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| 生物酶技术在烟草中的应用研究进展 | | 作者:夏炳乐、颜春雷、李敏莉、张虹、王德平 更新日期:2008-5-12 | | 烟草在线摘自《烟草科技》
在改善烟草品质方面的应用
1 单种酶的应用
王革等，采用蛋白酶对不同时期及不同品质的烟草进行处理，通过对比不同浓度蛋白酶处理及不同温度变化的组合试验发现，温、湿度对蛋白酶作用于烟草的影响相当大，时间也是一个重要因素，可通过控制这3个要素来调节烟草蛋白质的降低程度。姚光明等通过不同种类的蛋白酶作用于烟草的效果试验发现，中性蛋白酶对烟草中蛋白质的降解作用最为明显。Babler S在研究了干烟草中的蛋白质水解酶后发现，人工调制的烟草没有蛋白质水解活性，香气差；晾制的烟草具有蛋白质水解活性，香气好。半胱氨酸能激活这种蛋白酶，可作为蛋白酶降解烟草中蛋白质的激活剂。另据Boucherville等报道，加蛋白酶和表面活性剂的先后顺序不同，蛋白质含量的降低程度也有差别。
姚光明等和李晓等发现，在真空破膜条件下，淀粉酶和糖化酶降解烟草中的淀粉效果显著，在加淀粉酶的同时，如再加入其它添加剂更有助于烟草品质的提高。李祥麟等声称，由淀粉酶和过氧化氢混合溶液及除杂剂组成的烟草变色发酵剂处理的烟草，其总糖含量增加，氯、蛋白质和烟碱等的含量降低，低次烟的颜色可提高1—2个等级，吸味也得到改善。霉变的烟草经该变色发酵剂处理后，可消除其霉斑和霉味。
邓国宾等用由DPE-005菌株产生的含有果胶酶的溶液处理玉溪B3F烟叶，烟叶的果胶质含量降低了18．15%，烟气中的杂气和刺激性减轻，吸味品质得到改善。
周瑾等用由烤烟叶面分离的微生物菌株进行固体发酵培养，发酵产物中提取出对烤烟烟叶纤维素组织有针对性作用的纤维索酶。用这种酶处理玉溪B3F烟叶，烟叶的还原糖上升了4．39％—22．38％，香气增加，吸味改善，刺激性降低。
符云鹏等用浓度为1．0 mmol／L聚乙烯吡咯烷酮溶液喷洒白肋烟，对多酚氧化酶的活性抑制率可达54．55％，能有效抑制白肋烟的酶促褐变，而且对白肋烟的内在质量无不良影响。Kierulff等研究用酚氧化酶处理烟草以降低多酚含量的方法，还提供了用吡咯烷酮作为吸收剂吸收多酚的方法，吕作新等在研究了烘烤过程中酶促棕色化反应发生的条件后提出了3种控制酶促棕色化反应的方法：①科学地控制烤房内的温、湿度条件，保持环境温度与烟草变黄程度和失水程度同步，合理调控多酚氧化酶的活性；②根据多酚氧化酶在不同酸碱条件下活性的变化规律，于烘烤的不同时期在烤房中放入一定酸碱度的K、Ca、Mg 盐溶液或通入一定量的CO2，以调控烟草所处环境的pll值，促使烟草中的多酚氧化酶逐步失活；③使用促进剂或抑制剂以增强烟草非酶棕色化反应的能力。
1．2 多种酶的综合应用
在发酵过程中，仅用一种外加酶对烟草进行品质调控是片面的，而同时添加两种或更多的酶，比仅加一种酶在改善烟草的化学成分、提高其吸味品质方面有更大的优势。丁峰等研制出一种含有蛋白酶、多糖酶、碳水化合物以及钾盐和微量元素的烤烟烘烤调质活化剂。
闫克玉等在烟叶上施加—定量的纤维素酶和果胶酶，在一定条件下使部分细胞壁物质降解，以提高烟叶的品质和使用价值。此外，陈洪等将蛋白酶液和淀粉酶液分别添加到烟草中，结果表明，加酶处理会使烟草淀粉水解为可溶性糖，蛋白质降解为氨基酸张立昌分析了用酶处理烟草以改善其吸味品质的可行性，制备的酶制剂适合在打叶复烤时添加，对自然陈化或人工发酵烟叶的质量有明显的改善作用。
