烟草发酵中微生物研究进展

摘要 在烟草加工过程中烟叶发酵是改善烟草品质的一个重要环节，微生物菌群则是影响烟草品质的主要生物因素，并且贯穿于整个烟叶发酵过程。对目前国内外关于烟草发酵中微生物种类、动态变化、发酵机理以及应用研究作了简要概述，并指出了这些研究对烟草行业提高烟草品质的作用，为微生物发酵技术的推广应用提供理论依据和技术支撑。

关键词 烟草发酵；微生物；种类；动态变化；发酵机理；应用

中图分类号 TS44+.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）09-0302-02

Research Progress of Microorganism in Tobacco Fermentation

SUN Yu-yu

（Department of Environmental Engineering and Chemistry of Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang Henan 471023）

Abstract Fermentation plays an important role to improve the quality of tobacco in the process of tobacco processing. Microbial flora is the main biological factors affecting the quality of tobacco，and throughout the whole process of tobacco fermentation. In this paper，research about microbial species，dynamic changes in tobacco fermentation，the fermentation mechanism and application at home and abroad were summarized，and the role of the research on the tobacco industry to improve tobacco quality was pointed out，so as to provide theoretical basis and technical support for the generalization and application of microbial fermentation technology.

Key words tobacco fermentation；microorganism；species；dynamic changes；fermentation mechanism；application

吸烟危害健康已是众所周知的事实。我国是世界上最大的烟草生产和消费国家之一，烟草带来巨大经济效益的同时，也给人类健康造成了很大的威胁。吸烟者主要是吸食烟草燃烧产生的烟气，烟草经高温燃烧释放的烟气中含有大量的有害物质如烟碱、亚硝胺（TSNA）和焦油等。烟草经燃烧释放的有害物质大部分由烟草中的蛋白质、碳水化合物等燃烧产生，这些有害物质不仅危害健康，而且影响卷烟的品质。减少卷烟燃烧产生的有害物质，提高卷烟品质，是烟草业广泛关注的热点和难题[1]。研究发现，烟叶中含有可以降解烟草中产生有害物质的大分子物质的微生物，如将这些微生物有效利用，以分解烟草中的大分子物质，从而促进烟草化学成分和物理性质的改变，减少卷烟产生的有害物质，可增加卷烟的可用性与吸食安全性。

1 烟草中微生物的种类

微生物在烟草中广泛存在且种类繁多，最早Reid等在雪茄烟烟叶表面发现大量细菌和真菌，并从烘烤后的烟叶中分离出巨大芽孢杆菌、青霉和曲霉。Tamayo等[2]从西班牙烟叶中分离出优势菌株芽孢杆菌和球菌。Garner 等从白肋烟中分离出细菌和酵母菌，得到的细菌主要是枯草芽孢杆菌，但酵母菌的数量要比细菌少。韩锦峰等[3-4]研究发现，烟叶中的微生物类群主要包括细菌、放线菌和霉菌三大类，微生物含量一般为5万～8万个/g。罗家基等[5]从烟叶中分离出4种优势菌种，且均为芽孢杆菌（Bacillacea）。邱立友等[6]分析了3种烤烟不同陈化时间的10个烟样叶面微生物的数量和种类，发现烟叶微生物发酵中，细菌中芽孢杆菌属为优势菌群，而放线菌和霉菌数量较少。朱大恒等[7]发现复烤后烟叶表面微生物中芽孢杆菌属（Bacillus）和梭菌属（Clostridium）为优势菌，但细菌总数逐渐降低。雷丽萍等[8]对8个白肋烟品种的细菌菌落进行观察和计数，结果发现菌落颜色和形态因烟草品种不同而差异较大。王 革等[9]从自然发酵烟叶上分离出酵母菌。Ruiz Gutierrez 等从干烟叶表面分离出一种能够降解烟碱的菌株，经鉴定为阴沟肠杆菌（Enterobacter）。

