趙涇峰，馮德君，張文輝，雷亞芳，張英杰

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) a 機(jī)械與電子工程學(xué)院，b 林學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2 楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

軟木來(lái)源于栓皮樹(shù)發(fā)達(dá)的栓皮層樹(shù)皮。栓皮樹(shù)種主要有產(chǎn)于歐洲和非洲的栓皮櫧(Quercussurber)及產(chǎn)自我國(guó)的栓皮櫟(Quercusvariabilis)[1]。栓皮櫟在我國(guó)分布地域較廣闊，北自遼寧南部，西從太行山到云南貢州地區(qū)，南至云南的文山、西雙版納等地，東從遼東半島經(jīng)嶗山至臺(tái)灣直到廣東東北部的沿海地區(qū)均有分布。栓皮櫟林是我國(guó)闊葉林的一個(gè)基本組成群系，在涵養(yǎng)水源、保持水土、增加土壤肥力等方面均有重要作用[2-4]。栓皮櫟的木材、樹(shù)皮、果實(shí)及葉等均有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，栓皮櫟軟木更是我國(guó)軟木資源的主要來(lái)源，因此對(duì)栓皮櫟軟木性能的研究是充分利用我國(guó)軟木資源的當(dāng)務(wù)之急。

周建云等[5]、任耀忠等[6]利用形態(tài)指標(biāo)將陜西省分布的栓皮櫟天然類(lèi)型劃分為厚皮淺裂型、厚皮深裂型、薄皮淺裂型和薄皮深裂型4種變異類(lèi)型。為了更好地培育栓皮櫟優(yōu)良類(lèi)型和利用栓皮櫟軟木資源，不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的化學(xué)組分研究是基礎(chǔ)。前人對(duì)栓皮櫟軟木的化學(xué)組分也有過(guò)一些研究[7-10]，但比較不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的化學(xué)組分尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究在對(duì)陜西栓皮櫟類(lèi)型劃分的基礎(chǔ)上，對(duì)4種不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的化學(xué)組分進(jìn)行了對(duì)比分析和綜合評(píng)價(jià)，以期為栓皮櫟類(lèi)型的選擇和良種培育以及栓皮櫟軟木的加工利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試軟木 栓皮櫟軟木于2012-07采自陜西商州區(qū)二龍山林場(chǎng)栓皮櫟天然林。采剝地海拔984～1 015 m；栓皮櫟樹(shù)齡33～50年，胸徑20.5～26.6 cm。采剝后軟木壓平堆放，自然干燥。所采軟木均為初生軟木，未蒸煮。按照軟木的厚薄和開(kāi)裂程度分別采集厚皮淺裂型、厚皮深裂型、薄皮淺裂型和薄皮深裂型4種類(lèi)型，每種類(lèi)型采樣2株，試樣采集的詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

表 1 供試栓皮櫟軟木的采集信息

1.1.2 主要試劑 無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇、二氯甲烷、氯仿、無(wú)水硫酸、硫酸、氯化鋇均為分析純，甲醇鈉為化學(xué)純，以上試劑均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.1.3 主要儀器 高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(JP-350A-8，永康市久品工貿(mào)有限公司)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE5299，上海嘉鵬科技有限公司)、循環(huán)水式真空泵(SHZ-D(Ⅲ)，鞏義市英峪予華儀器廠)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(102-2AB型，天津市泰斯特儀器有限公司)、分析天平(0.000 1 g，AY220，日本島津)、索式提取器(250 mL)等。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 試樣制備 將除去外皮和內(nèi)皮的軟木樣品粉碎，取過(guò)孔徑0.246～0.360 mm (40～60目)篩的小粒用于分析。

