基于提質減害的煙葉醇化技術研究進展

摘要：煙葉醇化在提升煙草品質的過程中起著重要的作用。針對提質減害的行業問題，歸納并總結了提升煙葉品質及降低有害物質的煙葉醇化技術，提出了煙葉醇化技術的發展趨勢及研究方向。

關鍵詞：煙葉醇化；提質減害；發酵；技術

中圖分類號：Ｓ５７２文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）03－0450-04

Research Advancement of Tobacco Leaf Alcoholization Technology for Enhancing Quality and Decreasing Harm

ＹＡＮ Ｋｅ－ｌｉａｎｇ，ＷＵ Ｙｉ，ＺＥＮＧ Ｘｉａｏ－ｙｉｎｇ，Ｗａｎｇ Ｃｈａｏ，ＬＩ Ｑｉｎｇ－ｈｕａ

（１．Ｈｏｎｇｙｕｎ Ｈｏｎｇｈｅ Ｔｏｂａｃｃｏ （Ｇｒｏｕｐ） Ｃｏ， Ｌ ｔｄ．， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏｂａｃｃｏ ｌｅａｆ alcoholization ｐｌａｙｓ an ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ in ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｏｂａｃｃｏ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｈａｒｍ， ｔｈｅ alcoholization ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｔｏｂａｃｃｏ ｌｅａｆ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｏｂａｃｃｏ ｌｅａｆ alcoholization； ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｈａｒｍ； ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ； ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

煙葉的內在品質決定了煙葉的使用價值，香氣足、吃味醇、余味適的高品質煙葉的探求是卷煙工業發展的需要，煙葉發酵是其中的重要環節之一。目前，煙葉發酵過程一般分為自然醇化和人工發酵兩種，盡管人工發酵可以大大縮短發酵時間，然而自然醇化則能更有效地提升煙葉品質，效果較人工發酵更好，但同時也存在醇化周期長、成本高的問題［１］。因此，研究有效提升煙葉自然醇化技術將是未來煙葉發展的重要方向之一，醇化技術的改進與提升將為構建“低焦高香”中式卷煙核心技術奠定了良好的基礎，具有重要的意義。

１煙葉醇化過程及機理

１．１煙葉醇化過程

煙葉經過采收、調制、打葉復烤后，內在品質有了一定的提升，但仍存在煙葉青筋多、雜氣重等問題，須經過煙葉醇化后，才能獲得品質良好的煙葉。煙葉醇化的過程實質上是在一定的環境條件下，通過一系列的化學及生物反應，將不利于煙葉品質的組分轉換成有利于提升煙葉品質組分的過程。

１．２煙葉醇化機理

由于煙葉醇化過程中發生的反應較為復雜，因此現有理論研究對煙葉醇化機理還未能闡述透徹。從現有理論研究來看，一般認為煙葉醇化過程主要存在３種作用，即化學催化、微生物及酶的作用。

化學催化理論在１８６７年由涅斯列爾和什列晉格提出，該理論認為煙葉中所含的無機元素（Ｆｅ，Ｍｇ等）是引起煙葉醇化的催化劑，煙葉醇化則主要是這些無機元素與空氣中的氧氣進行催化的氧化過程。另外，部分研究認為，在調制結束后，酶或微生物大部分被滅活或被殺死，因此此時無機催化作用起著重要的作用［２］。而什列晉格則認為引起醇化最初作用的是微生物，后續過程才是在無機催化劑的作用下進行的，并提出了相應的微生物作用理論。有學者則推測氧化酶、過氧化物酶等在煙草醇化中起著重要的作用。有研究表明，部分酶如過氧化物酶不僅在煙葉醇化過程中一直存在，而且在卷煙制品中，酶活力也能繼續保持［２，３］。

結合目前的研究情況，可以認為，煙草醇化過程中無論是微生物、酶或是無機元素的催化作用都可能存在，而且可能是相互協同、共同作用的。因此，在現階段煙葉醇化技術的實施過程中，均建立在３種理論基礎上。通過采用不同微生物、酶或其他作用的方式，以期提升煙葉醇化效率，從而獲取具有良好品質的煙葉。

