珍貴樹種刺猬紫檀木材抽提物的成分分析

唐一菁 張高文 薛曉明 夏 釩 史洪飛

( 1. 南京森林警察學院，野生動植物物證技術國家林業(yè)和草原局重點試驗室，江蘇 南京 210013；2. 呼和浩特公安局賽罕區(qū)分局西把柵派出所，內蒙古 呼和浩特 010000)

隨著我國國民的經濟水平和生活水平的顯著提高，紅木家具越來越多的進入了人們的日常生活中。刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）在《紅木》國家標準中屬于紫檀屬花梨木類，廣泛分布于非洲的熱帶稀樹草原林中，主產于塞內加爾、幾內亞比紹等熱帶非洲國家[1]，目前主要依靠進口方式進入我國市場。由于其在2017年1月2 日起被列入《瀕危野生動植物種國際貿易公約》（CITES）附錄Ⅱ中，因此各國對刺猬紫檀木材的進出口管控也越來越嚴格，導致在我國涉及刺猬紫檀的犯罪案件越來越多，關于刺猬紫檀產品的檢測工作也越來越多的出現在公安工作中，因此尋找一種能夠迅速、精確鑒別不同批次刺猬紫檀的方法具有十分重要的意義。

氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）技術作為一種迅速、精確檢驗技術[2]，在食品添加劑檢測[3]、環(huán)境污染監(jiān)測[4-5]、汽油組成成分檢測[6]、植物代謝組學研究[7]、煙草質量評價[8]，以及中藥研究[9-11]中均有應用。氣相色譜-質譜聯用技術應用于紅木檢測中的研究相對集中于市場價值較高的一些木材，如石江濤等[12]應用氣相色譜-質譜聯用技術分析了鳥足紫檀（Pterocarpus pedatus）、大果紫檀（Pterocarpus macrocarpus）等4 種紅木揮發(fā)油的成分，并確定了這4 種紅木的揮發(fā)油組分及其組分之間的區(qū)別。梅萍[13]應用氣相色譜-質譜聯用技術鑒別了檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）和染料紫檀（Pterocarpus tinctorius）心材之間的區(qū)別，建立了檀香紫檀和染料紫檀的指紋圖譜。羅莎[14]以大果紫檀、交趾黃檀（Dalbergia cochinchinensis）、微凹黃檀（Dalbergia retusa）和盧氏黑黃檀（Dalbergia louvelii）4 種紅木為研究對象，利用氣相色譜-質譜聯用技術對其有機溶劑抽提物進行分析，結果表明4 種紅木抽提物的化學成分主要包括樹脂酸等萜（烯）類化合物，醇類、醛類、胺類、脂肪酸類、烴類、糖類等脂肪族類化合物以及酚類、黃酮類等芳香族類化合物。郭林林[15]應用氣相色譜-質譜聯用技術系統(tǒng)的分析了樟樹（Cinnamomum camphora）的化學成分，并對樟樹嫩皮苯乙醇提取物的熱裂解產物在食品藥品、工業(yè)生產領域的應用進行了分析。呂世懂等[16]也應用氣相色譜-質譜聯用技術分析了普洱茶與安化黑茶的香氣成分，為進一步了解茶葉香氣和功效提供了學術支持。

目前對刺猬紫檀成分的研究較少，鄧格求等[17]應用氣相色譜-質譜聯用技術分析了西非七國刺猬紫檀木材浸出液的成分，來自幾內亞比紹、加納、塞拉利昂和尼日利亞的刺猬紫檀其浸出液化學成分比例非常接近，西非七國刺猬紫檀的浸出液中含量最多的化合物是同一種，可能是一種醇類物質，分子量為312，分子式為C20H28N2O。劉卓欽等[18]以正己烷-乙醇為提取劑在微波條件下提取刺猬紫檀揮發(fā)油，用GCMS 分析鑒定出揮發(fā)油的17 種化學成分，其中最主要的是茴香偶姻，占72.22%，另有少量的酰胺、酸、酮、醇、烴類化合物。本研究利用氣相色譜-質譜聯用技術，進一步對尼日利亞產地的3個批次刺猬紫檀的抽提物成分進行分析。首先，在無水乙醇、二氯甲烷及石油醚3 種有機溶劑中選擇最合適的提取劑，然后對刺猬紫檀木材樣本的主要成分進行研究與分析，探求刺猬紫檀邊材與心材成分的差異，以及不同批次刺猬紫檀之間的區(qū)別。本實驗旨在為后續(xù)對刺猬紫檀的研究提供參考，并且可以為涉及刺猬紫檀木材非法貿易或走私案件的偵破提供幫助，具有一定的學術價值和實際應用價值。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

