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Effect of roasted-rice leachate on tabacco microorganisms during fermentation process

糊米汁对烟叶发酵过程中微生物的影响



全 文 :第 14卷第 2期
2016年 3月
生  物  加  工  过  程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol􀆰 14 No􀆰 2
Mar􀆰 2016
doi:10􀆰 3969 / j􀆰 issn􀆰 1672-3678􀆰 2016􀆰 02􀆰 008
收稿日期:2014-02-26
基金项目:上海烟草集团有限责任公司科技项目(SZBCW201000744)
作者简介:李士林(1987—),男,山东临沂人,研究方向:发酵工学;许赣荣(联系人),教授,E⁃mail:grxu123@ 126.com
糊米汁对烟叶发酵过程中微生物的影响
李士林1,王宜君1,张薄博1,汤朝起2,许赣荣1
(1. 江南大学 生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室,江苏 无锡 214122;
2. 上海烟草集团有限责任公司,上海 200082)
摘  要:研究了糊米汁对烟叶发酵过程中微生物种群及种群数量的变化,初步了解了糊米汁对烟叶微生物的影响。
通过添加糊米汁的培养基对烟叶微生物进行液态培养和固态培养。 结果表明:在糊米汁堆积式发酵与糊米汁培养
基中,糊米汁对烟叶的好氧细菌、厌氧细菌都有非常明显的抑制作用,糊米汁用量越多,抑制作用越明显;但是在普
通培养基中施加糊米汁,却对霉菌和酵母没有明显的抑制作用。 糊米汁只在烟叶堆积式固态发酵过程中表现出抑
制霉菌和酵母的作用,说明糊米汁抑制微生物生长的机制主要是它具有黏性,施加到烟叶中会使烟叶相互粘结,阻
碍了 O2的传递进而抑制了霉菌和酵母的生长。
关键词:糊米汁;烟叶;微生物;发酵
中图分类号:Q93        文献标志码:A        文章编号:1672-3678(2016)02-0041-06
Effect of roasted⁃rice leachate on tabacco microorganisms
during fermentation process
LI Shilin1,WANG Yijun1,ZHANG Bobo1,TANG Zhaoqi2,XU Ganrong1
(1. Key Laboratory of Industrial Biotechnology of the Ministry of Education,School of Biotechnology,Jiangnan University,
Wuxi 214122,China; 2. Shanghai Tobacco Group Co. Ltd.,Shanghai 200082,China)
Abstract:Microbial changes in tobacco leaves during roasted⁃rice leachate fermentation were studied,to
reveal the impact of roasted⁃rice leachate on tobacco microbial fermentation, both in liquid culture and
solid⁃state culture. Roasted⁃rice leachate inhibited aerobic and anaerobic bacteria. The more roasted⁃rice
leachate used,the more inhibition observed. Roasted⁃rice leachate itself did not inhibit mold and yeast,
but it showed to suppress the growth of mold and yeast during stacked solid state fermentation process.
The phenomenon might be caused by the extraordinary viscosity of fried⁃rice leachate,which could hinder
the oxygen transfer and thus inhibit the growth of aerobic molds.
