（食品科学专业论文）烟草防霉剂富马酸二甲酯的合成及应用.pdf

摘要 摘要 烟草是重要经济作物，病虫害种类多，危害严重。贮烟霉变现象导致的报废和贮烟 质量的降低是烟叶仓贮期必须重视的问题；防治贮烟霉变是储烟综合治理的重要内容。 本文通过合成富马酸二甲酯作为烟草防霉剂，取得了良好效果。 首先对富马酸二甲酯的合成工艺及分析方法进行了研究。确定了富马酸二甲酯的最 佳合成工艺条件。采用硫酸氢钠为催化剂，用氧化钙为吸水剂，当酸醇摩尔比为1 ：1 0 ， 催化剂添加量为富马酸质量的1 5 ，反应温度7 5 ，搅拌速度1 3 6 r m i n l ，回流5 h ，所 得酯产率达到7 4 9 。所得产物经分离纯化后，用紫外和红外光谱分析，在2 1 0 n m 处有 最大吸收峰，所得红外图谱与标准富马酸二甲酯红外图谱对照后，可知产物为富马酸二 甲酯。采用高效液相色谱作为定量分析方法，条件为：色谱柱z o r b a xs b c 1 8 ( 5 0 x n ，2 5 0 m m 4 6 m mi d ) ，流动相乙醇水( 9 0 ：1 0 ，v ) ，流速0 6 m l m i n 1 ，柱温3 0 ，检 测波长2 1 0 n m ，进样量1 5 此，u v 检测器。富马酸二甲酯在该检测条件下的保留时间为 5 3 3 5 m i n 。 初步鉴定储烟霉菌为4 个属：青霉属，根霉属，曲霉属及毛霉属。分别是半知菌亚 门青霉属扩张青霉衅e x p a n s u m ) ，匐枝青霉( e s t o l o n i f e r u mt h o r n ) ，根霉属米根霉僻o r y z a e w e n te tp r g e e r l i n g s ) ，曲霉属黑曲霉似n i g e r ) ，局限曲霉似r e s t r i c t u s ) ，接合菌亚门毛霉 属总状毛霉( 磁r a c e m o s u sf r e s ) 。 由富马酸二甲酯对各霉菌的抑菌性实验可知，富马酸二甲酯对扩张青霉的抑制效果 最好，对米根霉的抑制效果最差，但在较低的浓度可以全面抑制各种菌的生长。富马 酸二甲酯的抑菌效果受到温度的影响，对p h 适应范围较广，受到自身挥发性的影响较 大。 由富马酸二甲酯直接添加法防霉实验，可知烟叶含水量为1 8 时，添加5 0 0m g k g 。1 的富马酸二甲酯对储藏片烟能起到有效的防霉效果。烟叶含水量为1 3 时，添加或不添 加富马酸二甲酯到1 2 0 d 时均不会发生霉变。在对烟叶防蛀的实验中，可知富马酸二甲 酯不仅可以防止烟叶虫蛀，还可以在很大程度上杀灭蛀虫。 经感官评吸，可知在5 0 0 1 5 0 0 m g k 9 1 的添加量范围内，富马酸二甲酯的添加对烟叶 的感官品质基本上无不良影响。通过对添加富马酸二甲酯的卷烟烟气进行g c m s 分析， 发现添加富马酸二甲酯的卷烟烟气成分及其对照样的g c 。m s 分析中均未检出富马酸二 甲酯，可认为样品中无富马酸二甲酯释出。采用气相色谱法，对富马酸二甲酯在储藏烟 叶上的残留量进行检测。发现添加量为5 0 0m g k g o 时，经过卷烟加工工艺的烟叶上没有 残留，而添加量为1 5 0 0m g 埏1 时，烟叶上的残留量仅为0 0 7 5 2m g k g 一，添加在烟叶中 的富马酸二甲酯基本已全部挥发完。 总之，在烟叶中添加富马酸二甲酯作为防霉剂非常安全且对烟叶的感官品质及常规 指标不会有不良影响。 关键词：富马酸二甲酯；硫酸氢钠；防霉；感官品质；安全性 a b s t r a c t a b s t r a c t t o b a c c oi sa l li m p o r t a n te c o n o m i cp l a n tw h i c hh a sb e e nb a d l yd e s t r o y e db yt o b a c c o d i s e a s ea n dm i l d e w t h eq u a l i t yd e c r e a s i n ga n db r e a k a g eo ft o b a c c oc a u s e db yt o b a c c o m i l d e wi sac r u c i a lp r o b l e mw h i c hm u s tb ea t t a c h e di m p o r t a n c et o m i l d e wc o n t r o l l i n gi sa l l i m p o r t a n tp a r to fg e n e r a lt r e a t m e n to fs t o r e dt o b a c c o i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，d i m e t h y lf u m a r a t e w a ss y n t h e s i z e dt ob eu s e da st h ef u n g i c i d eo ns t o r e dt o b a c c om i l d