4种樟属木材GC-MS化学辅助鉴别研究
时间：2021-01-13 14:06:15 来源：达达文档网 本文已影响 人 
陈云霞 薛晓明 史洪飞 侯森林
摘要：采用温浴及超声辅助正己烷/无水乙醇（1∶1）双液相萃取技术提取4种樟属木材的挥发油成分，结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用法对木材中挥发性化学组分进行分析，从猴樟、辣汁树、卵叶桂、钝叶桂中分别鉴定出32、24、14、22种挥发油成分，各占挥发油总量的40.8602%、52.3494%、52.5156%、63.4214%。结果表明，4种樟属木材挥发油成分各有异同，均含有左旋樟脑、1，3-二叔丁基苯、2，4-二叔丁基苯酚、1-羟基环己基苯基甲酮、正十六烷、正十四烷等主要成分，但同时各种化学组分之间也具有一定差异。通过木材中特有的挥发性代谢标记物可对本研究中的4种樟属木材进行种间鉴别，为樟属木材的鉴别提供化学辅助识别手段。
关键词：樟属;GC-MS;挥发油成分;种属鉴别
中图分类号：S792.230.1文献标志码：
A
文章编号：1002-1302（2020）08-0202-05
收稿日期：2018-12-11
基金项目：江苏省自然科学基金面上项目（编号：BK20181338）。
作者简介：陈云霞（1982—），女，山西吉县人，博士，副教授，主要从事野生动植物的鉴定及保护研究。E-mail：yunaini@163.com。
通信作者：王瑞燕，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为近地遥感。E-mail：wry@sdau.edu.cn。
樟科（Lauraceae）植物是集材用、药用、化工、香料及生态于一身的多用途重要植物资源，在经济社会发展中具有重要地位[1]。因此樟科植物中一些优良的材用树种常被一些不法分子偷伐盗伐，如楠属的桢楠、细叶楠及樟属的香樟、猴樟等。而在此类案件中，涉案樹木物种的确定是对案件定性与量刑的关键。在木材种属来源识别中，传统的形态识别法一直占据主导地位，该方法建立在木材解剖学的基础上，主要通过木材宏观及微观特征相结合的方法实现，对鉴定者的鉴定知识和经验要求较高，通常只能确定到属的水平，很难鉴定到种的水平。而对于樟科一些属间亲缘关系较近的树种，其解剖构造极为相似，没有枝叶花果的情况下，将其鉴定到种的现实困境尤为明显。例如DNA条形码分子鉴定技术，由于樟科植物存在一致性进化不完全和假基因现象，导致其在条形码序列上的测序成功率远远低于其他类群，以及木材中高质量DNA提取方法不完善，暂时无法解决樟科木材鉴定的这个难题[2-4]。所以要解决樟科木材难以鉴定到种的现实困境还须借助其他的分子或化学方法。
樟科植物大部分有挥发性腺体，具有特殊气味，其木质部也不例外。本研究采用双液相萃取，对樟属4种木材的木质部挥发性成分进行提取，结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术进行定性和定量分析，实现其种间鉴别，以期为樟科这一优良林木资源的保护以及木材类物证在法庭科学中的进一步应用提供技术支持，同时也为樟科木材在医药、化工等方面的进一步开发和利用提供科学依据及理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试猴樟（Cinnamomum bodinieri）、辣汁树（Cinnamomum tsangii）、卵叶桂（Cinnamomum rigidissimum）、钝叶桂（Cinnamomum bejolghota）木材样本分别采集自贵州省遵义市、广东省广州市、广西壮族自治区南宁市、广东省湛江市，树龄均为 10～20年，且均为准确定种属的样品。以上4种木材试样均取自同一株主干的木质部，且进行多位点取样。
1.2 试验方法
