11生物技术在卷烟工业中的应用课件.ppt
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- 11 生物技术 卷烟 工业 中的 应用 课件
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1、毛多斌 生物技术已成为当今世界发展最快、最活跃的高新技术领域,现代生物技术在烟草工业中的应用研究也日益深入和广泛,利用生物技术方法提高烟草和卷烟的品质,降低卷烟对人体的危害等方面已经取得可喜的进展。本文旨在以下几个方面进行综述:1.利用生物技术改善烟草原料的品质;(1).通过改变原料的化学特性改善烟叶品质(2).烟叶发酵和陈化过程中加入微生物和酶改善烟叶品质2.生物技术在烟梗处理和烟草薄片中 的应用;3.利用生物技术制备烟用香料;4.生物滤嘴。1.利用生物技术改善烟草原料的品质;烟草是一种复杂的有机体系,目前已从 中分离出2700多种成分,卷烟的吸味是 烟草的化学成分和分布的均衡性所决定 的。
2、利用生物技术我们可以有选择的改 变烟草化学成分的含量或在烟草经调治 后用生物方法进行处理,进而改善卷烟 的吸食品质。1)通过改变原料的化学特性改善烟叶品质l(A)降低烟草中蛋白质的含量)降低烟草中蛋白质的含量l 研究发现烟草中蛋白质被认为是一种对烟研究发现烟草中蛋白质被认为是一种对烟气不利的成分,它燃烧时产生烧羽毛样气气不利的成分,它燃烧时产生烧羽毛样气息,同时也是烟气中有害气体喹啉、氰氢息,同时也是烟气中有害气体喹啉、氰氢酸、苯并芘的前体。因而降低烟草蛋白质酸、苯并芘的前体。因而降低烟草蛋白质的含量可以提高卷烟的吸食品质和安全性。的含量可以提高卷烟的吸食品质和安全性。l 早在二十世纪三十年代
3、就有研究者对此感早在二十世纪三十年代就有研究者对此感兴趣兴趣,直到目前仍不断有新的专利报道。直到目前仍不断有新的专利报道。l 目前研究的重点在于如何尽可能多的使目前研究的重点在于如何尽可能多的使烟草中不溶性蛋白质降解后用什么方法加烟草中不溶性蛋白质降解后用什么方法加以去除以去除,以便得到低蛋白质含量的烟草原料以便得到低蛋白质含量的烟草原料满足卷烟产品的需要。满足卷烟产品的需要。据US4887618报道,先使用一种含水溶剂萃取出烟草有关组分后,再用蛋白酶水溶液处理萃取过的烟料,将烟料中大量基本不溶于水的蛋白质分解成水溶性的多肽,最后,将经过如此处理的烟料过滤即得到降低蛋白质含量的烟草。经过处理的
4、烟料,其蛋白质含量较低,可与萃取液一起制造成低蛋白质含量的烟草薄片。Gaisch等人报道了(US 4407307)另一种去除烟草中蛋白质的方法。他们先将蛋白酶加入烟草和水的混合体系中降解烟草中的蛋白质,然后将烟草与体系分离、干燥。水解液接种微生物,通过微生物的代谢作水解液接种微生物,通过微生物的代谢作用去除水溶液中的多肽等,再将水溶液中用去除水溶液中的多肽等,再将水溶液中微生物通过离心或过滤的方法除去,最后微生物通过离心或过滤的方法除去,最后将此水溶液浓缩物回喷到先前干燥好的烟将此水溶液浓缩物回喷到先前干燥好的烟草上,制得去除蛋白质的烟草,该法可以草上,制得去除蛋白质的烟草,该法可以去掉烟草中
5、去掉烟草中50%以上的蛋白质。以上的蛋白质。US5601095报道了使用膨润土(报道了使用膨润土(Bentonine)吸附去除酶降解后烟草水溶液中可溶性蛋吸附去除酶降解后烟草水溶液中可溶性蛋白质的方法。白质的方法。US5311886报道了使用十二烷报道了使用十二烷基磺酸钠去除经酶解的烟草水溶液中蛋白基磺酸钠去除经酶解的烟草水溶液中蛋白质碎片的方法。质碎片的方法。(B)降解烟碱 烟碱是烟草中一种独特的重要的物质。适当降解烟碱可以改善烟草的品质,另一方面降解烟碱也可以消除烟草废料对环境的污染。微生物降解烟碱己经研究十多年了,所用的微生物不同,烟碱的分解途径亦不同,如Wadae等在合成介质上,用由土
