全 文 ：第 １２卷第 ５期
２０１４年 ９月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １２ Ｎｏ ５
Ｓｅｐ ２０１４
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１４ ０５ ００９
收稿日期：２０１３－０８－２７
基金项目：上海烟草集团有限责任公司科技项目（ＳＺＢＣＷ２０１２－００１４７）
作者简介：李士林（１９８７—），男，山东临沂人，硕士研究生，研究方向：发酵工学；许赣荣（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｇｒｘｕ１２３＠ １２６ ｃｏｍ
固态发酵降低上部低次烟叶中淀粉及蛋白质的含量
李士林１，许赣荣１，汤朝起２
（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，无锡 ２１４１２２；
２ 上海烟草集团有限责任公司，上海 ２０００８２）
摘 要：利用固态发酵的方法降低上部低次烟叶中淀粉和蛋白质的含量，并对发酵过程中的厌氧细菌和酵母的数
量进行检测。 采用单因素和正交试验对固态发酵的条件进行优化，结果表明：各因素对发酵上部低次烟叶影响显
著性主次次序依次为发酵时间（Ｃ）、发酵温度（Ａ）和发酵水分质量分数（Ｂ），固态发酵的最佳条件为 Ａ２Ｂ２Ｃ３，即温
度 ４５ ℃、水分质量分数 ５０％、发酵时间 ９ ｄ。 在该发酵条件下，上部低次烟叶的淀粉降解率为 ２０ ４１％，蛋白质降解
率为 １２ ３５％。 通过固态厌氧发酵的方法可取得较好的、短期内快速降解上部低次烟叶中淀粉和蛋白质含量的
效果。
关键词：蛋白质；固态发酵；淀粉；卷烟；上部低次烟叶
中图分类号：ＴＳ４４＋ ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０５－００５１－０６
Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ｌｅａｖｅｓ ｏｆ
ｆｌｕｅ⁃ｃｕｒｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ ｂｙ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｓｈｉｌｉｎ１，ＸＵ Ｇａｎｒｏｎｇ１，ＴＡＮＧ Ｚｈａｏｑｉ２
（１． Ｔｈｅ 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：Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｌｅａｖｅｓ ｏｆ ｆｌｕｅ⁃ｃｕｒｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ
ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ ｙｅａｓｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｍｏｎｏｆａｃｔｏｒｉａｌ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌ ｅｘｔｅｎｔ ｏｆ
ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｗａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ（Ｃ） ＞ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ａ） ＞ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｂａｃｃｏ （Ｂ）． Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｗａｓ Ａ２Ｂ２Ｃ３， ｉ． ｅ．， ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ４５ ℃，ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｂａｃｃｏ ｗａｓ ５０％ ａｎｄ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ９ ｄ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｗｅｒｅ
