高地钩叶藤材化学成分含量分析

张菲菲 崔浩然 汪佑宏* 张利萍 田根林

(1 安徽农业大学林学与园林学院 合肥 230036；2 黄山华塑新材料科技有限公司 安徽黄山 245900；3 国际竹藤中心 北京 100102)

棕榈藤是具有重要经济价值和开发前景的热带和亚热带森林植物资源，属于棕榈科藤类植物，其藤茎是重要的、仅次于木材和竹材的、具有多种用途的非木材林产品。棕榈藤不同于树木与竹类植物。棕榈藤属于单子叶植物，与竹亚科植物一样没有次生生长，即在生长过程中茎秆不再增粗；同时又区别于竹类植物，每个生长季节可在原有藤茎基础上不断长高。与木材和竹材相比，棕榈藤材质较轻、弹性模量小且抗弯强度大，达到破坏时的变形量大，因此具有良好的塑性，易于造型。藤材这种优良的工艺特性使之成为家具制作和工艺器具编制的优良材料[1－4]。

目前，全球共有棕榈藤13 个属664 种，中国自然分布有4 属37 种5 变种，但经济价值较高的仅有20～30 种[5]。钩叶藤属 的高地钩 叶藤(Plectocomia himalayanaGriff)[2]，在中国主要分布于云南南部、西南部、西部地区海拔1 450～1 800 m的竹林及常绿阔叶林中，攀援、丛生，虽然属于大径藤(藤径4～5 cm)，但因质地较粗糙、材质较差，一般仅用于编织较粗糙的藤器或栅栏。目前，有关高地钩叶藤等棕榈藤的研究报道主要集中在解剖特性方面[6－9]，对于改性[10]、材性[11]、化学性质方面的研究较少[12]。本文对高地钩叶藤藤茎化学成分含量的变化进行研究，将对构建棕榈藤材材性数据库及高附加值加工利用提供有力理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

高地钩叶藤采自云南南部梁河县平山乡海拔为1 480～1 500 m 的山地常绿阔叶林中，选取生长健康的高地钩叶藤10 株，伐倒后测得藤径1.30～3.00 cm (基部以上2 m 处)，藤长16.0～20.0 m，节间长16.5～26.5 cm。分别在基部、2 m 处、中部和梢部4 个部位截取长50 cm 左右的藤茎，再各分成藤皮、藤中和藤芯，分别装入12 个密封袋中，进行编号。然后将剖分好的样品(含水率在4.99%～6.40%，平均为5.71%) 磨成粉末，取40～60 目(0.38～0.25 mm) 的粉末不少于30 g，放入锥形瓶中，编号备用(GB/T 2677.1)[13]。

1.2 试验方法

化学成分含量测定：根据GB/T 2677.2—1993 测定试样水分含量，根据GB/T 2677.3—1993 测定试样灰分含量，根据GB/T 2677.4—1993 测定试样冷水及热水抽提物含量，根据GB/T 2677.5—1993 测定试样1%NaOH 抽提物含量，根据GB/T 2677.6—1994 测定试样苯-醇抽提物含量，根据GB/T 2677.10—1995 测定试样综纤维素含量，根据GB/T 2677.8—1994 测定试样酸不溶木质素(克拉森木质素) 含量，根据GB/T 744—1989 和FZ/T 50010.4—1998 测定试样α-纤维素含量。各指标测定均重复2 次[13]。

1.3 实验仪器

数显可控温烘箱、数显可控温水浴锅、数显可控温高温炉、数显可控温电热板、分析天平(感量0.000 1 g)、真空泵、30 mL 玻璃滤器(1 G2)、150 mL 索氏提取器、1 000 mL 抽滤瓶、精密密度计、比重计及X-射线衍射仪等。

