国内外烤烟无机元素分析

荆磊磊，申钦鹏，张 涛，刘春波，王昆淼，来进贤，杨光宇，缪明明，刘志华*

(1.云南中烟工业有限责任公司 技术中心/云南省烟草化学重点实验室，云南 昆明 650231；2.昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650500)



国内外烤烟无机元素分析

荆磊磊1,2，申钦鹏1，张 涛1，刘春波1，王昆淼1，来进贤2，杨光宇1，缪明明1，刘志华1*

(1.云南中烟工业有限责任公司 技术中心/云南省烟草化学重点实验室，云南 昆明 650231；2.昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650500)

摘要：为研究国内外不同烤烟中无机元素的差异，采用烟草行业标准方法对国内外烤烟中主要的14种无机元素进行了全面数据采集以及统计分析。结果表明：以云南省为代表的国内卷烟不同产区之间，不同部位的烤烟样品各无机元素分布存在差异，利用中部烤烟样品就能明显区分云南省5个区域的样品。在国外主要烤烟产区之间，可以明显区分美国、津巴布韦和巴西3个国家的无机元素分布区域。通过对国内外样品进行综合分析，发现在以云南省为代表的国内烤烟的钙和硝酸根含量水平明显高于国外烤烟的，而钾、氮、锌、镁含量水平显著低于国外烤烟的。

关键词：烤烟；无机元素；统计分析；国外

烟草是一种复杂的植物材料，就其化学组成来讲，烟草中含有3000多种化合物，这其中包括用来维持烟草正常生长的矿质元素[1]。烟草在生长发育过程中必须吸收一定数量且比例协调的16种必需元素，包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Mo、Cu、B、Zn、Cl，否则就会影响植株正常发育，严重时会导致病害发生，降低烟草品质[2]。烟草中大多数无机元素对烟叶的燃烧性、烟灰的颜色和性质有重要影响，并与烟叶的质量和可用性有着一定的联系，如：镁和钾助燃，而磷和氯往往能减缓燃烧进程，事实上，当氯含量高时会造成烟叶燃烧不良，抽吸时有海藻样怪腥味[3]；铁对烟叶质量有着显著影响，它与烤烟“灰色病”导致的起斑有着极大关系；锰对植物体内生长素重组、叶绿素的合成以及叶绿体的发育、增殖、片层结构的维持都有重要作用[4]；钙、镁则是影响卷烟灰色的重要成分，灰分颜色可表示烟叶燃烧状态及烟叶燃烧的完全程度，钙、镁含量适中的烟叶燃烧性好，灰色白，烟灰不易散落[2]。因此，可以通过对烟叶的无机元素含量进行全面分析，有目的地改良烟草的种植工艺和生长环境，从而提高烟草的产量和质量，对我国烟草行业的发展具有重要的经济意义及社会效益。

20世纪30、40年代，美、英和前苏联等国就开始了烟株中微量元素的研究。近年来，国内研究者对烟草中无机元素进行了大量研究。陈伟等[5]对不同生态区烟叶无机元素进行了初步分析，发现烟叶不同部位以及南、北方的烟叶中无机元素分布存在较大差异。表明，Cu、P、S、Mo、B在上部烟叶中含量较高，Fe、Mg、Si、Pb在下部烟叶中含量较高；Se、Zn含量南方烟区上部叶中较高，北方烟区下部叶中较高；Mn、Ca、Cd在各部位烟叶中的分布情况在不同生态区域差异较大。高家合等[6]对烤烟不同叶位叶片的11种无机元素含量变化规律进行了研究，结果发现不同叶位叶片的S、Cu、Mn、Zn叶位间变化程度较大。龙怀玉等[7]通过对国内各重点植烟县的烤烟中部样品的13种矿质元素进行分析，发现我国烤烟营养在很大程度上是不协调的，而且主要表现为养分浓度有些偏低。杜咏梅等[8]发现氯、硫、钾对烤烟的感官质量有较大影响，但在不同香型风格烤烟间差异不显著。李勇等[9]对国内外主产烟区烤烟化学成分进行了分析，发现国内烤烟的总氮、氯、钾等指标显著低于国外烤烟的。植烟土壤中微量元素直接影响烟叶的品质和产量，因此，对植烟土壤中微量元素进行分析具有重要意义。云南是国内最大的烟叶产区，也是国内最有代表性的烟叶产地，目前对云南烤烟无机元素的研究还不够系统全面，而且对国内外烤烟中无机元素的分析研究也非常少。因此对云南烟叶的无机元素进行全面分析，是十分必要的。以云南烟叶作为国内烟叶代表，将国内外烤烟的无机元素进行分析比较，更加有利于科学地理解国内外不同产地烤烟之间的品质差异。我们对云南省不同产地及国外烤烟的14种无机元素含量进行了差异性分析，以期对无机元素在云南省和国内外不同产地的含量情况作进一步了解，为提高国内烟叶质量提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

