非洲崖豆木的構(gòu)造特征及揮發(fā)性氣體化學(xué)成分

張啟文,寧莉萍,b,王 杰,楊 了,李 靜,王天石

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) a林學(xué)院，b木材工業(yè)與家具工程高校重點實驗室，四川 成都611134)

非洲崖豆木(Millettialaurentii)俗稱“非洲雞翅木”、“黑雞翅木”[1]，是豆科崖豆屬雞翅木類，分布于熱帶和亞熱帶，主要產(chǎn)自非洲扎伊爾，其次是喀麥隆、剛果、加蓬等中非地區(qū)[2]。雞翅木與海南黃花梨、酸枝、紫檀、黑酸枝、紅酸枝、烏木、條紋烏木并稱我國傳統(tǒng)八大類紅木，是制作家具、樂器及工藝品的上等木材[3]，其材色較深，有紫黑相間的雞翅狀花紋，適用于高級家具、刨切微薄木、運動器材等。

木材交易市場和收藏界對雞翅木的分類及命名爭議較大[4-7]，這樣很容易誤導(dǎo)消費者。另外目前市場上常有不法商家以毛欖仁、雙龍瓣豆等幾種木材冒充雞翅木[8]，從中謀取暴利。目前,關(guān)于非洲崖豆木的研究尚未見其宏觀和微觀構(gòu)造特征的詳細報道,也未見其精氣可揮發(fā)氣體化學(xué)成分的研究報道。鑒于此，本研究對非洲崖豆木宏觀和微觀構(gòu)造特征及精氣化學(xué)成分進行了研究，旨在為其鑒定識別和木材利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

非洲崖豆木，產(chǎn)自非洲剛果，尺寸為3.5 cm×3.5 cm×13.5 cm。

1.2 儀器與設(shè)備

大型滑走式切片機(TU-231)、光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS BX51)，上海生物科技有限公司；體式顯微鏡(OLYMPUS X7)，上海光密儀器有限公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(7890A-5975C)，Agilent公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 非洲崖豆木木材宏觀和微觀構(gòu)造特征及參數(shù)的觀測 利用木材解剖學(xué)的方法[9-13]，研究非洲崖豆木樣品的宏觀和微觀構(gòu)造特征。采用GB/T 29894-2013《木材鑒別方法通則》[14]對試材進行解剖。管孔平均個數(shù)、管孔大小和木射線密度，采用體視顯微鏡于放大40倍的橫切面上測定，木射線高度和寬度則在相同條件下的弦切面上測定。木材密度按照GB/T 1933-2009 《木材密度測定方法》[15]進行測定。

1.3.2 非洲崖豆木木材精氣的化學(xué)成分分析 參照文獻[16-17]的方法提取非洲崖豆木木粉精氣。將樣品自然風(fēng)干至含水率為10%～15%，粉碎過篩，取能通過孔徑為600 μm網(wǎng)篩的樣品(10±0.1)g于萃取瓶中，在85 ℃下保溫40 min，得其揮發(fā)性成分樣品，進行氣相色譜-質(zhì)譜分析，解析時間3 min。

色譜條件:HP-INNO Wax柱(0.25 mm×30 m×0.25 μm)；分流比50∶1；進樣口溫度：250 ℃；載氣為高純氦氣；柱溫箱升溫程序：80 ℃ 2 min，然后5 ℃/min到150 ℃，3 ℃/min到200 ℃，10 ℃/min到260 ℃保持5 min；流速1 mL/min。

質(zhì)譜條件:離子源為EI；電離能70 eV；輔助加熱區(qū)260 ℃；離子源230 ℃；四級桿150 ℃；采集模式為全掃描；質(zhì)量掃描50～550 m/z；溶劑延遲1.5 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 非洲崖豆木的宏觀構(gòu)造特征

非洲崖豆木肉眼觀察下材色黑紅褐色，其間帶有黑色條紋；表面無油性，光澤感不強；紋理直，木材結(jié)構(gòu)粗而不均。木材橫切面質(zhì)地較硬，指甲劃過不留痕跡；縱切面可條狀剝離。干材無明顯香氣，水煮后可產(chǎn)生淡淡的自然木香氣。生長輪不明顯，早晚材區(qū)分不明顯。橫切面上管孔較多，肉眼可見，在放大鏡下更明顯，為散孔材。軸向薄壁組織豐富，在肉眼下清晰可見。木射線在放大鏡下明顯。

2.2 非洲崖豆木的顯微構(gòu)造特征

由圖1可知，非洲崖豆木橫切面上管孔多為圓形或卵圓形，分布較為均勻，大小基本一致；管孔組合以單管孔為主，偶見2個短徑列復(fù)管孔；部分導(dǎo)管腔內(nèi)含有樹膠。導(dǎo)管細胞端部的穿孔以單穿孔為主；導(dǎo)管間紋孔式以互列紋孔為主，偶見梯狀紋孔。木纖維細胞在橫切面上呈橢圓形和多角形，細胞沿徑向整齊排列，沿弦向交錯排列，細胞壁較薄。軸向薄壁組織主要為傍管帶狀或聚翼狀。木射線疊生，射線組織為同形多列和單列，以多列為主，偶見單列。單列木射線高3～9個細胞；多列木射線寬3～5個細胞，高9～12個細胞。木射線和軸向薄壁組織內(nèi)均不含油細胞和晶體。

由表1可知，非洲崖豆木木材單位面積管孔數(shù)量甚少，為3個/mm2；管孔大小中等，最大弦徑297.41 μm，平均弦徑183.27 μm，平均徑向直徑233.13 μm；導(dǎo)管雙壁厚平均為10.99 μm，壁腔比為0.06，導(dǎo)管細胞壁較薄。

