天然纤维原料何首乌藤的结构与化学成分分析

崔运花，张曙光，沈银娇，余秋晓，钱震扬

(1.东华大学 纺织学院，上海 201620;2.东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

何首乌，属蓼科，系多年生落叶藤本药用植物，其藤产量高、多分枝、易缠绕。作为一种名贵中药材，何首乌的社会需求量和种植量都非常大。据何首乌主产地——江南某县有关部门的统计，该县何首乌块根的年产量在20万 t左右，同时每年产藤6万～9万t。目前，何首乌块根已经被广泛应用于食品、保健、医药、日用化工等领域，但大量的副产品何首乌藤并没有被充分利用，而是在何首乌块根收获后被丢弃在了田间地头，不仅给环境带来污染，而且也是自然资源的极大浪费。

目前，国内外对何首乌藤的研究主要集中在医药保健等领域，在纺织领域的开发利用研究尚属空白。本文从何首乌藤的结构及化学成分入手，对藤的宏观结构、横截面形态、构成和化学成分进行分析，探讨其可加工利用性，为何首乌藤纤维资源的开发利用提供科学参考。

1 试验部分

1.1 试验材料与仪器

材料:江南某县提供的何首乌藤，如图1所示。

图1 何首乌带叶鲜藤Fig.1 Fresh Polygonum multiflorum rattan with leaves

仪器:东华大学纤维图像自动采集和识别系统、脂肪提取器、FA2004A精密电子天平、SHB-ⅢA型循环水式多用真空泵、Y801A和DK-S16型电热恒温水浴锅、Y802A电热恒温干燥箱。

药品:火棉胶、固体石蜡、无水乙醚、蛋白甘油、氢氧化钠、浓硫酸(98%)、草酸铵、苯、无水乙醇、氯化钡、蒸馏水。

1.2 试验方法

1.2.1 何首乌藤的分类方法

由于何首乌藤系庞大，故在前期探索试验基础上，借鉴大麻［1］、毛竹［2］、香蕉假茎［3］的研究方法，将何首乌藤做以下分类，以便进行更为细致的研究。主藤梢部:距主藤底部末端40cm以上的部分。主藤中部:距主藤底部末端20～40cm的部分。主藤底部:距主藤底部末端0～20cm的部分。上侧藤:距主藤底部末端40cm以上部位长出的侧藤。

中侧藤:距主藤底部末端20～40cm之间长出的侧藤。

下侧藤:距主藤底部末端0～20cm之间长出的侧藤。

上/中/下侧藤梢部:距各侧藤底部末端40cm以上的侧藤。

上/中/下侧藤中部:距各侧藤底部末端20～40cm的侧藤。

上/中/下侧藤底部:距各侧藤底部末端 0～20cm的侧藤。

1.2.2 何首乌藤的结构与化学成分测试

1.2.2.1 何首乌藤的结构测试 对何首乌藤的结构研究，主要包括藤的宏观形态研究、长度测试、横截面形态研究等。宏观形态的研究是在保证何首乌藤完整性不被破坏的前提下，将其抽出理顺，并对各部位藤的宏观形态进行研究，包括纵向结构观察、表面形态观察、照片拍摄等。

长度测试方法:按上述分类方法分别选取上侧藤、中侧藤、下侧藤和主藤各100根，将其自然理直，用卷尺测量长度，得各自长度的分布区间，并计算出各平均值及偏差。

横截面形态的研究，是按照主藤和上/中/下侧藤各自的梢部、中部和底部共12个部位进行取样，并制作横截面切片。每个部位选取20个完整切片，利用纤维图像自动采集和识别系统［4］，拍摄照片，测量各部位的尺寸。

1.2.2.2 何首乌藤的化学成分测试 因目前尚无何首乌藤化学成分分析的相关国家标准，故何首乌藤的化学成分分析参照 GB5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》进行。

2 结果与分析

2.1 何首乌藤的形态结构及长度

2.1.1 何首乌藤的宏观形态及长度分布

从整体形态上看，何首乌藤的下部多分枝(见图2)，主藤及侧藤的上部均呈蔓性、易缠绕(见图3)。从主、侧藤的表观形态来看，都具有明显的节和节间，节间中空，类似竹子。在主藤及侧藤距各自底部0～40cm的范围内，藤的形态变化都比较大，主要表现为越靠近底部，节间长度越短、节越粗大。以主藤为例，在距其底部0～20cm的范围内，节间长为2～4 cm;在20～40cm的范围内，节间长为4～10cm。40cm以上，节间长为15～25cm，而且藤的宏观形态变化较小。

