柚木材中黑線成分和無黑線成分對比分析

摘 要：以中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所在海南省樂東黎族自治縣尖峰嶺培育成材的柚木種源3071試驗林為研究對象，采用氣相色譜-質譜聯(lián)用法對比分析了柚木種源3071中具有特殊黑線紋理和無黑線紋理部分抽提物的化學成分，采用元素分析法對種源3071中具有黑線成分的柚木與普通柚木部分進行碳、氫、氮、硫元素分析。結果表明，兩者抽提物所含物質有很大差異，兩者的碳、氫、氮、硫元素含量也有顯著差異。

關鍵詞：柚木；黑線；化學成分

中圖分類號：S792.99" 文獻標志碼：B " 文章編號：1674-7909（2024）23-129-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.23.027

0 引言

柚木（Tectona grandis L.f.）因其紋理美觀、色澤柔和、富有彈性、尺寸穩(wěn)定、耐磨耐腐等獨特性質，深受人們喜愛，被廣泛應用于裝飾領域，成為一種珍貴的用材樹種［1-2］。

柚木因種源的不同，會呈現出顯著的顏色差異，其市場價格也差別很大，其中具有“黑線紋理”的柚木被視為珍品［3］。1966年BRYCE［4］研究發(fā)現，與天然林相比，人工柚木林木材的顏色偏白。目前，國內外對木材特殊紋理的研究基本集中在日本柳杉［5-6］，對柚木中黑線紋理的研究較少，只有LUKMANDARU等［7］對柚木黑線紋理中的黑線成分做了色彩和化學成分的分析。

本研究選取的柚木種源3071具有豐富的黑線，采用氣相色譜-質譜聯(lián)用法（GC-MS）對比分析了柚木種源3071中具有特殊黑線紋理和無黑線紋理部分抽提物的化學成分，采用元素分析法對種源3071中具有黑線成分的柚木與普通柚木部分進行碳、氫、氮、硫元素分析。該基礎性研究對科學合理地利用柚木及增加柚木附加值具有重要意義。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

試驗所用的柚木木材采集于海南省樂東黎族自治縣尖峰嶺，為中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所試驗站所培育；柚木種源3071，由丹麥林木種子中心提供。將樣木伐倒后，從根部開始到樹干1.3 m處取2個10 cm厚的圓盤，至3.6 m處取1個10 cm厚的圓盤，然后每隔2 m取1個10 cm厚的圓盤，到樹干7.6 m處結束取樣。

1.2 試驗設備

試驗設備包括：6890N-5975C型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司；Vario EL型元素分析儀，德國Elementar公司；BPS-250CL型恒溫恒濕箱，廣東一恒集團廣東分公司；XS225A-SCS型電子分析天平，瑞士普利賽斯上海公司；XFB-400型中藥粉碎機，湖南中誠制藥機械廠；AS200型篩分儀，美國Retsch公司；MJ-90型推臺鋸，威海鼎興木工機械有限公司；超聲波萃取儀。

1.3 試驗方法

將種源3071的柚木木材樣品自然干燥，用雕刻刀將心材中有黑線和無黑線的部分挑出10 g，分成2組，將其粉碎過孔徑0.425 mm篩。將過篩的樣品置于溫度為50 ℃、功率為400 W的超聲波萃取儀中提取50 min，然后將抽提溶液轉出定容到80 mL，以備GC-MS分析。將其他木粉放置在溫度20 ℃、相對濕度65%的環(huán)境下儲存，以備碳、氫、氮、硫元素化學成分分析。

1.3.1 GC-MS分析

精確稱取種源3071柚木木材抽提物，加入10 ng甲苯內標物，然后用甲醇溶解定容至5 mL，得到GC-MS檢測試樣。

試驗采用安捷倫公司生產的DB-5MS毛細管石英色譜柱，柱長30 m，內徑0.25 mm，膜厚0.25 μm。

DB-5MS柱色譜分析條件：進樣口溫度290 ℃，脈沖不分流進樣，進樣量1 μL，載氣He，柱流量1.4 mL/min，GC-MS接口溫度300 ℃，柱溫箱升溫程序見表1。質譜分析條件：電離源EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，掃描范圍30～500 amu。

通過Aglient MDS化學工作站數據處理系統(tǒng)，采用面積歸一法進行定量分析，分別分析得出各化學成分在抽提物中的相對百分含量。抽提物化學成分的定性通過Aglient MSD化學工作站檢索NIST08標準質譜圖庫，并結合相關文獻進行人工譜圖解析復合，以確認所測柚木木材樣品抽提物的各化學成分。

1.3.2 Vario EL元素分析

采用Vario EL元素分析儀對種源3071柚木木材有黑線和無黑線部分進行碳、氫、氮、硫元素分析，試驗6次。碳、氫、氮、硫元素的分析條件見表2。

1.3.3 分析方法

采用SPSS軟件對碳、氫、氮、硫元素含量進行分析。

2 結果與分析

2.1 GC-MS分析

如圖1所示，根據種源3071柚木木材無黑線部分甲醇抽提物總離子流情況，共檢出5種化合物。5種化合物的相對百分含量范圍為4.65%～54.42%，其含量由高到低依次為：2-甲基蒽醌（54.42%）；4-氨基-8-甲氧基苯并［g］-1，5-萘啶（19.62%）；氧化N-2-（2，5-二甲基苯基）-亞丙氨環(huán)己烷（14.84%）；10，10-二甲基-10H-苯酚氧雜硅（6.48%）；5（α）-4，5-環(huán)氧基-17-甲基-嗎啡（烷）-3，4二醇（4.65%）。

