菠蘿蛋白酶降低煙葉中蛋白質含量的研究

摘要 為降解煙葉中過量的蛋白質，提高煙葉的綜合品質和利用率，以蛋白質降解率為指標，研究菠蘿蛋白酶降解煙葉蛋白的工藝條件。結果表明，菠蘿蛋白酶水解煙葉蛋白質最佳工藝條件為反應溫度50 ℃、酶添加量0.010%、反應時間16 h。該條件處理后的煙葉，蛋白質含量均有所降低，煙香改善，余味干凈，刺激性減小，但烤煙香氣量稍有降低。

關鍵詞 菠蘿蛋白酶;雪茄煙葉;蛋白質

中圖分類號 TS 44+4" 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2025）04-0162-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on Reducing the Content of Protein in Tobacco by Bromelain

CHEN Ke bing，YIN Ru hong，LIU Xin jie et al

（Hainan Hongta Cigarette Co.，Ltd.，Haikou，Hainan 571137）

Abstract In order to degrade the excess protein in tobacco leaves and improve the comprehensive quality and utilization rate of tobacco leaves，the process conditions of bromelain to degrade tobacco leaf protein were studied with the protein degradation rate as the index.The results showed that the optimal process conditions for bromelain hydrolysis of tobacco leaf protein were as follows：reaction temperature 50°C，enzyme application amount 0.010%，and reaction time 16 h.Under these conditions，the protein content of the treated tobacco leaves was reduced，the tobacco aroma was improved，the aftertaste was clean，and the irritation was reduced，but the aroma of flue cured tobacco was slightly reduced.

Abstract Bromelain;Cigar tobacco leaves;Protein

基金項目 中國煙草實業(yè)發(fā)展中心科技計劃項目“利用菠蘿蛋白酶提升煙葉品質的應用技術研究”（ZYSYQ 2022 14）。

作者簡介 陳科冰（1994—），男，安徽宿州人，碩士，助理工程師，從事卷煙加工技術研究。*通信作者，中級工程師，從事卷煙香精香料技術研究。

收稿日期 2024-04-15；修回日期 2024-06-14

蛋白質是煙葉中的重要化學成分，其含量的高低與煙草品質密切相關。一般認為，蛋白質含量過高會在卷煙燃吸過程中產(chǎn)生刺激性氣味及各種有害成分，從而影響煙草制品的感官品質^［1］。因此，如何有效降解煙葉中蛋白質含量、改善其燃吸質量、提高煙葉可用性已成為當前科技工作者普遍關注的問題。目前，行業(yè)內主要通過添加外源酶制劑將蛋白質催化水解成小分子蛋白、多肽和氨基酸等，這些物質在卷煙燃吸過程中通過美拉德反應可參與生成各種不同的致香物質，可以有效減少煙草的澀度和苦味，降低刺激性、增加香氣，提高卷煙吸食品質^［2］。樊文舉^［3］研究了不同外源酶制劑對烤煙煙葉品質的影響，結果表明，酶處理后煙葉中總植物堿、總氮和淀粉含量降低，糖含量增加，香氣質量得到提升，香氣透發(fā)性好，煙葉外觀質量也有所改觀。楊宗燦等^［4］利用經(jīng)中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶配比后的復合蛋白酶制劑處理煙葉，可明顯降低煙葉蛋白質含量，提升整體感官質量。鄧羽翔等^［5］研究發(fā)現(xiàn)，打葉復烤過程中添加復合生物酶對煙葉原料具有明顯的提質降害作用。普元柱等^［6-9］研究表明，在雪茄煙葉發(fā)酵過程中添加酶制劑可以有效提高發(fā)酵質量，增加總糖含量和糖氮比，降低蛋白質含量，減少青雜氣和刺激性甚至消除苦辣澀味。胡捷等^［10］將中草藥提取物及酶制劑與雪茄煙葉共同發(fā)酵，有效降解了原料中不利成分，提高了產(chǎn)品品質。鄭霖霖等^［11］研究發(fā)現(xiàn)，在雪茄茄芯煙葉中添加外源酶制劑可有效改善煙葉化學成分協(xié)調性及感官品質。

