煙葉微生物菌群變化及微生物在煙葉中的應(yīng)用現(xiàn)狀

張玉姣，宋金鵬，郭學(xué)民，彭新輝，孔 波，楊華武，馬景浩，范光森*

（1.北京工商大學(xué) 食品與健康學(xué)院，北京 100048；2.德州市纖維檢驗(yàn)所，山東 德州 253000；3.湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

煙草（Nicotiana tabacumL.）是管狀花科目，茄科，一年生或有限多年生的草本植物[1]。我國(guó)煙草種植面積廣，但因多種因素影響，部分煙草在品質(zhì)上存在著一定的缺陷，如在香氣方面表現(xiàn)為量少且質(zhì)差、雜氣較多、刺激性較大；在吃味方面表現(xiàn)為粗糙、苦、辣、澀及滯舌等[2]。為了改善煙草品質(zhì)，卷煙工業(yè)企業(yè)常采用多種措施，如進(jìn)行打葉復(fù)烤、醇化及其他特殊處理等[3]。在眾多措施中，醇化是改善煙草品質(zhì)的有效手段。醇化是將復(fù)烤后的煙葉，在條件良好的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間（1～2年）貯存，借助煙葉中原有或環(huán)境微生物作用進(jìn)行緩慢的生物和化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到提高煙葉品質(zhì)的一種溫和的提質(zhì)方法，在此過(guò)程中，微生物的代謝活動(dòng)對(duì)改善煙草品質(zhì)發(fā)揮了重要的作用。隨著科研工作者對(duì)醇化處理煙葉研究的深入，微生物在煙草行業(yè)中的應(yīng)用日益得到重視，期望通過(guò)對(duì)微生物功能的挖掘，解決醇化中的一些不足，實(shí)現(xiàn)煙草品質(zhì)的更好提升，并且微生物在煙葉減害降焦及處理煙草廢棄物等方面也具有重要作用。本文從微生物視角對(duì)煙葉中微生物菌群結(jié)構(gòu)變化、微生物降解煙葉中有害物質(zhì)、促進(jìn)增香及在煙草廢棄物中的應(yīng)用等進(jìn)行概述，為微生物在煙葉中的綜合使用提供參考。

1 煙葉醇化中微生物菌群組成及其演替規(guī)律

在煙葉生長(zhǎng)、貯存及其他加工過(guò)程中，存在種類繁多的微生物，這些微生物在煙葉醇化過(guò)程中起到重要的作用，因此，探索煙葉醇化過(guò)程中微生物菌群種類及其變化規(guī)律十分重要。

1.1 煙葉醇化中微生物菌群組成

早在20世紀(jì)中期，就有相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了煙草醇化過(guò)程中煙葉表面微生物研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在煙葉醇化過(guò)程中有不同種類的微生物參與。隨著我國(guó)相關(guān)研究的發(fā)展，煙葉醇化中的微生物種類也得到研究者的關(guān)注和重視。如趙銘欽等[4]研究表明，細(xì)菌是醇化期間烤煙葉面中的優(yōu)勢(shì)菌群，其種類和含量最多，而放線菌和霉菌則相對(duì)較少，并且細(xì)菌以芽孢桿菌屬（Bacillus）為優(yōu)勢(shì)菌屬，放線菌和霉菌的優(yōu)勢(shì)菌屬則分別是鏈霉菌屬（Streptomyces）和曲霉屬（Aspergillus）。楊金奎等[5]分離醇化煙葉表面中的微生物，結(jié)果表明煙葉表面微生物主要為細(xì)菌和真菌，未分離到放線菌和酵母菌，這與早期的研究結(jié)果一致。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，在醇化煙葉的高溫微生物中，細(xì)菌同樣占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，主要包括芽孢桿菌屬和地芽孢桿菌屬（Geobacillus），其中芽孢桿菌屬為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬；霉菌則相對(duì)較少，主要為青霉屬（Penicillium）和曲霉屬，同樣，也未分離到放線菌和酵母菌[6]。杜佳等[7]研究發(fā)現(xiàn)，醇化的茄衣葉片表面微生物中細(xì)菌占比達(dá)到99%，巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）是優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌群，除此之外，葉片表面含有痕量霉菌，而未發(fā)現(xiàn)酵母菌和放線菌。