分別收集尼日利亞產地的3個批次刺猬紫檀木材樣本，在這3 批次刺猬紫檀中各挑選8 塊原木作為樣本，分別標注為A、B、C 批次樣品，均有心材（靠近髓心部分，顏色較深）和邊材（靠近樹皮部分，顏色較淺）部分，3 批次樣本均來自于國家林業(yè)和草原局森林公安司法鑒定中心。

1.2 實驗儀器

試驗中涉及的儀器包括氣相色譜-質譜聯用儀（美國安捷倫科技7890A GC system，5975C inter XL MSD）、離心機（Thermo Pico 17）、DSYV 型氮吹儀（北京東方精華苑科技有限公司）、DSK-II 型空氣泵（北京東方精華苑科技有限公司）、超聲波震蕩機、博世GSA1100E 電動馬刀鋸，用到的提取溶劑有二氯甲烷（南京化學試劑股份公司）、乙醇（上海久億化學試劑有限公司）和石油醚（上海實意化學試劑有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預處理方法

1）從A、B、C 3個批次每個樣品上分別采集其心材木料和邊材木料各6 g，先后使用木材粉碎機與振蕩混合球磨儀對采取的木材樣本進行粉碎與研磨，最終將木材樣本研磨為50～60 目粉末。

2）取每種樣品的邊材、心材粉末各2 g，將其置入15 mL 試管中，向每支試管中加入10 mL無水乙醇并塞住各試管口，將其靜置1 d 時間，待溶質在有機溶劑中充分溶解后將所有試管置入超聲波震蕩機中，在室溫條件下以240 W 的超聲功率抽提20 min，之后將提取液置于15 mL 離心試管中，將離心試管放入離心機中以10 000 r/min的速度離心5 min，取離心過后的上層清液（5 mL）作為待測樣品置于樣品試管中，將待測樣品用氮吹儀濃縮至2 mL，最后將上層清液通過濾網過濾后取1 mL 溶液置入進樣瓶內，搖勻。

3）重復上述操作，并將提取劑無水乙醇替換為二氯甲烷、石油醚，以相同的操作將過濾后溶液置入進樣瓶中作為待測樣品，載樣溶劑與提取劑為同種有機溶劑。

1.3.2 氣相色譜條件

HP-5MS 5%Phenyl Methyl Siloxane 色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，美國安捷倫科技公司）；程序升溫：60 ℃開始，以30 ℃/min 升溫至320 ℃，然后保持5 min，氣化室溫度250 ℃；載氣為高純氦氣，流速為1 mL/min；前進樣口溫度40.1 ℃，壓力55.033 psi，流速0.000 1 mL/min，后進樣口溫度280 ℃，壓力8.232 psi，流速24.00 mL/min。

1.3.3 質譜條件

離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃；電離方法：EI；電子能量：70 eV；溶劑延遲4.0 min；質量掃描范圍m/z 30～500。

1.3.4 最佳提取溶劑的確定

隨機選擇1 種刺猬紫檀樣本，使用無水乙醇、二氯甲烷、石油醚3 種有機溶劑對此樣本進行提取，觀察3 種溶劑的提取液經過氣相色譜-質譜聯用分析后得出的結果，分析比較得到刺猬紫檀樣本的最佳提取溶劑。

2 結果與分析

2.1 不同有機溶劑的提取效果比較

本研究中使用的有機溶劑為無水乙醇，二氯甲烷和石油醚。隨機選擇一種刺猬紫檀樣本，分別以石油醚、二氯甲烷和乙醇為提取劑獲得提取液，將其置于進樣瓶中，放入氣相色譜-質譜聯用儀中進行分析，得到總離子流圖，見圖1。

圖1 3 種提取劑的提取液總離子流圖Fig. 1 Total ion chromatogram of the extracts of 3 extractants

由圖1 可知，對于刺猬紫檀的邊材和心材樣本，使用3 種有機溶劑獲得的提取液總離子流圖存在一些共性，如出峰均分布在4～20 min 時間段內，且最主要的出峰在16 min 左右。對于使用二氯甲烷和石油醚作提取劑的情況，在19 min 附近也可以觀察到明顯的出峰。比較3 種有機溶劑的提取效果可以發(fā)現，無論是邊材還是心材，使用二氯甲烷為提取劑時提取溶液總離子流圖譜中可檢測到的特征峰數量均為最多，其次為使用石油醚作提取劑的情況，而使用無水乙醇為提取劑時，可檢測到的特征峰最少。當以無水乙醇為提取劑時，邊材樣本提取液總離子流圖譜僅在10～18 min 內有12個出峰，而心材樣本提取液的總離子流圖僅在16 min 左右有2個明顯出峰。當以石油醚為提取劑時，邊材樣本提取液總離子流圖譜在4～6 min 時間內未顯示任何特征峰，心材樣本提取液總離子流圖只有8～10 min 內4個出峰和16 min 附近2個出峰。除了8～10 min 時間段，使用二氯甲烷獲得的樣品提取液總離子流圖峰數量均多于或等于其他2 種有機溶劑。由此可知，二氯甲烷對刺猬紫檀邊材和心材的抽提效果均顯著優(yōu)于無水乙醇和石油醚。石油醚、二氯甲烷和乙醇的極性分別為0.01、3.1 和4.3，由于二氯甲烷是中等極性溶劑，萃取化合物的極性范圍寬，因此得到的化合物種類最多[19]，選擇二氯甲烷作為刺猬紫檀提取劑時實驗效果最佳。在后續(xù)試驗中僅對二氯甲烷提取溶液的總離子流圖譜進行研究。

