烤烟中微量营养元素含量与物理特性的关系探讨①

郭建华，张仕祥，王建伟，李小龙，奚家勤，过伟民，王广山，薛超群，王爱国，宋纪真*

(1 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州 450001；2 烟草行业生态环境与烟叶质量重点实验室，郑州 450001；3 南平市烟草公司邵武分公司，福建邵武 354000)

烤烟中微量营养元素含量与物理特性的关系探讨①

郭建华1,2，张仕祥1,2，王建伟1,2，李小龙3，奚家勤1,2，过伟民1,2，王广山1,2，薛超群1,2，王爱国1,2，宋纪真1,2*

(1 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州 450001；2 烟草行业生态环境与烟叶质量重点实验室，郑州 450001；3 南平市烟草公司邵武分公司，福建邵武 354000)

通过分析我国2010—2014年C3F等级的初烤烟叶中6种中微量营养元素(Mn，Fe，Cu，Zn，Ca和Mg)含量与烟叶厚度、叶面密度、平衡含水率、拉力、填充值和含梗率6项物理特性指标以及物理特性总分间相关性，得到如下主要结论：①烟叶厚度和叶面密度与Mn和Zn含量呈极显著负相关关系，与Ca和Mg含量呈极显著正相关关系。②Zn和Mg对烟叶的物理特性指标影响最大，其中Zn主要影响烟叶厚度、叶面密度、拉力等指标；Mg主要影响烟叶厚度、叶面密度等指标。③Ca含量越高，烟叶越厚，但填充性能越差，过高的Ca含量会降低烟叶的吸湿性能。

烤烟；中微量营养元素；物理特性指标；相关关系

烟叶的物理性状是指烟叶的外部形态及其物理性能，包括单叶质量、叶片厚度、叶面密度、含梗率、填充性、弹性、吸湿性等指标。这些物理特性指标与烟叶的类型、品种、等级、质量、加工和贮存工艺密切相关，且直接影响卷烟制造过程、产品风格、成本及其他经济因素，是我国烟草行业主要研究对象和烟叶质量评价的重要指标之一[1–3]。

烟株正常生长需要适宜的养分供给，大量元素N、P、K对烟株生长及烟叶品质已有大量的报道[4–6]。Ca和Mg是烟草必需的中量营养元素，Mn、Fe、Cu和Zn是烟草必需的微量营养元素，这些营养元素在烟草体内含量虽低，但也是烟株生长发育和品质形成所必需的，每种营养元素都有自己特殊的功能，缺一不可[7]。中微量元素对烟叶化学成分[8–9]、致香物质[10]、产量[11]、感官评吸[12]等方面的研究已有报道，但尚未见其对烤后烟叶物理特性影响的报道。为此，本文以2010—2014年的我国C3F等级烤烟烟叶中Ca、Mg、Mn、Fe、Cu和Zn含量和烟叶的物理特性指标为切入点，考察其与烟叶物理特性指标的关系，旨在服务于通过肥料运筹调控烤后烟叶的物理特性指标和提高烟叶的物理品质。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选用2010—2014年全国主要烟草种植省份的烤烟C3F等级烟叶样品，其中2010年95个，2011年134个，2012年155个，2013年133个，2014年165个，共计682个。

1.2 测定项目与测定方法

烤烟中Mn、Fe、Cu、Zn、Ca和Mg 6种元素含量采用微波消解–原子吸收火焰分光光度法，具体详见文献[13]。

烟叶的物理特性指标包括烟叶厚度、填充值、拉力、叶面密度、平衡含水率、含梗率6项指标。其中，填充值采用YC/T 152-2001方法测定[14]，烟叶厚度、拉力、叶面密度、含梗率和平衡含水率按照文献[15]所述方法进行测定。物理特性检测仪主要包括CHYC2型测厚仪(济南兰光)、YDZ430型智能填充值测定仪(郑州嘉德机电科技有限公司)、多功能拉力机(Ametek)、恒温恒湿箱(Binder)。

1.3 物理特性总分赋值方法

采用《中国烟草种植区划》项目建立的烟叶物理特性评价体系对烟叶物理特性进行综合评价[16]，将叶面密度、平衡含水率、拉力和含梗率的检测结果分别赋值，权重分别为0.14、0.16、0.35和0.35，采用指数和法计算烟叶物理特性综合评价的总分，分值越高代表烟叶综合物理特性越好。

1.4 数据分析方法

采用Microsoft Office Excel 2013和IMB Statistics SPSS 20.0软件进行数据处理与统计分析，相关性分析采用SPSS 20.0软件的双变量Pearson系数。

2 结果与讨论

对Mn、Fe、Cu、Zn、Ca和Mg 6种元素含量与烟叶厚度、填充值、拉力、叶面密度、平衡含水率、含梗率6项物理特性指标进行统计分析，分别以逐年样本和总体样本进行相关性分析，分析元素含量与烟叶物理特性指标间的相关性。

