微波技术防烟叶霉变研究

李 倩，苏 扬，王 毅，马永凯，季秀玲，魏云林，*

（1.昆明理工大学生物工程技术研究中心，云南昆明650500；2.红塔（烟草）集团有限责任公司技术中心，云南玉溪653100）

烟叶的自然醇化或人工发酵是提高烟叶燃吸品质和可用性的重要环节之一，为了达到加工品质，一般必须储存1～2年的时间[1]。由于烟叶吸湿性强，而烟叶中又含有微生物生长所需要的各种营养物质，如葡萄糖、蛋白质、有机酸、烟碱等，一旦条件适宜，烟叶极易滋生各种微生物而发生霉变[2]，而烟叶霉变后，其内含物会被迅速分解，正常的结构遭到破坏，失去使用价值，造成重大经济损失[3]。有关烟叶防霉技术的相关报道较少，目前常见的防霉方法是采用化学防霉剂[4]，但涉及安全问题，很难找到高效低毒的防霉剂。近年人们也尝试过辐射防霉、臭氧防霉等技术，但这些技术均不同程度存在不利于环境安全、影响烟叶醇化和外观品质等问题[5]。目前研究表明，环境湿度和烟叶含水率是影响烟叶霉变的关键因素，在潮湿、高温或无氧等条件下进行发酵时，烟叶中的微生物主要是霉菌[6-8]。由此可知，严格控制烟叶含水率并及时杀灭霉菌才是防止烟叶霉变的根本方法。微波技术作为一种新型技术，具有较为理想的杀菌作用，目前已在各类食品工业中得到应用[9-10]。微波杀菌具有加热时间短、杀菌均匀、食品营养成分和风味物质破坏和损失少等特点，既能杀灭各种细菌，又能防止其贮藏过程中的霉变[11]。目前的研究表明，微波杀菌的原理在于由微波产生的温度场热效应和电磁场非热效应均能杀菌[12]。本实验研究了各微波条件对烟叶含水率的控制及霉菌的杀灭效果，同时探讨了微波在烟叶存储、加工过程中防霉的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

烤烟KC3F 产自云南玉溪，品种为K326，年限为2009年，等级为C3F即中部桔黄三级，简写为KC3F，由云南玉溪红塔集团技术中心提供。

P8023CTL-K4型微波炉 额定输出功率1300W，微波输出功率800W，微波频率2450MHz，广东顺德市格兰仕电器实业有限公司；KBF240型恒温恒湿箱、KB240型恒温精密培养箱、FED400型热风循环式精密烘箱 德国Binder公司；HV-110型高压灭菌器 日本Hirayama公司；36100-24型超净工作台 美国Labconco公司；恒温摇床CERTOMAT○RBS-T 德国B.Braun公司。

1.2 实验方法

1.2.1 烟叶水分测定 按照YC/T31 1996《烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》执行。

1.2.2 烟叶中霉菌数测定 在无菌条件下，称取烟样25.0g，加入到装有225mL灭菌生理盐水的三角瓶中，放在200r/min的摇床上振荡30min，充分洗下霉菌孢子，制成1∶10的稀释液；再吸取l0mL 10-1稀释液到90mL灭菌生理盐水中，制成10-2稀释液，如此继续，再分别制成10-3、l0-4、l0-5等适宜的稀释度。每一个稀释度分别取2×1mL加入2个培养皿中，然后分别倾注约15mL 50～60℃孟加拉红培养基混匀制成平板，（28±1）℃培养2～5d，计数生长的霉菌菌落数。

杀菌效果即杀菌率的计算方法采用如下公式：

杀菌率（%）=（No-Nt）/No×100

式中，No-初始菌数；Nt-处理后残存活菌数。

1.2.3 微波处理效果的单因素实验

1.2.3.1 微波作用功率的筛选 称取50g含水率为25.47%的烟样共5份，分别置于灭菌干燥的直径18cm的培养皿中，均匀铺开置于微波炉中，设定功率为160、320、480、640、800W，即输出总功率的20%、40%、60%、80%、100%；处理90s，重复三次通过比较含水率和杀菌率来确定合适的处理功率。

1.2.3.2 微波处理时间的筛选 称取50g含水率为25.47%的烟样共5份，放人微波炉中，在相同微波功率条件（800W）下，设定微波处理时间为30、60、90、120、150s，重复三次，以确定合适的微波作用时间。