Keywords:roasted⁃rice leachate;tobacco leaves;microorganism;fermentation
    糊毛烟主要产自四川什邡、广汉等地,是一种
独具特色的地方性原料烟叶[1],主要用于制作雪茄
烟[2],其传统制作工艺是将收获、晒制好并进行初
步堆积发酵过的烟叶沾上糊米汁,堆积起来进行固
态发酵所制成的烟叶,俗称糊毛烟。 固态发酵后的
烟叶吸食品质得到了明显改善。 对于糊米汁在烟
叶发酵中所起到的作用鲜有文献报道。 烟叶的固
态发酵,一般是在低水分含量条件下进行的,目的
是防止烟叶的霉变,而添加糊米汁到烟叶时,明显
会增加烟叶的含水量,但糊毛烟在数月的发酵过程
中,却可避免烟叶的发霉,因此从原理上分析,在烟
叶中施加糊米汁,有抑制烟叶微生物发酵霉变的作
用。 烟叶发酵主要是烟叶中自带的微生物与多种
复合酶体系的共同作用。 糊米汁是否影响烟叶微
生物的代谢活动是个值得研究的课题。 本文中,笔
者就糊米汁对烟叶自带微生物的作用进行研究,以
期为糊米汁烟叶发酵提供研究基础。
1  材料与方法
1􀆰 1  材料与仪器
上部烟叶,由上海烟草集团有限责任公司提
供,为 2012 年福建烟叶;FA1004 型电子天平,上海
舜宇恒平科学仪器有限公司;PL602 S 型电子天
平,Mettler Toledo 仪器上海仪器有限公司;PB 10
pH计、Sartorius MA 40型红外线水分测试仪,德国
赛多利斯公司;PYX XHS 405 电热恒温培养箱,
上海跃进医疗器械厂;SW CJ IFD 超净工作台,
苏州安泰空气技术公司。
细菌液态培养基:牛肉膏 5 g,蛋白胨 10 g,NaCl
5 g, 去离子水 1 L, pH7􀆰 0 ~ 7􀆰 2, 121 ℃ 灭菌
20 min[3]。
细菌琼脂培养基:在细菌液态培养基基础上添
加 20 g琼脂。
霉菌液态培养基:蛋白胨5 g,葡萄糖10 g,KH2PO4
1 g,MgSO4·7H2O 0􀆰 5 g,氯霉素 0􀆰 1 g,蒸馏水 1 L[4]。
霉菌琼脂培养基:在霉菌液态培养基基础上添
加 20 g琼脂。
酵母液态培养基:酵母粉 10 g,蛋白胨 20 g,葡
萄糖 20 g,蒸馏水 1 L,pH6􀆰 0[5]。
酵母琼脂培养基:在酵母液态培养基基础上添
加 20 g琼脂。
1􀆰 2  实验方法
1􀆰 2􀆰 1  糊米汁的制作方法
取适量大米放到铁锅中炒,先中火炒到大米变
黄,再大火炒,当大米膨胀成黑色团状时再中火炒,
直到炒到大米粘在一团,此过程大约 14 min。 按料
水比 1 ∶ 2􀆰 7(g / L)加凉开水,再煮沸 10 min,过滤得
到糊米汁,其波美度 18,pH 3􀆰 74[6]。
1􀆰 2􀆰 2  固态发酵方法
三角瓶发酵:称取 30~90 g烟叶,喷洒体积分数
40%糊米汁,装入 500 mL 三角瓶中,于培养箱中 30
℃发酵。
框发酵(模拟堆积式发酵):称取 5 kg烟叶,喷洒
体积分数 20%~40%糊米汁,补充适量水使烟叶的水
分为 40%,装入发酵框中,压紧,于培养箱中 30 ℃
发酵。
1􀆰 3  分析方法
将上部烟叶剪成碎片,取烟叶碎片 10􀆰 0 g 于盛
有 100 mL无菌水的三角瓶中,37 ℃振荡 20 min,制
成菌悬液。
1􀆰 3􀆰 1  好氧细菌平板计数法
在超净台中将菌悬液稀释成一定浓度,取 200
μL均匀涂在细菌琼脂培养基平板中,于培养箱中
37 ℃培养 24 h。
1􀆰 3􀆰 2  厌氧细菌双层平板计数法
在超净台中取稀释一定浓度的菌悬液 200 μL,
均匀涂在细菌琼脂培养基平板中,再倒入一层 40 ℃
左右未凝固的细菌培养基,待冷却凝固后于培养箱
中 37 ℃培养 24 h。
1􀆰 3􀆰 3  酵母和霉菌平板计数法
在超净台中取稀释一定浓度的菌悬液 200 μL,
均匀涂在霉菌和酵母琼脂培养基平板中,于培养箱
中 30 ℃培养 2~4 d[7]。