1.2.2 測(cè)定方法 (1)可抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。準(zhǔn)確稱(chēng)取3 g (精度為0.000 1 g)樣品，依次通過(guò)二氯甲烷、乙醇和蒸餾水各150 mL連續(xù)的索氏抽提測(cè)定抽提物，參照GB/T 2677·6-94(造紙?jiān)嫌袡C(jī)溶劑抽出物含量的測(cè)定)進(jìn)行二氯甲烷和乙醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定；參照GB/T 2677·4-93(造紙?jiān)纤槌鑫锖康臏y(cè)定)進(jìn)行水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定。(2)木栓脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)。將除去抽提物的殘?jiān)鼧语L(fēng)干，準(zhǔn)確稱(chēng)取1.5 g (精度為0.000 1 g)樣品，采用甲醇解聚的方法[7]來(lái)測(cè)定木栓脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(3)木質(zhì)素和纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。用之前除去木栓脂的試樣測(cè)木質(zhì)素和纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定參照GB/T 2677·8-94(造紙?jiān)纤岵蝗苣举|(zhì)素含量的測(cè)定)進(jìn)行，纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用硝酸-乙醇法進(jìn)行[10]。每種類(lèi)型試樣同時(shí)進(jìn)行3次平行測(cè)定，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的主要化學(xué)組分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)

陜西4種類(lèi)型栓皮櫟軟木的主要化學(xué)組分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表 2 陜西4種類(lèi)型栓皮櫟軟木的主要化學(xué)組分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較

從表2可知，4種不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同。薄皮淺裂型的總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)占總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的41.15%；厚皮淺裂型的總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，其二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)占總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的47.64%；厚皮深裂型的二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)占總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的45.48%；薄皮深裂型的二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)占總抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50.12%。二氯甲烷是非極性溶劑，主要溶解的是蠟質(zhì)和一些非極性物質(zhì)，乙醇和水抽提的是一些極性物質(zhì)，主要是酚類(lèi)和多酚類(lèi)。因此，從上述分析結(jié)果可以看出，薄皮淺裂型、厚皮淺裂型、厚皮深裂型栓皮櫟軟木的抽提物中主要是酚類(lèi)、多酚類(lèi)、小分子糖分和蛋白質(zhì)等極性物質(zhì)，薄皮深裂型栓皮櫟軟木的抽提物中非極性物質(zhì)和極性物質(zhì)幾乎各占一半。

由表2還可知，木栓脂是軟木中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的物質(zhì)，是軟木細(xì)胞的主要組成成分。薄皮深裂型栓皮櫟軟木的木栓脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為43.57%；厚皮淺裂型的木栓脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為37.65%；厚皮深裂型和薄皮淺裂型栓皮櫟軟木的木栓脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為37.93%，41.58%。軟木中木栓脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)因地理位置、遺傳起源、樹(shù)齡和生長(zhǎng)條件的不同而存在明顯差異，但仍然是軟木的主要組成成分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為40%[7,11-12]。

表2顯示，木質(zhì)素在4種類(lèi)型栓皮櫟軟木中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所不同，但差異不是很大，在20%左右，其中薄皮淺裂型稍高，為21.28%；薄皮深裂型最低，為19.38%。木質(zhì)素在軟木中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在21%～23%[11,13]。

表2還顯示，4種類(lèi)型栓皮櫟軟木中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有差異。2個(gè)厚皮類(lèi)型的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，分別為6.69%和6.91%；2個(gè)薄皮類(lèi)型的較高，分別為8.53%和8.91%。軟木中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)9%[11]。

