烘烤過程中煙葉霉變研究進(jìn)展

蘇家恩，典瑞麗，陳二龍，范志勇，朱 凱，王德勛，王新中，孫軍偉

(1.云南省煙草公司大理州公司，云南大理 671000；2.中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，河南鄭州 450008；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南鄭州 450002)

煙葉在烘烤過程中煙葉霉變主要是指烘烤過程中變黃中期至定色前期煙葉葉基部主脈腐爛和霉菌的生長繁殖。烘烤過程中煙葉在變黃期和定色前期屬于活體，期間煙葉處于高溫和干旱脅迫，促使煙葉變黃、變香和變干，但脅迫不當(dāng)，造成煙葉組織損傷和壞死，進(jìn)而為微生物的入侵創(chuàng)造條件。煙葉自身的水分和營養(yǎng)物質(zhì)為微生物的生長繁殖提供保障。近年來，關(guān)于煙葉霉變的研究大多集中在烤后煙葉于儲(chǔ)存期間的霉變，且研究的切入點(diǎn)主要為儲(chǔ)存期的溫度和相對(duì)濕度，致使煙葉霉變的微生物等，但對(duì)于烘烤期間煙葉霉變發(fā)生的研究甚少。由于烘烤過程中煙葉仍可進(jìn)行代謝活動(dòng)，為此，筆者對(duì)烘烤過程中煙葉霉變的表現(xiàn)和研究進(jìn)展進(jìn)行了概述，并提出研究烘烤過程中煙葉霉變的新方向，為烘烤中煙葉霉變的防控提供依據(jù)。

1 烘烤過程中煙葉霉變的表現(xiàn)

烘烤過程中煙葉霉變主要發(fā)生在小氣候較為突出和烘烤設(shè)備不足的區(qū)域，如江西省、福建省和云南省等局部區(qū)域[1-2]，其烘烤過程中煙葉霉變的原因主要為兩大部分：第一部分為煙草在大田期長期處于多雨寡日照，造成煙草營養(yǎng)物質(zhì)積累不充足，抗性減弱，此外高溫高濕的環(huán)境適宜于微生物的生長繁殖；第二部分為烘烤過程中的烘烤設(shè)備不足，為微生物的生長繁殖營造適宜的環(huán)境條件，烘烤工藝模式化，造成煙葉組織損傷，且不能改善適宜于微生物生長繁殖的局部區(qū)域。烘烤中煙葉霉變現(xiàn)象主要表現(xiàn)為變黃中期主脈變褐，且伴隨少量的霉菌；變黃后期霉菌在煙葉葉基部主脈大量繁殖，且主脈腐爛較為嚴(yán)重；定色前期霉菌生長繁殖受到抑制，而主脈腐爛仍然繼續(xù)，但腐爛趨勢逐漸減弱，之后腐爛終止。煙葉霉變?cè)诳痉恐械陌l(fā)生位置主要是低溫高濕層，在葉片上的發(fā)生位置主要為主脈和支脈；易霉變煙葉主脈皮層的細(xì)胞結(jié)構(gòu)易破損，受損程度越大，其主脈越易發(fā)生霉變。煙葉在烘烤過程中若發(fā)生霉?fàn)€癥狀后，烘烤損失會(huì)增加2.3%～3.7%(其中煙葉質(zhì)量損失0.76%～0.92%，煙葉等級(jí)降低損失1.54%～2.78%)，平均至少損失1 552.5元/hm2。

2 烘烤過程中煙葉霉變的研究進(jìn)展

煙葉在烘烤中發(fā)生霉變具有一定的規(guī)律可循，陳二龍等[3]研究表明，霉變規(guī)律的發(fā)生與周圍環(huán)境有關(guān)。許大鳳等[4]分析指出，煙葉霉變發(fā)生時(shí)間與周圍空氣中相對(duì)濕度有關(guān)，其相對(duì)濕度越大，煙葉發(fā)生霉變的時(shí)間越短。黃福新等[5]研究得出，煙葉開始發(fā)生霉變的時(shí)間與其所處環(huán)境的溫度表現(xiàn)為拋物線的線性關(guān)系，最適溫度條件下煙葉發(fā)生霉變的時(shí)間最短，低于最適溫度不利于霉變的發(fā)生，高于最適溫度抑制煙葉霉變。彭清云等[6]、朱桂寧[7]認(rèn)為，影響煙葉霉變發(fā)生的重要因素是其周圍環(huán)境的溫度和濕度；曾婷英等[8]則認(rèn)為，致使煙葉發(fā)生霉變的最重要因素是濕度，并且陳二龍等[3]指明，煙葉所處區(qū)域的相對(duì)濕度越大，則煙葉霉變程度越嚴(yán)重。

