錳、鋅元素在煙葉中的含量及分布特征

李朋發(fā)，侯 欣，劉 朋，彭發(fā)仕，賀慶祥，王玉軍

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山東 泰安 271018）

錳、鋅元素在煙葉中的含量及分布特征

李朋發(fā)，侯 欣，劉 朋，彭發(fā)仕，賀慶祥，王玉軍*

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山東 泰安 271018）

重金屬元素含量的高低會(huì)影響卷煙的安全性，為摸清重金屬元素在煙葉中的分布特征，將單片煙葉劃分為A、B、C三個(gè)區(qū)域，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-OES）對(duì)不同部位煙葉中Mn、Zn含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明：（1）山東臨沂煙區(qū)煙葉中Mn、Zn平均含量分別為（124.90±16.72）和（29.45±7.83）mg/kg。（2）在整個(gè)煙株中，Mn含量分布為下部葉＞中部葉＞上部葉，Zn含量分布為上部葉＞中部葉＞下部葉。（3）單片煙葉中Mn和Zn含量均基本呈現(xiàn)出從邊緣向中心逐漸升高的趨勢(shì)，在各個(gè)區(qū)域中，Mn和Zn含量均為從葉基和葉尖向葉片中部逐漸升高。研究對(duì)于煙葉的工業(yè)應(yīng)用有一定指導(dǎo)意義。

ICP-OES；煙葉；Mn；Zn；空間特征

Mn和Zn都是煙草生長(zhǎng)必須的微量元素，在煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育及代謝過(guò)程中參與重要的生理功能[1]。當(dāng)煙葉中缺少M(fèi)n元素時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煙株纖弱，莖稈細(xì)長(zhǎng)，葉片變狹窄，幼葉軟而下披，脆弱易折，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)黃色小斑點(diǎn)直至壞死脫落。而煙葉中缺少Zn元素時(shí)，煙株生長(zhǎng)緩慢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)煙株枯死[2]。同時(shí)Mn、Zn都是重金屬元素，含量過(guò)高會(huì)危害人體安全[3]。

近年來(lái)，關(guān)于Mn、Zn元素在煙葉中的含量測(cè)定及吸收、積累規(guī)律的報(bào)道較多，但是一般都是在整片煙葉、整個(gè)部位或者整個(gè)煙株的層面上展開(kāi)的研究[4-9]，而關(guān)于Mn、Zn元素在單片煙葉中具體的空間分布規(guī)律還從未有過(guò)報(bào)道。另外，我國(guó)目前主要根據(jù)煙葉的物理性狀對(duì)煙葉進(jìn)行等級(jí)劃分，比較粗放，不符合卷煙工業(yè)上精益生產(chǎn)的要求[10]。鑒于此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了對(duì)單片煙葉的區(qū)域采樣方法，將單片煙葉劃分為了A、B、C三個(gè)區(qū)域，利用ICP-OES對(duì)Mn、Zn元素含量進(jìn)行測(cè)定，旨為明確烤煙煙葉中Mn、Zn元素含量與空間分布，為臨沂煙區(qū)煙葉Mn、Zn元素的營(yíng)養(yǎng)水平判斷提供科學(xué)參考，同時(shí)也為煙草工業(yè)中對(duì)煙葉進(jìn)行更加精細(xì)化的利用、提高煙草制品的精益生產(chǎn)提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本試驗(yàn)所用煙葉為山東臨沂煙草有限公司提供的烤煙國(guó)家分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)仿制樣品，上、中、下部煙葉分別為B2F、C3F和X2F等級(jí)的煙葉，樣品煙葉均采集于山東省臨沂市。

本試驗(yàn)采用的消解儀器為泰安市鴻泰熱能動(dòng)力機(jī)械有限公司生產(chǎn)的KDX-60型控溫定時(shí)消化爐，檢測(cè)儀器為美國(guó)Varian公司生產(chǎn)的715-ES型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，標(biāo)準(zhǔn)樣品為國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供的Mn、Zn元素標(biāo)準(zhǔn)分析樣品（混標(biāo)，濃度為100 μL/L），消解體系為65% HNO3（分析純）和30% H2O2（分析純）。