2.2 主要化學(xué)組分對(duì)栓皮櫟軟木性能的單一影響

2.2.1 抽提物 軟木的抽提物是指用水或中性有機(jī)溶劑從軟木中溶解出來(lái)的一類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)，主要有脂肪、樹(shù)脂、單寧、紅粉、色素、蠟質(zhì)、萜類(lèi)、萜烯類(lèi)等物質(zhì)[14-15]。抽提物雖然不是軟木組織中的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，但與軟木的性質(zhì)有密切關(guān)系，也影響軟木的加工利用。軟木細(xì)胞腔中充滿單寧或樹(shù)脂物質(zhì)，有防腐和抵御外來(lái)細(xì)菌襲擊的作用。軟木細(xì)胞壁通常為棕色或黃色，主要是受細(xì)胞腔中樹(shù)脂或單寧等著色物質(zhì)的影響。軟木中的蠟質(zhì)是由脂肪酸、二元酸和羥基脂肪酸與脂肪醇、甾醇和萜烯醇組成的長(zhǎng)鏈聚酯，是不溶于水的固體，其生物功能是作為生物體對(duì)外界環(huán)境的保護(hù)層，因此抽提物中蠟質(zhì)的存在使軟木有一定的防水功能[7]。抽提物對(duì)軟木的膠合性能和加工性能也有影響[16-17]。抽提物可使材料表面的極性和自由能降低，在膠合界面處形成障礙而妨礙材面潤(rùn)濕，使膠合狀況惡化,影響膠黏劑的固化或?qū)е履z合強(qiáng)度降低，是阻礙軟木顆粒膠合的最主要因素之一。抽提物中的多酚類(lèi)物質(zhì)在軟木加工過(guò)程中易使切削刀具磨損。抽提物中由于色素物質(zhì)的存在，也可能對(duì)軟木的染色與漂白產(chǎn)生影響。

由表2可知，4種栓皮櫟類(lèi)型中，薄皮深裂型軟木的二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，因此其防水和防腐性能較好；厚皮淺裂型與薄皮淺裂型比較，前者二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)比后者高13.50%，水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)比后者高31.62%，所以厚皮淺裂類(lèi)型的防水和防腐性能不及薄皮淺裂類(lèi)型；厚皮深裂型軟木的二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻最高，其防水和防腐性能較差。防水和防腐性能的優(yōu)劣依次為薄皮深裂型>薄皮淺裂型>厚皮淺裂型>厚皮深裂型。從抽提物對(duì)膠合性能和加工性能的影響來(lái)看，推測(cè)4種栓皮櫟類(lèi)型軟木的膠合性能和加工性能優(yōu)劣依次為厚皮淺裂型>薄皮深裂型>厚皮深裂型>薄皮淺裂型。

2.2.2 木栓脂 木栓脂是軟木的特性物質(zhì)，是最主要的軟木組成成分。目前的研究認(rèn)為，木栓脂是一種天然的脂肪族芳香環(huán)狀化合物，普遍存在于植物界，最可能存在于正常植物細(xì)胞壁和受傷的植物外部組織中，起著隔絕生物體與環(huán)境的作用[18-19]。木栓脂主要由不飽和羥基脂肪酸組成的高分子聚酯分支組成，不可水解，不溶于水，有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。木栓脂中的酚類(lèi)成分可防止病菌進(jìn)入，而脂肪成分則能防止水分流失，有延緩植物腐敗的作用。所以木栓脂在軟木中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與軟木的耐久性、耐腐蝕性和防蟲(chóng)性等有密切關(guān)系。

本試驗(yàn)中4種栓皮櫟類(lèi)型軟木，從木栓脂對(duì)軟木性能的影響來(lái)看，4種栓皮櫟類(lèi)型軟木優(yōu)劣依次為薄皮深裂型>薄皮淺裂型>厚皮深裂型>厚皮淺裂型(表2)。

2.2.3 木質(zhì)素 木質(zhì)素是構(gòu)成軟木細(xì)胞壁的僅次于木栓脂的第2大類(lèi)物質(zhì)，在軟木中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在22%左右[8,20]。表明軟木細(xì)胞也有一定程度的木質(zhì)化，但軟木細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中，新生的軟木細(xì)胞很快就開(kāi)始木栓化，即軟木細(xì)胞的外層被產(chǎn)生的木栓脂所包圍。木質(zhì)素是強(qiáng)化組織，可增加細(xì)胞壁的剛性，因此在軟木中木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，軟木的韌性則會(huì)減小而脆性增加。

從木質(zhì)素對(duì)軟木性能的影響可知，4種栓皮櫟類(lèi)型軟木優(yōu)劣依次薄皮深裂型>厚皮淺裂型>厚皮深裂型>薄皮淺裂型(表2)。

2.2.4 纖維素 纖維素是構(gòu)成軟木細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)，在軟木中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小[9]，對(duì)軟木性能的影響不如在木材中的作用大，但軟木中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)軟木的彈性有影響[7]。相對(duì)而言，纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的軟木彈性較差、吸水性增大；同時(shí)纖維素又是自然界蟲(chóng)類(lèi)的食物來(lái)源，因此纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的軟木，防蟲(chóng)性能也較差。

