高地鉤葉藤材化學成分含量分析

張菲菲 崔浩然 汪佑宏* 張利萍 田根林

(1 安徽農(nóng)業(yè)大學林學與園林學院 合肥 230036；2 黃山華塑新材料科技有限公司 安徽黃山 245900；3 國際竹藤中心 北京 100102)

棕櫚藤是具有重要經(jīng)濟價值和開發(fā)前景的熱帶和亞熱帶森林植物資源，屬于棕櫚科藤類植物，其藤莖是重要的、僅次于木材和竹材的、具有多種用途的非木材林產(chǎn)品。棕櫚藤不同于樹木與竹類植物。棕櫚藤屬于單子葉植物，與竹亞科植物一樣沒有次生生長，即在生長過程中莖稈不再增粗；同時又區(qū)別于竹類植物，每個生長季節(jié)可在原有藤莖基礎(chǔ)上不斷長高。與木材和竹材相比，棕櫚藤材質(zhì)較輕、彈性模量小且抗彎強度大，達到破壞時的變形量大，因此具有良好的塑性，易于造型。藤材這種優(yōu)良的工藝特性使之成為家具制作和工藝器具編制的優(yōu)良材料[1－4]。

目前，全球共有棕櫚藤13 個屬664 種，中國自然分布有4 屬37 種5 變種，但經(jīng)濟價值較高的僅有20～30 種[5]。鉤葉藤屬 的高地鉤 葉藤(Plectocomia himalayanaGriff)[2]，在中國主要分布于云南南部、西南部、西部地區(qū)海拔1 450～1 800 m的竹林及常綠闊葉林中，攀援、叢生，雖然屬于大徑藤(藤徑4～5 cm)，但因質(zhì)地較粗糙、材質(zhì)較差，一般僅用于編織較粗糙的藤器或柵欄。目前，有關(guān)高地鉤葉藤等棕櫚藤的研究報道主要集中在解剖特性方面[6－9]，對于改性[10]、材性[11]、化學性質(zhì)方面的研究較少[12]。本文對高地鉤葉藤藤莖化學成分含量的變化進行研究，將對構(gòu)建棕櫚藤材材性數(shù)據(jù)庫及高附加值加工利用提供有力理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

高地鉤葉藤采自云南南部梁河縣平山鄉(xiāng)海拔為1 480～1 500 m 的山地常綠闊葉林中，選取生長健康的高地鉤葉藤10 株，伐倒后測得藤徑1.30～3.00 cm (基部以上2 m 處)，藤長16.0～20.0 m，節(jié)間長16.5～26.5 cm。分別在基部、2 m 處、中部和梢部4 個部位截取長50 cm 左右的藤莖，再各分成藤皮、藤中和藤芯，分別裝入12 個密封袋中，進行編號。然后將剖分好的樣品(含水率在4.99%～6.40%，平均為5.71%) 磨成粉末，取40～60 目(0.38～0.25 mm) 的粉末不少于30 g，放入錐形瓶中，編號備用(GB/T 2677.1)[13]。

1.2 試驗方法

化學成分含量測定：根據(jù)GB/T 2677.2—1993 測定試樣水分含量，根據(jù)GB/T 2677.3—1993 測定試樣灰分含量，根據(jù)GB/T 2677.4—1993 測定試樣冷水及熱水抽提物含量，根據(jù)GB/T 2677.5—1993 測定試樣1%NaOH 抽提物含量，根據(jù)GB/T 2677.6—1994 測定試樣苯-醇抽提物含量，根據(jù)GB/T 2677.10—1995 測定試樣綜纖維素含量，根據(jù)GB/T 2677.8—1994 測定試樣酸不溶木質(zhì)素(克拉森木質(zhì)素) 含量，根據(jù)GB/T 744—1989 和FZ/T 50010.4—1998 測定試樣α-纖維素含量。各指標測定均重復2 次[13]。

1.3 實驗儀器

數(shù)顯可控溫烘箱、數(shù)顯可控溫水浴鍋、數(shù)顯可控溫高溫爐、數(shù)顯可控溫電熱板、分析天平(感量0.000 1 g)、真空泵、30 mL 玻璃濾器(1 G2)、150 mL 索氏提取器、1 000 mL 抽濾瓶、精密密度計、比重計及X-射線衍射儀等。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸不溶木質(zhì)素

