非洲崖豆木的构造特征及挥发性气体化学成分

张启文,宁莉萍,b,王 杰,杨 了,李 静,王天石

(四川农业大学 a林学院，b木材工业与家具工程高校重点实验室，四川 成都611134)

非洲崖豆木(Millettialaurentii)俗称“非洲鸡翅木”、“黑鸡翅木”[1]，是豆科崖豆属鸡翅木类，分布于热带和亚热带，主要产自非洲扎伊尔，其次是喀麦隆、刚果、加蓬等中非地区[2]。鸡翅木与海南黄花梨、酸枝、紫檀、黑酸枝、红酸枝、乌木、条纹乌木并称我国传统八大类红木，是制作家具、乐器及工艺品的上等木材[3]，其材色较深，有紫黑相间的鸡翅状花纹，适用于高级家具、刨切微薄木、运动器材等。

木材交易市场和收藏界对鸡翅木的分类及命名争议较大[4-7]，这样很容易误导消费者。另外目前市场上常有不法商家以毛榄仁、双龙瓣豆等几种木材冒充鸡翅木[8]，从中谋取暴利。目前,关于非洲崖豆木的研究尚未见其宏观和微观构造特征的详细报道,也未见其精气可挥发气体化学成分的研究报道。鉴于此，本研究对非洲崖豆木宏观和微观构造特征及精气化学成分进行了研究，旨在为其鉴定识别和木材利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

非洲崖豆木，产自非洲刚果，尺寸为3.5 cm×3.5 cm×13.5 cm。

1.2 仪器与设备

大型滑走式切片机(TU-231)、光学显微镜(OLYMPUS BX51)，上海生物科技有限公司；体式显微镜(OLYMPUS X7)，上海光密仪器有限公司；气相色谱-质谱联用仪(7890A-5975C)，Agilent公司。

1.3 试验方法

1.3.1 非洲崖豆木木材宏观和微观构造特征及参数的观测 利用木材解剖学的方法[9-13]，研究非洲崖豆木样品的宏观和微观构造特征。采用GB/T 29894-2013《木材鉴别方法通则》[14]对试材进行解剖。管孔平均个数、管孔大小和木射线密度，采用体视显微镜于放大40倍的横切面上测定，木射线高度和宽度则在相同条件下的弦切面上测定。木材密度按照GB/T 1933-2009 《木材密度测定方法》[15]进行测定。

1.3.2 非洲崖豆木木材精气的化学成分分析 参照文献[16-17]的方法提取非洲崖豆木木粉精气。将样品自然风干至含水率为10%～15%，粉碎过筛，取能通过孔径为600 μm网筛的样品(10±0.1)g于萃取瓶中，在85 ℃下保温40 min，得其挥发性成分样品，进行气相色谱-质谱分析，解析时间3 min。

色谱条件:HP-INNO Wax柱(0.25 mm×30 m×0.25 μm)；分流比50∶1；进样口温度：250 ℃；载气为高纯氦气；柱温箱升温程序：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。

质谱条件:离子源为EI；电离能70 eV；辅助加热区260 ℃；离子源230 ℃；四级杆150 ℃；采集模式为全扫描；质量扫描50～550 m/z；溶剂延迟1.5 min。

2 结果与分析

2.1 非洲崖豆木的宏观构造特征

非洲崖豆木肉眼观察下材色黑红褐色，其间带有黑色条纹；表面无油性，光泽感不强；纹理直，木材结构粗而不均。木材横切面质地较硬，指甲划过不留痕迹；纵切面可条状剥离。干材无明显香气，水煮后可产生淡淡的自然木香气。生长轮不明显，早晚材区分不明显。横切面上管孔较多，肉眼可见，在放大镜下更明显，为散孔材。轴向薄壁组织丰富，在肉眼下清晰可见。木射线在放大镜下明显。

2.2 非洲崖豆木的显微构造特征

由图1可知，非洲崖豆木横切面上管孔多为圆形或卵圆形，分布较为均匀，大小基本一致；管孔组合以单管孔为主，偶见2个短径列复管孔；部分导管腔内含有树胶。导管细胞端部的穿孔以单穿孔为主；导管间纹孔式以互列纹孔为主，偶见梯状纹孔。木纤维细胞在横切面上呈椭圆形和多角形，细胞沿径向整齐排列，沿弦向交错排列，细胞壁较薄。轴向薄壁组织主要为傍管带状或聚翼状。木射线叠生，射线组织为同形多列和单列，以多列为主，偶见单列。单列木射线高3～9个细胞；多列木射线宽3～5个细胞，高9～12个细胞。木射线和轴向薄壁组织内均不含油细胞和晶体。