2 结果与分析

2.1 酸不溶木质素

高地钩叶藤酸不溶木质素含量在14.60%～19.36% (图1)，平均为16.72%，比西双版纳产的高地钩叶藤酸不溶木质素含量高46.92%[11]，木质化程度相对较高。在径向上，藤材酸不溶木质素含量表现为藤皮＞藤中＞藤芯，其中梢部处藤中与藤芯的酸不溶木质素含量相近，说明在该藤藤龄很小时，藤中与藤芯的酸不溶木质素含量相近，但比藤皮低。在轴向上，藤皮、藤中与藤茎平均酸不溶木质素含量均随着藤茎高度的增加即随着藤龄的减小，呈“降—增—降”的变化趋势；藤芯处酸不溶木质素含量的轴向变化较小，呈小幅度先降后升的变化趋势；其中，藤茎平均酸不溶木质素含量为中部＞基部＞2 m 处＞梢部。另外，随着藤茎高度的增加，藤皮与藤中酸不溶木质素含量差异逐渐加大，而藤芯与藤中差异逐渐减小；说明随着藤龄的减小，藤中酸不溶木质素含量逐渐低于藤皮并趋于藤芯。由此也可以说明酸不溶木质素首先在藤皮处沉积，然后再逐渐向藤芯沉积。

图1 高地钩叶藤不同部位酸不溶木质素含量变化Fig.1 Changes of klason lignin content in different parts of P. himalayana

2.2 综纤维素

高地钩叶藤综纤维素含量总体上为56.06%～78.04% (图2)，平均为67.98%，略低于单叶省藤[14]和毛竹材[1]，最高值即藤皮处含量与西双版纳产高地钩叶藤的数值相当[11]。在径向上，藤茎平均综纤维素含量为藤皮＞藤中＞藤芯；在轴向上，藤茎平均综纤维素含量为中部＞2 m 处＞梢部＞基部，即随着藤茎高度的增加呈先上升后降低的变化趋势，与藤中与藤芯处综纤维素含量的轴向变化趋势相似。说明随着藤龄的减小，藤材综纤维素含量会升高，但达到一定年限后又会有所降低。其中，梢部综纤维素含量低，是由于其对应细胞组织尚处于未成熟阶段，纤维素、半纤维素等正处于沉积过程中，相对于细胞组织处于成熟阶段的其他部位，梢部藤茎综纤维素含量自然要低。至于藤茎及藤皮等下部综纤维素含量低于上部，一方面可能与测试试样取自藤茎的部位有关，即如试样截取于雨季形成的藤材(相当于木材的早材) 的原因；另一方面，对于藤皮而言，也有可能是因藤皮含有大量的二氧化硅，粘附在综纤维素上的缘故。

图2 高地钩叶藤不同部位综纤维素含量变化Fig.2 Changes of holocellulose content in different parts of P. himalayana

2.3 α-纤维素与半纤维素

α-纤维素是由综纤维素去除半纤维素而得到，α-纤维素包括纤维素和少量抗碱的半纤维素。高地钩叶藤不同部位α-纤维素的含量为30.53%～55.04%，平均值为43.91% (图3)，与毛竹材的42.15%相当；半纤维素含量为21.63%～28.87%，平均为24.07% (图4)，比毛竹材的31.83%低24.38%[15]，但高于毛竹材竹束(去除竹青) 半纤维素含量[16]。

图3 高地钩叶藤不同部位α-纤维素含量变化Fig.3 Changes of α-cellulose content in different parts of P. himalayana

将高地钩叶藤α-纤维素含量变化趋势(图3)与综纤维素含量变化趋势(图2) 进行对比可发现，两者的变化趋势相近。α-纤维素含量径向变化趋势也表现为藤皮＞藤中＞藤芯，纤维素在细胞壁中起骨架作用，这正好验证了藤皮的力学强度大于藤芯的结论[17－19]。在轴向上，随着高度的增加，藤中、藤芯及藤茎平均α-纤维素含量，均呈先上升后下降的变化趋势，且梢部含量最低，其中藤茎平均α-纤维素含量最大值出现在中部。造成这种结果的原因与综纤维素是一样的。