２０ ４１％ ａｎｄ １２ ３５％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｌｅａｖｅｓ ｏｆ
ｆｌｕｅ⁃ｃｕｒｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ａ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｔｅｉｎ；ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｓｔａｒｃｈ；ｔｏｂａｃｃｏ；ｕｐｐｅｒ ｌｅａｖｅｓ ｏｆ ｆｌｕｅ⁃ｃｕｒｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ
上部低次烟叶中，淀粉、蛋白质的质量分数分 别为 ７％左右及 １０％以上，较优等烟叶（淀粉 ４％ ～
５％，蛋白质 ７％～９％）明显偏高，致使吸食后香气欠
缺、较苦、刺激性大，目前只用于低档卷烟的配方
中，或者直接丢弃，严重影响了卷烟行业的经济效
益［１－４］。 因此，降低上部低次烟叶中淀粉和蛋白质
的含量，可有效减少烟叶在吸食过程中产生的辛辣
味和刺激性，使烟叶吸食起来更加柔和［５］。
现在国内外一致认为烟叶的发酵是烟叶自身
所带的多种酶类和微生物共同的作用［６］ 。 发酵工
业中常规的固态发酵，发酵温度和物料水分质量
分数一般分别在 ３０ ℃和 ５０％左右。 由于烟叶不
能灭菌再发酵，在此条件下，烟叶发霉在所难免。
烟企采用的烟草发酵，往往是低水分情况下的贮
存式固态发酵，故可避免烟叶发霉，缺点是发酵时
间过长。 烟叶表面存在着大量微生物，其中大部
分是细菌，还有少量的霉菌和酵母，其作用贯穿烟
叶发酵的始终，对改善烟叶品质起着重要的作
用［７］ 。 本实验的烟叶发酵，设计的思路是在较高
的温度下且固态厌氧发酵，由于发酵初期烟叶中
的水分含量较高，烟叶物料的间隙中存在少量氧，
但不足以引起霉菌的生长。 好氧菌逐渐消耗掉
氧，发酵环境逐步过渡到无氧环境，既抑制了霉菌
的生长，也给厌氧微生物提供生长环境。 笔者主
要利用厌氧微生物来降解上部低次烟叶中淀粉和
蛋白质的含量。
１ 材料与方法
１ １ 材料与仪器
上部低次烟叶，由上海烟草集团有限责任公
司提供，为 ２０１２ 年福建烟叶；肉汤固态培养基、孟
加拉红固态培养基［８］ ；浓 Ｈ２ ＳＯ４、 ＨＣｌ、 ＮａＯＨ、
ＣｕＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、冰醋酸（ＡＲ），中国国药集团化学有
限公司；Ｈ２ ２ 型电热恒温振荡水槽，上海精宏实
验设备有限公司；ＵＶ３０００ 型紫外 可见光分光光
度计，日本 Ｈｉｔａｃｈｉ公司；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） 有限公司；
ＰＢ １０型 ｐＨ 计，ＳａｒｔｏｒｉＵｓ 公司；ＹＨＧ ３００ＢＳ 型
鼓风恒温干燥箱，上海康路仪器设备有限公司；
Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＭＡ ４０ 型红外线水分测试仪，德国赛多
利斯公司；ＰＹＸ ＸＨＳ ４０５ 型电热恒温培养箱，上
海跃进医疗器械厂；ＳＷ ＣＪ ＩＦＤ 型超净工作台，
苏州安泰空气技术公司。
１ ２ 微生物计数方法
１ ２ １ 菌悬液的制备
将上部低次烟叶剪成碎片，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，用于菌落计数。
