技术。

胡群等研究了植物毒素类似物6-取代茚满酰异亮氨酸共轭物对烟草挥发性成分及吸味品质的影响(烟草科技，2007，6：35-38)，结果表明，6-取代茚满酰异亮氨酸共轭物对个别香气成分有提高作用，对烟草吸味品质略有改善。

专利申请(申请号98116814.0)公开了一种类胡萝卜素诱导剂2-二氨基乙基-4-甲苯基醚盐(MPTA)的合成方法及其在烟草中应用，将其与醇类溶剂配成溶液后施加在烟叶上，放置数天后可提高类胡萝卜素含量。专利申请(申请号200810140819.2)也公开了一种通过诱导类胡萝卜素合成提高烟叶香气品质的方法，它是通过在烟株或烟叶表面施加类胡萝卜素合成诱导剂MPTA或2-(4-氯苯硫)三乙胺(CPTA)，提高烟叶中类胡萝卜素含量、以达到改善烟叶外观质量和香气品质的目的。上述两项专利都是基于共同的原理，利用番茄红素环化酶抑制剂2-(4-氯苯硫)三乙胺(CPTA)或MPTA(不属于诱导子)，抑制番茄红素的环化，从而使番茄红素(属无环类胡萝卜素)积累。但由于环化是番茄红素向有环类胡萝卜素转化的关键步骤，因此，该方法虽然可以促进烟叶中无环类胡萝卜素番茄红素的积累，但却抑制和降低了有环类胡萝卜素如β-胡萝卜素的积累(S.Al-Babili.CPTA Modulates Levels of CarotenogenicProteins and their mRNAs and Affects Carotenoid and ABA Content as well as ChromoplastStructure in Narcissus pseudonarcissus Flowers.Plant Biology，1999，1：607-612)。而已知番茄红素本身并无增香作用，其环化产物有环类胡萝卜素如β-胡萝卜素、叶黄素、隐黄质等才是烟叶重要香气成分β-大马酮、β-二氢大马酮、β-紫罗兰酮、氧化异佛尔酮、巨豆三烯酮等的前体物。可见，抑制番茄红素的环化将抑制烟叶中重要香气成分有环类胡萝卜素衍生物或降解物的形成，有可能对烟草香气产生负面影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于次生代谢诱导原理，通过增强烟草次生代谢，有效提高烟草中次生代谢产物含量和香气品质的方法；本发明的另一目的在于提供一种烟草增香诱导剂及其使用方法。

本发明实现上述目的所采取的技术方案是：一种提高烟草次生代谢产物和香气的方法，其特征在于：在烟株生长的任何时期或烟叶采收后，向烟株或烟叶施加次生代谢诱导子。所述次生代谢诱导子可诱导烟草次生代谢产物合成，使烟草中的至少一种次生代谢产物含量增加。所述次生代谢诱导子包含水杨酸类诱导子和/或茉莉酸类诱导子中的一种或多种的混合物。所述的水杨酸类诱导子包含水杨酸、水杨酸甲酯、乙酰水杨酸、水杨酸盐中的一种或多种。所述的茉莉酸类诱导子包含茉莉酸、茉莉酸盐、茉莉酸酯、甲基茉莉酸、甲基茉莉酸酯、2，3-二羟丙基茉莉酸、二氢茉莉酸及其盐、二氢茉莉酸酯、茉莉酸结构类似物中的一种或多种；所述茉莉酸结构类似物优选冠菌素(COR)。

本发明所述的次生代谢诱导子还可进一步包含多糖类诱导子。所述多糖类诱导子包含壳聚糖、壳寡糖、几丁寡糖、果胶酸、果胶酸盐、葡萄糖醛酸、葡萄糖醛酸盐、寡聚半乳糖醛酸、寡聚半乳糖醛酸盐、半乳糖醛酸、半乳糖醛酸盐、葡聚糖、果聚糖、甘露聚糖、异麦芽低聚糖、低聚甘露糖、纤维素降解物、半纤维素降解物、果胶降解物中的一种或多种的混合物。所述多糖类诱导子中的纤维素降解物、半纤维素降解物、果胶降解物、几丁质降解物等，可采用常规水解或酶解方法自行制备。