1.2.1 样品制备 将低温烘干处理的木材样品用冷冻研磨仪进行粉碎，粉碎后通过40目筛网过筛，将样品粉末放入10mL离心管中，置于具有干燥剂的气密容器，备用。
1.2.2 挥发油成分提取 分别称取制备好的木材粉末样品1 g，置于10 mL离心管中，分别加入1 ∶1的正己烷/无水乙醇双液相萃取液5 mL，混匀，65 ℃温浴辅助提取30 min，而后再进行超声辅助提取 2 h，结束后室温静置30 min，收集液相，备用[5-7]。
1.2.3 GC-MS分析条件 色谱条件：采用安捷伦7 890A-5 975C气相色谱-质谱仪，TR-5MS石英弹性毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;升温程序：柱起始温度40 ℃，保持3 min，以3 ℃/min升温至170 ℃，再以15 ℃/min升温至300 ℃，载气He（≥99.999%），流量1 mL/min，分流进样，分流比20∶1，进样口温度220 ℃，接口温度230 ℃;溶剂延迟3 min[5-7]。
质谱条件：电离方式EI，离子源温度280 ℃，电离能70 eV，倍增电压400 V，扫描质量范围40～650 amu，溶剂延迟3 min[5-7]。
1.2.4 样品测定 通过HP MSD化学工作站的标准质谱图库DATABASE/NIST2005进行检索，并结合有关质谱图文献解析，确认样品中的挥发性物质成分[5-7];同时利用工作站的数据处理系统，按照峰面积归一化法进行计算，求出各挥发性物质成分的相对百分含量。
2 结果与分析
通过GC-MS联用技术对4种樟属木材的挥发性化学组分进行分析，4种木材木质部的总离子色谱质谱见图1;通过检索比对得到的挥发性化学成分及含量见表1。
由表1可知，猴樟木质部样品中共分离出40个组分，解析出挥发油中的32种成分，占挥发油总量的40.860 2%。其中，主要成分（>1%）有黄樟素（6.789 1%）、（E）-5-十八烯（3.445 6%）、棕榈醛（2.686 3%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.802 9%）、3-（1，3-苯并二氧杂环戊烯-5-基）-2-丙烯醛（1.776 9%）、1-羟基环己基苯基甲酮（1.760 3%）、1-氯-二十碳烷（1.751 0%）、正十七烷（1.742 9%）、左旋樟脑（1.518 3%）、正十六碳酸（1.417 4%）、正十八烷（1.358 6%）、1，3-二叔丁基苯（1.203 4%）、荜澄茄内脂（1.187 9%）、4-丙基苯酚（1.002 3%）等。
辣汁树木质部样品中共分离出36个组分，解析出挥发油中的24种成分，占挥发油总量的 52.349 4%。其中，主要成分（>1%）有邻苯二甲酸二丁酯（8.969 9%）、1-羟基环己基苯基甲酮（8.5290%）、正二十七烷（4.066 8%）、2，4-二叔丁基苯酚（3.589 3%）、2，6，11-三甲基-十二烷（3.097 9%）、1，3-二叔丁基苯（2.958 3%）、正十六烷（2.499 7%）、正二十一烷（2.280 5%）、香草醛（2.224 5%）、正十四烷（2.006 8%）、正二十八烷（1.545 6%）、正十八烷（1.436 1%）、2-甲基-二十八烷（1.353 3%）、左旋樟脑（1.367 3%）、丁香醛（1.270 4%）、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（1.234 5%）、4-丙基苯酚（1.002 3%）等。