e ww h i c hw a sp r o v e dt ob e l l i 曲l ye f f e c t i v e t h es y n t h e s i sc o n d i t i o na n da n a l y s i sm e t h o dw e r es t u d i e df i r s ti n t h i sd i s s e r t a t i o n t h e c o n d i t i o no fs y n t h e s i so fd i m e t h y lf u m a r a t ew a so p t i m i z e d s o d i u mb i s u l f a t ew a sp i c k e da s t h ec a t a l y s ti nt h ec o n d e n s a t i o nr e a c t i o no ff u m a r i ca c i da n dm e t h a n 0 1 u s i n gc a l c i u mo x i d e a st h ed e s i c c a n tw a sa ne f f e c t i v em e t h o do fr e m o v i n gw a t e rf r o mt h em e t h a n 0 1e s t e r i f i c a t i o n 1 1 1 em o l a rr a t i ob e t w e e nf u m a r i ca c i da n dm e t h a n o lw a s1 ：10 u s a g eo fc a t a l y s tw a s15 o f f u m a r i ca c i d ，t h er e a c t i o nw a sc a r r i e do u ta t7 5 a st h ec h u r n i n gr a t ew a s13 6r - m i n 一 r e f l u x i n gf o r5 h , t h ey i e l dw a su pt 07 4 9 t h ep r o d u c tw a sa n a l y z e db yu va n di rf i g h t a f t e rp u r i f i c a t i o n ap e a kw a sf o u n da t210 n m ，c o m p a r i n gt h ei rs p e c t r at ot h eo n eo fp u r e d m f , d m fw a si d e n t i f i e d h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) w a su s e dt o a n a l y z et h eq u a n t i t yo fd m f c h r o m a t o g r a r n 州t l lm 曲r e s o l u t i o nw a so b t a i n e du s i n gt h e c o l u m no f z o r b a ) 【s b c 18 ( 5 9 r n ，2 5 0 m m x 4 6 m mi d ) w i t hau vd e t e c t o ra n dt h em o b i l ep h a s e o fe t h a n o l ：w a t e r9 0 ：10 v va taf l o wr a t eo f0 6m l m i n 1a t3 0 0 ca n d21o n t oo f d e t e c t i n g w a v e l e n g t h 硼1 ef u n g is e p a r a t e df r o ms t o r e dt o b a c c ow e r ei d e n t i f i e da ss p e c i e so fa s p e r g i l l u s , p e n i c i l l i u m , r h i z o p u s , m u c o r t h e yw e r em r a c e m o s u sf r e s , p s t o l o n i f e r u mt h o r n , r o r y z a ew e n te tp r g e e r l i n g s ，a n i g e r ，a r e s t r i c t u sa n dp e x p a n s u mr e s p e c t i v e l y ，n l er e s u l t so fm i l d e w - p r e v e n t i n ge x p e f i m e n ts h o w e dt h a tt h ei n h i b i t i o ne f f e c to fd m f a g a i n s tp e x p a n