微生物在煙葉醇化和再造煙葉生產(chǎn)中的應用進展

張亞恒等

摘要：微生物在煙葉和再造煙葉醇化和生產(chǎn)中應用較為廣泛。從煙葉醇化過程中微生物類群、微生物應用和再造煙葉生產(chǎn)中應用等方面進行介紹，以期為微生物在煙葉醇化和再造煙葉生產(chǎn)中應用提供理論依據(jù)。

關鍵詞：微生物；煙葉醇化；再造煙葉生產(chǎn)

中圖分類號：S572；Q939.97 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）18-4390-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.002

煙葉醇化是卷煙生產(chǎn)加工過程中影響和改善煙葉品質的一個重要環(huán)節(jié)，即煙葉通過烘烤（或晾曬）和復烤后，在人工強化條件和自然條件下陳化的一個過程，該過程是使煙葉內含物發(fā)生一系列化學和生物化學變化，減少原煙某些品質缺陷，使煙草香氣更加顯露，刺激性減輕，吸食品質明顯增強，煙葉品質明顯改進的一個卷煙加工環(huán)節(jié)[1，2]。近年來煙葉醇化技術得到了迅速發(fā)展，尤其是生物技術的應用，即通過微生物應用于煙葉發(fā)酵，從而在縮短煙葉發(fā)酵周期和降低成本的基礎上改善煙葉香氣[3，4]。本文主要對目前國內外有關微生物在煙葉和再造煙葉發(fā)酵中的應用效果及其與品質關系的研究進行了簡要綜述，以期為微生物發(fā)酵技術的推廣應用提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 煙葉醇化過程中存在的微生物類群

醇化發(fā)酵處理的煙葉表面存在大量微生物活動，主要包括細菌、真菌、酵母菌以及放線菌等。微生物生長過程中，通過降解蛋白質、吸收不同微量元素，可以合成出不同種類的生物活性酶，并分泌到胞外環(huán)境中，從而對煙葉的醇化過程產(chǎn)生影響[5]。Reid等[6]從醇化發(fā)酵后的煙葉表面分離出微生物菌株，并對其進行了鑒定，結果表明分離得到的主要是細菌和霉菌。對烘烤后煙葉中分離出來微生物菌株進行鑒定，結果表明分離得到的細菌主要是芽孢桿菌，霉菌以曲霉和青霉為主。

國內研究者對微生物作用的研究較晚。徐潔[7]分析了烤煙煙葉表面微生物的數(shù)量和種類。結果表明，煙葉表面微生物主要包括細菌、真菌和放線菌。其中細菌占絕對優(yōu)勢，達90%～99%，放線菌比例很小。優(yōu)勢種群為芽孢桿菌屬、芽孢梭菌屬、鏈霉菌屬、曲霉屬和青霉屬，其中芽孢桿菌屬和芽孢梭菌屬占煙葉表面微生物種類的90%左右，霉菌中曲霉為優(yōu)勢菌群。謝和等[8，9]從煙葉上分離得到的微生物種類以細菌、放線菌和霉菌為主，居于優(yōu)勢地位的微生物種群是細菌，其次是放線菌和霉菌，沒有發(fā)現(xiàn)酵母菌的存在。經(jīng)分析這可能與煙葉醇化發(fā)酵過程中的溫度、濕度等環(huán)境條件以及煙草的品種、產(chǎn)地、發(fā)酵時間等有關。邱立友等[10]從自然陳化的煙葉表面分離得到的微生物類群中，細菌是主要的微生物類群，其次是霉菌，含量最少的是放線菌。細菌中的優(yōu)勢類群為桿菌屬，霉菌中的優(yōu)勢類群為曲霉，沒有檢測到酵母菌的存在。趙銘欽等[11]對煙葉不同醇化發(fā)酵時期得到微生物菌株進行分類鑒定，發(fā)現(xiàn)細菌8個屬，霉菌10個屬，放線菌3個屬。在煙葉醇化發(fā)酵階段的初期，有較多微生物類群活動，可能與醇化發(fā)酵初期煙葉表面存在大量可供微生物吸收的有機物質，但隨著醇化發(fā)酵時間的進行，各種微生物的數(shù)量均出現(xiàn)了明顯的變化，絕大多數(shù)微生物數(shù)量大量減少，芽孢桿菌在微生物種類中所占的比例提高。朱大恒等[12]報道，從煙葉中成功分離得到的微生物類群以細菌、放線菌、霉菌三大類群為主。細菌包括芽孢桿菌屬、梭菌屬以及葡萄球菌屬，處于優(yōu)勢地位。其中芽孢桿菌屬和梭菌屬占整個微生物類群的90%以上，具有較大的生長優(yōu)勢。放線菌主要包括鏈霉菌屬、高溫放線菌屬和小單孢菌屬。霉菌為曲霉屬、毛霉屬和青霉屬。陳福星等[13]的研究表明，在煙葉醇化發(fā)酵的中后期，仍會有相當數(shù)量的微生物存活，數(shù)量最多的是細菌，其次是放線菌和真菌，因此與煙葉有關的微生物數(shù)量與整個醇化發(fā)酵的進程有較大的關聯(lián)性。