隨著分子生物學(xué)和高通量測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，采用分子生物技術(shù)有助于系統(tǒng)分析煙葉中微生物的多樣性，如龔俊[8]利用高通量測(cè)序法和克隆文庫(kù)法對(duì)醇化煙葉表面的微生物菌群及優(yōu)勢(shì)菌群進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌的多樣性和豐富度均高于真菌，且假單胞菌屬（Pseudomonas）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）和鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）是細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)屬，而真菌的優(yōu)勢(shì)屬是根霉屬（Rhizopus）和散囊菌屬（Eurotium）。蘇加坤等[9]利用宏基因組測(cè)序技術(shù)對(duì)來(lái)自不同地區(qū)和不同部位的煙葉葉片中的微生物多樣性進(jìn)行了分析，結(jié)果也表明醇化煙葉中細(xì)菌多樣性高于真菌多樣性，且對(duì)醇化品質(zhì)有積極影響的蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）和具有生物防治功能的假單胞菌屬是細(xì)菌中的優(yōu)勢(shì)菌群，而曲霉屬則是真菌中的優(yōu)勢(shì)菌群。

綜上可見(jiàn)，無(wú)論是采用傳統(tǒng)微生物篩選方法還是借助現(xiàn)代分子生物技術(shù)，大量研究結(jié)果都表明細(xì)菌是醇化煙葉中的主要微生物菌群，霉菌次之，而放線菌和酵母很少或不存在；另外，不同種類或不同醇化階段、方式的煙葉中微生物種群存在差異，尤其是優(yōu)勢(shì)菌屬或菌種差異明顯，這可能與煙葉加工工藝、煙葉品種及醇化時(shí)間和環(huán)境等相關(guān)，這一差異也正是不同煙葉產(chǎn)品間風(fēng)味迥異的原因之一。有關(guān)醇化煙葉中微生物菌株的組成分析有助于篩選獲得功能微生物用于煙葉醇化中，從而解決當(dāng)前醇化存在的一些不足。