s u mw a so p t i m a lw h i l et or o r y z a ew e n te tp rg e e r l i n g si tw a sw o r s e d m f c o u l di n h i b i tt h eg r o w t ho fa l lf u n g ia tac e r t a i nc o n c e n t r a t i o n i t se f f e c tc o u l db ea f f e c t e db y t e m p e r a t u r e p ha n dt h ev o t a l i t yi t s e l f a tt h em o i s t u r ec o n t e n to fl8 d m fw a se f f e c t i v ei n m i l d e w p r e v e n t i n ga tt h ec o n c e n t r a t i o no f5 0 0m g k g ，i ta l s oh a d f a v o r a b l em o t h - p r e v e n t i n g e f f e c ta tac e r t a i nc o n c e n t r a t i o n s od m fc o u l db eu s e da sa l le f f e c t i v ef u n g i c i d ea n d m o t h p r o o f e ri nt o b a c c os t o r a g e a f j 陪c to fa d d i t i o no fd m fo nt h es e n s o r yc h a r a c t e r i s t i c so fc i g a r e t t ew e r et e s t e db y12 e x p e r t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h ea m o u n tw a sa tt h er a n g eo f5 0 0 15 0 0 m g k g ，t h e a d d i t i o no fd m fh a dn oe f f e c to nt h es e n s o r yq u a l i t yo fc i g a r e t t e f r o mt h eg c 。m sr e s u l t so f m a i n s t r e a ms m o k ea n a l y s i s ，n od m fw a sd e t e c t e de i t h e ri nt h ec i g a r e t t ew h i c hw e r ea d d e d d 【fo rn o t s oi tw a st h o u g h tt h a tn od m fw a sr e l e a s e d t h er e s i d u a ld m fo ns t o r e d t o b a c c ow e r ed e t e c t e db yg a sc h r o m a t o g r a p h y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a sn od m fl e f t i nt h et o b a c c ow h i c hh a db e e nt r e a t e du s i n gt h eg e n e r a lp r o c e s sw h e nt h ea d d i t i o na m o u n t w a s5 0 0 m g k g k w h e nt h ea m o u n tw e n tt o15 0 0 m g k g - 1 ，t h er e s i d u a ld m fw a so n l y2 2 1 m g k g m o s to fw h i c hh a db e e nv o l a f i l i z e d a b o v ea 1 1 u s i n gd m fa st h ef u n g i c i d ew a ss a f ea n dt h e r ew a sn oi n f l u e n c eb o t ho nt h e s e n s o r yc h a r a c t e r t i c sa n dt h eg e n e r a li n d e xo fc i g a r e t t e s i i a b s t r a e t 、 k e yw o r d s ：d i m e t h y lf u m a r a t e ；s o d i u mb i s u l f a t e ；f u n g i c i d e ；s e n s o r yq u a l i t y ；s a f e t y i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注扣致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名： 导师签名： 日 期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 烟草产业在国民经济中的作用 我国是世界上第一烟叶生产大国，烟叶产量约占世界总产量的三分之一【l 】，基本稳 定在1 5 0 万吨左右【2 】，烟草作为一种特殊的经济作物，是国家财政的重要来源。