2 煙葉醇化中微生物的應用

2.1 微生物在煙葉醇化中增香的應用

微生物通過一系列降解變化產(chǎn)生一些有益的小分子物質，可以加快煙葉中有害成分分解，進而改善煙葉品質。目前，在微生物增加煙葉香氣應用研究中，多集中于從煙葉表面分離微生物，經(jīng)培養(yǎng)篩選，改善煙葉醇化進程和改善煙葉香氣質量[13-15]。也有不少研究應用混合發(fā)酵，改善煙葉品質。趙銘欽等[16]研究應用增香菌和微生物酶混合發(fā)酵，試驗后煙葉中13種氨基酸的含量下降，3種脂肪酸的含量增加。黃靜文等[17]利用短小芽孢桿菌Van35，醇化后煙葉刺激和雜氣明顯降低，香氣質改善。瞿嬌嬌等[18]為了觀察分離的細菌菌株對煙葉品質的影響，對初烤上部葉進行單菌株發(fā)酵處理。結果表明，從豆豉中分離的芽孢桿菌（Bacillus sp.）對煙葉品質有明顯的改善作用，煙葉的各種化學成分含量及各成分之間趨于平衡，香氣趨于醇和豐滿、細膩，刺激性和雜氣明顯減少。周瑾等[19]從煙葉上篩選得到微生物菌Yu-1，接種于滅菌后的低次烤煙碎片上，可使煙葉碎片還原糖含量降低，有機酸值提高。朱大恒等[20]研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢微生物可達到抑制霉變和提高品質的作用。王永華等[21]采用枯草芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌3 種菌種作為發(fā)酵劑，可明顯改善煙葉吸食品質。劉道全[22]利用7種產(chǎn)香微生物作為發(fā)酵菌株，制備出了煙草提質劑。微生物發(fā)酵煙葉改善煙葉品質過程中的機理比較復雜，通過酶催化和化學反應，促使底物發(fā)生復雜的生化反應，可以產(chǎn)生低分子香氣物質。微生物在其自身代謝過程中，會產(chǎn)生許多次生代謝產(chǎn)物，對煙葉的化學成分起催化作用，促進香氣物質的生成。

2.2 微生物在煙葉醇化中降解有害成分的應用

微生物在煙葉醇化過程中，降解有害成分的應用報道也較多。Enders等[23]最早研究了酵母菌對煙堿的降解作用，發(fā)現(xiàn)酵母菌并不能完全降解煙堿。Frankenburg等[24]發(fā)現(xiàn)煙堿的降解主要發(fā)生在晾制的初始階段。到目前為止，已報道的可降解煙堿的細菌有10個屬17種，主要有假單胞菌、煙草假單胞菌、惡臭假單胞桿菌、纖維單胞菌、爭論產(chǎn)堿菌和節(jié)桿菌屬中的球形節(jié)桿菌、煙草節(jié)桿菌、氧化節(jié)桿菌和噬煙堿節(jié)桿菌、陰溝腸桿菌、棒桿菌屬、芽孢桿菌屬及Deharyomyces nicotianae、Ochrobactrum intermedium[25]。Brown and Williamson煙草公司[26]用纖維單胞菌降低煙草中煙堿和硝酸鹽含量，在培養(yǎng)基中加入一定量煙堿或白肋煙提取液和硝酸鹽，對纖維單胞菌屬的降煙堿和硝酸鹽的能力進行誘導，得到最大降解活性。然后接種的細菌培養(yǎng)液在厭氧條件下30 ℃處理白肋煙葉片，硝酸鹽和煙堿明顯降低；將煙絲制成卷煙后，硝酸鹽、氰化氫和煙堿含量也不同程度降低。Gutierrez等[27]從煙葉表面分離出陰溝腸桿菌在含有煙堿的培養(yǎng)基中發(fā)酵，煙堿濃度增加，抑制細菌的生長。馬林[28]的研究表明，添加微生物可降解煙葉中部分蛋白質含量，煙氣有害氣體和焦油減少，煙葉評吸質量提高。同時，篩選出節(jié)桿菌Z3處理曬紅煙，可使煙葉刺激性和雜氣減少，煙堿含量降低。李梅云等[29]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)菌株處理后的煙葉煙堿含量降低了30%以上，有效改善抽吸品質。雷麗萍等[30]利用節(jié)桿菌K7和K3菌株，處理后煙葉煙堿含量降低，煙葉香氣質提高、香氣量增加，煙氣細膩，余味改善。

