CN111808766B - 一种烟叶发酵用微生物复合粉剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，涉及烟草加工技术领域。本发明的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，所述复合粉剂是负载有微生物的复合颗粒粉，所述复合颗粒以改性苎麻纤维为核，核心外依次包覆有壳聚糖壳层、改性桃胶壳层，所述改性桃胶壳层为多孔结构。本发明公开了一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，能够在一定程度上保证微生物的活性，且具有较好的粘附性能，能够更好的固定在烟叶表面，能够更好的、长期的作用于烟叶，对烟叶提质的效果更好。

Description

一种烟叶发酵用微生物复合粉剂
技术领域
本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种烟叶发酵用微生物复合粉剂。
背景技术
烟草是世界范围广泛种植的经济作物，中国是世界上最大的烟草生产国和消费国，烟草行业所带来的经济效益日益突显，其利税也为食品行业之首，成为创造财政收入的重要产业。随着烟草行业的发展，人们对烟草的品质有了新的要求，消费者希望可以吸食烟气更好，毒性更低，口感更佳的香烟；面对这种需求，烟厂对烟草及香烟进行积极改良，从前期烟草种植、草种选育和收割成熟度，到中期的处理工艺，包括初烤、打叶复烤、陈化、复烤、加香处理，到最后期香烟的滤棒处理，都有了新技术、新进展，极大地提升了香烟的品质和香气。
烟草处理过程中，陈化被公认为是提升烟叶品质的关键环节，烟叶陈化是由烟叶中微生物作用的一种复杂生理生化过程，该过程不仅可以有效提高烟叶的香气物质，同时降低烟叶中的蛋白质、淀粉、果胶等物质的含量，提高香烟的口感。烟叶陈化主要有自然陈化和人工陈化，自然陈化就是将烟叶存放于自然环境中，在自然条件下长时间发酵，自然陈化时间越长，烟叶中的香气物质含量越高。但是自然发酵的时间过长，不利于烟叶的生产而且提高了烟叶成本；人工发酵是指人为设定温度和湿度，使烟叶较快陈化，该方法时间短，烟叶品质提升明显，经济性好，但是香气、吸味、色泽等都不及自然陈化烟叶。
随着技术的发展，已有研究表明，利用适当的微生物和酶制剂可有效加速烟叶陈化过程，进而提高烟叶质量，缩短陈化时间，在现有技术中有最常见的是将微生物扩大培养后的菌体加水配置成菌悬液进行直接喷洒添加，但是由于微生物容易受到外界环境影响而失去活性，因此保存时间较短，由此还出现将微生物冻干粉加上载体、润湿剂、分散剂等助剂配成可湿性粉剂，通过将可湿性粉剂调配成悬浮液喷洒添加，以此达到提高微生物保存时间的方式，但是由于烟叶表面具有角质层，而经过烘烤之后，角质层中的蜡质会明显增多、变厚，使用现有的微生物处理方法，使用菌悬液无法在烟叶上润湿而成为球形滚落，使用可湿性粉剂的悬浮液，即使因为润湿剂的存在可以润湿烟叶表面，但是由于所使用的载体为凹凸棒土、白炭黑等不具备粘附性的物质，在使用过程中也极易脱落，导致最终对烟叶处理的效果大大减弱。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于公开一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，能够在一定程度上保证微生物的活性，且具有较好的粘附性能，能够更好的固定在烟叶表面，能够更好的、长期的作用于烟叶，对烟叶提质的效果更好。