在径向上，半纤维素含量(可用综纤维素与α-纤维素含量之差表示) 总体表现为藤皮＜藤中＜藤芯。随着轴向高度的增加，半纤维素含量基本呈增加的变化趋势；其中藤皮处半纤维素含量最小，而藤芯部位的半纤维素含量最高，且远高出藤皮和藤中(图4)。

图4 高地钩叶藤不同部位半纤维素含量变化Fig.4 Changes of hemicellulose content in different parts of P. himalayana

2.4 热水抽提物与冷水抽提物

高地钩叶藤热水抽提物含量为7.49%～30.54%，平均为18.85% (图5)，约是毛竹材(8.24%) 的2.29 倍[15]，较西双版纳产高地钩叶藤高34.16%[11]。在径向上，藤材热水抽提物含量表现为藤皮＜藤中＜藤芯；在轴向上，随着轴向高度的增加，藤皮、藤中、藤芯与藤茎平均含量均呈先下降后上升的变化趋势，其中藤茎平均热水抽提物含量最大值和最小值分别出现在梢部和中部，说明随着藤龄的减小，藤材的热水抽提物含量会降低，到达一定藤龄后又会上升。

图5 高地钩叶藤不同部位热水抽提物含量变化Fig.5 Changes of hot water soluble extractives content in different parts of P. himalayana

高地钩叶藤冷水抽提物含量为7.37%～22.91%，平均为15.02% (图6)，比热水抽提物含量低，约是毛竹(6.84%) 的2.20 倍[15]，较西双版纳产高地钩叶藤高58.77%[11]。与热水抽提物含量径向变化相同，冷水抽提物含量也表现为藤皮＜藤中＜藤芯，这与作为贮存细胞的薄壁细胞的含量变化趋势是一致的。在轴向上，随着藤龄的减小，藤芯、藤中、藤皮和藤茎的平均冷水抽提物含量均表现为自基部先下降至2 m 处达最小值，然后逐渐上升至梢部，不过藤皮处的变化幅度较藤中与藤芯要小很多。之所以出现基部的冷、热水抽提物含量比2 m 处及中部要高，原因可能与测试材料分别取自雨季或旱季形成的藤茎有关。

图6 高地钩叶藤不同部位冷水抽提物含量变化Fig.6 Changes of cold water soluble extractives content in different parts of P. himalayana

2.5 苯-醇抽提物与1% NaOH 抽提物

高地钩叶藤苯-醇抽提物含量在4.83%～14.38%区间变化，平均为9.78% (图7)，分别比单叶省藤的3.19%[14]、毛竹材的6.91%[15]高206.58%和41.53%，但比西双版纳产高地钩叶藤的值低20.36%[11]。在径向上，苯-醇抽提物含量的变化表现为藤皮＜藤中＜藤芯，且能明显看出藤皮与藤中的差异大于藤芯与藤中的差异。在轴向上，苯-醇抽提物含量的变化表现为梢部＞基部＞中部＞2 m 处，藤茎、藤皮与藤中苯-醇抽提物含量的轴向变化趋势一致，均随着高度的增加呈先下降后上升的变化趋势，而藤芯则呈先上升后下降的变化趋势。这说明随着藤龄的减小，藤茎、藤皮与藤中处的苯-醇抽物含量会先有所降低，但达到一定年份后又会逐渐增加；而藤芯处苯-醇抽提物含量则先增加，达到一定年份后会逐渐降低。

图7 高地钩叶藤不同部位苯醇抽提物含量变化Fig.7 Changes of benzene-alcohol soluble extractives content in different parts of P. himalayana

