生物技术进展 ›› 2022, Vol. 12 ›› Issue (6): 817-824.DOI: 10.19586/j.2095-2341.2022.0070
郝捷(), 季嫱, 李力群(
), 郑超, 吴娜, 吴晗, 李选文, 孙志康
收稿日期:
2022-05-09
接受日期:
2022-05-27
出版日期:
2022-11-25
发布日期:
2022-11-30
通讯作者:
李力群
作者简介:
郝捷 E-mail: 84508540@163.com;
Jie HAO(), Qiang JI, Liqun LI(
), Chao ZHENG, Na WU, Han WU, Xuanwen LI, Zhikang SUN
Received:
2022-05-09
Accepted:
2022-05-27
Online:
2022-11-25
Published:
2022-11-30
Contact:
Liqun LI
摘要:
生物酶和微生物在烟叶醇化发酵过程中发挥着重要作用。目前,利用生物酶和微生物技术提高烟叶品质、改善烟叶香气,已成为烟草行业关注的热点。利用酶制剂处理烟叶可以降解烟叶的蛋白质、果胶、纤维素等生物大分子,以达到提高烟叶品质和改善烟叶香气的作用。利用微生物对烟叶进行发酵可以有效调整和改善烟叶内部化学组分的比例,增加烟叶中的香气物质。综述了生物酶和微生物技术在烟叶产香发酵中的研究进展及其在烟叶发酵机理及增香技术中的应用,重点阐述了微生物和生物酶提高烟叶香气、改善烟叶品质以及降解烟叶中蛋白质、淀粉、果胶、纤维素等大分子物质的研究现状,分析了目前微生物和生物酶在实际应用中存在的问题,以期为今后使用生物酶和微生物技术改善烟叶香气提供理论依据。
中图分类号:
郝捷, 季嫱, 李力群, 郑超, 吴娜, 吴晗, 李选文, 孙志康. 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(6): 817-824.
Jie HAO, Qiang JI, Liqun LI, Chao ZHENG, Na WU, Han WU, Xuanwen LI, Zhikang SUN. Research Progress on Improving Aroma of Tobacco Leaf with Bio-enzymes and Microorganism Technology[J]. Current Biotechnology, 2022, 12(6): 817-824.
图1 烟叶中从糖类物质转变为次生致香物质的代谢途径[12-14]
Fig. 1 Metabolic pathway of flavour-causing substances from carbohydrate precursor to secondary substances in tobacco leaves[12-14]
种类 | 菌属 |
---|---|
细菌 | 芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、泛菌属、乳酸杆菌属、棒杆菌属、肠杆菌属 |
霉菌 | 曲霉属、青霉属、木霉属、毛霉属、小孢霉属、头孢霉属、梗束霉属 |
放线菌 | 链霉菌属、动孢菌属、小单孢菌属 |
表1 烟叶中的微生物种类
Table 1 Species of microorganisms in tobacco leaves
种类 | 菌属 |
---|---|
细菌 | 芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、泛菌属、乳酸杆菌属、棒杆菌属、肠杆菌属 |
霉菌 | 曲霉属、青霉属、木霉属、毛霉属、小孢霉属、头孢霉属、梗束霉属 |
放线菌 | 链霉菌属、动孢菌属、小单孢菌属 |
作用 | 优势菌 |
---|---|
提高香气 | 芽孢杆菌属、小球菌、泛菌属、微球菌属 |
降低有害成分 | 假单胞菌属、芽孢杆菌属、巨大芽孢杆菌属、微球菌属、嗜热菌、根瘤菌属、节枝杆菌属 |
缩短发酵时间 | 枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌 |
表2 烟叶中的微生物作用及优势菌群
Table 2 Function and dominant bacterial community of microorganisms in tobacco leaves
作用 | 优势菌 |
---|---|
提高香气 | 芽孢杆菌属、小球菌、泛菌属、微球菌属 |
降低有害成分 | 假单胞菌属、芽孢杆菌属、巨大芽孢杆菌属、微球菌属、嗜热菌、根瘤菌属、节枝杆菌属 |
缩短发酵时间 | 枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌 |
生物酶种类 | 分解或转化底物 | 产物 |
---|---|---|
蛋白酶 | 蛋白质 | 氨基酸 |
淀粉酶 | 淀粉 | 糊精、麦芽糖、葡萄糖 |
麦芽糖酶 | 麦芽糖 | 葡萄糖 |
转化酶 | 蔗糖 | 葡萄糖、果糖 |
纤维素酶 | 纤维素 | 葡萄糖 |
果胶酶 | 果胶 | 可溶性糖 |
脂酶 | 三酰基甘油 | 一酰基甘油、二酰基甘油、游离脂肪酸 |
