摘要 為降解煙葉中過(guò)量的蛋白質(zhì)，提高煙葉的綜合品質(zhì)和利用率，以蛋白質(zhì)降解率為指標(biāo)，研究菠蘿蛋白酶降解煙葉蛋白的工藝條件。結(jié)果表明，菠蘿蛋白酶水解煙葉蛋白質(zhì)最佳工藝條件為反應(yīng)溫度50 ℃、酶添加量0.010%、反應(yīng)時(shí)間16 h。該條件處理后的煙葉，蛋白質(zhì)含量均有所降低，煙香改善，余味干凈，刺激性減小，但烤煙香氣量稍有降低。

關(guān)鍵詞 菠蘿蛋白酶;雪茄煙葉;蛋白質(zhì)

中圖分類號(hào) TS 44+4" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2025）04-0162-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.034

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on Reducing the Content of Protein in Tobacco by Bromelain

CHEN Ke bing，YIN Ru hong，LIU Xin jie et al

（Hainan Hongta Cigarette Co.，Ltd.，Haikou，Hainan 571137）

Abstract In order to degrade the excess protein in tobacco leaves and improve the comprehensive quality and utilization rate of tobacco leaves，the process conditions of bromelain to degrade tobacco leaf protein were studied with the protein degradation rate as the index.The results showed that the optimal process conditions for bromelain hydrolysis of tobacco leaf protein were as follows：reaction temperature 50°C，enzyme application amount 0.010%，and reaction time 16 h.Under these conditions，the protein content of the treated tobacco leaves was reduced，the tobacco aroma was improved，the aftertaste was clean，and the irritation was reduced，but the aroma of flue cured tobacco was slightly reduced.

Abstract Bromelain;Cigar tobacco leaves;Protein

基金項(xiàng)目 中國(guó)煙草實(shí)業(yè)發(fā)展中心科技計(jì)劃項(xiàng)目“利用菠蘿蛋白酶提升煙葉品質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)研究”（ZYSYQ 2022 14）。

作者簡(jiǎn)介 陳科冰（1994—），男，安徽宿州人，碩士，助理工程師，從事卷煙加工技術(shù)研究。*通信作者，中級(jí)工程師，從事卷煙香精香料技術(shù)研究。

收稿日期 2024-04-15；修回日期 2024-06-14

蛋白質(zhì)是煙葉中的重要化學(xué)成分，其含量的高低與煙草品質(zhì)密切相關(guān)。一般認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量過(guò)高會(huì)在卷煙燃吸過(guò)程中產(chǎn)生刺激性氣味及各種有害成分，從而影響煙草制品的感官品質(zhì)^［1］。因此，如何有效降解煙葉中蛋白質(zhì)含量、改善其燃吸質(zhì)量、提高煙葉可用性已成為當(dāng)前科技工作者普遍關(guān)注的問(wèn)題。目前，行業(yè)內(nèi)主要通過(guò)添加外源酶制劑將蛋白質(zhì)催化水解成小分子蛋白、多肽和氨基酸等，這些物質(zhì)在卷煙燃吸過(guò)程中通過(guò)美拉德反應(yīng)可參與生成各種不同的致香物質(zhì)，可以有效減少煙草的澀度和苦味，降低刺激性、增加香氣，提高卷煙吸食品質(zhì)^［2］。樊文舉^［3］研究了不同外源酶制劑對(duì)烤煙煙葉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，酶處理后煙葉中總植物堿、總氮和淀粉含量降低，糖含量增加，香氣質(zhì)量得到提升，香氣透發(fā)性好，煙葉外觀質(zhì)量也有所改觀。楊宗燦等^［4］利用經(jīng)中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶配比后的復(fù)合蛋白酶制劑處理煙葉，可明顯降低煙葉蛋白質(zhì)含量，提升整體感官質(zhì)量。鄧羽翔等^［5］研究發(fā)現(xiàn)，打葉復(fù)烤過(guò)程中添加復(fù)合生物酶對(duì)煙葉原料具有明顯的提質(zhì)降害作用。普元柱等^［6-9］研究表明，在雪茄煙葉發(fā)酵過(guò)程中添加酶制劑可以有效提高發(fā)酵質(zhì)量，增加總糖含量和糖氮比，降低蛋白質(zhì)含量，減少青雜氣和刺激性甚至消除苦辣澀味。胡捷等^［10］將中草藥提取物及酶制劑與雪茄煙葉共同發(fā)酵，有效降解了原料中不利成分，提高了產(chǎn)品品質(zhì)。鄭霖霖等^［11］研究發(fā)現(xiàn)，在雪茄茄芯煙葉中添加外源酶制劑可有效改善煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性及感官品質(zhì)。

