卷烟主流烟气有害成分遗传分析

为深入解析卷烟主流烟气中有害成分的遗传机制,以烤烟Y3和K326为亲本构建的重组自交系群体(RIL)为材料,采用植物数量性状的主基因+多基因混合遗传模型对该群体连续3个世代(F6:7、F7:8和F8:9)的一氧化碳(CO)、氢氰酸(HCN)、4-甲基亚硝胺基-1-3-吡啶基-1-丁酮(NNK)、氨(NH3)、苯并芘{B[a]P}、苯酚(PHE)、巴豆醛(CRO)和焦油(TAR)等8个主流烟气有害成分性状进行遗传分析。结果表明:(1)8个主流烟气有害成分性状在连续3个世代中均呈单峰或多峰的正态或偏正态分布,属典型的数量性状。(2)在连续3个世代中,8个性状的最优遗传模型均为4对部分等加性主基因模型,其中,CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P和CRO的最优遗传模型为4MG-EEA;PHE和TAR的最优遗传模型为4MG-EEEA。(3)上述性状在连续3个世代中均受主基因遗传模型控制,主基因遗传率极高(均值为89.01%)且远大于环境(非遗传)因素影响。综上,这些性状主要由遗传基础决定的,可为选育烟草低危害良种提供理论依据。

基于SNP标记的4个品种复烤烟叶鉴别研究

为探究单核苷酸多态性(SNP)标记在复烤烟叶品种鉴别上的可行性,开发基于SNP标记的复烤烟叶高效鉴别技术,对4个主栽烟草品种云烟87、红花大金元、K326及NC102的复烤烟叶进行了全基因组测序,应用全基因组数据发掘SNP位点,依据SNP位点设计了PCR引物,并对不同烟草品种进行了基因分型和区分。结果显示,4个品种复烤烟叶全基因组测序共获得21.5 Gb数据,共检测出27137个SNP位点。挑选其中53个SNP位点设计不同错配类型等位基因引物570条,扩增结果均与预期一致。SNP位点35、45和51在品种间具有多态性,红花大金元在35、45、51位点基因型为T/T、C/C、T/T;K326为C/T、C/T、C/C;NC102为C/T、C/T、C/T;云烟87烟叶在35位点无扩增,在45、51位点的基因型为C/T、C/T。依据3个SNP位点的基因型构建不同品种的分子ID,可准确区分4个品种的复烤烟叶。

基于矿质元素指纹分析技术的烟叶产区判别

目的:探讨应用矿质元素指纹分析技术进行烟叶产区判别的可行性,筛选出可判别烟叶产区的有效指标,构建烟叶产区判别模型。方法:利用电感耦合等离子体—质谱法(ICP-MS)同时测定11个产地烟叶20种矿质元素含量,并对数据进行方差分析、聚类分析、主成分分析及判别分析。结果:16种元素含量在产地间差异显著,主成分分析得到6个主成分,其累计方差贡献率超过89%;应用逐步判别筛选出K、Mn、Se及Ba 4种元素指标,建立了西南烟区和长江中上游烟区的烟叶产区判别模型,该模型可对烟叶产区进行准确判别。结论:不同产地烟叶矿质元素含量差异显著,K、Mn、Se及Ba 4种元素是烟叶产区判别的重要指标,矿质元素指纹分析技术可用于烟叶产区判别。

陈化烟叶中1株果胶酶高产菌的分离、筛选与鉴定

烤烟中的高果胶含量严重影响烟草吸食品质和陈化速度。为降低烟草中的果胶含量,提高烟草及烟草制品的品质及安全性,从不同年份和不同产地的18份复烤烟草中共分离筛选出有降解果胶能力的细菌38株和真菌9株。其中,XC-8、XC-30、SMXP-57、SMXP-58、SMXP-62共5株细菌具有较高的降解果胶的能力,在发酵时间24 h、发酵温度30℃、接种量10%条件下果胶酶活性分别为176、179、143、192、121 U/mL。其中,菌株SMXP-58酶活性最高(192 U/mL),通过16S r DNA序列分析并结合形态、理化特性分析,确定SMXP-58菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。将SMXP-58菌株制成的菌剂(9.6×107个/mL)喷施于100 g烟叶表面,发酵3 d的烟叶评吸总分提高了1.02,进一步优化发酵条件,在发酵时间60 h、菌液量1 mL、水量20 mL的条件下,烟叶中果胶含量最低(7.45%)。