多酚氧化酶 | 酚类物质 | 醌类物质 |
脂氧合酶 | 类胡萝卜素 | 香叶醇、紫罗兰酮、紫黄质黄质醛 |
表3 烟叶发酵过程中相关生物酶种类及作用
Table 3 Species and functions of related enzymes during tobacco fermentation
生物酶种类 | 分解或转化底物 | 产物 |
---|---|---|
蛋白酶 | 蛋白质 | 氨基酸 |
淀粉酶 | 淀粉 | 糊精、麦芽糖、葡萄糖 |
麦芽糖酶 | 麦芽糖 | 葡萄糖 |
转化酶 | 蔗糖 | 葡萄糖、果糖 |
纤维素酶 | 纤维素 | 葡萄糖 |
果胶酶 | 果胶 | 可溶性糖 |
脂酶 | 三酰基甘油 | 一酰基甘油、二酰基甘油、游离脂肪酸 |
多酚氧化酶 | 酚类物质 | 醌类物质 |
脂氧合酶 | 类胡萝卜素 | 香叶醇、紫罗兰酮、紫黄质黄质醛 |
1 | XU X, ZHANG X, HU T W, et al.. Effects of global and domestic tobacco control policies on cigarette consumption per capita: an evaluation using monthly data in China[J/OL]. BMJ Open, 2019, 9(6):e025092[2019-05-17]. . |
2 | 蔡宪杰,刘茂林,谢德平,等. 提高上部烟叶工业可用性技术研究[J].烟草科技,2010(6):10-17. |
3 | MALDONADO R G, RODRIGUEZ B E, SANCHEZ C A, et al.. Production of tobacco aroma from lutein. Specific role of the microorganisms involved in the process[J]. Appl. Microbiol. Biot., 2003, 62(5): 484-488. |
4 | HUANG J, YANG J, DUAN Y, et al.. Bacterial diversities on unaged and aging flue-cured tobacco leaves estimated by 16S rRNA sequence analysis[J]. Appl. Microbiol. Biot., 2010, 88(2): 553-562. |
5 | LIU F, ZHAO Z, ZHAO M. Detection and quantitative analysis of dominant bacteria on aging flue-cured tobacco leaves[J]. Agric. Sci. Tech., 2016, 17(11): 2611-2614. |
6 | LIU F, WU Z, ZHANG X, et al.. Microbial community and metabolic function analysis of cigar tobacco leaves during fermentation[J/OL]. Microbiologyopen, 2021, 10(2): e1171[2021-01-17]. . |
7 | 周昆,周清明,胡晓兰. 烤烟香气物质研究进展[J].中国烟草科学,2008,29(2): 58-61. |
8 | LI J, ZHAO Y, QIN Y, et al.. Influence of microbiota and metabolites on the quality of tobacco during fermentation[J]. BMC Microbiol., 2020, 20(1):1-15. |
9 | MOOKHERJEE B, WILSON R. Tobacco constituents-their importance in flavor and fragrance chemistry[J]. Perfum. Flavor, 1990, 15: 27-49. |
10 | BANOŽIĆ M, JOKIĆ S, AČKAR D, et al.. Carbohydrates-key players in tobacco aroma formation and quality determination[J/OL]. Molecules, 2020, 25(7): 1734 [2020-04-09]. . |
11 | KUMAR J, GUPTA P K. Molecular approaches for improvement of medicinal and aromatic plants[J]. Plant Biotechnol. Rep., 2008, 2: 93-112. |
12 | 段胜智,李军营,杨利云,等. 烟叶致香物质及其环境影响因子的研究进展[J].贵州农业科学,2015(1): 45-52. |
13 | 杨铁钊,李钦奎,李伟. 植物次生代谢与烟草香味物质[J].中国烟草科学,2005,26(4): 23-26. |
