巴西橡膠樹初生乳管中天然橡膠的提取及橡膠特性初步研究

姚行成++陳先紅++周珺++王軍++林位夫

摘 要 橡膠樹幼嫩莖及葉片中含有大量初生乳管，可合成和貯存天然橡膠。為研究橡膠樹初生乳管中天然橡膠的特性，本研究采用丙酮和環(huán)己烷溶劑從橡膠樹幼嫩枝葉提取初生乳管橡膠，對(duì)橡膠成分進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，分析橡膠的分子量表征，比較不同無性系的橡膠含量。結(jié)果表明，提取到的橡膠含99%的聚異戊二烯，葉片橡膠分子量與常規(guī)橡膠的相似，橡膠含量隨無性系而異。本研究結(jié)果將為橡膠樹灌木化栽培生產(chǎn)方式提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 橡膠樹 ；天然橡膠 ；初生乳管 ；萃取

中圖分類號(hào) S794.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.11.015

The Primary Study on Extraction and Characteristics of Rubber

from Primary Laticifers in Hevea Brasiliensis

YAO Xingcheng CHEN Xianhong ZHOU Jun WANG Jun LIN Weifu

（Rubber Research Institute， CATAS， Danzhou， Hainan， 571737）

Abstract The young branches and leaves of hevea was full of primary laticifer，could store natural rubber. The primary laticifer rubber was extracted by acetone and hexamethylene solutions and identified by GC-MS. The molecular characteristic was analyzed. The rubber contents were compared among different clone lines. The results showed that there were 99 per cent of polyisoprene in the primary laticifer rubber. The molecular characteristic of primary rubber was the same as that of conventional rubber. The rubber content varied with the clones. This provided references for the shrubby cultivation of Hevea brasiliensis.

Keywords Hevea brasiliensis ； natural rubber ； primary laticifer ； extraction

巴西橡膠樹中的乳管分為初生和次生乳管兩種類型。成齡樹樹皮的次生韌皮部中主要為次生乳管，其中合成和貯藏的膠乳可以通過割膠來獲取。初生乳管主要分布在幼嫩枝條和葉片中，也能夠合成和貯存天然橡膠。目前，關(guān)于初生乳管的研究主要集中在細(xì)胞的分化與發(fā)育上[1-2]，對(duì)于初生乳管內(nèi)天然橡膠的提取方法及其橡膠性能的研究尚沒有發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

由于割膠方法的特殊性，初生乳管橡膠不能通過割膠方法獲取。對(duì)于其它產(chǎn)膠植物，如蒲公英、銀膠菊、杜仲、向日葵等，也不能通過割膠方法獲取天然橡膠，人們通過其它方法提取天然橡膠，如溶劑法、物理研磨法從蒲公英提取橡膠[3]，如溶劑法、堿煮法提取杜仲橡膠[4-5]，溶劑法提取向日葵橡膠[6]、銀膠菊橡膠[7]，等等。這些橡膠采收過程可以在工廠車間內(nèi)機(jī)械化完成。

本研究參照銀膠菊橡膠的提取方法，嘗試以溶劑萃取法從橡膠樹幼嫩枝葉組織內(nèi)提取初生乳管中的天然橡膠，分析橡膠成分及橡膠分子量等表征，并比較不同無性系枝葉的初生乳管橡膠含量，探討初生乳管內(nèi)的天然橡膠的利用潛力，為橡膠樹灌木化栽培方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

橡膠樹熱研7-33-97無性系種植于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所苗圃育苗基地（海南儋州）。選取5蓬齡的枝條，在晴天中午時(shí)分，用枝剪從第5個(gè)葉蓬處剪下，先將枝條晾曬至半干，以膠乳不能滲出為宜。枝條從第3～4蓬連接處切斷，第4、5蓬的枝干及葉片棄掉，只留上部3蓬的枝葉，然后在烘箱內(nèi)60℃烘烤至恒重。植物干樣經(jīng)微型植物粉碎機(jī)（型號(hào)FZ102，天津泰斯特儀器有限公司）粉碎成粉末，裝入密封袋內(nèi)，在干燥器內(nèi)存放待用。

