微生物和酶在烟叶发酵中的应用

jindouyun

微生物和酶在烟叶发酵中的应用

烟叶发酵实质上是在一定的温度和湿度条件下,促使烟叶理化特性发生深刻变化,烟叶香气和吸味品质明显改善的加工过程。烟叶发酵后可消除初烤烟叶带有的青色,使烟叶颜色转深并均匀一致,青杂气、刺激性和异味减少,香气显露,香气质和香气量变佳,吸味醇和,余味纯净舒适,粘性和吸湿性降低,弹性和燃烧性得到增强。因此,烟叶发酵对完善烟叶品质和提高烟叶可用性具有重要意义。目前,烟叶发酵主要有自然发酵(也称醇化或陈化) 和人工发酵(又称加温发酵) 两种方式。前者主要是在烟叶贮存期间,借助自然气候的变化,促使烟叶内各种化学变化加速进行,进而达到改善烟叶品质和理化性状的目的。后者则是在人为控制温湿度的条件下,使堆放于发酵库内的烟叶理化性质变化加速,在较短时间内改善烟叶品质的方法。虽然自然醇化烟叶贮存周期长(一般需1～3 a) ,占用仓库大,积压资金多,生产成本高,但由于自然发酵具有烟叶色泽鲜亮、香气优美、刺激性弱、工艺简单、操作简便等优点,且提高香气与吸味品质的效果明显优于人工发酵烟叶,所以,经济发达国家普遍采用自然发酵的方法。而人工发酵周期短( 一般为12 ～20 d) ,资金积压少,生产成本低,但烟叶质量却不及自然发酵好。我国因受经济条件的限制,国内中小型卷烟厂仍以人工发酵为主,即使大型卷烟厂也同样面临着在提高产品质量的同时,必须降低生产成本、提高经济效益的问题,故而不能完全摆脱烟叶的人工发酵。因此,进一步研究和改进烟叶发酵技术,对中国烟草企业改善卷烟香气品质,提高卷烟生产经济效益具有广泛的现实意义。
        生物技术尤其是酶解和微生物发酵技术在烟草中的应用研究,已成为当前科技工作者关注的热点。近年来,一些烟草科技工作者在应用微生物和酶改进烟叶发酵过程、缩短烟叶醇化的周期、提高发酵烟叶内在品质方面作了许多有意义的探索[1 - 2 ] 。国内外近期的研究表明,通过微生物发酵能够大大缩短烟叶醇化的时间,明显消除烟叶的青杂气和减轻刺激性,并且对烟叶香气质量的改善有一定的帮助。特别是通过发酵的方法,用微生物或酶改善烟叶、烟草薄片及烟梗的品质和降解亚硝胺等有害物质的研究,受到烟草生产企业的广泛重视。
       1 　微生物在烟叶发酵过程中的应用
       19 世纪80 年代,小什列晋格提出了烟叶发酵原因的新假说。他认为烟叶发酵最初是由微生物的活动引起,发酵后期才是在无机催化剂的催化下进行化学反应。Reid 等人在研究雪茄烟发酵过程时发现,微生物的活动比较活跃,并与发酵强度和发酵质量有一定关系。在发酵开始阶段,细菌数目大量增加;当烟堆温度升高,氧气缺少时,细菌数目逐渐减少。进一步研究还发现,在正常发酵条件下,细菌增加,真菌减少;如果发酵条件不当,温湿度过高或缺
氧,导致厌氧性微生物数量增加,发酵后烟叶将产生异味。
        Izquierdo Tamayo A. 等人[3 ]发现,用微生物接种的烟叶,香气和性状均得到改善,尤其是当采用微球菌属( Micrococcus ) 或杆菌属( Bacllus) 或两者的混合物接种烟叶时,烟叶蛋白质含量降低,可溶性氮尤其是氨态氮和酰胺氮含量增加。发酵期间生物碱(主要是烟碱) 含量降低, 发酵后pH 值大幅度增加。Giovannozzi Sermanni G. [4 ] 在实验室内采用微生物Deharyomycos nicrotianace 、Micrococcus nicotianae 、M.nicotianae var. liquefaciens 、Bacillus sp. 和Arthrobacternicotianae 对雪茄烟用的肯塔基烟叶进行发酵处理,结果由于柠檬酸、苹果酸、马来酸和琥珀酸的分解,
导致烟叶变为碱性。其中可使烟叶中游离氨基酸的含量增加,而Micrococcus nicotianae 可利用这些氨基酸进行代谢,产生CO2 、氨、丙烷和丙烯。GiovannozziSermanni G. [5 ]的后续研究进一步表明,用上述微生物制剂处理的烟叶总氮、可溶性氮和烟碱含量均大幅度降低, 分别由35174 %、6917 %和3316 %降至9187 %、2191 %和819 % ,而蛋白质氮含量在所有情况下均增大。Ray F. Dawson[6 ] 的研究表明,嗜热性放线菌属( thermophilic actinomyces ) 在湿度非常低的醇化烟中生长缓慢,并可使醇化烟叶产生一种令人喜欢的香气,尤其是水果香气和壤香等。