刘维涓等采用固定化酶技术研制出一种新型生物改性添加剂，并将其应用于膨胀烟丝，使膨胀烟丝的品质得到了明显改善，工业可用性提高。她研制的另一种膨胀烟草生物添加剂是由烟草蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、糖化酶、纤维改性剂、维生素与水制成，据称能有效降低不利于烟草吸味品质的成分，且不会给烟草带来负面影响。易彤军发明了一种以木爪朊酶(或植物淀粉酶或二者的复合物)为主要原料的烟草品质改良剂，可以使卷烟厂在霉雨季节照常生产。宋桂经用含纤维素酶、果胶酶、木质酶及蛋白酶的多种酶系的微生物复合酶处理低次烟草，具有明显地提高烟草内在质量的效果。
Hersh等称，将一种酶催化剂和超氧化物歧化酶(SOD)加入滤嘴、烟草中或用这种混合抗氧化剂处理斗烟和卷烟纸，可消除或降低卷烟烟气自由基(FR)。该混合物中包括l—谷胱甘肽、过氧化氢酶和SOD等抗氧化剂酶，这种含SOD的抗氧化剂混合物能够消除，中和由燃烧或者加热烟草制品释放出的FR，从而减轻吸烟对人口咽腔、呼吸道以及肺部造成的损伤。
2 在防治病虫害方面的应用
陶刚等采用指形管培养法分别测定几丁质酶粗酶液和纯化的几丁质酶混合液(2种几丁质酶)对烟草赤星病菌孢子萌发的抑制作用。结果表明：较高浓度(25．2 U)几丁质酶粗酶液在48h内强烈抑制孢子萌发和芽管伸长，或致芽管畸形和细胞壁破裂；几丁质酶混合液对赤星病菌的孢子萌发也表现出明显的抑制作用，在相同或相近酶活性条件下，纯化的几丁质酶混合液(9．4 U)和粗酶液(12．6 U)对赤星病菌孢子萌发处理24 h的抑制率分别为46％和84．3％。几丁质酶粗酶液浓度越高，对赤星病菌孢子萌发抑制时间越长，抑制率越高，浓度为4．9、9．8、19．5 U／mL处理后7d的抑制率分别为36．8％、56．2%c和57．6％。
3 酶和微生物技术的综合应用
3．1 改善烟草的吸味品质
1988年，余永茂等利用微生物酶加速低次烤烟的发酵试验取得了—定的效果。2001年，马林将酶解和微生物发酵等生物技术综合用于改变低次烤烟的化学组分，有效降低了对吸味品质不利的蛋白质及小分子含氮化合物如氨等，烟草香气增加，刺激性显著降低，杂气轻微，余味干净。马林等从昆明卷烟厂附近的土壤中筛选出一株具有高效降解烟碱能力的细菌。在100g烟丝中分别加入2mL该菌酶澈(酶蛋白浓度10．15mg／mL．)和菌液(109个／mL)，各培养2d和7d，其烟碱分别降低了15．2％和22．1％。汪长国等，将由有益微生物制备的微生物制剂于采收前喷加在烤烟上部烟叶表面上。结果表明：处理烟叶的氨基酸总员有所降低，香味成分含量总体有所增加，少数人现为降低，而且大部分含量增加的香味成分随着该制剂施加量的增加而增加，蛋白质分别降低了22．47％、23．53％，香气量有所增加、香气质有所提高、刺激性减小，余味、杂气有一定的改善。
