煙葉陳化中的微生物多樣性及其對(duì)煙葉品質(zhì)改良的研究進(jìn)展

梅涌　姜興濤　劉輝

摘要：綜述煙葉陳化微生物的種類(lèi)及微生物在煙葉陳化過(guò)程中的多方面作用，進(jìn)行了煙草陳化微生物研究展望。

關(guān)鍵詞：煙草；陳化；微生物；煙葉品質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS44+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）20-3801-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.001

Abstract： The microorganism types of aged tobacco， the role and the multiple effects of the microorganisms in the process of tobacco aging were reviewed， and an research prospect was made for the microorganisms of aged tobacco.

Key words： tobacco； aging； microorganisms； tobacco quality

煙草是世界范圍廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物，中國(guó)是世界上最大的煙草生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煙草行業(yè)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益日益突顯，其利稅也為食品行業(yè)之首，成為創(chuàng)造財(cái)政收入的重要產(chǎn)業(yè)[1]。

隨著煙草行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)煙草的品質(zhì)有了新的要求，消費(fèi)者希望可以吸食煙氣更好，毒性更低，口感更佳的香煙。面對(duì)這種需求，煙廠對(duì)煙草及香煙進(jìn)行積極改良，從前期煙草種植、草種選育和收割成熟度，到中期的處理工藝，包括初烤、打葉復(fù)烤、陳化、復(fù)烤、加香處理，到最后期香煙的濾棒處理，都有了新技術(shù)、新進(jìn)展，極大地提升了香煙的品質(zhì)和香氣。

煙草處理過(guò)程中，陳化被公認(rèn)為是提升煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。煙葉陳化是由煙葉中微生物作用的一種復(fù)雜生理生化過(guò)程，該過(guò)程不僅可以有效提高煙葉的香氣物質(zhì)，同時(shí)降低煙葉中的蛋白質(zhì)、淀粉、果膠等物質(zhì)的含量，提高香煙的口感。

1 煙葉陳化方法

煙葉陳化主要有2種方法，自然陳化和人工陳化，中國(guó)主要采用人工陳化方法。自然陳化就是將煙葉存放于自然環(huán)境中，在自然條件下長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵。周顯升等[3]研究表明自然陳化時(shí)間以23～39個(gè)月為最佳。胡有持等[4]研究表明，自然陳化時(shí)間越長(zhǎng)，煙葉中的香氣物質(zhì)含量越高。但是自然發(fā)酵的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不利于煙葉的生產(chǎn)而且提高了煙葉成本。人工發(fā)酵是指人為設(shè)定溫度和濕度，使煙葉較快陳化。該方法時(shí)間短，煙葉品質(zhì)提升明顯，經(jīng)濟(jì)性好。但是香氣、吸味、色澤等都不及自然陳化煙葉。無(wú)論是自然陳化還是人工陳化，都是利用微生物改善煙葉性狀。

2 陳化煙葉表面的微生物種類(lèi)

陳化煙葉表面微生物種類(lèi)主要包括細(xì)菌、真菌、放線菌。韓錦峰等[5]對(duì)陳化期烤煙表面微生物進(jìn)行分離和鑒定，結(jié)果表明陳化過(guò)程中微生物數(shù)量均逐減少，微生物以芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬為主，沒(méi)有酵母菌。邱立友等[6]對(duì)63個(gè)烤煙不同陳化期間微生物種類(lèi)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)桿菌、曲霉是細(xì)菌和真菌的為優(yōu)勢(shì)菌群，主要有芽孢桿菌屬、梭菌屬、鏈霉菌屬、曲霉屬和青霉屬。祝明亮[7]采用ATB系統(tǒng)對(duì)陳化煙葉表面微生物進(jìn)行分析，鑒定出黏紅酵母、羅倫隱球酵母和粗壯假絲酵母。王玥等[2]研究煙葉細(xì)菌種類(lèi)，發(fā)現(xiàn)煙葉表面存在著大量的假單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬、代爾夫特菌屬和泛菌屬等多個(gè)種群。Michele等[8]對(duì)烤煙煙葉表面微生物進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵早期酵母菌為優(yōu)勢(shì)菌株，乳酸桿菌屬和葡萄球菌屬隨后，后期芽孢菌屬和放線菌屬是主要的微生物菌群。