１ ２ 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，
均匀涂在肉汤培养基平板中，再倒入一层 ４０ ℃左右
未凝固的肉汤培养基，待冷却凝固后于培养箱中
３７ ℃培养 ２４ ｈ。
１ ２ ３ 酵母平板计数法
在超净台中取稀释一定浓度的菌悬液 ２００ μＬ，
均匀涂在孟加拉红培养基平板中，于培养箱中 ３０ ℃
培养 ２～４ ｈ ［９］。
烟叶菌落数 ＝ 平板中菌落数
× ５０ ×稀释倍数
１ － ｗ
（１）
式中，ｗ为烟叶中的含水量。
１ ３ 固态发酵条件优化
固态发酵方法：在烟叶中加入一定量水，装入
自封袋中，排净空气，于恒温培养箱中进行固态
发酵。
１ ３ １ 烟叶最佳发酵温度的确定
取上部低次烟叶 ４０ ｇ，喷洒适量水至物料水分
为 ５０％，装入自封袋中，排净空气，分别在 ３０、３５、
４０、４５、５０和 ５５ ℃下发酵 ４ ｄ，发酵结束后取少许试
样测微生物数量，其余试样于鼓风恒温干燥箱烘干
后测化学成分。
１ ３ ２ 烟叶最佳发酵水分的确定
取上部低次烟叶 ４０ ｇ，５ 份，喷洒适量水至物料
水分分别为 ２０％、３０％、４０％、５０％和 ６０％，装入自封
袋中，排净空气，在 ４５ ℃下发酵 ４ ｄ。 发酵结束后取
少许试样测微生物数量，其余试样于鼓风恒温干燥
箱烘干后测化学成分。
１ ３ ３ 烟叶最佳发酵时间的确定
取上部低次烟叶 ４０ ｇ，喷洒适量水至物料水分
至 ５０％，装入自封袋中，排净空气。 在 ４５ ℃下发
酵，分别于第 １、３、５、７、９ 和 １１ 天取样，取少许试样
测微生物数量，其余试样于鼓风恒温干燥箱烘干后
测化学成分。
１ ４ 发酵条件正交试验设计
根据 １ ３优化得到的发酵单因素实验的结果，
以发酵温度、发酵水分质量分数及发酵时间设计三
因素三水平正交试验方案，各因素水平见表 １。
２５ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
表 １ 固态发酵条件因素与水平
Ｔａｂｌｅ １ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
水平 Ａ温度 ／ ℃
Ｂ
ｗ（水分） ／ ％
Ｃ
时间 ／ ｄ
１ ４０ ４５ ５
２ ４５ ５０ ７
３ ５０ ５５ ９
１ ５ 分析方法
烟叶水分的测定采用红外快速水分测定仪测
定；淀粉的测定采用 ＤＮＳ 法［１０］；蛋白质测定采用凯
氏定氮法。
淀粉降解率＝
ｗ（原烟叶淀粉）－ｗ（发酵后烟叶淀粉）
ｗ（原烟叶淀粉）
×１００％
（２）
蛋白质降解率＝
ｗ（原烟叶蛋白质）－ｗ（发酵后烟叶蛋白质）
ｗ（原烟叶蛋白质）
×１００％
（３）
２ 结果与讨论
２ １ 上部低次烟叶固态发酵条件的探索
２ １ １ 烟叶最佳固态发酵温度的确定
发酵温度会影响发酵过程中烟叶微生物和酶
的分解作用。 适宜的温度会促进微生物和酶分解。
笔者在不同温度下对烟叶进行固态发酵，结果如图
１和表 ２所示。
图 １ 发酵温度对烟叶淀粉和蛋白质
降解率的影响
Ｆｉｇ １ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ
ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ
由图 １可知：随着发酵温度的升高，淀粉和蛋白
质降解率呈先升高后下降的趋势。 发酵温度为 ４５
℃时，淀粉降解率最大；而发酵温度为 ５０ ℃时，蛋白
质降解率最高。 原因可能是烟叶的固态发酵主要
是酶解和部分微生物的共同作用，４５ ～ ５０ ℃最适合
烟草中微生物及水解酶发挥作用。 综合考虑，选择
４５ ℃作为上部烟叶的固态发酵温度，此时，淀粉及
蛋白质降解率分别为 １３ ７２％和 ７ ４２％。
发酵试样中厌氧细菌和酵母数量的检测结果
如表 ２所示。 温度在 ３０ ～ ３５ ℃内时，酵母大量繁
殖，３０ ℃时酵母密度达到 １ ８４×１０４ 个 ／ ｇ（原烟叶酵
母含量极少，依照 １ ２ 检测方法未检测出）。 酵母
菌体蛋白含量很高，可能会增加烟叶中蛋白质的含
量，导致烟叶蛋白质的降解率较低。 温度在 ５０ ～ ５５
℃时，酵母已经不生长，厌氧细菌也大量减少，会影
