生物技术在卷烟工业中的应用ppt课件

1、生物技术在卷烟工业中的运用毛多斌. 生物技术已成为当今世界开展最快、最活泼的高新技术领域，现代生物技术在烟草工业中的运用研讨也日益深化和广泛，利用生物技术方法提高烟草和卷烟的质量，降低卷烟对人体的危害等方面曾经获得可喜的进展。本文旨在以下几个方面进展综述：.1.利用生物技术改善烟草原料的质量；(1).经过改动原料的化学特性改善烟叶质量(2).烟叶发酵和陈化过程中参与微生物和酶改善烟叶质量2.生物技术在烟梗处置和烟草薄片中 的运用；3.利用生物技术制备烟用香料；4. 生物滤嘴。.1.利用生物技术改善烟草原料的质量； 烟草是一种复杂的有机体系，目前已从 中分别出2700多种成分，卷烟的吸味是 烟草

2、的化学成分和分布的平衡性所决议 的。利用生物技术我们可以有选择的改 变烟草化学成分的含量或在烟草经调治 后用生物方法进展处置，进而改善卷烟 的吸食质量。1经过改动原料的化学特性改善烟叶质量.A降低烟草中蛋白质的含量 研讨发现烟草中蛋白质被以为是一种对烟气不利的成分，它熄灭时产生烧羽毛样气味，同时也是烟气中有害气体喹啉、氰氢酸、苯并芘的前体。因此降低烟草蛋白质的含量可以提高卷烟的吸食质量和平安性。 早在二十世纪三十年代就有研讨者对此感兴趣,直到目前仍不断有新的专利报道。 目前研讨的重点在于如何尽能够多的使烟草中不溶性蛋白质降解后用什么方法加以去除,以便得到低蛋白质含量的烟草原料满足卷烟产品的需求

3、。. 据US4887618报道，先运用一种含水溶剂萃取出烟草有关组分后，再用蛋白酶水溶液处置萃取过的烟料，将烟料中大量根本不溶于水的蛋白质分解成水溶性的多肽，最后，将经过如此处置的烟料过滤即得到降低蛋白质含量的烟草。经过处置的烟料，其蛋白质含量较低，可与萃取液一同制呵斥低蛋白质含量的烟草薄片。 Gaisch等人报道了(US 4407307)另一种去除烟草中蛋白质的方法。他们先将蛋白酶参与烟草和水的混合体系中降解烟草中的蛋白质，然后将烟草与体系分别、枯燥。. 水解液接种微生物，经过微生物的代谢作用去除水溶液中的多肽等，再将水溶液中微生物经过离心或过滤的方法除去，最后将此水溶液浓缩物回喷到先前枯燥

4、好的烟草上，制得去除蛋白质的烟草，该法可以去掉烟草中50%以上的蛋白质。 US5601095报道了运用膨润土Bentonine吸附去除酶降解后烟草水溶液中可溶性蛋白质的方法。US5311886报道了运用十二烷基磺酸钠去除经酶解的烟草水溶液中蛋白质碎片的方法。 . B降解烟碱 烟碱是烟草中一种独特的重要的物质。适当降解烟碱可以改善烟草的质量,另一方面降解烟碱也可以消除烟草废料对环境的污染。 微生物降解烟碱己经研讨十多年了，所用的微生物不同，烟碱的分解途径亦不同，如Wadae等在合成介质上，用由土壤中分别出的假单孢菌属(Pseudomonas)第41小种处置烟碱溶液24h后，可以降低65%的起始烟

5、碱。. Casida T.E.Jr等人从烟叶中分别出可将烟碱氧化成Y一氨基丁酸的细菌。为了顺应意大利环保法的要求，Rossis等进展了用假单孢菌降解烟尘废料中烟碱的研讨。其实验是，取lkg烟尘样品(烟碱2.0%2.5%)，加2.02.5L含有假单孢菌的水溶液浸润，使之完全浸润透烟粉，室温下放置数天，并偶尔搅伴一下，约一周后，烟碱含量在4.0lO47.0lO7之间，含量已极少。. 此外，布朗&威廉森公司从Puerto Rican雪茄烟叶上分别出可降解烟碱的Pseudomonas Putida和可同时除去烟碱和硝酸盐的Cellu Lomonas(纤维单孢菌属)。将此微生物的接种物加到叶片上，同时添

