微生物对烟草醇化发酵的影响
时间:2009-12-01 来源： 作者:
烟叶经过调制后进入销售环节。烟草公司或厂家购买烟叶后进行复烤、醇化或发酵，以及制丝和卷制成品卷烟等过程一般称为烟草加工，其中包括不同环节的烟叶仓储过程。微生物在烟草加工的整个过程中，始终存在于烟叶中，并发挥着各种不同的作用。（一）烟叶中的微生物
烟叶中的微生物种类繁多，新收获的烟叶中即带有大量的微生物。最早研究发现，雪茄烟烟叶表面存在着大量的细菌和霉菌，烘烤后烟叶中分离出的细菌主要是巨大芽孢杆菌，霉菌主要是青霉和曲霉（Reid et al. 1933）。Tamayo （1953）从西班牙烟叶中分离出的微生物主要是芽孢杆菌和球菌。韩锦峰等（1997）指出，烟叶中的微生物种群主要包括细菌、放线菌和霉菌3大类，每克烟叶中的微生物总量一般为50 000～80 000个。在烟叶发酵过程中，微生物数量随发酵时间延长而有一定减少，但放线菌的数量在烟叶陈化30个月时有一定增加。谢和等（1999）报道，烤烟NC82中的主要微生物种群是细菌，另外还有放线菌和霉菌。陈福星等（1990）发现，在烤烟人工发酵的中期和发酵完成时，烟叶中均存在一定数量的微生物，其中以细菌为主，另外还有少量的放线菌和霉菌。烟叶表面的微生物数量和种类与发酵条件有密切关系。English等（1967）的研究表明，在潮湿、高温或无氧等不适条件下进行发酵，烟叶中的微生物主要是霉菌和厌氧芽孢梭菌，易造成烟叶腐烂和香气损失；烟叶中的芽孢杆菌、嗜热细菌和小球菌对烟叶的香气和品质则是有益的。Garner（1962）在对白肋烟中分离出的细菌和酵母菌进行计数和鉴定时发现，从白肋烟中分离出的杆菌型细菌主要是枯草芽孢杆菌，而酵母菌比细菌少。对于深色明火烤烟，在发酵初期时烟叶中的细菌密度呈增加趋势，随后逐渐降低。Miyake等（1982）发现，发酵过程中烟梗中的微生物有一定的变化。Geiss V L（1990）认为，烟草加工存在两个微生物课题，即如何对侵入烟叶的不利微生物进行控制和如何选择微生物的特殊功能并加以利用。在烟草加工过程中微生物对烟草的影响主要表现在两个方面：一是微生物参与烟叶的醇化或发酵，改善烟叶品质，二是微生物引起烟叶霉变，造成烟叶失去使用价值。
（二）微生物对烟叶发酵的作用
烟叶发酵主要采用自然发酵（也称醇化或陈化）和人工发酵（又叫加温发酵）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，占用仓库大、资金积压多、生产成本大，且醇化过程中虫害和霉变损失大，但由于自然醇化具有烟叶色泽鲜亮、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，所以受到广泛重视和普遍采用。而人工发酵虽然发酵周期短、资金积压少、生产成本低，但发酵后烟叶品质的改善效果不如自然醇化，所以只有一些经济条件较差的中小型卷烟厂仍然采用此种方法。
19世纪80年代，小什列晋格提出一种新的假说，认为烟叶发酵最初是微生物的活动引起的，发酵后期才是在无机催化剂的催化下进行化学反应（宫长荣等 1993）。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（杨虹琦等 2003）。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。未发酵或人工发酵的烤烟叶面存在大量微生物群落，烟叶发酵过程中微生物种类和数量总体呈下降趋势，说明烟叶表面的微生物在烟叶发酵中起着重要的作用，从而影响烟叶的香气和品质。祝明亮等（1999）认为无论是自然发酵还是人工发酵，整个烟叶发酵过程中，微生物的作用是不可忽略的。微生物对烟叶发酵品质的提高主要是通过微生物自身在生长代谢过程中以烟叶中的有机成分作为基质，把糖类分解为醇类、酯类及其他芳香物质，使烟叶的香味物质得以充分表现，把蛋白质降解为氨基酸等小分子物质，把淀粉降解为水溶性糖，把果胶、木质素、纤维素、酚类等降解为低分子量物质。在此基础上，再经过烟草梅拉德反应，使烟叶色泽、吸味和香气得到充分改善。
