微波技術(shù)防煙葉霉變研究

李 倩，蘇 揚(yáng)，王 毅，馬永凱，季秀玲，魏云林，*

（1.昆明理工大學(xué)生物工程技術(shù)研究中心，云南昆明650500；2.紅塔（煙草）集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南玉溪653100）

煙葉的自然醇化或人工發(fā)酵是提高煙葉燃吸品質(zhì)和可用性的重要環(huán)節(jié)之一，為了達(dá)到加工品質(zhì)，一般必須儲(chǔ)存1～2年的時(shí)間[1]。由于煙葉吸濕性強(qiáng)，而煙葉中又含有微生物生長所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)，如葡萄糖、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、煙堿等，一旦條件適宜，煙葉極易滋生各種微生物而發(fā)生霉變[2]，而煙葉霉變后，其內(nèi)含物會(huì)被迅速分解，正常的結(jié)構(gòu)遭到破壞，失去使用價(jià)值，造成重大經(jīng)濟(jì)損失[3]。有關(guān)煙葉防霉技術(shù)的相關(guān)報(bào)道較少，目前常見的防霉方法是采用化學(xué)防霉劑[4]，但涉及安全問題，很難找到高效低毒的防霉劑。近年人們也嘗試過輻射防霉、臭氧防霉等技術(shù)，但這些技術(shù)均不同程度存在不利于環(huán)境安全、影響煙葉醇化和外觀品質(zhì)等問題[5]。目前研究表明，環(huán)境濕度和煙葉含水率是影響煙葉霉變的關(guān)鍵因素，在潮濕、高溫或無氧等條件下進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，煙葉中的微生物主要是霉菌[6-8]。由此可知，嚴(yán)格控制煙葉含水率并及時(shí)殺滅霉菌才是防止煙葉霉變的根本方法。微波技術(shù)作為一種新型技術(shù)，具有較為理想的殺菌作用，目前已在各類食品工業(yè)中得到應(yīng)用[9-10]。微波殺菌具有加熱時(shí)間短、殺菌均勻、食品營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)破壞和損失少等特點(diǎn)，既能殺滅各種細(xì)菌，又能防止其貯藏過程中的霉變[11]。目前的研究表明，微波殺菌的原理在于由微波產(chǎn)生的溫度場(chǎng)熱效應(yīng)和電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)均能殺菌[12]。本實(shí)驗(yàn)研究了各微波條件對(duì)煙葉含水率的控制及霉菌的殺滅效果，同時(shí)探討了微波在煙葉存儲(chǔ)、加工過程中防霉的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

烤煙KC3F 產(chǎn)自云南玉溪，品種為K326，年限為2009年，等級(jí)為C3F即中部桔黃三級(jí)，簡寫為KC3F，由云南玉溪紅塔集團(tuán)技術(shù)中心提供。

P8023CTL-K4型微波爐 額定輸出功率1300W，微波輸出功率800W，微波頻率2450MHz，廣東順德市格蘭仕電器實(shí)業(yè)有限公司；KBF240型恒溫恒濕箱、KB240型恒溫精密培養(yǎng)箱、FED400型熱風(fēng)循環(huán)式精密烘箱 德國Binder公司；HV-110型高壓滅菌器 日本Hirayama公司；36100-24型超凈工作臺(tái) 美國Labconco公司；恒溫?fù)u床CERTOMAT○RBS-T 德國B.Braun公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 煙葉水分測(cè)定 按照YC/T31 1996《煙草及煙草制品試樣的制備和水分測(cè)定烘箱法》執(zhí)行。

1.2.2 煙葉中霉菌數(shù)測(cè)定 在無菌條件下，稱取煙樣25.0g，加入到裝有225mL滅菌生理鹽水的三角瓶中，放在200r/min的搖床上振蕩30min，充分洗下霉菌孢子，制成1∶10的稀釋液；再吸取l0mL 10-1稀釋液到90mL滅菌生理鹽水中，制成10-2稀釋液，如此繼續(xù)，再分別制成10-3、l0-4、l0-5等適宜的稀釋度。每一個(gè)稀釋度分別取2×1mL加入2個(gè)培養(yǎng)皿中，然后分別傾注約15mL 50～60℃孟加拉紅培養(yǎng)基混勻制成平板，（28±1）℃培養(yǎng)2～5d，計(jì)數(shù)生長的霉菌菌落數(shù)。

