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

關(guān)鍵詞：微生物；煙葉醇化；再造煙葉生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：S572；Q939.97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，即煙葉通過烘烤（或晾曬）和復(fù)烤后，在人工強(qiáng)化條件和自然條件下陳化的一個(gè)過程，該過程是使煙葉內(nèi)含物發(fā)生一系列化學(xué)和生物化學(xué)變化，減少原煙某些品質(zhì)缺陷，使煙草香氣更加顯露，刺激性減輕，吸食品質(zhì)明顯增強(qiáng)，煙葉品質(zhì)明顯改進(jìn)的一個(gè)卷煙加工環(huán)節(jié)[1，2]。近年來煙葉醇化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，尤其是生物技術(shù)的應(yīng)用，即通過微生物應(yīng)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(chǔ)上改善煙葉香氣[3，4]。本文主要對(duì)目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)微生物在煙葉和再造煙葉發(fā)酵中的應(yīng)用效果及其與品質(zhì)關(guān)系的研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要綜述，以期為微生物發(fā)酵技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)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(dòng)，主要包括細(xì)菌、真菌、酵母菌以及放線菌等。微生物生長(zhǎng)過程中，通過降解蛋白質(zhì)、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(duì)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(duì)其進(jìn)行了鑒定，結(jié)果表明分離得到的主要是細(xì)菌和霉菌。對(duì)烘烤后煙葉中分離出來微生物菌株進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明分離得到的細(xì)菌主要是芽孢桿菌，霉菌以曲霉和青霉為主。

國(guó)內(nèi)研究者對(duì)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(jié)果表明，煙葉表面微生物主要包括細(xì)菌、真菌和放線菌。其中細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，達(dá)90%～99%，放線菌比例很小。優(yōu)勢(shì)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(shì)菌群。謝和等[8，9]從煙葉上分離得到的微生物種類以細(xì)菌、放線菌和霉菌為主，居于優(yōu)勢(shì)地位的微生物種群是細(xì)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(shí)間等有關(guān)。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(xì)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(xì)菌中的優(yōu)勢(shì)類群為桿菌屬，霉菌中的優(yōu)勢(shì)類群為曲霉，沒有檢測(cè)到酵母菌的存在。趙銘欽等[11]對(duì)煙葉不同醇化發(fā)酵時(shí)期得到微生物菌株進(jìn)行分類鑒定，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌8個(gè)屬，霉菌10個(gè)屬，放線菌3個(gè)屬。在煙葉醇化發(fā)酵階段的初期，有較多微生物類群活動(dòng)，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(jī)物質(zhì)，但隨著醇化發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)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(bào)道，從煙葉中成功分離得到的微生物類群以細(xì)菌、放線菌、霉菌三大類群為主。細(xì)菌包括芽孢桿菌屬、梭菌屬以及葡萄球菌屬，處于優(yōu)勢(shì)地位。其中芽孢桿菌屬和梭菌屬占整個(gè)微生物類群的90%以上，具有較大的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。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(huì)有相當(dāng)數(shù)量的微生物存活，數(shù)量最多的是細(xì)菌，其次是放線菌和真菌，因此與煙葉有關(guān)的微生物數(shù)量與整個(gè)醇化發(fā)酵的進(jìn)程有較大的關(guān)聯(lián)性。