2.2 同批次刺猬紫檀中邊材與心材成分分析

以A、B、C 3 批次刺猬紫檀二氯甲烷提取液總離子流圖譜中可檢測特征峰最多的批次為例，對其邊材和心材的數據進行比較分析。選擇每個圖譜中相對峰面積大于0.5%、相鄰出峰時間大于0.1 min 的成分統(tǒng)計處理，考慮到實驗偶然誤差的存在，選擇其中6 份及以上樣本的共有成分作為該批次邊材和心材的成分，結果如表1 所示。可以發(fā)現，刺猬紫檀邊材與心材的浸出成分存在明顯差異。邊材樣本浸出了16 種物質，分別為芥酸酰胺、N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺、4-甲基辛烷、間二甲苯、3，6-二甲基癸烷、正十九烷、正十五烷、2，4-二叔丁基苯酚、1-碘十八烷、正二十四烷、3-甲基-十八烷、2，4-二氨基-5-（3-三氟甲基-4-甲氧基芐基）嘧啶、番茄紅素、鄰苯二甲酸二異辛酯、甲基二氫異硫醇及羊毛甾醇，心材樣本浸出了5 種物質，分別為茴香偶姻、4-羥基-3-叔丁基-苯甲醚、芫花素、芥酸酰胺和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺。同時，空白樣本部分檢出了芥酸酰胺、番茄紅素和羊毛甾醇3 種雜質。排除空白樣本中3 種雜質的干擾，對數據進行對比分析可知，該刺猬紫檀樣本的邊材與心材組分中除總離子流圖譜中保留時間為18.869 min 的共有組分N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺之外沒有其他相同組分，除此以外的其他組分可作為區(qū)分刺猬紫檀邊材與心材的特征組分。此結論可以為刺猬紫檀邊材與心材的鑒定提供依據。

表1 刺猬紫檀的邊材與心材成分差別Table 1 Difference between sapwood and heartwood composition of P. erinaceus

2.3 不同批次刺猬紫檀心材主要共有成分分析

由于刺猬紫檀屬于紅木，因此著重對其心材進行分析。選擇圖譜中相對峰面積大于0.5%、相鄰出峰時間大于0.1 min 的組分統(tǒng)計處理，3 批次刺猬紫檀主要成分的特征峰在GC-MS 總離子流圖中出現的次數見表2。可以發(fā)現，不同批次刺猬紫檀的心材中含有一些相同成分，3 批次全部樣品中均含有茴香偶姻，N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）- 1-萘胺以及芥酸酰胺這3 種成分。由表1 可知，空白樣本中同樣檢出了芥酸酰胺，因此可認為該成分是雜質干擾。在3 批次刺猬紫檀心材樣本的浸出液中，檢出芥酸酰胺的相對含量均在5%以下，其影響可忽略不計。

表2 3 批次刺猬紫檀心材的成分分析Table 2 Analysis of heartwood composition of P. erinaceus from 3 batches

3 批次刺猬紫檀心材樣本浸出液中，茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺的相對含量如圖2 所示?？梢园l(fā)現，茴香偶姻在A 批次刺猬紫檀心材樣本中的相對含量為75%～87%，在B 批次刺猬紫檀心材中的相對含量為75%～90%，在C 批次刺猬紫檀心材中的相對含量為74%～96%。計算得出其在A、B、C 批次樣本中的平均相對含量分別80.9%、81.3%和82.5%，數值較為接近且在A、B、C 批次中逐漸增多。劉卓欽等人用GC-MS 方法對刺猬紫檀揮發(fā)油進行分析鑒定發(fā)現[18]，茴香偶姻為絕對主要成分，占72.22%，該結果與本研究相符。N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺在A 批次刺猬紫檀心材樣本中的相對含量為3%～7%，在B 批次刺猬紫檀心材中的相對含量為2%～9%，在C 批次刺猬紫檀心材中的相對含量為1%～10%。計算得出其在A、B、C 批次樣本中的平均相對含量分別4.2%，5.5%和4.5%，數值較為接近且B 批次中最多。因此，在3 批次心材樣本中，2 種共有組分的相對含量均較為接近，其中茴香偶姻的相對含量遠高于N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，為浸出液中含量最多的成分，其分子式為C16H16O4。因此，在判斷某種木材是否為刺猬紫檀時，若其心材浸出液中均可以檢出茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺且相對含量分別為80%和5%左右，則此木材為刺猬紫檀的可能性大大增加。若檢出這2 種組分但相對含量與80%和5%相差甚遠，或未檢出這2 種組分，則可判斷此木材不是刺猬紫檀。

