烟叶陈化中的微生物多样性及其对烟叶品质改良的研究进展

梅涌　姜兴涛　刘辉

摘要：综述烟叶陈化微生物的种类及微生物在烟叶陈化过程中的多方面作用，进行了烟草陈化微生物研究展望。

关键词：烟草；陈化；微生物；烟叶品质

中图分类号：TS44+4 文献标识码：A 文章编号：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

烟草是世界范围广泛种植的经济作物，中国是世界上最大的烟草生产国和消费国，烟草行业所带来的经济效益日益突显，其利税也为食品行业之首，成为创造财政收入的重要产业[1]。

随着烟草行业的发展，人们对烟草的品质有了新的要求，消费者希望可以吸食烟气更好，毒性更低，口感更佳的香烟。面对这种需求，烟厂对烟草及香烟进行积极改良，从前期烟草种植、草种选育和收割成熟度，到中期的处理工艺，包括初烤、打叶复烤、陈化、复烤、加香处理，到最后期香烟的滤棒处理，都有了新技术、新进展，极大地提升了香烟的品质和香气。

烟草处理过程中，陈化被公认为是提升烟叶品质的关键环节[2]。烟叶陈化是由烟叶中微生物作用的一种复杂生理生化过程，该过程不仅可以有效提高烟叶的香气物质，同时降低烟叶中的蛋白质、淀粉、果胶等物质的含量，提高香煙的口感。

1 烟叶陈化方法

烟叶陈化主要有2种方法，自然陈化和人工陈化，中国主要采用人工陈化方法。自然陈化就是将烟叶存放于自然环境中，在自然条件下长时间发酵。周显升等[3]研究表明自然陈化时间以23～39个月为最佳。胡有持等[4]研究表明，自然陈化时间越长，烟叶中的香气物质含量越高。但是自然发酵的时间过长，不利于烟叶的生产而且提高了烟叶成本。人工发酵是指人为设定温度和湿度，使烟叶较快陈化。该方法时间短，烟叶品质提升明显，经济性好。但是香气、吸味、色泽等都不及自然陈化烟叶。无论是自然陈化还是人工陈化，都是利用微生物改善烟叶性状。

2 陈化烟叶表面的微生物种类

陈化烟叶表面微生物种类主要包括细菌、真菌、放线菌。韩锦峰等[5]对陈化期烤烟表面微生物进行分离和鉴定，结果表明陈化过程中微生物数量均逐减少，微生物以芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属为主，没有酵母菌。邱立友等[6]对63个烤烟不同陈化期间微生物种类进行研究，发现杆菌、曲霉是细菌和真菌的为优势菌群，主要有芽孢杆菌属、梭菌属、链霉菌属、曲霉属和青霉属。祝明亮[7]采用ATB系统对陈化烟叶表面微生物进行分析，鉴定出黏红酵母、罗伦隐球酵母和粗壮假丝酵母。王玥等[2]研究烟叶细菌种类，发现烟叶表面存在着大量的假单胞菌属、不动杆菌属、代尔夫特菌属和泛菌属等多个种群。Michele等[8]对烤烟烟叶表面微生物进行动态研究，发现在发酵早期酵母菌为优势菌株，乳酸杆菌属和葡萄球菌属随后，后期芽孢菌属和放线菌属是主要的微生物菌群。

陈化发酵烟叶表面微生物的种类与烟叶的产地、品种陈化时间等诸多因素有关。如果根据不同地域的烟叶特点，充分利用陈化烟表面的微生物，不仅可以推动烟叶发酵过程中物质转化，而且可显著提升烟叶的品质。

2.1 可培养微生物

为了加快烟叶陈化的速度，节约烟叶生产成本，研究人员倾向性分离可培养的陈化微生物用于陈化烟叶。Tamayo等从西班牙烟叶中分离得到芽孢杆菌和球菌，Pounds[9]在烟叶样品分离出嗜热性酵母和细菌，朱大恒等[10]分离得到的主要菌属为芽孢杆菌属和梭菌属，赵铭钦等[11]发现芽孢杆菌是主要细菌菌群，而曲霉和青霉是霉菌优势菌群，链霉菌是主要的放线菌菌群。