烟叶菌落数 = 平板中菌落数
× 5 × 稀释倍数
1 - w
(1)
式中:w—烟叶中水分的质量分数;5—200 μL 菌悬
液折算成 1 mL的系数。
2  结果与讨论
2􀆰 1  糊米汁在发酵上部烟叶过程中对微生物种群
数量的影响
    糊毛烟是将烟叶沾取糊米汁后堆积在一起进
行发酵而成的,本实验用框模拟了糊毛烟的发酵方
式,设计糊米汁的用量(体积分数)为 0、20%、40%,
对糊米汁发酵烟叶过程中的霉菌、细菌和酵母的种
群数量进行检测,以了解糊米汁在发酵过程中对烟
叶微生物的影响。
2􀆰 1􀆰 1  发酵过程中霉菌种群数量的变化
糊毛烟由于经常翻堆,每次翻堆后烟叶水分会
降低很多,从而避免了烟叶发霉。 本实验为了探究
糊米汁在发酵过程对霉菌的影响,故没有进行翻
堆。 当发现烟叶发霉时停止发酵,测定发酵过程中
的霉菌种群数量,结果如图 1所示。
24 生  物  加  工  过  程    第 14卷 
图 1  糊米汁用量对烟叶发酵过程中霉菌种群数量的影响
Fig􀆰 1  Effects of fried⁃rice leachate content
on the amount of mould during
tobacoo fermentation
由图 1可见:对照组(0%糊米汁)发酵第 96 h 时
烟叶霉变,此时霉菌的种群数量是 4􀆰 3×104CFU / g;糊
米汁用量为 20%时,烟叶发酵到第 120 h 时霉变,此
时霉菌的种群数量是 2􀆰 9×104CFU / g;糊米汁用量为
       
40%时,烟叶发酵到第 168 h 时霉变,此时霉菌的种
群数量是 5􀆰 1×104 CFU / g。 可见,当霉菌的种群数
量达到 104 CFU / g时,烟叶就已经霉变(烟叶上霉变
达到肉眼可见程度)。 糊米汁在烟叶堆积式固态发
酵过程中有着明显的抑制霉菌的作用,糊米汁添加
量越多,抑制效果越明显。 (实验结果起始霉菌种
群数量为 0,只能说明笔者所用检测方法里没有检
测出来霉菌种群,不代表烟叶本身没有霉菌种群。)
2􀆰 1􀆰 2  发酵过程中细菌的变化
对糊米汁发酵烟叶过程中的好氧细菌和厌氧
细菌种群数量进行测定,结果如图 2所示。
由图 2 可见:发酵过程中烟叶好氧细菌和厌氧
细菌均呈递减的趋势,添加糊米汁的发酵过程中,
好氧细菌和厌氧细菌递减的幅度均明显大于对照
组,说明糊米汁对烟叶的细菌有非常明显的抑制作
用,糊米汁用量越多,抑制效果越明显。
图 2  糊米汁用量对烟叶发酵过程中细菌种群数量的影响
Fig􀆰 2  Effects of fried⁃rice leachate content on the amount of bacteria during tobacoo fermentation
2􀆰 1􀆰 3  发酵过程中酵母的变化
对糊米汁发酵烟叶过程中的酵母种群数量进
行测定,结果如表 1所示。
表 1  糊米汁用量对烟叶发酵过程中酵母种群数量的影响
Table 1  Effects of fried⁃rice leachate content
on the amount of yeast during
tobacoo fermentation
时间 / h
酵母种群数量
φ(糊米汁)

φ(糊米汁)
20%
φ(糊米汁)
40%
0 0      0      0     
24 6􀆰 15×104 4􀆰 12×104 4􀆰 65×104
48 4􀆰 52×105 3􀆰 39×105 3􀆰 06×105
72 1􀆰 09×107 1􀆰 23×106 6􀆰 94×105
96 2􀆰 10×107 1􀆰 56×106 5􀆰 19×105
    由表 1可见,对照组发酵过程中烟叶酵母的种
群数量迅速增加,添加糊米汁发酵过程中酵母种群
数量增加很少,说明糊米汁对烟叶中酵母有较明显
的抑制作用,糊米汁用量越多,抑制效果越明显。