煙葉在烘烤過程中，其發(fā)生霉變的趨勢有層次和階段劃分，王濤[9]研究表明，烤房中煙葉霉變與裝煙層次有關(guān)，低溫層至高溫層煙葉的霉變程度呈現(xiàn)逐漸減弱的趨勢。曾婷英等[8]分析指出，烘烤過程中的變黃前期，煙葉開始發(fā)生霉變；變黃中期，煙葉的霉變發(fā)生率快速增加；變黃后期，其霉變發(fā)生率逐漸減緩；強(qiáng)調(diào)烤房內(nèi)煙葉處于36～40 ℃和75%～85%相對(duì)濕度中，容易導(dǎo)致霉菌在煙葉表面滋生。

有效防治烘烤過程中煙葉霉變的措施較少，蘇家恩等[1]利用藥劑防控烘烤過程中煙葉霉變，篩選出百菌清、多菌靈和甲酸錳鋅防控?zé)熑~霉變；宋朝鵬等[10]采用振蕩式內(nèi)循環(huán)、振蕩式運(yùn)動(dòng)和階段式單向緩排濕，有效控制烘烤過程中煙葉霉變。

3 烘烤過程中煙葉霉變的研究方向

3.1鮮煙葉的宏觀特性判定烘烤中煙葉霉變特性烤煙在烘烤過程中的霉?fàn)€發(fā)生與外在環(huán)境有關(guān)，同時(shí)與自身的內(nèi)在成分有關(guān)(組織水、水活度、主脈表皮質(zhì)地和中柱與莖截面的縱橫比)。水活度與酶促反應(yīng)、非酶反應(yīng)和微生物活度具有一定關(guān)系[11]，水活度大于某一臨界值時(shí)，特定的微生物才能生長，一般說來，大多數(shù)細(xì)菌為0.94～0.99，大多數(shù)霉菌為0.80～0.94，大多數(shù)耐鹽菌為0.75，耐干燥霉菌和耐高滲透壓酵母0.60～0.65；當(dāng)水活度低于0.60時(shí)，絕大多數(shù)微生物無法生長[12]，因此煙葉主脈表皮的水活度反映煙葉是否易發(fā)生霉變。植物在干旱的條件下，細(xì)胞壁木質(zhì)化程度增加，角質(zhì)層加厚，致使質(zhì)地增加，起到抗擠壓、機(jī)械破壞和抵抗微生物的侵襲等[13]，表皮質(zhì)地越大，抗微生物侵染能力越強(qiáng)[14]，因此通過制定一個(gè)合理的表層質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)，作為判斷煙葉是否易霉?fàn)€的指標(biāo)是可行的。中柱包括木質(zhì)部(水分運(yùn)輸)、韌皮部(營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸)和髓(物質(zhì)儲(chǔ)存)[15]；木質(zhì)部是水分運(yùn)輸?shù)闹饕M織，土壤中水分含量越大，維管柱的直徑相對(duì)較小，水分運(yùn)輸阻力增加，不利于烘烤過程中煙葉主脈水分的運(yùn)輸，為微生物的生長繁殖提供有力的條件[16-19]，通過中柱反映木質(zhì)部，可作為判斷煙葉是否易發(fā)生霉變的指標(biāo)。中柱與莖截面的縱橫比在一定程度上反映物質(zhì)協(xié)調(diào)性，表現(xiàn)出煙葉對(duì)霉?fàn)€發(fā)生的抗性。

3.2烘烤過程中霉變煙葉微觀結(jié)構(gòu)植物器官的微形態(tài)可反映其品質(zhì)的特性。江澤慧等[20]通過研究杉木品質(zhì)特性與其微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，確立了杉木的力學(xué)和物理特性與其微觀結(jié)構(gòu)的深層次聯(lián)系；林嬌芬等[21]利用油柿茶的加工研究其組織結(jié)構(gòu)的微觀變化，得出主要細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變對(duì)茶葉特性形成的指標(biāo)；李鴻雁等[22]研究牧草抗寒性與其葉片微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，認(rèn)為牧草葉片的微觀結(jié)構(gòu)可作為衡量其抗寒性的重要指標(biāo)；任媛媛等[23]研究闊葉植物抗旱性與其葉片微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，篩選出葉片厚度、上表皮厚度和柵欄組織厚度評(píng)價(jià)植物的抗旱性。目前，通過掃描電鏡獲得植物組織的微觀結(jié)構(gòu)，已成為研究植物品質(zhì)的新方法[24-27]。煙草組織微觀結(jié)構(gòu)的研究主要集中在大田生育時(shí)期，如不同品種[28]、土壤[29]、土壤改良方式[30]和土壤水分[31]等獲得的鮮艷葉進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的觀察。烘烤過程中煙葉霉變的微觀結(jié)構(gòu)的研究鮮有報(bào)道，而通過研究烘烤中霉變煙葉的微觀結(jié)構(gòu)，有利于了解煙葉組織與霉變的關(guān)系[32]。

3.3烘烤過程中霉變煙葉基因表達(dá)