图2 何首乌主藤的下部Fig.2 Lower part of Polygonum multiflorum main rattan

图3 何首乌侧藤的上部Fig.3 Upper part of Polygonum multiflorum branch rattan

何首乌各个部位藤的长度及偏差见表1。可以看出，何首乌藤的主藤和侧藤长度不同，侧藤长度大于主藤长度，侧藤中又以下侧藤的平均长度最大;何首乌侧藤的长度分布基本在200～350cm之间，主藤的长度分布基本在150～250cm之间。

表1 主、侧藤的长度平均值及偏差Tab.1 Mean length and its deviation of main and branch rattan

2.1.2 何首乌藤的横截面形态及构成

以主藤为例，其梢、中、底部横截面切片照片见图4～6。从各部位横截面的照片可看出，何首乌藤具有皮芯结构特点，中腔形状为不规整的四边形，并非圆形，其中梢部近似为正方形，底部近似为长方形。何首乌藤从外向内由4个明显不同的部分构成，依次为保护层、韧皮层、形成层和木质层(见图5)。其中，保护层不是特别发达，且藤干燥后，与韧皮层结合紧密，韧皮层的厚度比较均匀，形成层呈现不连续的透明状，木质层的厚度分布不匀，具有明显的薄边和厚边。在结构上，木质层自外向内由完整的致密部分和疏松部分组成。致密部分紧贴着形成层，且厚度分布不匀，在对位分布的薄边，致密部分的尺寸小而均匀，内部结构单一;在对位分布的厚边，致密部分的尺寸大而不匀，内部分布着一些大圆腔。疏松部分紧接中腔，尺寸均匀，由3～5圈的小圆腔构成。

图4 主藤梢部横截面Fig.4 Upper cross-section of Polygonum multiflorum main rattan

图5 主藤中部横截面Fig.5 Middle cross-section of Polygonum multiflorum main rattan

图6 主藤底部横截面Fig.6 Bottom cross-section of Polygonum multiflorum main rattan

为了研究何首乌藤不同部位的生长变化情况，利用纤维图像自动采集和识别系统的长度测量工具软件测定韧皮层、形成层、木质层和中腔的尺寸，结果见表2。从表中可以看出:1)同一侧藤的不同部位，所有指标都符合梢部 ＜中部 ＜底部的规律;对于各藤的相同部位，所有指标都符合上侧藤＜中侧藤＜下侧藤 ＜主藤的规律。2)同一部位形成层与韧皮层尺寸的大小关系不同，各侧藤梢部的形成层尺寸都小于同部位韧皮层的尺寸，而其余部位的形成层尺寸都大于同部位的韧皮层尺寸。3)各部位木质层的尺寸分布不匀，由梢部至底部，厚、薄边尺寸的差值逐渐增大。4)各部位中腔的尺寸变化幅度也不同，由梢部至底部，中腔长、短边的差值增大。

表2 何首乌藤不同部位各构成的生长情况Tab.2 Size of each constituents in different parts of Polygonum multiflorum rattan μm

2.2 何首乌藤的化学成分分析

2.2.1 各部位整藤的化学成分

何首乌藤各部位整藤的化学成分定量分析结果见表3。

表3 何首乌藤的化学成分含量Tab.3 Content of chemical composition of Polygonum multiflorum rattan %

从表3可看出:1)何首乌藤的脂蜡质含量不高，其中主藤梢部及侧藤的脂蜡质含量较高，而主藤中部和底部的含量较低，均在1.0%以下。2)各部位整藤的水溶物含量都较高，且侧藤高于主藤。侧藤水溶物的含量由上侧藤至下侧藤递增，主藤水溶物的含量也是由梢部至底部递增。3)侧藤的果胶含量均高于主藤，下侧藤含量最高，主、侧藤的含量均是由梢部至底部递增。4)主藤各部位的半纤维素含量高于侧藤，主藤梢部最高;主、侧藤半纤维素的含量都是由梢部至底部递减。5)侧藤和主藤的木质素含量都很高，且主藤的木质素含量高于侧藤;变化规律都是由梢部至底部递增。6)主、侧藤纤维素的含量在37%～41%之间。

