全 文 ：·综述与专论·
生物技术通报
B IO TECHNOLOGY　BULL ETIN 2009年第 11期
烟叶主要生物酶活性变化规律
及其在烟叶发酵中的应用
刘敏 1 　王毅 2 　马永凯 2 　季秀玲 1 　魏云林 1
(1昆明理工大学生命科学与技术学院 ,昆明 650224; 2玉溪红塔集团技术中心 ,玉溪 653100)
　　摘 　要 : 　烟叶中的生物酶在烟叶的生长及发酵过程中起着重要作用。他们能够促进烟叶内部有机物质的分解与转化 ,
调整烟叶中各种化学成分的比例 ,提高烟叶中香气成分的形成和积累 ,从而提高烟叶的综合品质。综述了烟叶生长、加工过
程中淀粉酶、蛋白酶、多酚氧化酶的活性变化规律 ,以及外加生物酶在烟叶发酵中的应用现状。
关键词 : 　烟叶 酶 活性变化 发酵
Changes of Enzyme Activ ity on Tobacco Leaves
and Application on Tobacoo Fermentation
L iu M in1 W ang Yi2 Ma Yongkai2 J i Xiuling1 W ei Yunlin1
(1 Faculty of L ife Science and Technology, Kunm ing University of Science and Technology, Kunm ing 650224;
2 Technology Center of Yuxi Hongta Group, Yuxi 653100 )
　　Abs trac t: 　 Enzymes in tobacco p layed an important role in tobacoo growth and post fermentation. They could p romote the decom2
position and transformation of the organic matters in tobacco leaves, adjust the ratio of a variety of chem ical components and increase
the formation and accumulation of the aroma components. A s a result, the quality of tobacco leaves could be imp roved to a large extent.
The change rules of amylase, p rotease and polyphenoloxidase activity in tobacoo growth and p rocessing, and the app lication of external
enzymes in the tobacco fermentation were summarized in this article.
Key wo rds: 　 Tobacco leaves　Enzyme　Activity change Fermentation
收稿日期 : 2009209210
基金项目 :云南省中烟工业公司项目 (2008YL06)
作者简介 :刘敏 (19832) ,女 ,硕士研究生 ,主要研究方向 :微生物学 ; E2mail: lium in830612@yahoo. cn
通讯作者 :魏云林 ,教授 ; E2mail: weiyunlin@ yahoo. com. cn烤烟是我国的重要支柱产业之一 ,但由于栽培和烘烤等原因 ,目前国内烤烟普遍存在淀粉、蛋白质、焦油残留量较高等问题 ,严重影响了烟叶内在品质和外观质量 ,特别是烟叶香气和吸味。烟叶中大分子化合物的转化和分解很大一部分依赖于酶的作用 ,其作用从烟叶生长、烘烤 ,一直到陈化都始终存在。在烟叶加工过程中 ,可以通过利用蛋白酶、淀粉酶等处理低等级烟叶、烟丝或烟梗 ,以降解叶中的蛋白质、淀粉等生物大分子 ,减少烟叶燃烧时产生的糊焦气味和辛辣刺激性 ,提高低次烟的工业可用性。在烟草发酵或加工过程中 ,利用酶制剂控制烟叶的内在化学成分 ,弥补烟叶因生长或 调制不当造成的不足 ,从而达到改善烟叶吸味品质的目的 ,而且可以大大缩短发酵过程 ,节约成本 ,大幅度提升经济效益。主要阐述淀粉酶、蛋白酶、多酚氧化酶在烟叶生长、烘烤、陈化过程中的活性变化趋势及其应用研究。1　主要酶类在烟叶各时期的活性变化规律1. 1　淀粉酶淀粉是烟叶中一种重要的含氮化合物 ,在烘烤和陈化过程中会发生分解、转化。以淀粉形式存在的糖类在烟支燃吸时会影响燃烧速度和燃烧完全性 ,其燃烧时产生糊焦气味 ,会使烟草香味变坏 ,所
