烟草成分含氮化合物.ppt

第三章 烟草含氮化合物第一节第一节 烟草氨基酸烟草氨基酸第二节第二节 烟草蛋白质烟草蛋白质第三节第三节 烟草氨、酰胺、胺类烟草氨、酰胺、胺类第四节第四节 烟草其他含氮化合物烟草其他含氮化合物第五节第五节 主要含氮化合物对烟质的影响主要含氮化合物对烟质的影响大气圈的大气圈的N N2 2闪电闪电紫外辐射紫外辐射生物固氮生物固氮矿质态氮矿质态氮有机有机N N氨化氨化反硝化反硝化微生物微生物（一）氮元素的循环（一）氮元素的循环一、概述一、概述（二）烟草中的含氮化合物（二）烟草中的含氮化合物1 1 蛋白质、游离氨基酸、氨、胺、酰胺、腈蛋白质、游离氨基酸、氨、胺、酰胺、腈2 2 硝酸盐、亚硝酸盐硝酸盐、亚硝酸盐3 3 生物碱生物碱4 4 某些维生素某些维生素 叶绿素等叶绿素等第一节第一节 烟草氨基酸烟草氨基酸一、氨基酸的结构和性质一、氨基酸的结构和性质二、烟草中的氨基酸二、烟草中的氨基酸（一）结构（一）结构氨基酸氨基酸 结构通式结构通式1 1 结构结构一、氨基酸的结构和性质一、氨基酸的结构和性质2 2 分类分类2.1 2.1 按照氨基的位置可以分：按照氨基的位置可以分：、-、氨基酸等氨基酸等2.2 2.2 按所含烃基不同按所含烃基不同 ：1)脂肪族脂肪族2）芳香族）芳香族3）杂环族）杂环族一氨基一羧基（中性）一氨基一羧基（中性）一氨基二羧基（酸性）一氨基二羧基（酸性）二氨基一羧基（碱性）二氨基一羧基（碱性）OH组氨酸组氨酸NHCOOH脯氨酸脯氨酸2.3 2.3 按构型不同可以分为按构型不同可以分为D D型和型和L L型型 碳原子的构型与碳原子的构型与D D甘油醛相同的称为甘油醛相同的称为D D型，型，与与L L甘油醛相同的称为甘油醛相同的称为L L型。型。L L-甘油醛甘油醛L L-丝氨酸丝氨酸L L-谷氨酸谷氨酸天然蛋白质天然蛋白质中的氨基酸均为中的氨基酸均为L L型型（甘氨酸除外）（甘氨酸除外）天然糖类天然糖类水解后的单糖绝大多数为水解后的单糖绝大多数为D-型。型。科学家研究发现除少数低等动物、昆虫的特科学家研究发现除少数低等动物、昆虫的特定器官或人体病态组织内含有少量的定器官或人体病态组织内含有少量的D-D-氨基氨基酸之外酸之外,组成地球生命体的氨基酸几乎都是组成地球生命体的氨基酸几乎都是L L型型的；相反的；相反,自然界的自然界的核酸核酸则几乎都是由则几乎都是由D D型型的核糖的核糖组成。组成。人体人体不能合成不能合成或或合成速度远不适应机体的合成速度远不适应机体的需要需要的不能缺少的氨基酸有的不能缺少的氨基酸有8 8种：种：亮氨酸亮氨酸LeuLeu、异亮氨酸、异亮氨酸IleIle、苏氨酸、苏氨酸ThrThr、赖、赖氨酸氨酸LysLys、蛋氨酸、蛋氨酸MetMet、苯丙氨酸、苯丙氨酸PhePhe、色氨、色氨酸酸TryTry、缬氨酸、缬氨酸ValVal这这8 8种氨基酸必须从食物中摄取。种氨基酸必须从食物中摄取。