高地钩叶藤1%NaOH 抽提物含量在25.89%～50.39%区间变化，平均为38.60% (图8)，分别比毛竹材的27.21%[15]和西双版纳产高地钩叶藤的26.79%[11]高41.85%和44.08%。高地钩叶藤不同部位的1%NaOH 抽提物含量，其中径向表现为藤皮＜藤中＜藤芯，说明藤芯处1%NaOH 抽提物含量高于藤中与藤皮，藤皮处的含量最少。在轴向上，随着高度的增加，除藤皮处变化无规律外，藤中、藤芯及藤茎平均1%NaOH 抽提物含量均呈先下降后上升的变化趋势，即随着藤龄的减小，1%NaOH 抽提物含量会逐渐下降，到达一定年份后再增加；其中藤茎平均1%NaOH 抽提物含量最大值和最小值分别出现在梢部和2 m 处。

图8 地钩叶藤不同部位高1%NaOH 抽提物含量变化Fig.8 Changes of 1%NaOH soluble extractives content in different parts of P. himalayana

2.6 灰分

高地钩叶藤材灰分含量为0.87%～2.50%，平均值为1.46% (图9)，比毛竹材的1.17%高24.58%，远高于大部分木材[15]，但低于西双版纳产高地钩叶藤材的灰分含量[11]。灰分含量径向变化表现为藤皮＞藤中＞藤芯，且能明显看出藤皮灰分含量远高于藤中和藤芯，而藤中与藤芯处灰分含量的差异较小，这主要是由于藤皮硅质化、覆盖硅质层的缘故[1]。在轴向上，藤茎平均灰分含量从基部逐渐上升到中部达最大值后再下降，其中基部灰分的含量最少；藤皮与藤芯灰分含量均呈先上升后下降的变化趋势，而藤中灰分含量的轴向变化表现为“增—降—增”的起伏式变化。

3 结论与讨论

3.1 结论

1) 高地钩叶藤藤茎综纤维素、酸不溶木质素、α-纤维素、半纤维素、苯-醇抽提物、热水抽提物、冷水抽提物、1%NaOH 抽提物和灰分的含量平均值分别为67.98 %、16.72%、43.91%、24.38%、9.78%、18.85%、15.02%、38.60%和1.46%。

2) 在径向上，主要化学成分(综纤维素、酸不溶木质素、α-纤维素) 及灰分含量均为藤皮＞藤中＞藤芯；而半纤维素、冷水抽提物、热水抽提物、苯-醇抽提物及1%NaOH 抽提物含量均为藤芯＞藤中＞藤皮，说明藤芯处更多的薄壁细胞腔中含有较多的内含物，而藤皮部位纤维细胞较多、具有贮存作用的薄壁细胞较少，故内含物也较少。

3) 在轴向上，随藤龄的减小，酸不溶木质素、综纤维素、α-纤维素及灰分含量均呈先升后降的变化趋势，且最大值均在中部；其中酸不溶木质素和α-纤维素最小值在梢部，综纤维素及灰分含量最小值在基部。半纤维素含量则呈不断增大的变化趋势，最大值、最小值分别在梢部和基部。4 种抽提物含量均呈先降后升的变化趋势，且最大值均在梢部；除热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现在2 m 处。

3.2 讨论

与高地钩叶藤相比，云南省藤、版纳省藤和钩叶藤的综纤维素和酸不溶木质素分别增加了7.38%和36.72%、3.72%和30.98%、14.25%和6.70%，3 大主要成分分别约增加13.18%、9.10%和12.76%；而云南省藤、版纳省藤和钩叶藤的苯-醇抽提物、热水抽提物、冷水抽提物和1%NaOH 抽提物含量却依次分别下降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]。相比较而言，高地钩叶藤主要成分含量比云南省藤、版纳省藤和钩叶藤都低，而抽提物含量却比这3 种藤材都高，从中可以看出，高地钩叶藤材质比云南省藤、版纳省藤和钩叶藤都差。再结合高地钩叶藤的构造[6－9]和物理力学性质[11]，以及化学成分分布情况分析，高地钩叶藤材结构粗糙，属于劣质藤。但可根据不同用途，对其进行分类、分等后，仍具有一定的开发利用价值，对提高原藤的综合利用率和藤制品品质具有一定指导意义。