CN111808767B - 一种提高烟叶品质的微生物制剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高烟叶品质的微生物制剂，涉及烟草加工技术领域。本发明的一种提高烟叶品质的微生物制剂，所述微生物制剂包括微生物和复合载体，所述复合载体是以改性苎麻纤维制成基体，再与琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉复合而成，所述改性苎麻纤维、琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉的质量比为(2‑3):(0.2‑0.4):(0.5‑0.8):(0.6‑1)。本发明公开了一种提高烟叶品质的微生物制剂，利用复合载体为微生物提供生长繁殖的场所和营养物质，从而在一定程度上保证了微生物的细胞活性，保证了后续的在烟叶陈化过程中的应用效果。

Description

一种提高烟叶品质的微生物制剂

技术领域

本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种提高烟叶品质的微生物制剂。

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醇化过程，进而提高烟叶质量，缩短醇化时间，在现有技术中最常用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，在使用的过程中，往往会将培养得到的菌体在4℃温度下进行保存，以便于后续的使用，但是由于微生物容易受到外界环境影响而失去活性，在保存的过程中会部分失去活性，导致后续菌悬液对烟叶的提质效果减弱。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于公开一种提高烟叶品质的微生物制剂，利用复合载体为微生物提供生长繁殖的场所和营养物质，从而在一定程度上保证了微生物的细胞活性，保证了后续的在烟叶陈化过程中的应用效果。

具体的，本发明的一种提高烟叶品质的微生物制剂，所述微生物制剂包括微生物和复合载体，所述复合载体是以改性苎麻纤维制成基体，再与琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉复合而成，所述改性苎麻纤维、琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉的质量比为(2-3):(0.2-0.4):(0.5-0.8):(0.6-1)。

本发明的微生物制剂，以改性苎麻纤维作为复合载体的基体材料，苎麻纤维内部具有特殊的超细微孔结构，通过改性之后纤维变得蓬松、柔软，表面变得粗糙，为微生物的附着、生长和代谢提供了有力条件，同时通过复合的水溶性淀粉、豆饼粉等能够为微生物的繁殖提供有机的氮源和碳源，保证了微生物的营养供给，进而在一定程度上保证了微生物的细胞活性，保证了后续的在烟叶陈化过程中的应用效果。

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，且对烟叶陈化过程具有积极促进的作用，将蜡状芽孢杆菌和苎麻纤维联合使用，能够更好的发挥复合载体的作用。

进一步，所述改性苎麻纤维是将苎麻纤维先后经膨化、软化后，再接枝玄武岩纤维，最后经空气等离子体处理后制得。

苎麻纤维内部本身具有特殊的超细微孔结构，但是其纤维分子结构紧密，结晶度和取向度高，纤维表面平直无卷曲，不利于微生物的附着，而通过膨化处理，使得苎麻纤维内部的氢键发生断裂，结晶度降低，纤维变得松散，更有利于后续的处理，而通过软化处理再与玄武岩纤维接枝复合，玄武岩纤维的接枝使得苎麻纤维表面的粗糙度增加，更有利于微生物的附着，同时由于玄武岩纤维的存在，当将苎麻纤维聚集形成基体后，玄武岩纤维一方面对整个基体起到一定的支撑作用，另一方面玄武岩纤维的存在使得苎麻纤维和苎麻纤维之间必定存在缝隙，从而增加了微生物和基体之间的接触面积，更有利于微生物的生长和繁殖，最后经过空气等离子体处理，进一步增加了玄武岩纤维表面的粗糙度，同时在玄武岩纤维的表面接枝上活性基团，提高其表面能，增加其亲水性，更有利于在微生物菌液中的分散以及微生物的附着。

进一步，所述玄武岩纤维包括第一玄武岩纤维和第二玄武岩纤维，所述第一玄武岩纤维的直径为0.5-0.8μm，长径比为1-2，所述第二玄武岩纤维的直径为1-2μm，长径比为1-1.5。

由于蜡状芽孢杆菌的大小约1.5μm左右，通过对玄武岩纤维的组成进行限定，从而限定了基体中缝隙的大小，即在一定程度上限定了基体和微生物之间的接触面积在最合适的范围内，在保证生物活性的前提下，尽可能的延长复合载体的作用时间。