（二）性质（二）性质1 1 物理性质物理性质1.1 1.1 无色结晶无色结晶1.2 1.2 溶解性：溶解性：一般可溶于水，难溶于有机溶剂一般可溶于水，难溶于有机溶剂 胱氨酸胱氨酸和和酪氨酸酪氨酸既不易溶于水也不易溶于有机溶剂既不易溶于水也不易溶于有机溶剂 脯氨酸脯氨酸和和半胱氨半胱氨酸既溶于水又溶于有机溶剂酸既溶于水又溶于有机溶剂1.3 1.3 旋光性旋光性：左旋（甘氨酸除外）左旋（甘氨酸除外）2 2 化学性质化学性质2.12.1由氨基表现出来的性质由氨基表现出来的性质2.22.2由羧基表现出来的性质由羧基表现出来的性质2.32.3由氨基和羧基共同表现出来的性质由氨基和羧基共同表现出来的性质2.12.1由氨基表现出来的性质由氨基表现出来的性质2.1.1 2.1.1 与亚硝酸反应生成羟基酸和水，并放出与亚硝酸反应生成羟基酸和水，并放出N N2 2 2.1.2 2.1.2 与甲醛作用后氨基转化为亚胺或醇胺，氨基的与甲醛作用后氨基转化为亚胺或醇胺，氨基的碱性消失碱性消失 2.1.32.1.3在酶或氧化剂作用下氧化脱氨，生成酮酸在酶或氧化剂作用下氧化脱氨，生成酮酸 此反应会导致烟叶中羰基化合物增加，对改善烟叶品质，此反应会导致烟叶中羰基化合物增加，对改善烟叶品质，增加香吃味非常重要增加香吃味非常重要2.22.2由羧基表现出来的性质由羧基表现出来的性质2.2.1 2.2.1 酯化、酰胺化、还原为醇酯化、酰胺化、还原为醇 2.32.3由氨基和羧基共同表现出来的性质由氨基和羧基共同表现出来的性质2.3.12.3.1两性性质和等电点两性性质和等电点 2.3.22.3.2与水合茚三酮的醇溶液共热反应产生兰紫色物质与水合茚三酮的醇溶液共热反应产生兰紫色物质 2.3.32.3.3 肽的形成肽的形成用于鉴别氨基酸、蛋白质、多肽用于鉴别氨基酸、蛋白质、多肽（一）种类（一）种类（二）存在状态（二）存在状态二、烟草中的氨基酸二、烟草中的氨基酸（一）种类（一）种类烤后烟叶种有烤后烟叶种有4343种氨基酸：种氨基酸：常见的有常见的有2020多种，还有多种，还有2020多种不常见的多种不常见的原因：原因：调制、陈化过程中，蛋白质水解、游离氨基酸发调制、陈化过程中，蛋白质水解、游离氨基酸发生互变作用。生互变作用。（二）存在状态（二）存在状态1 1、游离态游离态鲜烟叶和调制过程中多种氨基酸呈游离态鲜烟叶和调制过程中多种氨基酸呈游离态鲜烟叶中主要的游离氨基酸是：鲜烟叶中主要的游离氨基酸是：天冬氨酸，谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸天冬氨酸，谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，总量占游离氨，总量占游离氨基酸总量的基酸总量的6070%2 2、与糖或多酚类物质形成复杂化合物而存在于烟叶中与糖或多酚类物质形成复杂化合物而存在于烟叶中第二节第二节 烟草蛋白质烟草蛋白质一、蛋白质的结构和性质一、蛋白质的结构和性质二、烟草中的蛋白质二、烟草中的蛋白质一、蛋白质的结构和性质一、蛋白质的结构和性质（一）（一）结构结构初级结构初级结构 所有蛋白质都含有所有蛋白质都含有C C、H H、O O、N N四种元素四种元素 生物体中所含的氮绝大部分存在于蛋白质中生物体中所含的氮绝大部分存在于蛋白质中 蛋白质含氮量平均值为蛋白质含氮量平均值为1616（二）（二）组成组成（三）（三）性质性质1 1 两性性质和两性性质和等电点等电点 电泳法分离各种蛋白质或氨基酸电泳法分离各种蛋白质或氨基酸2 2 水解：酸解，碱解，酶解水解：酸解，碱解，酶解 调制过程种蛋白质降解就是在蛋白酶作用下进行调制过程种蛋白质降解就是在蛋白酶作用下进行3 3 蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质4 4 蛋白质的沉淀和变性蛋白质的沉淀和变性二、烟草中的蛋白质二、烟草中的蛋白质（一）种类（一）种类1 1、可溶性蛋白、可溶性蛋白2 2、不可溶性蛋白、不可溶性蛋白组分组分I I蛋白蛋白沉降系数(s=v/2r)为 18S(1S=10-13秒)组分组分IIII蛋白蛋白沉降系数为46S的蛋白（二）存在状态（二）存在状态（三）影响因素（三）影响因素 烟草类型、环境、密度、施肥、打顶和调制等烟草类型、环境、密度、施肥、打顶和调制等 调制过程中调制过程中降解降解的主要是的主要是FIFI蛋白蛋白。