菠蘿蛋白酶是一種純天然植物蛋白酶，是由至少5種不同分子量和分子結構的水解蛋白酶構成的酶，其水解蛋白的活性較木瓜蛋白酶高10倍以上，具有催化底物多樣性、反應過程溫和、催化效率快等特點，在食品、醫(yī)藥以及畜牧生產(chǎn)等方面有著廣泛應用^［12-16］。目前，行業(yè)內利用單一菠蘿蛋白酶改善烤煙及雪茄煙葉品質的研究較少。鑒于此，筆者以雪茄和烤煙煙葉為試驗對象，通過單因素試驗和正交試驗，研究菠蘿蛋白酶處理對煙葉中蛋白質含量的影響，并對所得結果進行極差分析，通過感官驗證，確定菠蘿蛋白酶降解煙葉中蛋白質的最佳條件，為探索菠蘿蛋白酶在降低煙葉蛋白質含量的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 菠蘿蛋白酶，天地人公司；烤煙煙絲（上部煙模塊），海南紅塔卷煙有限責任公司；雪茄煙葉，?？谘┣蜒芯克?。

1.2 儀器與設備

電子天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；恒溫恒濕箱，德國Binder公司；烘箱，無錫瑪瑞特科技有限公司；粉絲機，上海鼎廣機械設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菠蘿蛋白酶的添加。

準確稱取煙絲20 g，配制不同濃度的菠蘿蛋白酶酶解液，利用喉頭噴霧器將酶解液均勻噴灑在煙絲上，將添加蛋白酶的煙絲裝入密封袋并放置于恒溫恒濕箱中，根據(jù)試驗需要調節(jié)恒溫恒濕箱的溫度和反應時間，反應結束后將試驗煙絲放置于90" ℃的烘箱中，高溫處理0.5 h 使酶滅活終止反應。對照試驗用蒸餾水均勻噴灑煙絲，調整煙絲水分含量為25%，同試驗樣品一起放置于恒溫恒濕箱和烘箱中進行相同處理。

1.3.2 煙絲蛋白質含量的測定。

煙絲蛋白質含量依據(jù)煙草行業(yè)標準YC/T 249—2008測定。

1.3.3 煙絲蛋白質降解率（X）的計算。按以下公式進行：

X=（X 1-X 2）/X 1×100%

式中：X 1為煙絲酶解前蛋白質含量（%）；X 2為煙絲酶解后蛋白質含量（%）。

1.3.4 酶解反應單因素試驗。

1.3.4.1 反應溫度對煙絲蛋白質降解的影響。準確稱取6份供試煙絲，按照0.010%添加菠蘿蛋白酶，將6份試驗煙絲的酶解反應溫度分別設定為30、35、40、45、50、55 ℃，反應12 h，分別測定煙絲蛋白質降解率。

1.3.4.2 菠蘿蛋白酶添加量對煙絲蛋白質降解的影響。準確稱取6份試驗煙絲，設定菠蘿蛋白酶的添加量分別為0.005%、0.010%、0.020%、0.030%，反應溫度設定45" ℃，反應12 h，分別測定煙絲蛋白質降解率。

1.3.4.3 反應時間對煙絲蛋白質降解的影響。準確稱取5份試驗煙絲，設定蛋白酶的添加量為0.010%，在溫度45 ℃時分別反應8、12、16、20、24 h，分別測定煙絲蛋白質降解率。

1.3.5 正交試驗。

根據(jù)單因素試驗結果，選取酶添加量（A）、反應溫度（B）、反應時間（C）3個因素，以蛋白質的降解率為指標，進行L 9（34）正交試驗。

1.4 統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 反應溫度對煙絲蛋白質降解效果的影響。

由圖1所示，在30～55" ℃的溫度范圍內，煙絲蛋白質的降解率隨著反應溫度的升高表現(xiàn)出先上升而后下降的趨勢。菠蘿蛋白酶作為一種生物酶，在適宜的溫度下，其酶活性最強，催化效能最強，溫度過高會致使酶分子結構發(fā)生改變，酶的催化作用降低甚至喪失。因此，將菠蘿蛋白酶處理煙絲降低蛋白質的反應溫度定為45" ℃。

2.1.2 酶添加量對煙絲蛋白質降解效果的影響。

由圖2所示，蛋白酶的添加量按照0.005%、0.010%、0.020%、0.030%加入，其對應的煙絲蛋白質降解率分別為7.93%、11.27%、11.36%和11.24%，說明隨著酶添加量的增加，不能夠持續(xù)提升煙絲蛋白質的降解效果。綜合考慮，蛋白酶較適宜的添加量為0.010%。