本发明方法中，水杨酸类诱导子和茉莉酸类诱导子的施用浓度一般为0.001％～0.1％；多糖类诱导子的施用浓度一般为0.01％～1％。配制诱导子溶液所用溶剂优选水、乙醇中的一种或两者混合使用，并配入适量表面活性剂或助剂。配制时，根据诱导子种类及溶解性特点进行合理调配。对于水杨酸类诱导子和茉莉酸类诱导子，可先用少量的无水乙醇溶解，再与水溶液调配。也可以以吐温为助剂，配置成适当浓度的母液备用。

向烟株或烟叶施加次生代谢诱导子采用下述任意一种方法或几种方法结合使用：

(1)叶面喷施法：将次生代谢诱导子溶液均匀喷洒于烟叶上下表面，以叶面喷湿为度。

(2)茎顶淋浇法：将次生代谢诱导子溶液淋浇于茎顶部，延烟茎缓慢流下，使溶液分布于烟茎表面和烟腋，以烟茎表面和烟腋淋湿为度。

(3)灌根法：将次生代谢诱导子溶液延茎基部浇灌于根部，每株10～50ml。

上述诱导子可配制成溶液直接使用，也可制成烟草增香诱导剂使用。将次生代谢诱导子、助剂和溶剂按比例混合配制，即得到本发明烟草增香诱导剂，通常可以是液态，也可以是固态。如果所选用的次生代谢诱导子均是固态组分，也可不加助剂和溶剂，直接混配即可得到本发明粉末状或颗粒状固态烟草增香诱导剂。本发明所述烟草增香诱导剂的主要成分为可激发烟草植株产生香气成分的次生代谢诱导子。原料按质量计包含如下组分：

次生代谢诱导子0.1％～100％

溶剂 0～99.9％

助剂 0～99.9％

例如，所述的烟草增香诱导剂包含以下按质量计的组分：

在使用时，用适当的助剂和溶剂将烟草增香诱导剂稀释10～10000倍，在烟株生长的任何时期或烟叶采收后，采用叶面喷施法、茎顶淋浇法或灌根法施加于烟叶或烟株。

采用本发明所述的次生代谢诱导子或烟草增香诱导剂处理烟草，可使烟草中的次生代谢产物普遍增加，这些成分包括烟草生物碱、多酚、茄尼醇、辅酶Q10、香叶醇、芳樟醇、冷杉醇、橙花醇、苯乙醇、茄酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、类胡萝卜素、β-胡萝卜素、西柏三烯-二醇(CBT-二醇)、西柏三烯-醇(CBT-醇，黑松醇)、氧化香树烯、石竹烯、萜烯、蒎烯、新植二烯、柠檬烯、β-4，8，13-杜法三烯-1，3-二醇[1，5，9-Trimethyl-12-(1-methylethyl)-4，8，13-cyclotetradecatriene-1，3-diol]、布藜烯[1，2，3，5，6，7，8，8a-Octahydro-1，4-dimethyl-7-(1-methylethenyl)-azulene]中的一种或多种。

本发明方法可适用于各种类型的烟草作物，如烤烟、白肋烟、香料烟等。也可用于其它与香气或次生代谢产物有关的经济作物，如果树、茶树、中草药植物、花卉等。

本发明的优点是：

1、提供了一种基于次生代谢调控，促进烟草次生代谢产物含量普遍提高的有效方法，可显著增加烟草挥发油、石油醚提取物、腺毛分泌物等含量，提高烟草香气品质。

2、本发明方法可促进烟草中某些重要天然产物的合成与积累，如医药、化工原料茄尼醇、辅酶Q10、多酚、杜法三烯-1，3-二醇、茄酮等，为进一步提高烟草中重要天然产物的产率，利用烟草生物合成、提取医药、化工原料提供了新方法。

3、本发明方法在提高烟草次生代谢产物含量和香气的同时，可激活烟株防疫系统，增强烟株抗虫、抗病、抗逆性。

4、本发明所制备的烟草增香诱导剂可广泛用于各种类型的烟草作物，以及其它与香气或次生代谢产物有关的经济作物，如果树、茶树、中草药植物、花卉等，有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面将通过实施例对本发明作进一步的描述，这些描述并不是要对本发明内容作进一步的限定。对本发明内容的技术特征所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。