2 0 0 0 年， 烟草行业以实现利税1 0 5 0 亿元的辉煌业绩名列全国诸行业之首，为国家做出了应有的 贡献，为过去的2 0 世纪划上了一个圆满的句掣3 】；自1 9 8 7 年以来，烟草行业实现的税 利合计已连续1 4 年高居国民经济各行业之首，为国家建设做出了巨大贡献【4 】。2 0 0 4 年 我国烟草利税超过2 1 0 0 亿元，与2 0 0 0 年利税相比中国烟草行业四年利税翻了一番。我 国是世界上人1 3 最多的国家，也是世界上烟民最多的国家1 5 j 。由于烟草类产品是一种具 有“致瘾性 特征的嗜好性消费品，受许多社会的、生理的、心理的因素影响，使得中 国烟草市场客观上一直存在着十分庞大的消费群体。在满足市场需求和增加政府财政收 入的双重力量拉动下，现阶段中国已成长为名副其实的世界烟草第一大国，常年吸烟人 口高达3 1 亿之多，约占全球吸烟总人口的1 3 t 5 1 。吸烟虽然有害于健康，但作为嗜好品 的卷烟已成为一种社会需求品；而且吸烟已经与文化紧密地联系在一起进而形成烟草文 化【6 】。尽管烟草行业由于其产品的特殊性而受到严格的政府管制，但从现实的国情来看， 烟草行业对未来社会经济的正常运转仍将起着举足轻重的支撑作用，它在很长一段时期 内将是难以被替代的支柱性产业之一f 7 1 。 1 2 烟草霉变问题 烟叶的自然醇化或人工发酵是提高烟叶燃吸品质和可用性的重要环节之一f 7 】。近年 来，随着我国烟草产业的迅速发展，烟叶贮藏的规模和数量越来越大，贮藏时间也相应 延长。由于烟叶吸湿性强，而烟叶中又含有微生物生长所需要的各种营养物质，如葡萄 糖、蛋白质、有机酸、叶绿素、胡萝b 素、烟碱等【8 】，是一种天然的基质，并且从种子 萌发到加工后的产品到达消费者手里这段时间里，烟叶一直暴露在土壤和空气的污染物 中，一旦条件适宜，烟叶极易滋生各种微生物而发生霉变( 即贮藏病害) ，造成重大经 济损失。 2 0 0 2 年我国加入w t o 后，烟草进入国际市场，因而贮烟逐渐由片烟替代把烟，目 前全行业片烟产量已占烟叶供应量的5 0 以上【9 】，随之出现了一个较突出的问题即是贮 烟霉变的问题。贮烟和卷烟制品每年因霉变造成损失相当惊人【l o q 3 ，达到烟草商品总额 的1 3 t 1 4 】。烟叶霉变是由于霉菌在烟叶上滋生繁殖，致使烟叶发霉变质【l5 1 。霉变后 的烟叶水溶性总糖的含量会降低，而烟叶中含氮化合物( 以总氮量表示) 主要是指蛋白 质、烟碱和可溶性氮等的含量会升高，使烟叶的糖烟碱比在6 1 0 这个范围外( 糖烟碱 比接近l o 的烟叶质量最好) ，从而使烟叶的品质降, f l t 1 6 】。据日本沟口和宪等报道【1 7 d 9 1 烟叶发霉后，烟叶、卷烟的内含物被迅速分解，正常的结构和内含物遭到破坏，外观色 泽发暗，原有的香气消失，发出浓烈的霉酸臭味，吸味严重恶化，刺激性增大，吸时苦 涩干燥，不能入喉，烟叶( 烟丝) 的韧性和弹性大大降低，霉味严重时，完全变成了黑 污色具恶臭的腐烂物，没有使用价值，给生产者造成重大损失。且霉菌能产生霉菌毒素， 江南大学硕士学位论文 会严重的影响人体健康，特别是黄曲霉，具有致癌作用【2 0 彩】，烟叶中的霉菌还会引起过 敏和哮喘【2 4 】。 1 2 1 烟草霉变的机制 周围空气的相对湿度对于烟草霉变的影响至关重要，这与烟草的容湿特性密切相 判2 5 】。烟草对于空气湿度的变化有极大的敏感性。当空气相对湿度发生变化时，烟草的 含水量也将发生明显的变化。烟草中含有糖、烟碱、蛋白质等成分，具有亲水性，当空 气中的湿度增大时，烟草就从空气中吸收水分，而使本身含水量增加。烟草的含水量随 着相对湿度的增大而增大【2 6 1 。 表12 0 时不同湿度下烟叶含水量 t a b 1m o i s t u r ec o n t e n to ft o b a c c oa td i f f e r e n th u m i d i t ya t2 0 c 环境温度与烟草的吸湿能力有正相关关系。在相同湿度条件下，温度越高，烟叶吸 湿能力越大( 表2 ) 【2 6 j 。 ， 对于同一品种而不同部位的烟叶，其霉变速度也表现出差异。不同部位烟叶在相同 温湿度条件下的霉变速度有差异，以顶叶和脚叶霉变速度较快。这种情况与烟叶在该条 件下的吸湿速度和容湿力有关【2 5 j 。 一 不同地区的烟叶，由于其化学成分有差别，它们的吸湿性也表现个别，所以在相同 温湿度条件下，其霉变速度也有差异【2 5 1 。 有研究表明，发酵烟比未发酵烟较不易发霉【2 6 1 。