原烟复烤前后细菌种群变化研究

为明确原烟复烤前后表面细菌种群变化情况及其对烟叶发酵的影响,考察了3种不同烟叶(自然状态下的原烟、施加微生物的原烟、复烤后片烟)经发酵后微生物及化学成分的变化情况。不同烟叶发酵1个月后,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)方法研究表面细菌的变化情况,并采用连续流动分析法检测化学成分的变化规律。结果表明:与原烟相比,复烤后烟叶表面的细菌发生明显变化,其中降解蛋白质菌(Bacillus cereus)、降解淀粉菌(Bacillus amyloliquefaciens、Bacillus subtilis)、产香菌(Erwinia、Pantoeadispersa)等细菌的数量均明显低于复烤前的原烟。发酵后,原烟表面富集上述几类细菌,而复烤后烟叶表面细菌则未得到明显富集,部分细菌已检测不到。烟叶发酵1个月后,淀粉、蛋白质、氮含量均降低,还原糖含量显著增加,且原烟的化学成分变化幅度显著高于复烤后烟叶。表明复烤工艺可造成烟叶表面细菌种类和数量减少,由此影响烟叶发酵过程。

陈化对烟叶常规化学成分、中性致香物质含量和评吸质量的影响

对陈化过程中烟叶化学成分、中性致香物质含量和评吸质量进行研究,结果表明,随着陈化时间的增加,烟叶总糖、还原糖含量均增加,其中总糖含量增加最多;总氮、烟碱、淀粉和蛋白质含量均减少;烟叶中性致香物质总量、棕色化产物类物质和新植二烯含量呈现升高—下降—升高—下降的趋势,但棕色化反应产物陈化后期又大幅上升,类胡萝卜素类物质和苯丙氨酸类物质含量持续升高,茄酮类物质含量呈现下降—升高—下降的趋势;陈化后烟叶感官质量得到明显改善,其香吃味品质整体得到提升,18个月时感官质量达到最佳。

各级打叶风分单元分离片烟的尺寸分布变化规律

利用五打十一分打叶机组对上部烟配打模块进行梗叶分离,研究了打叶去梗工序中各级打叶风分后片烟的尺寸分布变化规律。结果表明:各级打叶风分单元分离出的片烟尺寸在各面积区间内的比例变化趋势基本一致;其中第一、二级打叶单元内各风分口的大中片比例均>94%,较为稳定,且片烟特征尺寸及超大片比例均随风分级数的增加呈上升趋势,第三、四/五级打叶单元内片烟特征尺寸及超大片比例显著降低,小片率明显升高;各级打叶单元汇总片烟的特征尺寸及均匀性随打叶级数增加逐渐降低。

烟叶中纤维素高效降解菌的筛选与作用效果研究

为有效降解烟叶中的纤维素,改善烟叶的整体品质,从不同产地原烟表面初步分离出具有降解纤维素能力的菌株;通过测定菌株所产纤维素酶活性,筛选高产纤维素酶菌株并进行16 S rDNA测序,结合生理生化试验对其进行鉴定;进一步采用正交试验优化菌株在烟叶中的发酵条件,考察烟叶中纤维素降解效果。结果表明:1)在分离得到的18株菌株中,XC-19-1产纤维素酶活性最高(6.6 U·mL^(-1));2)16 S rDNA测序以及生理生化试验推断,XC-19-1为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis);3)根据正交试验的结果,将培养后的XC-19-1菌液按照3%的烟叶质量比例施加于抽梗后的烟叶表面,在温度为37℃、相对湿度为75%的条件下作用60 h后,烟叶中的纤维素降解率可达30.6%,总糖以及还原糖含量均有明显提高,有效提升烟叶整体质量。