实施例一

取市售茉莉酸甲酯试剂0.1kg，向茉莉酸甲酯中加入0.2kg乙醇，搅拌溶解后，再加入0.05kg吐温和965kg水，混合均匀，即得到本发明烟草次生代谢诱导子溶液，其中茉莉酸甲酯浓度约100mg/L。于烟草移栽后1个月，均匀喷洒于叶面，以叶面湿露为准。烟草增香诱导剂处理后10天，取样测定烟叶挥发性香气成分含量及相关指标。结果表明，该烟草增香诱导剂使烟草腺毛分泌物含量提高了40％、石油醚提取物提高了38％、多酚化合物含量提高了48％、类胡萝卜素含量提高了32％。该烟草增香诱导剂对烟叶中重要挥发性香气成分含量的提高效应见表1，可以看出，该烟草增香诱导剂可全面提升烟草致香物质含量与总量。同时，测定结果还表明，该烟草增香诱导剂可使烟叶中苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性提高3倍，多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性提高近1倍，表明该烟草增香诱导剂可在提高烟草致香物质含量的同时，增强烟株抗逆性。

表1烟草增香诱导剂处理对烟草叶片中主要次生代谢产物含量的影响

“-”表示未检出。

实施例二

取市售茉莉酸甲酯试剂0.1kg，水杨酸0.2kg，壳聚糖0.2kg备用。将茉莉酸甲酯0.1kg和水杨酸0.2kg混合后先用少量乙醇溶解，再以吐温为助剂，加入水充分混合溶解，备用。将壳聚糖0.2kg加入水充分搅拌溶解(必要时可加少量稀酸)。然后将上述溶液混合，加水至溶液总重为1000kg，即得到本发明烟草次生代谢诱导子混合溶液，其中茉莉酸甲酯浓度约100mg/L，水杨酸浓度约200mg/L，壳聚糖浓度约200mg/L。于烟草打顶后当天，均匀喷洒于烟株叶面，以叶面湿露为准。于烟叶采收前10天，再喷施一次。对烤后烟叶评吸结果表明，该方法可显著提高烟叶香气量和香气浓度。

实施例三

取市售茉莉酸甲酯试剂1kg，水杨酸2kg。将二者混合后先用适量乙醇溶解，再以吐温为助剂，搅拌均匀后，再加入100kg水，混合均匀，即得到本发明烟草增香诱导剂，其中茉莉酸甲酯含量约1％，水杨酸含量约2％。使用时，将烟草增香诱导剂稀释20～100倍，在烟叶采收前10天，采用叶面喷施法均匀喷洒于烟叶上下表面。对采收调制后的烟叶分析表明，本发明烟草增香诱导剂可使烟叶中茄尼醇含量提高30％。

实施例四

取市售茉莉酸甲酯试剂1kg，水杨酸2kg。将二者混合均匀，即得到本发明烟草增香诱导剂。使用时，先用少量乙醇将诱导剂溶解，再加入适量吐温，充分搅拌后加水稀释5000倍，在烟叶采收后，采用叶面喷施法均匀喷洒于挂杆后的烟叶表面。对调制后的烟叶评吸表明，本发明烟草增香诱导剂可显著提高烟叶香气量和香气浓度。

Claims

1.一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法，其特征在于：在烟株生长的任何时期或烟叶采收后，向烟株或烟叶施加次生代谢诱导子。所述次生代谢诱导子可诱导烟草次生代谢产物合成，使烟草中的至少一种次生代谢产物含量增加。所述次生代谢诱导子包含水杨酸类诱导子和/或茉莉酸类诱导子中的一种或多种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法，其特征在于：所述的水杨酸类诱导子包含水杨酸、水杨酸甲酯、乙酰水杨酸、水杨酸盐中的一种或多种。所述的茉莉酸类诱导子包含茉莉酸、茉莉酸盐、茉莉酸酯、2，3-二羟丙基茉莉酸、甲基茉莉酸、甲基茉莉酸酯、二氢茉莉酸及其盐、二氢茉莉酸酯、茉莉酸结构类似物中的一种或多种；所述茉莉酸结构类似物优选冠菌素(COR)。

