小议再造烟叶生产中生物技术的作用范文

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典型的造纸法也叫两步造纸法，第一步是将烟草原料进行固、液分离，第二步是再将固、液结合，是一种利用现代的制浆造纸技术和机械设备发展而成的再造烟叶制造技术。造纸法再造烟叶的主要原料为烟末、烟梗、梗签、烟碎和质量较差的残次烟叶；辅料主要有木浆纤维、麻浆纤维、填料、增香剂和调味剂等。其中萃取、浓缩、制浆抄造、涂布干燥是其主要的生产过程。

1微生物发酵技术应用于再造烟叶生产

微生物技术应用于烟草发酵的研究在国外开展较早，利用微生物改良烤烟品质的研究在国内也越来越多[7]。在造纸法再造烟叶生产过程中，微生物发酵技术主要应用于原料和萃取液或浓缩萃取液的处理方面。

1.1微生物发酵技术应用于原料预处理

造纸法再造烟叶用的原料含有蛋白质、淀粉、果胶、木质素等大分子物质，化学成分较为复杂，具有一定的不协调性。用微生物发酵技术对原料进行预处理，分解生产原料中对品质不利的成分，从而降低造纸法再造烟叶的木质气与刺激性，改善其口感，提高其内在品质和可用性。Gravely等[8]提出用E.caratavora培养液降解烟草中的果胶和用Asetgillus及Aspergnlusoryzae降解烟梗中的纤维素的微生物消化方法。于兴伟等[9]直接用微生物发酵法处理生产再造烟叶的烟梗，采用黑曲霉对烟梗进行固态发酵，以发酵后烟梗中果胶残留率为指标，对其发酵条件进行了优化，并放大到150L固态发酵罐。通过黑曲霉酶解作用，使烟梗转变为水溶性物质及固形物两大部分，其中，固形物中的大分子物质（如果胶、蛋白质等）得到有效降解，这两种物料均可作为再造烟叶的基础物料。郭刚[10]提出了使用木质素降解菌及降烟碱杆菌发酵处理造纸法烟草薄片生产原料，发现上述菌种均可在一定程度上改善再造烟叶内在品质，而双菌种混合发酵能明显改善再造烟叶的内在品质。原料经发酵粗酶液处理后，木质素和烟碱含量下降，刺激性明显减轻，口感变好，香气变浓，内在品质明显提高。

1.2微生物发酵技术应用于萃取液处理

造纸法再造烟叶生产过程中利用水浸提萃取烟草原料得到萃取液，再经多效浓缩制备得到浓缩萃取液。上述制造工艺在很大程度上只是原材料物理性质的改变，原料的固有化学性质并未完全改变，燃吸时仍存在木质气较重、辛辣灼热感较明显、余味差等质量缺陷。应用微生物发酵技术可在一定程度上改善上述问题，主要有以下三个方面的作用：合理调节化学成分的组成；增加香气成分；降低烟碱。

1.2.1合理调节化学成分的组成

为了合理调节造纸法再造烟叶中化学成分，提高再造烟叶的品质，有研究利用微生物对萃取液或萃取浓缩液进行处理，并检测其植物碱、总糖、还原糖、总氮等成分，发现经微生物发酵处理后的再造烟叶的糖含量明显下降，糖碱比、糖氮比趋于合理，处理后再造烟叶的整体吃味质量有所提升[11~12]。

1.2.2增加香气成分

烟草中酸性香气物质能够改善烟草酸碱度，赋予烟气味和芳香特征，使烟气柔和、适口。常用中性香气成分含量来衡量烟叶香气的强度。烟草中主要的中性香气物质有β-大马酮、3-庚酮、茄酮、新植二烯等。碱性香气物质包括烟碱、吡咯、呋喃等[13~14]。程昌合等[15]将烟草萃取浓缩液在45℃醇化处理数日，经过醇化处理后烟末浓缩液中的挥发性组分增多，且主要致香成分含量均有不同程度的增加。处理后烟草薄片的香气量、协调性、木质杂气和余味等方面有较明显地改善。但究竟是何种微生物在醇化过程中起作用（包括增加香气成分的作用），论文并未给出明确的结论。张晨等[16]利用酿酒酵母对造纸法再造烟叶生产过程中的烟草萃取液进行了转化增香处理，处理后的萃取液增香效果明显，其挥发性致香成分增加一倍。酿酒酵母处理对再造烟叶的烟气平衡作用明显，且增加了香味物质，处理后的再造烟叶烟气协调性更好，余味明显改善，并且含有香气成分。可见，微生物在烟草萃取液中的转化应用值得深入研究。

1.2.3降低烟碱

烟碱含量过高制约烟草薄片的发展和应用。目前，国外研究者已从环境中分离了多种烟碱降解菌，对节杆菌属细菌代谢烟碱的机理研究较多[17]；国内主要集中在烟碱降解菌的分离和上部烟叶中烟碱的降解等方面[18~19]。实践证明，微生物降解法是去除或减少烟草中烟碱的有效途径。袁勇军课题组从种植烟草的土壤中分离到一株高效烟碱降解细菌DN2[18]，并初步报道了该菌在烟草薄片制备液中的应用情况[20]，之后又研究利用菌株DN2降解烟草薄片制备液中的烟碱[21]。结果表明烟草薄片制备液中烟碱降解的最适条件是：添加0.1%的酵母膏，使用氨水将pH调节到7.0，接种15%种子液，培养温度30℃。在上述条件下，采用30L发酵罐对烟草薄片制备液进行3个批次的半连续发酵，烟碱的平均降解速率为140.55mg/L/h，高于其他烟碱降解菌株，为其工业化应用提供了技术性参考。但目前采用微生物技术来降解烟草薄片中的烟碱的研究还相对较少。

