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烟梗的酶降解应用研究与评价

张见  
【摘要】:烟草是一种重要的农作物。我国烟草的种植面积和产量均居世界首位,烟梗作为烟草工业的主要副产物,大部分被焚烧或掩埋,少部分用于动物饲料或生产卷烟纸,严重造成了资源的浪费,而作为膨胀梗丝添加到卷烟配方中是烟梗利用的主要途径之一。生物技术的发展为烟梗废弃资源的深度开发与利用提供了新途径。本课题围绕烟梗资源的利用,以提质、增香为目的,研究了酶对烟梗的降解行为和效果,建立烟梗资源利用的生物技术途径。 结合实际梗丝生产工艺及酶催化所需条件,对底物水洗梗和切后梗丝以及果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等8种酶进行筛选,结果表明:切后梗丝的酶解效果比水洗梗好;果胶酶I、果胶酶II和纤维素酶I作用效果明显。 采用响应面实验设计方法,研究了温度、水分、果胶酶I、果胶酶II和纤维素酶I等5个因素对还原糖、果胶和纤维素含量的影响,建立了还原糖、果胶和纤维素含量以及酶解条件的二次多项式数学模型,分析了主因素影响效应及酶解条件的交互作用。结果表明,温度、水分和酶添加量5个因素均对还原糖含量有极显著影响,其中水分影响最显著,其显著性顺序为:水分纤维素酶I果胶酶II温度果胶酶I,且各因素之间有显著的交互作用;温度和酶添加量对果胶和纤维素降解有显著性影响,但各因素间的交互作用不显著,更多依靠各个因素的叠加效应而不是协同效应。 在响应面实验结果的基础上,通过均匀设计实验进一步削减成本以提高在烟草工业中的可利用度,根据酶解后梗丝中化学成分含量、协调性分析、统计分析和选择法评吸以及结合成本因素,确定了一组能较好符合实际生产要求的工艺参数条件:温度45℃,水分40%,果胶酶I20U/g,果胶酶II230U/g,纤维素酶I0.9%,时间6h。感官评吸结果表明:酶处理后梗丝质量明显高于对照样,其质量改善主要体现在刺激性的降低(23.53%)和香气质、香气量的增加(均为18.75%)等方面。 在此基础上,系统研究了梗丝发酵过程,结果表明:总糖和还原糖含量在6h内基本达到稳定,而果胶和纤维素含量在0~2h显著降低;随反应进行,葡萄糖、果糖和半乳糖醛酸含量都有明显增加的趋势,其中半乳糖醛酸约为原来的10倍,蔗糖含量在0~2h下降为原来的1/5;在整个反应过程中,果胶酶活力和纤维素酶活力均能稳定在80%左右,同时它们的热稳定性显著提高,和果胶酶热稳定性相比,纤维素酶热稳定性更高,在100℃恒温保持60min,纤维素酶活力仍可残留40%左右;和未经酶处理的梗丝相比,反应后梗丝表面变化明显,果胶降解显著,暴露出较多纤维素管束,但对纤维素的结晶结构破坏较小。 最后,研究了酶处理对梗丝中挥发性成分的影响,结果表明:处理后梗丝中的苯丙氨酸转化产物、棕色化反应产物、类胡萝卜素转化产物等均有明显提高,总致香物质约为对照组的3倍,说明酶处理过程能促进一些香味前提物质的转化和香气的形成;而一些烷烃类、小分子醇类、挥发性有机酸类、酯类和酚类物质含量经酶处理后有降低的趋势。根据实验结果可以得出,利用酶在现有梗丝生产工艺的基础上改善烟梗的工业可用性是可行的。


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