2 烟草发酵中微生物的动态变化

在烟草发酵过程中，烟叶表面的微生物数量和种类不断变化，并且随发酵条件、发酵时间的不同而产生不同的变化[10]。对于深色明火烤烟，烟叶中的细菌数量先增加，之后缓慢降低[3]。陈福星等[11]的研究表明，烟草发酵完成时烟叶中有少量细菌、放线菌和霉菌。English等研究发现，在高温高湿等条件下发酵的烟叶中的微生物易造成烟叶腐烂，并降低烟叶香气。Ray F. Dawson等发现，嗜热性放线菌属（Thermophilic actinomyces）在低湿度的醇化烟中生长缓慢，会促使烟叶的香气宜人。Miyake等发现，发酵过程中烟梗中的微生物也有一定的变化[12-14]。

3 烟草中微生物的发酵机理

烟草发酵是卷烟工业提高产品质量的一种初加工方法，也是卷烟加工中极为重要的环节。烟叶经发酵后化学成分发生了很大变化，烟草品质提升，香气显露，增加了可用性和吸食性。烟草发酵可分为自然发酵和人工发酵。自然发酵是指在自然环境中陈化烟叶，使烟叶更符合吸食标准。自然发酵方法在欧美和中国的云南使用较多。人工发酵是指在特定的发酵室进行发酵，发酵室可以设定特定的温度与湿度等环境指标，烟叶在发酵室中陈化加速，吸食品质增强。人工发酵方法在东欧和中国也使用较多。

国内外研究者对烟草发酵中微生物的作用进行了大量的研究。首先Suchsland研究了雪茄烟中的微生物，提出烟草发酵是由微生物活动引起的。而后，Reid[1]也发现在雪茄烟发酵中，微生物数量剧增，扩增为原来的10～100倍，并且与酶活呈正相关性，因而也认为微生物在烟草发酵中起重要作用。Susumu等则从烟叶中分离出被细菌降解的烟碱-N′-氧化物，说明了微生物具有降解烟碱的作用。余永茂等[15]利用微生物酶加速低次烟草发酵取得一定效果，可增加烟叶还原糖含量，降低蛋白质含量。韩锦峰等[4]通过对烟草发酵不同时期烟叶中酶活性、微生物数量及种群动态变化的研究，证明烟叶中酶活动及微生物对烟叶的发酵起着一定作用，并在利用烟叶中优势菌群促进烟叶发酵，缩短发酵时间，改善烟叶品质和降低有害物质等方面取得了初步成效。

目前，烟草发酵中微生物的作用机理尚不明确，但在烟草发酵过程中，同时存在着氧化作用、微生物作用和酶作用，3种作用相辅相承，对烟叶内在化学物质产生综合效应，使不具有香气特征的大分子化合物如蛋白质发生氧化分解，而使具有香气特征的小分子化合物如挥发酸、挥发性羰基化合物以及各种挥发性芳香类物质等得以合成，从而使卷烟的吸食品质明显提升。

4 烟草发酵中微生物的应用

4.1 微生物发酵降解烟草中有害成分

烟碱、亚硝胺（TSNA）和焦油是烟草中的主要有害物质。由于人们越来越关注健康，烟草业逐渐致力于降低烟草中烟碱、亚硝胺和焦油量[16]。张玉玲等[17]发现，微生物能够使烟叶中的有害物质分解，特别是烟碱和亚硝胺。微生物是通过不同的生化代谢方式使烟草中的生物碱降解成不同的产物，微生物对烟碱的降解能力与菌株有关。马 林等[18]采用微生物发酵烟叶，使烟叶中蛋白质大大降低，焦油的含量降低26.01%，烟气中HCN降低76.19%，NO降低71.43%，CO降低42.33%。宋鹏[19]研究发现，烟草发酵中大量有益的微生物能够抑制烟叶中引起TSNA积累的有害微生物的生长活动，并减少形成TSNA的前体物质。在工业生产上，国外的B&W烟草公司利用假单胞杆菌（Pseudomonas putid）降解烟草，使得烟叶中烟碱含量明显减少。PM公司报道，烟草经微生物发酵后，烟气中的35种有害成分含量大大降低[20-23]。