        中国烟草科技工作者在利用微生物进行烟叶发酵方面也作了一些研究,如陈福星等[7 ]用从烤烟烟叶上分离鉴定的4 个优势菌种(均属芽孢杆菌科的细菌) 处理烟叶,试验结果表明,处理烟叶比人工或自然发酵的均好,不仅大大缩短了发酵时间,而且使烟叶品质及色香味均有一定的提高。韩锦峰等[8 ]将由烤烟叶面分离筛选的芽孢杆菌属( Bacillus ) 和梭状芽孢杆菌属(Clostridium) 优势菌种,混合配制成生物制剂(TFA) 用于烟叶发酵,结果表明,TFA 可加速
烤烟发酵,提高烟叶品质,并且具有抑制烟叶霉变的作用。赵铭钦等[9 ]利用4 种由优势增香菌种和高生物活性的α- 淀粉酶、蛋白酶等配制而成的烟草发酵增质剂,对人工发酵和自然陈化过程中的烤烟烟叶的增质增香效果进行了研究。结果表明,烟草发酵增质剂具有促进烟叶内部有机物质的分解与转化,加速烟叶发酵过程、缩短发酵周期等作用。与对照相比,经过发酵增质剂处理后的烟叶香气质改善,香气量增加,烟叶固有的杂气和刺激性减轻,烟叶内
部的糖、氮、碱等主要化学成分及其比值趋于协调、平衡。谢和等[10 ] (1999) 将枯草芽孢杆菌应用于烤烟发酵过程,经过45 ℃、65 %的相对湿度发酵8 d后,化学成分分析结果显示,微生物对烟叶的总氮、蛋白氮、烟碱和总糖等成分的含量变化没有明显的影响,但对还原糖和蛋白氨基酸含量的变化影响显著。感官评吸结果表明,施加微生物的烟叶发酵后,青杂气减少,刺激性有所降低,香味略有增加,余味舒适。微生物发酵不仅能够显著地缩短烟叶醇化时间,而且在一定程度上可以提高烟叶的内在质量。最近,周瑾等[11 ] (2002) 将从优质烤烟叶上分离筛选得到的微生物菌种Yu - 1 接种于灭菌后的低次烤烟碎片上,在28 ℃下发酵6 d ,测定发酵前后烟叶碎片化学成分的结果表明,在发酵后的烟叶碎片中,还原糖含量明显降低,有机酸成分增多,酸值提高。用发酵烟叶碎片提取物进行香烟加香评吸试验,结果显示:与未发酵烟叶相比,发酵烤烟碎片提取物能显著降低卷烟的刺激性,掩盖杂气,改善吸味。此外,朱大恒等人[12 ]提出了一种直接利用产香微生物发酵定向生产烟草香料的方法。该法是用烟末、烟秸秆、顶芽、腋芽和豆粕为原料,通过在原料上接入由烟叶上分离出的产香菌,于30～60 ℃下发酵5 d ,再经过萃取、浓缩等步骤得到烟草生物香料,产率为8 %。该香料为棕黄色树脂状物,具有浓郁的果香、坚果香、焦糖香、烤香、酱香、草药香和烟草香,加入卷烟后的评吸结果表明,该香料能显著地提高卷烟香气质量,使烟气醇和饱满,并能谐调烟香,减轻杂气和刺激性,改善余味,可用于中、高档卷烟加香。
       2 　酶在烟叶发酵过程中的应用
       酶学研究表明,在干燥条件下,一些酶具有很强的耐热性,即使温度升到100 ℃仍能保持酶活性,只是催化作用暂时终止。实际上,微生物在烟叶发酵过程中的作用与酶促反应是密不可分的,因为微生物在其生长发育过程中可以向胞外分泌不同种类的酶,这些酶可以催化烟叶中某些物质的分解或合成。列夫理论认为[13 ] ,烟叶发酵是由烟叶本身所含有的氧化酶类引起的,并指出引发发酵的酶主要是氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶。前苏联有人曾就烟叶发酵过程中的三羟酸循环酶类作过研究和分析,结果表明,在烟叶发酵过程中存在与三羟酸循环有关的酶活动。一些试验也证实,烟叶在发酵期间发生的干物质损耗,是由三羧酸循环和草酸氧化分解产生CO2 和水所致。在烟草发酵或加工过程中,利用酶制剂控制烟叶的内在化学成分,使其向着人们所期望的方向转化,以弥补烟叶由于生长或调制不当造成的不足,达到改善烟叶吸味品质目的的研究目前正在开展。早在1965 年,美国菲利浦·莫里斯
公司的B.M. Spann 等[14 ]就对烟草薄片的酶处理进行过研究。他们将烟梗含量约50 %的烟末制成固形物含量为12 %～ 18 %的稠浆, 加入01075 %～0175 %(按干烟末重量计) 的纤维素酶35 ,用乙酸或柠檬酸调节pH 值到415 (在pH = 415 下此酶的活性最高) ,于室温下放置过夜发酵,然后按稠浆法制成烟草薄片。化学分析表明,此种薄片的水溶性物质、总还原性物质和还原糖的含量均高于原来的烟草原料,草酸铵可溶物、氯化钠和纤维素的量均较低,总