陳化發(fā)酵煙葉表面微生物的種類(lèi)與煙葉的產(chǎn)地、品種陳化時(shí)間等諸多因素有關(guān)。如果根據(jù)不同地域的煙葉特點(diǎn)，充分利用陳化煙表面的微生物，不僅可以推動(dòng)煙葉發(fā)酵過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化，而且可顯著提升煙葉的品質(zhì)。

2.1 可培養(yǎng)微生物

為了加快煙葉陳化的速度，節(jié)約煙葉生產(chǎn)成本，研究人員傾向性分離可培養(yǎng)的陳化微生物用于陳化煙葉。Tamayo等從西班牙煙葉中分離得到芽孢桿菌和球菌，Pounds[9]在煙葉樣品分離出嗜熱性酵母和細(xì)菌，朱大恒等[10]分離得到的主要菌屬為芽孢桿菌屬和梭菌屬，趙銘欽等[11]發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌是主要細(xì)菌菌群，而曲霉和青霉是霉菌優(yōu)勢(shì)菌群，鏈霉菌是主要的放線菌菌群。

2.2 不可培養(yǎng)微生物

自然環(huán)境下的微生物可以實(shí)驗(yàn)室分離培養(yǎng)的不到10%，傳統(tǒng)研究微生物群落主要是通過(guò)特定培養(yǎng)，從而導(dǎo)致大部分微生物信息無(wú)法獲得。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，對(duì)陳化煙葉表面微生物的研究更為精細(xì)。Michele等[8]利用分子生物學(xué)技術(shù)并結(jié)合培養(yǎng)方法，發(fā)現(xiàn)意大利烤煙中的微生物多達(dá)幾十種，遠(yuǎn)比之前發(fā)現(xiàn)種類(lèi)要多。Huang[12]通過(guò)RFLP技術(shù)結(jié)合測(cè)序和生物學(xué)信息學(xué)運(yùn)用，測(cè)定陳化煙中在0和24個(gè)月內(nèi)的微生物變化，并作出詳細(xì)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。Su等[13]通過(guò)對(duì)津巴布韋煙葉陳化前后微生物進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)陳化后微生物種類(lèi)有明顯變化。Zhao等[14]應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)，對(duì)煙葉不同陳化時(shí)期的葉面微生物變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了3種不同培養(yǎng)的細(xì)菌。陳竹亭等[15]利用分子克隆技術(shù)，分析了陳化煙葉細(xì)菌多樣性，發(fā)現(xiàn)了變形菌屬是最為豐富的菌群。分子生物學(xué)和高通量測(cè)序技術(shù)，不僅幫助研究人員認(rèn)識(shí)和了解陳化煙葉上的微生物種類(lèi)和分部，而且有助于在實(shí)踐中指導(dǎo)生產(chǎn)工藝，順利提高陳化煙的品質(zhì)。

3 微生物陳化改善煙葉品質(zhì)的作用

煙葉陳化主要目的是利用煙葉表面的微生物調(diào)節(jié)煙葉中的化學(xué)成分。影響煙葉品質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)主要有蛋白質(zhì)，氨基酸，煙堿等，只有將這些物質(zhì)在一定程度上達(dá)到協(xié)調(diào)，煙葉的品質(zhì)才會(huì)有所改良。陳化煙葉微生物可以有效調(diào)節(jié)物質(zhì)平衡，降低有害物質(zhì)，提高煙葉香氣。