进一步，所述微生物制剂的制备方法具体包括以下步骤：

载体制备：将改性苎麻纤维聚集成纤维束，将纤维束采用针刺机针刺形成球状基体，取烘干后的豆饼粉碾磨后过筛，加入20wt％氯化钙溶液，持续搅拌30min，加入硫酸铵、水溶性淀粉，持续搅拌2-3h，过滤，收集滤液，加入基体，持续搅拌反应20-24h，加入琼脂，搅拌混合均匀后，冷冻干燥得到复合载体；

制剂的制备：向经过扩大培养得到的微生物菌体中加入0.85％的生理盐水配置得到20-30wt％的菌液，将复合载体按照12-15g/L的固液比加入到菌液中，于温度为35-37℃温度下保温培养24h，得到微生物制剂。

进一步，所述改性苎麻纤维的制备方法为：

膨化：将苎麻纤维浸泡在去离子水中至水饱和，放入膨化机中，通入氮气，加压至1.2-2MPa，保持10-15min，瞬时泄压，得到膨化苎麻纤维；

软化：将膨化苎麻纤维置于管式炉中，通入氨气进行碳化处理10-20min，冷却至室温后置于球磨机中碾磨、过筛，以1:20的固液比浸泡于15wt％的N-甲基吡咯烷酮中，升温至80℃，持续搅拌反应60min，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于105℃温度下烘干，得到软化苎麻纤维；

接枝：配置pH为7.5的Tris-HCL缓冲液，加入软化苎麻纤维，超声分散，加入盐酸多巴胺溶液，室温下搅拌24-28h，加入硅烷化玄武岩纤维，持续搅拌反应20-24h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干，进行低温等离子体处理得到改性苎麻纤维。

通过碳化处理对苎麻纤维中的木质素、半木质素进行分解成碳，通过对碳化温度和时间的控制，使得苎麻纤维内部依然保持纤维状态，依然具有纤维的韧性，而通过碾磨将结碳从纤维上剥离，不仅增加了苎麻纤维表面的粗糙度，同时使得苎麻纤维更柔软，能够更好的进行后续基体的制备。

进一步，所述低温等离子体处理是空气作为工作气体，压力为25-30Pa、功率为150-165W，处理时间为30-45s。

进一步，所述硅烷化玄武岩纤维的制备方法为：向90wt％乙醇溶液中加入硅烷偶联剂，以1800-2000r/min的搅拌速度持续搅拌水解30-45min，加入的玄武岩纤维，持续搅拌10min，离心、烘干得到硅烷化玄武岩纤维。

进一步，所述玄武岩纤维中第一纤维和第二纤维的质量比为3:2。

本发明的有益效果：

1.本发明公开了一种提高烟叶品质的微生物制剂，在菌液中添加了复合载体，利用复合载体为微生物提供生长繁殖的场所和营养物质，从而在一定程度上保证了微生物的细胞活性，保证了后续的在烟叶陈化过程中的应用效果。

2.本发明的一种提高烟叶品质的微生物制剂，利用蜡状芽孢杆菌可以完全利用苎麻纤维作为能量来源进行繁殖的特性，对苎麻纤维进行改性，通过膨化、软化处理更有利于蜡状芽孢杆菌的附着以及对苎麻纤维的利用，再通过与玄武岩纤维的复合，在将改性苎麻纤维制成基体后，能够对基体起到支撑作用，使得改性苎麻纤维和改性苎麻纤维之间分散，从而在一定程度上保证了蜡状芽孢杆菌和基体之间的接触面积。

3.本发明的复合载体，所使用的改性苎麻纤维、琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉都属于绿色原料，原料成本低、对环境无害。

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：

本发明的一种提高烟叶品质的微生物制剂，包括微生物和复合载体，复合载体是以改性苎麻纤维制成基体，再与琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉复合而成，改性苎麻纤维、琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉的质量比为(2-3):(0.2-0.4):(0.5-0.8):(0.6-1)，其中，微生物为蜡状芽孢杆菌，改性苎麻纤维是将苎麻纤维先后经膨化、软化后，再接枝玄武岩纤维，最后经空气等离子体处理后制得，玄武岩纤维包括第一玄武岩纤维和第二玄武岩纤维，第一玄武岩纤维的直径为0.5-0.8μm，长径比为1-2，第二玄武岩纤维的直径为1-2μm，长径比为1-1.5，具体如下：