6、壤中分离出的假单孢菌属(Pseudomonas)第41小种处理烟碱溶液24h后,可以降低65%的起始烟碱。Casida T.E.Jr等人从烟叶中分离出可将烟碱氧化成Y一氨基丁酸的细菌。为了适应意大利环保法的要求,Rossis等进行了用假单孢菌降解烟尘废料中烟碱的研究。其实验是,取lkg烟尘样品(烟碱2.0%2.5%),加2.02.5L含有假单孢菌的水溶液浸润,使之完全浸润透烟粉,室温下放置数天,并偶尔搅伴一下,约一周后,烟碱含量在4.0lO47.0lO7之间,含量已极少。此外,布朗&威廉森公司从Puerto Rican雪茄烟叶上分离出可降解烟碱的Pseudomonas Putida和可同时除去
7、烟碱和硝酸盐的Cellu Lomonas(纤维单孢菌属)。将此微生物的接种物加到叶片上,同时添加足量的水和氨水,使烟叶的水分含量和pH值分别达到6575%和6.1。尔后,于30下堆积发酵16h,此时白肋烟叶片中的烟碱已基本耗尽,干燥并进行加工。化学分析和评吸结果表明,与末处理烟叶的卷烟相比,经处理烟叶的卷烟配方及其烟气中的烟碱分别降低48%和42%,其感官评吸结果优良。WO 2000069289,Ger.Offen.DE 19630619,WO 2000033676等专利文献也报道了烟碱降解的方法。(2).烟叶发酵和陈化过程中加入微生物和烟叶发酵和陈化过程中加入微生物和 酶酶改善烟叶品质改善烟
8、叶品质 烟叶陈化和发酵是完善和改进烟叶品质的烟叶陈化和发酵是完善和改进烟叶品质的一个重要环节。自十九世纪至今,研究人一个重要环节。自十九世纪至今,研究人员在烟叶发酵期间,对叶面表面微生物进员在烟叶发酵期间,对叶面表面微生物进行了一系列分离、鉴定工作,同时也进行行了一系列分离、鉴定工作,同时也进行大量的向烟草中加入微生物和酶制剂来提大量的向烟草中加入微生物和酶制剂来提高烟叶质量的尝试性研充。早在高烟叶质量的尝试性研充。早在1889年年Schland就对雪茄烟的微生物区系进行了研就对雪茄烟的微生物区系进行了研究。究。1937年年Reid等人发现,在雪茄烟发酵等人发现,在雪茄烟发酵过程中微生物数量剧
9、增,且与一些酶的含过程中微生物数量剧增,且与一些酶的含量呈正相关。量呈正相关。Frankburg等在总结前人研究等在总结前人研究基础上,提出烟叶陈化的机理之一就是叶基础上,提出烟叶陈化的机理之一就是叶面微生物作用的结果。面微生物作用的结果。据报道,烟叶表面的微生物总数可达据报道,烟叶表面的微生物总数可达105105一一106106个个/克。韩锦峰等对末发酵,自然陈克。韩锦峰等对末发酵,自然陈化及人工发酵期间的烤烟表面微生物进行化及人工发酵期间的烤烟表面微生物进行分离鉴定,并对不同发酵过程中微生物的分离鉴定,并对不同发酵过程中微生物的动态变化作了比较,结果表明,末发酵的动态变化作了比较,结果表明
10、,末发酵的烟叶叶面微生物数量最多,随着自然陈化烟叶叶面微生物数量最多,随着自然陈化及人工发酵的进行,叶面微生物数量均逐及人工发酵的进行,叶面微生物数量均逐渐减少,且均以能产生芽孢的芽孢杆菌属渐减少,且均以能产生芽孢的芽孢杆菌属(Bacillus)(Bacillus)和梭状芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属(Clostridium)(Clostridium)为优势种群,没有酵母菌的为优势种群,没有酵母菌的存在。在自然陈化中,霉菌的数量逐渐减存在。在自然陈化中,霉菌的数量逐渐减少,至陈化后期,基本上未能检出,而人少,至陈化后期,基本上未能检出,而人工发酵过程中霉菌数量有所增加。工发酵过程中霉菌数量有所增加
11、。赵铭钦等分析不同烤烟品种在自然陈化期间叶面赵铭钦等分析不同烤烟品种在自然陈化期间叶面微生物的数量、种类后指出,在自然陈化的烤烟微生物的数量、种类后指出,在自然陈化的烤烟叶面微生物中,细菌占有绝对优势,放线菌和霉叶面微生物中,细菌占有绝对优势,放线菌和霉菌尤其是放线菌数量较少。在细菌中,芽孢杆菌菌尤其是放线菌数量较少。在细菌中,芽孢杆菌为优势菌群,在霉菌中,曲霉为优势菌群。自然为优势菌群,在霉菌中,曲霉为优势菌群。自然陈化烤烟叶面微生物的数量和种类与烤烟品种、陈化烤烟叶面微生物的数量和种类与烤烟品种、产地、等级和陈化时间有关,不同品种的烤烟中,产地、等级和陈化时间有关,不同品种的烤烟中,优良品