高地鉤葉藤酸不溶木質(zhì)素含量在14.60%～19.36% (圖1)，平均為16.72%，比西雙版納產(chǎn)的高地鉤葉藤酸不溶木質(zhì)素含量高46.92%[11]，木質(zhì)化程度相對較高。在徑向上，藤材酸不溶木質(zhì)素含量表現(xiàn)為藤皮＞藤中＞藤芯，其中梢部處藤中與藤芯的酸不溶木質(zhì)素含量相近，說明在該藤藤齡很小時，藤中與藤芯的酸不溶木質(zhì)素含量相近，但比藤皮低。在軸向上，藤皮、藤中與藤莖平均酸不溶木質(zhì)素含量均隨著藤莖高度的增加即隨著藤齡的減小，呈“降—增—降”的變化趨勢；藤芯處酸不溶木質(zhì)素含量的軸向變化較小，呈小幅度先降后升的變化趨勢；其中，藤莖平均酸不溶木質(zhì)素含量為中部＞基部＞2 m 處＞梢部。另外，隨著藤莖高度的增加，藤皮與藤中酸不溶木質(zhì)素含量差異逐漸加大，而藤芯與藤中差異逐漸減??；說明隨著藤齡的減小，藤中酸不溶木質(zhì)素含量逐漸低于藤皮并趨于藤芯。由此也可以說明酸不溶木質(zhì)素首先在藤皮處沉積，然后再逐漸向藤芯沉積。

圖1 高地鉤葉藤不同部位酸不溶木質(zhì)素含量變化Fig.1 Changes of klason lignin content in different parts of P. himalayana

2.2 綜纖維素

高地鉤葉藤綜纖維素含量總體上為56.06%～78.04% (圖2)，平均為67.98%，略低于單葉省藤[14]和毛竹材[1]，最高值即藤皮處含量與西雙版納產(chǎn)高地鉤葉藤的數(shù)值相當[11]。在徑向上，藤莖平均綜纖維素含量為藤皮＞藤中＞藤芯；在軸向上，藤莖平均綜纖維素含量為中部＞2 m 處＞梢部＞基部，即隨著藤莖高度的增加呈先上升后降低的變化趨勢，與藤中與藤芯處綜纖維素含量的軸向變化趨勢相似。說明隨著藤齡的減小，藤材綜纖維素含量會升高，但達到一定年限后又會有所降低。其中，梢部綜纖維素含量低，是由于其對應細胞組織尚處于未成熟階段，纖維素、半纖維素等正處于沉積過程中，相對于細胞組織處于成熟階段的其他部位，梢部藤莖綜纖維素含量自然要低。至于藤莖及藤皮等下部綜纖維素含量低于上部，一方面可能與測試試樣取自藤莖的部位有關(guān)，即如試樣截取于雨季形成的藤材(相當于木材的早材) 的原因；另一方面，對于藤皮而言，也有可能是因藤皮含有大量的二氧化硅，粘附在綜纖維素上的緣故。

圖2 高地鉤葉藤不同部位綜纖維素含量變化Fig.2 Changes of holocellulose content in different parts of P. himalayana

2.3 α-纖維素與半纖維素

α-纖維素是由綜纖維素去除半纖維素而得到，α-纖維素包括纖維素和少量抗堿的半纖維素。高地鉤葉藤不同部位α-纖維素的含量為30.53%～55.04%，平均值為43.91% (圖3)，與毛竹材的42.15%相當；半纖維素含量為21.63%～28.87%，平均為24.07% (圖4)，比毛竹材的31.83%低24.38%[15]，但高于毛竹材竹束(去除竹青) 半纖維素含量[16]。

圖3 高地鉤葉藤不同部位α-纖維素含量變化Fig.3 Changes of α-cellulose content in different parts of P. himalayana

將高地鉤葉藤α-纖維素含量變化趨勢(圖3)與綜纖維素含量變化趨勢(圖2) 進行對比可發(fā)現(xiàn)，兩者的變化趨勢相近。α-纖維素含量徑向變化趨勢也表現(xiàn)為藤皮＞藤中＞藤芯，纖維素在細胞壁中起骨架作用，這正好驗證了藤皮的力學強度大于藤芯的結(jié)論[17－19]。在軸向上，隨著高度的增加，藤中、藤芯及藤莖平均α-纖維素含量，均呈先上升后下降的變化趨勢，且梢部含量最低，其中藤莖平均α-纖維素含量最大值出現(xiàn)在中部。造成這種結(jié)果的原因與綜纖維素是一樣的。

