烟草化学成分.pptx

《烟草化学成分.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烟草化学成分.pptx（73页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、（一）氮素的地球化学地球上的氮素分配 岩石大气圈生物圈一、概述第1页/共73页大气圈的N2闪电紫外辐射生物固氮矿质态氮有机N氨化反硝化微生物第2页/共73页（二）烟草对氮素的利用NO-3 NO-2NH3谷氨酸谷氨酰氨酮戊二酸2谷氨酸其他氨基酸蛋白质第3页/共73页（三）烟草中的含氮化合物1 蛋白质、游离氨基酸、氨、胺、酰胺、腈2 叶绿素3 硝酸盐、亚硝酸盐4 生物碱 TSNA5 某些维生素第4页/共73页第一节第一节 烟草氨基酸烟草氨基酸一、氨基酸的结构和性质二、烟草中的氨基酸第5页/共73页（一）结构氨基酸 结构通式1 结构一、氨基酸的结构和性质第6页/共73页2 分类2.1 按照氨基的位置

2、可以分：、-、氨基酸等第7页/共73页2.2 按所含烃基不同：1)脂肪族2）芳香族3）杂环族一氨基一羧基（中性）一氨基二羧基（酸性）二氨基一羧基（碱性）OH组氨酸NHCOOH脯氨酸第8页/共73页2.3 按构型不同可以分为D型和L型 碳原子的构型与D甘油醛相同的称为D型，与L甘油醛相同的称为L型。二者生理活性相差很大在动植物体的酶系统中只能促进L型氨基酸的代谢 第9页/共73页2.4 根据是否参与蛋白质组成分为：1）组成蛋白质的氨基酸2）非蛋白质氨基酸3）仅存在于少数蛋白质中的氨基酸:ACCL羟脯氨酸(存在胶原蛋白质中)第10页/共73页人体不能合成且不能缺少的氨基酸有8种：缬氨酸Val,亮氨

3、酸Leu,异亮氨酸Ile,苏氨酸Thr，赖氨酸Lys,蛋氨酸Met，苯丙氨酸Phe,色氨酸Try。这8种氨基酸必须从食物中摄取。第11页/共73页（二）性质1 物理性质1.1无色结晶1.2溶解性：一般可溶于水，难溶于有机溶剂 胱氨酸和酪氨酸既不溶于水也不溶于有机溶剂 脯氨酸和半胱氨酸既溶于水又溶于有机溶剂1.3旋光性：左旋（甘氨酸除外）第12页/共73页2 化学性质2.1由氨基表现出来的性质2.2由羧基表现出来的性质2.3由氨基和羧基共同表现出来的性质第13页/共73页2.1由氨基表现出来的性质2.1.1 与亚硝酸反应生成羟基酸和水，并放出N2 万斯莱克氨基酸测定方法该反应在室温下可迅速进行，

4、只发生在伯氨基上组成蛋白质的20种常见氨基酸仅精氨酸（含胍基）、组氨酸（含咪唑环）、脯氨酸（亚氨基），其他都是伯氨基，因此可以根据反应中N2的释放量近似测定样品中的氨基酸含量（Van Slyke氨基酸测定法）。第14页/共73页2.1.2 与甲醛作用后氨基转化为亚胺或醇胺，氨基的碱性消失 甲醛滴定法测氨基酸含量氨基酸中的氨基与甲醛反应，失去碱性，转变为羧酸类化合物，因此可以用NaOH滴定氨基酸中NH4+的量，再进一步推算出氨基酸的量第15页/共73页2.1.3在酶或H2O2或高锰酸钾作用下氧化脱氨，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，增加香吃味非常重要第16页/共73页

5、2.2由羧基表现出来的性质2.2.1 酯化、酰胺化、还原为醇 第17页/共73页2.2.2 脱羧生成胺 2.2.3 脱羧脱胺生成醇第18页/共73页2.3由氨基和羧基共同表现出来的性质2.3.1两性性质和等电点 第19页/共73页2.3.2与水合茚三酮的醇溶液共热反应产生兰紫色物质 第20页/共73页2.3.3与还原糖反应生成氨基糖+低温降解DDMP麦芽酚第21页/共73页（一）种类（二）存在状态（三）分布特点二、烟草中的氨基酸第22页/共73页（一）种类烤后烟叶种有43种氨基酸：常见的有20多种，还有20多种不常见的原因：调制、陈化过程中，蛋白质水解、游离氨基酸发生互变作用，第23页/共73

