國內(nèi)外烤煙無機元素分析

荊磊磊，申欽鵬，張 濤，劉春波，王昆淼，來進賢，楊光宇，繆明明，劉志華*

(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心/云南省煙草化學(xué)重點實驗室，云南 昆明 650231；2.昆明理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

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國內(nèi)外烤煙無機元素分析

荊磊磊1,2，申欽鵬1，張 濤1，劉春波1，王昆淼1，來進賢2，楊光宇1，繆明明1，劉志華1*

(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心/云南省煙草化學(xué)重點實驗室，云南 昆明 650231；2.昆明理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

摘要：為研究國內(nèi)外不同烤煙中無機元素的差異，采用煙草行業(yè)標準方法對國內(nèi)外烤煙中主要的14種無機元素進行了全面數(shù)據(jù)采集以及統(tǒng)計分析。結(jié)果表明：以云南省為代表的國內(nèi)卷煙不同產(chǎn)區(qū)之間，不同部位的烤煙樣品各無機元素分布存在差異，利用中部烤煙樣品就能明顯區(qū)分云南省5個區(qū)域的樣品。在國外主要烤煙產(chǎn)區(qū)之間，可以明顯區(qū)分美國、津巴布韋和巴西3個國家的無機元素分布區(qū)域。通過對國內(nèi)外樣品進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)在以云南省為代表的國內(nèi)烤煙的鈣和硝酸根含量水平明顯高于國外烤煙的，而鉀、氮、鋅、鎂含量水平顯著低于國外烤煙的。

關(guān)鍵詞：烤煙；無機元素；統(tǒng)計分析；國外

煙草是一種復(fù)雜的植物材料，就其化學(xué)組成來講，煙草中含有3000多種化合物，這其中包括用來維持煙草正常生長的礦質(zhì)元素[1]。煙草在生長發(fā)育過程中必須吸收一定數(shù)量且比例協(xié)調(diào)的16種必需元素，包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Mo、Cu、B、Zn、Cl，否則就會影響植株正常發(fā)育，嚴重時會導(dǎo)致病害發(fā)生，降低煙草品質(zhì)[2]。煙草中大多數(shù)無機元素對煙葉的燃燒性、煙灰的顏色和性質(zhì)有重要影響，并與煙葉的質(zhì)量和可用性有著一定的聯(lián)系，如：鎂和鉀助燃，而磷和氯往往能減緩燃燒進程，事實上，當(dāng)氯含量高時會造成煙葉燃燒不良，抽吸時有海藻樣怪腥味[3]；鐵對煙葉質(zhì)量有著顯著影響，它與烤煙“灰色病”導(dǎo)致的起斑有著極大關(guān)系；錳對植物體內(nèi)生長素重組、葉綠素的合成以及葉綠體的發(fā)育、增殖、片層結(jié)構(gòu)的維持都有重要作用[4]；鈣、鎂則是影響卷煙灰色的重要成分，灰分顏色可表示煙葉燃燒狀態(tài)及煙葉燃燒的完全程度，鈣、鎂含量適中的煙葉燃燒性好，灰色白，煙灰不易散落[2]。因此，可以通過對煙葉的無機元素含量進行全面分析，有目的地改良煙草的種植工藝和生長環(huán)境，從而提高煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量，對我國煙草行業(yè)的發(fā)展具有重要的經(jīng)濟意義及社會效益。

20世紀30、40年代，美、英和前蘇聯(lián)等國就開始了煙株中微量元素的研究。近年來，國內(nèi)研究者對煙草中無機元素進行了大量研究。陳偉等[5]對不同生態(tài)區(qū)煙葉無機元素進行了初步分析，發(fā)現(xiàn)煙葉不同部位以及南、北方的煙葉中無機元素分布存在較大差異。表明，Cu、P、S、Mo、B在上部煙葉中含量較高，F(xiàn)e、Mg、Si、Pb在下部煙葉中含量較高；Se、Zn含量南方煙區(qū)上部葉中較高，北方煙區(qū)下部葉中較高；Mn、Ca、Cd在各部位煙葉中的分布情況在不同生態(tài)區(qū)域差異較大。高家合等[6]對烤煙不同葉位葉片的11種無機元素含量變化規(guī)律進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同葉位葉片的S、Cu、Mn、Zn葉位間變化程度較大。龍懷玉等[7]通過對國內(nèi)各重點植煙縣的烤煙中部樣品的13種礦質(zhì)元素進行分析，發(fā)現(xiàn)我國烤煙營養(yǎng)在很大程度上是不協(xié)調(diào)的，而且主要表現(xiàn)為養(yǎng)分濃度有些偏低。杜詠梅等[8]發(fā)現(xiàn)氯、硫、鉀對烤煙的感官質(zhì)量有較大影響，但在不同香型風(fēng)格烤煙間差異不顯著。李勇等[9]對國內(nèi)外主產(chǎn)煙區(qū)烤煙化學(xué)成分進行了分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)烤煙的總氮、氯、鉀等指標顯著低于國外烤煙的。植煙土壤中微量元素直接影響煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量，因此，對植煙土壤中微量元素進行分析具有重要意義。云南是國內(nèi)最大的煙葉產(chǎn)區(qū)，也是國內(nèi)最有代表性的煙葉產(chǎn)地，目前對云南烤煙無機元素的研究還不夠系統(tǒng)全面，而且對國內(nèi)外烤煙中無機元素的分析研究也非常少。因此對云南煙葉的無機元素進行全面分析，是十分必要的。以云南煙葉作為國內(nèi)煙葉代表，將國內(nèi)外烤煙的無機元素進行分析比較，更加有利于科學(xué)地理解國內(nèi)外不同產(chǎn)地烤煙之間的品質(zhì)差異。我們對云南省不同產(chǎn)地及國外烤煙的14種無機元素含量進行了差異性分析，以期對無機元素在云南省和國內(nèi)外不同產(chǎn)地的含量情況作進一步了解，為提高國內(nèi)煙葉質(zhì)量提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