1.2 煙葉樣品的區(qū)域劃分和采樣方法

參考孫建鋒[11]、高致明等[12]以及柳立等[13]的方法，將單片煙葉進(jìn)一步劃分為如圖1所示的A、B、C3個(gè)環(huán)形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域劃分為8個(gè)不規(guī)則區(qū)塊，8個(gè)區(qū)塊之間的夾角α均為45°。依區(qū)塊屬性每個(gè)環(huán)形區(qū)域歸納為5個(gè)樣品（對(duì)稱區(qū)塊合并），分別用1、2、3、4、5表示，這樣單片煙葉從A1到C5共有15個(gè)不同的樣品。采樣時(shí)在每個(gè)區(qū)塊的中部采樣，各個(gè)采樣點(diǎn)的采樣面積均為2 cm×2 cm，采樣后去除較粗的葉脈。每個(gè)等級(jí)的煙葉取15片葉 面較為規(guī)則的煙葉采樣，重復(fù)3次。

圖1 煙葉采樣點(diǎn)Fig. 1 Sampling points on a tobacco leaf

將樣品置于60 ℃的烘箱中烘烤24 h，研碎，過(guò)40目篩，每個(gè)樣品稱取0.2000 g，密封待用。

1.3 消解與檢測(cè)方法

將樣品加入消解管中，加入6 mL 65% HNO3、2 mL 30% H2O2，消解溫度設(shè)定為190 ℃，在消解過(guò)程中每隔2 h加入1滴30% H2O2以加快催化，消解約12 h至消解管中的溶液變?yōu)闊o(wú)色透明。將消解好的溶液移入50 mL容量瓶中，并用娃哈哈純凈水定容[14-15]，定容后用保鮮膜密封瓶口。

將Mn、Zn元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行稀釋和定容，標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度梯度設(shè)置為0.000 000、0.010 000、0.050 000、0.100 000、0.500 000、1.000 000、5.000 000 μL/L。

ICP-OES的檢測(cè)條件參數(shù)如下：功率為1.00 kW，等離子氣15.0 L/min，輔助氣流量1.50 L/min，霧化氣200 kPa，一次讀數(shù)時(shí)間5.000 s，穩(wěn)定時(shí)間15 s，觀察高度10 mm，Mn元素的檢測(cè)波長(zhǎng)為257.610 nm，Zn元素的檢測(cè)波長(zhǎng)為213.857 nm。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及統(tǒng)計(jì)方法

如表1所示的分別是Mn、Zn元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的計(jì)算濃度及誤差。通過(guò)計(jì)算得到Mn元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：

相關(guān)系數(shù)R2=0.999824。

通過(guò)計(jì)算得到Zn元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：

決定系數(shù)R2=0.999668。

本試驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)均為5%。

表1 Mn、Zn元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的計(jì)算濃度及誤差Table 1 The real concentration and error of the standard solution of Mn, Zn

2 結(jié) 果

2.1 煙葉中Mn元素含量

上、中、下部煙葉各個(gè)采樣點(diǎn)的Mn元素含量 如表2所示。由表2可見(jiàn)，下部葉平均Mn元素含量最高，其次為中部葉，最低為上部葉，且在α=0.05水平上有顯著差異。綜合計(jì)算3個(gè)部位煙葉的Mn元素含量為（124.90±16.72） mg/kg。

2.2 煙葉中Mn元素的空間分布

根據(jù)各采樣點(diǎn)的平均Mn元素含量繪制得到如圖2所示的不同部位煙葉Mn元素含量空間分布矢量圖?？梢?jiàn)，葉片中部平均Mn元素含量最高，葉尖、葉基則較低。

表2 上、中、下部煙葉中各采樣點(diǎn)的Mn元素含量Table 2 The content of Mn in upper，middle and lower tobacco leaves