1.2 方法

1.2.1 初生乳管橡膠的提取

從橡膠枝葉組織提取天然橡膠的方法參照銀膠菊橡膠的提取方法[8]并作修改。取植物粉末10 g，裝入濾紙袋，然后放入索氏抽提器（500 mL）的提取管內(nèi)。索氏抽提器燒瓶加入約350 mL丙酮（分析純）。索氏抽提器在水浴鍋內(nèi)75 ℃回流至少12 h；然后倒掉丙酮，燒瓶加入約350 mL環(huán)己烷（分析純），在水浴鍋90 ℃回流至少12 h?；亓魍戤吅?，環(huán)己烷提取液倒入一個(gè)收集燒瓶，然后通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（型號(hào)Heidolph，Laborata 40000 efficient，德國）揮發(fā)并回收環(huán)己烷。收集燒瓶經(jīng)若干次收集環(huán)己烷提取液后，置于烘箱60℃干燥，然后用長(zhǎng)鑷子把燒瓶?jī)?nèi)壁粘附的提取物刮取下來，室溫存儲(chǔ)。

1.2.2 橡膠成分鑒定

溶劑法提取到的橡膠采用質(zhì)譜法進(jìn)行定性及定量分析。提取的橡膠在裂解器內(nèi)高溫裂解，裂解氣進(jìn)入GC-MS儀器（裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津GCMS-QP2010）氣相色譜系統(tǒng)。色譜柱：DB-5MS柱（長(zhǎng)30 m，內(nèi)徑0.25 mm，膜厚0.25 μm）。氣相色譜條件：從柱初溫50℃ 保持2 min 然后以10℃/min升溫至280℃ 保持40 min。質(zhì)譜條件：GC-MS接口溫度230℃，離子源溫度200℃。

成齡橡膠樹常規(guī)割膠得到的干膠（次生乳管橡膠）作為對(duì)照，也進(jìn)行成分鑒定。

1.2.3 初生乳管橡膠分子量分析

從橡膠樹葉片提取到的橡膠用凝膠滲透色譜法（GPC）測(cè)定橡膠的分子量。儀器設(shè)備為美國waters 1515凝膠滲透色譜儀。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為日本shodex公司生產(chǎn)的PS。流動(dòng)相為四氫呋喃。樣品由上海復(fù)昕化工技術(shù)服務(wù)有限公司代為檢測(cè)分析。傳統(tǒng)的次生乳管橡膠作為對(duì)照，也用同樣方法測(cè)定分子量。

1.2.4 不同無性系的初生乳管橡膠含量比較

制備4個(gè)無性系IAN873、PB217、PB235、熱研7-33-97的枝條植物組織粉末。稱量1.00 g植物粉末，裝入濾紙袋，然后濾紙袋放入索氏提取器（150 mL）的提取管內(nèi)，索氏提取器燒瓶?jī)?nèi)加入100 mL丙酮（分析純）。索氏提取器于水浴鍋內(nèi)75 ℃蒸餾，回流12 h，然后倒掉丙酮提取液；燒瓶換入100 mL環(huán)己烷（分析純），于水浴鍋90 ℃回流12 h以上。預(yù)先準(zhǔn)備好干凈的鋁皿（易拉罐底部切割而成），在烘箱內(nèi)60 ℃烘干，冷卻后馬上稱重（精確到萬分之一），記錄為前重。萃取回流完成后，環(huán)己烷提取液全部倒入鋁皿內(nèi)，在通風(fēng)櫥內(nèi)揮發(fā)干凈環(huán)己烷，然后在烘箱60℃烘干過夜，冷卻后馬上稱重，記錄為后重。鋁皿后重減去前重即為提取到的初生乳管橡膠重量。橡膠含量（%）=（后重-前重）/1.00×100%。每個(gè)無性系的測(cè)試重復(fù)3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶劑提取物天然橡膠成分鑒定

橡膠樹幼嫩枝葉經(jīng)丙酮和環(huán)己烷先后萃取得到的提取物，經(jīng)質(zhì)譜儀分析鑒定，證實(shí)其天然橡膠成分聚異戊二烯含量達(dá)99%，而傳統(tǒng)的次生乳管橡膠的聚異戊二烯含量也是99%，表明二者在主要成分上無差異。

