顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析柚木光辐射前后的挥发性成分

文瑞芝, 曾 栋, 黄自知, 马 强, 王 琼, 胡云

(1.中南林业科技大学 理学院， 湖南 长沙 410004；2.湖南省疾病预防控制中心， 湖南 长沙 410005)

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析柚木光辐射前后的挥发性成分

WEN Ruizhi

(1.中南林业科技大学 理学院， 湖南 长沙 410004；2.湖南省疾病预防控制中心， 湖南 长沙 410005)

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术检测分析了柚木光辐射前后的挥发性成分，研究结果表明：从光辐射前后的柚木中共鉴定出80种挥发性成分，辐射前(原柚木)鉴定出57种挥发性成分，辐射60 h后的柚木中鉴定出53种挥发性成分，包括烃类、醇类、酚类、酯类、醛类、酮类、蒽醌类和胺类。光辐射后柚木未能检测到酮类，且醇类从12.586%减少到7.498%，醇类化合物由6种减少至3种，醛类从0.404%增加到3.653%，醛类化合物由3种增至5种。柚木光辐射前挥发性成分主要是2-甲基蒽醌(18.443%)、 2-N-甲基-萘胺(14.781%)、邻苯二甲酸异丁基辛基酯(9.567%)、1,2,3-三甲基- 4-丙烯基-(E)-萘(7.513%)、τ-杜松醇(4.684%)、α-杜松醇(3.583%)、柏木脑(3.576%)、 1,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯(3.213%)这8种化合物；辐照后除α-杜松醇和1,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯未能检测到外，增加了化合物1,2-邻苯二甲酸丁基环己基酯(3.070%)，且邻苯二甲酸异丁基辛基酯(11.787%)有所增加，其余成分含量变化不大。醛类挥发性成分含有发色基团—CHO，醇类挥发性成分含有助色基团羟基—OH，而且光辐射后含量明显增加的挥发性成分都含有发色基团—COO—，这些发色基团和助色基团的改变在柚木光变色中起到一定作用。

柚木；挥发性成分；光辐射；顶空固相微萃取

1 材料与方法

1.1 材料

柚木(TectonagrandisL.F.)单板由广东省宜华木业股份有限公司提供，原柚木板和光辐射60 h的柚木板粉碎后选择粒径小于830 μm的木粉，备用。

1.2 仪器与设备

LP/SN-500风冷氙灯耐气候试验箱，上海林频仪器股份有限公司； 7890A-5975C气质联用仪，美国Agilent； 5-7330型固相微萃取装置(美国Supelco公司)，聚丙烯酸酯涂层纤维(PA 85 μm)；RE-52AA型恒温水浴装置；带塞萃取瓶。

1.3 实验方法

1.3.1 氙光辐射实验 采用氙灯耐气候试验箱模拟太阳光照，仪器参数设定为：辐射强度491 W/m2，温度50 ℃，相对湿度70%，时间60 h。

1.3.2 顶空固相微萃取(HS-SPME) 取0.5 g柚木粉末，放入40 mL带塞萃取瓶中，于85 ℃水浴中预热30 min，将活化后的聚丙烯酸酯(PA)涂层固相微萃取(SPME)插入带塞萃取瓶萃取30 min，取样完毕，于250 ℃气化室脱附5 min，进行GC-MS分析。同时进行SPME平行空白分析。

1.3.3 GC-MS分析 色谱条件：色谱柱为DB-VRX毛细管柱(20 m×0.18 mm×1.0 μm)；进样口温度为250 ℃，不分流进样模式，载气为高纯氦气，体积流量为1.0 mL/min。气相色谱升温程序为：初始温度40 ℃，保持4 min，以15 ℃/min升温至250 ℃，保持20 min。

质谱条件：电子轰击(EI)电离源，电压1 824 V，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，接口温度280 ℃，扫描范围为10～400 u。挥发性成分由计算机检索与仪器配置的NIST2011谱库匹配，记录相似度大于80%的化学物质。

2 结果与讨论

2.1 柚木光辐射前后的挥发性成分分析结果

样品经HS-SPME-GC-MS检测扣除空白所得结果用峰面积百分比法算出组分GC含量，采用Nist2011谱库检索匹配率80%以上的结果，鉴定出挥发性成分。图1为柚木光辐射前后的总离子流色谱图，各组分的定性分析和定量计算结果见表1。