实施例一

硅烷化玄武岩纤维的制备

取直径为0.5-0.8μm的玄武岩纤维和直径为1-2μm的的玄武岩纤维，分别置于球磨机中进行球磨，收集直径为0.5-0.8μm，长径比1-2的颗粒为第一玄武岩纤维，直径为1-2μm，长径比为1-1.5的颗粒为第二玄武岩纤维，分别称取0.6g第一玄武岩纤维和0.4g第二玄武岩纤维，经过球磨混合之后得到玄武岩纤维，向100ml 90wt％乙醇溶液中加入2g硅烷偶联剂，以2000r/min的搅拌速度持续搅拌水解30min，加入第一玄武岩纤维、第二玄武岩纤维，持续搅拌10min，离心，于60℃温度下烘干得到硅烷化玄武岩纤维。

改性苎麻纤维的制备

膨化：将苎麻纤维浸泡在去离子水中至水饱和，放入膨化机中，通入氮气，加压至1.2MPa，保持15min，瞬时泄压，得到膨化苎麻纤维；

软化：将膨化苎麻纤维置于管式炉中，通入氨气，升温至300℃进行碳化处理10min，冷却至室温后置于球磨机中碾磨、过筛，以1:20的固液比浸泡于15wt％的N-甲基吡咯烷酮中，升温至80℃，持续搅拌反应60min，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于105℃温度下烘干，得到软化苎麻纤维；

接枝：配置200ml pH为7.5的Tris-HCL缓冲液，加入2g软化苎麻纤维，超声分散，加入0.85g盐酸多巴胺溶液，室温下搅拌24h，加入500mg硅烷化玄武岩纤维，持续搅拌反应20h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干，以空气作为工作气体，在压力为25Pa、功率为155W的条件下，进行低温等离子体处理35s得到改性苎麻纤维。

微生物制剂的制备

载体制备：称取2g改性苎麻纤维，将改性苎麻纤维聚集成多束纤维束，将每束纤维束分别采用针刺机针刺形成直径为0.1-0.3mm的球状基体，称取0.8g烘干后的豆饼粉碾磨后过筛，加入200ml 20wt％氯化钙溶液，持续搅拌30min，加入0.2g硫酸铵、0.6g水溶性淀粉，持续搅拌3h，过滤，收集滤液，加入基体，持续搅拌反应22h，加入0.2g琼脂，搅拌混合均匀后，冷冻干燥得到复合载体；

制剂的制备：向经过采用常规的方法进行扩大培养得到的微生物菌体中加入0.85％的生理盐水配置得到25wt％的菌液，将复合载体按照15g/L的固液比加入到菌液中，于温度为35-37℃温度下保温培养24h，得到微生物制剂，得到的微生物制剂在4℃温度下保存。

实施例二

硅烷化玄武岩纤维的制备

分别称取0.9g第一玄武岩纤维和0.6g第二玄武岩纤维，经过球磨混合之后得到玄武岩纤维，向200ml 90wt％乙醇溶液中加入4g硅烷偶联剂，以1800r/min的搅拌速度持续搅拌水解45min，加入第一玄武岩纤维、第二玄武岩纤维，持续搅拌10min，离心，于60℃温度下烘干得到硅烷化玄武岩纤维。

改性苎麻纤维的制备

膨化：将苎麻纤维浸泡在去离子水中至水饱和，放入膨化机中，通入氮气，加压至2MPa，保持10min，瞬时泄压，得到膨化苎麻纤维；

软化：将膨化苎麻纤维置于管式炉中，通入氨气，升温至400℃进行碳化处理20min，冷却至室温后置于球磨机中碾磨、过筛，以1:20的固液比浸泡于15wt％的N-甲基吡咯烷酮中，升温至80℃，持续搅拌反应60min，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于105℃温度下烘干，得到软化苎麻纤维；