1.2 煙葉醇化中微生物菌群演替規(guī)律

煙葉含有一定的糖、蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)物質(zhì)，是微生物生長(zhǎng)和繁殖的營(yíng)養(yǎng)成分。在煙葉醇化中，微生物生命活動(dòng)發(fā)揮了重要的作用，微生物通過(guò)分解和利用煙葉中的部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生代謝物和生物酶，且生物酶會(huì)進(jìn)一步降解和轉(zhuǎn)化煙葉中成分產(chǎn)生相應(yīng)酶作用產(chǎn)物，而這些微生物代謝物和酶作用產(chǎn)物之間也會(huì)發(fā)生部分化學(xué)反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)煙葉品質(zhì)的改善[10-11]。伴隨煙葉醇化的進(jìn)程，煙葉中營(yíng)養(yǎng)成分、微生物的代謝活動(dòng)及所處環(huán)境會(huì)發(fā)生不斷變化，從而引起煙葉中的微生物菌群時(shí)刻發(fā)生變化，也正是微生物的演替變化，促使了煙葉醇化的完成。由此可見(jiàn)，明晰煙葉醇化中微生物菌群的變化規(guī)律有助于更好的改善醇化對(duì)煙葉品質(zhì)的提升效果。GIACOMO M D等[12]研究了烤煙煙葉表面微生物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，結(jié)果表明在煙葉醇化早期酵母菌占有一定優(yōu)勢(shì)，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，乳酸桿菌屬（Lactobacillus）和葡萄球菌屬（Staphylococcus）逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌群，至后期，芽孢菌屬和放線菌屬（Actinomyces）成為優(yōu)勢(shì)菌群，這證實(shí)了醇化后煙葉中細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌群而酵母很難被檢測(cè)到的原因。浦紹占[13]通過(guò)分析不同倉(cāng)儲(chǔ)煙葉醇化中細(xì)菌和真菌多樣性的變化發(fā)現(xiàn)，隨著醇化時(shí)間的延長(zhǎng)微生物種類和數(shù)量不斷變化，在醇化初期細(xì)菌種類最多，隨后其種類逐漸減少，真菌變化規(guī)律與細(xì)菌類似，也隨著醇化時(shí)間的延長(zhǎng)其種類呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但在醇化過(guò)程中細(xì)菌和真菌的優(yōu)勢(shì)菌屬未變，分別為芽孢桿菌和根霉屬。白維曉等[14]研究了醇化煙葉表面的真菌種類及其動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果表明醇化煙葉中真菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化與環(huán)境條件有關(guān)。綜上可見(jiàn)，煙葉醇化過(guò)程中微生物菌群發(fā)生著有規(guī)律的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)該變化規(guī)律的掌握有助于更好地調(diào)控?zé)熑~醇化。另外，不同煙葉醇化過(guò)程中微生物菌群組成及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律不甚一致，除因研究手段引起的差異外，更多的原因可能與煙葉中營(yíng)養(yǎng)成分及其所處環(huán)境的差異有關(guān)。也正是煙葉中微生物菌群呈現(xiàn)的不同動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，導(dǎo)致了煙葉的不同品質(zhì)，兩者之間相輔相成。深入探究煙葉醇化過(guò)程中微生物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，尤其是煙葉中營(yíng)養(yǎng)成分及環(huán)境溫度、濕度與微生物變化之間的關(guān)聯(lián)，有助于科學(xué)合理的通過(guò)人工干預(yù)煙葉醇化，進(jìn)一步提升煙葉品質(zhì)。

綜上，煙葉醇化過(guò)程中存在眾多微生物，這些微生物在醇化過(guò)程中呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律。煙葉醇化過(guò)程中微生物的組成及其變化規(guī)律與煙葉種類及醇化所處環(huán)境有關(guān)。我國(guó)有關(guān)微生物在煙葉醇化中的研究尚處于起步階段，且當(dāng)前研究主要集中于自然發(fā)酵過(guò)程中微生物的種類及其動(dòng)態(tài)變化，而有關(guān)這些微生物種群之間是如何相互作用形成特有的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的，每種微生物的作用如何，如何利用這些微生物及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律更好的調(diào)控微生物發(fā)揮其提高煙草品質(zhì)的功能等問(wèn)題都尚未解決，這些問(wèn)題的解答將有助于通過(guò)特定功能微生物的強(qiáng)化高效地調(diào)控?zé)煵荽蓟?，為煙草品質(zhì)改善提供理論指導(dǎo)。