纯蛋白：纯蛋白：仅含氨基酸仅含氨基酸复合蛋白：复合蛋白：与油脂、核酸、色素、酚类结合与油脂、核酸、色素、酚类结合复合蛋白对烟株生理代谢不可缺少复合蛋白对烟株生理代谢不可缺少第三节第三节 烟草氨、酰胺、胺类烟草氨、酰胺、胺类一、氨一、氨二、酰胺二、酰胺三、胺类三、胺类（一）性质（一）性质 氨是碱性、有刺激性的无色气体，属于烟草氨是碱性、有刺激性的无色气体，属于烟草挥发挥发碱类碱类，可以从烟草中可直接挥发，也可以从烟草中，可以从烟草中可直接挥发，也可以从烟草中热解蒸馏出来。刺激人的黏膜会引起中毒。热解蒸馏出来。刺激人的黏膜会引起中毒。一、氨一、氨(一一)烟草中的氨烟草中的氨1 1 烟草生长发育过程中积累的氨较低，多余的氨烟草生长发育过程中积累的氨较低，多余的氨以酰胺的形式储存起来以酰胺的形式储存起来谷氨酸谷氨酸NH3 谷氨酰氨谷氨酰氨谷氨酰氨合成酶谷氨酰氨合成酶干旱、高温、水灾等逆境会使烟株氮代谢受阻，体内游离干旱、高温、水灾等逆境会使烟株氮代谢受阻，体内游离氨增多产生氨害。氨增多产生氨害。2 2 调制过程中氨增多调制过程中氨增多在香烟调制过程中，烟叶失去生命活力，各种形式的在香烟调制过程中，烟叶失去生命活力，各种形式的含含氮化合物氮化合物氧化分解产生都会产生氧化分解产生都会产生氨氨。调制结束后烤。调制结束后烤烟中氨的含量烟中氨的含量0.0190.019。氨增多的原因是：氨增多的原因是：蛋白质，氨基酸、酰胺、胺类蛋白质，氨基酸、酰胺、胺类等的等的氧化分解。氧化分解。（一）酰胺的结构（一）酰胺的结构叔酰胺叔酰胺伯酰胺伯酰胺仲酰胺仲酰胺二、酰胺二、酰胺（二）性质（二）性质u 结晶固体，有较高的熔点和沸点结晶固体，有较高的熔点和沸点(甲酰胺除外甲酰胺除外)u C C5 5以下酰胺均可溶于水，芳香族酰胺仅微溶于以下酰胺均可溶于水，芳香族酰胺仅微溶于 水或难溶于水水或难溶于水u 中性或接近中性中性或接近中性u 热解会产生热解会产生氨氨（三）烟草中的酰胺（三）烟草中的酰胺 鲜烟叶中的酰胺主要是鲜烟叶中的酰胺主要是谷氨酰胺谷氨酰胺和和天冬酰胺。天冬酰胺。调制后烟叶中调制后烟叶中酰胺少酰胺少，因为热解产生了，因为热解产生了氨。氨。烟气中多，其来源：烟气中多，其来源：1)1)燃吸期间硝酸盐产生的中间体氨和甘氨酸的衍生物燃吸期间硝酸盐产生的中间体氨和甘氨酸的衍生物 2)2)腈水解生成腈水解生成三、胺类三、胺类（一）结构（一）结构伯胺伯胺仲胺仲胺叔胺叔胺脂肪族芳香族（二）性质（二）性质1 1 物理性质物理性质 低级脂肪胺常温下为气体或液体，易挥发，有特低级脂肪胺常温下为气体或液体，易挥发，有特殊气味殊气味可溶于水可溶于水高级脂肪胺常温下为固体，水中溶解度降低。高级脂肪胺常温下为固体，水中溶解度降低。