由表1可知，非洲崖豆木木材单位面积管孔数量甚少，为3个/mm2；管孔大小中等，最大弦径297.41 μm，平均弦径183.27 μm，平均径向直径233.13 μm；导管双壁厚平均为10.99 μm，壁腔比为0.06，导管细胞壁较薄。

图1 非洲崖豆木木材三切面微观构造Fig.1 Microscopic structures of tree sections of Millettia laurentii

表1 非洲崖豆木木材管孔构造特征参数Table 1 Pore parameters of Millettia laurentii

由表2可知，非洲崖豆木木材的导管形状以圆柱形为主，导管较短，其平均长度为129.87 μm；木纤维壁薄，纤维长度中等，平均长度为1 522.21 μm。

表2 非洲崖豆木的离析参数Table 2 Isolation parameters of Millettia laurentii

组织比量是衡量木材性能的重要指标，与木材的密度和强度相关[18]。本研究在测量非洲崖豆木木材导管、木射线、木纤维以及轴向薄壁组织体积的基础上，计算了各部分占整个木材组织的比例(组织比量)，结果见表3。

表3 非洲崖豆木木材细胞组织比量Table 3 Cell tissue ratios of Millettia laurentii

表3表明，非洲崖豆木导管、木射线和轴向薄壁组织的组织比量分别为2.85%，18.11%和20.70%；木纤维组织比量为58.34%，是木材的主要组成部分。由于导管组织比量明显偏小，推测非洲崖豆木的密度和强度可能较高。

2.3 非洲崖豆木的密度和含水率

由表4可知，非洲崖豆木木材的气干密度为0.84 g/cm3，绝干材密度为0.82 g/cm3，木材密度较大，这与组织比量的计算结果相符合。木材相对含水率为9.80%，低于我国木材含水率(12%～18%)；其绝对含水率为8.90%，在我国规定的含水率(3%～10%)范围内。

2.4 非洲崖豆木木粉精气的化学成分

本试验从非洲崖豆木木粉精气中共分离出41个组分，从中鉴定出27种化合物，具体如表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 非洲崖豆木木粉精气化学成分及相对含量Table 5 Chemical composition and relative contents of wood volatile gases

从表5可以看出，非洲崖豆木木材精气中相对含量超过1%的主要化学成分有3,7-愈创木二烯(44.799%)、α-依兰油烯(10.177%)、δ-杜松烯(5.329%)、α-佛手柑油烯(4.692%)、4,5-α,α-桉叶烷(3.509%)、β-榄香烯(3.489%)、α-古巴烯(2.849%)、β-倍半水芹烯(2.770%)、反-β-金合欢烯(2.201%)、β-酣没药烯(1.766%)、1S,顺去氢白菖烯(1.766%)、α-二去氢菖蒲烯(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-古芸烯(1.023%)等。

非洲崖豆木木材挥发性气体化学成分主要由萜烯类化合物及萜类氧化物组成，且以倍半萜为主。萜类化合物多有芳香气味，是多种药物的有效成分，可治疗疾病，如用以提神、抗菌消炎和镇痛等。其中的β-榄香烯(3.489%)能对抗多种肿瘤，显著提高肿瘤患者的生存质量，且毒副作用轻微，是温莪术抗肿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、治疗老年慢性支气管炎等作用[20]。气体中最主要的成分3,7-愈创木二烯也是广藿香的主要成分之一，而广藿香具有开胃止呕、发表解暑的功效[21]。通过对挥发性气体中主要成分的功效分析得知，非洲崖豆木精气不仅安全，而且具有良好的养生保健作用，甚至具有开发为抗肿瘤药物的潜力。

3 结 论

非洲崖豆木木材的识别特征为心材材色黑褐色，带有黑色条纹；材表无油性，光泽感不强。散孔材，管孔肉眼下可见，生长轮不明显，早晚材区分不明显。干材无明显香气。管孔圆形或卵圆形，以单管孔为主，少数短径列复管孔(2～3个)；单位面积管孔数量偏少，管孔分布较均匀，大小中等；部分导管腔内含树胶。导管壁上纹孔排列方式以互列纹孔为主，偶见梯状纹孔。木纤维壁薄；木射线在放大镜下明显。木射线叠生，射线组织同形单列及多列，单列偶见，主为多列。单列木射线高3～9个细胞；多列木射线宽3～5个细胞，高9～12个细胞。轴向薄壁为傍管带状或聚翼状。木材结构粗而不均，纹理直。木材密度较大。

从非洲崖豆木木材的挥发性气体中共鉴定出27种化合物，其中相对含量超过1%的化合物有15种，这些化合物主要为萜烯类化合物及萜类氧化物，且以倍半萜为主。非洲崖豆木的挥发性气体不仅对环境友好，对人体安全，而且部分成分还具有良好的养生保健作用，甚至有抗肿瘤潜力。因此，非洲崖豆木是适合制作与人类密切接触的家具和建材的良材。