具体的，本发明的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，所述复合粉剂是负载有微生物的复合颗粒粉，所述复合颗粒以改性苎麻纤维为核，核心外依次包覆有壳聚糖壳层、改性桃胶壳层，所述改性桃胶壳层为多孔结构。
本发明的复合粉剂，以改性苎麻纤维为核，改性苎麻纤维能够为负载的微生物提供一定的营养物质，从而在一定程度上保证了微生物的活性，延长保存时间，加上核心外包覆的壳聚糖壳层和改性桃胶壳层，将微生物和外界环境相隔开，能够在一定程度上减少外界环境变化对微生物活性的影响，进一步保证其生物活性；另外，改性桃胶壳层具有较好的粘附性能，通过改性桃胶壳层的设置使得复合粉剂能够更好的固定在烟叶表面，持续的对烟叶进行处理，加上改性桃胶壳层的多孔结构，更有利于微生物的释放，有利于烟叶的处理效果。
进一步，所述微生物为蜡状芽孢杆菌。
蜡状芽孢杆菌能够完全的以苎麻纤维作为能量源进行生长和繁殖，且对烟叶的陈化具有较好的促进效果。
进一步，所述改性改性苎麻纤维是将苎麻纤维高压膨化后，先后经半碳化处理、等离子体处理和活性炭活化制得。
苎麻纤维内部具有特殊的超细微孔结构，具有较好的吸附性能，而通过高压膨化处理后，苎麻纤维变得更加蓬松，再经过半碳化处理和在等离子体处理的刻蚀作用下，使得苎麻纤维表面硬化、形成更多的沟壑，增大了苎麻纤维的表面积，更有利于微生物的附着，但是内部依然保持纤维的韧性，最后经过活性炭活化使得苎麻纤维表面的羟基含量降低，表面能降低，在后续的处理过程中分散性更好，不易团聚。
进一步，所述改性桃胶壳层的改性桃胶是将桃胶经多巴胺接枝改性后制成。
进一步，所述所述复合粉剂的制备方法为：
S1：将蜡状芽孢杆菌加入去离子水配制得到25-30wt％的菌液，向菌液中加入改性苎麻纤维，于5-10℃温度下，以30-45r/min的速度持续搅拌20-24h，得到悬浮液；
S2：取壳聚糖加入1-2wt％醋酸溶液中超声至完全溶解，配制得到4-6g/L的壳聚糖溶液，在持续搅拌的条件下，将壳聚糖溶液加入S1步骤的悬浮液中，搅拌均匀后升温至30-35℃，加入京尼平交联、固化、抽滤、洗涤干燥得到包覆有壳聚糖壳层的改性苎麻纤维；
S3：将改性桃胶于115-120℃油浴条件下进行熔融，熔融过程中以600-800r/min的速度进行搅拌，至熔融物中具有大量细密的气泡，加入S2步骤制备得到的产物，以200-250r/min的速度搅拌混合30min，捞出，于阴凉处晾至半干，超声处理至气泡破裂，晾至改性桃胶完全凝固，加入pH为8-9的氢氧化钠溶液中，升温至35-40℃，保温反应1-2h，取出，用去离子水洗涤至中性，于40℃温度下真空干燥，得到复合粉剂。
改性桃胶表面接枝有多巴胺，在碱性条件下，接枝的多巴胺反应生成聚多巴胺，提高了改性桃胶的粘附性，从而使得复合粉剂能够更好的粘附在烟叶表面。
进一步，所述改性苎麻纤维的制备方法为：将苎麻纤维聚集成束后剪切成2-3mm的小段，加入膨化机中，升温至100-105℃，通入氮气，加压至15-18MPa，保持3-5min，瞬时泄压，冷却至室温后，取出置于管式炉中，进行半碳化处理后置于等离子体反应器中，以氨气为等离子体气体，进行冷等离子体处理，得到等离子体处理的苎麻纤维，将经过等离子体处理的苎麻纤维搅拌分散在去离子水中，加入活性炭，持续搅拌反应2-4h，过滤，洗涤至滤液呈中性，干燥、碾磨得到改性苎麻纤维。
进一步，所述冷等离子体处理的压力为25-30Pa，功率为150-200W，处理时间为0.5-1min。