国内烤烟样品来自云南省不同县的中部烤烟样品，取样按照文献[10]所划分的区域进行，分别来自滇东的陆良和马龙；滇西的宾川、弥渡、永平、禄丰及南华；滇中的安宁、澄江、峨山、弥勒、石林、新平、宜良和元江；滇东南的泸西和丘北；滇东北的昭阳区。

国外烤烟样品分别来自美国、巴西和津巴布韦的混合部位烟叶。

1.2烟叶无机元素检测项目与方法

烤烟中主要14种无机元素(钾、钙、钠、镁、锌、铁、锰、铜、硼、氯、氮、硝酸根、磷酸根和硫酸根)按以下国家标准方法进行检测：氯(YC/T 162─2011)、钾(YC/T 217─2007)、硼、钙(YC/T 174─2003)、钠(YC/T 274─2008)、镁(YC/T 175─2003)、氮(YC/T 161─2002)、锌(NY/T 305.2─1995)、铁(NY/T 305.3─1995)、锰(NY/T 305.4─1995)、铜(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统计分析

采用SIMCA-P DEMO对所涉及的不同产地烤烟的多元统计数据进行主成分分析。通过SPSS 16.0先对不同样品类型的统计数据进行方差齐性分析，满足齐性要求的采用Duncan多重比较方法和单因素方差分析，不满足齐性要求的则用Welch稳健单因素方差分析和Games-Howell多重比较方法进行多地点差异分析，对于国内外差异的判断则采用独立样本t检验分析[11]。

2结果与分析

2.1 以云南省烤烟为代表的国内烤烟无机元素分析

对云南省不同县的中部烤烟样品进行主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)，结果见图1。可以看出，5个区域(滇中、滇东、滇西、滇东南和滇东北)的中部烤烟样品分布较为分散，说明5个区域烤烟间的无机元素存在差异。

对不同产区中部烤烟样品所测定的无机元素进行方差分析和多重比较(表1～表5)后发现，有2种无机元素的含量在不同县份之间存在显著差异(P<0.05)。南华的硼含量相对于其他县份较高；弥勒和安宁的氯含量明显高于昭阳区，峨山的硼含量明显高于澄江、安宁和元江，禄丰的硼含量明显高于澄江；钾、氮、铁、钠、锌、钙、镁、锰、铜、氯、硫酸根和磷酸根等无机元素在不同县份之间不存在显著性差异。

2.2国外主要地点烤烟无机元素分析

对国外主要地点烤烟进行了主成分分析(PCA)，结果见图2。可以看出，3个国家的烤烟样品分布位置差异较为明显，说明3个国家之间的无机元素存在差异。对3个国家所测定的无机元素进行方差分析和多重比较(表6～表10)，结果发现，有2个无机元素的含量在不同国家之间存在显著差异(P<0.05)。其中巴西的硼含量水平显著高于美国(表9)；巴西的硫酸根含量相对较高(表10)；氯、钾、氮、铜、铁、锰、钠、锌、钙、镁、磷酸根和硝酸根等无机元素在3个国家之间不存在显著性差异。

2.3国内外烤烟无机元素分析

以云南烟叶作为国内烟叶代表，将国内外烤烟进行主成分分析(PCA)，结果见图3。可以看出，国内和国外的烤烟样品分布位置差异较为明显，说明国内外的无机元素存在差异。

对国内外所测定的无机元素进行独立样本t检验(表11～表13)，结果发现，有6个无机元素的含量在国内外之间存在显著差异(P<0.05)。其中国内的钙和硝酸根含量相对较高，国外的钾、氮、锌、镁水平相对较高；氯、铁、锰、铜、钠、硼、磷酸根和硫酸根等无机元素含量在国内外之间不存在显著性差异。