2酶技术应用于再造烟叶生产

随着酶学研究的深入，利用酶技术改善烟草品质已成为烟草行业的研究热点，国内外许多专家和学者应用酶技术改善再造烟叶品质方面也进行了许多探索。酶技术应用在造纸法再造烟叶方面的报道主要集中在原料预处理、浸提萃取工序（包括洗梗工序）、萃取液或浓缩萃取液中添加酶，个别也有应用于涂布工序的研究报道。

2.1酶技术应用于原料预处理

在浸提之前对原料进行加酶处理，在一定程度上起着降低其中的不利成分，增加原料或其浸提液的香气成分，提高浸提率等作用。林翔等[22]利用复合酶液对烟梗的梗丝进行喷撒处理，发现经复合酶处理2h的梗丝，总糖含量提高至22.8%，糖氮比和糖碱比均得到了提高，主要香气成分总量提高了27%，梗丝的香气品质得到了改善，感官总体质量有了较大提高。闫亚明等[23]在烟草原料中加入酶制剂，对不易水解的大分子化合物进行酶解，再将酶解后的烟草原料进行浸取、浓缩，浸提率得到大幅度提高。葛少林等[24]发明了一种造纸法烟草薄片的制造方法，首先采用酸性蛋白酶、果胶酶、淀粉酶对烟草原料进行生物降解，使得烟草萃取液中美拉德反应底物的含量得以提高。

2.2酶技术应用于浸提萃取工序

为了减少造纸法再造烟叶中的不利成分，很多研究用酶作用于再造烟叶的浸提萃取工序。基于现有制梗丝技术和洗梗工艺条件，有研究尝试通过加酶洗梗处理，对烟梗的主要组成成分进行适量降解，发现果胶酶、纤维素酶、复合蛋白酶对烟梗的降解效果非常显著，有助于提高再造烟叶品质[25~26]。针对造纸法薄片刺激性大、木质气重、口感差等问题，郑小嘎等[27]通过在造纸法再造烟叶生产工艺烟梗浸提过程中添加复合酶制剂，梗丝经酶处理后，刺激性明显减轻，口感变好，香气变浓，内在质量也得到显著提升。李鲁等[28]指出在烟草水溶液中用米曲霉的真菌蛋白酶，在适宜的条件下随着酶添加量与酶解时间的增加，烟草蛋白质含量逐渐降低，同时酶解液中可溶性氮以及游离氨基酸含量逐步增加。在烟梗和烟末萃取过程中加入果胶酶、半纤维素酶和蛋白酶，研究发现在适宜的酶处理萃取条件下，烟梗和烟末的蛋白质、总纤维素、果胶的转化率和还原糖含量比热水萃取有大幅提升[29]。可见将酶技术应用于浸提萃取工序可有效将烟梗中大分子物质进行转化分解，但具体的工艺条件需要进一步优化。

2.3酶技术用于萃取液处理

在萃取液中应用酶技术同样也可以将果胶、蛋白质等大分子物质进行生物酶降解、转化，在一定程度上优化化学组成、降低烟碱、增加了萃取液中的致香物。马林[30]研究了烟碱脱氢酶在造纸法烟草薄片中的应用。发现在烟草薄片提取液中加入2%的烟碱脱氢酶酶液（m/m，酶浓度1.0mg/mL）及过量的NAD，40℃下反应16h后，烟碱降解率为50.58%。经过烟碱脱氢酶处理的烟草薄片的烟气品质得到提高。马东萍等[31]将酸性蛋白酶、复合果胶酶、复合中性纤维素酶和中性脂肪酶配制成改性添加剂，可烟梗提取液中导致烟草燃烧后出现糊焦气、木质气、蛋白焦臭气的淀粉、纤维素、蛋白质、果胶等大分子化合物降解为水溶性的小分子化合物。

2.4酶技术应用于涂布工序

有研究报道[32]将酶制剂用于制作涂布料应用于再造烟叶中，得到的再造烟叶的总糖、还原糖含量增加，内在吸味的甜度感相应提高；总烟碱增加，劲头提升；蛋白质减少，杂气减轻；氯、钾、钙、镁含量也减少，对再造烟叶造成的负面影响相应降低；重要致香物质都有了较大幅度的增加。将其应用于卷烟产品中，口感更舒适，满足感更强，烟气细腻、飘逸、协调，焦油量和一氧化碳含量也明显下降。

3展望

综上所述，将微生物发酵、酶处理等生物技术应用于原料预处理、浸提萃取工序、萃取液处理等方面的研究均取得成效，能够有效的降解再造烟叶中的蛋白质、果胶及多糖类等生物大分子，调节其内在化学成分组成，增加再造烟叶中的主要致香成分，降低烟碱，从而改善再造烟叶的内在质量，降低再造烟叶的杂气，提高再造烟叶香气以及协调性。但这些研究大多局限于单一技术的应用，且停留于试验研究阶段。郑勤安[4]证实了同时应用增香菌、干酵母、蛋白酶处理萃取浓缩液也可有效改善再造烟叶质量，因此如何利用不同生物技术并对其进行集成应用于再造烟叶生产中有待进一步研究。另外，生物技术应用研究的作用机理比较复杂，需要适当的作用条件下才可达到最佳效果，实际生产中存在的影响因子也会影响微生物的发酵和酶的活性。今后在研究中应充分发挥其在造纸法再造烟叶生产中的价值，实现工业化规模生产。相信随着再造烟叶内在质量的不断提升，可以提高再造烟叶在卷烟配方中的使用比例，使其真正起到烟叶替代品的作用，有效缓解烟叶原料需求紧张的形势，实现产品配方的稳定性。

作者：李丹刘熙单位：广东中烟工业有限责任公司技术中心