如圖2所示，根據種源3071柚木木材有黑線部分甲醇抽提物總離子流情況，共檢出10種化合物。10種化合物的相對百分含量范圍為0.78%～70.17%，其含量由高到低依次為：2-甲基蒽醌（70.17%）；反式角鯊烯（11.26%）；6，7-二氫-2-異丙胺-8-甲氧基咪唑并［1，2-a］［1，3，5］三氮雜苯-4（8H）-酮（7.83%）；2-嗎啉-4，5，6-2H-苯并噻唑-7-酮（2.67%）；（3，3-二乙基脲）硫酸五氟（2.43%）；5-（1，1-二甲基）-［1，1'-二聯(lián)苯］-2-醇（2.25%）；十四甲基環(huán)庚硅氧烷（0.83%）；N-甲基辛胺（0.78%）。

2.2 元素分析

種源3071柚木心材中有黑線部分和無黑線部分的碳、氫、氮、硫元素分析結果見表3。由表3可知，有黑線部分的碳、氮、硫元素含量比無黑線部分的高，而氫元素含量相對較低，硫元素含量的變異系數較大。

對有黑線部分和無黑線部分的碳、氫、氮、硫元素含量進行方差分析，結果見表4。由表4可知，有黑線部分與無黑線部分中的氫元素含量的顯著因子均小于0.01，表明有黑線部分與無黑線部分中氫元素的含量差異較為顯著；碳、氮元素含量的顯著因子均小于0.05，表明具黑線部分與無黑線部分中碳和氮元素的含量差異顯著；硫元素含量的顯著因子大于0.05，表明有黑線部分與無黑線部分中硫元素的含量差異不顯著。有黑線部分的碳元素含量較比無黑線部分的高，氫元素含量較低。碳元素和氫元素含量的差異主要取決于纖維素、半纖維素、木質素和各種抽出物的化學成分及其比例。有黑線部分的氮元素含量比無黑線部分的高。氮元素含量的差異取決于薄壁細胞中蛋白質的化學成分及其比例，氮元素的含量極少。有黑線部分和無黑線部分的硫元素含量數據不穩(wěn)定，原因為德國Elementar生產的Vario EL元素分析儀在硫元素的測定中存在一定的誤差［8］。

3 結論與討論

種源3071柚木木材具有黑色條紋，表面紋理美觀，其裝飾性佳。研究采用氣相色譜-質譜聯(lián)用法對比分析了種源3071柚木木材中具有特殊黑線紋理和無黑線紋理部分抽提物的化學成分，在無黑線部分共檢出5種化合物，在有黑線部分共檢出10種化合物，兩者抽提物所含物質有很大差異，其中只有1種相同的化合物，即2-甲基蒽醌，該化合物含量在無黑線柚木甲醇抽提物中占54.42%，在有黑線柚木甲醇抽提物中占70.17%。

對種源3071柚木中有黑線部分和無黑線部分進行碳、氫、氮、硫元素分析，有黑線部分的碳元素和氮元素含量比無黑線部分的高，氫元素含量較低，而硫元素含量數據不穩(wěn)定。碳元素和氫元素含量的差異主要取決于纖維素、半纖維素、木質素和各種抽出物的化學成分及其比例。有黑線部分的氮元素含量比無黑線部分的高，氮元素含量的差異取決于薄壁細胞里的蛋白質的化學成分及其比例。

參考文獻：

［1］梁坤南，周再知，馬華明，等.我國珍貴樹種柚木人工林發(fā)展現狀、對策與展望［J］.福建林業(yè)科技，2011，38（4）：173-178.

［2］鄺炳朝，梁坤南，潘一峰.柚木材性的種源與家系選擇［C］//中國林學會林木遺傳育種分會，廣西壯族自治區(qū)林學會.面向21世紀的中國林木遺傳育種：中國林學會林木遺傳育種第四屆年會文集.中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所，1997.

［3］鄺炳朝，鄭淑珍.我國柚木的遺傳改良［J］.林業(yè)科學研究，1991（2）：139-146.

［4］BRYCE J M.Mechanical properties of Tanzania grown teak （Tectona grandis L.）［J］.Tanzania Forest Division，1966，34：1-5.

［5］CHANG S T，WANG S Y，CHENG S S. Environmental effects on the color of sugi（Cryptomeria japonica D. Don） heartwood［J］. Journal of Wood Science，2000，46：390-394.

［6］MATSUNAGA H，SHIOTARI R，MATS UMURA J，et al.Potassium distribution in black heartwood of sugi （Cryptomeria japonica） I： Localization in axial parenchyma cells ［J］.Journal of Wood Science，2006，52：95-100.

［7］LUKMANDARU G，ASHITANI T，TAKA- HASHI K.Color and chemical characterization of partially black-streaked heart-wood in teak （Tectona- grandis） ［J］.Journal of Forestry Research，2009，20（4）：377-380.

［8］應衛(wèi).VarioEL元素分析儀測定含硫配合物的改進方案及應用［J］.實驗室科學， 2011，14（1）：164-167.