生物技术通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (2): 105-112.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0349
李志豪1,2,3(), 张鸽3, 貊志杰2, 邓帅军2, 李佳轶2, 张海波3, 刘晓晖4(), 刘好宝1,2()
收稿日期:
2021-03-20
出版日期:
2022-02-26
发布日期:
2022-03-09
作者简介:
李志豪,男,硕士研究生,研究方向:雪茄烟叶发酵;E-mail: 基金资助:
LI Zhi-hao1,2,3(), ZHANG Ge3, MO Zhi-jie2, DENG Shuai-jun2, LI Jia-yi2, ZHANG Hai-bo3, LIU Xiao-hui4(), LIU Hao-bao1,2()
Received:
2021-03-20
Published:
2022-02-26
Online:
2022-03-09
摘要:
雪茄烟叶中的半纤维素在叶脉及叶片韧性等特性中发挥重要作用,烟叶叶脉较粗,半纤维素含量过高,导致雪茄烟叶韧性较差,可用性变差。本实验室前期筛选到一株产木聚糖酶的蜡样芽孢杆菌,该菌株对烟碱有较好的耐受性,利用液态发酵方法研究菌株以雪茄烟叶为营养源产木聚糖酶的最佳发酵条件,并对最佳发酵条件下菌株降解烟叶中半纤维素的效果进行测定,最后分析比较了菌株对雪茄烟叶香气物质成分及含量的影响。结果表明,菌株在含有不高于1.0 g/L烟碱的培养基中生长受抑制较小,菌株对烟碱有良好的耐受性;当培养基中初始 pH 6.7,接种量为5%,雪茄烟叶底物浓度为20 g/L,发酵24 h,菌株产木聚糖酶活性最高,可达(4.04±0.18)U/mL;在最佳发酵条件下,雪茄烟叶中半纤维素含量为3.38%,降低了6.63%,纤维素含量为10.54%,降低了8.19%,利用菌株发酵同时降低了雪茄烟叶中纤维素和半纤维素含量;通过对香气物质影响的分析比较,发现经菌株发酵后的雪茄烟叶能够提升叶绿醇(2.85%)、油酸(0.62%)、正二十六烷(1.75%)和正三十一烷(14.47%)等物质的含量。蜡样芽孢杆菌 B. cereus 对雪茄烟叶中半纤维素及纤维素降解具有一定作用,后期可应用于雪茄外包皮烟叶的固态发酵,进一步改善雪茄外包皮烟叶的物理特性,为该菌株的开发利用奠定基础。
李志豪, 张鸽, 貊志杰, 邓帅军, 李佳轶, 张海波, 刘晓晖, 刘好宝. 一株产木聚糖酶的蜡样芽孢杆菌对雪茄烟叶成分及发酵产物的影响[J]. 生物技术通报, 2022, 38(2): 105-112.
LI Zhi-hao, ZHANG Ge, MO Zhi-jie, DENG Shuai-jun, LI Jia-yi, ZHANG Hai-bo, LIU Xiao-hui, LIU Hao-bao. Effects of a Xylanase-producing Bacillus cereus on the Composition and Fermented Products of Cigar Leaves[J]. Biotechnology Bulletin, 2022, 38(2): 105-112.
香气物质 Aroma substance | 保留时间 Retention time/min | 处理 Treatment/% | ||
---|---|---|---|---|
对照 CK | 菌处理 L-1 | 原始烟叶 The original cigar leaves | ||
1-十八烷基磺酰氯1-Octadecanesulphonyl chloride | 11.575 | 0.1218 | 0.1296 | 0.1790 |
甲氧基乙酸(2-十四酯)Methoxyacetic acid,2-tetradecyl ester | 15.04 | / | 0.1108 | / |
肉豆蔻醛Tetradecanal | 19.309 | 0.2260 | 0.2142 | 0.3164 |
植酮2-Pentadecanone,6,10,14-trimethyl- | 19.563 | 0.6054 | 0.6454 | 0.7955 |
棕榈酸n-Hexadecanoic acid | 20.818 | 3.0317 | 1.7673 | 1.7294 |
叶绿醇Phytol | 22.21 | 2.3976 | 2.8542 | 2.4493 |
油酸Oleic Acid | 22.489 | / | 0.6200 | / |
4,8,12,16-四甲基十七烷-4-内酯 4,8,12,16-Tetramethylheptadecan-4-olide | 24.324 | 0.9380 | 1.3038 | 1.7624 |
法尼基丙酮Farnesylacetone | 24.514 | 1.9852 | 1.6628 | 2.2967 |
苯酚,2,2'-亚甲基双-[6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基- Phenol, 2,2'-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl- | 24.853 | 2.2169 | 2.5391 | 3.5442 |
二十二烷醇Behenic alcohol | 25.461 | 0.9730 | 1.3907 | 1.2161 |
1,6,10-Dodecatrien-3-ol,3,7,11-trimethyl- | 28.024 | 1.5506 | 1.2632 | 1.5503 |
正二十六烷Hexacosane | 28.189 | 1.2867 | 1.7452 | 1.2431 |
正三十四烷Tetratriacontane | 28.502 | 4.4185 | 5.4284 | 3.7961 |