进一步，所述改性桃胶的制备方法为：称取多巴胺搅拌溶解于去离子水中，加入Tris-HCl缓冲液持续搅拌混合均匀得到2-4mg/ml的多巴胺溶液，将桃胶加入50-60℃热水中，搅拌1-2h，加入双氧水回流处理3-4h，过滤，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥碾磨成粉，分散于无水甲苯中，加入硅烷偶联剂，在氮气保护下于100-110℃温度下搅拌反应20-22h，离心，固体用无水乙醇洗涤2-3次，超声分散于多巴胺溶液中，避光条件下持续搅拌反应22-24h，过滤，固体置于透析袋中，用去离子水透析3d，透析完成后干燥得到改性桃胶。
本发明的有益效果：
1.本发明公开了一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，能够在一定程度上减少外界环境对微生物的影响，从而保证微生物的活性，且具有较好的粘附性能，能够更好的固定在烟叶表面，再加上其结构设置，能够更好的、长期的作用于烟叶，对烟叶提质的效果更好。
2.本发明的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，所使用的载体原料能够为微生物提供能量，既保证了微生物的活性，同时也能够在一定程度上使得在烟叶表面基本无残留物，减少外源物质对烟叶口感的影响。
3.本发明的烟叶发酵用微生物复合粉剂，所使用的原料均属于无毒、可降解材料，从而在一定程度上保证了使用的安全性。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，复合粉剂是负载有微生物的复合颗粒粉，该复合颗粒以改性苎麻纤维为核，核心外依次包覆有壳聚糖壳层、改性桃胶壳层，且改性桃胶壳层为多孔结构，其中，微生物为蜡状芽孢杆菌，改性改性苎麻纤维是将苎麻纤维高压膨化后，先后经半碳化处理、等离子体处理和活性炭活化制得，改性桃胶壳层的改性桃胶是将桃胶经多巴胺接枝改性后制成，具体如下：
实施例一
改性桃胶的制备
称取多巴胺搅拌溶解于去离子水中，加入5mmol/L的Tris-HCl缓冲液持续搅拌混合均匀得到4mg/ml的多巴胺溶液，称取2g桃胶加入300ml 60℃热水中，搅拌1.5h，加入50ml双氧水回流处理4h，过滤，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥碾磨成粉，分散于150ml无水甲苯中，加入1.5ml硅烷偶联剂，在氮气保护下于105℃温度下搅拌反应22h，离心，固体用无水乙醇洗涤3次，按照100mg/L的固液比超声分散于多巴胺溶液中，避光条件下持续搅拌反应24h，过滤，固体置于透析袋中，用去离子水透析3d，透析完成后于40℃温度下干燥得到改性桃胶。
改性苎麻纤维的制备
将苎麻纤维聚集成束后剪切成2-3mm的小段，加入膨化机中，升温至105℃，通入氮气，加压至16MPa，保持3min，瞬时泄压，冷却至室温后，取出置于管式炉中，通入氮气和氧气按照50:1的体积比进行混合的混合气体，升温至190℃进行半碳化处理2h，冷却至常温后取出置于等离子体反应器中，以氨气为等离子体气体，在压力为25Pa、功率为200W的条件下等离子体处理40s，得到等离子体处理的苎麻纤维，将经过等离子体处理的苎麻纤维搅拌按照15g/L的固液比分散在去离子水中，加入等苎麻纤维质量的活性炭，持续搅拌反应4h，过滤，洗涤至滤液呈中性，干燥、碾磨得到改性苎麻纤维。
复合粉剂的制备
S1：将蜡状芽孢杆菌加入去离子水配制得到30wt％的菌液，按照5g/L的固液比向菌液中加入改性苎麻纤维，于5-10℃温度下，以30r/min的速度持续搅拌22h，得到悬浮液。