1.2.3.3 不同物料量的筛选 选取含水率为25.47%的烟样，分别称取25、50、75、100、125g，在相同的微波功率（800W）条件下和相同作用时间（90s）下进行微波杀菌处理，重复三次，以确定合适的物料用量。

1.2.4 微波处理效果的正交实验 选取微波功率、微波处理时间、物料量三个因素，每个因素三个水平，以烟叶含水率和杀菌率作为观察指标，采用L9（33）表进行正交实验，对微波作用条件进行优化。

表1 微波处理烟叶条件的因素水平表Table 1 Factors and levels of tobacco by microwave heating

1.2.5 烟叶品质评定 称取一份正常含水率（12.43%）的KC3F烟样以及称取3份含水率较高（25.26%）的KC3F烟样，每份100g，分别均匀放置于洁净的烘盘中，并做如下处理：

对照样品1：正常水分（12.43%）烟叶，不作微波处理。

对照样品2：高水分（25.26%）烟叶，不作微波处理。

处理1：高水分（25.26%）烟叶，最佳微波工艺（800W，120s）处理。

处理2：高水分（25.26%）烟叶，800W，135s处理。

将以上处理完毕的四个样品分别制成烟支，放入温度为20℃，相对湿度为50%的恒温恒湿箱中，平衡24h后取出并将其切成烟丝制成烟支，由红塔集团技术中心专业评吸人员按评吸标准DB53/T 128-2006《玉溪优质烤烟单料烟感官质量评吸方法》对烟叶品质进行评定。

1.2.6 微波作用后防霉效果观察 选取含水量分别为12.43%、25.47%和31.19%的3种样品，编号为a、b、c，分别称取各两份，每份100g，其中一组不用微波处理作为对照实验，另外一组用最佳微波条件（800W、120s、100g）处理，处理完毕后分别放置于干净培养皿中且敞开皿口放入室温条件下，观察霉变时间。

2 结果与讨论

2.1 不同微波功率对烟叶含水率和霉菌总数的影响

相同处理时间（90s）下，不同微波输出功率对杀菌烟叶含水率和杀菌率的影响见表2。

表2 微波处理功率对烟叶含水率和霉菌数量的影响Table 2 Effect of microwave output power on the tobacco moisture and molds count

由表2可看出，随着微波功率的增加，烟叶含水率逐渐降低；微波功率对烟叶杀菌效果有着显著影响，功率小于480W时，霉菌总数逐渐减少，当功率达到640W时，霉菌数量开始骤减，800W时，杀菌率可达99.07%；因此选定480、640、800W作为下一步正交优化实验的水平值。

2.2 不同微波作用时间对烟叶含水率和霉菌总数的影响

800W功率下，不同作用时间对杀菌烟叶含水率和杀菌率的影响见表3。

由表3可以看出，微波作用时间对烟叶含水率降低有显著效果，并且随着微波处理间延长，烟叶的含水率迅速降低，90s后烟叶含水率即可降到正常水分，即按国家准GB/T 23220-2008《烟叶储存保管办法》规定，烟叶正常含水率需≤13%；800W功率条件下，霉菌存活总数随微波作用时间的延长而降低；30～90s内霉菌总数逐渐降低，90～120s内活菌总数急速下降，到达120s时可将50g烟叶中霉菌全部杀灭，150s虽然杀菌效果很好，但导致了烟叶出现了局部焦糊现象，这可能是由于烟叶中水分含量太低，而加热时间过长使烟叶局部过热而导致。因此在进一步优化处理参数时选择杀菌时间60、90、120s。

表3 微波处理时间对烟叶含水率和霉菌数量的影响Table 3 Effect of microwave heating time on the tobacco moisture and molds count

2.3 物料量对微波杀菌效果的影响

由于物料量的不同会使得堆放厚度不同，从而会直接影响到烟叶的含水率和杀菌率，因此也将其归为影响因素之一。物料量对杀菌烟叶含水率和杀菌效果的影响见表4。

表4 物料量对微波处理效果的影响Table 4 Effect of material dosage on microwave heating

从表4可以看出，微波对烟叶含水率的作用效果随物料量的增加而降低，当物料量在50～100g内烟叶含水率均可达到标准要求，而大于100g时则水分超标；物料量对杀菌效果的影响相对比较复杂。其中烟叶量为25g时的杀菌效果相对较差，这可能是因为物料量较少，微波杀菌时烟叶中水分快速蒸发，使其含水量过低，可吸收的微波能减少，而水分含量对杀菌效果影响是比较大的，水分的存在能明显提高杀菌效果[13]；物料量为75g和100g时，霉菌均可全部被杀灭，而当物料重量大于100g，杀菌效果也不好。故选50、75、100g作为正交优化实验水平值。