正二十七烷Heptacosane | 28.942 | 0.7448 | 0.5901 | 0.7704 |
正二十三烷Tricosane | 29.056 | 2.0829 | 2.2008 | 2.1598 |
3-二十二烯3-Eicosene,(E)- | 29.263 | 2.0829 | 1.7491 | 1.3743 |
二十五烷Pentacosane | 29.897 | 6.1653 | 9.5868 | 6.7700 |
正三十一烷Hentriacontane | 30.316 | 12.8697 | 14.4680 | 11.1620 |
山嵛醇氯Behenyl chloride | 31.06 | 3.7640 | 5.1565 | / |
4,4-二甲基-胆甾烷-6,22,24-三烯 Cholesta-6,22,24-triene, 4,4-dimethyl- | 32.122 | 4.1490 | 3.1432 | 3.6484 |
正二十九烷Nonacosane | 32.629 | 3.9748 | 3.3805 | 8.2965 |
Pyridine-3-carboxamide,oxime,N-(2-trifluoromethylphenyl)- | 35.048 | 0.7591 | 0.3773 | 0.4379 |
表1 烟叶发酵产物含量变化
Table 1 Changes in contents of the fermentation products in cigar leaves
香气物质 Aroma substance | 保留时间 Retention time/min | 处理 Treatment/% | ||
---|---|---|---|---|
对照 CK | 菌处理 L-1 | 原始烟叶 The original cigar leaves | ||
1-十八烷基磺酰氯1-Octadecanesulphonyl chloride | 11.575 | 0.1218 | 0.1296 | 0.1790 |
甲氧基乙酸(2-十四酯)Methoxyacetic acid,2-tetradecyl ester | 15.04 | / | 0.1108 | / |
肉豆蔻醛Tetradecanal | 19.309 | 0.2260 | 0.2142 | 0.3164 |
植酮2-Pentadecanone,6,10,14-trimethyl- | 19.563 | 0.6054 | 0.6454 | 0.7955 |
棕榈酸n-Hexadecanoic acid | 20.818 | 3.0317 | 1.7673 | 1.7294 |
叶绿醇Phytol | 22.21 | 2.3976 | 2.8542 | 2.4493 |
油酸Oleic Acid | 22.489 | / | 0.6200 | / |
4,8,12,16-四甲基十七烷-4-内酯 4,8,12,16-Tetramethylheptadecan-4-olide | 24.324 | 0.9380 | 1.3038 | 1.7624 |
法尼基丙酮Farnesylacetone | 24.514 | 1.9852 | 1.6628 | 2.2967 |
苯酚,2,2'-亚甲基双-[6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基- Phenol, 2,2'-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl- | 24.853 | 2.2169 | 2.5391 | 3.5442 |
二十二烷醇Behenic alcohol | 25.461 | 0.9730 | 1.3907 | 1.2161 |
1,6,10-Dodecatrien-3-ol,3,7,11-trimethyl- | 28.024 | 1.5506 | 1.2632 | 1.5503 |
正二十六烷Hexacosane | 28.189 | 1.2867 | 1.7452 | 1.2431 |
正三十四烷Tetratriacontane | 28.502 | 4.4185 | 5.4284 | 3.7961 |
正二十七烷Heptacosane | 28.942 | 0.7448 | 0.5901 | 0.7704 |
正二十三烷Tricosane | 29.056 | 2.0829 | 2.2008 | 2.1598 |
3-二十二烯3-Eicosene,(E)- | 29.263 | 2.0829 | 1.7491 | 1.3743 |
二十五烷Pentacosane | 29.897 | 6.1653 | 9.5868 | 6.7700 |
正三十一烷Hentriacontane | 30.316 | 12.8697 | 14.4680 | 11.1620 |
山嵛醇氯Behenyl chloride | 31.06 | 3.7640 | 5.1565 | / |
4,4-二甲基-胆甾烷-6,22,24-三烯 Cholesta-6,22,24-triene, 4,4-dimethyl- | 32.122 | 4.1490 | 3.1432 | 3.6484 |
正二十九烷Nonacosane | 32.629 | 3.9748 | 3.3805 | 8.2965 |
Pyridine-3-carboxamide,oxime,N-(2-trifluoromethylphenyl)- | 35.048 | 0.7591 | 0.3773 | 0.4379 |
[1] |
Stokes HN. Curing and fermentation of cigar leaf tobacco[J]. Science, 1900, 12(292):191-192.