殺菌效果即殺菌率的計(jì)算方法采用如下公式：

殺菌率（%）=（No-Nt）/No×100

式中，No-初始菌數(shù)；Nt-處理后殘存活菌數(shù)。

1.2.3 微波處理效果的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 微波作用功率的篩選 稱取50g含水率為25.47%的煙樣共5份，分別置于滅菌干燥的直徑18cm的培養(yǎng)皿中，均勻鋪開置于微波爐中，設(shè)定功率為160、320、480、640、800W，即輸出總功率的20%、40%、60%、80%、100%；處理90s，重復(fù)三次通過比較含水率和殺菌率來確定合適的處理功率。

1.2.3.2 微波處理時(shí)間的篩選 稱取50g含水率為25.47%的煙樣共5份，放人微波爐中，在相同微波功率條件（800W）下，設(shè)定微波處理時(shí)間為30、60、90、120、150s，重復(fù)三次，以確定合適的微波作用時(shí)間。

1.2.3.3 不同物料量的篩選 選取含水率為25.47%的煙樣，分別稱取25、50、75、100、125g，在相同的微波功率（800W）條件下和相同作用時(shí)間（90s）下進(jìn)行微波殺菌處理，重復(fù)三次，以確定合適的物料用量。

1.2.4 微波處理效果的正交實(shí)驗(yàn) 選取微波功率、微波處理時(shí)間、物料量三個(gè)因素，每個(gè)因素三個(gè)水平，以煙葉含水率和殺菌率作為觀察指標(biāo)，采用L9（33）表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)微波作用條件進(jìn)行優(yōu)化。

表1 微波處理煙葉條件的因素水平表Table 1 Factors and levels of tobacco by microwave heating

1.2.5 煙葉品質(zhì)評(píng)定 稱取一份正常含水率（12.43%）的KC3F煙樣以及稱取3份含水率較高（25.26%）的KC3F煙樣，每份100g，分別均勻放置于潔凈的烘盤中，并做如下處理：

對(duì)照樣品1：正常水分（12.43%）煙葉，不作微波處理。

對(duì)照樣品2：高水分（25.26%）煙葉，不作微波處理。

處理1：高水分（25.26%）煙葉，最佳微波工藝（800W，120s）處理。

處理2：高水分（25.26%）煙葉，800W，135s處理。

將以上處理完畢的四個(gè)樣品分別制成煙支，放入溫度為20℃，相對(duì)濕度為50%的恒溫恒濕箱中，平衡24h后取出并將其切成煙絲制成煙支，由紅塔集團(tuán)技術(shù)中心專業(yè)評(píng)吸人員按評(píng)吸標(biāo)準(zhǔn)DB53/T 128-2006《玉溪優(yōu)質(zhì)烤煙單料煙感官質(zhì)量評(píng)吸方法》對(duì)煙葉品質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。

1.2.6 微波作用后防霉效果觀察 選取含水量分別為12.43%、25.47%和31.19%的3種樣品，編號(hào)為a、b、c，分別稱取各兩份，每份100g，其中一組不用微波處理作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，另外一組用最佳微波條件（800W、120s、100g）處理，處理完畢后分別放置于干凈培養(yǎng)皿中且敞開皿口放入室溫條件下，觀察霉變時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同微波功率對(duì)煙葉含水率和霉菌總數(shù)的影響

相同處理時(shí)間（90s）下，不同微波輸出功率對(duì)殺菌煙葉含水率和殺菌率的影響見表2。

表2 微波處理功率對(duì)煙葉含水率和霉菌數(shù)量的影響Table 2 Effect of microwave output power on the tobacco moisture and molds count