生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 11期
以淀粉含量的多少决定着烟叶的内在品质和吸食味
的好坏。淀粉降解程度是烟叶质量优劣的一个重要
指标。将烟叶中淀粉酶及淀粉含量在各个时期的活
性变化规律总结如表 1所示 [ 1～4 ]。
表 1 淀粉酶活性及淀粉含量在各时期的变化
时间
大田中后期 (移栽时间 )
50 d 60 d 75 d 80 d
烘烤期间 陈化期间
粉淀含量 ( % ) 13. 02 22. 58 28. 78 32. 50 淀粉大量降解 , 变黄期末淀粉降幅达 75% ～85% 淀粉含量逐步下降
酶活性 淀粉酶活性移栽 60 d时达到一个高峰 ,然后有所下降 ,移栽
80 d时 ,酶活达到鲜烟期的最大值
酶活性迅速升高 ,于 36 h前
后达到一个高峰
陈化 6个月时酶活性达
到最大值
经过高温烘烤后 ,烟叶细胞结构遭受到破坏 ,烟
叶本身不再产生酶。但在陈化初期有淀粉酶的活
性 ,说明在烘烤后。烟叶内残留有部分淀粉酶 ,且淀
粉酶有较好的热稳定性。原因可能是烟叶表面存在
的某些微生物也能自身代谢分泌淀粉酶 ,促使淀粉
含量进一步下降。
1. 2　蛋白酶
烟叶中的蛋白质含量过高 ,在燃烧时会产生羽
毛烧焦的异味 ,也会降低烟叶的燃烧性 ,而且是烟气
中有害物质的前体 ,包括奎琳、氢氰酸 (HCN )、和其
他含氮化合物 ,严重影响卷烟的香味品质和吸烟安
全性 [ 5 ]。
屠波 [ 6 ]、李常军 [ 7 ]、赵铭钦等 [ 4 ]分别对烟叶生
长、烘烤、陈化过程中蛋白酶活性及蛋白质含量进行
了分析研究 ,其变化规律如表 2所示。研究发现高
温复烤后未检查到中性蛋白酶的活性 ,说明中性蛋
白不耐高温 ,复烤过程中酶结构被破坏。
表 2 蛋白酶活性及蛋白质含量在各时期的变化
时间 叶片生长期 烘烤期间 陈化期间
蛋白含量 呈先升高后降低的趋势。在打顶后
20 d左右达到最大值 ,随后退渐降低
含量逐步下降 , 24 h以后降解速度明显
加快 ,定色后降解速度下降 呈现缓慢下降的趋势
酶活性 酶活性呈“M”型曲线变化 ,分别在打顶后 20 d和 50 d达到高峰
酶活性不断升高 , 24 h后达到第一个高
峰 ,此后略有降低 ,稍后又重新上升 ,在
60 h达到第二个高峰
陈化 6个月时酶活性达到最大值
1. 3　多酚氧化酶
多酚氧化酶 ( PPO )是一种氧化还原酶 ,在烟叶
的调制过程中能引起酶促棕色反应 ,实质就是烟叶
中的多酚类物质 ,如类黄酮、咖啡酸、绿原酸、芸香苷
等在多酚氧化酶的作用下 ,经氧化产生淡红色至黑
褐色的醌类物质 ,使烟叶颜色由黄转变为不同程度
的褐色 [ 8 ]。现已有大量关于多酚氧化酶的性质研
究 ,为提高烟叶品质提供了理论依据。
PPO的活性与烟叶中叶绿体的光合作用和线粒
体的呼吸作用有关 ,在烟叶生长期其活性较高 ,但在
不同时期 ,活性有所差异 ,在烘烤过程中 ,烟叶水势
及烘烤温度对酶也有较大的影响 [ 9 ]。而在烟叶陈
化过程中 , PPO 活性呈现先升高后降低的变化
趋势 [ 10 ]。
根据以上研究 ,现将多酚氧化酶活性在各时期
的变化规律总结如表 3所示。
总体上看 , PPO的活性在烟叶生长期间较高 ,这
是因为 PPO 的活性与光合作用、呼吸作用密切相
关。在烘烤阶段 ,由于水分的大量丧失 , PPO活性受
到抑制 ;若在烘烤阶段温度升高过快 ,也会造成 PPO
的失活。在陈化阶段 ,各烟种在不同的温湿度条件