doi: 10.1126/science.12.292.191 URL |
[2] | 李爱军, 范静苑, 秦艳青, 等. 海南与印尼茄衣烟叶质量差异分析[J]. 中国烟草学报, 2013, 19(4):60-63. |
Li AJ, Fan JY, Qin YQ, et al. Analysis of quality difference between Hainan and Indonesia produced cigar wrapper leaves[J]. Acta Tabacaria Sin, 2013, 19(4):60-63. | |
[3] | 蔡斌, 耿召良, 高华军, 等. 国产雪茄原料生产技术研究现状[J]. 中国烟草学报, 2019, 25(6):110-119. |
Cai B, Geng ZL, Gao HJ, et al. Research progress of production technologies of cigar tobaccos in China[J]. Acta Tabacaria Sin, 2019, 25(6):110-119. | |
[4] | 张鸽, 梁开朝, 辛玉华, 等. 四个国家雪茄外包皮烟叶表面细菌分离与活性测定[J]. 中国烟草科学, 2018, 39(2):82-88. |
Zhang G, Liang KC, Xin YH, et al. Isolation and activity determination of surface bacteria in cigar wrapper leaves from four different countries[J]. Chin Tob Sci, 2018, 39(2):82-88. | |
[5] | 蒲俊, 刘彦岭. 烤烟纤维素含量与烟叶品质的相关性研究[J]. 中国农业文摘-农业工程, 2019, 31(2):67-70. |
Pu J, Liu YL. The Correlation between the Content of Cellulose in Cured Tobacco and the quality of tobacco leaves[J]. Agric Sci Eng China, 2019, 31(2):67-70. | |
[6] |
Schlotzhauer WS, Martin RM, Snook ME, et al. Pyrolytic studies on the contribution of tobacco leaf constituents to the formation of smoke catechols[J]. J Agric Food Chem, 1982, 30(2):372-374.
doi: 10.1021/jf00110a041 URL |
[7] | 郭高飞, 刘朝贤, 李斌, 等. 烟粉和烟丝的热解燃烧特性及反应动力学分析[J]. 烟草科技, 2019, 52(6):90-98. |
Guo GF, Liu CX, Li B, et al. Investigation on pyrolysis/combustion characteristics and reaction kinetics of tobacco strands and tobacco powder[J]. Tob Sci Technol, 2019, 52(6):90-98. | |
[8] | 宋丽丽, 张永良, 张志平, 等. 白腐菌液体发酵降解烟梗木质素的研究[J]. 轻工学报, 2019, 34(1):36-42. |
Song LL, Zhang YL, Zhang ZP, et al. Study on the degradation of lignin in tobacco stem by liquid fermentation with white rot fungi[J]. J Light Ind, 2019, 34(1):36-42. | |
[9] | 杨宗灿, 冯颖杰, 李龙飞, 等. 烟叶中纤维素高效降解菌的筛选与作用效果研究[J]. 河南农业大学学报, 2018, 52(3):418-423. |
Yang ZC, Feng YJ, Li LF, et al. Study on screening and application of an efficient cellulose-degrading strain from tobacco leaf[J]. J Henan Agric Univ, 2018, 52(3):418-423. | |
[10] | 龚昆, 张莉, 熊海容. 秸秆堆肥降解过程中的微生物变化[J]. 湖北农业科学, 2019, 58(21):81-86. |
Gong K, Zhang L, Xiong HR. Changes of microorganisms in the process of straw compost degradation[J]. Hubei Agric Sci, 2019, 58(21):81-86. | |
[11] |
Wong KK, Tan LU, Saddler JN. Multiplicity of beta-1, 4-xylanase in microorganisms:functions and applications[J]. Microbiol Rev, 1988, 52(3):305-317.
doi: 10.1128/mr.52.3.305-317.1988 pmid: 3141761 |
[12] | 张鸽, 李志豪, 邓帅军, 等. 海南H382雪茄烟叶不同发酵周期细菌群落多样性表征及演替分析[J]. 中国烟草学报, 2021, 27(2):117-126. |
Zhang G, Li ZH, Deng SJ, et al. Characterization and succession analysis of bacterial community diversity in different fermentation cycles of Hainan H382 cigar leaf[J]. Acta Tabacaria Sin, 2021, 27(2):117-126. | |
[13] |
Dornez E, Verjans P, Broekaert WF, et al. In situ production of prebiotic AXOS by hyperthermophilic xylanase B from Thermotoga maritima in high-quality bread[J]. Cereal Chem J, 2011, 88(2):124-129.
