全 文 ：第 2 0卷 第 1期 东 北 林 业 大 学 学 报 V o l . 2 0 N o . l
中国水青树木材化学组成的研究
方桂珍 吴保国 柳顺熙
(东 北 林 业 大 学 )
【摘 要 】本研 究对 水青树 ( Te t r a e ne t r o n S .nI e n s e o li v . )木材的 各化学
组分及 全糖进行 了全 面 的 分析 , 测 定 了其磨木木质 素的 组成和 官 能 团含童 ,
并时其进行 了结构分析 。 从而推得 水青树木材磨木木质素 的化学经验式为 :
C , H” 6 0 304 〔( 酚段基 的氧 ) 。念 6 ( 醉径基的 氧 ) 08 5 (拨基的羲 ) 0 . 1 , ( 苯基烃墓醚
的衷 ) 。 85 ( 二烃墓醚 的乳 ) 。 . 9 3 (梭 墓的 衷 ) 。川 1 ( O C H 3 ) , . 1 , ; 实验结果证 明 ,
水青树木材的 各化学组分交错 于针阔 叶材之 间 , 尤 其是木质素的含全和 组成
都具 有典型针叶材的特征 。
主题词 : 水青树 ; 化学组成 ; 磨木木质素
中国图书分类 : T Q 3 5 1 . o l
,
水青树 ( eT t ar ce ln or n s in en s` o h v . ) 是我国阔叶材树种中木质部木具导管 , 而具
管胞的一种独特稀有树种 , 主要分布于我国中部和西南部的四川 、 云南 、 贵州 、 湖北 、
陕西等地的森林中 , 是一种落叶大乔木 , 现仅存少量大树 。
水青树和昆拦树 ( rT ac ho de n dr on ar a ho l’6汾s ) 是两种无导管的被子植物 , 由于这些
树种在细胞构造上的特殊性 , 长期以来引起了人们的重视。 目前有关水青树木材超微结
构研究的文章国内外已有些报导 〔’ 〕 , 而有关其化学组成和高分子结构方面的研究报导
还很少 。 所以 , 本文以水青树为例 , 对其木材各化学组分 、 多聚糖 、 以及木质素结构进
行了分析 , 从而为进一步研究这类珍稀树种提供科学资料 , 也为保护和利用此类树种提
供理论依据 。
1 实验方法
诊
L l 试样制备
水青树木材化学组成分析试样 , 均采 自贵州省 , 取直径约 35 c m , 厚度 10一 15 c m
的圆盘 , 去皮层 , 通过直径划为四等份 , 取对角线两份为试样用 , 然后 , 经磨碎 , 4 0一
6 0 目木粉 , 气干 , 贮于瓶中备用 。
收稿 日期 : 199 1年 7 月 9 日 。
本篇责任编辑 : 张 玉 。
38
, · 东 北 林 业 大 学 学 报 第 20 卷
1 .2 化学组成分析方法
本实验木材化学组成分析方法 , 按我国木材化学成分分析国家标准方法进行 2t 〕 。
其中纤维素用 硝酸 一乙醇法测定 , 综纤维素用酸性亚氯酸钠法测定 , 木质素采用 kl as o n
法测定 , 聚戊糖为二嗅化法测定 , 酉象溶木质素用紫外光谱仪测定。
L 3 多聚糖组成分析
多聚糖分析采用无抽提木材和或浆碳水化合物组分的气相色谱分析的标准方法 , 即
酸水解 、 中和 、 还原 、 醋化后进行色谱分析 。 气相色谱仪 : 日本岛津 G C 一 g A 带有
F I D 和峰面积测量 仪 ; S E一 5 2 型毛细管柱 ( 2 5 m x 0 . 32 m m ) , 柱温 19 0 ℃ , 注射器
20 0℃ , 检测器 20 0℃ , 载气为氮气。
1
.
4 磨木木质案的制备
水青树木粉 (4 0一6 0 目筛 ) , 按 jB 扩kr m an 的标准方法制备粗木质素 , 并经过三次
纯化制得 。
1
.
5 磨木木质素的分析方法
七、 H 分析采用燃烧法 。 甲氧基测定采用 z ie se l 法测定。 总经基的测定用乙酞化法
测定 , 总酸性基的测定采用化学吸着法 , 毅基的测定用经胺法 , 翔基的测定用醋酸钙离
子交换法 。 总酸基与叛基之差计算酚经基 , 总经基与酚经基之差计算醇经基。
,
2 结果与讨论
.2 1 化学组成
试验各分析项目系采用几次平行试验数据的平均值 , 平行试验误差均达到分析要
求 , 其结果列于表 l 。
表 1 化学成分 (以绝干材为准 )
编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1
阅
聚戊酸 糖木溶质素木质素纤维素综纤维素苯醉抽提热水抽提冷水抽提灰分水分项目
含量 ( % ) 7 . 0 9 0 . 3 0 1. 19 1 . 7 5
N a O H
抽提
17
.