2 微生物在煙葉產(chǎn)香方面的應(yīng)用

2.1 微生物促進(jìn)煙葉增香

有關(guān)微生物改善煙葉品質(zhì)的研究始見(jiàn)于TAMAYO A I等[15]的報(bào)道，研究表明微生物可以增加煙葉香氣成分，在所試微生物菌株中尤以芽孢桿菌和小球菌（Pediococcus）效果突出，能顯著提升煙葉香氣，改善煙葉吸食品質(zhì)。呂欣等[16]利用從煙葉中分離的煙用增香微生物處理煙葉，不同微生物處理的煙葉理化指標(biāo)發(fā)生了不同程度的變化，感官評(píng)吸結(jié)果表明增香微生物可以改善煙葉的煙氣濃度、香氣量和細(xì)膩感。鄭堅(jiān)強(qiáng)等[17]利用西方許旺酵母菌（Schwanniomyces occidentalis）液處理煙葉，對(duì)煙草香氣有重大貢獻(xiàn)的致香物質(zhì)β-紫羅蘭酮的含量增加了35.62%，二氫獼猴桃內(nèi)酯增加了21.52%，感官評(píng)吸表明，發(fā)酵處理提高了煙葉的香氣質(zhì)和香氣量，煙葉品質(zhì)得到明顯提升。賀兆偉等[18]利用疣孢青霉（Penicillium verruculosum）所產(chǎn)果膠酶處理煙絲，顯著降低了煙絲中的果膠含量，增加了香氣量，煙氣濃郁飽滿，明顯提升了煙絲感官質(zhì)量。余玉莎等[19]利用產(chǎn)香真菌米根霉（Rhizopus oryzae）處理煙葉，煙內(nèi)18種致香成分的含量得到提高，吃味得到改善。胡志忠等[20]優(yōu)化了產(chǎn)香酵母處理煙葉的條件，優(yōu)化后石油醚提取物含量達(dá)到8.45%，其中新植二烯含量較未處理煙葉中含量增加了78.07 μg/g，在提升煙葉品質(zhì)方面具有一定潛力。覃明娟等[21]利用植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）處理煙葉，煙葉中淀粉含量大幅度下降，水溶性總糖和還原糖含量明顯提升，并且新增了9種揮發(fā)性香氣物質(zhì)，煙堿含量有所降低，顯著提升了煙葉感官評(píng)價(jià)，改善了其吸食品質(zhì)。陳篤建[22]利用煙葉中分離的產(chǎn)香酵母處理低次煙葉，降低了易帶來(lái)刺激、余味不佳的醛類物質(zhì)含量，提升了其吸食效果。綜上可見(jiàn)，利用微生物處理煙葉可以將煙葉中的部分組成成分轉(zhuǎn)化為香氣物質(zhì)，從總體上提高煙葉品質(zhì)，改善吸食效果。但總體上，有關(guān)煙葉中微生物功能研究還相對(duì)薄弱，尤其是其產(chǎn)香特性及其內(nèi)在機(jī)理。加強(qiáng)煙葉中微生物功能的挖掘，尤其是針對(duì)不同煙葉產(chǎn)品在品質(zhì)提升方面的不同需求篩選對(duì)應(yīng)功能微生物，然后利用這些微生物進(jìn)行單一或組合處理煙葉，對(duì)提升煙葉的綜合品質(zhì)有重要的意義。

2.2 微生物處理煙梗促進(jìn)品質(zhì)改善

煙梗是煙葉的重要組成部分，其主要成分是細(xì)胞壁物質(zhì)，含有大量的木質(zhì)素、果膠以及纖維素，總糖和煙堿含量較低，糖堿比失調(diào)，導(dǎo)致抽吸時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激性和雜氣，澀口，香氣量少[23-24]。因此，降解添加至卷煙中的梗絲木質(zhì)素、果膠等影響卷煙吸味的成分是改善卷煙品質(zhì)的有效途徑。寧振興等[25]研究了具有高效降解煙梗中果膠和纖維素的產(chǎn)香菌株塔賓曲霉（Aspergillus tubingensis）的發(fā)酵產(chǎn)香和產(chǎn)酶能力，結(jié)果表明，塔賓曲霉能有效降低煙梗中的果膠和纖維素含量，具有提高煙梗質(zhì)量的潛力。宋自力等[26]研究了血紅密孔菌（Pycnoporus sanguineus）粗酶液和菌絲對(duì)煙梗的生物降解，結(jié)果表明，血紅密孔菌及其產(chǎn)生的漆酶具有較強(qiáng)的木質(zhì)素降解能力，具有發(fā)酵增香、改善煙梗品質(zhì)的應(yīng)用前景。宋麗麗等[27]研究了白腐菌（Phanerochaete chrysosporium）發(fā)酵處理煙梗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)白腐菌處理24 h，煙梗中木質(zhì)素降解23.11%，總糖和葡萄糖含量分別增加10.84%和4.86%，還在一定程度上消除煙梗中蛋白質(zhì)燃燒產(chǎn)生的不良?xì)馕?，改善了煙梗燃燒時(shí)產(chǎn)生的木質(zhì)氣。由此可見(jiàn)，微生物可以通過(guò)其所產(chǎn)生的漆酶、果膠酶等生物酶降解煙梗中含量較高的木質(zhì)素和果膠等成分及其他有害物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化形成一系列有益小分子化合物或香氣物質(zhì)，如有機(jī)酸、苯甲醇、苯乙醇、萜烯類化合物等，從而有效提高煙梗利用價(jià)值，在煙草增香方面具有廣闊的應(yīng)用前景[28]。