14 | 王霞,杨铁钊,殷全玉,等. 影响烟草香味的主要次生代谢途径及其研究进展[J].中国烟草科学,2008,29(1): 47-50. |
15 | 宫长荣,于建军. 烟草原料初加工[M]. 北京:中国轻工业出版社,1993. |
16 | 于会喜,王毅,马永凯,等. 发酵烟叶表面微生物的多样性及其应用现状[J]. 河北农业科学,2009,13(10): 59-60. |
17 | CHOPYK J, CHATTOPADHYAY S, KULKARNI P, et al.. Temporal variations in cigarette tobacco bacterial community composition and tobacco-specific nitrosamine content are influenced by brand and storage conditions[J/OL]. Front. Microbiol., 2017, 8: 358[2017-03-07]. . |
18 | TAMAYO A I, CANCHO F G. Microbiology of the fermentation of Apanish tobacco[C]//International Congress of Microbiology, 1953, 6: 48-50. |
19 | DAI J, DONG A, XIONG G, et al.. Production of highly active extracellular amylase and cellulase from Bacillus subtilis ZIM3 and a recombinant strain with a potential application in tobacco fermentation[J/OL]. Front. Microbiol., 2020, 11:1539[2020-07-21]. . |
20 | 李秀妮,李猛,万德建,等. 烟叶微生物及其在烟叶发酵和醇化中的作用研究进展[J]. 微生物学通报,2019,46(6):1520-1529. |
21 | SU C, GU W, ZHE W, et al.. Diversity and phylogeny of bacteria on Zimbabwe tobacco leaves estimated by 16S rRNA sequence analysis[J]. Appl. Microbiol. Biot., 2011, 92(5): 1033-1044. |
22 | 舒明,樊虎,刘金莉,等. 基于高通量测序的废次烟末水提液中细菌群落分析[J]. 烟草科技,2016,49(4):1-7. |
23 | 庹有朋,王刚,段旺军,等. 利用生物技术对烤烟发酵的研究[J]. 食品与发酵科技,2020,56(2):69-75. |
24 | 杜佳,张晓娟,吴钢,等. 雪茄茄衣人工发酵过程中叶面微生物区系研究[J]. 生物技术进展,2016,6(3):188-192, 230. |
25 | ZHOU J, YU L, ZHANG J, et al.. Characterization of the core microbiome in tobacco leaves during aging[J/OL]. Microbiologyopen, 2020, 9(3): e984 [2019-12-05]. . |
26 | 梅涌,姜兴涛,刘辉. 烟叶陈化中的微生物多样性及其对烟叶品质改良的研究进展[J]. 湖北农业科学,2017,56(20):3801-3803. |
27 | REID J J, MCKINSTRY D W, HALEY E E. Studies on the fermentation of tobacco I. The microflora of cured and fermenting cigar-leaf tobacco[J]. Pennsylv. Agric. Exper. Station Bull., 1933, 356: 1-17. |
28 | 刘萍,张广民,郑小嘎,等. 烟叶表面微生物及其应用[J]. 微生物学通报,2003,30(6):105-110. |
29 | 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(277):61-64. |
30 | 郝捷,赵新海,柴颖,等. 地衣芽孢杆菌LCCC10150在生产β‒葡聚糖酶和烟叶发酵中的应用:CN110616212A[P]. 2019-12-27. |
31 | 柴颖,陈顺,郝捷,等. 康宁木霉LCCC30119在生产纤维素酶和烟叶发酵中的应用:CN110616153A[P]. 2019-12-27. |
32 | 于少藤,毛淑蕊,胡安妥,等. 改善烟叶品质微生物的筛选及其作用效果研究[J]. 南京农业大学学报,2021,44(4):766-777. |
33 | ENGLISH C F, BELL E J. Isolation of thermophies from broadieaf tobacco and effect of pure coulture inoculation on cigar aroma and mildness[J]. Appl. Microbiol. Biot., 1967, 15: 117-119. |
