锰、锌元素在烟叶中的含量及分布特征

李朋发，侯 欣，刘 朋，彭发仕，贺庆祥，王玉军

（山东农业大学植物保护学院，山东 泰安 271018）

锰、锌元素在烟叶中的含量及分布特征

李朋发，侯 欣，刘 朋，彭发仕，贺庆祥，王玉军*

（山东农业大学植物保护学院，山东 泰安 271018）

重金属元素含量的高低会影响卷烟的安全性，为摸清重金属元素在烟叶中的分布特征，将单片烟叶划分为A、B、C三个区域，利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES）对不同部位烟叶中Mn、Zn含量进行测定，结果表明：（1）山东临沂烟区烟叶中Mn、Zn平均含量分别为（124.90±16.72）和（29.45±7.83）mg/kg。（2）在整个烟株中，Mn含量分布为下部叶＞中部叶＞上部叶，Zn含量分布为上部叶＞中部叶＞下部叶。（3）单片烟叶中Mn和Zn含量均基本呈现出从边缘向中心逐渐升高的趋势，在各个区域中，Mn和Zn含量均为从叶基和叶尖向叶片中部逐渐升高。研究对于烟叶的工业应用有一定指导意义。

ICP-OES；烟叶；Mn；Zn；空间特征

Mn和Zn都是烟草生长必须的微量元素，在烟叶的生长发育及代谢过程中参与重要的生理功能[1]。当烟叶中缺少Mn元素时，会导致烟株纤弱，茎秆细长，叶片变狭窄，幼叶软而下披，脆弱易折，严重时出现黄色小斑点直至坏死脱落。而烟叶中缺少Zn元素时，烟株生长缓慢，严重时会导致整个烟株枯死[2]。同时Mn、Zn都是重金属元素，含量过高会危害人体安全[3]。

近年来，关于Mn、Zn元素在烟叶中的含量测定及吸收、积累规律的报道较多，但是一般都是在整片烟叶、整个部位或者整个烟株的层面上展开的研究[4-9]，而关于Mn、Zn元素在单片烟叶中具体的空间分布规律还从未有过报道。另外，我国目前主要根据烟叶的物理性状对烟叶进行等级划分，比较粗放，不符合卷烟工业上精益生产的要求[10]。鉴于此，本试验设计了对单片烟叶的区域采样方法，将单片烟叶划分为了A、B、C三个区域，利用ICP-OES对Mn、Zn元素含量进行测定，旨为明确烤烟烟叶中Mn、Zn元素含量与空间分布，为临沂烟区烟叶Mn、Zn元素的营养水平判断提供科学参考，同时也为烟草工业中对烟叶进行更加精细化的利用、提高烟草制品的精益生产提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

本试验所用烟叶为山东临沂烟草有限公司提供的烤烟国家分级标准仿制样品，上、中、下部烟叶分别为B2F、C3F和X2F等级的烟叶，样品烟叶均采集于山东省临沂市。

本试验采用的消解仪器为泰安市鸿泰热能动力机械有限公司生产的KDX-60型控温定时消化炉，检测仪器为美国Varian公司生产的715-ES型电感耦合等离子体原子发射光谱仪，标准样品为国家有色金属及电子材料分析测试中心提供的Mn、Zn元素标准分析样品（混标，浓度为100 µL/L），消解体系为65% HNO3（分析纯）和30% H2O2（分析纯）。

1.2 烟叶样品的区域划分和采样方法

参考孙建锋[11]、高致明等[12]以及柳立等[13]的方法，将单片烟叶进一步划分为如图1所示的A、B、C3个环形区域，每个区域划分为8个不规则区块，8个区块之间的夹角α均为45°。依区块属性每个环形区域归纳为5个样品（对称区块合并），分别用1、2、3、4、5表示，这样单片烟叶从A1到C5共有15个不同的样品。采样时在每个区块的中部采样，各个采样点的采样面积均为2 cm×2 cm，采样后去除较粗的叶脉。每个等级的烟叶取15片叶 面较为规则的烟叶采样，重复3次。