6、加足量的水和氨水，使烟叶的水分含量和pH值分别到达6575%和6.1。尔后，于30下堆积发酵16h，此时白肋烟叶片中的烟碱已根本耗尽，枯燥并进展加工。化学分析和评吸结果阐明，与末处置烟叶的卷烟相比，经处置烟叶的卷烟配方及其烟气中的烟碱分别降低48%和42%，其感官评吸结果优良。 WO 2000069289 ， Ger. Offen. DE 19630619， WO 2000033676等专利文献也报道了烟碱降解的方法。.(2).烟叶发酵和陈化过程中参与微生物和 酶改善烟叶质量 烟叶陈化和发酵是完善和改良烟叶质量的一个重要环节。自十九世纪至今，研讨人员在烟叶发酵期间，对叶面外表微生物进展了一系列

7、分别、鉴定任务，同时也进展大量的向烟草中参与微生物和酶制剂来提高烟叶质量的尝试性研充。早在1889年Schland就对雪茄烟的微生物区系进展了研讨。1937年Reid等人发现，在雪茄烟发酵过程中微生物数量剧增，且与一些酶的含量呈正相关。Frankburg等在总结前人研讨根底上，提出烟叶陈化的机理之一就是叶面微生物作用的结果。. 据报道，烟叶外表的微生物总数可达105一106个/克。韩锦峰等对末发酵，自然陈化及人工发酵期间的烤烟外表微生物进展分别鉴定，并对不同发酵过程中微生物的动态变化作了比较，结果阐明，末发酵的烟叶叶面微生物数量最多，随着自然陈化及人工发酵的进展，叶面微生物数量均逐渐减少，且均

8、以能产生芽孢的芽孢杆菌属(Bacillus)和梭状芽孢杆菌属(Clostridium)为优势种群，没有酵母菌的存在。在自然陈化中，霉菌的数量逐渐减少，至陈化后期，根本上未能检出，而人工发酵过程中霉菌数量有所添加。 . 赵铭钦等分析不同烤烟种类在自然陈化期间叶面微生物的数量、种类后指出，在自然陈化的烤烟叶面微生物中，细菌占有绝对优势，放线菌和霉菌尤其是放线菌数量较少。在细菌中，芽孢杆菌为优势菌群，在霉菌中，曲霉为优势菌群。自然陈化烤烟叶面微生物的数量和种类与烤烟种类、产地、等级和陈化时间有关，不同种类的烤烟中，优良种类烤烟叶面微生物的数量较大。在叶面微生物对烟叶质量的作用效果方面，国内外的研讨结

9、果根本类似，以为烟叶外表的霉菌和厌氧芽孢梭菌的繁衍将呵斥烟叶腐烂和香气的损失，是在烟草陈化和发酵过程中应控制的对象，而烟叶中的芽孢杆菌、嗜热细菌和小球菌对烟叶的香气和质量那么是有益的,是该当利用的对象。. Koller等所进展的向烟叶中接种微生物的尝试性研讨揭开了烟草微生物发酵研讨的序幕。继其之后，有关烟草叶面微生物运用的报道不断出现。Tamayo报道，当向烟叶上接种一种微球菌时，烟叶的香气得到改善，蛋白质含量降低，可溶性氮，尤其是氨、胺和酰胺含量增大，生物碱含量降低，PH值大幅度添加，English等以为，烟叶接种枯草芽孢杆菌和羧状芽孢杆菌后能迅速地产生一种愉快的香气。随着微生物的生长，烟叶

10、中的总碳水化合物和复原糖降低，PH值提高。 . F.Dauson提出，嗜热性放线菌，可使陈化烟叶产生一种使人感兴趣的香气。Giovnnrozzi Sermanni采用Debaryomycos nicotianae,Micrococcus nicotianae,M nicotianae var liquefaciens,Bncillus sp和Arthrobacter nicotianae对雪茄烟用的肯塔基烟叶进展发酵处置，结果使柠檬酸、苹果酸、马来酸和琥珀酸分解，导致烟叶呈碱性。Debaryomycos nicotianae增大了烟叶中游离氨基酸的含量，而Micrococcu又利用这些氨基酸生

