复合生物酶对烟叶的提质减害作用研究

摘要：烟梗作为烟草加工中的重要副产物，其加工处理和资源的综合利用是目前烟草行业亟待解决的主要问题之一。对废弃烟梗进行加工处理，可提高烟梗的综合利用率，并且能避免资源的浪费和环境污染。为提高低次烟叶的使用价值，本文对复合生物酶对烟叶的提质减害作用进行了分析和研究。

关键词：复合生物酶；烟叶；提质减害

引言

雪茄烟叶含糖量低、烟碱及总氮含量较高，具有香气馥郁、劲头较大等特点。其不经过烘烤过程，但需要进行充分的发酵和醇化，方可满足雪茄制品的使用要求。发酵前的雪茄烟叶一般色泽不均、香韵单调、协调性差、杂气重和刺激较大，发酵使得糖类、蛋白质等物质进一步降解产生有机酸、挥发性羰基化合物等香气前体物质，化学成分更加趋于协调稳定，感官品质得以改善。雪茄烟叶发酵前一般色泽不均，香韵欠优雅、欠丰富，谐调性差，杂气重，刺激大。发酵过程中，酶或者非酶作用使得糖类、蛋白质等大分子物质进一步降解产生有机酸、挥发性羰基化合物等香气前体物质，烟叶物理性质及化学成分更加趋于稳定，感官品质得到改善。

1、研究背景

在《世界卫生组织烟草控制框架公约》约束之下，烟草行业的健康发展逐渐成为新形势下的共识与热点。其中，在卷烟叶组配方中引入烟梗及其制品是业内推动降焦减害、降本增效极具应用价值的探索方向。近年来的研究表明，加工良好的梗丝与叶丝组配添加，提升了卷烟燃烧性能、调控卷烟烟气水平以及提高烟叶原料应用效率。然而，尽管梗丝添加后减少了叶丝的使用量，降低生产成本，但由于烟梗（丝）中的香味成分含量普遍低于烟叶，同时其细胞壁物如纤维素、半纤维素、木质素及果胶等细胞壁物质含量较高，导致热裂解产物具有较强的刺激性和不良气味，香气相对淡薄，还可能产生一定的灼热感。这些因素限制了梗丝在卷烟中的广泛应用。因此，如何提升梗丝的品质，已成为当前亟待解决的关键问题。梗丝添加后所致卷烟产生的不良感官体验与烟梗特有的物质及其含量有关。在卷烟生产过程中，这些大分子物质可导致烟梗的加工难度增加，同时在热裂解过程中也可能产生一些不良的气味和刺激性物质[1]。

2、复合生物酶对烟叶的提质减害作用分析

2.1、尼古丁检测机理

考察了尼古丁的加入顺序对体系酶活的影响，结果显示先加入TMB和H2O2再加入尼古丁、F68-Ce-Cu，体系的酶活明显更强，故在后续研究中以此顺序进行实验。通常在纳米酶的催化途径中，可以产生各种活性氧（ROS）。为了确定F68-Ce-Cu纳米酶催化过程中所产生ROS的种类，研究分别用MB和PBQ捕获·OH和O2·-。结果表明，在加入MB后，体系在660nm处的吸光度也发生显著变化，且“F68-Ce-Cu+nicotine+MB+H2O2”体系的特征峰最低，表明“F68-Ce-Cu+nicotine”可以产生更多的·OH。通过Zeta电位进一步考察了F68-Ce-Cu纳米酶表面对尼古丁的吸附作用，以评估尼古丁吸附后纳米酶对底物过氧化酶催化活性的影响。Zeta电位结果显示，F68-Ce-Cu带正电荷（+2304.70mV），吸附尼古丁后，Zeta电位变为+824.99mV，表明F68-Ce-Cu对尼古丁有强烈吸附作用[2]。

