烘烤过程中烟叶霉变研究进展

苏家恩，典瑞丽，陈二龙，范志勇，朱 凯，王德勋，王新中，孙军伟

(1.云南省烟草公司大理州公司，云南大理 671000；2.中国烟草总公司职工进修学院，河南郑州 450008；3.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002)

烟叶在烘烤过程中烟叶霉变主要是指烘烤过程中变黄中期至定色前期烟叶叶基部主脉腐烂和霉菌的生长繁殖。烘烤过程中烟叶在变黄期和定色前期属于活体，期间烟叶处于高温和干旱胁迫，促使烟叶变黄、变香和变干，但胁迫不当，造成烟叶组织损伤和坏死，进而为微生物的入侵创造条件。烟叶自身的水分和营养物质为微生物的生长繁殖提供保障。近年来，关于烟叶霉变的研究大多集中在烤后烟叶于储存期间的霉变，且研究的切入点主要为储存期的温度和相对湿度，致使烟叶霉变的微生物等，但对于烘烤期间烟叶霉变发生的研究甚少。由于烘烤过程中烟叶仍可进行代谢活动，为此，笔者对烘烤过程中烟叶霉变的表现和研究进展进行了概述，并提出研究烘烤过程中烟叶霉变的新方向，为烘烤中烟叶霉变的防控提供依据。

1 烘烤过程中烟叶霉变的表现

烘烤过程中烟叶霉变主要发生在小气候较为突出和烘烤设备不足的区域，如江西省、福建省和云南省等局部区域[1-2]，其烘烤过程中烟叶霉变的原因主要为两大部分：第一部分为烟草在大田期长期处于多雨寡日照，造成烟草营养物质积累不充足，抗性减弱，此外高温高湿的环境适宜于微生物的生长繁殖；第二部分为烘烤过程中的烘烤设备不足，为微生物的生长繁殖营造适宜的环境条件，烘烤工艺模式化，造成烟叶组织损伤，且不能改善适宜于微生物生长繁殖的局部区域。烘烤中烟叶霉变现象主要表现为变黄中期主脉变褐，且伴随少量的霉菌；变黄后期霉菌在烟叶叶基部主脉大量繁殖，且主脉腐烂较为严重；定色前期霉菌生长繁殖受到抑制，而主脉腐烂仍然继续，但腐烂趋势逐渐减弱，之后腐烂终止。烟叶霉变在烤房中的发生位置主要是低温高湿层，在叶片上的发生位置主要为主脉和支脉；易霉变烟叶主脉皮层的细胞结构易破损，受损程度越大，其主脉越易发生霉变。烟叶在烘烤过程中若发生霉烂症状后，烘烤损失会增加2.3%～3.7%(其中烟叶质量损失0.76%～0.92%，烟叶等级降低损失1.54%～2.78%)，平均至少损失1 552.5元/hm2。

2 烘烤过程中烟叶霉变的研究进展

烟叶在烘烤中发生霉变具有一定的规律可循，陈二龙等[3]研究表明，霉变规律的发生与周围环境有关。许大凤等[4]分析指出，烟叶霉变发生时间与周围空气中相对湿度有关，其相对湿度越大，烟叶发生霉变的时间越短。黄福新等[5]研究得出，烟叶开始发生霉变的时间与其所处环境的温度表现为抛物线的线性关系，最适温度条件下烟叶发生霉变的时间最短，低于最适温度不利于霉变的发生，高于最适温度抑制烟叶霉变。彭清云等[6]、朱桂宁[7]认为，影响烟叶霉变发生的重要因素是其周围环境的温度和湿度；曾婷英等[8]则认为，致使烟叶发生霉变的最重要因素是湿度，并且陈二龙等[3]指明，烟叶所处区域的相对湿度越大，则烟叶霉变程度越严重。

烟叶在烘烤过程中，其发生霉变的趋势有层次和阶段划分，王涛[9]研究表明，烤房中烟叶霉变与装烟层次有关，低温层至高温层烟叶的霉变程度呈现逐渐减弱的趋势。曾婷英等[8]分析指出，烘烤过程中的变黄前期，烟叶开始发生霉变；变黄中期，烟叶的霉变发生率快速增加；变黄后期，其霉变发生率逐渐减缓；强调烤房内烟叶处于36～40 ℃和75%～85%相对湿度中，容易导致霉菌在烟叶表面滋生。

有效防治烘烤过程中烟叶霉变的措施较少，苏家恩等[1]利用药剂防控烘烤过程中烟叶霉变，筛选出百菌清、多菌灵和甲酸锰锌防控烟叶霉变；宋朝鹏等[10]采用振荡式内循环、振荡式运动和阶段式单向缓排湿，有效控制烘烤过程中烟叶霉变。

3 烘烤过程中烟叶霉变的研究方向

3.1鲜烟叶的宏观特性判定烘烤中烟叶霉变特性烤烟在烘烤过程中的霉烂发生与外在环境有关，同时与自身的内在成分有关(组织水、水活度、主脉表皮质地和中柱与茎截面的纵横比)。水活度与酶促反应、非酶反应和微生物活度具有一定关系[11]，水活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长，一般说来，大多数细菌为0.94～0.99，大多数霉菌为0.80～0.94，大多数耐盐菌为0.75，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母0.60～0.65；当水活度低于0.60时，绝大多数微生物无法生长[12]，因此烟叶主脉表皮的水活度反映烟叶是否易发生霉变。植物在干旱的条件下，细胞壁木质化程度增加，角质层加厚，致使质地增加，起到抗挤压、机械破坏和抵抗微生物的侵袭等[13]，表皮质地越大，抗微生物侵染能力越强[14]，因此通过制定一个合理的表层质地标准，作为判断烟叶是否易霉烂的指标是可行的。中柱包括木质部(水分运输)、韧皮部(营养物质运输)和髓(物质储存)[15]；木质部是水分运输的主要组织，土壤中水分含量越大，维管柱的直径相对较小，水分运输阻力增加，不利于烘烤过程中烟叶主脉水分的运输，为微生物的生长繁殖提供有力的条件[16-19]，通过中柱反映木质部，可作为判断烟叶是否易发生霉变的指标。中柱与茎截面的纵横比在一定程度上反映物质协调性，表现出烟叶对霉烂发生的抗性。