2 煙葉醇化中微生物的應(yīng)用

2.1 微生物在煙葉醇化中增香的應(yīng)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(zhì)，可以加快煙葉中有害成分分解，進(jìn)而改善煙葉品質(zhì)。目前，在微生物增加煙葉香氣應(yīng)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(jìn)程和改善煙葉香氣質(zhì)量[13-15]。也有不少研究應(yīng)用混合發(fā)酵，改善煙葉品質(zhì)。趙銘欽等[16]研究應(yīng)用增香菌和微生物酶混合發(fā)酵，試驗(yàn)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(zhì)改善。瞿嬌嬌等[18]為了觀察分離的細(xì)菌菌株對(duì)煙葉品質(zhì)的影響，對(duì)初烤上部葉進(jìn)行單菌株發(fā)酵處理。結(jié)果表明，從豆豉中分離的芽孢桿菌（Bacillus sp.）對(duì)煙葉品質(zhì)有明顯的改善作用，煙葉的各種化學(xué)成分含量及各成分之間趨于平衡，香氣趨于醇和豐滿、細(xì)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(jī)酸值提高。朱大恒等[20]研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)微生物可達(dá)到抑制霉變和提高品質(zhì)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(zhì)。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(zhì)劑。微生物發(fā)酵煙葉改善煙葉品質(zhì)過程中的機(jī)理比較復(fù)雜，通過酶催化和化學(xué)反應(yīng)，促使底物發(fā)生復(fù)雜的生化反應(yīng)，可以產(chǎn)生低分子香氣物質(zhì)。微生物在其自身代謝過程中，會(huì)產(chǎn)生許多次生代謝產(chǎn)物，對(duì)煙葉的化學(xué)成分起催化作用，促進(jìn)香氣物質(zhì)的生成。

2.2 微生物在煙葉醇化中降解有害成分的應(yīng)用

微生物在煙葉醇化過程中，降解有害成分的應(yīng)用報(bào)道也較多。Enders等[23]最早研究了酵母菌對(duì)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(bào)道的可降解煙堿的細(xì)菌有10個(gè)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(zhēng)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(duì)纖維單胞菌屬的降煙堿和硝酸鹽的能力進(jìn)行誘導(dǎo)，得到最大降解活性。然后接種的細(xì)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(xì)菌的生長(zhǎng)。馬林[28]的研究表明，添加微生物可降解煙葉中部分蛋白質(zhì)含量，煙氣有害氣體和焦油減少，煙葉評(píng)吸質(zhì)量提高。同時(shí)，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(zhì)。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(zhì)提高、香氣量增加，煙氣細(xì)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(guó)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(bào)道從白肋煙上分離的33株內(nèi)生細(xì)菌中有6株具有較強(qiáng)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(nèi)生細(xì)菌WB5菌株處理可明顯降低煙葉中TSNA含量，對(duì)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(xì)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(zhì)量等方面的應(yīng)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(nèi)在品質(zhì)研究，受到國(guó)內(nèi)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(huì)產(chǎn)生大量低檔次和廢棄的煙葉，這些煙葉通常是因?yàn)槠鋬?nèi)在品質(zhì)存在缺陷，無法達(dá)到煙草行業(yè)的煙葉可用性標(biāo)準(zhǔn)而遭到廢棄，造成極大的資源浪費(fèi)，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(guó)家煙草專賣局提出的減害降焦要求，行業(yè)內(nèi)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(nèi)在質(zhì)量及吸味特點(diǎn)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(shù)應(yīng)用于提高再造煙葉內(nèi)在品質(zhì)成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，即在人工醇化發(fā)酵的過程中加入增香微生物進(jìn)行增香增質(zhì)，既可有效改善煙葉的內(nèi)在品質(zhì)，又能大大縮短其醇化發(fā)酵的時(shí)間，節(jié)省資源，提高企業(yè)利潤(rùn)[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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)，將提取的微生物菌用于烤煙碎片發(fā)酵，經(jīng)分析檢測(cè)，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(zhì)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(jìn)行生物產(chǎn)香，增加煙梗水提取物中致香物質(zhì)含量，煙葉香氣質(zhì)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(shí)現(xiàn)煙草的資源化利用，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。鄭勤安[45]研究微生物增質(zhì)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(shí)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(zhì)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(zhì)劑對(duì)提高造紙法再造煙葉整體香吃味質(zhì)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(zhì)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(shì)。王玉等[50]研究了茅臺(tái)酒產(chǎn)香微生物發(fā)酵提取物應(yīng)用與再造煙葉，結(jié)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(zhì)量明顯改善。

4 小結(jié)

微生物應(yīng)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(nèi)在質(zhì)量。微生物對(duì)煙葉醇化過程的影響復(fù)雜，一些菌株可有效改善煙葉品質(zhì)，對(duì)煙葉的發(fā)酵起促進(jìn)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(zhì)。在今后研究中應(yīng)充分發(fā)揮微生物在再造煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，使再造煙葉質(zhì)量進(jìn)一步提升，從而提高卷煙質(zhì)量。

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