S2：取壳聚糖加入2wt％醋酸溶液中超声至完全溶解，配制得到6g/L的壳聚糖溶液，在400r/min的搅拌速度下，按照1:1的体积比将壳聚糖溶液加入S1步骤的悬浮液中，搅拌均匀后升温至35℃，加入2％壳聚糖质量的京尼平，持续搅拌进行交联、固化2h，抽滤、用去离子水洗涤，干燥后得到包覆有壳聚糖壳层的改性苎麻纤维。
S3：将改性桃胶于120℃油浴条件下进行熔融，熔融过程中以600r/min的速度进行搅拌，至熔融物中具有大量细密的气泡，加入0.5倍改性桃胶质量的S2步骤制备得到的产物，以250r/min的速度搅拌混合30min，捞出，于阴凉处晾至半干，超声处理至气泡破裂，晾至改性桃胶完全凝固，浸没于pH为8-9的氢氧化钠溶液中，升温至35℃，保温反应2h，取出，用去离子水洗涤至中性，于40℃温度下真空干燥，得到复合粉剂。
实施例二
改性桃胶的制备
称取多巴胺搅拌溶解于去离子水中，加入5mmol/L的Tris-HCl缓冲液持续搅拌混合均匀得到2mg/ml的多巴胺溶液，称取1g桃胶加入300ml 55℃热水中，搅拌2h，加入40ml双氧水回流处理3h，过滤，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥碾磨成粉，分散于125ml无水甲苯中，加入1.5ml硅烷偶联剂，在氮气保护下于100℃温度下搅拌反应21h，离心，固体用无水乙醇洗涤3次，按照100mg/L的固液比超声分散于多巴胺溶液中，避光条件下持续搅拌反应23h，过滤，固体置于透析袋中，用去离子水透析3d，透析完成后于40℃温度下干燥得到改性桃胶。
改性苎麻纤维的制备
将苎麻纤维聚集成束后剪切成2-3mm的小段，加入膨化机中，升温至105℃，通入氮气，加压至18MPa，保持4min，瞬时泄压，冷却至室温后，取出置于管式炉中，通入氮气和氧气按照50:1的体积比进行混合的混合气体，升温至180℃进行半碳化处理1h，冷却至常温后取出置于等离子体反应器中，以氨气为等离子体气体，在压力为30Pa、功率为180W的条件下等离子体处理30s，得到等离子体处理的苎麻纤维，将经过等离子体处理的苎麻纤维搅拌按照12g/L的固液比分散在去离子水中，加入等苎麻纤维质量的活性炭，持续搅拌反应3h，过滤，洗涤至滤液呈中性，干燥、碾磨得到改性苎麻纤维。
复合粉剂的制备
S1：将蜡状芽孢杆菌加入去离子水配制得到28wt％的菌液，按照6g/L的固液比向菌液中加入改性苎麻纤维，于5-10℃温度下，以40r/min的速度持续搅拌20h，得到悬浮液。
S2：取壳聚糖加入1.5wt％醋酸溶液中超声至完全溶解，配制得到5g/L的壳聚糖溶液，在400r/min的搅拌速度下，按照1:1的体积比将壳聚糖溶液加入S1步骤的悬浮液中，搅拌均匀后升温至30℃，加入2％壳聚糖质量的京尼平，持续搅拌进行交联、固化2h，抽滤、用去离子水洗涤，干燥后得到包覆有壳聚糖壳层的改性苎麻纤维。
S3：将改性桃胶于115℃油浴条件下进行熔融，熔融过程中以700r/min的速度进行搅拌，至熔融物中具有大量细密的气泡，加入0.5倍改性桃胶质量的S2步骤制备得到的产物，以200r/min的速度搅拌混合30min，捞出，于阴凉处晾至半干，超声处理至气泡破裂，晾至改性桃胶完全凝固，浸没于pH为8-9的氢氧化钠溶液中，升温至40℃，保温反应1h，取出，用去离子水洗涤至中性，于40℃温度下真空干燥，得到复合粉剂。
实施例三
改性桃胶的制备