２基于提質的煙葉醇化技術

２．１微生物在煙葉醇化過程中的提質作用

一般認為，微生物在煙葉醇化過程中起著重要的作用，因此較多研究者采用在煙葉表面接種微生物的方式來提升煙葉醇化效率，從而改善煙葉品質。接種方式上主要采用單一或混合菌群接種的方式。通常采用單一菌種，而韓錦峰等［４］采用篩選獲取的優勢菌混配的生物制劑用于煙葉醇化，能有效加快煙葉醇化過程，提高煙葉品質，同時有抑制霉變的作用。王永華等［５］也采用以一定比例混配的枯草芽孢桿菌、乳酸菌及酵母菌制備的生物制劑用于煙草醇化中，能明顯縮短發酵周期。總體而言，利用微生物提升煙葉品質主要有以下幾種方式：①加快醇化過程。Ｋｏｌｌｅｒ等［６，７］最先采用在雪茄表面接種酵母菌，發現可以加快醇化過程；陳福星等［7－１０］將微生物應用于發酵過程，也可以加速醇化。②提升煙葉香氣。有學者發現嗜熱性細菌用于煙葉醇化時，能產生令人愉悅的香氣；還有學者通過加入枯草芽孢桿菌到烤煙中，能明顯地提升香氣。③改善煙葉品質。Ｔａｍａｙｏ［１１］發現在醇化中加入球菌，能改善煙葉品質。另外，也有研究者利用微生物的代謝物質用于煙葉醇化從而提升煙葉品質。例如杜毅等［１２］采用提取的微生物粗蛋白所制成的煙葉陳化液，加入后能使煙香濃度增加，雜氣減少，刺激性降低，并能加速陳化時間。山東大學的宋桂經［１３］通過利用微生物產生的復合酶系應用于煙葉醇化過程中，能明顯改善煙葉品質。

２．２酶在煙葉醇化過程中的提質作用

在煙葉醇化過程中，一般化學反應所需活化能較高，而酶在低活化能條件下也能作用底物，且轉化效率較高。因此，在復雜的煙葉醇化過程中，酶也起著非常重要的作用。但由于煙葉中成分復雜，醇化過程中發生的反應較多，因此涉及的酶類較為復雜，且存在相互的影響［３］。基于此，現階段將酶應用于煙葉醇化過程中，一般采用復合酶系加入的方式進行。主要包括以下兩種類型：①能降解大分子物質的酶系。由于蛋白質、淀粉等大分子的存在對煙葉品質有較大的影響，因此快速降解該類物質將有助于提升煙葉品質。孫君社等［１４］利用蛋白酶、果膠酶等處理煙草，可有效縮短煙葉醇化周期。許國旺等［１５］通過加入由蔗糖酶、淀粉酶、纖維二糖酶等復合酶制劑，有效改善了醇化煙葉還原糖的含量，能使煙草口味更加醇和，口感更好。②能降解潛香物質的酶系。在煙葉加工過程中，有部分潛香物質通過不同的方式最終轉化為小分子的香味物質。例如類胡蘿卜素在細胞內可通過一系列反應后變成重要致香物質，如巨豆三烯酮等。謝勇等［１６］通過選用在鮮煙葉中提取的葡萄糖氧化酶、葉綠素氧化酶、類胡蘿卜素氧化酶、蛋白酶及煙堿降解酶等制取的復合酶制劑處理煙葉，能有效提升煙葉的內在品質。

２．３組分協同在煙葉醇化過程中的提質作用

從煙葉醇化的機理中可以看出，煙葉醇化過程是一個復雜的、依靠不同組分協同作用的過程。如能有效組合微生物、酶及其他組分的作用，將能更好地改善煙葉醇化過程，從而提升煙葉品質。組分協同在煙葉醇化中的提質作用主要分為兩類：①酶及無機元素的協同作用。例如孫君社等［１４］利用蛋白酶和果膠酶處理煙葉中的蛋白質和果膠，同時利用生化反應促進劑丙酮酸、色氨酸、亮氨酸及金屬離子Ｍｎ２＋、Ｚｎ２＋、Ｍｇ２＋、Ｋ＋來激活煙葉自身酶活性，將兩者結合應用于煙葉醇化，獲得了良好的效果。②微生物和酶的協同作用。趙銘欽等［１７］利用由優勢增香菌種和高生物活性的α－淀粉酶、蛋白酶等配制而成的煙草發酵增質劑處理煙葉，發現增質劑能夠促進煙葉內部有機物質的分解和轉化，加速煙葉的發酵進程，改善煙葉品質。