响其降解淀粉和蛋白质的效果。 温度范围在 ４０～４５
℃时，酵母的密度明显减少，但厌氧菌密度大增，４０
℃时厌氧细菌密度达到 ８ ４３×１０４ 个 ／ ｇ（原烟叶厌
氧细菌密度为 ５ ６４×１０４ 个 ／ ｇ）。 这一温度范围也
是酶解的适宜温度，所以在此温度范围内，淀粉和
蛋白质的降解率也达到了最高。 从上述数据可推
论出厌氧菌的大量繁殖可能是烟叶中淀粉和蛋白
质下降的主要因素之一。
表 ２ 不同发酵温度下烟叶微生物的密度
Ｔａｂｌｅ２ Ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｉｎ ｔｏｂａｃｏｏ
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
温度 ／
℃
厌氧细菌密度 ／
（１０３个·ｇ－１）
酵母密度 ／
（１０３个·ｇ－１）
３０ ３２ １０ １８ ４０
３５ ３０ ３０ １３ ５０
４０ ８４ ３０ １ ０８
４５ ６１ ３０ ０ ０９
５０ １２ ４０ ０
５５ ５ ２７ ０
注：菌落数“０”代表在 １ ２微生物计数方法中未检测到，
不代表绝对没有。
２ １ ２ 固态发酵上部低次烟叶最佳水分的确定
发酵烟叶中水分过低会影响微生物的生长和
酶的活性。 水分过高，则发酵烟叶易结块，影响其
散热及通气性。 笔者在不同发酵水分下对烟叶进
行固态发酵，结果如图 ２和表 ３所示。
３５ 第 ５期 李士林等：固态发酵降低上部低次烟叶中淀粉及蛋白质的含量
图 ２ 发酵水分质量分数对烟叶淀粉和
蛋白质降解率的影响
Ｆｉｇ ２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｏｉｓｔｕｒｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ
ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ
由图 ２可知：在发酵水分质量分数低于 ５０％时，
随着发酵水分的增加，烟叶淀粉和蛋白质降解率逐
渐变高。 发酵温度为 ４５ ℃、发酵水分质量分数为
５０％时，烟叶淀粉和蛋白质的降解率最大。 故最佳
物料发酵水分质量分数为 ５０％，此时，淀粉及蛋白
质降解率分别为 １４ ２８％和 ７ ８９％。
发酵试样中厌氧细菌和酵母密度的检测结果
如表 ３所示。 由表 ３ 可知，发酵温度为 ４５ ℃时，酵
母已经不繁殖。 厌氧细菌的密度随着发酵水分的
增加呈现先降低、后升高、再降低的变化。 当发酵
水分质量分数为 ５０％时，厌氧细菌的密度最多，而
此时降解淀粉和蛋白质的效果也最明显。
表 ３ 不同发酵水分下烟叶微生物的数量
Ｔａｂｌｅ ３ Ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｉｎ ｔｏｂａｃｏｏ ｏｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ
ｗ（水分） ／
％
厌氧细菌密度 ／
（１０３个·ｇ－１）
酵母密度 ／
（个·ｇ－１）
２０ ５１ ３０ —
３０ １８ ８０ —
４０ ４７ ３０ —
５０ １４４ ００ —
６０ １０３ ００ —
２ １ ３ 上部低次烟叶最佳发酵时间的确定
发酵时间对微生物生长及其代谢产物有重要
的影响。 在确定其他发酵条件下，分别采用不同发
酵时间对烟叶进行固态发酵，结果如图 ３ 和表 ４
所示。
图 ３ 发酵时间对烟叶淀粉和蛋白质降解率的影响
Ｆｉｇ ３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
ｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ
ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ
由图 ３ 可知：一定范围内，随着发酵时间的延
长，烟叶淀粉和蛋白质降解率逐渐变高。 发酵温度
为 ４５ ℃、发酵水分质量分数为 ５０％、发酵第 ７天后，
淀粉和蛋白质的含量几乎不变，故厌氧发酵上部低