2.1.3 反應時間對煙絲蛋白質降解效果的影響。

由圖3可見，隨著反應時間的延長，煙絲蛋白質含量降低速度加快，蛋白質降解率從5.95%提升至12.21%，繼續(xù)延長反應時間，煙絲中蛋白質含量變化緩慢，降解效率未能有效提升。由于蛋白酶處理煙絲的過程中，煙絲的顏色不斷加深，反應時間越長，煙絲的顏色變化越明顯。綜合考慮，將反應時間確定為16 h。

2.2 正交試驗結果 根據(jù)煙絲蛋白質降解的單因素試驗結果，選取反應溫度（45、50、55 ℃）、酶添加量（0.005%、0.010%、0.020%）、反應時間（12、16、20 h）3個變量，進行L 9（34）正交試驗，對菠蘿蛋白酶降解煙絲蛋白質的試驗條件進行優(yōu)化，試驗因素水平、方案及方差分析結果見表1～3。

由正交試驗的結果分析可知，反應溫度（A）、酶添加量（B）、反應時間（C）3個因素的極差值分別是5.477、1.150、1.043，說明對煙絲蛋白質降解率影響因素主次順序為反應溫度（A）gt;酶添加量（B）gt;反應時間（C）。方差分析結果顯示，反應溫度對菠蘿蛋白酶降解煙絲蛋白質的過程有顯著性影響，蛋白酶添加量和反應時間對該過程無顯著性影響。綜合考慮，最優(yōu)酶解反應條件確定為A 2B 2C 2，即反應溫度50" ℃、酶添加量0.010%、反應時間16 h。

2.3 正交試驗結果驗證

按照正交試驗結果確定的最優(yōu)酶解條件進行試驗驗證，結果見表4，在反應溫度50" ℃、酶添加量0.010%、反應時間16 h的條件下，雪茄煙絲的蛋白質降解率為12.68%，烤煙煙絲的蛋白質降解率為10.33%，雪茄煙絲的蛋白質降解率均優(yōu)于正交試驗的9組試驗結果。

2.4 感官評價

將菠蘿蛋白酶處理前后的雪茄煙絲和烤煙煙絲分別制作成煙支樣品，在溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%恒溫恒濕箱中平衡48 h，組織評委進行評吸。結果表明：雪茄煙絲經(jīng)菠蘿蛋白酶處理后刺激性降低，香氣質有所改善，余味變得干凈舒適；烤煙煙絲經(jīng)菠蘿蛋白酶處理后顏色加深，香氣質有改善，刺激性降低，余味干凈，但香氣量略有降低。

3 結論與討論

海南作為國內唯一的熱帶海島，菠蘿產(chǎn)量常年穩(wěn)定在50萬t以上，位居全國第2，主要栽培品種為巴厘菠蘿、香水菠蘿、金鉆菠蘿、甜蜜蜜菠蘿及其他近10種風味各異的菠蘿。同時，海南擁有與古巴等國外優(yōu)質雪茄產(chǎn)區(qū)接近的緯度和生態(tài)條件，具有生產(chǎn)優(yōu)質雪茄煙葉的天然稟賦，是國內最具潛力的優(yōu)質雪茄煙葉原料產(chǎn)區(qū)。為充分發(fā)揮海南菠蘿和雪茄種植區(qū)位優(yōu)勢，筆者采用正交試驗對菠蘿蛋白酶降解雪茄煙葉蛋白質的工藝條件進行了優(yōu)化研究，得到最佳酶解工藝條件為反應溫度50" ℃、酶添加量0.010%、反應時間16 h。該條件下經(jīng)菠蘿蛋白酶處理后的雪茄煙絲和烤煙煙絲蛋白質降解率分別為12.68%、10.33%；感官評價結果表明，煙葉香氣質均有所改善，刺激減小，余味干凈，但是烤煙煙葉香氣量有所降低。以上研究表明，菠蘿蛋白酶能有效降低煙葉中蛋白質含量，綜合提升煙葉抽吸品質。菠蘿蛋白酶處理過的煙葉常規(guī)化學成分及香氣物質含量有待于進一步研究。

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