圖2 不同部位煙葉Mn元素含量空間分布矢量圖Fig. 2 Distribution vetorgram of Mn in tobacco leaves

單片煙葉上不同分區(qū)的平均Mn元素含量如表3所示。可見(jiàn)，在全部3個(gè)部位的煙葉中，單片煙葉中心區(qū)域C的平均Mn元素含量均為最高，且在α=0.05時(shí)均與葉片邊緣的區(qū)域A存在顯著性差異， 區(qū)域A和區(qū)域C與處于葉片中心和邊緣之間的區(qū)域B間的平均Mn元素含量差異均不顯著，但是區(qū)域B的平均Mn元素含量處于區(qū)域A和區(qū)域C平均Mn元素含量之間。這說(shuō)明在單片煙葉中，Mn元素含量從邊緣向葉片中心逐漸升高。

表3 單片煙葉上不同分區(qū)的平均Mn元素含量Table 3 Average content of Mn of different zones in single tobacco leaf

2.3 煙葉中Zn元素含量

上、中、下部煙葉各個(gè)采樣點(diǎn)的Zn元素含量如表4所示。上部葉的平均Zn元素含量最高，中部葉次之，下部葉最低，在α=0.05時(shí)，上、中、下部煙葉中的平均Zn元素含量存在顯著性差異。綜合計(jì)算3個(gè)部位煙葉的Zn元素含量為（29.45± 7.83） mg/kg。

表4 上、中、下部煙葉中各采樣點(diǎn)的Zn元素含量Table 4 The content of Zn in upper，middle and lower tobacco leaves

2.4 煙葉中Zn元素的空間分布

根據(jù)各采樣點(diǎn)的平均Zn元素含量繪制得到如圖3所示的不同部位煙葉Zn元素含量空間分布矢量圖?？梢?jiàn)，在各個(gè)部位的煙葉中，也為葉片中部的平均Zn元素含量最高，葉尖、葉基較低。

單片煙葉中不同分區(qū)的Zn元素含量如表5所示。在上部葉中，區(qū)域C的平均Zn 元素含量與區(qū)域A存在顯著性差異（α=0.05），但是區(qū)域B與區(qū)域A、區(qū)域C之間的差異不顯著。在中部葉和下部葉中，區(qū)域C的平均Zn元素含量最高，且在α=0.05時(shí)和區(qū)域A、區(qū)域B之間存在顯著性差異。整體來(lái)說(shuō)，在單片煙葉中，平均Zn元素含量從葉片邊緣向葉片中心逐漸升高。

圖3 不同部位煙葉Zn元素含量空間分布矢量圖Fig. 3 Distribution vetorgram of Zn in tobacco leaves

表5 單片煙葉上不同部位Zn 元素含量平均值Table 5 Average content of Zn of different zones in single tobacco leaf

3 討 論

牛書(shū)金等[16]對(duì)津巴布韋和巴西的優(yōu)質(zhì)烤煙的礦質(zhì)元素進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)這兩地的優(yōu)質(zhì)煙葉的 Mn元素含量在58.16～156.00 mg/kg，Zn元素含量在10.15～31.64 mg/kg，另外，袁有波等[17]構(gòu)建的煙葉中微量元素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)顯示，煙葉中Mn元素含量在50～200 mg/kg、Zn元素含量在20～50 mg/kg最為適宜，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)山東臨沂煙區(qū)的烤煙的Mn、Zn元素含量均在此范圍之內(nèi)。

在整個(gè)煙株中，Mn元素含量分布為下部葉＞中部葉＞上部葉，Zn元素含量分布為上部葉＞中部葉＞下部葉，這是因?yàn)镸n元素在植物體內(nèi)是不可移動(dòng)的元素，因此在靠近下部的老葉中積累較多，而Zn元素是可移動(dòng)元素[18]，因此在上部的新葉中積累較多。