國內(nèi)烤煙樣品來自云南省不同縣的中部烤煙樣品，取樣按照文獻[10]所劃分的區(qū)域進行，分別來自滇東的陸良和馬龍；滇西的賓川、彌渡、永平、祿豐及南華；滇中的安寧、澄江、峨山、彌勒、石林、新平、宜良和元江；滇東南的瀘西和丘北；滇東北的昭陽區(qū)。

國外烤煙樣品分別來自美國、巴西和津巴布韋的混合部位煙葉。

1.2煙葉無機元素檢測項目與方法

烤煙中主要14種無機元素(鉀、鈣、鈉、鎂、鋅、鐵、錳、銅、硼、氯、氮、硝酸根、磷酸根和硫酸根)按以下國家標準方法進行檢測：氯(YC/T 162─2011)、鉀(YC/T 217─2007)、硼、鈣(YC/T 174─2003)、鈉(YC/T 274─2008)、鎂(YC/T 175─2003)、氮(YC/T 161─2002)、鋅(NY/T 305.2─1995)、鐵(NY/T 305.3─1995)、錳(NY/T 305.4─1995)、銅(NY/T 305.1─1995)、硝酸根(YC/T 296─2009)、磷酸根(YC/T 343─2010)、硫酸根(YC/T 269─2008)。

1.3統(tǒng)計分析

采用SIMCA-P DEMO對所涉及的不同產(chǎn)地烤煙的多元統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行主成分分析。通過SPSS 16.0先對不同樣品類型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行方差齊性分析，滿足齊性要求的采用Duncan多重比較方法和單因素方差分析，不滿足齊性要求的則用Welch穩(wěn)健單因素方差分析和Games-Howell多重比較方法進行多地點差異分析，對于國內(nèi)外差異的判斷則采用獨立樣本t檢驗分析[11]。

2結(jié)果與分析

2.1 以云南省烤煙為代表的國內(nèi)烤煙無機元素分析

對云南省不同縣的中部烤煙樣品進行主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)，結(jié)果見圖1。可以看出，5個區(qū)域(滇中、滇東、滇西、滇東南和滇東北)的中部烤煙樣品分布較為分散，說明5個區(qū)域烤煙間的無機元素存在差異。

對不同產(chǎn)區(qū)中部烤煙樣品所測定的無機元素進行方差分析和多重比較(表1～表5)后發(fā)現(xiàn)，有2種無機元素的含量在不同縣份之間存在顯著差異(P<0.05)。南華的硼含量相對于其他縣份較高；彌勒和安寧的氯含量明顯高于昭陽區(qū)，峨山的硼含量明顯高于澄江、安寧和元江，祿豐的硼含量明顯高于澄江；鉀、氮、鐵、鈉、鋅、鈣、鎂、錳、銅、氯、硫酸根和磷酸根等無機元素在不同縣份之間不存在顯著性差異。

2.2國外主要地點烤煙無機元素分析

對國外主要地點烤煙進行了主成分分析(PCA)，結(jié)果見圖2?？梢钥闯觯?個國家的烤煙樣品分布位置差異較為明顯，說明3個國家之間的無機元素存在差異。對3個國家所測定的無機元素進行方差分析和多重比較(表6～表10)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有2個無機元素的含量在不同國家之間存在顯著差異(P<0.05)。其中巴西的硼含量水平顯著高于美國(表9)；巴西的硫酸根含量相對較高(表10)；氯、鉀、氮、銅、鐵、錳、鈉、鋅、鈣、鎂、磷酸根和硝酸根等無機元素在3個國家之間不存在顯著性差異。

2.3國內(nèi)外烤煙無機元素分析

以云南煙葉作為國內(nèi)煙葉代表，將國內(nèi)外烤煙進行主成分分析(PCA)，結(jié)果見圖3?？梢钥闯?，國內(nèi)和國外的烤煙樣品分布位置差異較為明顯，說明國內(nèi)外的無機元素存在差異。

對國內(nèi)外所測定的無機元素進行獨立樣本t檢驗(表11～表13)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有6個無機元素的含量在國內(nèi)外之間存在顯著差異(P<0.05)。其中國內(nèi)的鈣和硝酸根含量相對較高，國外的鉀、氮、鋅、鎂水平相對較高；氯、鐵、錳、銅、鈉、硼、磷酸根和硫酸根等無機元素含量在國內(nèi)外之間不存在顯著性差異。