11、成了CO2，氨，丙烷和乙烯。. 近几年来，国内学者在对烟草叶面微生物进展分别鉴定的根底上，从烟叶外表分别出优势菌群，经扩展培育后加在烟叶外表来改善烟草质量的研讨，空前活泼。谢和等的研讨阐明，将烤烟经辐照灭菌后，接入从烟叶中分别出的优势芽孢杆菌，可明显地提高烟叶香气和质量。韩锦峰等将从烤烟叶面上分别得到的几株优势菌混合，配制成生物制剂(IFA)，用于烟草发酵，结果阐明:可加速烤烟发酵过程，提高发酵烟叶的质量，同时还具有抑制烟叶霉变的作用。. 关于调制后烟叶中残存的酶的研讨己有半个多世纪的历史，它是伴随着烟叶发酵机理的研讨而开展的。列夫实际以为:烟叶的发酵是由烟叶本身所含的氧化酶类，(主要为氧化酶

12、，过氧化氢酶;过氧化物酶)所引起的。此外前苏联曾有人对发酵过程中烟叶中的三羧酸循环的酶类进展过的研讨和分析，Frankburg还对烟叶中所存的酶进展了系统的分类。韩锦锋等在对陈化时期的烟叶中几种酶的变化动态进展分析后指出:烟叶中的淀粉酶，蛋白酶和氧合酶活性在陈化期间，均表现出前期升高，而后期下降的单峰曲线，多酚氧化酶和琥珀酸脱氢酶活性也在陈化前较高，在陈化期间逐渐降低。. 刘石等对Cu2+在烤烟发酵中对多酸氧化酶的作用作了研讨。Babletc在研讨干烟叶中蛋白水解酶时发现，人工调制的烟叶没有蛋白质酶活性，而晾制的烟叶具有蛋白质酶的活性，半胱氨酸能激活这些酶的活性。在对烟叶中酶的研讨根底上，人们

13、开场探求运用酶制剂来加速烟叶发酵，提高产质量量的技术。C.F.Bailey和A.W.peter在温度939和相对湿度为80-100%范围内对用硝酸盐复原酶和蔗糖转化酶处置的烟叶进展了详细的研讨，发现发酵四天后烟叶具有调制干草样的甜香，12天后甜香更浓，并带有香豆素的香气，燃吸时烟气柔和，干味轻，且涩味很小，还有一种淡淡的清香。. 赵铭钦等根据微生物和烟叶内部酶作用的研讨结果，利用从烟叶外表分别出的4种优势提质菌株和高生物活性的一淀粉酶、蛋白酶等配制成烟草发酵提质剂运用于烟叶的人工发酵和自然陈化过程中，结果阐明:烟草发酵提质剂具有促进烟叶内部有机物质的分解与转化，加速烟叶发酵进程，缩短发酵周朝的

14、作用。处置后的烟叶香气有所改善，香气量添加，烟叶原有的杂气和刺激性减轻，烟叶内部的糖、氨、碱主要化学成份及其比值趋于协调平衡。由于在烟叶外表接种微生物来改善烟叶质量需求微生物的代谢和繁衍。而过度的繁衍会增大烟叶内有机物质的耗费，这对稳定烟叶的质量是不利的。假设采用灭菌处置又会影响烟叶内部酶的正常作用。向烟叶上喷施酶制剂会添加烟叶的蛋白质含量，能够影响烟叶质量。因此，王蛮提出，寻求一种或几种催化剂，施加到烟叶外表，在优先满足酶顺应环境的条件下，又起到催化发酵的作用。.2.生物技术在烟梗处置和烟草薄片中的运用 国外在这方面的研讨起始于二十世纪六年代，至目前为止，已获得许多成果，获得了不少的专利。为

15、了抑制烟梗在制丝时的缺陷，US3557报道了一种用酶制剂处置烟梗，以获得柔软而有利于加工烟梗的方法，该方法经过多种市售酶制剂(果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶)作用效果比较发现，这些酶均可以在不同程度上分解烟梗中的果胶、纤维素和半维素，但以纤维酶35和果胶酶R.10效果最为突出。用25倍于烟梗的纤维素酶35和1%的柠檬酸钠溶液(2N醋酸调整PH值至4.5)在室温下浸泡烟梗24小时，枯燥后的烟梗柔软，易于压扁，切丝，且处置后梗丝的填充值添加。US3242214也引见了一种含有上述三种酶的水溶液处置烟梗的近似的方法。 . 美国非利浦莫瑞斯公司的B.M.Sqann的发明提出了商品酶制剂，提高烟草薄片质量