在徑向上，半纖維素含量(可用綜纖維素與α-纖維素含量之差表示) 總體表現(xiàn)為藤皮＜藤中＜藤芯。隨著軸向高度的增加，半纖維素含量基本呈增加的變化趨勢；其中藤皮處半纖維素含量最小，而藤芯部位的半纖維素含量最高，且遠高出藤皮和藤中(圖4)。

圖4 高地鉤葉藤不同部位半纖維素含量變化Fig.4 Changes of hemicellulose content in different parts of P. himalayana

2.4 熱水抽提物與冷水抽提物

高地鉤葉藤熱水抽提物含量為7.49%～30.54%，平均為18.85% (圖5)，約是毛竹材(8.24%) 的2.29 倍[15]，較西雙版納產(chǎn)高地鉤葉藤高34.16%[11]。在徑向上，藤材熱水抽提物含量表現(xiàn)為藤皮＜藤中＜藤芯；在軸向上，隨著軸向高度的增加，藤皮、藤中、藤芯與藤莖平均含量均呈先下降后上升的變化趨勢，其中藤莖平均熱水抽提物含量最大值和最小值分別出現(xiàn)在梢部和中部，說明隨著藤齡的減小，藤材的熱水抽提物含量會降低，到達一定藤齡后又會上升。

圖5 高地鉤葉藤不同部位熱水抽提物含量變化Fig.5 Changes of hot water soluble extractives content in different parts of P. himalayana

高地鉤葉藤冷水抽提物含量為7.37%～22.91%，平均為15.02% (圖6)，比熱水抽提物含量低，約是毛竹(6.84%) 的2.20 倍[15]，較西雙版納產(chǎn)高地鉤葉藤高58.77%[11]。與熱水抽提物含量徑向變化相同，冷水抽提物含量也表現(xiàn)為藤皮＜藤中＜藤芯，這與作為貯存細胞的薄壁細胞的含量變化趨勢是一致的。在軸向上，隨著藤齡的減小，藤芯、藤中、藤皮和藤莖的平均冷水抽提物含量均表現(xiàn)為自基部先下降至2 m 處達最小值，然后逐漸上升至梢部，不過藤皮處的變化幅度較藤中與藤芯要小很多。之所以出現(xiàn)基部的冷、熱水抽提物含量比2 m 處及中部要高，原因可能與測試材料分別取自雨季或旱季形成的藤莖有關(guān)。

圖6 高地鉤葉藤不同部位冷水抽提物含量變化Fig.6 Changes of cold water soluble extractives content in different parts of P. himalayana

2.5 苯-醇抽提物與1% NaOH 抽提物

高地鉤葉藤苯-醇抽提物含量在4.83%～14.38%區(qū)間變化，平均為9.78% (圖7)，分別比單葉省藤的3.19%[14]、毛竹材的6.91%[15]高206.58%和41.53%，但比西雙版納產(chǎn)高地鉤葉藤的值低20.36%[11]。在徑向上，苯-醇抽提物含量的變化表現(xiàn)為藤皮＜藤中＜藤芯，且能明顯看出藤皮與藤中的差異大于藤芯與藤中的差異。在軸向上，苯-醇抽提物含量的變化表現(xiàn)為梢部＞基部＞中部＞2 m 處，藤莖、藤皮與藤中苯-醇抽提物含量的軸向變化趨勢一致，均隨著高度的增加呈先下降后上升的變化趨勢，而藤芯則呈先上升后下降的變化趨勢。這說明隨著藤齡的減小，藤莖、藤皮與藤中處的苯-醇抽物含量會先有所降低，但達到一定年份后又會逐漸增加；而藤芯處苯-醇抽提物含量則先增加，達到一定年份后會逐漸降低。

圖7 高地鉤葉藤不同部位苯醇抽提物含量變化Fig.7 Changes of benzene-alcohol soluble extractives content in different parts of P. himalayana

高地鉤葉藤1%NaOH 抽提物含量在25.89%～50.39%區(qū)間變化，平均為38.60% (圖8)，分別比毛竹材的27.21%[15]和西雙版納產(chǎn)高地鉤葉藤的26.79%[11]高41.85%和44.08%。高地鉤葉藤不同部位的1%NaOH 抽提物含量，其中徑向表現(xiàn)為藤皮＜藤中＜藤芯，說明藤芯處1%NaOH 抽提物含量高于藤中與藤皮，藤皮處的含量最少。在軸向上，隨著高度的增加，除藤皮處變化無規(guī)律外，藤中、藤芯及藤莖平均1%NaOH 抽提物含量均呈先下降后上升的變化趨勢，即隨著藤齡的減小，1%NaOH 抽提物含量會逐漸下降，到達一定年份后再增加；其中藤莖平均1%NaOH 抽提物含量最大值和最小值分別出現(xiàn)在梢部和2 m 處。