图1 柚木光辐射前后挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatograms of volatile constituents in original and irradiated T. grandis

编号No.分类classification化合物compoundsGC/%光辐射前beforeirradiation光辐射后afterirradiation1十四烷tetradecane0.0850.0932十二烷dodecane0.8213正十三烷tridecane0.5974十五烷pentadecane0.4725十六烷hexadecane1.3506十七烷heptadecane1.0671.4717十八烷octadecane1.0671.4308十九烷nonadecane0.3110.5489环十四烷cyclotetradecane0.14410环癸烷cyclodecane0.08011环十六烷cyclohexadecane0.303121-乙基-环十二烷ethyl-cyclododecane0.227132,6,10,14-四甲基-十六烷2,6,10,14-tetramethyl-hexadecane1.7722.70114烃类二对甲苯基甲烷4,4'-dimethyldiphenylmethane0.45015hydrocarbons1,2-二苯氧基乙烷1,1'-(1,2-ethanediylbis(oxy))bis-benzene0.7510.43416d-长叶烯d-longifolene0.1160.11817α-柏木烯α-cedrene0.0990.08118d-杜松烯d-cadinene0.416191,1'-二苯基-1-丁烯1,1'-(1-butenylidene)bis-benzene0.375201-十九烯1-nonadecene0.213212-异丙基-5-甲基-9-亚甲基-双环[4.4.0]-1-辛烯2-isopropyl-5-methyl-9-methylene-bicyclo[4.4.0]dec-1-ene2.25622联苯biphenyl0.070234-甲基联苯4-methyl-1,1'-biphenyl0.221242,2'-二甲基联苯2,2'-dimethylbiphenyl0.3280.134252,2',5,5'-四甲基联苯2,2',5,5'-tetramethyl-1,1'-biphenyl0.8541.102261-甲基-3-(苯甲基)-苯1-methyl-3-(phenylmethyl)-benzene0.215271,1'-(2-甲基-1-亚丙烯基)双苯1,1'-(2-methyl-1-propenylidene)bis-benzene0.46628萘naphthalene0.1280.056291-甲基萘1-methyl-naphthalene0.3970.120

续表1

编号No.分类classification化合物compoundsGC/%光辐射前beforeirradiation光辐射后afterirradiation302-甲基萘2-methyl-naphthalene0.105311-乙基萘1-ethyl-naphthalene0.155322-乙基萘2-ethyl-naphthalene0.085331,8-二甲基萘1,8-dimethyl-naphthalene0.283341,3-二甲基萘1,3-dimethyl-naphthalene0.4710.243352,3-二甲基萘2,3-dimethyl-naphthalene0.1510.141362,3,6-三甲基萘2,3,6-trimethyl-naphthalene0.3540.298371,4,6-三甲基萘1,4,6-trimethyl-naphthalene0.9840.583381,4,5-三甲基萘1,4,5-trimethyl-naphthalene0.1690.480392,3,5-三甲基萘2,3,5-trimethyl-naphthalene1.247401,2,3-三甲基-4-丙烯基-(E)-萘1,2,3-trimethyl-4-propenyl-,(E)-naphthalene7.5133.518411,4,5,8-四甲基萘1,4,5,8-tetramethylnaphthalene0.171422-亚甲基萘2-(1-methylethyl)-naphthalene0.134432-甲基芴2-methyl-9H-fluorene0.1970.258449-亚甲基芴9-methylene-9H-fluorene1.48445荧蒽fluoranthene0.5721.39246蒽anthracene0.316479,9-二甲基氧杂蒽9,9-dimethyl-xanthene0.86548菲phenanthrene1.815491-甲基菲1-methyl-phenanthrene0.896504H-环五菲4H-cyclopenta[def]phenanthrene0.57151芘pyrene0.94152苯酚phenol0.32153酚类2,3-二甲基-6-氯苯酚chloroxylenol0.4870.11154phenols3,5-二叔丁基苯酚3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-phenol0.1520.155552,6-二叔丁基对甲酚butylatedhydroxytoluene0.32856壬醛nonanal0.1400.15957癸醛decanal0.20458醛类异香草醛3-hydroxy-4-methoxy-benzaldehyde0.06059aldehydes十四醛tetradecanal0.20260棕榈醛hexadecanal1.15261α-己基肉桂醛α-hexylcinnamaldehyde0.420625,9,13-三甲基-4,8,12-十四三烯醛5,9,13-trimethyl-4,8,12-tetradecatrienal1.72063苄醇benzylalcohol0.08764α-松油醇α-terpineol0.10065醇类τ-杜松醇τ-cadinol4.6843.51966alcoholα-杜松醇α-cadinol3.58367柏木脑cedrol3.5763.6736813-甲基-(E)-11-十四碳烯-1-醇E-11(13-methyl)tetradecen-1-ol0.55669(R)-(-)-(Z)-14-甲基-8-己烯-1-醇(R)-(-)-(Z)-14-methyl-8-hexadecen-1-ol0.30670酮类ketones2,5-二甲基苯乙酮1-(2,5-dimethylphenyl)-ethanone0.56771邻羟甲基苯甲酸内酯o-hydroxymethybenzoicacidlactone0.1447211,13-二甲基-12-十四碳烯-1-醇-醋酸酯11,13-dimethyl-12-tetradecen-1-olacetate0.22973酯类邻苯二甲酸异丁基辛基酯phthalicacid,isobutyloctylester9.56711.78774esters邻苯二甲酸二丁酯dibutylphthalate0.7691.046751,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯1,2-benzenedicarboxylicacid,butyl2-methylpropylester3.213761,2-邻苯二甲酸丁基环己基酯1,2-benzenedicarboxylicacid,butylcyclohexylester3.07077棕榈酸甲酯hexadecanoicacid,methylester0.9141.23478蒽醌类anthroquinones2-甲基蒽醌2-methylanthraquinone18.44316.50379胺类2-N-甲基-萘胺2-N-methyl-naphthalenamine14.78111.55880amines9,10-二氢-9-蒽胺9,10-dihydro-9-anthracenamine0.659