6、页如-丙氨酸、-丙氨酸、D丙氨酰基-D-丙氨酸、-氨基丁酸、-氨基丁酸、吖叮啶-2-羧酸、-L 谷氨酰基-L谷氨酸、谷胱甘肽、高胱氨酸、高丝氨酸、6 羟基犬尿氨酸、1 甲基组氨酸、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。不常见氨基酸：第24页/共73页（二）存在状态1游离态2与糖或多酚类物质形成复杂化合物而存在于烟叶中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：天冬氨酸，谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，调制陈化后第25页/共73页（三）分布特点3.1不同烟草类型间氨基酸含量不同与烤烟相比，白肋烟具有相当丰富的游离氨基酸原因：1白肋烟蛋白质含量大于

7、烤烟 2调制期间白肋烟蛋白质水解较烤烟充分（50VS.20%）第26页/共73页氨基酸氨基酸烤烟（烤烟（mg/gmg/g）白肋烟白肋烟(mg/g)(mg/g)天冬氨酸天冬氨酸0.130.137.847.84苏氨酸苏氨酸0.040.040.430.43丝氨酸丝氨酸0.060.060.170.17天冬酰胺天冬酰胺1.121.1210.3010.30谷氨酸谷氨酸0.100.101.781.78谷酰胺谷酰胺0.820.820.380.38脯氨酸脯氨酸4.114.110.450.45甘氨酸甘氨酸0.020.020.140.14丙氨酸丙氨酸0.320.320.350.35缬氨酸缬氨酸0.060.06微量微

8、量异亮氨酸异亮氨酸0.060.06亮氨酸亮氨酸微量微量0.100.10酪氨酸酪氨酸0.680.680.840.84苯丙氨酸苯丙氨酸0.240.240.500.50赖氨酸赖氨酸0.030.030.330.33组氨酸组氨酸0.110.110.450.45精氨酸精氨酸0.260.26色氨酸色氨酸0.500.50合计合计7.847.8424.8824.88表3.1优质卷烟配方烟气中的游离氨基酸/（mg/g）注：资料来源于Leffingwell（1976），烟碱含量相同第27页/共73页烤烟中主要的游离氨基酸：天冬酰胺，谷氨酰氨，脯氨酸白肋烟主要的游离氨基酸：天冬酰胺，天冬氨酸，谷氨酸烤烟的蛋白质或氨基

9、酸含量仅是白肋烟的20-25，二者主要氨基酸种类和数量的差异，会影响到吸食品质：形成了不同的氨基糖（Amadori化合物），烤烟中Amadori化合物占陈化烟叶干重的1.5-2.5调制后烤烟中游离脯氨酸含量增加的量大大超过了F1蛋白质水解产生的量，有假设认为叶绿素的吡咯部分代谢部分转化生成了脯氨酸。第28页/共73页3.2不同氮用量 叶片中的TAA随氮肥用量增加而提高有机氮肥比例增加，TAA含量下降。氮用量增加，根中与合成烟碱有关的氨基酸含量增加 第29页/共73页3.3烟株不同根际pH叶片中氨基酸含量不同 根际pH对叶片氨基酸的代谢有影响氨基酸与烟碱合成有关第30页/共73页3.4烟草叶片不

10、同发育过程氨基酸的含量不同 1）TAA和FAA含量均随生育期延长而下降 2）FAA含量大约是TAA的1/10第31页/共73页3.5不同成熟度烟叶氨基酸含量不同 叶片成熟过程中下部叶氨基酸含量呈现V形变化趋势第32页/共73页3.6调制阶段烟叶氨基酸含量不同 调制期间组分1蛋白（F1蛋白）降解，游离氨基酸增加 寒冷潮湿寡照或施氮肥过多、欠熟采收都会导致衰老和调制期间F1蛋白水解代谢被抑制，蛋白质水解不完全，燃吸时产生不愉快的蛋白质气味，即使二次发酵也不足以提高其可用性，因此提出过熟比欠熟好 第33页/共73页晾烟调制期间游离氨基酸增加的同时，氨含量也快速增加氨对烟气pH值、烟碱存在状态、香味物