接枝：配置250ml pH为7.5的Tris-HCL缓冲液，加入2g软化苎麻纤维，超声分散，加入1g盐酸多巴胺溶液，室温下搅拌26h，加入800mg硅烷化玄武岩纤维，持续搅拌反应22h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干，以空气作为工作气体，在压力为30Pa、功率为165W的条件下，进行低温等离子体处理30s得到改性苎麻纤维。

微生物制剂的制备

载体制备：称取1.5g改性苎麻纤维，将改性苎麻纤维聚集成多束纤维束，将每束纤维束分别采用针刺机针刺形成直径为0.1-0.3mm的球状基体，称取0.5g烘干后的豆饼粉碾磨后过筛，加入150ml 20wt％氯化钙溶液，持续搅拌30min，加入0.15g硫酸铵、0.4g水溶性淀粉，持续搅拌2h，过滤，收集滤液，加入基体，持续搅拌反应20h，加入0.2g琼脂，搅拌混合均匀后，冷冻干燥得到复合载体；

制剂的制备：向经过采用常规的方法进行扩大培养得到的微生物菌体中加入0.85％的生理盐水配置得到20wt％的菌液，将复合载体按照14g/L的固液比加入到菌液中，于温度为35-37℃温度下保温培养24h，得到微生物制剂，得到的微生物制剂在4℃温度下保存。

实施例三

硅烷化玄武岩纤维的制备与实施例一相同。

改性苎麻纤维的制备

膨化：将苎麻纤维浸泡在去离子水中至水饱和，放入膨化机中，通入氮气，加压至1.5MPa，保持12min，瞬时泄压，得到膨化苎麻纤维；

软化：将膨化苎麻纤维置于管式炉中，通入氨气，升温至350℃进行碳化处理15min，冷却至室温后置于球磨机中碾磨、过筛，以1:20的固液比浸泡于15wt％的N-甲基吡咯烷酮中，升温至80℃，持续搅拌反应60min，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于105℃温度下烘干，得到软化苎麻纤维；

接枝：配置200ml pH为7.5的Tris-HCL缓冲液，加入2.5g软化苎麻纤维，超声分散，加入1g盐酸多巴胺溶液，室温下搅拌28h，加入1g硅烷化玄武岩纤维，持续搅拌反应24h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干，以空气作为工作气体，在压力为25Pa、功率为150W的条件下，进行低温等离子体处理45s得到改性苎麻纤维。

微生物制剂的制备

载体制备：称取2g改性苎麻纤维，将改性苎麻纤维聚集成多束纤维束，将每束纤维束分别采用针刺机针刺形成直径为0.1-0.3mm的球状基体，称取1g烘干后的豆饼粉碾磨后过筛，加入200ml 20wt％氯化钙溶液，持续搅拌30min，加入0.25g硫酸铵、0.63g水溶性淀粉，持续搅拌3h，过滤，收集滤液，加入基体，持续搅拌反应24h，加入0.4g琼脂，搅拌混合均匀后，冷冻干燥得到复合载体；

制剂的制备：向经过采用常规的方法进行扩大培养得到的微生物菌体中加入0.85％的生理盐水配置得到30wt％的菌液，将复合载体按照12g/L的固液比加入到菌液中，于温度为35-37℃温度下保温培养24h，得到微生物制剂，得到的微生物制剂在4℃温度下保存。

将实施例一～实施例三制备得到的微生物制剂应用于烟叶陈化中，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，仅在菌液中添加0.1％的蛋白胨的微生物制剂作为对比，制备得到的微生物制剂存放于4℃温度下，分别取保存的第0天、第2天、第10天、1个月、3个月、6个月、12个月的微生物制剂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，在存放一年时间节点对应月的月末进行取样，对烟叶品质进行评分。评分结果如表1所示：

表1烟叶品质评分

保存时间	0天	2天	10天	1个月	3个月	6个月	12个月
								实施例一	85.2	88.4	88.6	87.9	87.2	86.3	85.8
实施例二	86.1	87.3	87.8	87.1	86.8	86.1	85.7
								实施例三	85.6	87.1	87.5	87.2	86.9	86.1	85.4
对比例	84.9	83.7	82.3	78.9	77.4	71.3	66.1
								空白例	64.3	65.2	65.4	64.9	63.4	66.8	65.7