２．４其他作用方式在煙葉醇化過程中的提質作用

煙葉醇化過程一般受兩個因素的影響，分別為物理因素（溫度、濕度等）和生物因素（微生物、酶等），物理因素在其中也起著重要的作用。另外，醇化工藝的改變也將影響到煙葉醇化過程。因此為改善煙葉醇化過程，也有研究者探究了物理方式處理、加入活性成分、醇化工藝改進、加料陳化技術及膠囊技術等手段來改善煙葉醇化過程。主要分為以下幾點。

１）物理方式作用。為改善煙葉醇化過程，國內有部分研究者采用物理方式作用于煙葉醇化過程［１-３］。余永茂及羅家基將紫外線及臭氧應用于煙葉醇化過程，利用紫外殺菌及臭氧的氧化功能，有效地改善了煙葉醇化過程；劉維涓采用高壓靜電場處理煙葉，發現能明顯改善煙香中的青雜味和刺激感。王夢抒等通過微波處理煙葉陳化過程，也導致了煙葉內含物質有明顯變化。

２）加入活性成分。現階段研究認為，添加中草藥部分組分，在改善煙葉品質的同時亦有一定的保健作用，因此有部分研究采用加入由中草藥提取物組成的醇化液用于改善煙葉醇化過程。祖澤民［１８］采用檀香、小茴香、金銀花等多味中藥制成的煙草醇化液，催化煙葉發酵，可以縮短１／３～１／２的發酵時間，降低煙葉焦油含量，延長卷煙保存時間，具有一定的保健功能；劉通訊等［１９］采用天然植物的活性成分和部分酶配制的生化制劑能有效提升煙葉內在品質。

３）醇化工藝的改進。王登喜等［２０］利用打葉復烤的余熱加速煙葉發酵，將水分含量為１０％～１３％、溫度為４０～７０℃機烤熱煙包置于鋪設底膜的垛基上，再將保溫、吸濕、排露材料和卷席筒分別覆蓋、吊掛垛四周及平放垛頂部，６～８個月內達到煙葉自然醇化的目的，發酵后煙葉色澤好。卓衛民［２１］采用兩次醇化的方式，即將低溫醇化處理和潤葉工序相結合、高溫醇化與烘絲相結合，最后再經真空膨化定型，可顯著提升卷煙香氣。

４）加料陳化技術。煙葉加料陳化技術是煙草行業較為關注的重點之一，現階段根據卷煙工藝主要分為打葉復烤加料及煙葉陳化加料技術，兩種方式的加料均對煙葉醇化有一定的促進作用。牟定榮等［２２］報道了復烤片煙Ｂ２Ｆ加料陳化的研究，發現加料能縮短煙葉醇化時間。

５）微分子膠囊技術。微分子膠囊技術作為一種較為新穎的方法應用于卷煙加香及薄片加工中已有相關報道，但將該技術應用于煙葉醇化過程中的報道較少［２３］。目前，武怡等［２４］采用的微分子膠囊技術應用于復烤煙葉中，取得了較好的效果，能縮短醇化周期，并能有效提升煙葉的內在品質。

３基于減害的煙葉醇化技術

煙葉中的有害物質主要包括兩類：一類是煙葉中本身存在的有害物質，如煙堿、蛋白質、ＴＳＮＡｓ等；另外一類是通過燃燒后在煙氣中產生有害物質的前體物質，如部分碳水化合物、含氮化合物等。在煙葉醇化過程中，采用適當的調控方式處理煙葉中的有害物質，對提升卷煙的安全性有重要的意義。