11、质形成具有重要作用第34页/共73页3.7发酵或陈化过程氨基酸含量的变化 陈化期间游离氨基酸含量降低，Amadori化合物增加Amadori化合物热解会产生许多吡嗪类和吡咯类香味物质卷烟陈化时间：18-24个月第35页/共73页吖嗪：含有一个或几个氮原子的不饱和六节杂环化合物的总称。包括 吡嗪，吡啶，三嗪，四嗪等等 已经从陈化烤烟中分离出果糖吖嗪和脱氧果糖吖嗪。氨+果糖/葡萄糖多羟基吖嗪弱酸热解乙酸丙酮醇呋喃类吡咯类吡嗪类第36页/共73页吡嗪类化合物占烟叶质量的比例很小，但对烘烤食品和烟叶的香味至关重要。试验表明：热处理使5种氨基酸的质量百分数显著降低，而在烟碱百分数不变的条件下，烘烤使吡嗪

12、类含量大幅度增加，尤其是那些氨或氨前体含量高的烟叶。烟叶在烘烤和陈化期间，吡嗪类、吡咯类和吡啶类化合物增加，这种增加可通过多种途径实现：1）Maillard反应 2）蛋白质或氨基酸加热转化 3）生物碱降解转化第37页/共73页第二节 烟草蛋白质一、蛋白质的结构和性质二、烟草中的蛋白质第38页/共73页一、蛋白质的结构和性质一、蛋白质的结构和性质（一）结构初级结构第39页/共73页 所有蛋白质都含有C、H、O、N四种元素 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16 蛋白质系数：6.25（二）组成第40页/共73页例：测得某烟叶样品总N为2，烟碱含量3，请计算该烟样粗蛋白含量

13、？解1：粗蛋白26.25 =12.5%解2：粗蛋白（总N-烟碱N）6.25 （总N-烟碱%0.1728）6.25 （2-3 0.1728）6.25 9.26第41页/共73页（三）性质1 两性性质和等电点 电泳法分离各种蛋白质或氨基酸2 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3 蛋白质的胶体性质4 蛋白质的沉淀和变性第42页/共73页二、烟草中的蛋白质二、烟草中的蛋白质（一）种类1可溶性蛋白2不可溶性蛋白组分I蛋白(FI蛋白)组分II蛋白（FII蛋白）叶绿体蛋白，核酮糖1，5二磷酸羧化酶/加氧酶第43页/共73页（二）存在状态（三）影响因素 烟草类型、环境、密度、施

14、肥、打顶和调制等 调制过程中降解的主要是FI蛋白。纯蛋白：仅含氨基酸复合蛋白：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第44页/共73页第三节 烟草氨、酰胺、胺类一、氨二、酰胺三、胺类第45页/共73页（一）性质 氨是碱性、有刺激性的无色气体，属于烟草挥发碱类，可以从烟草中可直接挥发，也可以从烟草中蒸馏出来。刺激人的黏膜会引起中毒。一、氨第46页/共73页(一)烟草中的氨1 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谷氨酸NH3 谷氨酰氨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，体内游离氨增多产生氨害。第47页/共73页2 调制过程中氨增多随着

15、调制过程的进行，烟叶失去生命活力，各种形式的含氮化合物氧化分解产生都会产生氨。调制结束后烤烟中氨的含量0.019。氨增多的原因是：蛋白质，氨基酸、酰胺、胺类等的氧化分解。第48页/共73页3 陈化发酵过程中烟叶中的氨会不断的产生、挥发散失，也可与糖反应生成Maillard反应产物。氨或氨前体物含量高的烟叶烘烤和陈化后吡嗪类香气物质增加较多第49页/共73页（一）酰胺的结构叔酰胺伯酰胺仲酰胺二、酰胺第50页/共73页（二）性质u 结晶固体，有较高的熔点和沸点(甲酰胺除外)u C5以下酰胺均可溶于水，芳香族酰胺仅微溶于 水或难溶于水u 中性或接近中性u 热解会产生氨第51页/共73页（三）烟草中的

16、酰胺 鲜烟叶中的酰胺主要是谷氨酰胺和天冬酰胺 调制后烟叶中酰胺少，因为热解产生了氨 烟气中多，其来源：1)燃吸期间硝酸盐产生的中间体氨和甘氨酸的衍生物 2)腈水解生成 3)使用抑芽剂马来酰肼的降解产物第52页/共73页三、胺类三、胺类（一）结构伯胺仲胺叔胺脂肪族芳香族第53页/共73页（二）性质1 物理性质 低级脂肪胺常温下为气体或液体，易挥发，有特殊气味，可溶于水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，具令人不愉快的气味，所以应避免接触皮肤和经口鼻吸入第54页/共73页2 化学性质2.1 碱性碱性强弱：脂肪胺氨芳香胺 第55页/共73页利用胺的碱性可