圖8 地鉤葉藤不同部位高1%NaOH 抽提物含量變化Fig.8 Changes of 1%NaOH soluble extractives content in different parts of P. himalayana

2.6 灰分

高地鉤葉藤材灰分含量為0.87%～2.50%，平均值為1.46% (圖9)，比毛竹材的1.17%高24.58%，遠高于大部分木材[15]，但低于西雙版納產(chǎn)高地鉤葉藤材的灰分含量[11]?；曳趾繌较蜃兓憩F(xiàn)為藤皮＞藤中＞藤芯，且能明顯看出藤皮灰分含量遠高于藤中和藤芯，而藤中與藤芯處灰分含量的差異較小，這主要是由于藤皮硅質(zhì)化、覆蓋硅質(zhì)層的緣故[1]。在軸向上，藤莖平均灰分含量從基部逐漸上升到中部達最大值后再下降，其中基部灰分的含量最少；藤皮與藤芯灰分含量均呈先上升后下降的變化趨勢，而藤中灰分含量的軸向變化表現(xiàn)為“增—降—增”的起伏式變化。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1) 高地鉤葉藤藤莖綜纖維素、酸不溶木質(zhì)素、α-纖維素、半纖維素、苯-醇抽提物、熱水抽提物、冷水抽提物、1%NaOH 抽提物和灰分的含量平均值分別為67.98 %、16.72%、43.91%、24.38%、9.78%、18.85%、15.02%、38.60%和1.46%。

2) 在徑向上，主要化學成分(綜纖維素、酸不溶木質(zhì)素、α-纖維素) 及灰分含量均為藤皮＞藤中＞藤芯；而半纖維素、冷水抽提物、熱水抽提物、苯-醇抽提物及1%NaOH 抽提物含量均為藤芯＞藤中＞藤皮，說明藤芯處更多的薄壁細胞腔中含有較多的內(nèi)含物，而藤皮部位纖維細胞較多、具有貯存作用的薄壁細胞較少，故內(nèi)含物也較少。

3) 在軸向上，隨藤齡的減小，酸不溶木質(zhì)素、綜纖維素、α-纖維素及灰分含量均呈先升后降的變化趨勢，且最大值均在中部；其中酸不溶木質(zhì)素和α-纖維素最小值在梢部，綜纖維素及灰分含量最小值在基部。半纖維素含量則呈不斷增大的變化趨勢，最大值、最小值分別在梢部和基部。4 種抽提物含量均呈先降后升的變化趨勢，且最大值均在梢部；除熱水抽提物含量最小值在中部外，冷水抽提物、苯-醇抽提物及1%NaOH抽提物含量最小值均出現(xiàn)在2 m 處。

3.2 討論

與高地鉤葉藤相比，云南省藤、版納省藤和鉤葉藤的綜纖維素和酸不溶木質(zhì)素分別增加了7.38%和36.72%、3.72%和30.98%、14.25%和6.70%，3 大主要成分分別約增加13.18%、9.10%和12.76%；而云南省藤、版納省藤和鉤葉藤的苯-醇抽提物、熱水抽提物、冷水抽提物和1%NaOH 抽提物含量卻依次分別下降23.21%、36.45%、54.46% 和 41.79，22.90%、32.04%、37.62%和33.96%，16.87%、37.08%、40.01%和28.16%[20]。相比較而言，高地鉤葉藤主要成分含量比云南省藤、版納省藤和鉤葉藤都低，而抽提物含量卻比這3 種藤材都高，從中可以看出，高地鉤葉藤材質(zhì)比云南省藤、版納省藤和鉤葉藤都差。再結(jié)合高地鉤葉藤的構(gòu)造[6－9]和物理力學性質(zhì)[11]，以及化學成分分布情況分析，高地鉤葉藤材結(jié)構(gòu)粗糙，屬于劣質(zhì)藤。但可根據(jù)不同用途，對其進行分類、分等后，仍具有一定的開發(fā)利用價值，對提高原藤的綜合利用率和藤制品品質(zhì)具有一定指導意義。