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1、第三章 烟草含氮化合物,大气圈的N2,矿质态氮,有机N,（一）氮元素的循环,一、概述,（二）烟草中的含氮化合物,1 蛋白质、游离氨基酸、氨、胺、酰胺、腈,2 硝酸盐、亚硝酸盐,3 生物碱,4 某些维生素 叶绿素等,第一节 烟草氨基酸,（一）结构,氨基酸 结构通式,1 结构,一、氨基酸的结构和性质,2 分类,2.1 按照氨基的位置可以分：,、-、氨基酸等,2.2 按所含烃基不同：,1)脂肪族2）芳香族3）杂环族,OH,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。,天然蛋白质中的氨基酸均为L型（甘氨酸除外）天然糖类水解后的单糖绝大多数为D-
2、型。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D-氨基酸之外,组成地球生命体的氨基酸几乎都是L型的；相反,自然界的核酸则几乎都是由D型的核糖组成。,人体不能合成或合成速度远不适应机体的需要的不能缺少的氨基酸有8种：亮氨酸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、缬氨酸Val这8种氨基酸必须从食物中摄取。,（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易溶于水也不易溶于有机溶剂 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）,2
3、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,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N2,2.1.2 与甲醛作用后氨基转化为亚胺或醇胺，氨基的碱性消失,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，增加香吃味非常重要,2.2由羧基表现出来的性质,2.2.1 酯化、酰胺化、还原为醇,2.3由氨基和羧基共同表现出来的性质,两性性质和等电点,与水合茚三酮的醇溶液共热反应产生兰紫色物质,肽的形成,用于鉴别氨基酸、蛋白质、多肽,（一）种类（二）存在状态,二、烟草中的氨基酸,
4、（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。,（二）存在状态,1、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：天冬氨酸，谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，总量占游离氨基酸总量的6070%,2、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 烟草蛋白质,一、蛋白质的结构和性质,二、烟草中的蛋白质,一、蛋白质的结构和性质,（一）结构,初级结构,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,（二）组成,（三）性质,1 两性性
5、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,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蛋白沉降系数(s=v/2r)为 18S(1S=10-13秒)组分II蛋白沉降系数为46S的蛋白,（二）存在状态,（三）影响因素 烟草类型、环境、密度、施肥、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,第三节 烟草氨、酰胺、胺类,一、氨,二、酰胺,三、胺类,（一）性质 氨是碱性、
6、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，也可以从烟草中热解蒸馏出来。刺激人的黏膜会引起中毒。,一、氨,(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,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。,2 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。,（一）酰胺的结构,叔酰胺,伯酰胺,仲酰胺,二、酰胺,（二）性质,结晶固体，有较高的熔点和沸点(甲酰胺除外)C5以下酰胺均可溶于水，
7、芳香族酰胺仅微溶于 水或难溶于水 中性或接近中性 热解会产生氨,（三）烟草中的酰胺,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,三、胺类,（一）结构,伯胺,仲胺,叔胺,脂肪族,芳香族,（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,2 化学性质,2.1 碱性,碱性强弱：脂肪胺氨芳香胺,2.2 氧化性,1)伯胺氧化
8、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-CH2NH2,O,R-CH=N-OH,R1,R2,NH,R1,R2,N-OH,O,3)叔胺氧化：,H2O2,O,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-CH2NH2,HONO,+,-N2,H2O,R-CH2OH,HONO,+,Cl,HCl,HCl,N2,+,+,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,HONO,HONO,NO,NO,HNO2,HONO,H,+,N
9、O2,（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,第四节 烟草其他含氮化合物,一、硝基化合物,二、腈,(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,(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,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
10、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)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,HCN CH3CN CH2=CHCN C6H5CN,氢氰酸 乙腈 丙烯腈 苯甲腈,(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
11、存在下直接氢化还原。,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,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。2 影响烟叶香气 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、苯乙醇的前体物。,一、氨基酸对烟质的影响,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
12、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。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(吸入后引起头痛、头晕、恶心，对眼睛、皮肤有刺激性)是烟草FI蛋白的主要氧化产物。,三、氨、酰胺和胺类对烟质的影响,氨：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。氨与烟气中的其他碱性物质影响了烟气的吃味和劲头。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，使烟气感觉醇厚又有劲头。,酰胺、胺类,酰胺，可看成是氨基酸与氨的结合产物，或是氨基酸的衍生物，其对烟气的影响类似于氨基酸。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影响烟气。胺类，对烟质的影响与氨相似。,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？,