4.2 微生物发酵提升烟草品质

微生物通过生长繁殖可有效降解烟草中碳水化合物和蛋白质等，并且会使得烟草中部分有害成分加速分解，进而形成一些有益的小分子物质，以改变烟草成分，提高卷烟品质。Tamayo等利用微生物菌剂处理烟叶，提高烟叶品质，促使烟叶香气更佳。Hei等利用微生物菌剂处理烟梗，增加了其挥发物质的含量。

我国烟草工作者在烟草发酵方面也进行了一系列研究，以提高烟叶品质为目标，收集、分离和鉴定了发酵过程中烟叶表面的微生物。韩锦峰等[4]从烟叶中分离出2种优势菌种，并将其配制成生物制剂用于烟叶的发酵，结果表明，烟叶化学成分的转变加快，并且吸食质量有所提高。陈福星等[11]从发酵烟叶上分离鉴定出4个芽孢杆菌科的优势菌，用这些菌种的菌液处理烟叶，有效改善了烟叶的品质及香气。罗家基等[5]优化出4种优势菌种，将菌液分别加到香烟丝上进行发酵，结果表明，发酵后可使低档卷烟提高品级；并将菌液施加于烟叶上进行发酵，发现其具有明显的烟香，色泽好转，发酵时间缩短。赵铭钦等[24]利用增香菌和微生物酶混合发酵，处理后发现烟叶中有13种氨基酸的含量下降，3种脂肪酸的含量增加。黄静文等[25]利用短小芽孢杆菌Van35作用于烟叶进行发酵，该菌明显降低刺激、掩盖杂气、提升烟香、醇和烟气和改善卷烟的吸味。

4.3 微生物酶制剂提高烟草品质

微生物在可分泌不同种类的酶，不同微生物影响不同酶的活性。列夫理论认为烟叶发酵主要是由烟叶本身所含有的氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶引起的[26]。将酶应用于烟草发酵过程中，能够降低烟碱含量，改变烟草的清杂气，提升卷烟的香气和吸食品质，达到改善烟叶品质的目的。就如何利用微生物代谢产生的酶制剂提高烟草品质，国内的一些研究人员正在进行此项研究。周 瑾等[27]从烤烟叶面获取4种微生物菌株，并对其进行固体发酵培养，并提取纤维素酶处理烟叶，结果使得烟叶的还原糖含量增加，烟叶品质提高。

5 结语

烟草发酵是烟叶采收后的重要加工步骤，可利用微生物改善烟叶品质。微生物代谢系统复杂，并且很容易培养再生。因此，筛选可有效提升烟草品质的微生物前景广阔。微生物发酵需要特定的营养及工艺条件，但难以在温度、湿度等方面建立完全适应于微生物生长的条件，因而需利用现代生物技术方法改变微生物的适宜生长条件，提高微生物的生存适应性，以达到在烟草发酵中提高烟草品质的关键性目的[28-30]。这将有待于今后的进一步研究。

6 参考文献

[1] 姚光明，闫克玉，闫洪洋，等.烤烟人工发酵最佳工艺条件研究[J].烟草科技，2000（1）：9-12.

[2] IZQUIERDO TAMAYO A.Bacteria in tobacco fermentation[J].TA，1958（2）：2146

[3] 高文霞，程祖锌，王峰吉.烤烟发酵有益细菌的分离筛选及优良菌株的鉴定[J].基因组学与应用生物学，2011（5）：104-109.

[4] 韩锦峰，朱大恒，刘卫群，等.陈化发酵期间烤烟叶面微生物活性及其应用研究[J].中国烟草科学，1997（4）：13-14.