2.3 微生物發(fā)酵再造煙葉促進(jìn)品質(zhì)改善

再造煙葉是將卷煙生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙末、煙梗、碎煙片等廢棄煙草物質(zhì)進(jìn)行重新組合加工制成的片狀或絲狀再生產(chǎn)品，主要用作卷煙填充料，在卷煙配方中占到8%～10%，起到降焦減害的作用。但再造煙葉存在香氣量不足、雜氣重的缺陷，限制了再造煙葉的應(yīng)用[29-30]。為此，行業(yè)內(nèi)普遍采用添加香精香料對(duì)雜氣進(jìn)行修飾，雖保障了香氣量，但香氣不協(xié)調(diào)，缺乏自然感，未能從根源上解決品質(zhì)不佳的缺陷。微生物發(fā)酵是改善再造煙葉品質(zhì)行之有效的措施，通過(guò)微生物分泌的各種酶系，可將再造煙葉原料中的成分轉(zhuǎn)化為香味物質(zhì)，減少雜氣，提高香氣成分，從內(nèi)源上實(shí)現(xiàn)增香，從根本上解決再造煙葉的品質(zhì)缺陷。郭剛[31]利用木質(zhì)素降解菌P4和降煙堿桿菌B7處理煙草薄片生產(chǎn)的原料，煙草薄片品質(zhì)得到了改善，尤其是雙菌株共處理時(shí)效果更加突出，木質(zhì)素和煙堿含量顯著降低，刺激性明顯減輕，口感更好，香氣更濃，內(nèi)在品質(zhì)明顯提高。唐自文等[32]利用微生物菌株A-511所產(chǎn)的果膠酶處理再造煙葉原料，降低了再造煙葉中的纖維素和果膠含量，使總糖和還原糖含量也有所減少，處理的煙草漿料柔軟疏松，再造煙葉的可用性和致香成分的總量有所增加，再造煙葉的感官品質(zhì)得到改善，雜氣降低、刺激變小、香氣明顯改善、香氣量顯著提升。葉建斌等[33]利用類芽孢桿菌處理再造煙葉原料浸提液，使浸提液中蛋白質(zhì)和還原糖含量降低，氨基酸含量提高，浸提液中香味物質(zhì)種類和總量有所增加，再造煙葉的香氣質(zhì)和香氣量明顯增強(qiáng)，刺激性減弱，煙氣更加細(xì)膩柔和圓潤(rùn)。黃申等[34]利用從再造煙葉濃縮液中分離出的產(chǎn)蛋白霉菌屬（Planococcussp.）HS-1處理再造煙葉濃縮液，處理后的濃縮液中的中性香味成分總量提高了15.68%，且中性香味成分的種類有所增加，感官評(píng)吸表明，采用微生物處理后的再造煙葉制成的卷煙其香氣質(zhì)和香氣量都得到提高。綜上可見(jiàn)，利用微生物及其所產(chǎn)生的酶處理再造煙葉原料，可以從根源上提高再造煙葉品質(zhì)，增加可用性。