34 | WU X, ZHU P, LI D, et al.. Bioaugmentation of Bacillus amyloliquefaciens-Bacillus kochii co-cultivation to improve sensory quality of flue-cured tobacco[J]. Arch. Microbiol., 2021, 203(9): 5723-5733. |
35 | PORTER J L, RUSLI R A, OLLIS D L. Directed evolution of enzymes for industrial biocatalysis[J]. ChemBioChem, 2016, 17(3): 197-203. |
36 | LI Z, WANG L, YANG G, et al.. Study on the determination of polyphenols in tobacco by HPLC coupled with ESI-MS after solid-phase extraction[J]. J. Chromatogr. Sci., 2003, 41(1): 36-40. |
37 | YU J, LI L, PANG T, et al.. Research advancement of tobacco fermentation[J]. Henan Agricultural University, 2006, 40(1): 108-112. |
38 | 丁冉,马宇平,周浩,等.烟草中蛋白质研究概述[J].广州化工,2014,42(5):5-8+26. |
39 | 王林,朱金峰,许自成,等. 不同酶制剂对烤烟上部叶化学成分、游离态和糖苷结合态中性香气成分的影响[J]. 生物技术进展,2015,5(6):455-460. |
40 | HE B, SHEN X, CHEN X, et al.. Study on improving the internal quality of tobacco stems by using pectinase[J]. Agricul. Sci. Technol., 2013, 14(9): 1299-1321. |
41 | 于建军,马海燕,杨寒文,等.利用果胶酶降解烟叶中果胶的研究[J].江西农业学报,2009,21(3):136-138. |
42 | REN X, CHEN G, MA H, et al.. Research on the effect of cell wall matter components on the tobacco quality[J]. Chin. Agric. Sci. Bull., 2010, 26(4): 113-116. |
43 | 周瑾,李成斌,邓国斌,等. 烤烟叶面微生物产生的纤维素酶对上部烟叶品质改善作用的研究[J]. 烟草科学研究,2004,(1):62-64. |
44 | 郝捷,王磊,王胜利,等. 一种烟草发酵处理方法及系统: CN110742300A[P]. 2020-02-04. |
45 | 迟广俊,宁伟,徐赫男,等. 制丝在线添加复合生物酶对膨胀烟丝感官质量及适用性的影响[J]. 中国烟草科学,2021,42(2):91-97. |
46 | BAILEY C F, PETRE A W. Progress Report[C]//Philip Morris & Company Ltd., 1937. |
47 | 赵铭钦,李晓强. 烟叶微生物发酵机理及生物制剂应用研究进展[J]. 甘肃农业大学学报,2007(6):84-91. |
48 | 赵铭钦,李芳芳. 微生物和酶学技术在烟草发酵中的应用及展望[J]. 中国农学通报,2007,23(1):314-318. |
49 | 夏露,张娟,王远亮,等. 生物技术在烟叶发酵中的应用研究进展[J]. 安徽农业科学,2010,38(22):12013-12015. |
50 | 马林. 利用生物技术改变烟草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,(9):40-42. |
51 | 赵铭钦,齐伟城,邱立友,等. 烟草发酵增质剂对烤烟发酵质量的影响[J]. 河南农业科学,1998(12):7-9. |
52 | IZQUIERDO T A, ROS A A, GALAN R C. Bacteria in tobacco fermemtation[J]. TA, 1958(2): 2146. |
53 | 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. |