3討論

針對云南省不同產(chǎn)區(qū)來說，通過中部烤煙樣品能夠明顯區(qū)分5個區(qū)域的樣品，5個區(qū)域烤煙間的無機元素含量存在差異，表現(xiàn)在南華的硼含量水平相對較高；對于差異比較而言，彌勒和安寧的氯含量水平顯著高于昭陽區(qū)，峨山的硼含量水平顯著高于安寧、元江和澄江，祿豐的硼含量水平顯著高于澄江。

其次，可以明顯區(qū)分國外3個國家的無機元素分布區(qū)域，說明3個國家之間無機元素存在差異。體現(xiàn)在巴西的硫酸根含量水平相對較高，巴西的硼含量水平顯著高于美國，但氯、鉀、氮、銅、鐵、錳、鈉、鋅、鈣、鎂、磷酸根和硝酸根等無機元素含量在3個國家之間不存在顯著性差異。

最后對國內(nèi)外樣品進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)和國外的烤煙樣品分布位置也較為明顯，說明國內(nèi)外的無機元素存在差異。體現(xiàn)在國內(nèi)的鈣和硝酸根含量水平相對較高，國外的鉀、氮、鋅、鎂含量水平相對較高，但氯、鐵、錳、銅、鈉、硼、磷酸根和硫酸根等無機元素含量在國內(nèi)外之間不存在顯著性差異。由于鈣對煙草的填充力有好的作用，鈣、鎂含量適中的煙葉灰色白，燃燒性好，煙灰不易散落，因而可以將國內(nèi)含鈣量大的煙葉和國外含鎂量高的煙葉混配后作為卷煙原料，以提高卷煙質(zhì)量。

無機元素是煙草根系從土壤吸收的，由于煙草吸收礦質(zhì)無機元素具有選擇性和拮抗現(xiàn)象，以及各地區(qū)土壤供應(yīng)各種礦質(zhì)無機元素的量和比例不同，形成煙草的礦物質(zhì)組成既有相同之處又有不同之處。同一地區(qū)、同一品種的煙草其元素組成大體是相同的，但煙草生長前期雨水多，氣溫低，日照時數(shù)相對較少，生長后期氣溫高，光照充足，這些因素都將導(dǎo)致煙株不同部位煙葉無機元素含量的變化。不同生態(tài)區(qū)煙葉無機元素部位特征的差異與海拔高度、土壤條件、氣候因子等有必然聯(lián)系，其主導(dǎo)因子和相關(guān)性還有待進一步分析。

4結(jié)論

通過對國內(nèi)外烤煙無機元素進行全面分析和比較，明確了國內(nèi)外烤煙的無機元素差異：以云南省為代表的國內(nèi)烤煙的鈣和硝酸根含量水平明顯高于國外烤煙，而鉀、氮、鋅、鎂含量水平顯著低于國外烤煙。因而可以利用國內(nèi)與國外烤煙無機元素之間的差別，合理混配來提高卷煙質(zhì)量。其次，還可為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉合理施用微量無機元素提供科學(xué)的理論依據(jù)，為提高國內(nèi)煙葉質(zhì)量等提供參考。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

Analysis of Inorganic Elements in Domestic and Overseas Flue-cured Tobacco

JING Lei-lei1,2, SHEN Qin-peng1, ZHANG Tao1, LIU Chun-bo1, WANG Kun-miao1,LAI Jin-xian2, YANG Guang-yu1, MIAO Ming-ming1, LIU Zhi-hua1*

(1. Research and Development Center, China Tobacco Yunnan Industrial Limited Company/Key Laboratory of Tobacco Chemistry of Yunnan Province, Kunming 650231, China; 2. College of Chemical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

Abstract：The differences of inorganic elements in flue-cured tobacco from both domestic and overseas planting zone were investigated, forty main inorganic elements in flue-cured tobacco from different planting zones were analyzed by using standard method in tobacco industry. The results showed that, among the Yunnan planting zones, composition of inorganic elements in flue-cured tobacco samples existed differences in the upper, middle and lower tobacco leaves, respectively, and 5 planting zones could be distinguished by using the middle tobacco leaves. Among the oversea planting zones, obvious changes of inorganic elements composition were observed in the USA, Zimbabwe and Brazil. Compared with the oversea flue-cured tobaccos, low concentrations of potassium, total nitrogen, zinc and magnesium, and high concentrations of chlorine, iron, manganese, copper, sodium, boron, phosphate and sulfate were found in Yunnan province.

Key words：Flue-cured tobacco; Inorganic element; Statistic analysis; Overseas

收稿日期：2015-09-23

基金項目：云南省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(2013FZ172，2014FD078)；云南省創(chuàng)新團隊建設(shè)項目 (2009CI014)；云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心項目(JSZX2014JC02)。

作者簡介：荊磊磊(1989—)，男，碩士研究生，主要從事煙草化學(xué)研究。*通訊作者：劉志華。

中圖分類號：S572

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0046-05