３．１微生物在煙葉醇化過程中的減害作用

在煙葉醇化過程中，煙葉中的微生物種類繁多，若能控制部分微生物對煙葉有害物質進行降解，將有助于提升煙葉吸食的安全性。國內外研究者對微生物在醇化過程中降低有害物質的研究主要包括兩個方面：①微生物及其代謝產物的毒害。現階段，國外為減少煙氣的毒害，開始研制無煙產品，而該產品的微生物及代謝產物可能對人體有害。因此已有研究者對煙葉醇化過程中微生物菌落本身及其代謝產物的毒理性進行了研究，但尚未發現有對人體有害的生物或代謝產物［２５］，而國內對此研究尚未見報道。②微生物在煙葉醇化過程中降解煙葉中的有害物質。研究主要集中于煙葉自身有害物質及前體有害物質的降解。在有害物質降解方面，研究較多的是煙堿及ＴＳＮＡｓ的降解，國內外報道較多。如Ｒｕａｎ等［２６］篩選獲得能有效降解煙堿的細菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ． ＨＦ－１），能用于煙葉醇化；日本煙草產業株式會社的古賀一治等［２７］采用少動鞘氨醇單胞菌和熒光假單胞菌的微生物組成的生物樣品能夠有效地減少ＴＳＮＡｓ的量。在前體有害物質降解方面，盡管部分研究表明加入一些微生物后能有效降低煙氣中ＨＣＮ、ＣＯ等有害物質的含量，但對其機理研究較少。如宋鵬［２８］研究采用篩選的復合菌群用于煙葉及煙絲醇化過程，發現能全面降低煙氣中的自由基、苯并芘等稠環芳烴以及ＮＮＫ等氮亞硝胺，效果顯著。

３．２酶在煙葉醇化過程中的減害作用

一般來說，酶在醇化過程中的減害作用主要在于其降解前體有害物質的能力。現階段，未能被有效降解的有害成分主要是占煙葉本身干重約２８％的細胞壁成分，這類物質的存在會對煙氣產生極為不利的影響。目前，已有大部分研究采用復合酶系，包括纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶等用于煙葉醇化，對煙葉品質的改善有了一定的提升，但對此類物質的降解效率仍然偏低。例如閻克玉等［２９］用酶降解細胞壁物質，結果僅能將其含量從２９．３１％降低到２６．００％～２７．００％，但采用此方式仍能有效提升煙葉的內在品質［３０］。

３．３協同作用在煙葉醇化過程中的減害作用

單一的作用在煙葉醇化過程中的作用相對較小，不同類型的作用方式更有利于煙葉的醇化。馬林［３１］研究應用生物技術提高卷煙吸食及安全性，發現以蛋白酶為主的復合酶制劑能有效降解煙葉中存在的有害物質，也能對有害前體物質進行一定的降解。同時，采用微生物發酵的方式去除煙氣中的氨及胺類等小分子含氮物質，可使得煙氣中有害氣體（如ＨＣＮ、ＮＯ）及焦油生成量都有所減少。另外，煙葉的內在品質得到了改善，其香氣增加，余味干凈，雜氣輕微。

３．４其他方式在煙葉醇化過程中的減害作用

Ｂｒｅｎｉｋ等［３２］發現在煙葉醇化過程中用通入氧氣含量超過２５％的空氣的方式來控制煙葉發酵的環境，在與對照時間相同的情況下，采用該種方式能夠有效降低煙堿含量、減少凝聚物含量及有害物質的殘留。

４展望

針對煙葉醇化技術，國內外煙草科技工作者展開了廣泛的研究，也取得了一定的效果。但從前期研究結果來看，研究大部分偏重于煙葉醇化技術效果，對煙葉醇化機理的研究不夠；其次，采用煙葉醇化技術存在盲目性，未針對煙葉醇化中存在的關鍵問題進行針對性研究；再次，煙葉醇化技術方向較為集中，新的醇化技術未能有效開發。同時，盡管目前有部分公司報道開發的煙草醇化液能在煙草生產中進行工業化應用，但總體而言，煙葉醇化偏重于實驗室研究，實際應用于工業化生產的較少。

從煙葉醇化過程來看，煙葉結構、潛香物質、前體有害物質對煙葉醇化過程會產生較大影響，因此后期的研究應深入到煙葉結構、潛香物質變化及有害物質轉化等方面。在煙葉結構方面，主要從醇化過程中煙葉本身結構改變入手，如能采用有效的方式改變煙葉表面結構，使得加料、加香方式更為容易，將會有效地改善煙葉品質；對潛香物質定位及轉化的研究，將會有效提升煙氣香味；對前體有害物質的轉化控制，將能更有效地提升煙葉吸食的安全性。另外，從選用的微生物及酶類型來看，選擇在耐旱條件下生存的極端微生物和耐高溫酶也將是未來研究發展的方向之一。同時，環境因素在煙葉醇化過程中也起著非常重要的作用，如能對其醇化條件、存放位置進行研究，將為提升煙葉醇化技術奠定良好的基礎。總之，煙葉醇化技術是一個極端復雜而又相互聯系的過程。拓寬煙葉醇化理念，創新煙葉醇化技術，將是未來煙草行業發展的主要趨勢。

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