称取多巴胺搅拌溶解于去离子水中，加入5mmol/L的Tris-HCl缓冲液持续搅拌混合均匀得到3mg/ml的多巴胺溶液，称取1.5g桃胶加入300ml 50℃热水中，搅拌1h，加入45ml双氧水回流处理3h，过滤，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥碾磨成粉，分散于120ml无水甲苯中，加入1.2ml硅烷偶联剂，在氮气保护下于110℃温度下搅拌反应22h，离心，固体用无水乙醇洗涤2次，按照100mg/L的固液比超声分散于多巴胺溶液中，避光条件下持续搅拌反应22h，过滤，固体置于透析袋中，用去离子水透析3d，透析完成后于40℃温度下干燥得到改性桃胶。
改性苎麻纤维的制备
将苎麻纤维聚集成束后剪切成2-3mm的小段，加入膨化机中，升温至105℃，通入氮气，加压至15MPa，保持5min，瞬时泄压，冷却至室温后，取出置于管式炉中，通入氮气和氧气按照50:1的体积比进行混合的混合气体，升温至200℃进行半碳化处理1h，冷却至常温后取出置于等离子体反应器中，以氨气为等离子体气体，在压力为28Pa、功率为150W的条件下等离子体处理60s，得到等离子体处理的苎麻纤维，将经过等离子体处理的苎麻纤维搅拌按照10g/L的固液比分散在去离子水中，加入等苎麻纤维质量的活性炭，持续搅拌反应2h，过滤，洗涤至滤液呈中性，干燥、碾磨得到改性苎麻纤维。
复合粉剂的制备
S1：将蜡状芽孢杆菌加入去离子水配制得到25wt％的菌液，按照8g/L的固液比向菌液中加入改性苎麻纤维，于5-10℃温度下，以45r/min的速度持续搅拌24h，得到悬浮液。
S2：取壳聚糖加入1wt％醋酸溶液中超声至完全溶解，配制得到4g/L的壳聚糖溶液，在400r/min的搅拌速度下，按照1:1的体积比将壳聚糖溶液加入S1步骤的悬浮液中，搅拌均匀后升温至35℃，加入1.5％壳聚糖质量的京尼平，持续搅拌进行交联、固化1h，抽滤、用去离子水洗涤，干燥后得到包覆有壳聚糖壳层的改性苎麻纤维。
S3：将改性桃胶于115℃油浴条件下进行熔融，熔融过程中以800r/min的速度进行搅拌，至熔融物中具有大量细密的气泡，加入0.5倍改性桃胶质量的S2步骤制备得到的产物，以220r/min的速度搅拌混合30min，捞出，于阴凉处晾至半干，超声处理至气泡破裂，晾至改性桃胶完全凝固，浸没于pH为8-9的氢氧化钠溶液中，升温至35℃，保温反应2h，取出，用去离子水洗涤至中性，于40℃温度下真空干燥，得到复合粉剂。
将实施例一～实施例三制备得到的复合粉剂应用于烟叶发酵中，操作方法如下：利用纳米喷头向复合粉剂中喷洒经过灭菌处理的去离子水，至复合粉剂表面微润，与调制后的原烟烟叶按照1:10的质量比进行混合均匀后，将烟叶置于烟草仓库中存放，在一年时间节点对应月的月末进行取样，对烟叶品质进行评价，采用“九分制”打分要求进行评分，同时以不添加任何微生物制剂的烟叶作为空白对照，以现有的发酵用可湿性粉剂，按照相同的1:10的质量比和原烟烟叶混合作为对比例。检测结果如表1所示：
表1一年烟叶品质评析
检测项目 香气质 香气量 杂气 浓度 刺激性 劲头 干净 回味
实施例一 8 8 7.5 8.5 8 8 7.5 8
实施例二 8.5 7.5 8 8 7.5 8 7.5 8
实施例三 8 7.5 7.5 7.5 8 8 7.5 8
对比例 6.5 6.5 6.5 6 6 6.5 6 6.5
空白例 5.5 5 4.5 5 4.5 5 5 5
