全 文 ：第 39 卷 第 12 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 39 No． 12
2011 年 12 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Dec． 2011
1)国家自然科学基金(青年类) (30901132)。
第一作者简介:王传贵，男，1963 年 7 月生，安徽农业大学林学与
园林学院，副教授。
收稿日期:2011 年 7 月 6 日。
责任编辑:戴芳天。
葡萄藤材的化学组成和红外光谱分析1)
王传贵 马欣欣
(安徽农业大学，合肥，230036)
摘 要 从化学组成、纤维形态和分子结构 3 个方面对葡萄藤(Vitis vinifera Linn．)材进行了初步探究。结果
显示:葡萄藤材纤维素质量分数约为 40%，半纤维素质量分数约为 38%，木质素质量分数约为 21%;纤维平均长度
为 1 584． 17 μm，平均宽度为 38． 61 μm，长宽比为 41． 96。由红外光谱特征初步分析出葡萄藤材中的木质素为紫丁
香基型和愈疮木基型结构，化学结构与阔叶树材相近。
关键词 葡萄藤材;化学组成;纤维形态;红外光谱
分类号 S781
Chemical Components and FT-IR Spectrum Analysis of Grapevine /Wang Chuangui，Ma Xinxin(School of Forestry
and Landscape Architecture，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，P． R． China)/ / Journal of Northeast Forestry
University． －2011，39(12)． －134 ～ 136
An experiment was conducted to study the chemical components，fiber morphology and molecular structure of grape-
vine． Results showed that the contents of cellulose，hemicellulose，and Klason lignin in grapevine were 40%，38% and
21% respectively． The average fiber length and width were 1 584． 17 μm and 38． 61 μm，and the ratio of length to width of
fiber was 41． 96． Analysis of FTIR spectrum indicates that the lignin of grapevine is composed of syringyl unit and guaiacyl
unit． The chemical structure of grapevine is similar to that of hardwood．
Keywords Grapevine;Chemical components;Fiber morphology;FTIR spectrum
葡萄科共 12 属 700 种，其中我国有 7 属 106 种。在葡萄
产量集中的地区，每年有大量的藤材更替下来却未得到充分
利用，成为资源的浪费。葡萄藤的藤茎含粗蛋白约 13%、粗
纤维约 24%、钙约 13%，还含有还原糖、蔗糖、淀粉、鞣质和黄
酮类［1］;但对其加工方面的研究利用鲜有报道。为了解葡萄
藤材的基本材性，提高我国非木材类植物资源高附加值加工
利用水平，笔者从化学组成、纤维形态和分子结构方面对葡萄
藤材进行了初步探究，以期为其加工利用提供科学依据。
化学组成和纤维形态是判别植物原料优劣与利用价值的
一个重要方面，也是合理利用纤维原料的重要依据。
红外吸收光谱属于分子振动光谱，主要研究聚合物分子
组成和结构与红外吸收谱图的关系，同时它也可以提供纤维
的组成和结构信息［2］。红外光谱对有机物的定性分析具有
鲜明的特性，因为每一化合物都具有特异的红外吸收光谱，其
谱带中吸收峰的位置和强度均随化合物及其聚集态的不同而
不同。因此化合物的红外光谱就象人的指纹一样，具有唯一
性，可确定化合物或官能团是否存在。笔者通过傅立叶变换
红外光谱法对葡萄藤材的分子结构进行了初步分析。探索葡
萄藤纤维和一般木材纤维的结构共性和个性差异，对其鉴别
和进一步理论研究提供科学依据［3］。
1 材料与方法
安徽省合肥市包河区大圩镇葡萄园，3 年生。
化学成分测定:将藤茎分为上、中、下 3 部分，藤皮和藤茎