3.根据权利要求1所述的一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法，其特征在于：所述的次生代谢诱导子还包含多糖类诱导子。所述多糖类诱导子包含壳聚糖、壳寡糖、几丁寡糖、果胶酸、果胶酸盐、葡萄糖醛酸、葡萄糖醛酸盐、寡聚半乳糖醛酸、寡聚半乳糖醛酸盐、半乳糖醛酸、半乳糖醛酸盐、葡聚糖、果聚糖、甘露聚糖、异麦芽低聚糖、低聚甘露糖、纤维素降解物、半纤维素降解物、果胶降解物中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1、2、或3所述的一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法，其特征在于：水杨酸类诱导子和茉莉酸类诱导子的施用浓度为0.001％～0.1％；多糖类诱导子的施用浓度为0.01％～1％。配制诱导子溶液所用溶剂优选水、乙醇中的一种或两者混合使用，并配入适量表面活性剂或助剂。

5.根据权利要求1所述的一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法，其特征在于：向烟株或烟叶施加次生代谢诱导子采用下述任意一种方法或几种方法结合使用：

6.根据权利要求1所述的一种提高烟草次生代谢产物含量和香气的方法，其特征在于：所述利用次生代谢诱导子诱导烟草合成的次生代谢产物包含烟草生物碱、多酚、茄尼醇、辅酶Q10、香叶醇、芳樟醇、冷杉醇、橙花醇、苯乙醇、茄酮、异佛尔酮、氧化异佛尔酮、香叶基丙酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮、类胡萝卜素、β-胡萝卜素、类异戊二烯、类西柏烷、西柏三烯-二醇(CBT-二醇)、西柏三烯-醇(CBT-醇，黑松醇)、萜烯、蒎烯、新植二烯、氧化香树烯、石竹烯、β-4，8，13-杜法三烯-1，3-二醇[1，5，9-Trimethyl-12-(1-methylethyl)-4，8，13-cyclotetradecatriene-1，3-diol]、布藜烯[1，2，3，5，6，7，8，8a-Octahydro-1，4-dimethyl-7-(1-methylethenyl)-azulene]、柠檬烯中的一种或多种。

7.一种烟草增香诱导剂，其特征在于：该烟草增香诱导剂的主要成分为可激发烟草植株产生香气成分的次生代谢诱导子。原料按质量计包含如下组分：

次生代谢诱导子0.1％～100％

溶剂 0～99.9％

助剂 0～99.9％

所述的次生代谢诱导子包含水杨酸类诱导子和/或茉莉酸类诱导子中的一种或多种的混合物。所述的水杨酸类诱导子优选水杨酸、水杨酸甲酯、乙酰水杨酸、水杨酸钾中的一种或多种。所述的茉莉酸类诱导子优选茉莉酸、茉莉酸甲酯、甲基茉莉酸、甲基茉莉酸酯、二氢茉莉酸丙酯、茉莉酸钾中的一种或多种。所述溶剂优选水、乙醇中的一种或两者混合使用，所述助剂优选表面活性剂。

8.根据权利要求7所述的一种烟草增香诱导剂，其特征在于：所述的次生代谢诱导子还包含多糖类诱导子。所述多糖类诱导子优选壳寡糖、几丁寡糖、果胶酸、果胶酸盐、葡萄糖醛酸、寡聚半乳糖醛酸、半乳糖醛酸、甘露聚糖、纤维素降解物、果胶降解物中的一种或多种。

9.根据权利要求7或8所述的烟草增香诱导剂，其特征在于：所述的烟草增香诱导剂包含以下按质量计的组分：

10.根据权利要求7～9任意一项所述的烟草增香诱导剂，其特征在于：使用时，将烟草增香诱导剂稀释10～10000倍，在烟株生长的任何时期或烟叶采收后，采用叶面喷施法、茎顶淋浇法或灌根法施加于烟叶或烟株。