陳強(qiáng) 姜振玲 王玉華 古明光 王德權(quán) 席元肖 杜傳印

摘要 ? ?烤后煙葉表面存在大量微生物，研究表明，微生物對(duì)煙葉品質(zhì)的提升有著重要影響。本文分析了煙葉陳化期間品質(zhì)變化及機(jī)理，綜述了煙葉表面微生物種類(lèi)及動(dòng)態(tài)變化，并就微生物在改良煙葉品質(zhì)方面的應(yīng)用展開(kāi)討論，以期為煙草行業(yè)提質(zhì)增效、降焦減害提供參考。

關(guān)鍵詞 ? ?烤煙;微生物;種類(lèi);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào) ? ?TS41+4 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）20-0203-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

煙草是世界上廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物，其主要收獲器官為葉片。煙草產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。為提升煙葉品質(zhì)，提高烤后煙葉的工業(yè)可用性，并進(jìn)一步提升中國(guó)煙草在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，需要進(jìn)一步重視提高煙草及其制品的質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，煙葉品質(zhì)不僅與品種、生態(tài)[1-2]、管理措施及烘烤工藝等前期各項(xiàng)因素存在相關(guān)性，同時(shí)與烤后煙葉儲(chǔ)存條件存在顯著的相關(guān)性，這其中包括微生物活動(dòng)。

1 ? ?煙葉陳化期間品質(zhì)變化及機(jī)理

1.1 ? ?煙葉陳化對(duì)品質(zhì)的影響

鮮煙葉經(jīng)歷烘烤與打葉復(fù)烤過(guò)程后，煙葉質(zhì)量雖有一定的改善與提高[3]，但仍然存在青雜氣過(guò)重、刺激性高、香氣質(zhì)單調(diào)和香氣量不足[4]等缺陷，并不能完全滿(mǎn)足卷煙工業(yè)的需求，只有經(jīng)歷陳化過(guò)程才能使煙葉品質(zhì)得到進(jìn)一步提升，滿(mǎn)足工業(yè)可用性需求。陳化期間煙葉主要變化表現(xiàn)為：色度變強(qiáng)并且色澤趨向均勻一致，葉片韌性、彈性增加，其物理性狀更加利于制絲加工;還原糖、總糖、致香物質(zhì)及氨基酸等各項(xiàng)化學(xué)成分含量逐漸趨于協(xié)調(diào)。

在煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量方面，經(jīng)陳化后的煙葉香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性等感官評(píng)吸指標(biāo)均顯著提升[5]。

1.2 ? ?煙葉陳化機(jī)理

針對(duì)上述變化，前人對(duì)煙葉陳化機(jī)理進(jìn)行了較多的研究，對(duì)其作用機(jī)理的解釋主要集中在酶作用、微生物作用和化學(xué)作用3個(gè)方面[6]。Koller等最早研究煙葉陳化機(jī)理，他們認(rèn)為雪茄煙葉的陳化是微生物作用的結(jié)果。目前，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，煙葉表面微生物在陳化過(guò)程中起著極其重要的作用，其作用貫穿煙葉品質(zhì)變化的整個(gè)過(guò)程。一方面，通過(guò)自身生命活動(dòng)作用于煙葉陳化;另一方面，其代謝活動(dòng)產(chǎn)生的酶能夠有效催化煙葉中物質(zhì)轉(zhuǎn)化。具體來(lái)講，煙葉表面微生物在自身代謝過(guò)程中可將煙葉中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸等大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，促進(jìn)煙葉品質(zhì)的提升[7-9]。

2 ? ?煙葉表面微生物種類(lèi)及動(dòng)態(tài)變化

2.1 ? ?種類(lèi)