卵叶桂木质部样品中共分离出22个组分，解析出挥发油中的14种成分，占挥发油总量的 52.515 6%。其中，主要成分（>1%）有苯甲酸苄酯（14.075 2%）、1-羟基环己基苯基甲酮（5.062 9%）、安息香酸（5.908 1%）、邻苯二甲酸二丁酯（4.762 3%）、1-碘代十二烷（3.470 8%）、2，4-二叔丁基苯酚（2.941 5%）、2，6，11-三甲基-十二烷（2.654 5%）、1，3-二叔丁基苯（2.652 2%）、正十六烷（2.421 3%）、正二十八烷（2.034 8%）、正十四烷（1.921 2%）、正二十六烷（1.901 4%）、左旋樟脑（1.476 3%）、2-丙基-十四烷-亚硫酸酯（1.233 1%）等。
钝叶桂木质部样品中共分离出32个组分，解析出挥发油中的22种成分，占挥发油总量的 63.421 4%。其中，主要成分（>1%）有苯甲酸苄酯（12.978 8%）、1-羟基环己基苯基甲酮（7.769 2%）、邻苯二甲酸二丁酯（7.583 0%）、甘菊环（4.239 3%）、2-丙基-十四烷-亚硫酸酯（4.029 5%）、2，4-二叔丁基苯酚（3.312 8%）、1，3-二叔丁基苯（3.193 7%）、2，6，11-三甲基-十二烷（3.153 7%）、正十六烷（2.667 3%）、正十四烷（2.148 9%）、左旋樟脑（2.086 6%）、正二十八烷（2.026 0%）、9-辛基十七烷（1.976 7%）、正二十七烷（1.501 2%）等。
3 讨论与结论
木材作为物证第1次应用于法庭科学是发生于1932年曾轰动一时的“林德伯格（Lindbergh）幼子被绑架杀害案”[8]，这也是首次将植物物证作为证据提供给法庭，开创了植物物证作证的新纪元。木材是在林木盗伐、非法走私、入室盗窃甚至故意伤害等案件中都会遇到的一类植物物证。木材作为法庭物证，其种属来源的鉴别是最大需求。种属来源无法确定，涉及相关案件就无法定性量刑，市场上就会出现以次充好、以假乱真的现象，对执法部门、消费者协会以及木材行业都是一大困扰。
樟科植物中不乏许多优良材用树种，因此也是经常涉案的一类木材。但樟科木材依然面临无法鉴定到种的困境。近年来，为了解决樟科亲缘关系较近、解剖构造相似的木材之间的种属鉴别问题，不少学者开始尝试将分子、化学等技术手段与传统的木材构造识别相结合，以突破传统鉴定方法的局限。其中FTIR与GC-MS是应用最广的化学辅助鉴别方法[9-12]。如Xu等利用GC-MS技术对楠木和润楠的木材进行分析，得出二者的总离子色谱存在明显差异，为这2种解剖构造相似的木材种间鉴别提供了新的思路[13];陈云霞等通过GC-MS对楠木和香樟木材中的挥发油成分进行分析比对发现，两者之间挥发油成分相似度较高，但通过其主要成分的差异依然可以对香樟和楠木进行鉴别[6];王天石等利用GC-MS技术建立桢楠指纹图谱，研究发现不同产地桢楠木材挥发性成分基本相同，但桢楠与同属其他几种木材具有一定差异[14]。但大多数研究都集中在樟科楠属木材，而樟科樟属木材却涉及很少。
本研究采用温浴及超声辅助双液相萃取技术，结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用法对猴樟、辣汁树、卵叶桂、钝叶桂4种樟属木材中的挥发性化学组分进行分析，结果表明：（1）4种樟属木材均含有2，6，11-三甲基-十二烷、左旋樟脑、1，3-二叔丁基苯、2，4-二叔丁基苯酚、正十六烷、正十四烷、1-羟基环己基苯基甲酮等主要挥发油成分，具有一定相似性;（2）4种樟属木材之间挥发油组分具有一定差异;（3）黄樟素、棕榈醛是猴樟区别于其他3种樟属木材的特有标记物，同时猴樟不具有其他3种樟属木材含有的邻苯二甲酸二丁酯成分;（4）辣汁树具有其他3种樟属木材不具备的丁香醛;（5）卵叶桂含有特有的安息香酸与1-碘代十二烷;（6）钝叶桂含有特有的甘菊环，可作为其区别于其他3种樟属木材的特征标记物。由此可见，本研究中的4种樟属木材可以通过其木质部挥发油成分的GC-MS分析进行种间鉴别。但由于木材试样有限，且并未考虑产地、树龄、部位等样本间的差异，该研究结果还须进一步验证。
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