烟草界的看法是发酵进一步降低了 烟叶含水量，抑制了霉菌的生长。对烤烟微生物数量的测定表明，在烤烟发酵后期，基 本上未能检测到霉菌。因此有人推测低含水量的较低霉菌数量是发酵烟不易生霉的主要 原因。但是烤烟在发酵前后常常经过较长时间的贮存后才被应用于烤烟生产，烟叶制品 也经常须经过较长的贮存期后才用于消费。在贮存期间，烤烟叶极易吸水而变潮，发生 霉变。 表2 不同温湿度条件下烟叶吸湿能力( 烟叶含水量) t a b 2m o i s t u r ec o n t e n to ft o b a c c oa td i f f e r e n th u m i d i t ya n dt e m p e r a t u r e 2 第一章绪论 1 2 2 检查烟草霉变的方法 目前，检查烟叶是否霉变，有两种方法：一是感官检验，用眼看，手捏，鼻闻；二 是通过镜检鉴别，试验证明：每克干烟叶中含霉菌数超过2 5 0 0 3 0 0 0 个时，烟叶已经发 生霉变，低于此数，则没有霉变。此含菌量可作为判断烟叶是否霉变的临界值参数【2 m u j 。 1 2 3 霉变的病原微生物类群 自然界的霉菌种类很多，分布面广，与商品劣化有关的霉菌达1 3 0 属。其中主要有 曲霉、青霉、毛霉、根霉【3 1 - 3 6 。在这些霉菌中，对商品危害最强烈最大的是曲霉和青霉 两类【1 5 刀, 3 8 , 4 0 。引起烟叶霉变的主要微生物类群是青霉、曲霉属真菌，也有少量的根霉、 毛霉等属的真菌【4 1 1 。对从我国各地采集所得的1 0 5 份正常5 0 份霉变烟草样品做了带菌 量、菌相及霉变原因的研究。结果表明，从正常样品共分离鉴定出2 1 属8 2 种真菌： 毛霉目9 种、曲霉属2 1 种、青霉属2 8 种。正常烟叶、生产成品卷烟及市售成品卷烟的 带菌量分别为1 0 1 0 3 c f u g - 1 、1 0 1 0 3c f u g 。1 和1 0 2 1 0 4c f u g - 1 。从霉变样品共分离鉴 定出2 5 属8 7 种真菌：毛霉目1 1 种、曲霉属2 5 种、青霉属2 9 种。霉变烟叶及市售霉 变成品卷烟的带菌量分别为1 0 5 1 0 7c f u g 。1 和1 0 3 1 0 5c f u g - 1 【4 2 】。在曲霉菌中的棒曲 霉似c l a v a t u s ) 、灰绿曲霉似g l a u c u s ) 、黑曲霉n i g e r ) 、白曲霉口c a n d i d u s ) 和杂色曲霉 叫v e r s i c o l o r ) 属于干性霉菌，商品的含水量在1 3 左右和相对湿度在7 5 时，也能生长 繁殖。曲霉菌不仅对烟叶的破坏力大，对其他含淀粉和纤维素商品也有很大的破坏力。 不仅能引起高水分商品霉变，也能引起低水分商品变质，可以说是无孔不入。青霉菌中 的灰绿曲霉、绿青霉俾d i g i t a t u m ) 等对烟叶的破坏力也很强，同样也能使其他食品变质。 在我国，烟叶霉变的研究比较滞后。引起烟叶霉变的霉菌种类仅有少数报道【4 3 4 6 】， 而且多为综合性研究中的部分附带内容或综述性文章。姜夫等【4 3 】报道河南许昌卷烟厂卷 烟霉变的优势种是局限曲霉口r e s t r i c t u s ) ( 黄褐色) 和绳状黄绿色青霉菌僻c i t r e o v i r i d i n ) ， 韩锦峰等【3 9 】对河南省南阳地区的陈化发酵期间烤烟叶面微生物活性及其应用进行了研 究，报导烤烟上的霉菌是曲霉属、毛霉属和青霉属真菌。邱立友等m 】对烤烟叶面微生物 进行了分离，报导烟叶上的霉菌有曲霉属、青霉属、木霉属等。以上的报导均是在其他 方面的研究中附带的展开了一些烟叶霉菌的研究，而且只有姜夫等将霉菌种类鉴定到 种。到目前为止，我国真正开展烟叶霉变微生物种类研究的只有王革等【4 6 j ，近年来，他 们在云南进行了研究，报导云南烟叶贮藏期霉变微生物的曲霉种类分别有泡盛曲霉 “a w a m o r o 、黄曲霉柱头变种( a f l a v u sv a r c l u m n a r i s ) 、黄曲霉原变种( a f l a v u sv a r f l a v u s ) 、 杂色曲霉口v e r s i c o l o r ) 、寄生曲霉似i a p o n i c u s ) 、绿垂曲霉u v i r d i n u t a n s ) 和温特曲霉 “w e n t i i ) ，并对这8 种曲霉的形态和培养性状作了简单描述。 1 2 4 贮烟霉变的过程 1 2 4 1 受潮 在运输和贮存过程中，烟草商品受潮或原始水分高，是霉菌生长繁殖的关键1 4 。烟 叶和卷烟本身就含有一定的自然水分，当本身含水量大或由于烟草的吸湿性、导湿性导 致在储藏期间烟叶的含水量增加，若此时烟叶的含水量超过标准限度则会引起一系列不 利于烟叶质量的生理生化反应，如烟叶正常的组织结构遭到破坏，外观色泽发暗，原有 江南大学硕士学位论文 香气变淡，产生霉酸臭气，吃味变劣，刺激性增大等，同时对烟叶醇化质量也会产生不 利影响。引起烟叶受潮的原因很多，除仓库温、湿度管理不当外，在运输过程中遇到潮 湿天气、受到雨淋或与潮湿商品混储等，都会使烟叶受潮。