2.2 初生乳管橡膠分子量及分布

凝膠滲透色譜法檢測(cè)葉片初生乳管橡膠和次生乳管膠乳橡膠的相對(duì)分子量，其結(jié)果見表1和圖1。初生乳管橡膠的數(shù)均分子量Mn為219 464，重均分子量Mw為355 294，多分散系數(shù)PDI（polydispersity index）為1.62。次生乳管橡膠的數(shù)均分子量Mn為200 900，重均分子量Mw為350 073，多分散系數(shù)為1.74。

2.3 無性系的初生乳管橡膠含量比較

比較分析4個(gè)無性系枝葉的天然橡膠含量，結(jié)果表明，不同無性系的枝葉橡膠含量表現(xiàn)出較大差異，其中，IAN873的枝葉橡膠含量?jī)H為0.89%，熱研7-33-97枝葉橡膠含量為1.47%，差異超過1.6倍。見表2。

3 結(jié)論與討論

橡膠樹幼嫩枝條和葉片上的初生乳管細(xì)胞呈不規(guī)律的分散分布，其內(nèi)合成和貯存的天然橡膠不能通過割膠方式獲得。人們利用天然橡膠生膠溶于特定有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，通過萃取的方法從產(chǎn)膠植物銀膠菊組織內(nèi)提取橡膠，并實(shí)現(xiàn)中試規(guī)模生產(chǎn)[7]。本研究參照銀膠菊提取橡膠的方法，先用丙酮萃取枝葉組織的丙酮可溶物，如葉綠素、樹脂等，然后再用環(huán)己烷溶劑萃取橡膠，結(jié)果提取到的橡膠純度高達(dá)99%。因此橡膠樹幼嫩枝葉的初生乳管橡膠可以借助溶劑萃取法獲取，初生乳管橡膠可借鑒銀膠菊橡膠的生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)中試規(guī)模生產(chǎn)。

初生乳管橡膠的分子量的測(cè)試結(jié)果表明，葉片的初生乳管橡膠與次生乳管橡膠在相對(duì)分子量及分子量分布上相似，因此可以推測(cè)初生乳管橡膠在物理機(jī)械及加工性能上與傳統(tǒng)次生乳管橡膠相似，具有生產(chǎn)開發(fā)價(jià)值。

本研究發(fā)現(xiàn)無性系間其枝葉的初生乳管橡膠含量表現(xiàn)出明顯差異，表明枝葉的初生乳管橡膠含量具有品系特征，受遺傳影響。因此，通過大量篩選，在現(xiàn)有種質(zhì)資源中可能篩選出初生乳管橡膠含量高的種質(zhì)，從而為初生乳管橡膠生產(chǎn)提供高產(chǎn)種植材料。

據(jù)吳繼林等[9]和史敏晶等[10]的研究，初生乳管集中在3蓬以內(nèi)枝條，在第4蓬葉有零星次生乳管出現(xiàn)，第5蓬普遍形成次生乳管。因此，橡膠樹只要長(zhǎng)出4蓬的枝葉，就可以收割枝葉來提取橡膠。這種栽培方式以種植和收獲幼嫩枝葉為目的，筆者稱為橡膠樹灌木化栽培方式，將極大的縮短橡膠樹的生長(zhǎng)周期，實(shí)現(xiàn)當(dāng)年種植當(dāng)年可收獲，甚至1年可收獲2次枝葉。同時(shí)這種生產(chǎn)方式也無需經(jīng)過人工割膠工序。因此，開發(fā)利用初生乳管橡膠可以實(shí)現(xiàn)橡膠樹灌木化栽培生產(chǎn)方式。這種生產(chǎn)方式可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收割枝葉、車間內(nèi)機(jī)械化提取枝葉內(nèi)的橡膠。本研究從橡膠樹枝葉初生乳管內(nèi)的橡膠的提取、性能和橡膠含量表明，橡膠樹初生乳管內(nèi)的橡膠就有開發(fā)利用潛力，而初生乳管橡膠的開發(fā)通過灌木化栽培實(shí)現(xiàn)，因此，筆者認(rèn)為橡膠樹灌木化栽

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