3 微生物在降解有害物質(zhì)方面的應(yīng)用

卷煙煙氣中存在幾千種化學(xué)物質(zhì)，是卷煙呈味的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，在這些眾多化學(xué)物質(zhì)中，也存在大量的有害成分，HOFFMANN D等[35]從這些化學(xué)物質(zhì)中識(shí)別出44種煙氣有害成分，包括焦油、煙堿、氨氣、一氧化碳、苯并芘、甲基亞硝胺吡啶基丁酮、氫氰酸、苯酚及巴豆醛等危害性較大的物質(zhì)。有效降低或降解這些有害成分（含量）是煙草科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。降低卷煙煙氣中的有害成分的方法和措施有很多種，但在眾多方法中，微生物處理卷煙原料實(shí)現(xiàn)卷煙煙氣中有害成分的降低效果突出，是行之有效的降害技術(shù)[36]。

3.1 降低煙堿含量改善品質(zhì)

煙堿是煙草中的特征物質(zhì)，一定濃度的煙堿含量能增加煙草制品的煙味，使吸食卷煙者產(chǎn)生一定的生理強(qiáng)度[37]，因此，煙草制品中有必要存在適量的煙堿。然而，煙堿含量過(guò)高會(huì)增加煙氣的刺激性，影響煙草制品的吸味，更為重要的是會(huì)對(duì)人體健康造成傷害，故降低煙葉中的煙堿含量至合適濃度是生產(chǎn)煙草制品過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有技術(shù)如采用打孔稀釋、濾嘴過(guò)濾等物理方法可降低煙葉中的煙堿含量，但這些技術(shù)也會(huì)造成煙草制品香氣的損失，降低煙草制品的品質(zhì)。利用能降解煙堿的微生物處理煙葉，不僅能實(shí)現(xiàn)煙堿含量的人為調(diào)控，而且還會(huì)在處理過(guò)程中產(chǎn)生一些香味物質(zhì)，使煙葉品質(zhì)得到提升[38]。CHEN C M等[39]利用煙草來(lái)源的菌株Nic22所制備的粗酶液處理煙堿含量高的上部煙葉，煙堿含量明顯下降且煙葉刺激性降低，品質(zhì)得到改善。MENG X J等[40]從煙葉中分離到一株可降解煙堿的米曲霉（Aspergillus oryzae），將其接種于含有煙草提取物的培養(yǎng)基中發(fā)酵40 h，煙草提取物中的煙堿降解量達(dá)到99.5%。任平等[41]利用微生物菌株Y523分別對(duì)上、中、下3個(gè)部位的煙葉進(jìn)行處理，處理后煙葉中的煙堿含量均有不同程度的降低，尤其是上部煙葉，煙堿降解效果最為明顯，達(dá)到28.7%，并且微生物處理后的煙葉糖堿比和氮堿比更加協(xié)調(diào)，品質(zhì)得到改善和提高。翟貴發(fā)等[42]分離得到一株煙堿降解能力較強(qiáng)的假單胞菌（Pseudomonas），將該菌株處理質(zhì)量濃度為2.0 g/L的煙堿溶液，煙堿降解率達(dá)到88.18%，當(dāng)煙堿質(zhì)量濃度為5.5 g/L時(shí)，其降解率為45.83%。由此可見(jiàn)，微生物中存在眾多可以降解煙堿的菌株，在降低煙堿含量，提升煙草制品品質(zhì)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但目前相關(guān)研究主要集中于實(shí)驗(yàn)室，缺乏實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用驗(yàn)證。加強(qiáng)降煙堿微生物功能的研究，有助于在實(shí)際生產(chǎn)中有目的地利用這些微生物處理煙葉，將煙葉中煙堿含量控制在合適范圍，減少煙葉刺激性，同時(shí)利用微生物的轉(zhuǎn)化作用生成香味物質(zhì)，提升煙葉品質(zhì)。

3.2 降低其他有害成分改善品質(zhì)