2.4 正交实验

从单因素实验中可知，影响微波杀菌实验的主要因素有微波功率和灭菌时间。另外，物料重量的多少对前二者因素的作用效果也有直接影响，因此选择物料量50、75、100g，功率480、640、800W，作用时间60、90、120s进行正交实验。正交实验方案及结果见表5，结果分析见表6。

表5 微波处理烟叶条件的L9（33）正交实验结果Table 5 Orthogonal test design and the results of microwave on tobacco

表6 方差分析结果Table 6 Analysis of variance

根据正交实验结果，含水率最低和杀菌率最高的组合均为A3B3C3，因此，选择功率800W，时间120s，物料量100g为最佳组合；极差结果显示，在含水率的控制效果中三者因素作用强弱为：微波处理时间＞微波功率＞物料量；而对于杀菌效果作用强弱则是：微波功率＞微波处理时间＞物料量，且由方差分析可知，微波功率对杀菌效果的影响为极显著（p＜0.01），而对含水率影响效果为显著（p＜0.05），这与相关微波技术的研究报道结果相一致[14]。微波处理时间对含水率影响为极显著，而对杀菌效果影响为显著，这可能是加热时间越长，水分蒸发越多的缘故；而物料量对杀菌效果和含水率影响均不显著。

2.5 微波处理对烟叶品质的影响

由于在实际生产应用中，烟叶的感官质量是烟叶价值的决定性因素，因此在考虑杀灭霉菌的同时还需要兼顾烟叶的品质。评吸结果见表7。

表7 感官品质评吸结果（分）Table 7 The evaluation results of organoleptic quality of the tobacco（score）

由表7可看出，对照2即高水分烟叶品质较对照1正常水分的烟叶品质有明显下降，主要体现在香韵的清甜度、香气量及浓度的降低；而经过最佳微波条件处理过的烟叶即处理1其品质较对照2有明显的提高且接近于对照1的烟叶，主要表现为其香韵增加及浓度的回升，且香气量增加，但香气质不如对照1；另外，经800W、135s微波处理即处理2的烟叶品质由于烟气不清晰，枯焦程度较重、回味较苦而大大影响了烟叶品质。

2.6 微波处理后的烟叶防霉效果

微波作用后的烟叶防霉效果见表8。从表8可知，经微波处理后的烟叶和处理前比较，处理前由于烟叶含水率较高且含有大量霉菌，导致烟叶在较短时间内就发生霉变，当烟叶含水率达到或超过31.19%时，烟叶5d即可发生霉变，而经微波处理后其含水率可迅速下降到12.56%，达到标准水分要求，且霉菌基本都被杀灭，40d后仍未有霉变发生，由此可知经微波处理能快速、有效地阻止含水率偏高的烟叶发生霉变。

表8 微波处理前后烟叶霉变的比较Table 8 The tobacco moulds comparison before and after the microwave treatment

3 结论

3.1 单因素正交实验研究结果表明，利用微波对烟叶尤其是含水率偏高的烟叶进行霉变控制是可行的，影响烟叶微波杀菌效果的主要因素是微波功率和杀菌时间，且二者与杀菌效果成正比关系。

3.2 以杀菌率和含水率为考察指标，采用正交实验所得的烟叶最佳微波杀菌工艺条件为：微波功率800W，微波处理时间120s，物料量100g。

3.3 微波处理前后的烟叶品质评吸研究表明，经最佳微波条件处理后烟叶较处理前相比，烟叶品质得到明显改善。微波功率800W，微波处理时间超过135s时则会对烟叶品质造成不良影响。由此可见，利用微波进行烟叶霉变控制，掌控好微波作用时间是关键。

3.4 微波处理前后的烟叶霉变时间研究结果表明，高水分烟叶在较短的时间内即发生霉变，而经微波处理后的烟叶40d后仍未发生霉变，因此可知，利用微波进行烟叶防霉有较好的效果。

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