因此，必须控制烟叶的含水 量，防止烟叶受潮。 1 2 4 2 发热 烟草商品受潮后发热原因是多方面的，但主要是霉菌开始生长繁殖的结果。烟草的 化学成分多属亲水胶体，它遇水后即发生膨化作用，产生膨化热。可使烟堆的温度上升 到3 0 以上。同时，由于烟草水分的增加和膨化热的产生，又使烟草中酶的活性增大， 在酶的作用下，商品中的有机碳、有机氮和有机酸等高分子化合物不断降解，产生热量 逐渐增高，热量一部分供其本身利用，剩余部分就在商品中散发，因而烟草温度逐渐升 高，达到霉菌生长的适温。将手插入堆中，会感到温热甚至烫手。 1 2 4 3 霉变 随着霉菌的生长和代谢活动的增强，烟叶水分和烟堆温度急剧上升，水分可达2 0 ， 堆温可达3 5 以上。有了适宜的温度和湿度环境，霉菌在烟草商品上繁殖，起初有菌丝 生长，形成肉眼能看到的白色毛状物( 菌毛) ；霉菌继续生长繁殖形成小菌落( 霉点) ； 菌落增大或菌落融合成菌苔( 菌斑) 。霉菌代谢产物中的色素，使菌落染成黄、红、 紫、绿和黑等色。烟草商品发霉后，由于摄取其中的营养物质( 包括水分) ，通过霉菌 分泌酶的作用，将烟叶内部结构破坏，不仅商品的外观发生了变化，如污点，色泽变坏， 而且弹力减弱，内在的品质明显下降【4 7 1 。这一阶段，一般只要4 5 d 。 1 2 4 4 腐败 随着霉变的进一步发展，烟堆温度可上升到4 0 以上。由于霉菌分泌物的继续累积， 烟叶上的白色菌丝逐渐变为青绿色，小菌落逐渐增大或融合形成较大的污斑繁殖，霉菌 及其代谢产物将会使烟叶的颜色变成灰褐色甚至黑污色，并使叶片开始腐烂，粘连成饼 甚至呈烟泥状，散发出强烈的霉味和腐臭味。日均气温在2 0 c 以上时，这一阶段一般只 要3 4 d ，就会使烟叶彻底腐败，完全失去使用价值【2 ”0 , 4 8 - 4 9 。 1 3 烟叶霉变防治技术 烟叶霉变是由于霉菌的生长繁殖引起的，引起贮烟霉变的主要环境因子是温度、湿 度【5 。当贮烟环境的温湿度适宜，同时又有充分的氧气和营养，霉变微生物就会大量繁 殖，导致霉变的发生。目前部分烟厂针对烟叶霉变现象，采用了大型的空调机和去湿机 来控制烟仓的环境温湿度，一般情况下，把含水量控制在安全线1 3 以下，相对湿度在 7 0 以下【5 ，较能有效的控制烟叶霉变。因而预防贮烟霉变的主要措施应从抑制霉菌生 长条件着手，采取综合治理措施，以防为主，来达到抑制霉菌生长的目的。 1 3 1 物理防治 物理防治主要是利用热力、冷冻、干燥、电磁波、超声波、核辐射、激光等手段抑 制、钝化或杀死病原物，达到防治病害的目的1 5 1 1 。霉菌生长需要氧气，只要空气中的含 氧量在2 以上霉菌就能很好的生长。气调防霉就是控制气体成分进行防霉的方法，通 常采用缺氧或充入c 0 2 、n 2 等气体，运用密封技术控制和调节储藏环境中气体成分， 4 第一章绪论 使环境缺氧，霉菌生长受到抑制，孢子不能萌发【52 | 。利用臭氧技术也可以有效的抑制霉 菌，0 3 是由高能量快速输入的0 2 与单个0 快速结合而形成，如果0 3 充足则可有效的 抑制霉菌【5 3 1 。国家“十五 攻关项目一绿色无公害仓储设备系统近日在陕西开发成功并 投放使用。据介绍，该设备系统技术的突出特点表现在：在国内外率先实现了利用0 3 的高效灭菌除霉技术，有效的控制微生物的危害。低温通风贮存法即采取低温与通风相 结合，使烟叶达到安全水分。霉菌抗辐射的能力很弱，利用6 0 c o ，l , 射线对生物的破坏 作用来杀死霉菌，达到烟草商品安全贮存的目的，如郑州烟草研究院研究发现利用6 0 c o 处理卷烟可防治其霉变。龚信文【5 4 1 、陈奇生【55 】等报道了微波具有防霉、防虫、杀菌等作 用【5 6 1 。 1 3 2 生物防治 生物防治主要是指利用有益微生物防治有害微生物的防治方法，也就是利用有益微 生物对病原物的不利作用，来减少病原物的数量和削弱其致病性。有益微生物还能诱导 或增强植物抗病性，通过改变植物与病原物的相互关系，抑制病害发生【5 7 】。烟叶贮存过 程也是烟叶自然醇化过程，因烟叶中含有大量有益微生物。其中细菌占了绝大多数，酵 母菌的数量较少，说明细菌在烟叶醇化中具有重要作用，特别是在利用有益微生物加速 烟叶醇化的问题上。因此，考虑进一步筛选能加速烟叶醇化速度，提高烟叶品质，又能 在生产上应用有益微生物时，应主要从细菌和酵母菌，特别是从细菌中筛选【l5 1 。由于烟 叶上的细菌对霉变菌表现了较好拮抗作用，这为利用微生物防止烟叶霉变展现了美好前 景。目前国外利用四种拮抗酵母在2 5 c 条件下有效的防治了几种采后病害，其中包括 青霉和根霉病 5 s 】。烟叶上的某些酵母，也可以诱导宿主产生具有抑菌作用的物质；而有 些则可以诱导产生几丁酶、葡聚糖酶及其它酶类，这些酶类可以分解病原菌的细胞壁， 从而抑制病原菌生长【5 9 , 6 0 。又例如利用优势微生物种群对烟叶霉变的抑制作用，试验表 明：从烤烟( c 3 f ) 中分离、筛选出5 株优势微生物( m 1 、m 2 、m 3 、m 4 、m 5 ) 对烟叶中霉 菌的生长繁殖均有不同程度的抑制作用，以m 1 菌株最为显著。