菠蘿蛋白酶是一種純天然植物蛋白酶，是由至少5種不同分子量和分子結(jié)構(gòu)的水解蛋白酶構(gòu)成的酶，其水解蛋白的活性較木瓜蛋白酶高10倍以上，具有催化底物多樣性、反應(yīng)過(guò)程溫和、催化效率快等特點(diǎn)，在食品、醫(yī)藥以及畜牧生產(chǎn)等方面有著廣泛應(yīng)用^［12-16］。目前，行業(yè)內(nèi)利用單一菠蘿蛋白酶改善烤煙及雪茄煙葉品質(zhì)的研究較少。鑒于此，筆者以雪茄和烤煙煙葉為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，研究菠蘿蛋白酶處理對(duì)煙葉中蛋白質(zhì)含量的影響，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行極差分析，通過(guò)感官驗(yàn)證，確定菠蘿蛋白酶降解煙葉中蛋白質(zhì)的最佳條件，為探索菠蘿蛋白酶在降低煙葉蛋白質(zhì)含量的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 菠蘿蛋白酶，天地人公司；烤煙煙絲（上部煙模塊），海南紅塔卷煙有限責(zé)任公司；雪茄煙葉，海口雪茄研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；恒溫恒濕箱，德國(guó)Binder公司；烘箱，無(wú)錫瑪瑞特科技有限公司；粉絲機(jī)，上海鼎廣機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菠蘿蛋白酶的添加。

準(zhǔn)確稱取煙絲20 g，配制不同濃度的菠蘿蛋白酶酶解液，利用喉頭噴霧器將酶解液均勻噴灑在煙絲上，將添加蛋白酶的煙絲裝入密封袋并放置于恒溫恒濕箱中，根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)節(jié)恒溫恒濕箱的溫度和反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后將試驗(yàn)煙絲放置于90" ℃的烘箱中，高溫處理0.5 h 使酶滅活終止反應(yīng)。對(duì)照試驗(yàn)用蒸餾水均勻噴灑煙絲，調(diào)整煙絲水分含量為25%，同試驗(yàn)樣品一起放置于恒溫恒濕箱和烘箱中進(jìn)行相同處理。

1.3.2 煙絲蛋白質(zhì)含量的測(cè)定。

煙絲蛋白質(zhì)含量依據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 249—2008測(cè)定。

1.3.3 煙絲蛋白質(zhì)降解率（X）的計(jì)算。按以下公式進(jìn)行：

X=（X 1-X 2）/X 1×100%

式中：X 1為煙絲酶解前蛋白質(zhì)含量（%）；X 2為煙絲酶解后蛋白質(zhì)含量（%）。

1.3.4 酶解反應(yīng)單因素試驗(yàn)。

1.3.4.1 反應(yīng)溫度對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解的影響。準(zhǔn)確稱取6份供試煙絲，按照0.010%添加菠蘿蛋白酶，將6份試驗(yàn)煙絲的酶解反應(yīng)溫度分別設(shè)定為30、35、40、45、50、55 ℃，反應(yīng)12 h，分別測(cè)定煙絲蛋白質(zhì)降解率。

1.3.4.2 菠蘿蛋白酶添加量對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解的影響。準(zhǔn)確稱取6份試驗(yàn)煙絲，設(shè)定菠蘿蛋白酶的添加量分別為0.005%、0.010%、0.020%、0.030%，反應(yīng)溫度設(shè)定45" ℃，反應(yīng)12 h，分別測(cè)定煙絲蛋白質(zhì)降解率。

1.3.4.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解的影響。準(zhǔn)確稱取5份試驗(yàn)煙絲，設(shè)定蛋白酶的添加量為0.010%，在溫度45 ℃時(shí)分別反應(yīng)8、12、16、20、24 h，分別測(cè)定煙絲蛋白質(zhì)降解率。

1.3.5 正交試驗(yàn)。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取酶添加量（A）、反應(yīng)溫度（B）、反應(yīng)時(shí)間（C）3個(gè)因素，以蛋白質(zhì)的降解率為指標(biāo)，進(jìn)行L 9（34）正交試驗(yàn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 反應(yīng)溫度對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解效果的影響。

由圖1所示，在30～55" ℃的溫度范圍內(nèi)，煙絲蛋白質(zhì)的降解率隨著反應(yīng)溫度的升高表現(xiàn)出先上升而后下降的趨勢(shì)。菠蘿蛋白酶作為一種生物酶，在適宜的溫度下，其酶活性最強(qiáng)，催化效能最強(qiáng)，溫度過(guò)高會(huì)致使酶分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，酶的催化作用降低甚至喪失。因此，將菠蘿蛋白酶處理煙絲降低蛋白質(zhì)的反應(yīng)溫度定為45" ℃。

2.1.2 酶添加量對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解效果的影響。

由圖2所示，蛋白酶的添加量按照0.005%、0.010%、0.020%、0.030%加入，其對(duì)應(yīng)的煙絲蛋白質(zhì)降解率分別為7.93%、11.27%、11.36%和11.24%，說(shuō)明隨著酶添加量的增加，不能夠持續(xù)提升煙絲蛋白質(zhì)的降解效果。綜合考慮，蛋白酶較適宜的添加量為0.010%。