煙氣中焦油、氫氰酸、亞硝胺類、苯并芘和巴豆醛等有害物質(zhì)的含量受煙葉中含有的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素和果膠等大分子有機(jī)物含量的影響[43-44]。微生物處理煙葉可以降低煙葉中以上大分子有機(jī)物的含量，從而在一定程度上降低焦油、氫氰酸等有害成分的釋放量，提高產(chǎn)品安全性。劉蓓[44]采用枯草芽孢桿菌和蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）或短短芽孢桿菌（Brevibacillus brevis）混合發(fā)酵煙梗提取液，抑制了焦油中雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴的生成，同時(shí)降低了煙堿含量和其他有害成分的釋放量。馬林[43]采用微生物發(fā)酵和酶解處理低次等煙，煙葉中蛋白質(zhì)降解了41.34%，煙氣中有害氣體氫氰酸、一氧化氮、一氧化碳和焦油生成量分別減少了76.2%、71.4%、42.3%和26.0%，顯著降低了有害氣體的釋放量，減少了煙氣刺激性。解民等[45]利用產(chǎn)香酵母處理煙絲，處理后煙絲總糖、還原糖、煙堿、焦油和一氧化碳含量降低。薛磊等[46]通過(guò)產(chǎn)蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶和果膠酶的功能微生物菌株進(jìn)行組合處理醇化煙葉，降低了煙氣中的氫氰酸、巴豆醛、氨氣、苯酚和苯并芘含量，提高了產(chǎn)品安全性。宋鵬[47]從煙葉和卷煙中分離篩選獲得了有效降解煙草中纖維素、蛋白質(zhì)、果膠和淀粉等大分子物質(zhì)的微生物菌株，并以合適的比例進(jìn)行組合應(yīng)用于煙葉處理中，培養(yǎng)24 h后，煙葉中纖維素、蛋白質(zhì)、果膠和淀粉都有所降解，卷煙煙氣中自由基、苯并芘等稠環(huán)芳烴以及煙葉特有亞硝胺等有害氣體含量大幅度降低。田永峰等[48]利用解淀粉芽孢桿菌處理煙葉21 d后，亞硝酸鹽含量降低了73%，減少了煙葉中亞硝胺的形成。汪安云等[49]利用白肋煙葉片中分離的內(nèi)生細(xì)菌菌株根瘤土壤桿菌屬（Agrobaterium tumefaciens）處理煙葉，亞硝胺含量降低了81.3%，推測(cè)可能是由于該菌株具有還原硝酸鹽和亞硝酸鹽的能力。祝明亮等[50]同樣從白肋煙中篩選獲得了多種內(nèi)生細(xì)菌，其中有6株具有較強(qiáng)的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原能力，應(yīng)用于煙葉中能顯著降低亞硝胺的含量。綜上可見(jiàn)，微生物發(fā)酵煙葉制品是減害降焦的有效途徑，可以從內(nèi)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化的思路上控制有害物質(zhì)的含量及其生成，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本地減害。