由表2可看出，隨著微波功率的增加，煙葉含水率逐漸降低；微波功率對(duì)煙葉殺菌效果有著顯著影響，功率小于480W時(shí)，霉菌總數(shù)逐漸減少，當(dāng)功率達(dá)到640W時(shí)，霉菌數(shù)量開始驟減，800W時(shí)，殺菌率可達(dá)99.07%；因此選定480、640、800W作為下一步正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的水平值。

2.2 不同微波作用時(shí)間對(duì)煙葉含水率和霉菌總數(shù)的影響

800W功率下，不同作用時(shí)間對(duì)殺菌煙葉含水率和殺菌率的影響見表3。

由表3可以看出，微波作用時(shí)間對(duì)煙葉含水率降低有顯著效果，并且隨著微波處理間延長，煙葉的含水率迅速降低，90s后煙葉含水率即可降到正常水分，即按國家準(zhǔn)GB/T 23220-2008《煙葉儲(chǔ)存保管辦法》規(guī)定，煙葉正常含水率需≤13%；800W功率條件下，霉菌存活總數(shù)隨微波作用時(shí)間的延長而降低；30～90s內(nèi)霉菌總數(shù)逐漸降低，90～120s內(nèi)活菌總數(shù)急速下降，到達(dá)120s時(shí)可將50g煙葉中霉菌全部殺滅，150s雖然殺菌效果很好，但導(dǎo)致了煙葉出現(xiàn)了局部焦糊現(xiàn)象，這可能是由于煙葉中水分含量太低，而加熱時(shí)間過長使煙葉局部過熱而導(dǎo)致。因此在進(jìn)一步優(yōu)化處理參數(shù)時(shí)選擇殺菌時(shí)間60、90、120s。

表3 微波處理時(shí)間對(duì)煙葉含水率和霉菌數(shù)量的影響Table 3 Effect of microwave heating time on the tobacco moisture and molds count

2.3 物料量對(duì)微波殺菌效果的影響

由于物料量的不同會(huì)使得堆放厚度不同，從而會(huì)直接影響到煙葉的含水率和殺菌率，因此也將其歸為影響因素之一。物料量對(duì)殺菌煙葉含水率和殺菌效果的影響見表4。

表4 物料量對(duì)微波處理效果的影響Table 4 Effect of material dosage on microwave heating

從表4可以看出，微波對(duì)煙葉含水率的作用效果隨物料量的增加而降低，當(dāng)物料量在50～100g內(nèi)煙葉含水率均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而大于100g時(shí)則水分超標(biāo)；物料量對(duì)殺菌效果的影響相對(duì)比較復(fù)雜。其中煙葉量為25g時(shí)的殺菌效果相對(duì)較差，這可能是因?yàn)槲锪狭枯^少，微波殺菌時(shí)煙葉中水分快速蒸發(fā)，使其含水量過低，可吸收的微波能減少，而水分含量對(duì)殺菌效果影響是比較大的，水分的存在能明顯提高殺菌效果[13]；物料量為75g和100g時(shí)，霉菌均可全部被殺滅，而當(dāng)物料重量大于100g，殺菌效果也不好。故選50、75、100g作為正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)水平值。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

從單因素實(shí)驗(yàn)中可知，影響微波殺菌實(shí)驗(yàn)的主要因素有微波功率和滅菌時(shí)間。另外，物料重量的多少對(duì)前二者因素的作用效果也有直接影響，因此選擇物料量50、75、100g，功率480、640、800W，作用時(shí)間60、90、120s進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表5，結(jié)果分析見表6。

表5 微波處理煙葉條件的L9（33）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Orthogonal test design and the results of microwave on tobacco