这一研究结果为烟叶仓 储过程中的霉变治理开辟了新途径，在实际生产中，可考虑在烟叶复烤工序后段，打开 或装箱前向烟叶喷施防霉菌液，达到防止烟叶仓储霉变的作用【6 1 1 。随着卷烟生产的发展 和人们消费观念的变化，以及吸烟与健康问题越来越受到人们的重视，作为卷烟生产原 料的烟叶的安全性受到越来越严格的要求和限制，因而生物防霉将会有很好的发展前 景。 1 3 3 化学防治 化学防治是利用化学杀菌剂防治烟叶霉变的方法，防霉剂即能杀灭或抑制微生物代 谢及生长的化学试剂。其对微生物的作用主要为两个方面：一是破坏霉菌的细胞壁和细 胞膜；另一方面是破坏或抑制细胞内酶的作用，降低酶的活性。其作用效果主要取决于 防霉剂添加的浓度和物料p h 值。一般在低剂量条件下，防霉剂只作用于微生物细胞， 当剂量太大时，也会破坏动物体细胞，应用时应加以注意。防霉剂的效力以抑制时间表 示，即物料添加防霉剂前后，真菌产生超过1 的二氧化碳的时间之差。作为烟草防霉 剂必须既有抑制霉菌作用，又要对人体无害，且价格低廉，使用方便可靠。在筛选防霉 5 江南大学硕士学位论文 剂时，应对高温高湿条件下的防霉剂作用进行测试，只有在高温高湿条件下都具有良好 防霉作用的防霉剂才有开发成为商品制剂的可能性。目前使用较为普遍的防霉剂是丙酸 及其盐类、富马酸和苯甲酸。富马酸二甲酯具有广谱、高效抑菌作用，可抑制霉菌的生 长；使用安全，适宜的p h 值范围广，实践证明它的防霉保鲜效果优于丙酸及其盐类、 富马酸和苯甲酸【6 2 ，印j 。此外，富马酸二甲酯在蔬菜、烟草、水果、中草药、化妆 品、纺织品、胶卷、磁带、软盘、皮革、纸张、图书资料的防腐、防霉、防虫方面也有 广泛的应用。 1 3 4 管理防霉 管理防霉即根据有关规定、制度、具体方式和措施控制贮烟霉变。烟草仓储管理工 作是烟草仓储部保证全面完成烟草储存养护任务和取得更好的经济效益的一个最基本 的手段。在烟叶原料储存管理上，以优化的储存，科学养护为主线，加强检测力度，治 理烟叶霉变，控制烟叶害虫的发生。 烟草仓库温湿度管理是烟草储存养护技术中的一项极为重要的内容。烟草仓库温湿 度调节要从烟仓密封、库房调温去湿设备合理使用方面考虑。烟仓密封的要求、密封时 机的选择、密封的形式、密封材料的选用、空调机、去湿机使用时间和要求都要围绕着 “以除湿为主，降温除湿相结合 的工艺原则，使库内的空气、温湿度与储存的烟草所 要求温湿度相适应。 储存烟草商品的养护管理要确保储存烟草商品质量安全，最大限度地保持烟草商品 在储存期内的使用价值。烟草商品在储存期内发生质量变化有外在质量( 又称外观质 量) 、内在质量( 又称烟气质量) 、化学成分、物理性能等几个方面，它受外界气候影响， 对外界气候条件十分敏感，容易吸湿或散失水分、或霉烂、虫害等。烟草商品储存养护 管理的基本制度是加强商品入库检验，合理储存标准堆码，控制和调节库内温湿度，搞 好储存环境清洁卫生。建立仓库管理信息系统，推进数字化管理，应用仓库管理系统技 术定时检查在库商品质量情况及异状质量情况反馈等m j 。 目前，用于烟叶仓储防霉的手段虽不少，但大多效果不大理想。例如温湿度控制养 护方法从理论上讲可完全杜绝烟叶霉变的发生，但对仓储条件要求很高，不仅一次性投 入大。能源消耗大，而且管理复杂，费用高；又如密封降氧防霉方法不仅成本高，操作 繁琐，更重要的是不利于烟叶的自然醇化，而且存在烟叶易板结以及解除密封降氧状态 后烟叶颜色会迅速变深等缺陷；再如辐射防霉法是利用y 射线辐射来杀灭烟叶中的霉菌， 由于射线对环境及人体有很大的危害性，且一次性投资大，目前尚无工业应用 4 7 , 6 5 】。 1 4 烟草虫蛀问题 贮烟质量的下降主要是霉变和虫蛀两个方面。在较为密封、温度及湿度适宜的状态 下，适合霉菌的生长。而在与空气接触良好，烟草中的水分能与空气中水分自由交换的 条件下，非常适宜蛀虫的生长。这时候的烟叶一般水分含量较低。烟草的虫蛀导致烟草 质量减少，烟叶及烟茎上均出现虫蛀的洞，严重时烟叶质量损失率几乎达到1 0 0 ，出 现大量粘连的虫蛹，根本无法使用，造成重大损失。 目前国内外对于烟草虫蛀的问题尚未见报道。而化学防蛀是防蛀办法中最常用和效 6 第一章绪论 果较好的一种。 1 5 富马酸二甲酯 富马酸二甲酯( d i m e t h y lf u m a r a t e ，简称d m f ) ，分子式为c 6 h 8 0 4 ，又称为反丁烯二 酸二甲酯，白色结晶，略有酯香味，熔点1 0 3 1 0 4 ，沸点1 9 3 ，溶于乙醇、乙酸乙 酯、氯仿，微溶于水，常温下可以升华，对光和热稳定，在紫外线和阳光照射下7 2h 基本无变化，1 1 0 加热21 i 不分解【6 6 1 。 工业品的d m f 对皮肤和黏膜有定的刺激性。研究表明，纯的d m f 本身的刺激 性很小。造成刺激性的主要原因是由于产品中含有一定量不完全酯化产物富马酸一甲 酯、马来酸一甲酯以及残留的甲醇引起的，优化生产工艺，可以得到品质优良，使用安 全的d m f l 6 7 1 。 1 5 1d m f 的优点 ( 1 ) d m f 具有很强的生物活性 d m f 在浓度1 0 0 0 1 0 6 m g k g 。