烟叶蛋白高效降解菌的筛选鉴定及其作用效果研究

为有效降解烟叶中的蛋白质,改善烟叶的吸食品质,从河南、福建、云南3省的复烤烟叶表面筛选出18株具有降解蛋白质能力的菌株;通过测定菌株所产蛋白酶活性,筛选蛋白质高效降解菌株并进行16SrDNA测序,结合生理生化试验对其进行鉴定;进一步采用正交试验优化菌株在烟叶中的发酵条件,考察处理后烟叶的感官质量改善效果。结果表明:(1)HN-3为优选菌株,最大酶活达3 417 U/mL;(2)16SrDNA和生理生化试验证明,HN-3为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus);(3)根据正交试验结果,将培养后的HN-3菌液按照3%的烟叶质量比例施加于抽梗后的烟叶表面,在温度为37℃的条件下发酵84h后,烟叶中蛋白质降解率可达29.66%;(4)评吸结果显示,发酵后的烟叶香气质变好,香气量、烟气浓度有所提高,杂气减少,余味有所改善,烟叶整体感官质量得到明显提升。

原烟发酵过程化学成分的变化规律

为阐明打叶复烤工艺对烟叶自然发酵的影响,考察室温条件下原烟与片烟发酵过程中的化学成分变化规律差异。收集6个不同地区的初烤后原烟,同时对这6种烟叶进行模拟打叶复烤制成片烟,将原烟及片烟同时放置在室温下自然发酵60d,定期取样并检测常规化学成分(水溶性总糖、还原糖、淀粉、烟碱及总氮)含量。结果表明:随着发酵进行,原烟中淀粉、水溶性总糖含量均有所减少,还原糖含量稍有增加,总氮含量呈下降趋势;而片烟中淀粉、总糖及还原糖含量变化均不明显,但总氮含量略有下降;统计分析显示,原烟和片烟在发酵60d后上述4种化学成分的变化量均存在差异性(0.01<P<0.05)。发酵过程中,2种烟叶的烟碱均有不同程度的降低,但变化差异较小。在60d的自然发酵过程中,前45d原烟化学成分含量变化较为剧烈,后15d各化学成分含量渐趋于稳定。研究结果证实自然发酵过程中,原烟的内在化学成分含量变化较为剧烈,而片烟则无明显变化,因此复烤工艺是影响烟叶自然发酵的一个关键因素。

复合蛋白酶对烟叶中蛋白质的降解研究

为有效降低烟叶中的蛋白质含量,提高烟叶品质,设计正交试验对中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶复配,采用近红外分析法测定各复配方案处理后的烟叶蛋白质含量;评价各方案处理组烟叶的感官质量,对所得结果进行正交试验极差分析,进一步通过SDS-PAGE电泳检测验证优选方案处理效果,得到中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶的最适添加比例分别为烟叶质量的0.5,0.1,0.5 g·kg^(-1)。用此复合蛋白酶制剂处理烟叶,可使蛋白质含量降低13.00%,烟叶评吸总分提升1.75分,杂气减少,余味有所改善,整体感官质量得到明显提升。

叶绿素降解工程菌株的构建

为特异、高效地降解烟叶中的叶绿素,从模式植物拟南芥中克隆获得了叶绿素酶基因At CLH1片段,大小为975 bp。通过构建表达载体p ET28a-At CLH1,并转化大肠杆菌BL21,获得了重组工程菌株。该菌株在30℃下,经0.5 mmol/L IPTG诱导培养22 h,可较好地表达重组蛋白At CLH1,蛋白质电泳图谱显示其大小约为35 ku。该菌株的叶绿素酶活力可达24.9 U/m L,能够明显降解烟叶提取物中的叶绿素,在提升低次烟叶品质方面具有很好的应用前景。