從纖維素對(duì)軟木性能的影響可知，4種栓皮櫟類(lèi)型軟木優(yōu)劣依次厚皮深裂型>厚皮淺裂型>薄皮淺裂型>薄皮深裂型(表2)。

2.3 化學(xué)組分對(duì)不同類(lèi)型栓皮櫟軟木性能的綜合影響

在軟木的主要化學(xué)組分中，木栓脂是影響軟木性能的最主要化學(xué)組分，軟木的低密度、高彈性、耐壓、耐磨、耐腐、耐老化、不透氣、不透水，以及不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱、隔聲等優(yōu)良性能，皆與木栓脂有關(guān)，因此，木栓脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可作為評(píng)價(jià)軟木性能的首要指標(biāo)，然后依次為木質(zhì)素和抽提物，纖維素因在軟木中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小而影響作用較小，且木栓脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)越高，木質(zhì)素和抽提物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)越低，則軟木的性能越優(yōu)良。從表2的測(cè)定結(jié)果和上述分析可以看出，薄皮深裂型為最優(yōu)類(lèi)型；厚皮淺裂型的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比薄皮淺裂型的低7.57%，厚皮淺裂型的抽提物總量質(zhì)量分?jǐn)?shù)較薄皮淺裂型的僅低1.97%，而薄皮淺裂型的木栓脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)比厚皮淺裂型的高9.45%，綜合分析認(rèn)為薄皮淺裂型的軟木性能優(yōu)于厚皮淺裂型，位列第2；厚皮淺裂型的木栓脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)比厚皮深裂型降低0.74%，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、抽提物總量質(zhì)量分?jǐn)?shù)比厚皮深裂型的分別低6.91%和1.22%，故厚皮淺裂型的軟木性能優(yōu)于厚皮深裂型，位居第3；厚皮深裂型的軟木性能最差。

3 結(jié) 論

1)4種不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同。抽提物總量，薄皮淺裂型最高，厚皮淺裂型最低。薄皮深裂型的二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低；厚皮淺裂型與薄皮淺裂型相比，前者的抽提物總量比后者低，二氯甲烷抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)比后者高。綜合抽提物對(duì)軟木性能的影響，4種栓皮櫟類(lèi)型的軟木性能優(yōu)劣依次為薄皮深裂型>薄皮淺裂型>厚皮淺裂型>厚皮深裂型。

2)4種不同類(lèi)型栓皮櫟軟木中，木栓脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，從木栓脂對(duì)軟木性能的影響來(lái)看，優(yōu)劣依次為薄皮深裂型>薄皮淺裂型>厚皮深裂型>厚皮淺裂型。

3)4種不同類(lèi)型栓皮櫟軟木中木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，從酸不溶木質(zhì)素對(duì)軟木性能的影響來(lái)看，優(yōu)劣依次為薄皮深裂型>厚皮淺裂型>厚皮深裂型>薄皮淺裂型。

4)4種不同類(lèi)型栓皮櫟軟木中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不同，從纖維素對(duì)軟木性能的影響可知，優(yōu)劣依次厚皮深裂型>厚皮淺裂型>薄皮淺裂型>薄皮深裂型。

5)不同類(lèi)型栓皮櫟軟木的主要化學(xué)組分不同，因而性能不同。綜合分析比較后認(rèn)為，4種栓皮櫟類(lèi)型軟木的優(yōu)良性依次為：薄皮深裂型>薄皮淺裂型>厚皮淺裂型>厚皮深裂型。因此，從軟木性能方面考慮，首選薄皮深裂型，其次為薄皮淺裂型。但從軟木的利用來(lái)看，軟木的產(chǎn)量還與軟木的厚薄有關(guān)，厚皮型的軟木較薄皮型的軟木得率要高，所以優(yōu)良的栓皮櫟軟木樹(shù)種類(lèi)型還需進(jìn)一步分析研究。

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