17、以将胺与其他有机物分离用盐酸溶液处理含胺的混合物胺的盐酸溶液过滤不溶于酸水的沉淀，弃去向胺的盐酸溶液加强碱，将胺游离出来乙醚萃取第56页/共73页2.2 氧化性1)伯胺氧化成肟（脂肪胺氨芳香胺)2)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R-CH2NH2OR-CH=N-OHR1R2NHR1R2N-OHO3)叔胺氧化：H2O2O第57页/共73页2.3 亚硝化反应 胺很容易与亚硝酸盐或氮的氧化物作用生成亚硝胺，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 1)伯胺和亚硝胺的反应生成重氮盐 R-CH2NH2HONO+-N2H2OR-CH2OHHONO+ClHClHCl

18、N2+第58页/共73页2)仲胺和亚硝酸的反应生成N亚硝基胺3)叔胺和亚硝酸的反应HONOHONONONOHNO2HONOH+NO2第59页/共73页（三）烟草中的胺类化合物 1烟叶中胺类：调制期间蛋白质、氨基酸等氮化物分解产生2烟气中的胺类：1）即直接从烟叶转移到烟气中 2）烟草热解产生 3）生物碱氧化 芳香胺为蛋白质、氨基酸热解产生，烟碱热解不产生芳香胺第60页/共73页第四节 烟草其他含氮化合物一、硝基化合物三、含氮农药二、腈和异腈第61页/共73页(一)结构 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 伯硝基化合物 仲硝基化合物 叔硝基化合物 一、硝基化合物第62页/共73页

19、(二)性质1物理性质:脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体，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油状液体，具有苦杏仁气味，有毒性。2化学性质:在酸性条件下还原成苯胺 第63页/共73页(一)结构 腈是氢氰酸（HCN）的烃基衍生物，通式为RCN，官能团CN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：二、腈和异腈HCN CH3CN CH2=CHCN C6H5CN氢氰酸 乙腈 丙烯腈 苯甲腈第64页/共73页(二)性质 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 酸或碱溶液中水解时，腈转变成相应的羧

20、酸。如：腈类化合物除氢氰酸外，都是稳定的中性物质，并且不似氢 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直接氢化还原。第65页/共73页异腈（）是腈的同分异构体。异腈的结构式写作异腈不如腈稳定，长时间加热时，异腈即转变成腈。异腈是具有难闻的臭味和很大毒性的液体，在水中溶解度较小。第66页/共73页三、含氮农药 烟草生产中使用的含氮抑芽剂、除草剂、杀虫剂农药如MH（马来酰肼）、二硝基苯胺类、氯化烟酰（吡虫啉）、硫代烟碱类（阿克泰）、酰胺类、硫代氨基甲酸类、尿素类、喹啉类等，也是烟草和烟气中含氮化合物的来源之一。一些研究表明，它们除以其原来形式残留在烟叶中外，还可降解（酶解或热解

21、）生成许多新产物，如氨、胺类、酰胺类、吡啶类、吡咯类、喹啉类等。因此，这些人工使用的含氮制剂对烟草和烟气的化学成分、生物活性及香气吃味品质都有一定影响，有待深入 研究。第67页/共73页第五节 主要含氮化合物对烟质的影响一、氨基酸对烟质的影响二、蛋白质对烟质的影响三、氨，酰胺和胺类对烟质的影响第68页/共73页1.影响烟叶色泽 烟叶色泽是通过酶促和非酶促棕色化反应实现的，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，烟质也会变劣。如Phe在酪氨酸酶作用下产生黑色素；氨基酸和羰基化合物发生Maillard反应，产生类黑素，使烟叶颜色加深。2 影响烟叶香气 氨基酸在调制

22、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多香味物质，Phe本身就是香味物质，分解可以形成苯甲醇，苯乙醇等香味物质一、氨基酸对烟质的影响第69页/共73页 3.3.影响吃味影响吃味 评吸结果表明总氨基酸含量与香气量评吸结果表明总氨基酸含量与香气量和劲头正相关，但氨基酸含量高，香气质变差，和劲头正相关，但氨基酸含量高，香气质变差，刺激性和杂气增强。刺激性和杂气增强。第70页/共73页二、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，如烤烟蛋白质含量超过15%，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，吃味和香气也变差。第71页/共73页三、氨，酰胺和胺类对烟质的影响 香味 吃味颜色刺激性第72页/共73页感谢您的观看！第73页/共73页