赵铭钦等利用优势增香菌种和高生物活性的微生物酶配制而成的烟草发酵增质剂，具有促进烟草内部有机物质分解与转化、加速烟草发酵进程等作用，对提高卷烟的整体体香味质量作用明显，周瑾等将具有高蛋白酶活性的菌株接种到灭菌后的烟末中进行固体发酵，明显改善了卷烟品质。王革从烟草中分离出高产蛋白酶微生物，通过发酵培养后用来降低烟草中的蛋白质含最，一些产蛋白酶微生物同时具有抑制烟草霉菌的作用。任军林等通过在烟丝中添加一定浓度的高活性微生物转化酶并在—定温度下贮存2h以上试验发现，该微生物转化酶可以增加卷烟香气，消除或减轻烟气的杂气和刺激性。赵铭钦等利用4种优势菌种和高生物活性的a—淀粉酶以及蛋白酶等配制出烟草发酵增质剂，对人工发酵和自然陈化过程中烤烟的增质增香效果进行了试验，结果表明，该增质剂处理的烟叶香气质改善，香气量增加，杂气和刺激性减轻，糖、氮、碱等主要化学成分及其比值趋于协调。同时，烟叶的发酵进程缩短，且无烟草发生霉变。周氏春等采用木质素降解微生物及木质素降解酶处理烟梗，结果表明，处理烟梗的木质气、刺激性明显降低，可以满足中高档烟的要求。
早在1975年，布朗•威廉森公司就利用假单胞杆菌(Pseudomonas plaid)对烟草中的烟碱进行降解，发现用假单胞杆菌液对白肋烟和烤烟的混合烟丝(1：1)处理18 h后，烟碱含量平均从2．00％降低到0．85％，每支卷烟的烟碱含量从1．58 mg降到0．98mg。1978年，该公司又尝试用纤维单胞菌来降低烟水中的烟碱和硝酸盐的含量，发现处理后的白肋烟的硝酸盐和烟碱的含量分别从3．54％和1．42％降低到0．22％和0．32％。
Newton等和Gravely等称，用营养培养基、含硝酸盐培养基、含烟碱和硝酸盐培养基培养C．sp．和P putida.，然后用这些培养物或其上清培养液好氧或厌氧处理烘烤过的白肋烟，或采用烟叶的水提物培养细胞，然后再加到已经风干的烟叶上，可以降低烟草中的硝酸盐和烟碱的含量，而不损失烟草的香气和吸味，同时还降低了烟气中的NO、HCN和烟碱的含量。
3．2 防治病虫害
苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)作为一种有效地防治大田烟青虫和烟草粉螟的微生物农药，已获准在大田烟草和贮存烟草上使用。中国科学院已成功地克隆了Bt库斯塔基亚种和肯尼亚7400亚种(B．thuringiensis．Keugae)的δ—内毒素基因，获得了具有不同程度的杀虫活性，其中转入了1．8 kb毒性蛋白基因的植株对烟青虫的致死率达90％-100％Anzai等从野火病菌中分离出其自身抗性基因ttr，表达该基因的烟株对野火病的抗性大大提高。
3．3 其它
阎启富针对山地烤烟缺氮的现状提出把共生性固氮菌应用于山地烤烟，处理的株高和茎围都高于对照，小区产量比对照高13％，烟叶质量和经济效益也明显高于对照。何金旺发现，施用钾细菌肥料能使烟叶落黄速度加快，比对照成熟度提高一个等级，烤后烟叶金黄至橘黄，烟叶还原糖、总氮和氯离子含量略有减少，品质优良。
4 结语
总之，酶和微生物在改善烟叶吸味品质和防治烟草病虫害方面具有一定的作用和应用价值，但目前尚处于研究阶段，如何在发酵和加工过程中，更有效地利用酶制剂控制烟叶的内在成分向有利于提高卷烟品质的方面转化，是烟草业需要继续研究的一个重要课题。
作者:(中国科学技术大学烟草研究中心合肥卷烟厂技术中心 国家烟草专卖局科教司) 夏炳乐、颜春雷、李敏莉、张虹、王德平
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