12、种烤烟叶面微生物的数量较大。在叶面微优良品种烤烟叶面微生物的数量较大。在叶面微生物对烟叶品质的作用效果方面,国内外的研究生物对烟叶品质的作用效果方面,国内外的研究结果基本相似,认为烟叶表面的霉菌和厌氧芽孢结果基本相似,认为烟叶表面的霉菌和厌氧芽孢梭菌的繁殖将造成烟叶腐烂和香气的损失,是在梭菌的繁殖将造成烟叶腐烂和香气的损失,是在烟草陈化和发酵过程中应控制的对象,而烟叶中烟草陈化和发酵过程中应控制的对象,而烟叶中的芽孢杆菌、嗜热细菌和小球菌对烟叶的香气和的芽孢杆菌、嗜热细菌和小球菌对烟叶的香气和品质则是有益的品质则是有益的,是应当利用的对象。是应当利用的对象。Koller等所进行的向烟叶中接种微
13、生物等所进行的向烟叶中接种微生物的尝试性研究揭开了烟草微生物发酵研究的尝试性研究揭开了烟草微生物发酵研究的序幕。继其之后,有关烟草叶面微生物的序幕。继其之后,有关烟草叶面微生物应用的报道不断出现。应用的报道不断出现。Tamayo报道,当向报道,当向烟叶上接种一种微球菌时,烟叶的香气得烟叶上接种一种微球菌时,烟叶的香气得到改善,蛋白质含量降低,可溶性氮,尤到改善,蛋白质含量降低,可溶性氮,尤其是氨、胺和酰胺含量增大,生物碱含量其是氨、胺和酰胺含量增大,生物碱含量降低,降低,PH值大幅度增加,值大幅度增加,English等认为,等认为,烟叶接种枯草芽孢杆菌和羧状芽孢杆菌后烟叶接种枯草芽孢杆菌和羧状
14、芽孢杆菌后能迅速地产生一种愉快的香气。随着微生能迅速地产生一种愉快的香气。随着微生物的生长,烟叶中的总碳水化合物和还原物的生长,烟叶中的总碳水化合物和还原糖降低,糖降低,PH值提高。值提高。F.Dauson提出,嗜热性放线菌,可使陈化烟叶产生一种使人感兴趣的香气。Giovnnrozzi Sermanni采用Debaryomycos nicotianae,Micrococcus nicotianae,M nicotianae var liquefaciens,Bncillus sp和Arthrobacter nicotianae对雪茄烟用的肯塔基烟叶进行发酵处理,结果使柠檬酸、苹果酸、马来酸和琥
15、珀酸分解,导致烟叶呈碱性。Debaryomycos nicotianae增大了烟叶中游离氨基酸的含量,而Micrococcu又利用这些氨基酸生成了CO2,氨,丙烷和乙烯。近几年来,国内学者在对烟草叶面微生近几年来,国内学者在对烟草叶面微生物进行分离鉴定的基础上,从烟叶表面分物进行分离鉴定的基础上,从烟叶表面分离出优势菌群,经扩大培养后加在烟叶表离出优势菌群,经扩大培养后加在烟叶表面来改善烟草品质的研究,空前活跃。谢面来改善烟草品质的研究,空前活跃。谢和等的研究表明,将烤烟经辐照灭菌后,和等的研究表明,将烤烟经辐照灭菌后,接入从烟叶中分离出的优势芽孢杆菌,可接入从烟叶中分离出的优势芽孢杆菌,可明
16、显地提高烟叶香气和品质。韩锦峰等将明显地提高烟叶香气和品质。韩锦峰等将从烤烟叶面上分离得到的几株优势菌混合,从烤烟叶面上分离得到的几株优势菌混合,配制成生物制剂配制成生物制剂(IFA),用于烟草发酵,结,用于烟草发酵,结果表明果表明:可加速烤烟发酵过程,提高发酵烟可加速烤烟发酵过程,提高发酵烟叶的品质,同时还具有抑制烟叶霉变的作叶的品质,同时还具有抑制烟叶霉变的作用。用。关于调制后烟叶中残存的酶的研究己有半个多世纪的历史,它是伴随着烟叶发酵机理的研究而发展的。列夫理论认为:烟叶的发酵是由烟叶本身所含的氧化酶类,(主要为氧化酶,过氧化氢酶;过氧化物酶)所引起的。此外前苏联曾有人对发酵过程中烟叶中
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