16、的方法，该方法是将烟梗含量约50%的烟末制成固形物含量为1218%的稠浆，参与0.075%-0.75%的纤维素酶35，用乙酸调PH值为4.5，室温放置过夜，然后按稠浆法制成烟草薄片，化学分析阐明:这种烟草薄片的水溶性物质，总复原活性物质和复原糖的含量均高于原来的烟草原料。草酸铵水溶液可溶物、氯化钠和纤维素量均较低，总灰分、苯一乙醇可溶物和半纤维素的含量不变，评吸结果阐明，用低量酶、甘油和乙酸处置的烟草薄片的刺激性小，甜味较重。. 由于利用酶制剂来消费烟草薄片并提高其质量的方法存在着以下问题:1消费本钱高，2在处置时要求有严厉的PH范围，3消费过程中需补充酶，因此一种崭新的消费烟草薄片的思绪一一

17、微生物消化法便应运而生，如美国专利US3743608提出的E.caratavora的培育液降解烟草中的果胶，Heori Silerman引见的用Asetgillus和Aspergnlusoryzae主要降解烟梗中的纤维素的方法。更进一步的研讨是布朗和威廉森公司的LawrenceEGravely提出的利用混合培育的微生物消化烟梗的方法，所谓混合培育就是将能产生果胶酶的E.caratevera和能产生纤维酶的T.Longirrachiatum在两者共同需求的培育基中培育，其目的旨在实现烟梗中果胶和纤维素的同时降解。结果阐明:混合培育的方法比任何一种单独运用微生物的方法效果都好，制成的烟草薄片的纤维

18、素更细小，薄片更光滑而接近烟草的自然色。 . 现阶段，我国卷烟工业正处于辊压法烟草薄片工艺的改造和稠浆法烟草薄片开展时期，这种利用微生物和酶制剂消化降解烟梗的方法，能充分利用了烟梗中的纤维素来提高烟草薄片的物理性能，又经过部分多糖类物质的转化产物，提高烟草薄片抽吸质量，在实际上讲前景是非常诱人的。.3.利用生物技术制备烟用香料 经过微生物发酵或酶技术消费香料目前已到达了一定的消费规模，这种香料既可以是复杂的香料混合物也可以是单一的香味成份。许多的香原料可以经过这种方法得到，它包括:酸、酮、内酯、醇、醛和酮等。.(一)生物技术合成单体香料 利用生物技术得到的第一个单体香味成份能够是乙酸(醋)，它

19、是由Acerobacter菌将酒氧化成醋而得到的。这种生物转化是几干年前偶尔发现的，并且沿用至今。酯类是很有价值的香原料，它能运用在许多香型中，如奶香和水果香。制造天然酯类的一个方法就是利用酶如脂肪酶的合成才干。近年来，人们曾经了解并证明脂肪酶的这种特性，酯类均可以由相应的酸和醇在无水条件下反响得到。例如，利用毛霉菌中的脂肪酶合成异戊酸异戊酯，酯化程度最高可达86.4%。.利用酶可以发酵脂肪酸生成广泛运用的重要香原料一内酯和一内酯。最重要的内酯能够是一癸内酯，它可以由candida Lipolytica酵母将蓖麻油(蓖麻油酸)发酵(一氧化)得到。经50h的发酵以后，一癸内酯的得率可到达5克/升

20、，重要的是要在一个恰当的时间终止反响，否那么得率降低，副产物3一羟基一一癸内酯内酯含量将提高，而这种副产物没有什么好的香气特征。用芫荽酸Cariolicacid可以生物合成一癸内酷，还能用酵母发酵的方法将和脂肪酸转化为相应的饱和内酯，如2癸烯5内酯为香厚壳桂皮油的主要成份能被高效地转化成一癸内酯。. 脂肪氧合酶是不饱脂肪酸转化成低分子量的醛和醇的酶转化过程中的个根本成份，它是绿色组织受伤时产生 cis已烯醇和trans一2一已烯醛的重要原料，这两种物质在香料工业中是很重要的，它们都赋予水果和蔬菜香气。以鲜、青香韵为主。.值得一提的是近15年来，许多重要的香味成分是经过生物的方法得到的，因此变得