次烟叶最佳发酵时间为 ７ ｄ。 此时，淀粉及蛋白质降
解率分别为 ２０ ８８％和 １２ ２２％。
发酵试样中厌氧细菌和酵母数量的检测结果
如表 ４所示。 由表 ４ 可知：发酵温度为 ４５ ℃、发酵
水分质量分数为 ５０％时，厌氧细菌密度随着发酵时
间的延长而逐渐减少；在 ７ ～ １１ ｄ 时，厌氧细菌的密
度已经趋于稳定。 此时烟叶淀粉和蛋白质的降解
率也不再变化。 在 ５ ～ １１ ｄ 时有少量酵母出现，但
如此少量的酵母不足以影响厌氧细菌的代谢以及
烟叶中蛋白质的含量。
表 ４ 不同发酵时间下烟叶微生物的密度
Ｔａｂｌｅ ４ Ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｉｎ ｔｏｂａｃｏｏ
ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
时间 ／
ｄ
厌氧细菌密度 ／
（１０３个·ｇ－１）
酵母密度 ／
（个·ｇ－１）
１ ３１５ ００ —
３ ２０５ ００ —
５ ９８ ００ ９０
７ ４３ ３０ ９５
９ ２４ ７０ ９０
１１ ３３ ９０ ９０
２ １ ４ 固态发酵上部低次烟叶正交试验
为确定发酵温度（Ａ）、发酵水分质量分数（Ｂ）、
发酵时间（Ｃ）等因素对上部低次烟叶淀粉和蛋白质
４５ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
降解率的影响及其最佳水平，在单因素实验的基础
上，笔者进行了固态发酵上部低次烟叶的正交试
验，实验采用三因素三水平 Ｌ９（３３）正交设计，各因
素和水平见表 １，结果见表 ５～表 ９。
表 ５ 固态发酵条件正交试验烟叶淀粉降解率的结果
Ｔａｂｌｅ ５ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ
ｉｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
序号 Ａ Ｂ Ｃ 淀粉降解率 ／ ％
１ １ １ １ １４ ００
２ １ ２ ２ １８ ２１
３ １ ３ ３ １８ ２８
４ ２ １ ２ ２０ ４８
５ ２ ２ ３ ２０ ４１
６ ２ ３ １ １６ ８３
７ ３ １ ３ １８ ４７
８ ３ ２ １ １４ １３
９ ３ ３ ２ １９ ２１
表 ６ 固态发酵条件正交试验烟叶淀粉降解率结果分析
Ｔａｂｌｅ ６ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ
ｉｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
误差源 Ａ Ｂ Ｃ
Ｋ１ ５０ ４８ ５２ ９６ ４４ ９７
Ｋ２ ５７ ７３ ５２ ７５ ５７ ８９
Ｋ３ ５１ ８１ ５４ ３２ ５７ １６
ｋ１ １６ ８３ １７ ６５ １４ ９９
ｋ２ １９ ２４ １７ ５８ １９ ３０
ｋ３ １７ ２７ １８ １１ １９ ０５
Ｒ ２ ４１ ０ ５２ ４ ３１
由表 ５和表 ６可知，各因素对厌氧发酵上部低次
烟叶淀粉降解率影响显著性主次次序从大到小依次
为时间、温度和水分质量分数，即发酵时间对厌氧发
酵上部低次烟叶淀粉降解率的影响最大。 正交试验
中和正交试验极差分析的最优组合均为 Ａ２Ｂ１Ｃ２，即
温度 ４５ ℃、水分质量分数 ４５％、发酵时间 ７ ｄ。 而由
正交试验极差分析得到的最优组合为 Ａ２Ｂ３Ｃ２，即温
度 ４５ ℃、水分质量分数 ５５％、发酵时间 ７ ｄ。 对 ２组
最优组合 Ａ２Ｂ１Ｃ２及 Ａ２Ｂ３Ｃ２进行验证实验，实验结果
如表 ７所示。
由表 ７可知，从发酵后淀粉降解率来看，Ａ２Ｂ３
Ｃ２为最优组合，即温度 ４５ ℃、水分质量分数 ５５％、
发酵时间 ７ ｄ，发酵结束后上部低次烟叶淀粉的降解
率为 ２１ ４６％。
表 ７ 验证实验结果
Ｔａｂｌｅ ７ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
组合
淀粉降解率 ／ ％
１ ２ ３
平均降解率 ／
％
Ａ２Ｂ１Ｃ２ ２０ ４４ ２０ ３８ ２０ ６１ ２０ ４７