通过上表可以看出，本发明的生物制剂和现有技术相比，在保存相同时间的条件下，本发明的微生物制剂依然能够保证较好的对烟叶提质的效果，从而反应出本发明的微生物制剂，和现有技术相比，能够更好的保证微生物的生物活性。

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 (7)

1.一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂包括微生物和复合载体，所述复合载体是以改性苎麻纤维制成基体，再与琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉复合而成，所述改性苎麻纤维、琼脂、水溶性淀粉、豆饼粉的质量比为(2-3):(0.2-0.4):(0.5-0.8):(0.6-1)，所述微生物为蜡状芽孢杆菌，所述改性苎麻纤维是将苎麻纤维先后经膨化、软化后，再接枝玄武岩纤维，最后经空气等离子体处理后制得；

所述复合载体制备具体为：将改性苎麻纤维聚集成纤维束，将纤维束采用针刺机针刺形成球状基体，取烘干后的豆饼粉碾磨后过筛，加入20wt％氯化钙溶液，持续搅拌30min，加入硫酸铵、水溶性淀粉，持续搅拌2-3h，过滤，收集滤液，加入基体，持续搅拌反应20-24h，加入琼脂，搅拌混合均匀后，冷冻干燥得到复合载体。

2.根据权利要求1所述的一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述玄武岩纤维包括第一玄武岩纤维和第二玄武岩纤维，所述第一玄武岩纤维的直径为0.5-0.8μm，长径比为1-2，所述第二玄武岩纤维的直径为1-2μm，长径比为1-1.5。

3.根据权利要求2所述的一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂的制备方法具体包括以下步骤：

复合载体制备：将改性苎麻纤维聚集成纤维束，将纤维束采用针刺机针刺形成球状基体，取烘干后的豆饼粉碾磨后过筛，加入20wt％氯化钙溶液，持续搅拌30min，加入硫酸铵、水溶性淀粉，持续搅拌2-3h，过滤，收集滤液，加入基体，持续搅拌反应20-24h，加入琼脂，搅拌混合均匀后，冷冻干燥得到复合载体；

制剂的制备：向经过扩大培养得到的微生物菌体中加入0.85％的生理盐水配置得到20-30wt％的菌液，将复合载体按照12-15g/L的固液比加入到菌液中，于温度为35-37℃温度下保温培养24h，得到微生物制剂。

4.根据权利要求3所述的一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述改性苎麻纤维的制备方法为：

膨化：将苎麻纤维浸泡在去离子水中至水饱和，放入膨化机中，通入氮气，加压至1.2-2MPa，保持10-15min，瞬时泄压，得到膨化苎麻纤维；

软化：将膨化苎麻纤维置于管式炉中，通入氨气进行碳化处理10-20min，冷却至室温后置于球磨机中碾磨、过筛，以1:20的固液比浸泡于15wt％的N-甲基吡咯烷酮中，升温至80℃，持续搅拌反应60min，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于105℃温度下烘干，得到软化苎麻纤维；

接枝：配置pH为7.5的Tris-HCL缓冲液，加入软化苎麻纤维，超声分散，加入盐酸多巴胺溶液，室温下搅拌24-28h，加入硅烷化玄武岩纤维，持续搅拌反应20-24h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，烘干，进行低温等离子体处理得到改性苎麻纤维。

5.根据权利要求4所述的一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述低温等离子体处理是空气作为工作气体，压力为25-30Pa、功率为150-165W，处理时间为30-45s。

6.根据权利要求5所述的一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述硅烷化玄武岩纤维的制备方法为：向90wt％乙醇溶液中加入硅烷偶联剂，以1800-2000r/min的搅拌速度持续搅拌水解30-45min，加入的玄武岩纤维，持续搅拌10min，离心、烘干得到硅烷化玄武岩纤维。

7.根据权利要求6所述的一种提高烟叶品质的微生物制剂，其特征在于，所述玄武岩纤维中第一玄武岩纤维和第二玄武岩纤维的质量比为3:2。