國內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.云南中煙工業有限責任公司 技術中心/云南省煙草化學重點實驗室，云南 昆明 650231；2.昆明理工大學 化學工程學院，云南 昆明 650500)

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國內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.云南中煙工業有限責任公司 技術中心/云南省煙草化學重點實驗室，云南 昆明 650231；2.昆明理工大學 化學工程學院，云南 昆明 650500)

摘要：為研究國內外不同烤煙中無機元素的差異，采用煙草行業標準方法對國內外烤煙中主要的14種無機元素進行了全面數據采集以及統計分析。結果表明：以云南省為代表的國內卷煙不同產區之間，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分云南省5個區域的樣品。在國外主要烤煙產區之間，可以明顯區分美國、津巴布韋和巴西3個國家的無機元素分布區域。通過對國內外樣品進行綜合分析，發現在以云南省為代表的國內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。

關鍵詞：烤煙；無機元素；統計分析；國外

煙草是一種復雜的植物材料，就其化學組成來講，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元素[1]。煙草在生長發育過程中必須吸收一定數量且比例協調的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育，嚴重時會導致病害發生，降低煙草品質[2]。煙草中大多數無機元素對煙葉的燃燒性、煙灰的顏色和性質有重要影響，并與煙葉的質量和可用性有著一定的聯系，如：鎂和鉀助燃，而磷和氯往往能減緩燃燒進程，事實上，當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]；鐵對煙葉質量有著顯著影響，它與烤煙“灰色病”導致的起斑有著極大關系；錳對植物體內生長素重組、葉綠素的合成以及葉綠體的發育、增殖、片層結構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境，從而提高煙草的產量和質量，對我國煙草行業的發展具有重要的經濟意義及社會效益。

20世紀30、40年代，美、英和前蘇聯等國就開始了煙株中微量元素的研究。近年來，國內研究者對煙草中無機元素進行了大量研究。陳偉等[5]對不同生態區煙葉無機元素進行了初步分析，發現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，Fe、Mg、Si、Pb在下部煙葉中含量較高；Se、Zn含量南方煙區上部葉中較高，北方煙區下部葉中較高；Mn、Ca、Cd在各部位煙葉中的分布情況在不同生態區域差異較大。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律進行了研究，結果發現不同葉位葉片的S、Cu、Mn、Zn葉位間變化程度較大。龍懷玉等[7]通過對國內各重點植煙縣的烤煙中部樣品的13種礦質元素進行分析，發現我國烤煙營養在很大程度上是不協調的，而且主要表現為養分濃度有些偏低。杜詠梅等[8]發現氯、硫、鉀對烤煙的感官質量有較大影響，但在不同香型風格烤煙間差異不顯著。李勇等[9]對國內外主產煙區烤煙化學成分進行了分析，發現國內烤煙的總氮、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和產量，因此，對植煙土壤中微量元素進行分析具有重要意義。云南是國內最大的煙葉產區，也是國內最有代表性的煙葉產地，目前對云南烤煙無機元素的研究還不夠系統全面，而且對國內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煙葉代表，將國內外烤煙的無機元素進行分析比較，更加有利于科學地理解國內外不同產地烤煙之間的品質差異。我們對云南省不同產地及國外烤煙的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外不同產地的含量情況作進一步了解，為提高國內煙葉質量提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

國內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。

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統計分析

采用SIMCA-P DEMO對所涉及的不同產地烤煙的多元統計數據進行主成分分析。通過SPSS 16.0先對不同樣品類型的統計數據進行方差齊性分析，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，對于國內外差異的判斷則采用獨立樣本t檢驗分析[11]。

2結果與分析

2.1 以云南省烤煙為代表的國內烤煙無機元素分析

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)，結果見圖1。可以看出，5個區域(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個區域烤煙間的無機元素存在差異。

對不同產區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)后發現，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，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)，結果見圖2。可以看出，3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)，結果發現，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國內外烤煙無機元素分析

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

對國內外所測定的無機元素進行獨立樣本t檢驗(表11～表13)，結果發現，有6個無機元素的含量在國內外之間存在顯著差異(P<0.05)。其中國內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外之間不存在顯著性差異。

3討論

針對云南省不同產區來說，通過中部烤煙樣品能夠明顯區分5個區域的樣品，5個區域烤煙間的無機元素含量存在差異，表現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，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，可以明顯區分國外3個國家的無機元素分布區域，說明3個國家之間無機元素存在差異。體現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。

最后對國內外樣品進行綜合分析，發現國內和國外的烤煙樣品分布位置也較為明顯，說明國內外的無機元素存在差異。體現在國內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，以提高卷煙質量。

無機元素是煙草根系從土壤吸收的，由于煙草吸收礦質無機元素具有選擇性和拮抗現象，以及各地區土壤供應各種礦質無機元素的量和比例不同，形成煙草的礦物質組成既有相同之處又有不同之處。同一地區、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，日照時數相對較少，生長后期氣溫高，光照充足，這些因素都將導致煙株不同部位煙葉無機元素含量的變化。不同生態區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系，其主導因子和相關性還有待進一步分析。

4結論

通過對國內外烤煙無機元素進行全面分析和比較，明確了國內外烤煙的無機元素差異：以云南省為代表的國內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。因而可以利用國內與國外烤煙無機元素之間的差別，合理混配來提高卷煙質量。其次，還可為生產優質煙葉合理施用微量無機元素提供科學的理論依據，為提高國內煙葉質量等提供參考。

參考文獻：

[1] 張槐苓,葛翠英,穆懷靜,等.煙草分析與檢驗[M].鄭州:河南科學技術出版社,1994:20-57.

[2] 閆克玉.煙草化學[M].鄭州:鄭州大學出版社,2002:231-247.

[3] 沈方科,韋忠,王蕾,等.植物生長調節劑對烤煙鉀吸收和循環的影響[J].農業科學與技術：英文版,2011,12(12):1877-1880.

[4] 周冀衡.煙草生理與生物化學[M].合肥:中國科學技術大學出版社,1996:188-204.

[5] 陳偉,楊春元,劉光亮,等.不同生態區煙葉無機元素的初步分析[J].中國煙草科學,2004,25(2):21-24.

[6] 高家合,秦西云,李金平,等.烤煙不同葉位葉片的化學成分變化規律研究[J].中國農學通報,2005,21(3):183-186.

[7] 龍懷玉,張認連,劉建利,等.中國烤煙中部葉礦質營養元素濃度狀況[J].植物營養與肥料學報,2007,13(3):450-457.

[8] 杜詠梅,張建平,王樹聲,等.主導烤煙香型風格及感官質量差異的主要化學指標分析[J].中國煙草科學,2010,31(5):7-12.

[9] 李勇,逄濤,師君麗,等.國內外主產煙區烤煙化學成分分析[J].中國煙草科學,2013,34(1):12-16.

[10] 董謝瓊,徐虹,楊曉鵬,等.基于GIS的云南省烤煙種植區劃方法研究[J].中國農業氣象,2005,26(1):16-19.

[11] 湯銀才.R語言與統計分析[M].北京:高等教育出版社,2008:226-259.

(責任編輯：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：云南省科技廳應用基礎研究項目(2013FZ172，2014FD078)；云南省創新團隊建設項目 (2009CI014)；云南中煙工業有限責任公司技術中心項目(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