3.2烘烤过程中霉变烟叶微观结构植物器官的微形态可反映其品质的特性。江泽慧等[20]通过研究杉木品质特性与其微观结构的关系，确立了杉木的力学和物理特性与其微观结构的深层次联系；林娇芬等[21]利用油柿茶的加工研究其组织结构的微观变化，得出主要细胞结构改变对茶叶特性形成的指标；李鸿雁等[22]研究牧草抗寒性与其叶片微观结构的关系，认为牧草叶片的微观结构可作为衡量其抗寒性的重要指标；任媛媛等[23]研究阔叶植物抗旱性与其叶片微观结构的关系，筛选出叶片厚度、上表皮厚度和栅栏组织厚度评价植物的抗旱性。目前，通过扫描电镜获得植物组织的微观结构，已成为研究植物品质的新方法[24-27]。烟草组织微观结构的研究主要集中在大田生育时期，如不同品种[28]、土壤[29]、土壤改良方式[30]和土壤水分[31]等获得的鲜艳叶进行微观结构的观察。烘烤过程中烟叶霉变的微观结构的研究鲜有报道，而通过研究烘烤中霉变烟叶的微观结构，有利于了解烟叶组织与霉变的关系[32]。

3.3烘烤过程中霉变烟叶基因表达

3.3.1烘烤过程中烟叶热激蛋白90。烘烤过程中的烟叶在定色的前期和整个变黄均为活体，然而烟叶该过程处于干旱和高温胁迫，使烟叶变黄，若期间胁迫强度过高，造成烟叶组织损伤，且超出自我修复的能力，促使微生物的入侵，使烟叶的品质降低[33]。上调热激蛋白90的表达，可增强烟叶对干旱和高温的适应能力，减少细胞组织损伤，进而避免微生物的入侵，研究烟叶热激蛋白90的结构与生物学特性，一方面认识热激蛋白90功能的理论意义，另一方面从抗性揭示烟叶霉变特性。热激蛋白90是一种属于分子伴侣的二聚体，具有3个较为保守的结构域，依次为C端结构域(结合底物)、中间结构域和N端结构域(结合ATP)[34]。植物在干旱、盐泽和高温等胁迫的条件下，热激蛋白90表达量明显增加，通过和非蛋白类物质的相互作用，避免发生蛋白质变性，修复已经变性蛋白，减少细胞组织的损伤[35-36]。促使热激蛋白90表达量增加的主要因素是高温胁迫[37]。热激蛋白90具有行驶蛋白空间结构的折叠、初始胁迫信号的传递、底物的活化和激酶等功能[38-39]。热激蛋白90家族成员分布广泛，在真核生物的线粒体、内质网、胞质和叶绿体均有存在[40]。近年来，关于植物热激蛋白90的研究对象主要为小麦、番茄、水稻、大麦和拟南芥[41-45]，目前针对烘烤过程中霉变烟叶的热激蛋白90研究较少[46]。

3.3.2烘烤过程中烟叶热激蛋白70。烟叶烘烤是在高温条件下，促进烟叶失水的胁迫过程，而热激蛋白70在一定程度上避免烟叶在其逆境条件下损伤。热激蛋白70在细胞中分布广泛，通过对其进行定位，主要位于内质网、细胞质、线粒体和叶绿体中[47]。热激蛋白70参与细胞信号的转导或阻止蛋白质发生错误折叠和凝聚[48]。李慧聪等[49]研究玉米在高温胁迫下热激蛋白70的表达量，结果表明在42 ℃高温诱导下，玉米热激蛋白70在2 h的表达量最大；张杨等[50]研究热激蛋白70基因在菊花脑中的表达分析，筛选结果表明菊花脑在42 ℃高温诱导下，其表达量在3 h 达到最高，当热激时间持续到6 h 时，其基因的表达量快速下调。热激蛋白70参与热激反应的前提需要与钙-钙调素结合[51]，此外，热激蛋白70行使功能可通过ADP-苹果酸酶与其形成复合体[52]。目前，关于烘烤过程中烟草热激蛋白70与烟叶霉变的研究鲜见报道。

4 展望

烘烤过程中烟叶霉变极大地损失烟农的收益，且烘烤过程中霉变烟叶的霉菌孢子残留于烟叶上，如果不及时处理，将致使储存期间烟叶发霉，造成烟叶质量和品种的损失，不利于工业的生产。目前防控烘烤过程中烟叶霉变措施主要从微生物着手，但实际空气中均存在微生物，因此单从微生物着手，防控能力有限。微生物的生长繁殖需要营养物质，而烟叶能为其提供所需，但烟叶自身具有防御机制，抵抗微生物从中获取营养物质，一旦烟叶细胞组织损伤，防御能力下降，或鲜烟叶本身防御机制弱(烟叶素质差)，微生物即可入侵烟叶，使烟叶发生霉变。因此，研究烘烤过程中烟叶霉变，应该从两大方面开展，一方面为鲜烟物理特性(宏观特征和微观结构)，另一方面为烟叶内部代谢机理(抗性基因表达)，进而为防控烘烤过程中烟叶霉变提供依据。

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