乳状液酶在烟叶发酵过程中的应用研究

【摘要】：提高烟叶内在品质和缩短自然发酵的时间,是烟草企业急需解决的两大问题。由于水溶液酶稳定性差,酶的催化作用受到限制,烟叶难以达到理想的改善效果。基于此,本文主要开展了乳状液酶在改善烟叶内在品质和促进烟叶自然发酵等方面的研究。 主要研究成果为： 1、水溶性载体、活性物质筛选及稳定乳状液制备 考察了9种具有生物相容性水溶性载体,其中阿拉伯胶、海藻酸钠、壳聚糖对烟叶的吸味品质有一定促进作用,明胶、聚乙二醇不会产生影响,而其它四种水溶性载体产生一定的负面影响。结合水溶性载体的性质和水溶性载体对乳状液酶稳定性影响情况。从而确定海藻酸钠和阿拉伯树胶为乳状液的水溶性载体。 考察了25种单酶,其中纤维素酶、果胶酶、淀粉类酶、蛋白酶等10种酶有利于提高烟叶的吸味品质,从而选取这10种酶作为改善上部烟叶和促进自然发酵的酶源。同时通过稳定剂对酶残留酶活的影响实验,确定了A作为制备乳状液酶的稳定剂。 考察了乳化剂种类与用量、水溶性载体种类与用量、稳定剂用量、乳化温度、乳化时间、搅拌速度等对乳状液酶粘度和残留酶活的影响。得到了制备稳定的乳状液酶体系的工艺条件为：乳化剂为蔗糖酯与山梨醇硬脂酸酯,其质量配比5：3；水溶性载体为海藻酸钠与阿拉伯树胶,其质量配比1：15；w(A乳化剂)=0.3%-0.4%；乳化温度20-30℃；乳化时间3h；搅拌速度400-500r/min。乳状液残留酶活比水溶液酶的可提高25%以上,对其提高原因进行了分析。 2、乳状液酶和水溶液酶改善上部烟叶品质的研究 研究了淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等酶的水溶液和乳状液对上部烟叶的改善作用。以相应高分子的降解率和烟叶吸味品质的改善为目标,重点考察了两种方法处理上部烟叶的降解温度、酶用量、降解时间、烟叶水分等条件,并得到各种酶处理烟叶的最佳工艺条件。通过工艺条件的实验得到：成分的降解率与相应酶用量、降解时间、烟叶水分量呈正相关,但非线性关系；与降解温度先呈正相关,后呈负相关。烟叶吸味品质与成分降低程度并非完全的呈正相关性。乳状液酶降解时间比水溶液酶的可延长3-6h,降解温度可提高5-10℃。说明乳状液酶在膜的保护作用下,提高了酶的热稳定性。研究还表明,乳状液酶降解淀粉、蛋白质、全纤维素、果胶的能力分别比水溶液酶的高9%-11%、6%-7%、2%-3%、4%-6%,这与前者酶稳定性提高的能力是一致的。 复合酶能分解、转化B3F烟叶中的全纤维素、淀粉、蛋白质和烟碱,乳状液酶对上述成分的降解率比水溶液酶的分别提高了3.78%、7.69%、3.43%和5.25%。能提高有机酸、氨基酸、挥发性成分和还原糖的积累能力,用乳状液酶的比水溶液酶的分别提高了0.220%、0.35%、1.68μg/g和6.35%。经乳状液酶处理的B3F烟叶,其烟气中的焦油量比水溶液酶的分别减少了0.49 mg/支,提高了卷烟的吸食安全性。其感官质量在改善香气质、余味,降低劲头方面好于水溶液酶的,评吸得分高3.54。 3、乳状液酶促进烟叶自然发酵的应用研究 对B2F、C3L、X2L 3种烟叶的试验样和对照样进行了18个月的自然发酵研究,分别对发酵了0、1、3、6、12、18个月的试验样和对照样进行取样。分析了烟叶中的常规化学成分、烟叶表面结构、致香成分、烟气特征成分。分析结果表明：对两种样品来说,吸味品质与发酵时间呈正相关,成分的转化或降解与发酵时间也呈正相关,但非线性关系。发酵前期烟叶化学成分的变化显著,后期平缓。乳状液酶在发酵初期能显著地加速烟叶化学成分的降解、转化或积累；可降低烟叶燃烧产生的刺激性、劲头,消除杂气,提高香气的质和量,改善余味。乳状液酶对B2F烟叶的促进作用最大,C3L烟叶次之,X2L烟叶最小。可使B2F烟叶自然发酵时间缩短12个月以上,C3L、X2L缩短6-12个月。 4、烟叶自然发酵过程中酶活性的变化规律 分别对发酵0、1、3、6、12、18个月的酶活进行了取样分析,得到了试验样和对照样中酶活性的变化规律。试验样在发酵初期酶活性远高于对照样的。试验样中的糖化酶、纤维素酶、蛋白酶活性与发酵时间呈负相关；淀粉酶、果胶酶先降低,3-6个月酶活性增加,6个月后又持续下降；多酚氧化酶在前1个月表现上升的变化,而后活性持续下降。对照样中淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、蛋白酶的活性在烟叶发酵的前6个月表现出上升的动态变化规律,之后酶活性持续降低；多酚氧化酶在前3个月表现出上升较快的动态变化,3个月后酶活性持续下降。经18个月自然发酵后,试验样与对照样中相应酶的活性相近。 5、酶活性变化规律与烟叶化学成分变化的相关性 考察了在不同发酵时期酶活性变化规律与烟叶化学成分降解规律的相关性。酶活性越高,越有利于烟叶化学成分的转化降解。3种烟叶都得到了同样的结果。试验样在自然发酵初期酶活性远高于对照样中的,其化学成分的转化速度也表现出同样的结果,因此乳状液酶能促进烟叶自然发酵。对照样中几种酶在发酵的1-6个月表现出较高的活性,化学成分的降解、转化速度也较快；6个月后随酶活性下降,成分转化速度也降低。另外酶的降解效果也受烟叶种类的影响。 6、分析了乳状液酶的作用机制和细胞壁物质、淀粉、蛋白质、多酚等成分的降解历程。 主要创新点如下： 1、研究方法上有创新：首次将乳状液酶应用于烟叶品质的改善和烟叶自然发酵过程的改进。 2、表征乳状液酶稳定性的参数有创新：以粘度和残留酶活表征乳状液酶的稳定性。 3、首次对烟叶自然发酵过程纤维素酶、果胶酶的活性变化规律及与化学成分变化的相关性进行了研究。 4、首次对自然发酵过程中添加乳状液酶后烟叶中几种酶的活性变化规律进行了研究。

【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TS444