烤烟陈化与叶面微生物研究综述

陈强 姜振玲 王玉华 古明光 王德权 席元肖 杜传印

摘要    烤后烟叶表面存在大量微生物，研究表明，微生物对烟叶品质的提升有着重要影响。本文分析了烟叶陈化期间品质变化及机理，综述了烟叶表面微生物种类及动态变化，并就微生物在改良烟叶品质方面的应用展开讨论，以期为烟草行业提质增效、降焦减害提供参考。

关键词    烤烟;微生物;种类;应用

中图分类号    TS41+4        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）20-0203-03                                                开放科学（资源服务）标识码（OSID）

烟草是世界上广泛种植的经济作物，其主要收获器官为叶片。烟草产业在国民经济中占有重要的地位。为提升烟叶品质，提高烤后烟叶的工业可用性，并进一步提升中国烟草在国际市场上的竞争力，需要进一步重视提高烟草及其制品的质量。研究发现，烟叶品质不仅与品种、生态[1-2]、管理措施及烘烤工艺等前期各项因素存在相关性，同时与烤后烟叶储存条件存在显著的相关性，这其中包括微生物活动。

1    煙叶陈化期间品质变化及机理

1.1    烟叶陈化对品质的影响

鲜烟叶经历烘烤与打叶复烤过程后，烟叶质量虽有一定的改善与提高[3]，但仍然存在青杂气过重、刺激性高、香气质单调和香气量不足[4]等缺陷，并不能完全满足卷烟工业的需求，只有经历陈化过程才能使烟叶品质得到进一步提升，满足工业可用性需求。陈化期间烟叶主要变化表现为：色度变强并且色泽趋向均匀一致，叶片韧性、弹性增加，其物理性状更加利于制丝加工;还原糖、总糖、致香物质及氨基酸等各项化学成分含量逐渐趋于协调。

在烟叶感官评吸质量方面，经陈化后的烟叶香气质、香气量、余味、杂气、刺激性等感官评吸指标均显著提升[5]。

1.2    烟叶陈化机理

针对上述变化，前人对烟叶陈化机理进行了较多的研究，对其作用机理的解释主要集中在酶作用、微生物作用和化学作用3个方面[6]。Koller等最早研究烟叶陈化机理，他们认为雪茄烟叶的陈化是微生物作用的结果。目前，学术界普遍认为，烟叶表面微生物在陈化过程中起着极其重要的作用，其作用贯穿烟叶品质变化的整个过程。一方面，通过自身生命活动作用于烟叶陈化;另一方面，其代谢活动产生的酶能够有效催化烟叶中物质转化。具体来讲，烟叶表面微生物在自身代谢过程中可将烟叶中的淀粉、蛋白质、脂肪、氨基酸等大分子物质转化为小分子物质，促进烟叶品质的提升[7-9]。

2    烟叶表面微生物种类及动态变化

2.1    种类

研究表明，烟叶表面微生物种类多、数量大。目前对烟叶微生物的鉴定方法有传统的可培养方法[10]和DGGE技术[11]、限制性片段长度多态性（RFLP）技术及16S rDNA克隆文库测序技术[12-13]等。孙玉宇[14]、高文霞等[15]研究发现，1 g叶片中微生物数量为5万～8万个，按照类别可分为细菌、霉菌、放线菌和酵母菌四大类。王  芳等[16]研究了陈化烟叶表面高温微生物，结果表明，高温微生物总量为103～105个/g，其中细菌占绝对优势，真菌较少，放线菌和酵母菌未检出。徐洁[17]研究了烤后烟叶微生物数量和种类，发现烟叶表面微生物主要包括细菌、真菌和放线菌;细菌为优势菌属，比例占90%以上，放线菌占比很小。赵铭钦等[18]对烤烟表现微生物进行研究，发现在烟叶品质改善过程中，细菌中的芽孢杆菌属、放线菌中的链霉菌为优势菌属，酵母菌为痕量。韩锦峰等[19]研究发现，烟叶中的微生物优势类群主要包括细菌、放线菌和霉菌三大类。邱立友等[20]对陈化过程中烟叶表面微生物进行检测，结果表明，在发酵过程中细菌中芽孢杆菌属为优势菌属，而放线菌和霉菌数量较少。杨金奎等[21]从醇化烟叶表面仅分离出了细菌和霉菌，同样芽孢杆菌属为优势菌属。