0 0 3
.
0 8 7 7
.
0 5 4 5 6 8 2 5
.
50 1
.
0 3 2 0
.
0 0
由表 l 数据可知 :
水青树木材中冷 、 热水抽出物含量较少 , 而且两者相差不大 。 说明该树种中水溶性
单糖 、 淀粉 、 单宁类物质较少 。
碱提取物含量较高 , 说明水青树木材中有较多半纤维素在低浓度碱中易降解溶出 ,
这一特点与一般阔叶材相类似 。
苯醇提取物与一般阔叶材相比含量较高 。 由于此方法提取可得到范围较广的提取
物 , 所以此项提取物的化学组成鉴定常常作为植物化学分类的主要依据 。 本实验将对此
提取物的化学组成作进一步研究 。
水青树 k l a s o n 木质素含量为 2 5 . 5% , k a w a m u ar 从 18 6 种温带阔叶树 k l a s o n 木质
侧
第 1 期 方桂珍等 : 中国水青树木材化学组成的研究
素的分析结果得出温带阔叶材木质素含量为 2 . 1 士 3 . 3% , 针叶材木质素含量一般为
24 %一 3 % , 同时由于 k las on 木质素是基于针叶木试样的结果 , 所以对针叶木误差很
小 , 但对于其它种类植物原料其测定结果有良好的再现性 , 但不能反映出木质素的准确
`含量 , 其原因是阔叶材和禾本科植物有少量的木质素溶于酸性溶剂中 , 故本实验在测定
kl as o n 木质素之后 , 用紫外分光光度仪测定其滤液中的酸溶木质素含量 , 对水青树木
质素含量加以校正。 针叶材的酸溶木质素的含量通常在 1%左右 , 而阔叶材酸溶木质素
可高达 3%一 4% , 应 力木 的酸溶木质素含量更高 〔 ’ 〕 , 水青树酸溶木质素含量为
1
.
03 %
, 明显低于一般阔叶材 , 而具有典型针叶材的木质素特征 。 水青树 ik a so n 木质
素和酸溶木质素的总含量为 26 . 53 % , 其结果高于一般阔叶材含量 , 而位于针叶木木质
素的含量范围内。
水青树的纤维素含量无明显特殊性 , 其聚戊糖含量较一般阔叶材略低。
从水青树各组分的化学分析结果可知 , 湛有些项目含量均接近针叶材 , 尤其木质素
含量具有典型的针叶材特征 。 所以从化学组成上分析 , 水青树化学组成交错于针 、 阔叶
材之间。
.2 2 多聚箱分析
实验用气相色谱法定量分析了水青树木材的多聚糖组成和含量 。
为了比较水青树多聚糖与一般针阔叶木材多聚糖的含量与组成 , 选用了部分针阔叶
木材的化学组成与本实验所测水青树多聚糖数据列于表 o2
表 2 部分针、 阔叶木材和水 , 树木材的化学组成 (以无抽提物的木材为基准 ) (% )
卜
协
树 种 分 析 粗 组 成
聚 聚 聚 聚 聚 聚 灰 纤 半 木
物 半 甘 奥 . _ 鼠 ~ 纤 ~
: 孟 二 拉 木 : 维 维 旗萄 乳 露 裕 ` 一 李 素 素 . 秦糖 搪 糖 糖 铸 枪 分
阔 颇 杨 5 7 . 3 0 . 8 2 . 3 0 . 4 1 6 0 0 . 2 5 3 3 1 1 6
叶 美 国 愉 5 3. 2 0 . 9 2 . 4 0 . 6 1 1. 5 0 . 3 4 9 2 7 2 1
材 大叶水青岗 4 7 . 5 1. 2 2 . 1 0 . 5 1 7 . 5 0 . 4 4 2 3 6 2 2
白 桦 4 4 . 7 0 6 1. 5 0 . 5 2 4 . 6 4 1 4() 1 9
红 械 4 6 . 6 0 . 6 3 . 5 0 . 5 1 7 3 0 . 2 4 1 3 5 24
针 香 脂 冷 杉 4 6 . 8 1 . 0 12 . 4 0 . 5 4 . 8 0 . 2 4 2 7 2 9
叶 侧 柏 4 5. 2 1 . 5 8 . 3 1 3 7 . 5 0一 2 4 2 5 3 1