doi: 10.1094/CCHEM-11-10-0162 URL |
[14] |
Chadha BS, Kaur B, Basotra N, et al. Thermostable xylanases from thermophilic fungi and bacteria:Current perspective[J]. Bioresour Technol, 2019, 277:195-203.
doi: 10.1016/j.biortech.2019.01.044 URL |
[15] | 何敏超, 闫志英, 张金峰, 等. 高活力木聚糖酶菌株的筛选、酶学性质及酶解应用[J]. 新能源进展, 2019, 7(4):318-324. |
He MC, Yan ZY, Zhang JF, et al. Screening of strain with high-level of xylanase, enzymatic characters and hydrolysis application[J]. Adv New Renew Energy, 2019, 7(4):318-324. | |
[16] | Sluiter A, Hames B, Ruiz R, et al. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass, Technical Report NREL/TP-510-42618[M]. National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado, 2010. |
[17] | 梁开朝, 辛玉华, 张鸽, 等. 产香细菌的筛选及香气成分分析[J]. 云南农业大学学报:自然科学, 2019, 34(2):271-276. |
Liang KC, Xin YH, Zhang G, et al. Screening of the aroma-producing strain and its key aroma compounds analysis[J]. J Yunnan Agric Univ:Nat Sci, 2019, 34(2):271-276. | |
[18] | 郑秀成, 陈泽裕, 陈国庆, 等. 烟草废弃物中的难降解有机物的微生物降解研究进展[J]. 微生物学报, 2020, 60(12):2650-2663. |
Zheng XC, Chen ZY, Chen GQ, et al. Progress in microbial degradation of refractory organics in tobacco waste[J]. Acta Microbiol Sin, 2020, 60(12):2650-2663. | |
[19] |
Zhang G, Li SG, Xu YB, et al. Production of alkaline pectinase:a case study investigating the use of tobacco stalk with the newly isolated strain Bacillus tequilensis CAS-MEI-2-33[J]. BMC Biotechnol, 2019, 19(1):1-11.
doi: 10.1186/s12896-018-0491-5 URL |
[20] | 肖勇, 杨兴有, 靳冬梅, 等. 四川三种香型风格产区烟叶化学成分特征分析[J]. 南方农业, 2020, 14(31):6-11. |
Xiao Y, Yang XY, Jin DM, et al. Analysis on the characteristics of chemical constituents of tobacco leaves in three flavor types of producing areas in Sichuan[J]. South China Agric, 2020, 14(31):6-11. | |
[21] | 周正红, 高孔荣, 张水华. 烟草中化学成分对卷烟色香味品质的影响及其研究进展[J]. 烟草科技, 1997, 30(2):22-25. |
Zhou ZH, Gao KR, Zhang SH. Effects of chemical components in tobacco on color, aroma and quality of cigarettes and its research progress[J]. Tob Sci Technol, 1997, 30(2):22-25. | |
[22] | 王炜, 薛桥丽, 杜丽娟. 产纤维素酶菌株对烟叶纤维素和可溶性总糖的影响[J]. 安徽农业科学, 2012, 40(30):14937-14939. |
Wang W, Xue QL, Du LJ. Effect of Bacillus subtilis producing cellulase on the cellulose and soluble sugar content of tobacco leaf[J]. J Anhui Agric Sci, 2012, 40(30):14937-14939. | |
[23] | 任民, 王日新, 贾兴华, 等. 普通烟草种内主要栽培类型间烟叶香味成分的比较与分析[J]. 中国烟草科学, 2008, 29(6):36-42. |
Ren M, Wang RX, Jia XH, et al. Comparative analysis of aroma components among major cultivar types of Nicotiana tabacum L[J]. Chin Tob Sci, 2008, 29(6):36-42. | |
[24] | 马丽伊, 徐志强, 田振峰, 等. LC-MS/MS法测定烟草中7种高级脂肪酸[J]. 中国烟草学报, 2018, 24(6):1-8. |
Ma LY, Xu ZQ, Tian ZF, et al. Determination of 7 high fatty acids in tobacco by LC-MS/MS[J]. Acta Tabacaria Sin, 2018, 24(6):1-8. | |
[25] | 康文功, 胡军, 帖金鑫, 等. 烟草烷烃含量研究[J]. 郑州轻工业学院学报:自然科学版, 2014, 29(3):40-43. |
Kang WG, Hu J, Tie JX, et al. The alkane content study of tobacco samples[J]. J Zhengzhou Univ Light Ind:Nat Sci Ed, 2014, 29(3):40-43. | |
[26] |
Oliveira AF, Meirelles ST, Salatino A. Epicuticular waxes from caatinga and cerrado species and their efficiency against water loss[J]. An Acad Bras Cienc, 2003, 75(4):431-439.