4 微生物在煙草廢棄物中的應(yīng)用

煙草廢棄物是煙草加工生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，含有較高的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[51]，以及大量的天然化合物，是一種可再生資源。目前煙草廢棄物通常采用直接傾倒在垃圾填埋場(chǎng)中等方式進(jìn)行處理，對(duì)環(huán)境和人類健康造成了潛在的危害[52]。為了減少資源的浪費(fèi)和降低煙草中有害成分對(duì)環(huán)境的污染，近些年越來(lái)越多的研究將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到煙草廢棄物的再利用方面?；跓煵荼旧沓煞纸M成的特性，可以作為生物質(zhì)碳源為微生物發(fā)酵提供能源，吉彥龍等[53]以廢棄煙梗提取液為主要基質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)富含類胡蘿卜素的深紅酵母（Rhodotorula rubra），這表明煙草廢棄物在開(kāi)發(fā)廉價(jià)微生物細(xì)胞蛋白領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。SU Y L等[54]研究發(fā)現(xiàn)，白腐菌黃孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）和毛栓菌（Trametes hirsute）均能利用煙草秸稈分泌多種降解木質(zhì)纖維素的酶，為微生物利用煙草廢棄物生產(chǎn)酶制劑開(kāi)辟了方向。張可可等[55]探究了干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）發(fā)酵廢棄煙梗提取液生產(chǎn)L-乳酸的條件，為有效利用煙草廢棄物提供了可借鑒的思路。鄭羽西[56]則利用米根霉發(fā)酵煙草廢棄物高效制備L-乳酸，產(chǎn)量達(dá)到173.5 g/L，是目前同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的最高水平。陳辰等[57]研究發(fā)現(xiàn)，可以利用煙梗廢料發(fā)酵生產(chǎn)殺蟲(chóng)微生物白僵菌（Beauveria bassiana），開(kāi)辟了煙草廢棄物合理利用的新途徑。DAI J Y等[58]利用提取茄醇和煙堿后的煙草廢渣為原料，探究了枯草芽孢桿菌、粘液芽孢桿菌（Bacillus mucilaginosus）和淡紫擬青霉（Paecilomyceslilacinus）固態(tài)共培養(yǎng)產(chǎn)微生物孢子的條件，結(jié)果表明煙草廢渣是低成本高產(chǎn)孢子原料的新選擇。SARBISHEI S等[59]采用氫氧化鈉對(duì)煙草廢棄物進(jìn)行溫和的預(yù)處理，然后利用微生物進(jìn)行酶解和發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，產(chǎn)量能達(dá)到理論產(chǎn)量的97%。由此可見(jiàn)，煙草廢棄物是微生物天然的優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)源，利用煙草廢棄物可以轉(zhuǎn)化制備多種多樣的生物制品，這對(duì)綜合利用煙葉廢棄物有重要意義，為煙草廢棄物的資源化綜合利用奠定基礎(chǔ)。

5 展望

隨著對(duì)煙葉醇化過(guò)程中微生物組成及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律認(rèn)識(shí)的加深，微生物在煙草中的重要性得到越來(lái)越多的關(guān)注，未來(lái)，微生物在提升煙草品質(zhì)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多。鑒于此，可以從以下幾方面展開(kāi)深入研究：（1）利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)系統(tǒng)剖析煙葉醇化中微生物種群及其變化規(guī)律，探究微生物種群及其變化與煙葉營(yíng)養(yǎng)成分、環(huán)境因素以及香味物質(zhì)形成和有害物質(zhì)降解等方面的關(guān)聯(lián)，挖掘提升煙葉品質(zhì)的功能微生物；（2）采用傳統(tǒng)篩選方法獲得煙葉醇化過(guò)程中重要的功能微生物菌株，系統(tǒng)研究其生物學(xué)特性、產(chǎn)酶特性和產(chǎn)香特性，探究其在煙葉醇化過(guò)程中發(fā)揮作用的內(nèi)在機(jī)理；（3）分析煙葉醇化過(guò)程中功能微生物之間的內(nèi)在關(guān)系以及對(duì)其他微生物菌群的影響規(guī)律，通過(guò)發(fā)酵過(guò)程參數(shù)調(diào)控及其外源強(qiáng)化功能微生物的組合加速自然醇化過(guò)程，達(dá)到增香提質(zhì)，提升煙葉品質(zhì)的目的；（4）利用功能微生物或?qū)?yīng)酶制劑處理煙葉，達(dá)到降焦減害，提高煙草制品的吸食安全性；（5）利用微生物降解煙草生長(zhǎng)土壤環(huán)境中的有害物質(zhì)含量（如農(nóng)藥與除草劑殘留等），減少有害物質(zhì)成分在煙葉中的富集，提高煙草制品的吸食安全性；（6）利用微生物處理煙草廢棄物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，制備人們所需的生物制品，提高煙草廢棄物的附加值?？傊?，微生物在提升煙葉品質(zhì)，提高抽吸安全性等方面的作用將會(huì)越來(lái)越突出，有待科研工作者繼續(xù)深入探究，推動(dòng)煙草技術(shù)的革新。