21、更有利用价值。鸢尾酮是由鸢尾根中香味前体经Serratia Pseudomons菌培育而得到的一种产物。在反响产率和转化率方面，这种细菌转化过程比传统工艺高的多。传统方法需求3年，产率为400毫克/千克，微生物法只需求8天，而产率可达1毫克/千克。此外，胡萝卜素经花黄素氧化酶氧化得到许多烟草重要的香味物质，如一紫罗兰酮、环氧紫罗兰酮、和环化柠檬醛。. 香兰素是一种广泛运用的重要香要香味物质，它的天然等同物每年用于食品香精和烟草香精中达1.2万吨，近年来研讨出一种利用生物技术的合成工艺，该工艺具有某些化学合成方法无法比较的优点。.l薄荷醇对映异构体的拆分业是利用生物技术合成香料得很好例子 . 利

22、用生物技术消费卷烟公用香料有许多优点:1、香料的风格独特，产香微生物发酵产生的香料系由多组分构成，香气浓郁，集果香、焦糖香、烤香、酱香、药草香于一体，不仅能显著提高香气质量，使烟气醇和，细腻丰满，而且能产生由化学合成及天然植物提取香料所达不到的效果。2、香料风格可定向调控，经过调理发酵原料组成、配比、菌种及发酵条件，同时采取各种提取、分别手段将产物分为不同的组分如酸性、中性组分，甚至某几种重要香气成份，那么可以定向改动发酵香料的香气特征，以满足各类型卷型加香要求。3、原料易得，本钱低。反响简捷，条件温暖。国内在此方面研讨近期比较活泼。 (二)生物技术消费混合香料. 朱大恒等报告运用烟草资料如低

23、次烟叶、烟末、烟梗、顶芽、花蕾等以及香料植物芸香料、檀香料等的根、茎、叶、花、果实作为原料，经提取后接入从烟叶上分别并纯化的产香菌，于3060温度条件下发酵5天。然后将发酵产物于100加热回流30分钟灭菌，冷却后以乙醚(也可用乙醇或正己烷等)为溶剂提取发酵产物，提取液经氮气流挥发除去乙醚后得产率为8%的烟草香料。.山东大学有一篇博士论文报道了利用烟草提取物为原料，经蛋白酶水解再经梅拉德反响制造烟草天然混合香料。我们研讨小组利用大枣为原料经微生物和酶作用胜利制备出烟用混合枣香料，作为传统枣香料的替代品在卷烟企业运用深受欢迎，产生了较好的经济效益。.四、生物滤嘴普通的醋酸纤维滤嘴或活性炭滤嘴虽然可

24、以有效截留卷烟烟气中的固相化合物(如焦油)，但对气相成分几乎不起作用，更无法对烟气中的有害成分进展选择性去除。 .希腊雅典大学生物实验室的J.C.stavrides等人经过多年的任务，研制出了能有效截留存在于卷烟烟气粒相和气相中的活性氧化物和致癌物的生物滤嘴(简称BF)。BF滤嘴由醋纤丝束和吸附血红蛋白的活性炭构成，能有效去除卷烟烟气中的无机氧化物、过氧化氢、自在基、痕量元素、亚硝胺化合物和苯衍生物。表1所示为不同研讨机构对BF滤嘴和普通滤嘴进展对比分析的结果。1997年1月以来，几种带BF滤嘴的卷烟已在希腊胜利上市，这些卷烟牌号包括浓味、淡味、超淡味和极淡味卷烟。BF滤嘴卷烟与普通滤嘴卷烟相比在吃味上无明显差别，接装时也不需求对设备进展大的改动。.美国宾洲大学环境药物研讨所的Harry.lschiropoulos博士对BF滤嘴内的血红蛋白的生物化学性质进展了测定，证明正铁血红蛋白是BF滤嘴中血红蛋白的主要方式。它在活性炭中