下 ,烟叶 PPO活性在陈化前期相对较高 ,随着陈化
时间的延长 ,酶活性呈下降趋势。
04
2009年第 11期 　　　 　刘敏等 :烟叶主要生物酶活性变化规律及其在烟叶发酵中的应用
表 3 多酚氧化酶活性在各时期的变化
时间
叶片生长期
苗圃期 扎根期 生理成熟期 工艺成熟期
烘烤期间 陈化期间
酶活性 PPO 活 性较高
PPO 活性低
于苗期
PPO 活 性
最高
PPO 活性已
经下降到最
高活性 30%
酶的最适反应温度 35℃,温
度由 35℃升至 75℃ ,活性
逐渐下降 ,在每一温度下保
持 5 m in,活性趋于稳定
多酚氧化酶活性呈现先
升高后降低的趋势 ; 在
烟叶陈化 6个月时 , PPO
活性达到最大
2 生物酶在烟草加工过程中的应用
2. 1　促进烟叶中淀粉和蛋白质的生物转化
烟叶中的蛋白质和淀粉等生物大分子的含量和
比例对于烤烟的内在品质具有重要的作用。烟叶表
面的生物酶能够有效地促进烟叶中淀粉等生物大分
子的生物转化 ,协调烟叶的内在成分 ,提高烟叶的吸
食品质。
姚光明等 [ 11 ]研究了采用酶解法来降低烟叶中
的蛋白质含量 ,发现中性蛋白酶对烤烟烟叶中蛋白
质的降解作用最为明显 ,一定条件下喷洒 120 U /g
可降解蛋白质 12%左右 ;对白肋烟来说施酶量为
180 U /g时 ,降解淀粉的效果最佳。闫克玉等 [ 12 ]将
烤烟烟叶用蛋白酶、淀粉酶和糖化酶混合处理 ,发现
酶制剂可以降解烟叶中过量的淀粉、蛋白质、细胞壁
物质和果胶质 ,增加香气和改善质量品质。
2. 2　降解烟草中的有害成分
烟草中存在大量的有害成分 ,卷烟燃吸时可以
产生 2 000多种化合物 ,绝大部分对人体健康有害 ,
其中致癌物有 40余种。烟草中主要的有害成分包
括 :焦油、烟碱 (尼古丁 )、一氧化碳、氢氰酸、氨、芳
香化合物和亚硝胺等多种有害物质。
在微生物降解烟碱途径中 , B randsch等 [ 13 ]对嗜
烟碱节杆菌降解的代谢途径进行了详细的研究 ,结
果表明 ,烟碱的生物降解是通过微生物产生的几种
不同的酶来逐步完成的。
2. 3　提高烟叶香气成分
微生物酶能够促进烟叶中的致香前体物质的转
化 ,从而提高烟叶中香气成分的形成和积累 [ 14 ]。
李雪梅等 [ 15 ]对木瓜蛋白酶水解明胶蛋白的工
艺条件进行了研究 ,结果表明一定的条件下可以达
到最高水解程度 ,得到的明胶水解物与葡萄糖反应
获得似可可香味的棕色化产物 ,能与卷烟较好的协
调 ,具有显著提高烟香浓度和改善吸味的作用。
生物酶的作用可以调整烟叶中各个化学成分的
比例 ,提高烟叶的综合品质。赵铭饮等 [ 16 ]研究了利
用 4种由优势增香菌种和α2淀粉酶、蛋白酶等配制
而成的烟草发酵增质剂的增香效果 ,表明发酵增质
剂具有促进烟叶内部有机物质的分解与转化、加速
烟叶发酵过程、缩短发酵周期等作用 ;经过发酵增质
剂处理后的烟叶香气质改善 ,香气量增加 ,烟叶固有
的杂气和刺激性减轻 ,烟叶内部的糖、氮、碱等主要
化学成分及其比值趋于协调、平衡。周瑾等 [ 17 ]用微
生物菌株培养提取到对烤烟烟叶纤维素组织有针对
性作用的纤维素酶。使烟叶的还原糖上升 ,香气增
加 ,吸味改善 ,刺激性降低。
综上 ,生物酶处理对提高烟叶的质量具有明显
得作用。
3　展望
在烟草发酵过程中 ,由于酶的催化作用 ,烟叶中
的化学成分被分解、合成和再转化。烟草中淀粉酶、
蛋白酶等酶的作用已得到证实 ,其反应机理已基本
弄清。利用酶制成各种酶制剂 ,可增加烟叶香气和
改善烟叶品质。由于酶的活性受到温度、pH、抑制
剂等因素的影响 ,而不同种类的烟叶化学成分不完
全相同 ,发酵条件也不能适合每种酶的作用条件。
因此 ,应针对烟叶种类及发酵条件调整不同酶类的
配比 ,探索和完善酶制剂处理的工艺措施。此外 ,在
烟草加工过程中微生物也起到很重要的作用 [ 18, 19 ] ,
可降解烟碱 ,降低烟叶中的焦油含量等。如果将微
生物配合酶制剂应用于烟叶发酵 ,或许能取得更好
的效果。
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