图1 烟叶采样点Fig. 1 Sampling points on a tobacco leaf

将样品置于60 ℃的烘箱中烘烤24 h，研碎，过40目筛，每个样品称取0.2000 g，密封待用。

1.3 消解与检测方法

将样品加入消解管中，加入6 mL 65% HNO3、2 mL 30% H2O2，消解温度设定为190 ℃，在消解过程中每隔2 h加入1滴30% H2O2以加快催化，消解约12 h至消解管中的溶液变为无色透明。将消解好的溶液移入50 mL容量瓶中，并用娃哈哈纯净水定容[14-15]，定容后用保鲜膜密封瓶口。

将Mn、Zn元素标准溶液进行稀释和定容，标准溶液的浓度梯度设置为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的检测条件参数如下：功率为1.00 kW，等离子气15.0 L/min，辅助气流量1.50 L/min，雾化气200 kPa，一次读数时间5.000 s，稳定时间15 s，观察高度10 mm，Mn元素的检测波长为257.610 nm，Zn元素的检测波长为213.857 nm。

1.4 标准曲线的绘制及统计方法

如表1所示的分别是Mn、Zn元素标准溶液的计算浓度及误差。通过计算得到Mn元素标准溶液的标准曲线方程为：

相关系数R2=0.999824。

通过计算得到Zn元素标准溶液的标准曲线方程为：

决定系数R2=0.999668。

本试验所获取的数据均采用SPSS 19.0分析，检验水准均为5%。

表1 Mn、Zn元素标准溶液的计算浓度及误差Table 1 The real concentration and error of the standard solution of Mn, Zn

2 结 果

2.1 烟叶中Mn元素含量

上、中、下部烟叶各个采样点的Mn元素含量 如表2所示。由表2可见，下部叶平均Mn元素含量最高，其次为中部叶，最低为上部叶，且在α=0.05水平上有显著差异。综合计算3个部位烟叶的Mn元素含量为（124.90±16.72） mg/kg。

2.2 烟叶中Mn元素的空间分布

根据各采样点的平均Mn元素含量绘制得到如图2所示的不同部位烟叶Mn元素含量空间分布矢量图。可见，叶片中部平均Mn元素含量最高，叶尖、叶基则较低。

表2 上、中、下部烟叶中各采样点的Mn元素含量Table 2 The content of Mn in upper，middle and lower tobacco leaves

图2 不同部位烟叶Mn元素含量空间分布矢量图Fig. 2 Distribution vetorgram of Mn in tobacco leaves

单片烟叶上不同分区的平均Mn元素含量如表3所示。可见，在全部3个部位的烟叶中，单片烟叶中心区域C的平均Mn元素含量均为最高，且在α=0.05时均与叶片边缘的区域A存在显著性差异， 区域A和区域C与处于叶片中心和边缘之间的区域B间的平均Mn元素含量差异均不显著，但是区域B的平均Mn元素含量处于区域A和区域C平均Mn元素含量之间。这说明在单片烟叶中，Mn元素含量从边缘向叶片中心逐渐升高。

表3 单片烟叶上不同分区的平均Mn元素含量Table 3 Average content of Mn of different zones in single tobacco leaf

2.3 烟叶中Zn元素含量

上、中、下部烟叶各个采样点的Zn元素含量如表4所示。上部叶的平均Zn元素含量最高，中部叶次之，下部叶最低，在α=0.05时，上、中、下部烟叶中的平均Zn元素含量存在显著性差异。综合计算3个部位烟叶的Zn元素含量为（29.45± 7.83） mg/kg。

表4 上、中、下部烟叶中各采样点的Zn元素含量Table 4 The content of Zn in upper，middle and lower tobacco leaves