表6 方差分析結(jié)果Table 6 Analysis of variance

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，含水率最低和殺菌率最高的組合均為A3B3C3，因此，選擇功率800W，時(shí)間120s，物料量100g為最佳組合；極差結(jié)果顯示，在含水率的控制效果中三者因素作用強(qiáng)弱為：微波處理時(shí)間＞微波功率＞物料量；而對(duì)于殺菌效果作用強(qiáng)弱則是：微波功率＞微波處理時(shí)間＞物料量，且由方差分析可知，微波功率對(duì)殺菌效果的影響為極顯著（p＜0.01），而對(duì)含水率影響效果為顯著（p＜0.05），這與相關(guān)微波技術(shù)的研究報(bào)道結(jié)果相一致[14]。微波處理時(shí)間對(duì)含水率影響為極顯著，而對(duì)殺菌效果影響為顯著，這可能是加熱時(shí)間越長，水分蒸發(fā)越多的緣故；而物料量對(duì)殺菌效果和含水率影響均不顯著。

2.5 微波處理對(duì)煙葉品質(zhì)的影響

由于在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，煙葉的感官質(zhì)量是煙葉價(jià)值的決定性因素，因此在考慮殺滅霉菌的同時(shí)還需要兼顧煙葉的品質(zhì)。評(píng)吸結(jié)果見表7。

表7 感官品質(zhì)評(píng)吸結(jié)果（分）Table 7 The evaluation results of organoleptic quality of the tobacco（score）

由表7可看出，對(duì)照2即高水分煙葉品質(zhì)較對(duì)照1正常水分的煙葉品質(zhì)有明顯下降，主要體現(xiàn)在香韻的清甜度、香氣量及濃度的降低；而經(jīng)過最佳微波條件處理過的煙葉即處理1其品質(zhì)較對(duì)照2有明顯的提高且接近于對(duì)照1的煙葉，主要表現(xiàn)為其香韻增加及濃度的回升，且香氣量增加，但香氣質(zhì)不如對(duì)照1；另外，經(jīng)800W、135s微波處理即處理2的煙葉品質(zhì)由于煙氣不清晰，枯焦程度較重、回味較苦而大大影響了煙葉品質(zhì)。

2.6 微波處理后的煙葉防霉效果

微波作用后的煙葉防霉效果見表8。從表8可知，經(jīng)微波處理后的煙葉和處理前比較，處理前由于煙葉含水率較高且含有大量霉菌，導(dǎo)致煙葉在較短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生霉變，當(dāng)煙葉含水率達(dá)到或超過31.19%時(shí)，煙葉5d即可發(fā)生霉變，而經(jīng)微波處理后其含水率可迅速下降到12.56%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水分要求，且霉菌基本都被殺滅，40d后仍未有霉變發(fā)生，由此可知經(jīng)微波處理能快速、有效地阻止含水率偏高的煙葉發(fā)生霉變。

表8 微波處理前后煙葉霉變的比較Table 8 The tobacco moulds comparison before and after the microwave treatment

3 結(jié)論

3.1 單因素正交實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，利用微波對(duì)煙葉尤其是含水率偏高的煙葉進(jìn)行霉變控制是可行的，影響煙葉微波殺菌效果的主要因素是微波功率和殺菌時(shí)間，且二者與殺菌效果成正比關(guān)系。

3.2 以殺菌率和含水率為考察指標(biāo)，采用正交實(shí)驗(yàn)所得的煙葉最佳微波殺菌工藝條件為：微波功率800W，微波處理時(shí)間120s，物料量100g。

3.3 微波處理前后的煙葉品質(zhì)評(píng)吸研究表明，經(jīng)最佳微波條件處理后煙葉較處理前相比，煙葉品質(zhì)得到明顯改善。微波功率800W，微波處理時(shí)間超過135s時(shí)則會(huì)對(duì)煙葉品質(zhì)造成不良影響。由此可見，利用微波進(jìn)行煙葉霉變控制，掌控好微波作用時(shí)間是關(guān)鍵。

3.4 微波處理前后的煙葉霉變時(shí)間研究結(jié)果表明，高水分煙葉在較短的時(shí)間內(nèi)即發(fā)生霉變，而經(jīng)微波處理后的煙葉40d后仍未發(fā)生霉變，因此可知，利用微波進(jìn)行煙葉防霉有較好的效果。

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