(实验结果起始酵母种群数量为 0,只能说明笔者所
用检测方法里没有检测出来酵母种群,不代表烟叶
本身没有酵母种群。)
2􀆰 2  糊米汁对烟叶微生物抑制作用的验证
糊米汁在烟叶堆积式固态发酵过程中对细菌、
霉菌和酵母有着明显的抑制作用,为了验证糊米汁
是否对微生物有抑制作用,笔者利用三角瓶液态培
养和琼脂平板培养进行了验证试验。
2􀆰 2􀆰 1  糊米汁对霉菌的影响
将发霉的烟叶用无菌水制备成霉菌孢子悬浮液,
吸取等量孢子悬浮液涂于含糊米汁 10%、20%、30%
和 40%的霉菌琼脂培养基上,30 ℃培养 3 d后进行平
34  第 2期 李士林等:糊米汁对烟叶发酵过程中微生物的影响
板菌落计数;吸取等量霉菌孢子悬浮液添加到含 0~
40%糊米汁的 100 mL霉菌液态培养基中(500 mL三
角瓶),于摇瓶培养箱中,30 ℃、180 r / min培养 2 d,培
养液过滤烘干后称菌体质量,结果如图 3所示。
图 3  不同糊米汁体积分数培养基对霉菌的影响
Fig􀆰 3  Effects of different diffirent fried⁃rice leachate content medium on mold number
    由图 3可见,不同浓度糊米汁琼脂培养基中长
出的霉菌菌落数基本一致,说明糊米汁本身在固态
培养中对霉菌没有明显的抑制作用。 不同浓度糊
米汁液态培养后霉菌菌体量相差很小,说明糊米汁
液态培养对霉菌没有明显的抑制作用。
由前面实验可知,糊米汁在烟叶堆积式发酵过程
中对霉菌有明显的抑制作用。 这可能是糊米汁具有
黏性,在堆积式发酵中会使烟叶相互黏结在一起,阻
碍了 O2的传递,从而抑制了霉菌的生长。 为了验证
这一推论,设计不同烟叶填充度进行发酵,称取 30~
90 g烟叶,喷洒质量分数 40%糊米汁,装入 500 mL三
角瓶中,于培养箱中 30 ℃发酵,测定了糊米汁发酵烟
叶过程中开始发霉的时间,结果如图 4所示。
图 4  填充度对发酵过程中烟叶开始发霉时间的影响
Fig􀆰 4  Effects of different filling degree on
moldy time of tobacco leaves
由图 4可见,当填充度为 30 g 时,糊米汁发酵
与对照组同时发霉,说明在物料比较松散的情况
下,糊米汁对霉菌没有抑制作用。 当填充度为 60 g
和 90 g时,糊米汁发酵比对照组发霉时间分别延迟
1和 2 d,说明在物料压紧的情况下糊米汁对霉菌有
明显的抑制作用。 糊米汁在物料压紧的情况下使
烟叶相互黏结在一起,阻碍了 O2的传递,进而抑制
了霉菌的生长。
2􀆰 2􀆰 2  糊米汁对烟叶细菌的影响
由前面实验可知,糊米汁对烟叶好氧细菌和厌
氧细菌有明显的抑制作用,笔者利用糊米汁液态和
固态培养来验证糊米汁对好氧细菌和厌氧细菌的
抑制作用,结果如图 5所示。 由图 5可知:不同浓度
的糊米汁培养基 pH 也不同(糊米汁本身的 pH 在
3􀆰 8左右),本实验同时也探究了糊米汁本身的 pH
是否是抑制细菌的一个因素。
图 5  不同糊米汁含量对培养基 pH的影响
Fig􀆰 5  Effect of diffirent fried⁃rice leachate
content on medium pH
将上部烟叶剪成碎片,取烟叶碎片 10􀆰 0 g 于盛
有 100 mL无菌水的三角瓶中,37 ℃振荡 20 min,制
成菌悬液,将菌悬液稀释适当倍数涂布于含有 0 ~
25%糊米汁的细菌培养基平板中,37 ℃培养 24 h后
菌落计数;取菌悬液 1 mL 接种于含 0 ~ 25%糊米汁
的细菌培养基中,37 ℃、200 r / min 培养 24 h,取培
养液涂平板进行菌落计数,结果如图 6~7所示。
44 生  物  加  工  过  程    第 14卷 
图 6  不同糊米汁含量培养基对好氧细菌的影响
