荊磊磊，申欽鵬，張 濤，劉春波，王昆淼，來(lái)進(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)內(nèi)外烤煙無(wú)機(jī)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(lái)進(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)內(nèi)外不同烤煙中無(wú)機(jī)元素的差異，采用煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)國(guó)內(nèi)外烤煙中主要的14種無(wú)機(jī)元素進(jìn)行了全面數(shù)據(jù)采集以及統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：以云南省為代表的國(guó)內(nèi)卷煙不同產(chǎn)區(qū)之間，不同部位的烤煙樣品各無(wú)機(jī)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(gè)區(qū)域的樣品。在國(guó)外主要烤煙產(chǎn)區(qū)之間，可以明顯區(qū)分美國(guó)、津巴布韋和巴西3個(gè)國(guó)家的無(wú)機(jī)元素分布區(qū)域。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外樣品進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)在以云南省為代表的國(guó)內(nèi)烤煙的鈣和硝酸根含量水平明顯高于國(guó)外烤煙的，而鉀、氮、鋅、鎂含量水平顯著低于國(guó)外烤煙的。

關(guān)鍵詞：烤煙；無(wú)機(jī)元素；統(tǒng)計(jì)分析；國(guó)外

煙草是一種復(fù)雜的植物材料，就其化學(xué)組成來(lái)講，煙草中含有3000多種化合物，這其中包括用來(lái)維持煙草正常生長(zhǎng)的礦質(zhì)元素[1]。煙草在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(huì)影響植株正常發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致病害發(fā)生，降低煙草品質(zhì)[2]。煙草中大多數(shù)無(wú)機(jī)元素對(duì)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(jìn)程，事實(shí)上，當(dāng)氯含量高時(shí)會(huì)造成煙葉燃燒不良，抽吸時(shí)有海藻樣怪腥味[3]；鐵對(duì)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(duì)植物體內(nèi)生長(zhǎng)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(guò)對(duì)煙葉的無(wú)機(jī)元素含量進(jìn)行全面分析，有目的地改良煙草的種植工藝和生長(zhǎng)環(huán)境，從而提高煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量，對(duì)我國(guó)煙草行業(yè)的發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)意義及社會(huì)效益。

20世紀(jì)30、40年代，美、英和前蘇聯(lián)等國(guó)就開(kāi)始了煙株中微量元素的研究。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)研究者對(duì)煙草中無(wú)機(jī)元素進(jìn)行了大量研究。陳偉等[5]對(duì)不同生態(tài)區(qū)煙葉無(wú)機(jī)元素進(jìn)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(wú)機(jī)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(duì)烤煙不同葉位葉片的11種無(wú)機(jī)元素含量變化規(guī)律進(jìn)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(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)各重點(diǎn)植煙縣的烤煙中部樣品的13種礦質(zhì)元素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)我國(guó)烤煙營(yíng)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(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)外主產(chǎn)煙區(qū)烤煙化學(xué)成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)烤煙的總氮、氯、鉀等指標(biāo)顯著低于國(guó)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(duì)植煙土壤中微量元素進(jìn)行分析具有重要意義。云南是國(guó)內(nèi)最大的煙葉產(chǎn)區(qū)，也是國(guó)內(nèi)最有代表性的煙葉產(chǎn)地，目前對(duì)云南烤煙無(wú)機(jī)元素的研究還不夠系統(tǒng)全面，而且對(duì)國(guó)內(nèi)外烤煙中無(wú)機(jī)元素的分析研究也非常少。因此對(duì)云南煙葉的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行全面分析，是十分必要的。以云南煙葉作為國(guó)內(nèi)煙葉代表，將國(guó)內(nèi)外烤煙的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行分析比較，更加有利于科學(xué)地理解國(guó)內(nèi)外不同產(chǎn)地烤煙之間的品質(zhì)差異。我們對(duì)云南省不同產(chǎn)地及國(guó)外烤煙的14種無(wú)機(jī)元素含量進(jìn)行了差異性分析，以期對(duì)無(wú)機(jī)元素在云南省和國(guó)內(nèi)外不同產(chǎn)地的含量情況作進(jìn)一步了解，為提高國(guó)內(nèi)煙葉質(zhì)量提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

國(guó)內(nèi)烤煙樣品來(lái)自云南省不同縣的中部烤煙樣品，取樣按照文獻(xiàn)[10]所劃分的區(qū)域進(jìn)行，分別來(lái)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(yáng)區(qū)。

國(guó)外烤煙樣品分別來(lái)自美國(guó)、巴西和津巴布韋的混合部位煙葉。

1.2煙葉無(wú)機(jī)元素檢測(cè)項(xiàng)目與方法

烤煙中主要14種無(wú)機(jī)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測(cè)：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(jì)分析

采用SIMCA-P DEMO對(duì)所涉及的不同產(chǎn)地烤煙的多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。通過(guò)SPSS 16.0先對(duì)不同樣品類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行多地點(diǎn)差異分析，對(duì)于國(guó)內(nèi)外差異的判斷則采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析[11]。

2結(jié)果與分析

2.1 以云南省烤煙為代表的國(guó)內(nèi)烤煙無(wú)機(jī)元素分析

對(duì)云南省不同縣的中部烤煙樣品進(jìn)行主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)，結(jié)果見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯?個(gè)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(shuō)明5個(gè)區(qū)域烤煙間的無(wú)機(jī)元素存在差異。