3讨论

针对云南省不同产区来说，通过中部烤烟样品能够明显区分5个区域的样品，5个区域烤烟间的无机元素含量存在差异，表现在南华的硼含量水平相对较高；对于差异比较而言，弥勒和安宁的氯含量水平显著高于昭阳区，峨山的硼含量水平显著高于安宁、元江和澄江，禄丰的硼含量水平显著高于澄江。

其次，可以明显区分国外3个国家的无机元素分布区域，说明3个国家之间无机元素存在差异。体现在巴西的硫酸根含量水平相对较高，巴西的硼含量水平显著高于美国，但氯、钾、氮、铜、铁、锰、钠、锌、钙、镁、磷酸根和硝酸根等无机元素含量在3个国家之间不存在显著性差异。

最后对国内外样品进行综合分析，发现国内和国外的烤烟样品分布位置也较为明显，说明国内外的无机元素存在差异。体现在国内的钙和硝酸根含量水平相对较高，国外的钾、氮、锌、镁含量水平相对较高，但氯、铁、锰、铜、钠、硼、磷酸根和硫酸根等无机元素含量在国内外之间不存在显著性差异。由于钙对烟草的填充力有好的作用，钙、镁含量适中的烟叶灰色白，燃烧性好，烟灰不易散落，因而可以将国内含钙量大的烟叶和国外含镁量高的烟叶混配后作为卷烟原料，以提高卷烟质量。

无机元素是烟草根系从土壤吸收的，由于烟草吸收矿质无机元素具有选择性和拮抗现象，以及各地区土壤供应各种矿质无机元素的量和比例不同，形成烟草的矿物质组成既有相同之处又有不同之处。同一地区、同一品种的烟草其元素组成大体是相同的，但烟草生长前期雨水多，气温低，日照时数相对较少，生长后期气温高，光照充足，这些因素都将导致烟株不同部位烟叶无机元素含量的变化。不同生态区烟叶无机元素部位特征的差异与海拔高度、土壤条件、气候因子等有必然联系，其主导因子和相关性还有待进一步分析。

4结论

通过对国内外烤烟无机元素进行全面分析和比较，明确了国内外烤烟的无机元素差异：以云南省为代表的国内烤烟的钙和硝酸根含量水平明显高于国外烤烟，而钾、氮、锌、镁含量水平显著低于国外烤烟。因而可以利用国内与国外烤烟无机元素之间的差别，合理混配来提高卷烟质量。其次，还可为生产优质烟叶合理施用微量无机元素提供科学的理论依据，为提高国内烟叶质量等提供参考。

参考文献：

[1] 张槐苓,葛翠英,穆怀静,等.烟草分析与检验[M].郑州:河南科学技术出版社,1994:20-57.

[2] 闫克玉.烟草化学[M].郑州:郑州大学出版社,2002:231-247.

[3] 沈方科,韦忠,王蕾,等.植物生长调节剂对烤烟钾吸收和循环的影响[J].农业科学与技术：英文版,2011,12(12):1877-1880.

[4] 周冀衡.烟草生理与生物化学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1996:188-204.

[5] 陈伟,杨春元,刘光亮,等.不同生态区烟叶无机元素的初步分析[J].中国烟草科学,2004,25(2):21-24.

[6] 高家合,秦西云,李金平,等.烤烟不同叶位叶片的化学成分变化规律研究[J].中国农学通报,2005,21(3):183-186.

[7] 龙怀玉,张认连,刘建利,等.中国烤烟中部叶矿质营养元素浓度状况[J].植物营养与肥料学报,2007,13(3):450-457.

[8] 杜咏梅,张建平,王树声,等.主导烤烟香型风格及感官质量差异的主要化学指标分析[J].中国烟草科学,2010,31(5):7-12.

[9] 李勇,逄涛,师君丽,等.国内外主产烟区烤烟化学成分分析[J].中国烟草科学,2013,34(1):12-16.

[10] 董谢琼,徐虹,杨晓鹏,等.基于GIS的云南省烤烟种植区划方法研究[J].中国农业气象,2005,26(1):16-19.

[11] 汤银才.R语言与统计分析[M].北京:高等教育出版社,2008:226-259.

(责任编辑：许晶晶)

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

基金项目：云南省科技厅应用基础研究项目(2013FZ172，2014FD078)；云南省创新团队建设项目 (2009CI014)；云南中烟工业有限责任公司技术中心项目(JSZX2014JC02)。

作者简介：荆磊磊(1989—)，男，硕士研究生，主要从事烟草化学研究。*通讯作者：刘志华。

中图分类号：S572

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)05-0046-05