3.3.1烘烤過程中煙葉熱激蛋白90。烘烤過程中的煙葉在定色的前期和整個(gè)變黃均為活體，然而煙葉該過程處于干旱和高溫脅迫，使煙葉變黃，若期間脅迫強(qiáng)度過高，造成煙葉組織損傷，且超出自我修復(fù)的能力，促使微生物的入侵，使煙葉的品質(zhì)降低[33]。上調(diào)熱激蛋白90的表達(dá)，可增強(qiáng)煙葉對(duì)干旱和高溫的適應(yīng)能力，減少細(xì)胞組織損傷，進(jìn)而避免微生物的入侵，研究煙葉熱激蛋白90的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)特性，一方面認(rèn)識(shí)熱激蛋白90功能的理論意義，另一方面從抗性揭示煙葉霉變特性。熱激蛋白90是一種屬于分子伴侶的二聚體，具有3個(gè)較為保守的結(jié)構(gòu)域，依次為C端結(jié)構(gòu)域(結(jié)合底物)、中間結(jié)構(gòu)域和N端結(jié)構(gòu)域(結(jié)合ATP)[34]。植物在干旱、鹽澤和高溫等脅迫的條件下，熱激蛋白90表達(dá)量明顯增加，通過和非蛋白類物質(zhì)的相互作用，避免發(fā)生蛋白質(zhì)變性，修復(fù)已經(jīng)變性蛋白，減少細(xì)胞組織的損傷[35-36]。促使熱激蛋白90表達(dá)量增加的主要因素是高溫脅迫[37]。熱激蛋白90具有行駛蛋白空間結(jié)構(gòu)的折疊、初始脅迫信號(hào)的傳遞、底物的活化和激酶等功能[38-39]。熱激蛋白90家族成員分布廣泛，在真核生物的線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞質(zhì)和葉綠體均有存在[40]。近年來，關(guān)于植物熱激蛋白90的研究對(duì)象主要為小麥、番茄、水稻、大麥和擬南芥[41-45]，目前針對(duì)烘烤過程中霉變煙葉的熱激蛋白90研究較少[46]。

3.3.2烘烤過程中煙葉熱激蛋白70。煙葉烘烤是在高溫條件下，促進(jìn)煙葉失水的脅迫過程，而熱激蛋白70在一定程度上避免煙葉在其逆境條件下?lián)p傷。熱激蛋白70在細(xì)胞中分布廣泛，通過對(duì)其進(jìn)行定位，主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞質(zhì)、線粒體和葉綠體中[47]。熱激蛋白70參與細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)或阻止蛋白質(zhì)發(fā)生錯(cuò)誤折疊和凝聚[48]。李慧聰?shù)萚49]研究玉米在高溫脅迫下熱激蛋白70的表達(dá)量，結(jié)果表明在42 ℃高溫誘導(dǎo)下，玉米熱激蛋白70在2 h的表達(dá)量最大；張楊等[50]研究熱激蛋白70基因在菊花腦中的表達(dá)分析，篩選結(jié)果表明菊花腦在42 ℃高溫誘導(dǎo)下，其表達(dá)量在3 h 達(dá)到最高，當(dāng)熱激時(shí)間持續(xù)到6 h 時(shí)，其基因的表達(dá)量快速下調(diào)。熱激蛋白70參與熱激反應(yīng)的前提需要與鈣-鈣調(diào)素結(jié)合[51]，此外，熱激蛋白70行使功能可通過ADP-蘋果酸酶與其形成復(fù)合體[52]。目前，關(guān)于烘烤過程中煙草熱激蛋白70與煙葉霉變的研究鮮見報(bào)道。

4 展望

烘烤過程中煙葉霉變極大地?fù)p失煙農(nóng)的收益，且烘烤過程中霉變煙葉的霉菌孢子殘留于煙葉上，如果不及時(shí)處理，將致使儲(chǔ)存期間煙葉發(fā)霉，造成煙葉質(zhì)量和品種的損失，不利于工業(yè)的生產(chǎn)。目前防控烘烤過程中煙葉霉變措施主要從微生物著手，但實(shí)際空氣中均存在微生物，因此單從微生物著手，防控能力有限。微生物的生長繁殖需要營養(yǎng)物質(zhì)，而煙葉能為其提供所需，但煙葉自身具有防御機(jī)制，抵抗微生物從中獲取營養(yǎng)物質(zhì)，一旦煙葉細(xì)胞組織損傷，防御能力下降，或鮮煙葉本身防御機(jī)制弱(煙葉素質(zhì)差)，微生物即可入侵煙葉，使煙葉發(fā)生霉變。因此，研究烘烤過程中煙葉霉變，應(yīng)該從兩大方面開展，一方面為鮮煙物理特性(宏觀特征和微觀結(jié)構(gòu))，另一方面為煙葉內(nèi)部代謝機(jī)理(抗性基因表達(dá))，進(jìn)而為防控烘烤過程中煙葉霉變提供依據(jù)。

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