Koller（1858）最先给烟叶接种微生物以增加香气和改善吸味的尝试，证明在雪茄烟叶中接种酵母菌后可大大加快发酵进程，并且使发酵更为彻底，但同时也会促进细菌和霉菌的生长。据Tamayo等（1953）报道，在烟叶中接入一种小球菌，可改善烟叶的香气。English等（1967）和Koiwai等（1970）的研究均认为，烟叶分别或混合接种枯草芽孢杆菌和环状芽孢杆菌后，能迅速产生一种令人愉悦的香气。进一步的分析表明，随着微生物的生长，烟叶的总糖和还原糖含量降低，pH值提高。谢和等（1999）的研究表明，将烤烟经辐照灭菌后，接入从烟叶中分离得到的优势芽孢杆菌，可明显提高烟叶的香气和品质。Tamayo（1978）研究发现，在自然陈化的烟叶中加入球菌，可使烟叶中的蛋白质氮降低，可溶性氮特别是氨基酸增加，同时烟碱含量发生变化，并产生期望的香气。韩锦峰等（1997）对陈化发酵期间烤烟叶面微生物的活性进行了探讨，并对微生物制剂(TFA)进行了应用研究，认为TFA能加速烤烟发酵，提高发酵烟叶品质，同时具有抑制烟叶霉变的作用。徐洁等（2003）利用分离纯化得到的全部真菌菌株投入诱香效果试验，并通过烟叶发酵处理，筛选出了具有明显诱香效果的真菌菌株。近年来，随着卷烟工业对烟叶醇化作用认识的加强，微生物对烟叶醇化作用的研究已成为烟叶发酵研究的热点问题，人们正在努力探索微生物对烟叶加工的有利影响，并积极进行开发利用。
（三）微生物发酵生产烟用香料
加香加料是卷烟工艺中的关键环节，是完善产品风格的决定性因素和提高卷烟香气质量的有效手段之一。随着近代微生物发酵工程的迅猛发展，微生物已广泛应用在人类生活的各个方面，如各具风味的酱、醋、酸奶、面包等均是利用特定的微生物发酵作用生产出来的。由于微生物在增殖过程中可产生庞大的高活性酶系，如多糖水解酶类、蛋白酶类、纤维素酶类、酯化酶类、氧化还原酶类及裂合酶类等，在酶促作用、化学作用及微生物体内复杂代谢的协同作用下，便可使底物发生分解、降解、氧化、还原、聚合、偶联、转化等作用，形成复杂的低分子化合物，其中包括各种香味化合物，如醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、酚类、呋喃类、吡嗪类、吡啶类和萜烯类等，这些香气物质无疑也是烟草的香气组分。微生物产生的香味物质是否适合于烟草香气特征，取决于产香菌的种类、培养基组成成分和配比，以及温度、湿度、pH值、诱导物、供氧等发酵条件。通过选择特定的菌种、培养基和发酵条件，就可定向发酵生产出适合各种种类或香型卷烟加香的烟用香精香料。朱大恒等（1997）研究提出一种直接利用产香微生物发酵定向生产烟草香料的方法，并发现微生物发酵生产的香料不仅与烟香协调、香气品质优良、风格独特，而且其生产工艺简单，易于推广，具有开发应用价值。通过微生物发酵产生香味物质可能也是烟叶自然醇化后色泽鲜亮、香气优美、刺激性弱、工艺简单、操作简便，且提高香气与吸味品质效果明显优于人工发酵的一个重要原因。
四、微生物引起仓储烟叶的霉变
在烟草加工过程中，由微生物引起的仓储烟叶霉变是个全球性问题，损失十分严重，在烟叶仓储损耗中占着极大的比例。烟叶霉变后，会发生物理和化学等变化，从而不同程度地破坏了烟叶商品的使用价值，有些霉菌还产生毒素，引起吸烟者中毒，影响人的健康。烟叶霉变的实质就是霉菌将烟草作为寄主而从中摄取营养物质进行繁殖的过程。烟叶在霉变过程中，霉菌摄取其糖类蛋白质和水分等营养物质，分解烟草成分，破坏其组织结构，其排泄出青、绿、黑色素和霉腐臭气，使烟叶霉变变质，丧失商品的使用价值（范坚强 1992）。烟叶霉变一方面是由于高温高湿的气候条件，另一方面是由于仓储烟叶水分含量过高、包装破损、运输过程中遭雨淋水侵、仓库漏雨或积水等管理措施不当造成。引起烟叶霉变的微生物主要包括曲霉、青霉、根霉、毛霉、木霉、枝孢霉、链格孢霉、镰孢霉等引起（继法等 1994）。