研究表明，煙葉表面微生物種類(lèi)多、數(shù)量大。目前對(duì)煙葉微生物的鑒定方法有傳統(tǒng)的可培養(yǎng)方法[10]和DGGE技術(shù)[11]、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）技術(shù)及16S rDNA克隆文庫(kù)測(cè)序技術(shù)[12-13]等。孫玉宇[14]、高文霞等[15]研究發(fā)現(xiàn)，1 g葉片中微生物數(shù)量為5萬(wàn)～8萬(wàn)個(gè)，按照類(lèi)別可分為細(xì)菌、霉菌、放線(xiàn)菌和酵母菌四大類(lèi)。王 ?芳等[16]研究了陳化煙葉表面高溫微生物，結(jié)果表明，高溫微生物總量為103～105個(gè)/g，其中細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，真菌較少，放線(xiàn)菌和酵母菌未檢出。徐潔[17]研究了烤后煙葉微生物數(shù)量和種類(lèi)，發(fā)現(xiàn)煙葉表面微生物主要包括細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌;細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌屬，比例占90%以上，放線(xiàn)菌占比很小。趙銘欽等[18]對(duì)烤煙表現(xiàn)微生物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在煙葉品質(zhì)改善過(guò)程中，細(xì)菌中的芽孢桿菌屬、放線(xiàn)菌中的鏈霉菌為優(yōu)勢(shì)菌屬，酵母菌為痕量。韓錦峰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，煙葉中的微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群主要包括細(xì)菌、放線(xiàn)菌和霉菌三大類(lèi)。邱立友等[20]對(duì)陳化過(guò)程中煙葉表面微生物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，在發(fā)酵過(guò)程中細(xì)菌中芽孢桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌屬，而放線(xiàn)菌和霉菌數(shù)量較少。楊金奎等[21]從醇化煙葉表面僅分離出了細(xì)菌和霉菌，同樣芽孢桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌屬。

2.2 ? ?動(dòng)態(tài)變化

較多研究已證明，煙葉表面微生物種群數(shù)量及優(yōu)勢(shì)菌屬是動(dòng)態(tài)變化的。一般來(lái)說(shuō)，在煙葉陳化初期，微生物類(lèi)群較多，原因可能在于初期煙葉表面有機(jī)物質(zhì)含量較高，微生物可以充分利用，但隨著時(shí)間推移，有機(jī)物質(zhì)及水分含量降低，絕大多數(shù)微生物數(shù)量大量減少。在優(yōu)勢(shì)菌屬方面，隨著煙葉陳化的進(jìn)行，煙葉表面微環(huán)境發(fā)生著變化，從而影響到其表面優(yōu)勢(shì)菌屬的存在。Di Giacomo等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在陳化初期葡萄球菌科和乳酸桿菌目細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌屬，在陳化后期芽孢桿菌屬成為優(yōu)勢(shì)菌屬。究其原因在于隨著陳化時(shí)間的增加，煙葉表面溫度和pH值逐漸升高，此種微環(huán)境更加適宜芽孢桿菌屬微生物生長(zhǎng)繁殖。趙銘欽等研究表明，隨著陳化時(shí)間的延長(zhǎng)，芽孢桿菌在微生物種類(lèi)中所占的比例不斷提高，這也佐證了Di Giacomo等的論點(diǎn)。朱大恒等進(jìn)行了細(xì)化研究，發(fā)現(xiàn)在陳化過(guò)程中細(xì)菌總數(shù)呈逐漸降低的趨勢(shì)。陳福星等[23]發(fā)現(xiàn)，在煙葉陳化后期，數(shù)量最多的是細(xì)菌，其次是放線(xiàn)菌和真菌。

綜上所述，前人研究結(jié)論存在一定的差異性，主要表現(xiàn)為兩方面。一是煙葉中微生物種類(lèi)存在差異;二是優(yōu)勢(shì)菌屬存在差異。如同一部位不同產(chǎn)地?zé)熑~在群落結(jié)構(gòu)方面存在差異的同時(shí)，優(yōu)勢(shì)菌屬占比也存在不同，分析原因可能是煙草品種及陳化環(huán)境條件存在差異[24-25]。