Ａ２Ｂ３Ｃ２ ２１ ３９ ２１ ４６ ２１ ５３ ２１ ４６
表 ８ 固态发酵条件正交试验烟叶蛋白质降解率结果
Ｔａｂｌｅ ８ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ
ｉｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
序号 Ａ Ｂ Ｃ 蛋白质降解率 ／ ％
１ １ １ １ ６ ００
２ １ ２ ２ １１ ４６
３ １ ３ ３ １１ ２２
４ ２ １ ２ １２ １０
５ ２ ２ ３ １２ ３５
６ ２ ３ １ ７ ９０
７ ３ １ ３ １２ １７
８ ３ ２ １ ７ ９４
９ ３ ３ ２ １１ ２０
表 ９ 固态发酵条件正交试验烟叶蛋白质降解率分析
Ｔａｂｌｅ ９ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ
ｉｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ⁃ｓｔａｔｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
误差源 Ａ Ｂ Ｃ
Ｋ′１ ２８ ６８ ３０ ２７ ２１ ８４
Ｋ′２ ３２ ３５ ３１ ７５ ３４ ７６
Ｋ′３ ３１ ３０ ３０ ３２ ３５ ７４
ｋ′１ ９ ５６ １０ ０９ ７ ２８
ｋ′２ １０ ７８ １０ ５８ １１ ５９
ｋ′３ １０ ４３ １０ １１ １１ ９１
Ｒ′ １ ２２ ０ ４９ ４ ６３
５５ 第 ５期 李士林等：固态发酵降低上部低次烟叶中淀粉及蛋白质的含量
由表 ８和表 ９ 可知，各因素对厌氧发酵上部低
次烟叶蛋白质降解率影响显著性主次次序从大到
小依次为时间、温度和水分质量分数，即发酵时间
对厌氧发酵上部低次烟叶蛋白质降解率的影响最
大。 正交试验中和正交试验极差分析的最优组合
均为 Ａ２Ｂ２Ｃ３，即温度 ４５ ℃、水分质量分数 ５０％、发
酵时间 ９ ｄ，蛋白质降解率为 １２ ３５％。
２ １ ５ 固态发酵上部低次烟叶最终发酵条件的确定
由于上部低次淀粉和蛋白质的含量均较高，为
了提高其可用性，需要同时进行降解，所以本实验
必须确定出同时适合淀粉和蛋白质降解的发酵条
件。 固态发酵上部低次烟叶淀粉降解率最高的条
件为 Ａ２Ｂ３Ｃ２，即温度 ４５ ℃，水分质量分数 ５５％，发
酵时间 ７ ｄ；而蛋白质降解率最高的条件为 Ａ２Ｂ２Ｃ３，
即温度 ４５ ℃，水分质量分数 ５０％，发酵时间 ９ ｄ。 由
表 ５～９可以知道，水分对固态发酵上部低次烟叶淀
粉和蛋白质降解率影响显著性最小，时间对固态发
酵上部低次烟叶淀粉和蛋白质降解率影响显著性
最大。 故本实验固态发酵上部低次烟叶最终发酵
条件为 Ａ２Ｂ２Ｃ３，即温度 ４５ ℃、水分质量分数 ５０％、
发酵时间 ９ ｄ。 在此条件下上部低次烟叶的淀粉降
解率为 ２０ ４１％，蛋白质降解率为 １２ ３５％。
３ 结 论
利用固态发酵来降低上部低次烟叶中淀粉和
蛋白质的含量，研究了发酵温度、发酵水分质量分
数和发酵时间对固态发酵上部低次烟叶中淀粉和
蛋白质降解率的影响。 采用三因素三水平的正交
试验确定了固态发酵上部低次烟叶淀粉降解率和
蛋白质降解率的最佳发酵条件。 通过 ２种发酵条件
的分析得出固态发酵上部低次烟叶最佳条件为温
度 ４５ ℃、水分质量分数 ５０％、发酵时间 ９ ｄ。 在此优
化条件下，上部低次烟叶的淀粉降解率为 ２０ ４１％，
蛋白质降解率为 １２ ３５％。
与传统的烟叶自然陈化相比，本论文中所采用
的高水分烟叶固态发酵方法最大的优点在于：能在
短时间内大幅度地降解上部低次烟叶中淀粉和蛋
白质的含量，而且由于采用了近似于厌氧发酵的条
件，基本上可杜绝霉菌的生长，避免烟叶发霉产生
异味。 但该实验对烟叶其他化学成分的影响还有
待于进一步考察。
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（责任编辑 管 珺）
６５ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