烟叶中1株可高效降解淀粉的菌株筛选与作用效果研究

为有效降低烟叶中的淀粉含量、提高烟叶品质,从不同产地原烟表面初步分离具有降解淀粉能力的菌株,通过测定菌株的淀粉酶活性筛选高效产淀粉酶菌株,并对筛选菌株基因组DNA进行16S rDNA测序,同时结合生理生化试验对其进行鉴定。结果表明:在分离得到的22株菌株中,XC-3菌株产淀粉酶活性最高(116 U/mL);根据其16S rDNA测序结果以及生理生化试验结果推断,XC-3为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)。进一步采用正交试验优化XC-3菌株在烟叶中的发酵条件,并考察其对烟叶中淀粉的降解效果。结果显示,将培养后的XC-3菌液(OD600=2.0)按照3%的烟叶质量比例接种于抽梗后的烟叶表面,在37℃条件下发酵48 h后,烟叶中的淀粉降解率可达29.84%,烟叶的总糖、还原糖含量上升,有效提升了烟叶的整体质量。

烟草中淀粉降解菌的筛选、鉴定及发酵工艺优化

从河南初烤烟叶表面分离筛选得到一株淀粉降解菌HX-6,并对菌株产酶培养基和烟叶发酵工艺进行优化。结果表明:淀粉降解菌HX-6为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),其最佳产酶培养基配方为:可溶性淀粉与红薯淀粉(m可溶性淀粉∶m红薯淀粉=1∶1)17.0 g/L,蛋白胨与酵母粉(m蛋白胨∶m酵母粉=1∶1)21.89 g/L,KNO 32.58 g/L,菌株经最佳产酶培养基培养后,其菌株酶活力提高了71.51%;烟叶发酵最优工艺为:HX-6菌株粗酶液添加量4%、发酵温度35℃、发酵时间27 h,发酵后淀粉降解率达31.75%,总糖和还原糖含量分别增加了18.8%,20.2%,感官品质显著提升(P<0.05),香气质变好,香气量增加。

果胶酶降解混合浆果胶的条件优化及热裂解分析

为研究黑曲霉产果胶酶生物降解在再造烟叶所含果胶的含量,改善烟草薄片的品质,以河南中烟再造烟叶工艺生产线上的高浓混合浆为原料,采用单因素及正交试验法对果胶酶降解果胶工艺条件进行优化。结果表明,果胶降解最佳反应条件为酶活力为10 000 U/m L、料液比1∶1(g∶m L)、反应温度50℃、处理时间3.0 h,果胶降解率达到最大,为29.26%±1.06%。高浓混合浆经酶解后经在线裂解气相色谱/质谱法(PY/GC-MS)分析发现,裂解产物成分的组成、含量均发生了明显的变化。酶处理前后醛酮类和杂环类化合物的相对含量分别增加2.03和1.96个百分点,酸类、酯类、萜烯类、苯环及酚类、醇类化合物的含量分别降低了0.50、1.17、0.80、1.32、0.04个百分点。对比裂解前后的产物的种类、数量与相对含量发现,利用黑曲霉产果胶酶降解高浓混合浆中的果胶,作用明显。感官评价表明,酶解后的样品添加于卷烟中,使得卷烟香气更加柔和,刺激性减轻,透发性好,但香气量略有不足。

一株鞘氨醇单胞菌对复烤后烟叶多酚物质的降解作用

为开发促进烟叶品质改善的新型生物制剂,研究了鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp. XP对降解复烤后烟叶中多酚类的作用,优化了发酵条件,并对发酵后烟叶中主要多酚物质、常规化学成分和感官质量进行了评价。结果表明:①在菌液接种量15wt%,相对湿度65%,30℃条件下发酵30 d,烟叶中多酚降解效果最佳;②菌株XP发酵处理对烟叶中绿原酸和芸香苷具有显著降解作用(P<0.05),而对于莨菪亭的降解没有显著作用(P>0.05);③经鞘氨醇单胞菌发酵处理后烟叶淀粉含量显著降低(P<0.05);总糖、还原糖含量显著增加(P<0.05);总氮、总植物碱和蛋白质含量没有显著变化(P>0.05);感官质量提高。