分别用粉碎机粉碎后，筛取 40 ～ 60 目的粉末进行化学组成分
析，参照国家标准，测试葡萄藤材的水分(GB /T2677． 2—
1993)、灰分(GB /T2677． 3—1993)、酸不溶木质素(GB/
T2677． 8—1994)、综纤维素(GB /T2677． 10—1995)、纤维素
(硝酸乙醇法)、半纤维素等质量分数。取其统计平均值作为
最终试验结果。
纤维形态的测定:选择生长中等的 3 株葡萄藤，在中部取
样。劈成火柴杆大小，放置于 V(H2O2)∶ V(CH3COOH)= 1 ∶
1 混合液中，加热至 80 ℃离析后，测量其纤维长度。取其统
计平均值作为最终试验结果。
傅立叶变换红外光谱特征分析:美国 NICOLET is10－FT-
IR型傅立叶变换红外光谱仪，扫描范围:4 000 ～ 400 cm－1，分
辨率 4 cm－1，扫描次数 32 次 /min。
在葡萄藤中部取样。将原料磨成细粉，80 ～ 120 目。干
燥至恒质量。按比例与溴化钾固体混合(m(藤材)∶ m(KBr)=
1 ∶ 50) ，研磨均匀，采用压片法进行 IR光谱测定。
2 结果与分析
2． 1 化学成分
葡萄藤材的化学成分结果见表 1。葡萄藤材主要由纤维
素、半纤维素和木质素 3 种天然高分子物质组成。在化学组
成中，最重要的是纤维素的质量分数。一般来讲，原料的纤维
素质量分数越高，产品的力学强度越高。而半纤维素的吸湿
性、润胀能力比纤维素大得多，对提高原料的塑性和增进人造
板强度是有利的。但如果半纤维质量分数过高，会对人造板
制品的耐水性、尺寸稳定性等带来不利的影响。木质素本身
强度较低，但耐水性好，耐高温，可塑性好，木质素的热塑性是
人造板生产工艺条件制定的主要依据，如在纤维板生产中是
纤维分离和纤维重新结合的重要前提条件之一。所以，木质
素质量分数较高，亦有利于人造板的生产［4］。由实验数据可
得，葡萄藤材的纤维素质量分数约为 40%，半纤维素质量分
数约为 38%，木质素质量分数约为 21%。在藤茎高度方向
上，3 大素的质量分数由基部向上呈增大趋势。加工应用时，
需要考虑一下半纤维素的影响。
表 1 葡萄藤材的化学成分 %
试样 水分 灰分 酸不溶木质素酸溶木质素 综纤维素 纤维素 半纤维素
上部 10． 48 2． 45 22． 66 3． 05 79． 28 40． 90 38． 38
中部 10． 22 2． 60 21． 16 2． 70 76． 63 38． 91 37． 72
下部 9． 47 1． 85 20． 83 2． 45 76． 32 38． 71 37． 61
2． 2 纤维形态分析
葡萄藤材的纤维平均长度为 1 584． 17 μm，平均宽度为
38． 61 μm，胞腔径为 20． 02 μm，双壁厚为 18． 59 μm，长宽比为
41． 96，壁腔比为 0． 93。
木纤维的功能主要是支持树体，承受力学强度。约占整
个木材解剖分子量的 50%，木纤维形态特征直接影响木材材
质且是木浆强度的指标之一［5］。纤维一定的长度、长宽比对
板制造中纤维交织和结合性能有重要的影响。其中尤以纤维
长度最为重要。在考虑纤维平均长度的影响时，只看纤维平
均长度是不全面的，还必须注意其不均一性，不均一性常用频
率分布图表示。表 2 是葡萄藤材的纤维长度频率分布。可以
看出，纤维长度符合正态分布，且长度值大多集中在 1 200 ～2 000
μm，大约占总数的 96． 6%，说明葡萄藤材的纤维均整性较好。
仅从纤维形态而言，葡萄藤材不能划到好原料之列，柔韧性和
可塑性较差，刚性较高，所以加工利用时对生产工艺制定和设
备的选择应充分予以考虑。
表 2 葡萄藤材的纤维长度
纤维长度(l)/μm 百分率 /% 纤维长度(l)/μm 百分率 /%
1 000＜l≤1 200 3． 33 1 600＜l≤1 800 26． 67
1 200＜l≤1 400 20． 00 1 800＜l≤2 000 20． 00
1 400＜l≤1 600 30． 00
2． 3 红外光谱特征分析
葡萄藤材除了主要的 3 大素外，还含有蔗糖、淀粉、鞣质
和黄酮类等物质，其化学组成和结构极为复杂［1］。
其中，纤维素的结构较为简单，一般认为纤维素的特征吸
收峰为 2 900、1 425、1 370、890 cm－1。半纤维素的红外光谱主
要以 1 730 cm－1附近的乙酰基和羧基上的 C—O 伸缩振动吸
收峰与其他组分的特征进行区别。木质素的红外光谱最为复
杂。图 1 是对葡萄藤材红外光谱峰进行的归属分析［6］106－107。
图 1 葡萄藤材的红外光谱图
表 3 葡萄藤材红外光谱中吸收带的归属
波数 / cm－1 吸收带归属及说明
3 412 ～ 3 460 O—H伸缩振动
3 000 ～ 2 842 C—H的不对称伸缩振动
1 738 ～ 1 709 乙酰基或羰基 C O伸展振动(聚木糖)
