基于GC-MS的4種楠木揮發(fā)油化學(xué)成分比較研究

陳云霞，史洪飛，薛曉明，潘 彪

（1.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；2.南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023）

楠木，素有“木中貴族”之稱(chēng)，其材質(zhì)優(yōu)良，為上等建筑、家具和雕刻用材，是我國(guó)珍貴用材樹(shù)種。在木材流通領(lǐng)域，楠木通常包括楠屬PhoebeNees和潤(rùn)楠屬M(fèi)achilusNees木材，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)主要木材名稱(chēng)》（GB/T16734—2007），楠木類(lèi)木材主要來(lái)自于楠屬的樹(shù)種[1-2]。楠木（楠屬）對(duì)生長(zhǎng)條件的要求較為苛刻，主要分布在四川、貴州、湖北、安徽和浙江等地區(qū)，因其生長(zhǎng)速度緩慢，樹(shù)木成材時(shí)間較長(zhǎng)，天然資源較為稀少。同時(shí)，楠木作為珍貴的木材資源在我國(guó)的利用有著悠久的歷史，在各個(gè)朝代都曾大量使用，尤其是明清兩朝的大量采伐，導(dǎo)致現(xiàn)在楠木的大樹(shù)資源非常稀缺。而更令人痛心的是由于巨大經(jīng)濟(jì)利益的誘惑，現(xiàn)存有限的野生楠木資源仍不斷遭到不法分子的覬覦和破壞，近年來(lái)楠木盜伐的案件一直時(shí)有發(fā)生。

楠屬在我國(guó)共有34種3變種，但只有楠木、閩楠和浙江楠3個(gè)物種為國(guó)家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹(shù)種[3]，所以在楠木盜伐類(lèi)案件中，楠木種屬的來(lái)源認(rèn)定決定了案件的性質(zhì)與量刑。木材種屬鑒別一直是傳統(tǒng)的形態(tài)識(shí)別法占據(jù)主導(dǎo)地位，但通常只能確定到屬，很難鑒定到種。而對(duì)于楠屬木材，其解剖構(gòu)造極為相似，將其鑒定到種的現(xiàn)實(shí)困境尤為明顯。眾所周知，樟科木材均具有特殊氣味，而該氣味皆因其木材中的揮發(fā)性成分的不同而形成，本研究利用GC-MS技術(shù)分析不同楠屬木材中揮發(fā)成分的組成與含量，試圖尋求楠木種屬識(shí)別的新途徑，為更好地保護(hù)我國(guó)楠木資源，為打擊相關(guān)犯罪活動(dòng)提供技術(shù)支持與保障。

1 材料和方法

1.1 材 料

供試浙江楠Phoebe chekiangensis、閩楠Phoebe bournei、紫楠Phoebe sheareri、細(xì)葉楠Phoebe hui木材樣本來(lái)自南京森林警察學(xué)院司法鑒定中心木材標(biāo)本室保存的木材標(biāo)本，均為案件受理過(guò)程中收集的經(jīng)枝葉形態(tài)準(zhǔn)確鑒定的木材樣本，并經(jīng)樹(shù)齡測(cè)算均為成年大樹(shù)。本研究供試樣本取自木材心材部位，且每種木材取3個(gè)重復(fù)樣本。

1.2 方 法

1.2.1 雙液相提取揮發(fā)油成分

將4種楠木木材進(jìn)行刨片后用冷凍研磨儀粉碎，分別稱(chēng)取粉末樣品1 g，置于10 mL離心管中，分別加入體積比為1∶1的無(wú)水乙醇/正己烷雙液相萃取液5 mL，混勻，65℃溫浴輔助提取30 min，而后再進(jìn)行超聲輔助提取2 h，結(jié)束后室溫靜置30 min，收集液相，備用[4-5]。

1.2.2 GC-MS分析條件

色譜條件：采用安捷倫7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜儀和TR5MS石英彈性毛細(xì)管柱[30 m × 0.25 mm （ID）×0.25 μm]。升溫程序：柱起始溫度40 ℃，保持3 min，以3 ℃/min升溫至170 ℃，再以每分鐘15℃升溫至300℃，載氣He（≥99.999%），流量1 mL/min，分流進(jìn)樣，分流比20∶1，進(jìn)樣口溫度220 ℃，接口溫度230 ℃；溶劑延遲3 min[10-14]。