2.2    动态变化

较多研究已证明，烟叶表面微生物种群数量及优势菌属是动态变化的。一般来说，在烟叶陈化初期，微生物类群较多，原因可能在于初期烟叶表面有机物质含量较高，微生物可以充分利用，但随着时间推移，有机物质及水分含量降低，绝大多数微生物数量大量减少。在优势菌属方面，随着烟叶陈化的进行，烟叶表面微环境发生着变化，从而影响到其表面优势菌属的存在。Di Giacomo等[22]研究发现，在陈化初期葡萄球菌科和乳酸杆菌目细菌为优势菌属，在陈化后期芽孢杆菌属成为优势菌属。究其原因在于随着陈化时间的增加，烟叶表面温度和pH值逐渐升高，此种微环境更加适宜芽孢杆菌属微生物生长繁殖。赵铭钦等研究表明，随着陈化时间的延长，芽孢杆菌在微生物种类中所占的比例不断提高，这也佐证了Di Giacomo等的论点。朱大恒等进行了细化研究，发现在陈化过程中细菌总数呈逐渐降低的趋势。陈福星等[23]发现，在烟叶陈化后期，数量最多的是细菌，其次是放线菌和真菌。

综上所述，前人研究结论存在一定的差异性，主要表现为两方面。一是烟叶中微生物种类存在差异;二是优势菌属存在差异。如同一部位不同产地烟叶在群落结构方面存在差异的同时，优势菌属占比也存在不同，分析原因可能是烟草品种及陈化环境条件存在差异[24-25]。

3    微生物在改良煙叶品质方面的应用

3.1    微生物与烟叶感官评吸

现有研究已证明，烟叶在陈化过程中品质的提升与叶面微生物代谢存在直接或间接的关系。微生物通过一系列代谢活动，将烟叶中大分子物质逐渐转化分解成小分子前体物质，对于烟叶品质的提升有一定的促进作用[26]。其中，芽孢杆菌属细菌能降低烟叶中蛋白质含量[27]，从而减轻烟叶燃吸过程中的烧焦羽毛的气味，其作用机理是将大分子蛋白质降解为小分子氨基酸，氨基酸在烟叶燃烧过程中可以参与美拉德反应产生香气物质，有利提升烟叶香气。李  宁等[28]利用蜡样芽孢杆菌处理雪茄烟，烟叶的蛋白质较对照组降低13.53%。冯志珍等[29]利用芽孢杆菌（F-Y-11菌株）发酵烟丝，可使蛋白质降解29.32%。此外，有研究发现，使用菌剂处理烟叶可以定向改善烟叶中其他化学成分的含量，使各化学指标更趋协调[30]。

目前，微生物在改善烟叶品质方面的应用研究主要思路为：先从烟叶或其他寄主表面分离微生物，经培养筛选后直接或配方施用，用以缩短烟叶陈化用时、改善烟叶评吸品质[31]。黄静文等[32]利用短小芽孢杆菌Van35开展试验，处理后的烟叶刺激性、杂气及香气质指标明显改善。瞿娇娇等[33]利用从豆豉中分离的芽孢杆菌处理烟叶，烟叶香气趋于醇和丰满，烟气更加细腻，杂气、刺激性明显减轻。此外，研究发现，泛菌属微生物可降解烟叶中类胡萝卜素物质，增加类胡萝卜素降解产物含量，该物质为烟叶重要的致香物质，有助于提升烟叶的燃吸品质;部分放线菌可催化阿魏酸生成香兰;将枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌按一定比例混合使用，可明显提升烟叶吸食质量;利用产香微生物作为发酵菌株，制备烟草提质剂，能有效提升烟叶评吸质量;对于烟碱含量较高的烟叶，可以利用特定菌株发酵达到降碱的目的。

3.2    微生物与烟叶安全性

烟叶安全性问题始终是烟叶质量研究的重点。目前，微生物在降焦减害方面的研究极为普遍。研究发现，某些特定微生物可以有效减少烟叶燃吸时焦油产生量[34]。TSNA是一种烟草特有的有害物质，研究发现利用微生物可以在不同程度上减少烟叶和烟气中TSNA含量，有效提高烟草制品安全性。其机理在于利用高效反硝化细菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐，并进一步还原为气体，从而降低TSNA含量[35]。孙政[36]利用恶臭假单胞菌发酵液处理烤烟叶片，在温度28 ℃、相对湿度45%的条件下，陈化14 d时硝酸盐降解达到2.25%，陈化21 d时亚硝酸盐降解率达到19.90%。单宏英等[37]从玉溪烟叶中提取一种荧光假单胞菌（菌株AS97），将其制成发酵液后以5%接种量喷施，在温度30 ℃、相对湿度60%的条件下，陈化10 d后检测硝酸盐、亚硝酸盐、TSNA等物质的转化率，分别达到68.77%、45.57%、45.47%。因此，在烟叶安全性方面，微生物将有较大的研究与应用空间。

4    展望

微生物是自然界中一个极其庞大的群体，与人类活动息息相关。目前，微生物在农业、食品工业、医药化工及生物能源应用等诸多领域已发挥出重要的作用。在烟草行业，虽有较多的研究，但多数成果仍停留在研究层面。针对目前行业较为关注的吸烟与健康问题，如何定向筛选出高效、安全的微生物菌株，以实现降焦（TSNA）减害，成为一个重要的研究方向。

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