在进行混合的过程中，可以明显看到现有的可湿性粉剂散落在混合容器底部的数量明显多于本发明的复合粉末的数量，而通过上表可以看出，本发明的复合粉剂对烟叶的品质具有明显的提升效果，且品质提升的效果更好。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，其特征在于，所述复合粉剂是负载有微生物的复合颗粒粉，所述复合颗粒以改性苎麻纤维为核，核心外依次包覆有壳聚糖壳层、改性桃胶壳层，所述改性桃胶壳层为多孔结构，所述微生物为蜡状芽孢杆菌，所述改性改性苎麻纤维是将苎麻纤维高压膨化后，先后经半碳化处理、等离子体处理和活性炭活化制得，所述改性桃胶壳层的改性桃胶是将桃胶经多巴胺接枝改性后制成。
2.根据权利要求1所述的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，其特征在于，所述复合粉剂的制备方法为：
S1：将蜡状芽孢杆菌加入去离子水配制得到25-30wt％的菌液，向菌液中加入改性苎麻纤维，于5-10℃温度下，以30-45r/min的速度持续搅拌20-24h，得到悬浮液；
S2：取壳聚糖加入1-2wt％醋酸溶液中超声至完全溶解，配制得到4-6g/L的壳聚糖溶液，在持续搅拌的条件下，将壳聚糖溶液加入S1步骤的悬浮液中，搅拌均匀后升温至30-35℃，加入京尼平交联、固化、抽滤、洗涤干燥得到包覆有壳聚糖壳层的改性苎麻纤维；
S3：将改性桃胶于115-120℃油浴条件下进行熔融，熔融过程中以600-800r/min的速度进行搅拌，至熔融物中具有大量细密的气泡，加入S2步骤制备得到的产物，以200-250r/min的速度搅拌混合30min，捞出，于阴凉处晾至半干，超声处理至气泡破裂，晾至改性桃胶完全凝固，加入pH为8-9的氢氧化钠溶液中，升温至35-40℃，保温反应1-2h，取出，用去离子水洗涤至中性，于40℃温度下真空干燥，得到复合粉剂。
3.根据权利要求2所述的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，其特征在于，所述改性苎麻纤维的制备方法为：将苎麻纤维聚集成束后剪切成2-3mm的小段，加入膨化机中，升温至100-105℃，通入氮气，加压至15-18MPa，保持3-5min，瞬时泄压，冷却至室温后，取出置于管式炉中，进行半碳化处理后置于等离子体反应器中，以氨气为等离子体气体，进行冷等离子体处理，得到等离子体处理的苎麻纤维，将经过等离子体处理的苎麻纤维搅拌分散在去离子水中，加入活性炭，持续搅拌反应2-4h，过滤，洗涤至滤液呈中性，干燥、碾磨得到改性苎麻纤维。
4.根据权利要求3所述的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，其特征在于，所述冷等离子体处理的压力为25-30Pa，功率为150-200W，处理时间为0.5-1min。
5.根据权利要求4所述的一种烟叶发酵用微生物复合粉剂，其特征在于，所述改性桃胶的制备方法为：称取多巴胺搅拌溶解于去离子水中，加入Tris-HCl缓冲液持续搅拌混合均匀得到2-4mg/ml的多巴胺溶液，将桃胶加入50-60℃热水中，搅拌1-2h，加入双氧水回流处理3-4h，过滤，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥碾磨成粉，分散于无水甲苯中，加入硅烷偶联剂，在氮气保护下于100-110℃温度下搅拌反应20-22h，离心，固体用无水乙醇洗涤2-3次，超声分散于多巴胺溶液中，避光条件下持续搅拌反应22-24h，过滤，固体置于透析袋中，用去离子水透析3d，透析完成后干燥得到改性桃胶。
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