2.2 不可培养微生物

自然环境下的微生物可以实验室分离培养的不到10%，传统研究微生物群落主要是通过特定培养，从而导致大部分微生物信息无法获得。随着分子生物学的发展，对陈化烟叶表面微生物的研究更为精细。Michele等[8]利用分子生物学技术并结合培养方法，发现意大利烤烟中的微生物多达几十种，远比之前发现种类要多。Huang[12]通过RFLP技术结合测序和生物学信息学运用，测定陈化烟中在0和24个月内的微生物变化，并作出详细系统发育树。Su等[13]通过对津巴布韦烟叶陈化前后微生物进行测序，发现陈化后微生物种类有明显变化。Zhao等[14]应用PCR-DGGE技术，对烟叶不同陈化时期的叶面微生物变化进行分析，发现了3种不同培养的细菌。陈竹亭等[15]利用分子克隆技术，分析了陈化烟叶细菌多样性，发现了变形菌属是最为丰富的菌群。分子生物学和高通量测序技术，不仅帮助研究人员认识和了解陈化烟叶上的微生物种类和分部，而且有助于在实践中指导生产工艺，顺利提高陈化烟的品质。

3 微生物陈化改善烟叶品质的作用

烟叶陈化主要目的是利用烟叶表面的微生物调节烟叶中的化学成分。影响烟叶品质的化学物质主要有蛋白质，氨基酸，烟碱等，只有将这些物质在一定程度上达到协调，烟叶的品质才会有所改良。陈化烟叶微生物可以有效调节物质平衡，降低有害物质，提高烟叶香气。

3.1 降低尼古丁作用

尼古丁是烟叶中主要有毒物之一，烟叶中的尼古丁含量过高，会影响到烟叶的吸味和香气，增加烟草的危害。在烟叶生产中控制尼古丁的含量，具有较重要的现实意义。Chen等[16]通过筛选，获得一株可以有效降低尼古丁含量的荧光假单胞菌，主要是依靠荧光假单胞菌代谢产生酶降解尼古丁。Geiss等人分离得到纤维单胞菌，能够降解陈化烟中的硝酸盐和烟碱。陈洪等[17]进行微生物降解烟草中尼古丁研究，发现利用人工微生物酶法对烟叶的烟碱进行降解的速度是自然陈化降解的几十倍甚至几百倍。马林等[18]在昆明烟厂附近土壤中筛选得到一株节杆菌属细菌，可有效地降解烟草中的烟碱。周通等[19]从废弃烟草及其污染的土壤分离出一株嗜烟碱节杆菌，在48 h内烟碱降解率为83.2%。降解烟碱的微生物主要以节枝杆菌属和假单胞菌属为主，其中节枝杆菌属的降解机理研究相对清楚，而其他类型的微生物代谢机理和作用模式尚不明确。endprint

3.2 降低蛋白质和氨基酸

烟叶中蛋白质含量直接影响烟叶的质量和等级，优质烟叶蛋白质含量要在一定的适宜范围内。蛋白质含量随着陈化时间的增加而降低。蛋白质含量过高，卷烟的燃烧不好，且产生焦味，烟气中的有害物质也会增加，对烟叶的香味和安全性产生严重不良影响，因此降低烟叶中蛋白质含量，对于改善烟叶品质十分重要。微生物对蛋白质的降解作用是微生物或其分泌的酶等物质将烟叶中的蛋白质分解。研究证明，微球菌、巨大芽孢杆菌属、芽孢杆菌属单独或混合使用都可以有效地降低烟叶中的蛋白质[20，21]。烟叶中的蛋白质被分解成氨基酸和小分子肽，其中氨基酸是烟气中酰胺和腈化物的主要来源。为了进一步降低烟草对吸烟者的危害，降低氨基酸含量的技术也受到研究者的关注。Marshall等[22]利用益生菌降解烟叶中的天门冬氨酸，从而降低了烟雾中的丙烯酰胺。

3.3 提高烟叶香气

利用微生物陈化烟叶可以提高烟的香气。研究者发现，通过在陈化烟叶上接种微球菌属以及杆菌属，显著改善了烟叶的香气[23]；利用枯草芽孢杆菌和环状芽孢杆菌两种微生物处理烟叶，烟叶质量显著提高；在烟叶陈化过程中添加巨大芽孢杆菌，可使大多数香气成分显著增加[24]；用4种增香菌和淀粉酶、蛋白酶配制成烟草陈化增质剂，可以显著改善烟气，减少烟气中杂气及刺激性物质的产生[25]；利用从烟叶上分离的真菌，进行烟叶陈化，能显著提高烟叶香气质量，吸食口感更佳[26]。

4 展望

烟叶表面微生物研究依然处在发展阶段，大部分的烟叶表面微生物还没有得到纯培养；烟叶微生物研究处于单一菌株的研究和应用阶段。烟叶陈化是多种微生物共同作用的结果，混合微物生的研究将成为未来发展的主要方向。随着科学的发展，烟叶陈化微生物的研究将会更为深入，烟叶的品质也将会得到更大的提升。

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