3 ? ?微生物在改良煙葉品質(zhì)方面的應(yīng)用

3.1 ? ?微生物與煙葉感官評(píng)吸

現(xiàn)有研究已證明，煙葉在陳化過(guò)程中品質(zhì)的提升與葉面微生物代謝存在直接或間接的關(guān)系。微生物通過(guò)一系列代謝活動(dòng)，將煙葉中大分子物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化分解成小分子前體物質(zhì)，對(duì)于煙葉品質(zhì)的提升有一定的促進(jìn)作用[26]。其中，芽孢桿菌屬細(xì)菌能降低煙葉中蛋白質(zhì)含量[27]，從而減輕煙葉燃吸過(guò)程中的燒焦羽毛的氣味，其作用機(jī)理是將大分子蛋白質(zhì)降解為小分子氨基酸，氨基酸在煙葉燃燒過(guò)程中可以參與美拉德反應(yīng)產(chǎn)生香氣物質(zhì)，有利提升煙葉香氣。李 ?寧等[28]利用蠟樣芽孢桿菌處理雪茄煙，煙葉的蛋白質(zhì)較對(duì)照組降低13.53%。馮志珍等[29]利用芽孢桿菌（F-Y-11菌株）發(fā)酵煙絲，可使蛋白質(zhì)降解29.32%。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，使用菌劑處理煙葉可以定向改善煙葉中其他化學(xué)成分的含量，使各化學(xué)指標(biāo)更趨協(xié)調(diào)[30]。

目前，微生物在改善煙葉品質(zhì)方面的應(yīng)用研究主要思路為：先從煙葉或其他寄主表面分離微生物，經(jīng)培養(yǎng)篩選后直接或配方施用，用以縮短煙葉陳化用時(shí)、改善煙葉評(píng)吸品質(zhì)[31]。黃靜文等[32]利用短小芽孢桿菌Van35開(kāi)展試驗(yàn)，處理后的煙葉刺激性、雜氣及香氣質(zhì)指標(biāo)明顯改善。瞿嬌嬌等[33]利用從豆豉中分離的芽孢桿菌處理煙葉，煙葉香氣趨于醇和豐滿(mǎn)，煙氣更加細(xì)膩，雜氣、刺激性明顯減輕。此外，研究發(fā)現(xiàn)，泛菌屬微生物可降解煙葉中類(lèi)胡蘿卜素物質(zhì)，增加類(lèi)胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量，該物質(zhì)為煙葉重要的致香物質(zhì)，有助于提升煙葉的燃吸品質(zhì);部分放線(xiàn)菌可催化阿魏酸生成香蘭;將枯草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌按一定比例混合使用，可明顯提升煙葉吸食質(zhì)量;利用產(chǎn)香微生物作為發(fā)酵菌株，制備煙草提質(zhì)劑，能有效提升煙葉評(píng)吸質(zhì)量;對(duì)于煙堿含量較高的煙葉，可以利用特定菌株發(fā)酵達(dá)到降堿的目的。

3.2 ? ?微生物與煙葉安全性

煙葉安全性問(wèn)題始終是煙葉質(zhì)量研究的重點(diǎn)。目前，微生物在降焦減害方面的研究極為普遍。研究發(fā)現(xiàn)，某些特定微生物可以有效減少煙葉燃吸時(shí)焦油產(chǎn)生量[34]。TSNA是一種煙草特有的有害物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)利用微生物可以在不同程度上減少煙葉和煙氣中TSNA含量，有效提高煙草制品安全性。其機(jī)理在于利用高效反硝化細(xì)菌將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，并進(jìn)一步還原為氣體，從而降低TSNA含量[35]。孫政[36]利用惡臭假單胞菌發(fā)酵液處理烤煙葉片，在溫度28 ℃、相對(duì)濕度45%的條件下，陳化14 d時(shí)硝酸鹽降解達(dá)到2.25%，陳化21 d時(shí)亞硝酸鹽降解率達(dá)到19.90%。單宏英等[37]從玉溪煙葉中提取一種熒光假單胞菌（菌株AS97），將其制成發(fā)酵液后以5%接種量噴施，在溫度30 ℃、相對(duì)濕度60%的條件下，陳化10 d后檢測(cè)硝酸鹽、亞硝酸鹽、TSNA等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，分別達(dá)到68.77%、45.57%、45.47%。因此，在煙葉安全性方面，微生物將有較大的研究與應(yīng)用空間。

4 ? ?展望

微生物是自然界中一個(gè)極其龐大的群體，與人類(lèi)活動(dòng)息息相關(guān)。目前，微生物在農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥化工及生物能源應(yīng)用等諸多領(lǐng)域已發(fā)揮出重要的作用。在煙草行業(yè)，雖有較多的研究，但多數(shù)成果仍停留在研究層面。針對(duì)目前行業(yè)較為關(guān)注的吸煙與健康問(wèn)題，如何定向篩選出高效、安全的微生物菌株，以實(shí)現(xiàn)降焦（TSNA）減害，成為一個(gè)重要的研究方向。

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