2.1 烟叶Mn含量与物理特性指标相关性

烟叶中 Mn含量与烟叶物理特性指标的相关性分析结果详见表1。由表1可知，Mn含量与烟叶厚度、叶面密度、拉力和物理特性总分负相关，与平衡含水率、填充值和含梗率正相关。其中，2012年、2013年和2014年的样品均显示Mn含量与烟叶厚度呈现显著或极显著负相关关系；2011年和2012年，Mn含量与烟叶叶面密度呈现极显著负相关关系；2012年，Mn含量与填充值呈显著正相关关系；2011年，Mn含量与含梗率呈极显著正相关关系。从5年整体数据看来，烟叶Mn含量与烟叶厚度、叶面密度、物理特性总分存在极显著负相关关系，与含梗率呈显著正相关关系。说明Mn含量越高，叶片越薄，单位面积叶片的质量越轻，含梗率越高，物理特性整体质量越差。研究表明Mn使烟叶厚度减薄主要是由于海绵组织层细胞的减少引起[17]。

表1 烟叶Mn含量与物理特性指标的相关系数Table 1 The correlation coefficients between Mn content and physical characteristic indexes of tobacco leaves

2.2 烟叶Fe含量与物理特性指标相关性

烟叶中Fe元素含量和烟叶物理特性指标间的相关性分析结果详见表2。由表2可知，烟叶中Fe元素含量与烟叶厚度、叶面密度、平衡含水率和物理特性总分正相关，与拉力、填充值和含梗率负相关。其中，2012年和2013年，Fe元素含量与烟叶厚度呈极显著正相关关系；2014年，Fe元素含量与叶面密度呈显著正相关关系。从5年整体数据看来，烟叶Fe元素含量与烟叶厚度和叶面密度呈极显著正相关关系，与填充值呈显著负相关关系。说明烟叶中Fe元素含量越高，烟叶越厚，结构愈加紧密，填充性能却由此变差。研究表明，缺Fe会使烟叶失绿，降低叶绿体中核酸的含量，积累硝酸盐、氨基酸和酰胺，并减少蛋白质含量[18–19]。

表2 烟叶Fe含量与物理特性指标的相关系数Table 2 The correlation coefficients between Fe content and physical characteristic indexes of tobacco leaves

2.3 烟叶Cu含量与物理特性指标相关性

烟叶Cu元素含量和物理特性指标间的相关性分析结果详见表3。由表3可知，烟叶中Cu含量与烟叶厚度、叶面密度、拉力和物理特性总分正相关，与平衡含水率、填充值和含梗率负相关。年份间，烟叶中Cu含量与烟叶厚度、叶面密度、平衡含水率、拉力和填充值均无相关性。从5年整体数据看来，烟叶Cu含量与烟叶厚度呈极显著正相关关系，与含梗率呈显著负相关关系，与拉力和物理特性总分呈显著正相关关系。说明烟叶中Cu含量越高，烟叶叶片越厚，烟叶伸展能力好，烟叶中烟梗所占比例越小，烟叶利用性能好。已有研究表明一定程度上提高烟叶中 Cu含量，能够使烟叶成熟均匀，提高上等烟比例，改善香吃味，提高烟叶品质等[20]。

表3 烟叶Cu元素含量与物理特性指标的相关系数Table 3 The correlation coefficients between Cu content and physical characteristic indexes of tobacco leaves

2.4 烟叶Zn含量与物理特性指标相关性

烟叶中Zn元素含量和烟叶物理特性指标间的相关性分析结果详见表4。由表4可知，烟叶中Zn元素含量与烟叶厚度、叶面密度负相关，与平衡含水率、拉力、填充值、含梗率和物理特性总分正相关。从年份间数据可以看出，Zn含量与烟叶厚度和叶面密度的关系比较紧密，绝大多数年份中烟叶Zn含量与烟叶厚度和叶面密度呈极显著或显著负相关关系；部分年份，烟叶Zn含量与平衡含水率、拉力和含梗率呈显著或极显著正相关关系。从5年整体数据看来，烟叶Zn含量与烟叶厚度、叶面密度呈极显著负相关关系，与拉力呈现极显著正相关关系，与含梗率和填充值呈显著正相关关系。说明烟叶中Zn含量越少，烟叶叶片越厚，细胞间隙越小，叶片结构越紧密，相应地，填充性能就越差，叶片中烟梗所占比例就越小。这可能是因为Zn在植物体内的功能之一就是参与生长素的代谢，烟株缺Zn时，烟草的生长受到抑制，叶片扩展受到抑制，从而变得小而厚[21]。除此之外，增加烟叶中的 Zn含量对提高烟叶拉力有积极的作用，有利于增强烟叶在工业加工过程中的耐加工性，降低造碎率。

2.5 烟叶Ca含量与物理特性指标的相关性

烟叶中Ca元素含量和烟叶物理特性指标的相关性分析结果详见表5。由表5可知，烟叶Ca含量与烟叶厚度和叶面密度正相关，与平衡含水率、拉力等指标负相关。其中，Ca含量与烟叶厚度、叶面密度和平衡含水率有较紧密的相关性。2012—2014年，烟叶Ca元素含量与烟叶厚度和叶面密度存在显著或极显著正相关关系；2010年、2013年和2014年，烟叶Ca元素含量与平衡含水率呈显著或极显著负相关关系。从5年整体数据看来，Ca含量与烟叶厚度呈显著正相关关系，与平衡含水率和填充值存在极显著负相关关系。说明烟叶中Ca含量越高，烟叶越厚，吸湿性和填充性越差。