在單片煙葉中，Mn、Zn元素的含量分布具有一定的規(guī)律性，且二者的分布規(guī)律基本相同?？拷~片邊緣的區(qū)域A的Mn、Zn元素含量較靠近葉片中心區(qū)域B、C的含量低，葉尖和葉基的Mn、Zn元素含量較葉片中部要低。起初認(rèn)為，葉片中Mn、Zn元素含量的空間分布規(guī)律與葉片厚度的分布規(guī)律存在關(guān)聯(lián)，在單片煙葉中，葉片厚度順序是葉中部＞葉尖＞葉緣＞葉基[2]，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在葉片中部的Mn元素和Zn元素含量確實(shí)最高，但是葉尖、葉緣、葉基的含量并沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性差異。另外，Mn是形成葉綠素正常結(jié)構(gòu)的必須元素，Zn也與葉綠素的形成有關(guān)[2]，因此，推測(cè)煙葉中的Mn元素和Zn元素含量與葉綠素含量是正向相關(guān)的，廖和明等[19]的研究結(jié)果顯示，在單片煙葉中，葉基的葉綠素含量最高，葉中部次之，葉尖最低，這與本試驗(yàn)的結(jié)果相悖。因此，單片煙葉中的Mn和Zn元素含量之所以會(huì)呈現(xiàn)這樣的規(guī)律，目前尚沒(méi)有相關(guān)理論進(jìn)行解釋，具體原因還需要進(jìn)一步探索。

2013年國(guó)家煙草專賣局要求全行業(yè)全面推進(jìn)企業(yè)精益管理。目前，對(duì)煙葉等級(jí)質(zhì)量的劃分比較粗放，與精益生產(chǎn)的要求不符，本試驗(yàn)對(duì)單片煙葉進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)化并提出了較為詳細(xì)的區(qū)劃方法，可為煙葉的精益生產(chǎn)提供一定的借鑒。

4 結(jié) 論

山東臨沂煙區(qū)煙葉中Mn、Zn元素平均含量分別為（124.90±16.72）和（29.45±7.83） mg/kg，符合優(yōu)質(zhì)烤煙微量元素含量標(biāo)準(zhǔn)。單片煙葉中Mn元素含量和Zn元素含量均基本呈現(xiàn)出從葉片邊緣向中心逐漸升高、從葉基和葉尖向葉片中部逐漸升高的趨勢(shì)。研究對(duì)于煙葉工業(yè)應(yīng)用有一定指導(dǎo)意義。下一步，需要對(duì)Mn元素和Zn元素在單片煙葉中含量分布規(guī)律的成因進(jìn)行更加深入的探究。

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Contents and Distribution of Mn and Zn in Flue-cured Tobacco Leaves

LI Pengfa, HOU Xin, LIU Peng, PENG Fashi, HE Qingxiang, WANG Yujun*

（College of Plant Protection, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China）

The content of heavy metals in tobacco leaves has great influence on the safety of cigarettes. To make the distribution of heavy metals in flue-cured tobacco leaves clear, ICP-OES was applied to test the distribution of Mn and Zn in flue-cured tobacco leaves. Each tobacco leaf was divided into 3 zones, namely A and B and C. It was found that: (1) The average contents of Mn and Zn in flue-cured tobacco leaves from Linyi tobacco areas were (124.90±16.72) and (29.45±7.83) mg/kg. (2) The content of Mn was the highest in lower tobacco leaves and the least in upper leaves. However, the content of Zn was the highest in upper leaves and the least in lower leaves. (3) The contents of Mn and Zn both showed a trend of getting higher from edge to center of a tobacco leaf. The contents of Mn and Zn were both less in the base and top, and higher in the center of a single tobacco leaf. This study could provide guidance for industrial application of tobacco leaves.

ICP-OES; flue-cured tobacco leaves; Mn; Zn; distribution

S572.01

1007-5119（2016）06-0027-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.06.005

山東省煙草公司科技重大專項(xiàng)“密集烤房散葉烘烤設(shè)備及配套工藝研究”（KN213）

李朋發(fā)（1990-），男，在讀碩士，主要從事煙草栽培、調(diào)制及加工方面的研究。E-mail：lpf1654@163.com。*通信作者，E-mail：yancao@sdau.edu.cn

2016-06-22

2016-08-04