Malik等[31]研究發(fā)現(xiàn)在厭氧條件下，耐高溫菌處理后的美國弗吉尼亞煙葉含氮化合物尤其是硝酸鹽的含量下降。祝明亮等[32]報道從白肋煙上分離的33株內生細菌中有6株具有較強的還原硝酸鹽和非硝酸鹽的能力，并使白肋煙TSNA含量降低27.56%～99.88%，粉碎煙葉接種方式使TSNA量降低程度最大，葉面噴霧接種方式降低的最少。張玉玲等[33]研究表明，在煙草晾制的后期，內生細菌WB5菌株處理可明顯降低煙葉中TSNA含量，對NNN含量的降低作用最明顯。雷麗萍等[34]研究發(fā)現(xiàn)非硝酸鹽還原細菌WT（Bacillus sp.）可有效降低白肋煙TN90亞硝胺和TSNA總量。使用葉面噴施，TSNA和NNN含量減少。

3 微生物在提高低檔煙葉、再造煙葉質量等方面的應用

近年來，通過微生物發(fā)酵的方法，用增香微生物來提高低檔煙葉及再造煙葉內在品質研究，受到國內外煙草企業(yè)的廣泛重視。在現(xiàn)代煙草企業(yè)的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量低檔次和廢棄的煙葉，這些煙葉通常是因為其內在品質存在缺陷，無法達到煙草行業(yè)的煙葉可用性標準而遭到廢棄，造成極大的資源浪費，既增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，又容易造成環(huán)境污染[35]。國家煙草專賣局提出的減害降焦要求，行業(yè)內開展了造紙法再造煙葉研究。造紙法再造煙葉已經(jīng)成為卷煙產(chǎn)品不可或缺的重要原料，但再造煙葉的內在質量及吸味特點還存在一些不足，表現(xiàn)為煙氣較為干燥，香氣量不足，刺激雜氣較大等，而近年來將生物技術應用于提高再造煙葉內在品質成為行業(yè)關注的焦點，即在人工醇化發(fā)酵的過程中加入增香微生物進行增香增質，既可有效改善煙葉的內在品質，又能大大縮短其醇化發(fā)酵的時間，節(jié)省資源，提高企業(yè)利潤[36-38]。

Cilvilini等[39]采用微生物菌劑處理煙堿含量過高的煙葉。煙葉粉末經(jīng)過處理，部分煙堿轉移到液體中，處理后低檔次煙葉中煙堿、煙酸鹽和2-呋喃酸鹽等物質含量降低。周瑾等[40]研究利用微生物發(fā)酵改良烤煙碎片的品質，將提取的微生物菌用于烤煙碎片發(fā)酵，經(jīng)分析檢測，發(fā)酵后的碎片吸味明顯改善，刺激和雜氣減少。張勃等[41]研究表明，微生物發(fā)酵處理煙梗水提取物，是提高煙梗水提取物的抽吸品質與可用性的一條有效方法。從煙葉表面分離菌株，接種至煙梗提取液中進行生物產(chǎn)香，增加煙梗水提取物中致香物質含量，煙葉香氣質明顯改善，雜氣減少。王星敏等[42]研究利用微生物發(fā)酵破壞植物組織提高煙堿提取率，既解決煙草制造企業(yè)的污染減量排放問題，還能實現(xiàn)煙草的資源化利用，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟和社會效益。鄭勤安[45]研究微生物增質劑發(fā)酵效率明顯高于傳統(tǒng)的煙葉人工發(fā)酵，在優(yōu)化條件下，發(fā)酵時間縮短，發(fā)酵后的萃取濃縮液糖含量明顯降低，pH下降，經(jīng)過發(fā)酵處理生產(chǎn)的造紙法再造煙葉成品糖含量明顯降低， 蛋白質含量有所下降， 糖堿比和糖氮比趨于更合理。微生物發(fā)酵增質劑對提高造紙法再造煙葉整體香吃味質量的作用是明顯的。通過微生物來提高和改善造紙法再造煙葉的質量，可以提高再造煙葉利用率，緩解煙葉原料需求緊張的形勢。王玉等[50]研究了茅臺酒產(chǎn)香微生物發(fā)酵提取物應用與再造煙葉，結果表明3株芽孢桿菌經(jīng)高溫發(fā)酵后，提取其代謝產(chǎn)物并添加到再造煙葉中，使其感官質量明顯改善。

4 小結

微生物應用于煙葉和再造煙葉醇化過程的研究均取得成效，能夠有效改善煙葉和再造煙葉內在質量。微生物對煙葉醇化過程的影響復雜，一些菌株可有效改善煙葉品質，對煙葉的發(fā)酵起促進作用，部分菌株還可降低煙葉中某些不利于煙葉吸食性的有害物質。在今后研究中應充分發(fā)揮微生物在再造煙葉生產(chǎn)中的應用價值，實現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，使再造煙葉質量進一步提升，從而提高卷煙質量。

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