材 加拿大铁杉 4 5. 3 1 . 2 1 1. 2 0 . 6 4 . 0 0 . 2 4 2 2 6 3 3
白 云 杉 4 6 . 5 1 . 2 1 1 . 6 1 . 6 6 . 8 0 . 3 4 2 9 2 7
美州落叶杉 4 6 . 1 2 . 3 1 3 . 1 1 . 0 4 . 3 0 . 2 4 3 2 8 2 9
水 青 树 4 5 2 8 1 . 70 2 . 6 8 1 . 1 1 1 1 . 8 5 0 . 3 6 0, 3 0 4 5 . 6 8 2 7 2 6 . 5 3
从水青树实验数据与部分针阔叶木材化学组成分析比较可知 :
①水青树中聚 4 一0 一甲基一葡萄糖尾酸一D 木糖的含量略低于一般阔叶材 , 而高于
一般针叶材 。 这与其成分分析时聚戊糖含量略低于一般阔叶材数据相符 ;
②水青树木材中甘露糖含量 .2 68 % , 与一般阔叶材接近 , 故其半纤维素中聚半乳
糖葡萄糖甘露糖的组分含量也较一般针叶材少 ;
东 北 林 业 大 学 学 报 第 2 0卷
③水青树中阿拉伯糖 、 半乳糖含量较一般阔叶材略高 ;
④水青树中非纤维素聚葡萄糖含量甚少 。 另外 , 本实验测得水青树木材中存在着
L 一鼠李糖 , 并确定了其含量 。 L 一鼠李糖一般以聚 L 一鼠李糖一 : 一 D 一半乳糖醛酸一木糖的
形式存在 〔 5〕 , 桦木 中含量较多 。 据研究 日本桦木 ( B et u la laP t夕hP y la ) 用酵素降解时发
现鼠李糖基是在两个相邻的木糖基与半乳糖醛酸之间 , 鼠李糖基与半乳糖醛酸基形成 1
, 2贰键 , 木糖基与鼠李糖基形成 1、 3 贰键 , 半乳糖醛酸基与木糖基之间形成 1 , 4
试键。 在美国 山毛棒树的聚阿拉伯糖一半乳糖中也发现有 L一鼠李糖基 。 其它树种中有
关 L一鼠李糖的报导还很少 。 另外 , 在果胶的主链中也含有 L 一鼠李糖基 , 但成熟木材
果胶含量很少 , 一般少于 1% 。 本实验中证实了 L 一鼠李糖的存在和含量 , 但其存在的
形式尚需进一步研究确定 。
.2 3 磨木木质素的组成分析
本实验对水青树磨木木质素 ( M W L ) 的官能 团含量 , C 、 H 含量进行了测定 , 其
组成分析结果列于表 3。
表 3 水青树磨木木质素组成 ( 以绝千材为基准 )
编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
甲 总 总 酚 醉 毅 狡项 目 C H O 氧 羚 酸 经 短基 基 基 墓 基 墓 基
含 录 (% ) 6 0 2 8 5 . 6 4 3 4刀 6 1 6 . 4 5 1 8名 9 5 . 5 9 4 . 3 8 14 . 5 1 3 . 2 4 1 . 2 1
木质素一般含碳量 60 %一“ % , 含氢量 5%一 6 . 5% 。 针叶材木质素中甲氧基含量
13
.
6%一 16 % , 阔叶材木质素中甲氧基含量 17 %一 2 2 . 2% 〔 4〕 。 水青树木质素中的 甲氧
基含量为 1.6 4 5% , 低于一般阔叶材 , 而接近于针叶材 , 说 明在水青树木质素结构中愈
疮木基丙烷的含量高于一般阔叶材 。
由于木材中 L · C · C 一复合体的存在 , 所以在木质素制备过程 中 , 总是有少量的糖
类与木质素一起被分离出来 , 为了确定木质素中糖类的含量与组成 , 本实验再次采用木
材中多聚糖组分的气相色谱分析的方法 , 对其中的糖类进行了分析。 木质素中含糖量为
.4 28 %
,
82 % 为木聚糖。
由 C 、 H 、 0 元素分析数据和甲氧基的数据 , 以及去掉木质素中糖类含量所引起的
误差 , 可推知水青树磨木木质素苯基丙烷结构单元的元素和甲氧基的比例式为 :
C 9H 7 J 60 3刀 4 ( O C H 3 ) ,
.