圖2 3個批次木材心材共有組分的相對含量Fig. 2 Relative content of the common components of heartwood from 3 batches

2.4 不同批次刺猬紫檀心材主要差異成分分析

3 批次刺猬紫檀心材的主要成分特征峰在GC-MS 總離子流圖中出現的次數如表2 所示，可知不同批次刺猬紫檀心材的成分也有一定的差異，這些差異均有可能因樹木年齡以及采伐時間等因素的不同而導致。部分組分出現在多批次樣本中，因此這類組分并不能明確區(qū)分樣本批次，故不做重點研究。

3 批次刺猬紫檀心材浸出液中，只有單一批次含有的組分共有4 種，其中A 批次有1 種，B 批次有2 種，C 批次有1 種，由于此類組分只存在于單一批次樣本中，因此可以利用這幾類獨有的組分為3 批次刺猬紫檀樣本的鑒定提供依據。對比空白樣本，去除雜質干擾因素后可以發(fā)現：在心材中，B、C 批次樣品均不含有4-異丙基-5-甲基-2-苯基-嘧啶并[1，2-a]吲哚這種成分，如果在心材浸出液中檢出此物質，則可以判斷樣本屬于A 批次，這種成分在總離子流圖中的出峰為A 批次樣本的特征峰；A、C 批次樣品中均不含有甲苯與間二甲苯這兩種成分，如果在心材中檢出以上2 種成分，則可以判斷樣本屬于B 批次，這兩種物質在總離子流圖中的出峰為B 批次樣本的特征峰；A、B 批次樣品中均不含有O，O'-雙（乙?；┨蔷鞍?，如果在心材中檢出此物質，則可以判斷樣本屬于C 批次，該物質在總離子流圖中的出峰為C 批次木材的特征峰。通過以上幾種特征組分可以對該3 批次刺猬紫檀進行有效區(qū)分。

3 結論與討論

本研究首先從二氯甲烷、石油醚和無水乙醇中選擇對刺猬紫檀木材化學成分提取能力最好的為提取劑，然后獲得3 種不同批次刺猬紫檀樣本邊材和心材的提取液并通過氣相色譜-質譜聯用法進行分析，可以得到以下結論：1）二氯甲烷對于刺猬紫檀木材樣本有著較好的提取能力，石油醚次之，無水乙醇的提取效果最差。2）同批次刺猬紫檀中邊材與心材的二氯甲烷浸出液組分差別顯著，其中邊材樣本檢出了16 種物質，心材樣本檢出了5 種物質。排除雜質干擾，刺猬紫檀邊材與心材的浸出液中只含有一種共同組分N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，其他則可作為區(qū)分邊材和心材的特征組分。3）3 批次刺猬紫檀心材的二氯甲烷浸出液中含有兩種共同組分，即茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，其中茴香偶姻為浸出液中含量最多的組分。在判斷某種木材是否為刺猬紫檀時，若其心材浸出液中可以檢出茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，且相對含量分別為80%和5%左右，則此木材為刺猬紫檀的可能性大大增加。若檢出這兩種組分但相對含量與80%和5%相差甚遠，或未檢出這2 種組分，則可判斷此木材不是刺猬紫檀。4）3 批次刺猬紫檀心材中，只有單一批次含有的特征組分共有4 種，分別為A 批次中的4-異 丙 基-5-甲基-2-苯基-嘧啶 并[1，2-a]吲哚，B 批次中的甲苯和間二甲苯以及C 批次中的O，O'-雙（乙酰基）糖精蛋白。造成此種差異的原因可能為樹木年齡及采伐時間等因素的不同。以上幾種組分可以作為區(qū)別刺猬紫檀不同批次的鑒定特征。

近年來，與刺猬紫檀相關的走私、盜伐、濫伐、非法運輸等案件頻發(fā)，本研究以尼日利亞產地3 批次刺猬紫檀為研究對象，對比了同批次刺猬紫檀的邊材和心材的浸出液成分以及不同批次刺猬紫檀的心材浸出液成分，研究結果可為后續(xù)對刺猬紫檀的研究提供參考，并且可以為涉及刺猬紫檀木材相關案件的偵破提供幫助，具有一定的學術價值和實際應用價值。此外，不同年齡、產地的刺猬紫檀木材浸出成分的比較，本研究未作體現，在后續(xù)工作中將進行深入研究。