灰分、苯- 乙醇可溶物和半纤维素的量不变。评吸结果表明,用低量酶、甘油和乙酸处理的烟草薄片,刺激性较小,甜味较重,但缺乏“万宝路”卷烟中的生物碱劲头。
       C. F.Bailey 和A. W. Petre[15 ]对硝酸盐还原酶和蔗糖转化酶处理的烟叶进行了详细的研究,发现在温度为- 9～39 ℃和相对湿度为80 %～100 %范围内,用硝酸盐还原酶和蔗糖转化酶处理烟叶,10 d后,对于开始就发酵的烟叶已具有调制干草样的甜香,12 d 后甜香更浓,并带有香豆素的气息。此时停止发酵,将烟叶置于18～25 ℃的室温下,3 d 后香气不变。燃吸时烟气柔和、干味极轻,且涩味亦很小。又经过数天,除上述香气外,烟气还具有淡淡的清香。将这种处理后的样品取一小部分,除去015 %的水,并于- 9 ℃下放置14 h ,结果除质量改善外,香气稍有提高。然而这种开始就发酵的烟叶,是此试验阶段得到的最佳样品。开始就冷藏的烟叶样品产生甜香的速度较为缓慢,19 d 后烟气才甜香、柔和,并具有轻微的刺激性。将这种烟叶取一部分于18～25 ℃温度下放置6 d ,甜香消失,烟味变浓。另一部分于21 ℃下放置7 d ,甜香未变,但产生一种淡淡的丁酸气香。
       Henri C. Silberman[16 ]发明了一种改善烟梗品质的方法,即在压梗前,先将烟梗浸入含一定量多糖水解酶的水溶液中,用乙酸调节pH 值至315～610 的最佳范围内,浸入时间为5～30 min ,然后排出剩余的溶液。烟梗于20～80 ℃温度下陈化15 min 至24h ,温度越高,陈化时间越短。再按常规方法压切烟梗。处理液中可加入有助于烟梗软化的甘油、丙二醇或三甘醇,还可以加入增香剂、烟草提取物或其它料剂。该发明所用的多糖水解酶为果胶酶、半纤维酶和纤维素酶。这些酶是在Aspergillusaiger 或As2pergillusoryaze (稻曲霉) 培养物中发现的。试验结果表明,酶处理的烟梗柔软,易于压扁、切丝,且其梗丝的填充力和挥发物的量显著增大,总粒相物大幅度降低,并且掺兑此梗丝的卷烟受到评吸专家们的喜爱。
       近两年,中国在利用酶制剂改善烟叶品质方面也进行了一些探索性的研究。如张立昌[17 ] (2001)报道了用从酵母菌B13分离醇化的酶制剂(主要含有中性蛋白酶、糖化酶、果胶酶和纤维素酶) 处理打叶复烤后的陕西B2L 烟叶烟丝,100 g 烟丝加酶量为015 g ,于30 ℃下作用24 h。评吸结果显示,酶制剂处理烟丝可明显改善卷烟香气,减轻青杂气和刺激性,使低等级的烟叶提升1～2 个等级。李晓等[18 ](2001) 的研究也证实,在一定条件下向烟叶中施加
一定量的α- 淀粉酶和糖化酶,可使烟叶中的淀粉降解为水溶性糖。实验得出酶作用的最佳条件为:α- 淀粉酶/ 糖化酶的最佳用量比为8 (u/ g) / 80 (u/ g) ;烟叶水分含量为25 % ,酶作用时间为6 h ,反应温度为30 ℃。烟叶中的淀粉80 %被降解,水溶性糖增加2114 %左右。评吸结果表明,经过酶处理后的烟叶香气质变好,杂气和刺激性减轻,烟气甜度增大,余味变好,劲头有所降低,烟叶总体质量得到提高。李晓等[19 ] (2002) 进一步对不同种类的酶处理烤烟
和白肋烟烟叶进行了研究,结果表明:烤烟烟叶用蛋白酶、淀粉酶和糖化酶混合处理的效果与各种酶在最佳条件下单独处理的效果比较一致;酶解后烟叶蛋白质含量均有不同程度的降低,水溶性糖含量有所提高。白肋烟先用蛋白酶处理,再进行加料和烘焙处理,与未经酶处理的白肋烟相比,蛋白酶处理的白肋烟吸味品质明显改善。马林(2001) [20 ]报道了将酶解和微生物发酵综合用于改变低次烤烟化学组分,有效地降低了对吸食品质和安全性不利的蛋白质成分及小分子含氮化合物的研究结果。该实验结果显示,用酶和微生物处理可降解烟叶中41.34 %的蛋白质;烟气中有害气体NCN、NO、CO 分别减小了76.19 %、71.43 %、42.33 % , 焦油生产量减少26.01 %。评吸结果表明,处理后的烟叶香气增加,刺激性显著降低,余味干净,杂气轻微。该处理方法为设计低焦油卷烟提供了一种独特的配方原料。（摘自《中国期刊网》）

MR.smoke

在雪茄主义又见到您的帖，这里也。。。 您真是无处不在啊！！

jindouyun

缘分啊，哈哈。。