, 1
温带 阔叶材木质素 中 O C H , / C g 值为 1 . 20 一 1 . 59 , 而 一 般针叶材木质素 中
o C H 3 / C , 值为 1左右 。 水青树木质素中 O C H 3 / C g值为 1 . fl , 比一般阔叶材低 , 接
近针叶材 , 即愈疮木基类木质素结构单元较多 , 而体现针叶材木质素的特征 。
在水青树磨木木质素中 , 不以 甲氧基化合的氧 , 每 1 . 1 个甲氧基有 3 . 04 个氧 , 它
们的分配如 ’ 下:
总经基 / 甲氧基 二 1 . 0 0 ( 乙酞法测定 )
酚经基 / 甲氧基 二 0 .2 3 (总酸基与梭基之差计算 )
毅基 / 甲氧基 = 0 . 10 (经胺法测定 )
叫
娜
第 1 期 方桂珍等 : 中国水青树木材化学组成的研究 41 ,
梭基 / 甲氧基 = 0 .0 3 ( 醋酸钙离子交换法测定 )
醇经基 叹甲氧基 = 0 ·7 7 . ( 总经基与酚经基之差 )
苯基一烃准醚 / 甲氧基 = 0 .7 7 ( 1一酚经基 )
二烃基醚 / 甲氧基 = 0 .8 4 ( 总氧一总经基一毅基一翔基一酚醚 )
由以上数据得出水青树磨木木质素的经验式如下 :
C , H 7.76 0 1 04 【(酚经基的氧 ) 。 2 6 (醇经基的氧 ) 08 5 (毅基的氧 ) 。 . , . (苯纂烃墓醚的
氧 ) 。 . : 5 (二烃基醚的氧 ) 。 . 9 3 (叛基的氧 ) 。 . , l ( O C H 3 ) 1一
从以上数据和经验式可知 : ①水青树木质素结构与一般阔叶材木质素结构不相同 ,
其官能团含量接近于针叶材 , 尤其甲氧基含量低 , 具有针叶材的明显特征 , 因此 , 可以
推论 , 水青树木质素结构中含有较多的愈疮木基丙烷 , 而紫丁香基丙烷含量较少 , 类似
于针叶材。 ②水青树木质素结构二烃基醚键含量较高 , 即 刀一刀型键松脂酚结构较多 。 同
时苯基一烃基醚是主要联接键型 , 即 价O 一 4 键型较多 。
3 结 论
从以上水青树木材化学组成分析 , 和磨木木质素的元素组成 、 官能团含量 、 多聚糖
组成测定的结果分析可得如下结论 。
1 1 水青树木材的各化学组成介于针阔叶材之间 , 纤维素与一般针阔叶材相比较 ,
无特殊性 , 半纤维素与一般阔叶材略有区别 , 但是 , 木质素则具有典型针叶材木质素的
特征 。 所以 , 水青树木材的化学组成 , 不应按通常的针阔叶材化学组成的标准来划分 ,
而应按具有成分来划分 , 即水青树木材的化学组成和含量交错于针阔叶材之间 , 故应对
其木质素结构 、 半纤维素结构 、 提取物的组成作进一步的分析研究 。
.3 2 水青树木质素的含量和组成与一般阔叶材差异很 大 , 而具有针叶材的显著特
征 , 如甲氧基含量等 。 所以就其木质素分析 , 水青树与大多数被子植物不同 , 而与裸子
植物相类似 , 这与水青树木材解剖所得结论一致。
.3 3 本实验经对水青树磨木木质素的元素组成和官能团的测定 , 得出其经验式 :
C g H ” 6 0 3供〔 (酚经基的氧 ) 。 . 26 (醇经基的氧 ) 。名 5 (毅基的氧 ) 。 : , (苯基烃基醚的
氧 ) 0 . 5 5 (二烃基醚的氧 ) 。 . 9 3 (按基的氧 ) 。 .以〕 ( o c H 3 ) 川
.3 4 测得水青树木材多聚糖中含有一定的 L 一鼠李糖基 , 并确定了其含量 。
.3 5 从木材化学角度看 , 针阔叶材主要 的区别在于木质素 , 所以利用针阔叶材木质
素的特征区别 , 可作为植物分类或植物系统学研究的补充手段 。
卜 参 考 文 献
李坚 . 中国水青树木材的超微结构与化学元素的研究 . 东北林业大学学报 , 19 89 , 17 ( 4)
中华人民共和国国家标准造纸工业产品试验方法 , 19 81 .
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P o s i it o n a n d e o n et n t o f lig n in s h o w o b v i o u s c h a r a c t e ir s t i e o f t y P i c a l e o in fe r s P e e ie s
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