芳胺是无色高沸点液体，或低熔点固体，有毒，芳胺是无色高沸点液体，或低熔点固体，有毒，具令人不愉快的气味，所以应避免接触皮肤和经具令人不愉快的气味，所以应避免接触皮肤和经口鼻吸入口鼻吸入2 2 化学性质化学性质2.1 2.1 碱性碱性碱性强弱：脂肪胺碱性强弱：脂肪胺 氨氨 芳香胺芳香胺 2.2 2.2 氧化性氧化性1)伯胺氧化成肟（脂肪胺伯胺氧化成肟（脂肪胺氨氨芳香胺芳香胺)2)仲胺氧化为羟胺仲胺氧化为羟胺 4)芳香胺氧化而变成黄至红甚至黑色，产物很复杂芳香胺氧化而变成黄至红甚至黑色，产物很复杂R-CH2NH2OR-CH=N-OHR1R2NHR1R2N-OHO3)叔胺氧化：叔胺氧化：H2O2O2.3 2.3 亚硝化反应亚硝化反应 胺很容易与胺很容易与亚硝酸盐亚硝酸盐或或氮的氧化物氮的氧化物作用生成亚硝胺，尤其作用生成亚硝胺，尤其仲胺和叔胺对具有致癌活性的亚硝胺的生成起一定作用仲胺和叔胺对具有致癌活性的亚硝胺的生成起一定作用 1)伯胺和亚硝胺的反应生成重氮盐伯胺和亚硝胺的反应生成重氮盐 R-CH2NH2HONO+-N2H2OR-CH2OHHONO+ClHClHClN2+2)仲胺和亚硝酸的反应生成仲胺和亚硝酸的反应生成N亚硝基胺亚硝基胺3)叔胺和亚硝酸的反应叔胺和亚硝酸的反应HONOHONONONOHNO2HONOH+NO2（三）烟草中的胺类化合物（三）烟草中的胺类化合物 1 1烟叶中胺类：烟叶中胺类：调制期间调制期间蛋白质、氨基酸等氮化物蛋白质、氨基酸等氮化物分解产生分解产生2 2烟气中的胺类：烟气中的胺类：1 1）即直接从）即直接从烟叶转移到烟气烟叶转移到烟气中中 2 2）烟草）烟草热解热解产生产生 3 3）生物碱生物碱氧化氧化第四节第四节 烟草其他含氮化合物烟草其他含氮化合物一、硝基化合物一、硝基化合物二、腈二、腈(一一)结构结构 烃分子中的氢原子被硝基取代后的衍生烃分子中的氢原子被硝基取代后的衍生物，称为硝基化合物物，称为硝基化合物 伯硝基化合物伯硝基化合物 仲硝基化合物仲硝基化合物 叔硝基化合物叔硝基化合物 一、硝基化合物一、硝基化合物(二二)性质性质1 1物理性质物理性质:脂肪族硝基化合物是无色而具有脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体香味的液体，难，难溶于水，易溶于醇和醚。芳香族硝基化合物是淡黄色固体或溶于水，易溶于醇和醚。芳香族硝基化合物是淡黄色固体或油状液体，具有油状液体，具有苦杏仁气味，有毒性苦杏仁气味，有毒性。2 2化学性质化学性质:在酸性条件下还原成苯胺在酸性条件下还原成苯胺 硝基化合物在自然界几乎不存在。烟草在吸燃过程中，烟草中的硝酸盐在燃烧过程中分解为各种氮氧化物，这些氮的氧化物与有机基团反应生成硝基化合物。在卷烟的烟气中有如下硝基化合物：(一一)结构结构 腈是氢氰酸（腈是氢氰酸（HCNHCN）的烃基衍生物，通式为）的烃基衍生物，通式为R RCNCN，官能，官能团团CNCN叫做氰基。因为氰基本身含有一个碳原子，所以氢叫做氰基。因为氰基本身含有一个碳原子，所以氢氰酸可以看做是腈类物质的第一个同系物。其结构式如下：氰酸可以看做是腈类物质的第一个同系物。其结构式如下：二、腈二、腈HCNHCN CH CH3 3CN CHCN CH2 2=CH=CHCN CCN C6 6H H5 5CNCN氢氰酸氢氰酸 乙腈乙腈 丙烯腈丙烯腈 苯甲腈苯甲腈(二二)性质性质 较低级的腈是可溶于水的液体。较低级的腈是可溶于水的液体。腈的最重要的化学性质是水解反应和还原反应。在腈的最重要的化学性质是水解反应和还原反应。在 酸或碱溶液中水解时，腈转变成相应的羧酸。