[5] 罗家基，朱子高，罗毅，等.微生物在烟叶发酵过程中的作用[J].烟草科技，1998（1）：6.

[6] 邱立友，赵铭钦，岳雪梅，等.烤烟发酵高效菌株的筛选[J].河南农业大学学报，2000，34（3）：232-235.

[7] 朱大恒，陈锐，陈再根，等.烤烟自然醇化与人工发酵过程中微生物变化及其与酶活性关系的研究[J].中国烟草学报，2001，7（2）：26-30.

[8] 雷丽萍，BUSH L，COOEM S，等.烟叶生长和晾制期间细菌种群动态变化[J].中国烟草科学，2001（3）：4-6.

[9] 王革，马永凯，王颖琦，等.自然发酵烟叶的优势有益菌群分析[J].云南烟草，2003，74（2）：27-30.

[10] 王彪，李天福，王树会.烟叶香吃味指标的因子分析[J].云南农业大学学报，2006（1）：130-132.

[11] 陈福星，王磊，莫湘涛，等.烟叶微生物发酵的探讨[J].湖南微生物学通讯，1990（2）：37-38.

[12] 邹礼根，丁玉庭，陈艳.微生物在发酵茶饮料中的应用[J].食品工业科技，2004（1）：137-139.

[13] 朱大恒，王浩，韩锦峰，等.烤烟发酵过程中氧气条件对烟叶化学成分的影响[J].河南农业科学，1999（9）：13-15.

[14] 孙敬国.烤烟品质对肥料的响应及醇化质量的调控研究[D].武汉：华中农业大学，2010.

[15] 余永茂.微生物发酵低次烟叶初试报告[J].烟草科技，1988（5）：16-20.

[16] 李梅云.烟碱的微生物降解研究进展[J].微生物学杂志，2006，26（3）：94-97.

[17] 张玉玲，汪安云，黄琼，等.施用细菌菌株（WB5）对烟草特有亚硝胺含量变化的初步研究[J].中国烟草学报，2004（10）：29-32.

[18] 马林.利用生物技术改变烟叶化学组分提高其吸食品质和安全性的研究[J].郑州工程学院学报，2001（22）：40-42.

[19] 宋鹏.微生物发酵降低卷烟烟气中有害成分及提高卷烟质量的研究[D].西安：西北大学，2008.

[20] 李树茂.浅谈烟叶醇化技术与对烟质的选择[J].商业研究，2000（3）：142-143.

[21] BOND L.Selling addictions：similarities in approaches between Big Tobacco and Big Booze[J].World Healthcare Providers，2010（1）：29-32.

[22] 程辉斗，温永琴，陆富，等.土壤供钾水平与云南烤烟含钾量关系的研究[J].烟草科技，2000（3）：41-43.

[23] 李洋，张吉立，孙海人，等.定向发酵饼肥对烤烟钾积累及烟叶钾含量影响[J].西南农业学报，2012（4）：220-223.

[24] 赵铭钦，岳雪梅.微生物发酵增质剂对卷烟酸性组分含量及品质效应的影响[J].中国烟草科学，2000（1）：44-49.

[25] 黄静文，段焰青，者为，等.短小芽孢杆菌改善烟叶品质的研究[J].烟草科技，2010（8）：61-64.

[26] 周冀衡，朱小平，王彦亭.烟草生理与生物化学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1996：463-487.

[27] 周瑾，李雪梅，许传坤，等.利用微生物发酵改良烤烟碎片品质的研究[J].烟草科技，2002（6）：3-5.

[28] 吕欣，王颖，赵德学，等.增香微生物用于烤烟发酵的初步研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2011（12）：194-198，203.

[29] 邱立友，赵铭钦，岳雪梅，等.烤烟发酵高效菌株的筛选[J].河南农业大学学报，2000（3）：33-36.

[30] 郑小嘎，刘萍，张修国.烟叶人工发酵过程中增香途径的研究进展[J].山东农业大学学报：自然科学版，2003（1）：144-147.