2.4 烟叶中Zn元素的空间分布

根据各采样点的平均Zn元素含量绘制得到如图3所示的不同部位烟叶Zn元素含量空间分布矢量图。可见，在各个部位的烟叶中，也为叶片中部的平均Zn元素含量最高，叶尖、叶基较低。

单片烟叶中不同分区的Zn元素含量如表5所示。在上部叶中，区域C的平均Zn 元素含量与区域A存在显著性差异（α=0.05），但是区域B与区域A、区域C之间的差异不显著。在中部叶和下部叶中，区域C的平均Zn元素含量最高，且在α=0.05时和区域A、区域B之间存在显著性差异。整体来说，在单片烟叶中，平均Zn元素含量从叶片边缘向叶片中心逐渐升高。

图3 不同部位烟叶Zn元素含量空间分布矢量图Fig. 3 Distribution vetorgram of Zn in tobacco leaves

表5 单片烟叶上不同部位Zn 元素含量平均值Table 5 Average content of Zn of different zones in single tobacco leaf

3 讨 论

牛书金等[16]对津巴布韦和巴西的优质烤烟的矿质元素进行了测定，发现这两地的优质烟叶的 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]构建的烟叶中微量元素评价标准显示，烟叶中Mn元素含量在50～200 mg/kg、Zn元素含量在20～50 mg/kg最为适宜，本试验发现山东临沂烟区的烤烟的Mn、Zn元素含量均在此范围之内。

在整个烟株中，Mn元素含量分布为下部叶＞中部叶＞上部叶，Zn元素含量分布为上部叶＞中部叶＞下部叶，这是因为Mn元素在植物体内是不可移动的元素，因此在靠近下部的老叶中积累较多，而Zn元素是可移动元素[18]，因此在上部的新叶中积累较多。

在单片烟叶中，Mn、Zn元素的含量分布具有一定的规律性，且二者的分布规律基本相同。靠近叶片边缘的区域A的Mn、Zn元素含量较靠近叶片中心区域B、C的含量低，叶尖和叶基的Mn、Zn元素含量较叶片中部要低。起初认为，叶片中Mn、Zn元素含量的空间分布规律与叶片厚度的分布规律存在关联，在单片烟叶中，叶片厚度顺序是叶中部＞叶尖＞叶缘＞叶基[2]，试验结果显示，在叶片中部的Mn元素和Zn元素含量确实最高，但是叶尖、叶缘、叶基的含量并没有表现出显著性差异。另外，Mn是形成叶绿素正常结构的必须元素，Zn也与叶绿素的形成有关[2]，因此，推测烟叶中的Mn元素和Zn元素含量与叶绿素含量是正向相关的，廖和明等[19]的研究结果显示，在单片烟叶中，叶基的叶绿素含量最高，叶中部次之，叶尖最低，这与本试验的结果相悖。因此，单片烟叶中的Mn和Zn元素含量之所以会呈现这样的规律，目前尚没有相关理论进行解释，具体原因还需要进一步探索。

2013年国家烟草专卖局要求全行业全面推进企业精益管理。目前，对烟叶等级质量的划分比较粗放，与精益生产的要求不符，本试验对单片烟叶进行了进一步的细化并提出了较为详细的区划方法，可为烟叶的精益生产提供一定的借鉴。

4 结 论

山东临沂烟区烟叶中Mn、Zn元素平均含量分别为（124.90±16.72）和（29.45±7.83） mg/kg，符合优质烤烟微量元素含量标准。单片烟叶中Mn元素含量和Zn元素含量均基本呈现出从叶片边缘向中心逐渐升高、从叶基和叶尖向叶片中部逐渐升高的趋势。研究对于烟叶工业应用有一定指导意义。下一步，需要对Mn元素和Zn元素在单片烟叶中含量分布规律的成因进行更加深入的探究。

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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

山东省烟草公司科技重大专项“密集烤房散叶烘烤设备及配套工艺研究”（KN213）

李朋发（1990-），男，在读硕士，主要从事烟草栽培、调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