3.1 降低尼古丁作用

尼古丁是煙葉中主要有毒物之一，煙葉中的尼古丁含量過(guò)高，會(huì)影響到煙葉的吸味和香氣，增加煙草的危害。在煙葉生產(chǎn)中控制尼古丁的含量，具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。Chen等[16]通過(guò)篩選，獲得一株可以有效降低尼古丁含量的熒光假單胞菌，主要是依靠熒光假單胞菌代謝產(chǎn)生酶降解尼古丁。Geiss等人分離得到纖維單胞菌，能夠降解陳化煙中的硝酸鹽和煙堿。陳洪等[17]進(jìn)行微生物降解煙草中尼古丁研究，發(fā)現(xiàn)利用人工微生物酶法對(duì)煙葉的煙堿進(jìn)行降解的速度是自然陳化降解的幾十倍甚至幾百倍。馬林等[18]在昆明煙廠附近土壤中篩選得到一株節(jié)桿菌屬細(xì)菌，可有效地降解煙草中的煙堿。周通等[19]從廢棄煙草及其污染的土壤分離出一株嗜煙堿節(jié)桿菌，在48 h內(nèi)煙堿降解率為83.2%。降解煙堿的微生物主要以節(jié)枝桿菌屬和假單胞菌屬為主，其中節(jié)枝桿菌屬的降解機(jī)理研究相對(duì)清楚，而其他類(lèi)型的微生物代謝機(jī)理和作用模式尚不明確。endprint

3.2 降低蛋白質(zhì)和氨基酸

煙葉中蛋白質(zhì)含量直接影響煙葉的質(zhì)量和等級(jí)，優(yōu)質(zhì)煙葉蛋白質(zhì)含量要在一定的適宜范圍內(nèi)。蛋白質(zhì)含量隨著陳化時(shí)間的增加而降低。蛋白質(zhì)含量過(guò)高，卷煙的燃燒不好，且產(chǎn)生焦味，煙氣中的有害物質(zhì)也會(huì)增加，對(duì)煙葉的香味和安全性產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響，因此降低煙葉中蛋白質(zhì)含量，對(duì)于改善煙葉品質(zhì)十分重要。微生物對(duì)蛋白質(zhì)的降解作用是微生物或其分泌的酶等物質(zhì)將煙葉中的蛋白質(zhì)分解。研究證明，微球菌、巨大芽孢桿菌屬、芽孢桿菌屬單獨(dú)或混合使用都可以有效地降低煙葉中的蛋白質(zhì)[20，21]。煙葉中的蛋白質(zhì)被分解成氨基酸和小分子肽，其中氨基酸是煙氣中酰胺和腈化物的主要來(lái)源。為了進(jìn)一步降低煙草對(duì)吸煙者的危害，降低氨基酸含量的技術(shù)也受到研究者的關(guān)注。Marshall等[22]利用益生菌降解煙葉中的天門(mén)冬氨酸，從而降低了煙霧中的丙烯酰胺。

3.3 提高煙葉香氣

利用微生物陳化煙葉可以提高煙的香氣。研究者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在陳化煙葉上接種微球菌屬以及桿菌屬，顯著改善了煙葉的香氣[23]；利用枯草芽孢桿菌和環(huán)狀芽孢桿菌兩種微生物處理煙葉，煙葉質(zhì)量顯著提高；在煙葉陳化過(guò)程中添加巨大芽孢桿菌，可使大多數(shù)香氣成分顯著增加[24]；用4種增香菌和淀粉酶、蛋白酶配制成煙草陳化增質(zhì)劑，可以顯著改善煙氣，減少煙氣中雜氣及刺激性物質(zhì)的產(chǎn)生[25]；利用從煙葉上分離的真菌，進(jìn)行煙葉陳化，能顯著提高煙葉香氣質(zhì)量，吸食口感更佳[26]。

4 展望

煙葉表面微生物研究依然處在發(fā)展階段，大部分的煙葉表面微生物還沒(méi)有得到純培養(yǎng)；煙葉微生物研究處于單一菌株的研究和應(yīng)用階段。煙葉陳化是多種微生物共同作用的結(jié)果，混合微物生的研究將成為未來(lái)發(fā)展的主要方向。隨著科學(xué)的發(fā)展，煙葉陳化微生物的研究將會(huì)更為深入，煙葉的品質(zhì)也將會(huì)得到更大的提升。

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