摘要
烤烟是我国主要经济作物之一，化学成分复杂多样。工业常采用自然发酵来改善烟草质量，但其存在发酵周期长，经济成本高等缺点。为缩短烟草原料发酵周期，调节化学成分，改善烟草质量和降低成本，本论文以初烤烤烟为原料，开展改善烟草原料品质的研究。本研究建立烤烟生物酶处理，微生物发酵和联合生物酶处理与微生物发酵工艺。首先对生物酶处理条件进行优化，通过酶处理和发酵促进烟草质量的改善；然后采用从烟草中筛选得到的微生物对不同形态（烟叶和烟粉）烟草进行发酵研究；通过对烟草化学成分，物理结构特性，香气成分和卷烟感官评吸的分析，结合发酵过程中微生物群落结构演替规律，阐明了生物酶处理与微生物发酵提升烟草品质的机制。 对不同生物酶处理工艺条件进行优化。结果表明，在α-淀粉酶和纤维素酶酶用量分别为20U/g和10FPU/g，酶处理时间4h，温度50℃，喷水量为0.4mL/g条件下，烟草品质得到改善。α-淀粉酶处理为最优酶处理，感官评吸总分为86.50，其次为纤维素酶和混合酶处理。α-淀粉酶处理4h后，较对照组而言，烟叶中淀粉和烟碱含量分别降低了30.36%和18.45%，总糖和还原糖分别提高了2.86%和45.56%；烟叶表面结构在酶处理及发酵后发生变化，新植二烯含量提高了16.48%。α-淀粉酶处理使发酵样品中关键微生物群落发生变化，提高了发酵样品中Bacillus和Scloreophora的相对丰度。LEfSe分析，发现Bacillus、Rubrobacter、Brevundimonas、Methylobacterium、Stenotrophomonas、Acinetobacter、Pseudosagedia和Sclerophora是发酵过程中重要的生物标志物。发酵样品中Basidiomycota与香气香味和评吸总评分呈显著正相关；Agaricomycetes与香气、风味呈显著正相关。结果表明，在烟叶发酵过程中，α-淀粉酶处理使烟叶微生物群落发生演替，促进了香气化合物的形成，调节烟叶化学成分和改善了烟叶品质。 从烟叶中筛选产淀粉酶，纤维素酶和蛋白酶综合能力较强的微生物，通过菌落形态，生理生化特征和16SrDNA序列分析鉴定，分别命名为BacillussubtilisB1和CytobacillusoceanisediminisC4。微生物B1和C4发酵显著提高了烟粉（Tobaccopowder,TP）卷烟感官质量，C4.TP（CytobacillusoceanisediminisC4.Tobaccopowder,C4.TP）的改善最明显，感官评吸总分为84.00。5位专家综合评吸一致认为，通过微生物发酵后TP样品整体质感和骨架方面优于烟叶（Tobaccoleaf,TL）。发酵后TL和TP表面结构发生变化，C4.TP，C4.TL（CytobacillusoceanisediminisC4.Tobaccoleaf,C4.TL）和B1.TP（BacillussubtilisB1.Tobaccopowder,B1.TP）在微生物发酵后还原糖含量比对照分别增加22.06%，37.92%和28.08%。除新植二烯外，其余香气成分总含量从高到低依次为C4.TP、B1.TP、B1.TL（BacillussubtilisB1.Tobaccoleaf,B1.TL）和C4.TL。在C4.TP中，Bacillus相对丰度为92.14%，显著高于其他组。LEfSe分析表明，TP和TL中潜在的关键生物标志物为Bacillus、Pseudonocardia、Pantoea和Jeotgalicoccus，它们与其他微生物类群协同作用，能够促进烟草质量的改善和香气化合物的形成。 采用联合酶处理与微生物发酵能提高烟草感官质量，总分为84.50。酶处理TP后，相比对照组，还原糖含量显著增加，淀粉和蛋白质含量显著降低。联合酶处理和微生物C4发酵TP的化学成分无显著变化，但TP香气成分总量提高了34.77%，TP表面结构发生变化。微生物群落结构分析表明，Bacillus和Pseudomonas相对丰度从0.30%和1.15%分别提高到74.67%和4.40%，Monascus相对丰度从1.69%上升到87.59%。代谢组分析表明，共有1353种差异代谢物，其中219种代谢物上调，171种代谢物下调。Bacillus，Pseudomonas和Monascus与TP内20种主要代谢物中12种代谢物呈正相关。如2'',4''-二羟基苯乙酮，4''-羟基苯丙酮和3,5,7-三羟基黄烷酮等随着微生物相对丰度的增加而增加，这些代谢物的增加在烟草风味物质形成中起重要作用。
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