1 675 ～ 1 655 芳香族骨架振动和 C O伸缩振动
1 515 ～ 1 505 芳香族骨架振动
1 430 ～ 1 422 芳香族骨架振动和 C—H面内弯曲振动
1 370 ～ 1 365 C—H弯曲振动，CH3 而非 CH3O;酚羟基
1 242． 6 C—O键的伸缩振动和 O—H面内变形振动
1 035 ～ 1 030 C—H芳香族面内弯曲;C—O伸缩振动(纤维素和半
纤维素)
894 异头碳振动频率(多糖)
3 420 cm－1处的强且宽的吸收带是羟基的特征峰，说明葡
萄藤材表面存在羟基，该伸缩振动是由于葡萄藤材的醇羟基、
其他羟基和吸收水分中游离和缔合的羟基振动引起的。
2 927． 1 cm－1附近的吸收峰通过归属，判断应为 CH3 的碳
氢不对称伸缩振动峰，峰形较窄，说明葡萄藤材中有与苯环相
连的甲氧基和甲基。
1 739． 9 cm－1和 1 623． 4 cm－1的吸收峰通过归属，判断是
来自羧基或醛和酮基中 C O伸缩振动峰，二者也可能与苯
环发生了共轭。从谱图整体看，1 739． 9 cm－1归属为挥发油类
成分特征峰，为多种物质光谱叠加的结果［7］。
1 423． 2 cm－1处的吸收峰通过归属，判断为芳香族骨架振
动和 C—H面内弯曲振动。其中 C—H弯曲振动包括 CH2 剪
式振动(纤维素)和 CH2 弯曲振动(木质素)。
1 374． 6 cm－1处的吸收峰通过归属，判断应为脂肪族在
CH3 和酚羟基上的 C—H弯曲振动(纤维素和半纤维素)。
1 242． 6 cm－1处的吸收峰通过归属，判断应为苯羟基和羟
酸类中 C—O键的伸缩振动和 O—H 面内变形振动引起的，
也可能是木质素酚醚键 C—O—C伸缩振动。
1 046． 2 cm－1附近的吸收峰通过归属，判断应为 C—H 芳
香族面内弯曲(G型)和 C—O 键的伸缩振动:乙酰基中的烷
氧键伸缩振动，强度较强。
830 cm－1附近的吸收峰通过归属，判断为 C—H面外弯曲
振动，G环的 2，6 位(紫丁香基结构木质素)［7－9］。
3 结论
从化学组成看，葡萄藤材适宜制造人造板。从纤维形态
531第 12 期 王传贵等:葡萄藤材的化学组成和红外光谱分析
看，葡萄藤材的纤维均整性较好，柔韧性和可塑性较差，刚性较
高，所以加工利用时对生产工艺制定和设备的选择应充分予以
考虑。根据葡萄藤材的红外光谱图可以初步推断出葡萄藤材
中的木质素主要为紫丁香基型和愈疮木基型结构［6］107。结合
化学组成和红外光谱特征分析，发现葡萄藤材的化学结构与阔
叶木材相似，这为葡萄藤材制造人造板提供了一定的依据。
参 考 文 献
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
25－33．
(上接 133 页)别为 0． 46、0． 43、0． 39 g /cm3，而单叶省藤的气
干密度、绝干密度和基本密度分别为 0． 55、0． 52、0． 47 g /cm3。
单叶省藤的密度明显大于黄藤。
表 4 2 种藤材的主要力学性质
藤 种
抗弯模量
平均值 /
MPa
标准方
差 /MPa
变异系
数 /%
抗弯强度
平均值 /
MPa
标准方
差 /MPa
变异系
数 /%
抗压模量
平均值 /
MPa
标准方
差 /MPa
变异系
数 /%
抗压强度
平均值 /
MPa
标准方
差 /MPa
变异系
数 /%
黄 藤 1 525． 46 320． 76 21． 03 57． 62 9． 87 17． 14 1198． 49 285． 67 23． 84 23． 54 3． 46 14． 70
单叶省藤 1 375． 32 600． 08 43． 63 67． 88 16． 81 24． 77 1 597． 18 453． 58 28． 40 31． 59 6． 20 19． 63
黄藤的吸湿率、吸水率分别为 9． 23%、144． 76%，单叶省
藤吸湿率、吸水率分别为 9． 05%、117． 95%。黄藤比单叶省
藤更易吸湿和吸收水分。
黄藤和单叶省藤的体积干缩率分别为 0． 42%和 0． 48%;
黄藤、单叶省藤的吸湿体积膨胀率分别为 3． 78%和 4． 37%，
吸水体积膨胀率分别为 10． 48%和 13． 15%。可以看出黄藤
的尺寸稳定性要优于单叶省藤。
黄藤、单叶省藤的抗弯弹模分别为 1 525． 46、1 375． 32
MPa，抗弯强度分别为57 ． 62、67 ． 88MPa，抗压弹模分别为
1 198． 49、1 597． 18 MPa，抗压强度分别为 23． 54、31． 59 MPa，
除抗弯弹性模量外，其他 3 项指标单叶省藤均大于黄藤。
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