質(zhì)譜條件：電離方式EI，離子源溫度280 ℃，電離能70 eV，倍增電壓400 V，掃描質(zhì)量范圍40～650 amu，溶劑延遲3 min[4-6]。

1.2.3 樣品的測(cè)定

通過(guò)HP MSD化學(xué)工作站的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫(kù)DATABASE/NIST2005進(jìn)行檢索，并結(jié)合有關(guān)質(zhì)譜圖文獻(xiàn)解析，確認(rèn)樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)成分[4-6]；同時(shí)利用工作站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，按照峰面積歸一化法進(jìn)行計(jì)算，求出各揮發(fā)性物質(zhì)成分的相對(duì)百分含量。

2 結(jié)果與分析

通過(guò)GC-MS聯(lián)用技術(shù)對(duì)4種楠屬木材的揮發(fā)性代謝組分進(jìn)行了分析，4種木材木質(zhì)部的總離子色譜質(zhì)譜見(jiàn)圖1。通過(guò)檢索比對(duì)得到的揮發(fā)性化學(xué)成分及含量見(jiàn)表1。

從浙江楠木質(zhì)部樣品中共分離出22個(gè)組分，解析出揮發(fā)油中的19種成分，占揮發(fā)油總量的63.433%。其中，主要成分（＞1%）有沉香螺萜醇（27.125 2%）、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮（3.040 0%）、1,2,3,5,6,8a-六氫-1-異丙基-4,7-二甲基萘（3.004 9%）、石竹烯（2.033 7%）、α-古巴烯（1.769 2%）、1,3-二叔丁基苯（1.355 4%）、正十七烷（1.242 4%）、正十四烷（1.167 4%）、1-碘代十三烷（1.154 6%）、2,4-二叔丁基苯酚（1.004 8%）等（表1）。

從閩楠的木質(zhì)部樣品中共分離出25個(gè)組分，解析出揮發(fā)油中的20種成分，占揮發(fā)油總量的70.803%。其中，含量較高的有沉香螺萜醇（33.188 2%）、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮（3.048 3%）、α-古巴烯（2.428 2%）、β-桉葉醇（2.418 8%）、石竹烯（2.070 4%）、正十七烷（1.815 3%）、δ-杜松烯（1.709 5%）、2,4-二叔丁基苯酚（1.533 7%）、α-蓽澄茄油烯（1.484 3%）、1-碘代十四烷（1.411 8%）、1,3-二叔丁基苯（1.318 6%）、右旋大根香葉烯（1.192 6%）、正二十一烷（1.009 1%）等成分（表1）。

從紫楠的木質(zhì)部樣品中共分離出40個(gè)組分，解析出揮發(fā)油中的26種成分，占揮發(fā)油總量的60.505%。含量較高的有1-羥基環(huán)己基苯基甲酮（9.954 6%）、正十七烷（5.068 5%）、2,4-二叔丁基苯酚（4.282 7%）、1-碘代十三烷（3.976 0%）、1,3-二叔丁基苯（3.952 5%）、2,3-二甲基-癸烷（3.644 2%）、沉香螺萜醇（3.415 9 %）、2-溴-十二烷（3.002 4%）、1-碘代十八烷（2.927 6%）、正十四烷（2.545 4%）、正十六烷（2.076 9%）、1-碘代癸烷（2.034 1%）、石竹烯（1.879 7%）、鄰苯二甲酸二丁酯（1.089 6%）等成分（表1）。

圖1 GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram (TIC) of volatile oils

表1 4種楠屬木材揮發(fā)油化學(xué)成分Table 1 Chemical constituents in the volatile oil from the wood of four species of Phoebe

續(xù)表1Continuation of table 1

從細(xì)葉楠的木質(zhì)部樣品中共分離出29個(gè)組分，解析出揮發(fā)油中的18種成分，占揮發(fā)油總量的44.986 0%。其中，含量較高的有4-三甲基- 1-叔甲醇基- 4-乙烯基- 3-異丙烯基環(huán)已烷（5.703 6%）、β-桉葉醇（4.202 2%）、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮（1.711 1%）、沉香螺萜醇（2.2613 %）、α-杜松醇（1.758 4%）、2,4-二叔丁基苯酚（1.167 6%）、1-碘代十三烷（1.398 0%）等成分（表1）。

