叶黄素是重要的香料前体物,在一定条件下可以发生降解产生一系列香味物质。本研究从烟叶中筛选出一株能够降解叶黄素并能产生烟草特征香气成分的菌株,并进行了菌种鉴定、降解动力学、降解产物表征以及菌株降解特性等研究,简述如下:Ⅰ、通过形态观察、生理生化实验和分子鉴定等手段,鉴定该菌株为Enterobacter hormaechei。研究其降解动力学规律发现,当蛋白质含量(g/L)越高,叶黄素含量(%)就越低,说明叶黄素降解量越大;当A20菌株生长到42 h时,叶黄素含量基本不在变化,说明菌种对叶黄素的降解基本已经结束。Ⅱ、研究叶黄素降解产物的成分及其加香效果。利用气相色谱-质谱(GC-MS)和核磁共振(NMR)分析法对其降解产物进行分离鉴定,并将其加入卷烟中进行感官评吸。首先通过GC-MS分析,得出叶黄素经过霍氏肠杆菌A20降解得到3种产物,分别为8-甲基-α-紫罗兰酮、3-羟基-α-紫罗兰酮和3-氧化-α-紫罗兰酮;再通过NMR分析知,8-甲基-α-紫罗兰酮是叶黄素降解的最终产物。评吸结果发现:适量浓度的叶黄素降解物能提高卷烟整体的协调性,提升卷烟的香气质和香气量,降低对口腔、鼻腔的刺激性,减少杂气,余味舒适。Ⅲ、为了提高叶黄素的降解率,对霍氏肠杆菌A20菌株的发酵培养基成分和其培养条件进行优化。首先对其发酵培养基成分(碳源、氮源、无机盐)优化,通过单因素实验和响应面分析实验,以叶黄素降解率为指标,得到降解叶黄素的最佳培养基组成为:葡萄糖8 g/L,混合氮源(酵母膏:蛋白胨=2:1)14 g/L,K2HPO40.72 g/L。叶黄素降解率从最初的45.7%提高到70.37%,与初始的发酵培养基相比提高了53.98%。再对其培养条件(培养时间、培养温度、转速、pH值、接种量)进行优化,通过单因素和正交实验,以降解率为指标,确定微生物的最佳培养条件为培养时间42 h,温度25℃,转速150 r/min,pH值7.0,接种量1.0%,在此条件下,叶黄素降解率从最初的70.8%提高至91.53%。Ⅳ、对霍氏肠杆菌A20的静息细胞降解叶黄素生产香味物质进行研究。在单因素实验基础上,应用响应面设计对其条件进行优化。确定最佳转化条件为:培养时间120 min,温度31.14℃,pH值为4.98,细胞浓度为17.64%,底物浓度为70 mg/L,此时叶黄素降解率为71.37%,与软件预测值71.54%相吻合,表明优化方案达到了预期效果,且具有良好的稳定性。对静息细胞降解叶黄素的发酵液中的主要成分进行气相色谱-质谱联用分析,得到其主要产物为8-甲基-α-紫罗兰酮和3-氧化-α-紫罗兰酮。综合上述,本研究筛得的菌株能高效降解叶黄素产生特征香味物质,初步阐明了该微生物降解叶黄素的机理,并获得了最佳的发酵条件,为工业化生物制备烟草用香味物质打下坚实的基础。因此,本课题具有重要的理论价值和实际生产价值。