Fig􀆰 6  Effects of different fried⁃rice leachate content medium on aerobic bacteria number
图 7  不同糊米汁含量培养基对厌氧细菌的影响
Fig􀆰 7  Effects of different diffirent fried⁃rice leachate content medium on anaerobic bacteria number
    由图 6~图 7可见:糊米汁固态和液态培养对烟
叶好氧细菌和厌氧细菌均有非常明显的抑制作用;
自然 pH与 pH 7􀆰 2 的糊米汁固态培养基对烟叶好
氧细菌和厌氧细菌均没有显著变化,说明糊米汁的
酸性因素在固态发酵过程中对烟叶细菌没有明显
的抑制作用,自然 pH 糊米汁液态培养后烟叶好氧
细菌和厌氧细菌的种群数量少于 pH 7􀆰 2 的糊米汁
液态培养,说明糊米汁的酸性因素在液态培养中对
烟叶细菌有一定的抑制作用,但 pH 7􀆰 2时的糊米汁
对细菌的抑制作用仍然随着糊米汁含量的增加而
加强,说明糊米汁除了 pH 因素外,还有其他因素对
细菌有抑制作用。
2􀆰 2􀆰 3  糊米汁抑制酵母的研究
烟叶中只发现一种呈红色的酵母。 将该酵母接
种于盛有 100 mL 酵母液态培养基的三角瓶中,30
℃、200 r / min 培养 12 h制成酵母种子液,种子液稀释
适当倍数分别涂布于含 0~40%糊米汁酵母琼脂培养
基平板中,30 ℃培养 24 h 后菌落计数;取种子液 1
mL接种于含 0~40%糊米汁液态培养基中,30 ℃、200
r / min 培养 24 h,取培养液稀释适当倍数后,分别涂布
于含 0~40%糊米汁酵母琼脂培养基平板中,30 ℃培
养 24 h后菌落计数,结果如图 8所示。
图 8  不同糊米汁含量培养基对酵母的影响
Fig􀆰 8  Effects of different diffirent fried⁃rice leachate content medium on yeast number
54  第 2期 李士林等:糊米汁对烟叶发酵过程中微生物的影响
    由图 8可见,糊米汁固态和液态培养对烟叶酵
母均没有明显的抑制作用,这与 2􀆰 1􀆰 3 节的实验结
果是不一致的。 糊米汁在堆积式发酵中对酵母的
抑制作用原理可能与抑制霉菌的原理是一样的。
本实验进一步设计不同烟叶填充度进行发酵,称取
30~90 g烟叶,喷洒质量分数 40%糊米汁,装入 500
mL三角瓶中,于培养箱中 30 ℃发酵 96 h 后测定酵
母的种群数量,结果如图 9所示。
图 9  不同填充度发酵过程中烟叶酵母种群数量的影响
Fig􀆰 9  Effects of different filling degree on
yeast number on the tobacco leaves
由图 9 可见,填充度越高,酵母的种群数量越
少,说明 O2的传递会明显的影响酵母的生长。 在相
同填充度条件下,糊米汁发酵比水发酵的酵母种群
数量明显少。 这可能是由于糊米汁的黏性,使烟叶
相互黏结在一起,使物料间 O2的传递比对照组(加
水)慢,从而更加抑制了酵母的生长。
2􀆰 3  结论
通过研究糊米汁框发酵和糊米汁培养过程中
烟叶微生物的变化,初步确定了糊米汁对烟叶微生
物的作用:糊米汁对烟叶的好氧细菌、厌氧细菌有
非常明显的抑制作用,糊米汁用量越多,抑制作用
越明显;糊米汁本身对霉菌和酵母没有明显的抑制
作用,但在堆积式固态发酵过程中却表现出了抑制
霉菌和酵母的作用,这主要是糊米汁具有黏性,可
以使烟叶相互黏结,阻碍了 O2 的传递进而抑制了
霉菌和酵母的生长。
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(责任编辑  管  珺)
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