3 結(jié)論與討論

楠木作為我國(guó)名貴木材資源，一直以來(lái)都是經(jīng)常涉案的一類(lèi)木材。但由于存在楠屬木材結(jié)構(gòu)相似、親緣關(guān)系較近、木材DNA提取困難等問(wèn)題，使得傳統(tǒng)的形態(tài)識(shí)別與DNA分子技術(shù)在楠屬木材的種屬鑒別中具有較大局限性，在缺乏枝、葉、花、果的情況下，甚至很難將其與親緣關(guān)系較近的其他屬木材進(jìn)行區(qū)分，楠屬木材一直存在難以鑒定到種的現(xiàn)實(shí)困境[7]。

近年來(lái)，不少學(xué)者開(kāi)始關(guān)注楠屬木材來(lái)源的識(shí)別問(wèn)題，在化學(xué)鑒別方面也開(kāi)展了相關(guān)研究工作[8-12]。莊琳等[13]利用傅里葉自去卷積圖譜、共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法初步鑒別了楠屬和潤(rùn)楠屬的4種木材；薛曉明等[14]通過(guò)紅外光譜的二階導(dǎo)數(shù)譜對(duì)香樟和楠木進(jìn)行了有效區(qū)分；徐斌等[15]利用GC-MS技術(shù)對(duì)楠木和潤(rùn)楠的木材進(jìn)行了分析，二者的總離子色譜圖譜存在明顯差異，為這2種木材的種間識(shí)別提供了新的思路；陳云霞等[4]通過(guò)GC-MS分析比對(duì)了楠木和香樟木材中的揮發(fā)油成分，雖然兩者之間揮發(fā)油成分相似度較高，但主要成分依然存在明顯差異；王天石等[16]利用GC-MS技術(shù)建立了楨楠指紋圖譜，研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地楨楠木材揮發(fā)性成分基本相同。這些研究主要集中于楠屬楨楠與樟科其他屬種的鑒別，但針對(duì)楠屬種間的化學(xué)識(shí)別方法尚未涉及。本研究選擇經(jīng)常涉案的浙江楠、閩楠、紫楠、細(xì)葉楠4種楠屬木材作為研究對(duì)象，利用GC-MS技術(shù)對(duì)其揮發(fā)性化學(xué)成分進(jìn)行了分析比較。

1）4種楠木均含有1,3-二叔丁基苯、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、1-碘代十三烷、2,4-二叔丁基苯酚、沉香螺萜醇、正十六烷、正十四烷等主要揮發(fā)油成分。

2）4種楠木分別具有其特征物質(zhì)組分，如浙江楠中的1,2,3,5,6,8a-六氫-1-異丙基-4,7-二甲基萘（3.004 9%）、閩楠的α-蓽澄茄油烯（1.484 3%）與右旋大根香葉烯（1.192 6%）、紫楠中的鄰苯二甲酸二丁酯（1.089 6%）與細(xì)葉楠中的α-杜松醇（1.758 4%），均為其特征性化學(xué)成分。4種楠屬木材中主要揮發(fā)性化學(xué)成分相似度較高，但仍具明顯差異，并且各自含有特征性化學(xué)組分，通過(guò)此類(lèi)特征性化合物的差異性分析可將4種楠木進(jìn)行種間識(shí)別。該研究為楠屬木材的化學(xué)輔助識(shí)別提供了新的參考依據(jù)。但由于樣本數(shù)量有限，此研究結(jié)果仍有一定局限性：1）本研究只針對(duì)楠屬4種楠木進(jìn)行了分析，如果樣本種類(lèi)擴(kuò)大，該方法是否仍能進(jìn)行種間鑒別還需進(jìn)一步驗(yàn)證；2）本研究供試木材樣本比較單一，沒(méi)有涉及不同產(chǎn)地、樹(shù)齡及保存時(shí)間等因素對(duì)其化學(xué)成分組成的影響；3）本研究只對(duì)供試樣本進(jìn)行了定性分析，定量分析是否同時(shí)也可用于種間識(shí)別，還需大量數(shù)據(jù)進(jìn)一步確認(rèn)。所以該研究只是前期基礎(chǔ)性的探索研究，后續(xù)仍需在擴(kuò)大樣本的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)地、樹(shù)齡、取樣部位等因素進(jìn)一步深入研究與驗(yàn)證，建立指紋圖譜，形成完整的楠屬木材GC-MS鑒定體系，為打擊相關(guān)犯罪活動(dòng)及為我國(guó)楠木資源的保護(hù)提供技術(shù)支持。