對(duì)不同產(chǎn)區(qū)中部烤煙樣品所測(cè)定的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行方差分析和多重比較(表1～表5)后發(fā)現(xiàn)，有2種無(wú)機(jī)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(duì)于其他縣份較高；彌勒和安寧的氯含量明顯高于昭陽(yáng)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(wú)機(jī)元素在不同縣份之間不存在顯著性差異。

2.2國(guó)外主要地點(diǎn)烤煙無(wú)機(jī)元素分析

對(duì)國(guó)外主要地點(diǎn)烤煙進(jìn)行了主成分分析(PCA)，結(jié)果見(jiàn)圖2?？梢钥闯觯?個(gè)國(guó)家的烤煙樣品分布位置差異較為明顯，說(shuō)明3個(gè)國(guó)家之間的無(wú)機(jī)元素存在差異。對(duì)3個(gè)國(guó)家所測(cè)定的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行方差分析和多重比較(表6～表10)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有2個(gè)無(wú)機(jī)元素的含量在不同國(guó)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(guó)(表9)；巴西的硫酸根含量相對(duì)較高(表10)；氯、鉀、氮、銅、鐵、錳、鈉、鋅、鈣、鎂、磷酸根和硝酸根等無(wú)機(jī)元素在3個(gè)國(guó)家之間不存在顯著性差異。

2.3國(guó)內(nèi)外烤煙無(wú)機(jī)元素分析

以云南煙葉作為國(guó)內(nèi)煙葉代表，將國(guó)內(nèi)外烤煙進(jìn)行主成分分析(PCA)，結(jié)果見(jiàn)圖3。可以看出，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的烤煙樣品分布位置差異較為明顯，說(shuō)明國(guó)內(nèi)外的無(wú)機(jī)元素存在差異。

對(duì)國(guó)內(nèi)外所測(cè)定的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(表11～表13)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有6個(gè)無(wú)機(jī)元素的含量在國(guó)內(nèi)外之間存在顯著差異(P<0.05)。其中國(guó)內(nèi)的鈣和硝酸根含量相對(duì)較高，國(guó)外的鉀、氮、鋅、鎂水平相對(duì)較高；氯、鐵、錳、銅、鈉、硼、磷酸根和硫酸根等無(wú)機(jī)元素含量在國(guó)內(nèi)外之間不存在顯著性差異。

3討論

針對(duì)云南省不同產(chǎn)區(qū)來(lái)說(shuō)，通過(guò)中部烤煙樣品能夠明顯區(qū)分5個(gè)區(qū)域的樣品，5個(gè)區(qū)域烤煙間的無(wú)機(jī)元素含量存在差異，表現(xiàn)在南華的硼含量水平相對(duì)較高；對(duì)于差異比較而言，彌勒和安寧的氯含量水平顯著高于昭陽(yáng)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(guó)外3個(gè)國(guó)家的無(wú)機(jī)元素分布區(qū)域，說(shuō)明3個(gè)國(guó)家之間無(wú)機(jī)元素存在差異。體現(xiàn)在巴西的硫酸根含量水平相對(duì)較高，巴西的硼含量水平顯著高于美國(guó)，但氯、鉀、氮、銅、鐵、錳、鈉、鋅、鈣、鎂、磷酸根和硝酸根等無(wú)機(jī)元素含量在3個(gè)國(guó)家之間不存在顯著性差異。

最后對(duì)國(guó)內(nèi)外樣品進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)和國(guó)外的烤煙樣品分布位置也較為明顯，說(shuō)明國(guó)內(nèi)外的無(wú)機(jī)元素存在差異。體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的鈣和硝酸根含量水平相對(duì)較高，國(guó)外的鉀、氮、鋅、鎂含量水平相對(duì)較高，但氯、鐵、錳、銅、鈉、硼、磷酸根和硫酸根等無(wú)機(jī)元素含量在國(guó)內(nèi)外之間不存在顯著性差異。由于鈣對(duì)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(guó)內(nèi)含鈣量大的煙葉和國(guó)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(wú)機(jī)元素是煙草根系從土壤吸收的，由于煙草吸收礦質(zhì)無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(zhǎng)前期雨水多，氣溫低，日照時(shí)數(shù)相對(duì)較少，生長(zhǎng)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(wú)機(jī)元素含量的變化。不同生態(tài)區(qū)煙葉無(wú)機(jī)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(jìn)一步分析。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外烤煙無(wú)機(jī)元素進(jìn)行全面分析和比較，明確了國(guó)內(nèi)外烤煙的無(wú)機(jī)元素差異：以云南省為代表的國(guó)內(nèi)烤煙的鈣和硝酸根含量水平明顯高于國(guó)外烤煙，而鉀、氮、鋅、鎂含量水平顯著低于國(guó)外烤煙。因而可以利用國(guó)內(nèi)與國(guó)外烤煙無(wú)機(jī)元素之間的差別，合理混配來(lái)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(wú)機(jī)元素提供科學(xué)的理論依據(jù)，為提高國(guó)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(xiàng)目：云南省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2013FZ172，2014FD078)；云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目 (2009CI014)；云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心項(xiàng)目(JSZX2014JC02)。

作者簡(jiǎn)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(lèi)號(hào)：S572

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)05-0046-05