表4 烟叶Zn元素含量与物理特性指标的相关系数Table 4 The correlation coefficients between Zn content and physical characteristic indexes of tobacco leaves

表5 烟叶Ca元素含量与物理特性指标的相关系数Table 5 The correlation coefficients between Ca content and physical characteristic indexes of tobacco leaves

Ca是细胞壁结构的基本成分，以往研究表明含Ca高的烟叶厚、粗糙、僵硬[22]，影响烟叶品质，本研究也在一定程度上也验证了这一关系。影响填充能力的因素很多，包括烟草类型、栽培措施、烟叶身份等，疏松的烟叶具有比紧密烟叶更好的填充能力[22]。由于Ca含量越高，烟叶越厚、越僵硬，其填充性能也就越差。从数据中还可以看出，Ca是影响烟叶平衡含水率的最主要营养元素，Ca含量与烟叶的平衡含水率间的负相关性，不利于增强烟叶的保润性能。

2.6 烟叶Mg含量与物理特性指标的相关性

对烟叶样品 Mg元素含量和烟叶物理特性指标进行相关性分析，从表6可知，烟叶Mg含量与填充值和含梗率负相关，与烟叶厚度、叶面密度等指标正相关。其中，Mg含量与烟叶厚度和叶面密度有较为紧密的相关性，大多数年份中，烟叶Mg含量与烟叶厚度和叶面密度存在显著或极显著正相关关系。从5年整体数据看来，烟叶中Mg含量越高，烟叶越厚，叶片越紧密，吸湿性越好，含梗率越低，烟叶利用率高，物理特性整体较好。适量的Mg供应可以促进烟株生长发育，韦翔华等[23]认为Mg元素可以增加烟株有效叶数、叶面积以及叶片厚度；张钊[24]研究认为缺Mg烟叶外观色泽差，吃味差，调制后呈暗灰色无光泽或变成浅棕色，油分差，叶片薄，Mg含量与烟叶厚薄的关系与本研究一致。

表6 烟叶Mg元素含量与物理特性指标的相关系数Table 6 The correlation coefficients between Mg content and physical characteristic indexes of tobacco leaves

3 结论

1) 初烤烟叶中的Mn，Fe，Cu，Zn，Ca和Mg等 6种元素含量与烟叶的物理特性指标具有不同程度相关性，以Mn、Ca、Zn和Mg与物理特性的相关性较为显著。

2) 初烤后的烟叶叶面厚度、叶面密度、平衡含水率、拉力、填充值和含梗率等6项物理特性指标中，以叶面厚度和叶面密度与元素含量的相关性最为显著。

3) 烟叶中Fe、Ca和Mg含量越高，烟叶越厚，叶片越紧密；Mn和Zn含量对烟叶厚度和叶面密度的影响与此相反；烟叶中Mn和Zn含量增加，烟叶含梗率有所增长，Cu和Mg含量增加，含梗率降低；过高的Ca含量会降低烟叶的吸湿性能。

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Correlation Between Physical Characteristic Indexes and Contents of Medium and Micro Nutrition Elements in Flue-cured Tobacco Leaves

GUO Jianhua1,2, ZHANG Shixiang1,2, WANG Jianwei1,2, LI Xiaolong3, XI Jiaqin1,2, GUO Weimin1,2, WANG Guangshan1,2, XUE Chaoqun1,2, WANG Aiguo1,2, SONG Jizhen1,2*
(1 Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China; 2 Key Laboratory of Eco-environmental and Tobacco Leaf Quality of CNTC, Zhengzhou 450001, China; 3 Shaowu Branch of Nanping Tobacco Company, Shaowu, Fujian 354000, China)

The correlation between contents of Mn, Fe, Cu, Zn, Ca, Mg and the physical characteristic indexes of thickness, density, equilibrium moisture content, tension, filling value, stem ratio and total point of the flue-cured tobacco leaves were studied, the results showed that: 1) The thickness and density indexes of leaves have significant negative with the contents of Mn and Zn, but have positive correlations with those of Ca and Mg. 2) The effects of Zn and Mg contents on the physical properties of leaves are the most obvious, in which Zn content mainly influenced the thickness, density and tensile indexes of leaves, while Mg content influenced the thickness and density indexes of leaves. 3) High Ca content can increase leaf thickness and weaken filling value, however, over-high Ca content will reduce the moisture retention of leaves.

Flue-cured tobacco; Medium and micro nutrition elements; Physical characteristic indexes; Correlation

S572

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.02.009

中国烟叶公司专项项目(122009AY0390)资助。

* 通讯作者(songjz701@sohu.com)

郭建华(1984—)，女，河南新乡人，硕士，工程师，主要从事烟草栽培及烟草质量评价研究。E-mail: guojh@ztri.com.cn