2.2、挥发性成分分析

与CK相比，不同酶处理均使烟草提取物中的挥发性成分含量增加，经生物酶处理后，各处理低次烟叶提取物中的挥发性成分总量为12968.96～14993.75μg/g，说明5种外源酶制剂均对低次烟叶的香气品质起到不同程度的提升作用。其中，TQ的挥发性成分总量最高，较CK增加21.55%，提升幅度最大；TG的挥发性成分总量为12968.96μg/g，相比CK增加5.13%，提升幅度最小。各生物酶处理挥发性成分总量从大到小分别为TQ、TX、TM、TD、TG。漆酶、纤维素酶、果胶酶主要作用为破坏烟叶的细胞壁物质结构，使其纤维素、半纤维素、木质素、果胶等大分子物质含量降低，进而提升挥发性成分含量；而木瓜蛋白酶及α-淀粉酶的主要作用是促进烟叶内的蛋白质及淀粉等大分子物质降解为小分子糖和氨基酸，在制备提取物过程中这些小分子化合物发生棕色化反应，进而提升提取物的香气质量[3]。

2.3、超声处理技术

超声处理技术是利用超声振动能量来对细胞进行机械作用，从而破坏细胞壁结构。超声处理技术与其他机械、物理、化学等技术联合使用，可提高其质量和效率，达到其他处理技术难以达到的效果。利用超声波与果胶酶及纤维素酶结合去除烟梗中的果胶和纤维素，经工艺优化后，烟梗中果胶、纤维素脱除率达到69.3%和31.5%，与单独酶处理相比，脱除率较高。物理处理技术主要是利用机械设备实现的，能够避免化学处理的污染残留，但工业化生产需要大型机械设备才能满足，且对机械设备的精密度及效率要求较高[4]。

2.4、生物辅助发酵对中性致香成分影响

大部分生物辅助发酵处理样品的苯丙氨酸转化产物高于CK，说明生物辅助发酵有利于苯丙氨酸转化产物的积累。生物辅助发酵过程中，苯丙氨酸各单体成分可相互转化，苯丙氨酸通过Streker降解反应形成苯乙醛，进一步氧化形成苯乙醇，经脱氨形成肉桂酸，后形成苯甲醛，苯甲醛可氧化形成苯甲醇。苯乙醛具有强烈的花香、皂香，苯乙醇具有清甜的玫瑰花香韵，苯甲醇可提供烟叶弱花香，而B2的苯乙醛含量最高，对其香韵丰富性提升具有促进作用；B1未检测到苯乙醇，可能与其进一步氧化成苯甲醛有关。茄酮是烟草中西柏烷类降解产物的代表，也是烟草中含量较为丰富的中性香味成分之一，其转化产物茄醇、茄尼呋喃和降茄二酮均是重要的烟草香味物质。茄酮本身具有香气，可增加烟草香韵，改善烟气质感。各处理样品中茄酮均高于CK，说明生物辅助发酵有利于提升烟叶质量[5]。

结束语

根据上述可看出，研究人员对于烟梗加工的技术研究和应用多集中于烟草行业，在其他行业的借鉴较少，且理论探讨多于实际转化。主要体现在如何提高烟梗的物理质量、改善其抽吸品质、增强其在卷烟配方中的伍配性等方面。生物酶对底物具有较强的专一性，可见单一纤维素酶处理后纤维素下降显著。复合酶存在相互作用，宋自力等研究指出纤维素酶增强漆酶的降解作用，果胶酶能促进漆酶降解作用。这可能一定程度上解释了多种酶联合发酵效果优于单一酶。

参考文献：

[1]宁英.烤烟生物酶处理与微生物发酵对加热卷烟品质的影响及其作用机制研究[D].华南理工大学，2023.DOI：10.27151/d.cnki.ghnlu.2023.001216.

[2]郝捷，季嫱，李力群，等.生物酶和微生物技术改善烟叶香气的研究进展[J].生物技术进展，2022，12（06）：817-824.DOI：10.19586/j.2095-2341.2022.0070.

[3]邓羽翔，周东，陈思昂，等.复合生物酶对烟叶的提质减害作用研究[J].安徽农业科学，2022，50（19）：176-179.

[4]王金棒，邱纪青，汪志波，等.生物技术在烟草发酵领域的专利布局现状及热点分析[J].烟草科技，2021，54（10）：96-112.DOI：10.16135/j.issn1002-0861.2020.0630.

[5]朱晓兰，刘百战，王维妙，等.利用生物酶降解烟草果胶的研究[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2015，41（03）：257-262.DOI：10.13331/j.cnki.jhau.2015.03.007.