2.2.2 各部位韧皮层及芯骨的化学成分

由于何首乌藤具有皮芯结构特点，进一步将不同部位何首乌藤的韧皮和芯骨分离，分别进行化学成分定量分析，结果见表4、5。

表4 何首乌藤韧皮的化学成分Tab.4 Content of each chemical composition in phloem of Polygonum multiflorum %

表5 何首乌藤芯骨的化学成分Tab.5 Content of each chemical composition in woody part of Polygonum multiflorum %

从表4、5可看出:1)韧皮层的脂蜡质含量明显高于同部位的芯骨;侧藤韧皮层的脂蜡质含量都是由梢部至底部递减，主藤则规律相反;而各部位芯骨的脂蜡质含量都是由梢部至底部递减。2)韧皮层的水溶物含量约是同部位芯骨的2倍;梢部的水溶物含量较低，中部和底部均较高;韧皮层和芯骨的水溶物含量都是由梢部至底部递增。3)韧皮层的果胶含量是同部位芯骨的2倍多;由梢部至底部，各部位侧藤韧皮层的果胶含量递减，而主藤韧皮及各部位芯骨的变化趋势为递增。4)韧皮层和芯骨的半纤维素含量均较高;各部位芯骨的半纤维素含量高于同部位的韧皮层;韧皮层和芯骨的半纤维素含量变化规律不同，前者由梢部至底部递增，后者则为递减。5)芯骨的木质素含量较高，而韧皮层的木质素含量较低;韧皮层和芯骨的木质素含量都是由梢部至底部递增。6)韧皮层纤维素含量较高，除主藤中部和底部外，其余部位的纤维素含量都在50%以上;芯骨含量稍低，在40%左右;韧皮层和芯骨的纤维素含量都是由梢部至底部递减。

2.2.3 与其他麻类韧皮成分的对比分析

为了更好地研究何首乌藤资源的性能，将何首乌藤与其他麻类韧皮的化学成分含量［5－13］进行比较，结果见表6。

表6 何首乌藤与其他常见韧皮的化学成分对比表Tab.6 Comparison of chemical compositions among Polygonum multiflorum rattan and other phloems %

从表6可看出:何首乌藤韧皮的脂蜡质含量与亚麻差不多，高于其他常见麻类韧皮，但低于葛根渣、桑皮、构树皮等;水溶物含量与苎麻相当，低于大麻和红麻;果胶含量与构树皮相当，高于大多数种类的韧皮;半纤维素含量与大麻、红麻、荨麻相当;木质素含量与大麻、荨麻相当，低于黄麻等;纤维素的含量与黄麻、大麻、红麻相当。

何首乌藤芯骨的脂蜡质含量与苎麻、黄麻相当;水溶物、果胶的含量均低于大多数种类的韧皮;半纤维素、木质素的含量都较高，与棉秆皮、竹子、秋葵纤维的含量相当，2种成分的含量之和都在50%左右;纤维素的含量低于构树皮但高于桑皮。

3 结语

本文采用纤维图像自动采集识别和化学成分定量分析等技术，对何首乌藤的结构与化学成分进行系统的分析研究。通过试验及对试验数据的分析得出以下结论:

1)何首乌藤系结构复杂，由主藤和沿主藤长度方向向外生长的侧藤构成;主藤及侧藤的长度均较长、易缠绕，由底部至梢部，藤的宏观形态变化较大。

2)何首乌藤具有皮芯结构，横截面层次分明，由外向内依次分布着保护层、韧皮层、形成层、木质层和中腔。中腔形状为不规则的四边形;不同部位的生长发育情况不同，其中，保护层不太发达，韧皮层厚度稳定，形成层呈现不连续的透明状，木质层的厚度变化较大，且其内部分布着许多小圆腔。

3)何首乌藤的脂蜡质、水溶物和果胶都主要分布在韧皮层中，芯骨里的含量相对较少;韧皮层的水溶物与果胶含量相差很小，芯骨亦是如此;芯骨中的半纤维素含量稍高于韧皮层的含量，但二者均在20%左右;木质素主要分布在芯骨中，含量约为30%。何首乌藤的韧皮层和芯骨中的纤维素含量都较高，其中，前者的纤维素含量达到52%左右，后者的纤维素含量达到39%左右。

4)与其他常见韧皮的化学成分对比得出，何首乌藤的纤维素含量较高，具有很好的纺织开发应用价值，但是，由于韧皮层和芯骨的化学成分含量不同，需要采用不同工艺来制取何首乌藤的韧皮纤维和芯骨纤维。

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