圖1 非洲崖豆木木材三切面微觀構(gòu)造Fig.1 Microscopic structures of tree sections of Millettia laurentii

表1 非洲崖豆木木材管孔構(gòu)造特征參數(shù)Table 1 Pore parameters of Millettia laurentii

由表2可知，非洲崖豆木木材的導(dǎo)管形狀以圓柱形為主，導(dǎo)管較短，其平均長度為129.87 μm；木纖維壁薄，纖維長度中等，平均長度為1 522.21 μm。

表2 非洲崖豆木的離析參數(shù)Table 2 Isolation parameters of Millettia laurentii

組織比量是衡量木材性能的重要指標，與木材的密度和強度相關(guān)[18]。本研究在測量非洲崖豆木木材導(dǎo)管、木射線、木纖維以及軸向薄壁組織體積的基礎(chǔ)上，計算了各部分占整個木材組織的比例(組織比量)，結(jié)果見表3。

表3 非洲崖豆木木材細胞組織比量Table 3 Cell tissue ratios of Millettia laurentii

表3表明，非洲崖豆木導(dǎo)管、木射線和軸向薄壁組織的組織比量分別為2.85%，18.11%和20.70%；木纖維組織比量為58.34%，是木材的主要組成部分。由于導(dǎo)管組織比量明顯偏小，推測非洲崖豆木的密度和強度可能較高。

2.3 非洲崖豆木的密度和含水率

由表4可知，非洲崖豆木木材的氣干密度為0.84 g/cm3，絕干材密度為0.82 g/cm3，木材密度較大，這與組織比量的計算結(jié)果相符合。木材相對含水率為9.80%，低于我國木材含水率(12%～18%)；其絕對含水率為8.90%，在我國規(guī)定的含水率(3%～10%)范圍內(nèi)。

2.4 非洲崖豆木木粉精氣的化學(xué)成分

本試驗從非洲崖豆木木粉精氣中共分離出41個組分，從中鑒定出27種化合物，具體如表5所示。

表4 非洲崖豆木木材的密度和含水率Table 4 Density and water content of Millettia laurentii

表5 非洲崖豆木木粉精氣化學(xué)成分及相對含量Table 5 Chemical composition and relative contents of wood volatile gases

從表5可以看出，非洲崖豆木木材精氣中相對含量超過1%的主要化學(xué)成分有3,7-愈創(chuàng)木二烯(44.799%)、α-依蘭油烯(10.177%)、δ-杜松烯(5.329%)、α-佛手柑油烯(4.692%)、4,5-α,α-桉葉烷(3.509%)、β-欖香烯(3.489%)、α-古巴烯(2.849%)、β-倍半水芹烯(2.770%)、反-β-金合歡烯(2.201%)、β-酣沒藥烯(1.766%)、1S,順去氫白菖烯(1.766%)、α-二去氫菖蒲烯(1.517%)、苯，1-(1,5-二甲基-4-六乙基)-4-甲基(1.155%)、石竹烯-2,6-β-氧化物(1.043%)和α-古蕓烯(1.023%)等。

非洲崖豆木木材揮發(fā)性氣體化學(xué)成分主要由萜烯類化合物及萜類氧化物組成，且以倍半萜為主。萜類化合物多有芳香氣味，是多種藥物的有效成分，可治療疾病，如用以提神、抗菌消炎和鎮(zhèn)痛等。其中的β-欖香烯(3.489%)能對抗多種腫瘤，顯著提高腫瘤患者的生存質(zhì)量，且毒副作用輕微，是溫莪術(shù)抗腫瘤作用的主要活性成分[19]。而氧化石竹烯(石竹烯-2,6-β-氧化物)具有抗菌消炎、平喘、治療老年慢性支氣管炎等作用[20]。氣體中最主要的成分3,7-愈創(chuàng)木二烯也是廣藿香的主要成分之一，而廣藿香具有開胃止嘔、發(fā)表解暑的功效[21]。通過對揮發(fā)性氣體中主要成分的功效分析得知，非洲崖豆木精氣不僅安全，而且具有良好的養(yǎng)生保健作用，甚至具有開發(fā)為抗腫瘤藥物的潛力。

3 結(jié) 論

非洲崖豆木木材的識別特征為心材材色黑褐色，帶有黑色條紋；材表無油性，光澤感不強。散孔材，管孔肉眼下可見，生長輪不明顯，早晚材區(qū)分不明顯。干材無明顯香氣。管孔圓形或卵圓形，以單管孔為主，少數(shù)短徑列復(fù)管孔(2～3個)；單位面積管孔數(shù)量偏少，管孔分布較均勻，大小中等；部分導(dǎo)管腔內(nèi)含樹膠。導(dǎo)管壁上紋孔排列方式以互列紋孔為主，偶見梯狀紋孔。木纖維壁??；木射線在放大鏡下明顯。木射線疊生，射線組織同形單列及多列，單列偶見，主為多列。單列木射線高3～9個細胞；多列木射線寬3～5個細胞，高9～12個細胞。軸向薄壁為傍管帶狀或聚翼狀。木材結(jié)構(gòu)粗而不均，紋理直。木材密度較大。

從非洲崖豆木木材的揮發(fā)性氣體中共鑒定出27種化合物，其中相對含量超過1%的化合物有15種，這些化合物主要為萜烯類化合物及萜類氧化物，且以倍半萜為主。非洲崖豆木的揮發(fā)性氣體不僅對環(huán)境友好，對人體安全，而且部分成分還具有良好的養(yǎng)生保健作用，甚至有抗腫瘤潛力。因此，非洲崖豆木是適合制作與人類密切接觸的家具和建材的良材。