1 以下，能有效抑制3 0 余种霉菌、酵母菌和细菌【6 8 】，特 别对肉毒梭菌和黄曲霉菌有很好的抑制作用f 6 9 , 7 0 。d m f 抑菌效果优于同类抑菌剂1 0 倍以 上【7 l 】，并兼有杀虫活性。 ( 2 ) d m f 的使用剂量小、成本低廉 d m f 一般抑菌浓度为5 0 8 0 m g k g 1 【7 l 】。抑菌剂量比苯甲酸、山梨酸和丙酸分别低 2 0 6 0 、1 0 一3 0 和1 3 1 3 0 倍，由于达到同样抑菌效果时d m f 使用剂量小，因此成本仅为同 类防霉剂的5 0 8 0 ，可以节省1 0 6 0 的开支【7 1 1 。 ( 3 ) d m f 的p h 应用范围很宽 d m f 的适用p h 范围在3 8 ，因此可在酸性或中性条件下使用。 ( 4 ) d m f 具升华性 d m f 易升华，因而具有熏蒸性，具有接触杀菌和熏蒸杀菌的双重功能。 ( 5 ) d m f 毒性极低 进人人体后，很快能转化为人体新陈代谢的正常成分“富马酸 ，而富马酸是机体 代谢的正常成分，不会对人体产生毒副作用。使用安全性高，l d 5 0 为2 3 0 0 3 1 6 0 ( 雌性 及雄性鼠试验，国外报道l d 5 0 = 2 2 4 0 ，大白鼠为2 6 2 8 ) ，大鼠积蓄系数为8 3 ，对鼠、 鸡内脏无变化，无残留毒 7 2 , 7 3 】。 ( 6 ) d m f 化学稳定性好 d m f 对光和热稳定，在紫外线和阳光照射下7 2h 基本无变化，l l o 加热2h 不分解。 对热、碱、也有一定的稳定性。但其水溶液对热的酸、碱稳定性较差，对氧化剂、还原 剂、蛋白质、纤维、脂肪糖等有好的稳定性，其水溶液p h 值为6 7 7 3 ，对金属无腐蚀 性。 ( 7 ) d m f 无不良气味，l z l 感好 在饲料中加入0 0 3 0 0 5 的d m f ，在室温储藏两个月不发霉，不生虫，且香味浓 郁，喂养效果好。性能优于目前常用的苯甲酸、山梨酸、双乙酸钠等防腐剂 7 4 1 。 7 江南大学硕士学位论文 1 5 2d m f 的抑茵作用机理 d m f 能顺利穿透微生物的细胞膜，进入细胞中，抑制微生物细胞的分裂，并通过对 三羧酸循环( t c a c ) 、磷酸己糖途径( h m p ) $ n 酵解途径( e m p ) 的酶活性的抑制来抑制微 生物的呼吸作用，发挥抑菌作用，从而使微生物的生长繁殖被有效控制。 1 5 3d m f 的使用方法 ( 1 ) 混加法( 直接添加法) 用于粮食、饲料、面包、糕点月饼等，添加量为5 0 0 x1 0 一1 0 0 0 1 0 m g k 9 1 。 ( 2 ) 喷洒法 用i d m f 酒精溶液喷洒食品表面，用于上述食品及干食品。 ( 3 ) d m f 药纸p e 复合膜包封法 将涂有d m f 药剂的纸塑复合膜包封食品，用于食品、饲料、水果等。 ( 4 ) 外加法 将适量d m f 另封在透气性小袋中，与食品共封在同一容器或袋中，凭借d m f 的升 华特性，起熏蒸杀菌作用。适用于各种食品【7 5 7 7 1 。 1 5 4d m f 的合成途径 d m f 合成的原料一般是马来酸或富马酸，工艺线路主要有如下几种：以马来酸为 原料，马来酸在催化剂和助剂作用下，经异构化反应转变为富马酸，再与甲醇酯化制得 d m f ；以马来酸或富马酸为原料，经酰氯化反应得到丁烯二酸二酰氯，后者再与甲醇 醇解而得d m f ，此法工艺路线复杂；反应条件难以掌握，生产成本高，不便于工业化生 产；以马来酸酐为原料，马来酸酐在催化剂和助剂作用下水解异构化反应，得到富马 酸，再与甲醇发生酯化反应制得d m f ：以富马酸为原料，与甲醇在催化剂作用下，通 过酯化反应直接制得d m f 。以糠醛为原料，先用氯酸钾做氧化剂氧化制得富马酸，再 用磷钨酸做催化剂与甲醇进行酯化制得d m f 。综合考虑原料成本、工艺过程、生产操作 条件、产率等因素，第4 种合成工艺成本低、工艺简单、产品质量好、操作方便，便于 工业化生产。因此本课题主要采用方法四，用富马酸与甲醇在催化剂存在下直接酯化生 成。 目前采用方法四所用的催化剂主要有：无机酸。合成d m f 的经典方法是用无机酸 作催化荆，使富马酸与甲醇直接进行酯化反应。这里通常采用浓h 2 s 0 4 作催化剂【7 8 】， 其优点是价廉易得，酯化活性高，产品收率高。任夫健【7 9 】等人在采用浓h 2 s 0 4 作催化剂 的同时，也对采用其它无机酸作催化剂进行了研究，如磷酸、多聚磷酸等，均有一定的 催化效果和较高的产品收率。但采用无机酸作催化剂，反应时间长，有副反应发生，后 处理麻烦，设备腐蚀严重，还会造成环境污染。无机盐。由于无机酸作催化剂对设备 腐蚀严重，而且会引起环境污染，周建伟等人【8 0 】以价廉的无机盐f e c l 3 6 h 2 0 作为催化剂， 以富马酸为原料直接合成t d m f 。f e c l 3 6 h ：o 是价廉易得的无机盐晶体，易保存。但催 化活性不高，最终产品脱色困难，后处理工艺复杂。固体杂多酸。杂多酸类催化剂在 合成d m f 过程中虽有应用报