打叶后浓香型烤烟不同尺寸片烟质量变化特征

为深入研究打叶后不同尺寸片烟的质量特点,细分不同尺寸片烟在产品配方中的使用方向,以中国河南浓香型烤烟中上部配打模块为材料,从常规化学成分、中性致香物质含量和感官质量三方面考察打叶后不同尺寸片烟的质量变化特征。结果表明:(1)总糖、还原糖、钾、烟碱含量、糖碱比、氮碱比、香气质、香气量、浓度、细腻程度、余味、杂气的得分和感官质量总得分在不同尺寸片烟间的差异达到显著或极显著水平;(2)尺寸25.4～42.0mm片烟具有高糖、高糖碱比、低蛋白质的特点,常规化学成分综合评价得分、中性致香物质总量和感官质量总得分均高于其他尺寸以及混合片烟,有望作为高等级原料的替代品;(3)尺寸2.36～6.35mm片烟的化学成分综合评价得分、中性致香物质总量以及感官评吸总得分均最低,筛除该尺寸片烟可提高片烟整体质量;(4)尺寸>42.0 mm片烟钾含量和钾氯比最高,整体质量仅次于25.4～42.0mm片烟;(5)将片烟筛分后得到不同尺寸的片烟进行分类使用,能够进一步拓宽烟叶原料的使用范围,提升整体使用价值。

卷烟烟气重要中性香气成分的活性阈值

为探索卷烟烟气中彰显香气风格的关键中性香气成分,采用烟用香料作用阈值感官评价方法,评定了32种重要中性香气成分(中性成分)的作用阈值,同时以GC-MS技术测定了其在卷烟烟气中的释放量,获得活性阈值并进行数据分析。结果表明:(1)32种中性成分的作用阈值介于7.04×10^(-14)和6.76×10^(-7)μg/支之间,戊酸乙酯和β-二氢大马酮的作用阈值最小,糠酸甲酯等6种中性成分的作用阈值较大,作用阈值最高相差约7个数量级。(2)主流烟气中32种中性成分的总质量分数为11.320μg/支;其中,5-甲基糠醛的质量分数最高(5.881μg/支),占总量的52.0%;β-大马酮和苯乙醇的质量分数较高,其值之和占总量的14.5%。(3)32种中性成分的活性阈值范围为2.45×10~4~2.77×10^(12),总活性阈值为6.38×10^(12);戊酸乙酯等7种中性成分活性阈值之和占总活性阈值的96.5%,表明在彰显卷烟香气风格时此7种成分作为关键香气成分起着决定性作用。

利用废烟末发酵制备细菌纤维素

为促进烟草废弃物处置利用,对废弃烟末发酵制备细菌纤维素(baterial cellulose,BC)可行性进行研究,比较了烟末浸提处理方法,优化了接种量、温度、pH、发酵时间等条件,开展了重复发酵验证,并与传统HS培养基发酵制备的BC进行了结构和性质对比。结果表明:①烟末浸提液可直接作为发酵原料生产BC,无需额外添加碳源氮源;②发酵产BC的最佳条件为接种量6%,初始pH为5,温度30℃,发酵7 d;③对于不同批次烟末,随着原料中糖含量提高,BC产量增加,由1.8 g/L增至2.5 g/L;④烟末发酵制备的BC与传统HS培养基发酵的产品相比,吸水性能相当,形貌结构无显著差异。依托生物技术利用废烟末发酵制备BC是可行的。

红茶菌发酵制备特色酸香型烟草浸膏

为制备一种酸香型烟草浸膏,首先优化了烟草浸提液提取工艺,通过红茶菌发酵浸提液并浓缩获得烟草浸膏,经GC-MS分析了浸膏的香味成分,结合感官评价其在卷烟中应用效果。结果显示:提取工艺经优化后,烟草浸提液提取率和糖质量分数分别达到55.34%、13.14 g/L;与未发酵浸膏相比,发酵烟草浸膏香味成分含量和种类均有所增加,其中苯乙酸、乳酸、3-甲基丁酸等酸性香味成分增加明显,且巨豆三烯酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、麦芽酚等烟草特征香味成分含量均有提高;发酵浸膏在卷烟中应用,可有效提高卷烟的吸食品质,香气质和香气量也明显提高,且效果优于未发酵制备的烟草浸膏。经浸提优化和生物发酵,获得了一种具有酸香特征的烟草浸膏,为制备有特征香味的烟草浸膏提供了借鉴。