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解效果的影響。

由圖3可見(jiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，煙絲蛋白質(zhì)含量降低速度加快，蛋白質(zhì)降解率從5.95%提升至12.21%，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，煙絲中蛋白質(zhì)含量變化緩慢，降解效率未能有效提升。由于蛋白酶處理煙絲的過(guò)程中，煙絲的顏色不斷加深，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，煙絲的顏色變化越明顯。綜合考慮，將反應(yīng)時(shí)間確定為16 h。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)煙絲蛋白質(zhì)降解的單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取反應(yīng)溫度（45、50、55 ℃）、酶添加量（0.005%、0.010%、0.020%）、反應(yīng)時(shí)間（12、16、20 h）3個(gè)變量，進(jìn)行L 9（34）正交試驗(yàn)，對(duì)菠蘿蛋白酶降解煙絲蛋白質(zhì)的試驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)因素水平、方案及方差分析結(jié)果見(jiàn)表1～3。

由正交試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，反應(yīng)溫度（A）、酶添加量（B）、反應(yīng)時(shí)間（C）3個(gè)因素的極差值分別是5.477、1.150、1.043，說(shuō)明對(duì)煙絲蛋白質(zhì)降解率影響因素主次順序?yàn)榉磻?yīng)溫度（A）gt;酶添加量（B）gt;反應(yīng)時(shí)間（C）。方差分析結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度對(duì)菠蘿蛋白酶降解煙絲蛋白質(zhì)的過(guò)程有顯著性影響，蛋白酶添加量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)該過(guò)程無(wú)顯著性影響。綜合考慮，最優(yōu)酶解反應(yīng)條件確定為A 2B 2C 2，即反應(yīng)溫度50" ℃、酶添加量0.010%、反應(yīng)時(shí)間16 h。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

按照正交試驗(yàn)結(jié)果確定的最優(yōu)酶解條件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表4，在反應(yīng)溫度50" ℃、酶添加量0.010%、反應(yīng)時(shí)間16 h的條件下，雪茄煙絲的蛋白質(zhì)降解率為12.68%，烤煙煙絲的蛋白質(zhì)降解率為10.33%，雪茄煙絲的蛋白質(zhì)降解率均優(yōu)于正交試驗(yàn)的9組試驗(yàn)結(jié)果。

2.4 感官評(píng)價(jià)

將菠蘿蛋白酶處理前后的雪茄煙絲和烤煙煙絲分別制作成煙支樣品，在溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%恒溫恒濕箱中平衡48 h，組織評(píng)委進(jìn)行評(píng)吸。結(jié)果表明：雪茄煙絲經(jīng)菠蘿蛋白酶處理后刺激性降低，香氣質(zhì)有所改善，余味變得干凈舒適；烤煙煙絲經(jīng)菠蘿蛋白酶處理后顏色加深，香氣質(zhì)有改善，刺激性降低，余味干凈，但香氣量略有降低。

3 結(jié)論與討論

海南作為國(guó)內(nèi)唯一的熱帶海島，菠蘿產(chǎn)量常年穩(wěn)定在50萬(wàn)t以上，位居全國(guó)第2，主要栽培品種為巴厘菠蘿、香水菠蘿、金鉆菠蘿、甜蜜蜜菠蘿及其他近10種風(fēng)味各異的菠蘿。同時(shí)，海南擁有與古巴等國(guó)外優(yōu)質(zhì)雪茄產(chǎn)區(qū)接近的緯度和生態(tài)條件，具有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉的天然稟賦，是國(guó)內(nèi)最具潛力的優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉原料產(chǎn)區(qū)。為充分發(fā)揮海南菠蘿和雪茄種植區(qū)位優(yōu)勢(shì)，筆者采用正交試驗(yàn)對(duì)菠蘿蛋白酶降解雪茄煙葉蛋白質(zhì)的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化研究，得到最佳酶解工藝條件為反應(yīng)溫度50" ℃、酶添加量0.010%、反應(yīng)時(shí)間16 h。該條件下經(jīng)菠蘿蛋白酶處理后的雪茄煙絲和烤煙煙絲蛋白質(zhì)降解率分別為12.68%、10.33%；感官評(píng)價(jià)結(jié)果表明，煙葉香氣質(zhì)均有所改善，刺激減小，余味干凈，但是烤煙煙葉香氣量有所降低。以上研究表明，菠蘿蛋白酶能有效降低煙葉中蛋白質(zhì)含量，綜合提升煙葉抽吸品質(zhì)。菠蘿蛋白酶處理過(guò)的煙葉常規(guī)化學(xué)成分及香氣物質(zhì)含量有待于進(jìn)一步研究。

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