如：酸或碱溶液中水解时，腈转变成相应的羧酸。如：腈类化合物除氢氰酸外，都是稳定的中性物质，并且腈类化合物除氢氰酸外，都是稳定的中性物质，并且不不似氢氰酸那样剧毒。似氢氰酸那样剧毒。腈可以被还原成相应的伯胺，也可以在催化剂存在下腈可以被还原成相应的伯胺，也可以在催化剂存在下直接氢化还原。直接氢化还原。第五节第五节 主要含氮化合物对烟质的影响主要含氮化合物对烟质的影响一、氨基酸对烟质的影响一、氨基酸对烟质的影响二、蛋白质对烟质的影响二、蛋白质对烟质的影响三、氨，酰胺和胺类对烟质的影响三、氨，酰胺和胺类对烟质的影响1.1.影响烟叶色泽影响烟叶色泽 烟叶色泽是通过酶促和非酶促烟叶色泽是通过酶促和非酶促棕色化棕色化反应实现反应实现的，以上两种反应恰当进行，烟叶色泽好，反的，以上两种反应恰当进行，烟叶色泽好，反之，颜色变深或黑糟，不仅影响烟叶外观，烟质也会变之，颜色变深或黑糟，不仅影响烟叶外观，烟质也会变劣。劣。2 2 影响烟叶香气影响烟叶香气 氨基酸在调制中可直接转化为羰基化氨基酸在调制中可直接转化为羰基化合物，非酶促棕色化反应可以生成很合物，非酶促棕色化反应可以生成很多香味物质多香味物质。例如苯丙氨酸是烟叶中重要香气物质苯甲醇、苯乙醇的例如苯丙氨酸是烟叶中重要香气物质苯甲醇、苯乙醇的前体物。前体物。一一、氨基酸对烟质的影响氨基酸对烟质的影响二、蛋白质对烟质的影响二、蛋白质对烟质的影响 香气和吃味 调制后烟叶蛋白质含量高，如烤调制后烟叶蛋白质含量高，如烤烟蛋白质含量烟蛋白质含量超过超过15%15%，则烟气强度过大，香气则烟气强度过大，香气和吃味变差，产生辛辣味，苦味和刺激性。并且和吃味变差，产生辛辣味，苦味和刺激性。并且蛋白质含量高燃吸时会产生一种如同燃烧羽毛的蛋白质含量高燃吸时会产生一种如同燃烧羽毛的蛋白质臭味。蛋白质含量过低，抽吸时平淡无味，蛋白质臭味。蛋白质含量过低，抽吸时平淡无味，吃味和香气也变差。吃味和香气也变差。总体所来，蛋白质对烟叶的品质几乎没有贡总体所来，蛋白质对烟叶的品质几乎没有贡献。相反，卷烟中很多有害成分的前体，如喹啉献。相反，卷烟中很多有害成分的前体，如喹啉(吸入后引起头痛、头晕、恶心，对眼睛、皮肤有刺激性吸入后引起头痛、头晕、恶心，对眼睛、皮肤有刺激性)是烟草是烟草FIFI蛋白的主要氧化产物。蛋白的主要氧化产物。三、氨、酰胺和胺类对烟质的影响三、氨、酰胺和胺类对烟质的影响氨：氨：主要影响烟气的碱度，有刺激性和辛辣味，主要影响烟气的碱度，有刺激性和辛辣味，浓度高时引起呛咳。浓度高时引起呛咳。氨与烟气中的其他碱性物质影响了烟气的氨与烟气中的其他碱性物质影响了烟气的吃味和劲头。吃味和劲头。对于糖类和有机酸含量较多的烟草，氨的对于糖类和有机酸含量较多的烟草，氨的存在可以平衡烟气的酸碱度，使烟气感觉醇厚存在可以平衡烟气的酸碱度，使烟气感觉醇厚又有劲头。又有劲头。酰胺、胺类酰胺酰胺，可看成是氨基酸与氨的结合产物，可看成是氨基酸与氨的结合产物，或是氨基酸的衍生物，其对烟气的影响类或是氨基酸的衍生物，其对烟气的影响类似于似于氨基酸氨基酸。另外，酰胺在燃烧过程中常。另外，酰胺在燃烧过程中常会被氧化而生成氨，氨气的生成将进一步会被氧化而生成氨，氨气的生成将进一步影响烟气。影响烟气。胺类胺类，对烟质的影响与，对烟质的影响与氨氨相似。相似。思考题？1.氨基酸有哪些基本的化学性质？2.影响烟草中氨、酰胺、胺类产生的因素有哪些？3.氨基酸、蛋白质对烟质的影响？4.氨、酰胺、胺类对烟质的影响？