54 | CHOPYK J, CHATTOPADHYAY S, KULKARNI P, et al.. Temporal variations in cigarette tobacco bacterial community composition and tobacco-specific nitrosamine content are influenced by brand and storage conditions[J/OL]. Front. Microbiol., 2017, 8: 358[2017-03-07]. . |
55 | WELTY R E, VICKROY D G. Evaluations of cigarettes made with mold-damaged and nondamaged flue-cured tobacco[J]. Beiträge Tabakforschung/Contrib. Tobacco Res., 1975, 8(2): 102-106. |
56 | PAULY J L, PASZKIEWICZ G. Cigarette smoke, bacteria, mold, microbial toxins, and chronic lung inflammation[J/OL]. J. Oncol., 2011, 2011: 819129[2011-07-09]. . |
57 | ROONEY A P, SWEZEY J L, WICKLOW D T, et al.. Bacterial species diversity in cigarettes linked to an investigation of severe pneumonitis in U.S. military personnel deployed in operation iraqi freedom[J]. Curr. Microbiol., 2005, 51(1): 46-52. |
58 | SAPKOTA A R, BERGER S, VOGEL T M. Human pathogens abundant in the bacterial metagenome of cigarettes[J]. Environ. Health Persp., 2010, 118(3): 351-356. |
[1] | 刘培敏, 罗金萍, 高权新. 水产养殖环境微生物研究进展[J]. 生物技术进展, 2022, 12(5): 690-695. |
[2] | 王金棒, 邱纪青, 汪志波, 李凌, 卢志菁, 邹珺, 陈彦. 烟草废弃物在堆肥领域的研究进展[J]. 生物技术进展, 2022, 12(5): 711-720. |
[3] | 肖克, 周晓今, 陈茹梅, 逄森. 玉米中ClassⅠ和ClassⅡ NAS蛋白之间的BiFC互作研究[J]. 生物技术进展, 2022, 12(5): 728-736. |
[4] | 李力群, 孙志康, 郝捷, 季嫱, 李选文, 吴晗, 吴娜, 郑超, 杨婧. 果胶酶生产及工业应用进展[J]. 生物技术进展, 2022, 12(4): 549-558. |
[5] | 李伟, 王冲, 刘嗣嘉, 杨敏一, 张云平. 宏基因组学技术在痤疮研究中的应用进展[J]. 生物技术进展, 2021, 11(6): 694-699. |
[6] | 赵冬雪,刘璐,穆迎春,韩刚,张洪玉,房洪博,阮志勇4,宋金龙. 磺胺甲恶唑高效降解菌群的多样性分析和降解微生物的分离表征[J]. 生物技术进展, 2021, 11(2): 196-203. |
[7] | 玄琦月,韩雪,付英梅,. 肺外结核病微生物学诊断方法的研究和应用进展[J]. 生物技术进展, 2021, 11(1): 47-53. |
[8] | 张兆昆,,周文学,李永丽,,胡建华,,刘占英,. 核黄素发酵菌种改造研究进展[J]. 生物技术进展, 2021, 11(1): 54-60. |
[9] | 樊英,于晓清,李乐,王晓璐,叶海斌,胡发文,刁菁,刘洪军. 基于16S rRNA高通量测序分析大泷六线鱼表皮粘液及肠道内容物微生物多样性[J]. 生物技术进展, 2021, 11(1): 79-90. |
[10] | 陈硕,高佳奇,王迪,龙艳,李亮,张晓. DNA四面体纳米结构及其在生物技术领域的应用进展[J]. 生物技术进展, 2020, 10(6): 661-667. |
[11] | 徐欢欢,张红兵,李会宣,李磊. 常压室温等离子体技术在微生物诱变中的应用进展[J]. 生物技术进展, 2020, 10(4): 358-362. |
[12] | 李宇邦,吴军林,李曼莎. 微生物发酵处理药食同源植物研究进展[J]. 生物技术进展, 2019, 9(5): 461-466. |
[13] | 马永凯,陶宏兵,李文茹,谢小保,施庆珊,周少璐. 水性涂料中微生物群落结构及其多样性分析[J]. 生物技术进展, 2019, 9(4): 396-403. |
[14] | 刘丽辉,蒋慧敏,王佩旋,唐小钰,彭桂香,谭志远. 野生稻内生固氮菌多样性研究进展[J]. 生物技术进展, 2017, 7(6): 567-579. |
[15] | 袁林喜,张影. 硒超积累植物壶瓶碎米荠的根际微生物特征研究[J]. 生物技术进展, 2017, 7(5): 395-401. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||
版权所有 © 2021《生物技术进展》编辑部