pmid: 14605678 |
[27] | 康文功, 马林, 胡军, 等. 烷烃对烟叶保润性能的影响[J]. 烟草科技, 2014, 47(5):55-59, 71. |
Kang WG, Ma L, Hu J, et al. Effects of alkanes content on moisture retentivity of cut tobacco[J]. Tob Sci Technol, 2014, 47(5):55-59, 71. | |
[28] | 李宁, 汪长国, 曾代龙, 等. 蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)筛选鉴定及在雪茄烟叶发酵中的应用研究[J]. 中国烟草学报, 2012, 18(2):65-69. |
Li N, Wang CG, Zeng DL, et al. Isolation and identification of Bacillus cereus and its application in cigar leaf fermentation[J]. Acta Tabacaria Sin, 2012, 18(2):65-69. |
[1] | 吴巧茵, 施友志, 李林林, 彭政, 谭再钰, 刘利平, 张娟, 潘勇. 类胡萝卜素降解菌株的原位筛选及其在雪茄提质增香中的应用[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 192-201. |
[2] | 苗永美, 苗翠苹, 于庆才. 枯草芽孢杆菌BBs-27发酵液性质及脂肽对黄色镰刀菌的抑菌作用[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 255-267. |
[3] | 徐发迪, 徐康, 孙东明, 李萌蕾, 赵建志, 鲍晓明. 基于杨木(Populus sp.)的二代燃料乙醇技术研究进展[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 27-39. |
[4] | 张岳一, 兰社益, 裴海闰, 封棣. 多菌种联用发酵燕麦麸皮工艺优化及发用功效评价[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 58-70. |
[5] | 程亚楠, 张文聪, 周圆, 孙雪, 李玉, 李庆刚. 乳酸乳球菌生产2'-岩藻糖基乳糖的途径构建及发酵培养基优化[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 84-96. |
[6] | 赵思佳, 王晓璐, 孙纪录, 田健, 张杰. 代谢工程改造毕赤酵母生产赤藓糖醇[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 137-147. |
[7] | 李昕悦, 周明海, 樊亚超, 廖莎, 张风丽, 刘晨光, 孙悦, 张霖, 赵心清. 基于转运蛋白工程提升微生物菌株耐受性和生物制造效率的研究进展[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 123-136. |
[8] | 车永梅, 刘广超, 郭艳苹, 叶青, 赵方贵, 刘新. 一种耐盐复合菌剂的制备和促生作用研究[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 217-225. |
[9] | 孙言秋, 谢采芸, 汤岳琴. 耐高温酿酒酵母的构建与高温耐受机制解析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 226-237. |
[10] | 王松, 简晓平, 潘婉舒, 张永光, 王涛, 游玲. 玉米小曲酒糟发酵饲料对育肥猪肠道菌群的影响[J]. 生物技术通报, 2022, 38(9): 248-257. |
[11] | 任海伟, 孙一帆, 任雨薇, 郭晓鹏, 潘立超, 张丙云, 李金平. 基于文献计量的青贮添加剂研究进展[J]. 生物技术通报, 2022, 38(8): 261-274. |
[12] | 王新光, 田磊, 王恩泽, 钟成, 田春杰. 玉米秸秆高效降解微生物复合菌系的构建及降解效果评价[J]. 生物技术通报, 2022, 38(4): 217-229. |
[13] | 张倩, 徐春燕, 张铎, 王亚会, 梁新盈, 李慧. 黄褐土玉米秸秆腐解菌株筛选及其促腐能力研究[J]. 生物技术通报, 2022, 38(12): 233-243. |
[14] | 蒋欢, 马江山, 曾柏全, 张良波, 李培旺. 粗甘油发酵生产1, 3-丙二醇的研究进展[J]. 生物技术通报, 2022, 38(10): 45-53. |
[15] | 施兆荣, 孙述俊, 张广荣, 梅大海, 刘彦超, 杨成德. 甜瓜黑斑病菌的拮抗细菌筛选、鉴定及发酵条件优化[J]. 生物技术通报, 2022, 38(1): 115-124. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||