柚木光辐射前后的挥发性成分非常复杂，从光辐射前后的柚木中共鉴定出80种挥发性成分，其中光辐射前柚木中鉴定出57种挥发性成分，光辐射后的柚木中鉴定出53种挥发性成分，光辐射前柚木有27种挥发性成分在光辐射后的柚木中未检测出，GC含量减少的挥发性成分有43种；有22种挥发性成分只在光辐射后的柚木中检出，GC含量增加的挥发性成分有38种。

比较了柚木光辐射前后挥发性成分的总组成，从光辐射前的柚木中鉴定出57种挥发性成分，其中包括36 种烃类(24.158%)、 6种醇类(12.586%)、 3种酚类(0.960%)、 6种酯类(14.836%)、 3 种醛类(0.404%)、 1种酮类(0.567%)、 1种蒽醌类(18.443%)和1种胺类(14.781%)；光辐射60 h后柚木中鉴定出53种成分，其中包括35种烃类(26.173%)、 3种醇类(7.498%)、 3种酚类(0.594%)、 4种酯类(17.137%)、 5种醛类(3.653%)、 1种蒽醌类(16.503%)和2种胺类(12.217%)。

光辐射前柚木中挥发性成分总含量较高的物质是烃类、蒽醌类、酯类、胺类和醇类，而光辐射60 h后的柚木挥发性成分中含量较高的是烃类、酯类、蒽醌类、胺类、醇类和醛类。光辐射前后柚木中挥发性成分种类含量变化大，其中柚木经光辐射后挥发性成分总含量减少最大的是醇类，而挥发性成分总含量增加最多的是醛类。

由表2可知，柚木光辐射前后的挥发性成分中的主要成分变化较大，柚木光辐射前挥发性成分中含量最高的几种成分为2-甲基蒽醌、 2-N-甲基-萘胺、邻苯二甲酸异丁基辛基酯、 1,2,3-三甲基- 4-丙烯基-(E)-萘、τ-杜松醇、α-杜松醇、柏木脑、 1，2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯；光辐射后含量减少较大的挥发性成分有2-N-甲基-萘胺、 1,2,3-三甲基- 4-丙烯基-(E)-萘、 α-杜松醇、 1,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯。柚木光辐射后的挥发性成分中含量最高的几种成分为2-甲基蒽醌、 2-N-甲基-萘胺、 邻苯二甲酸异丁基辛基酯、1,2,3-三甲基- 4-丙烯基-(E)-萘、τ-杜松醇、柏木脑、 1,2-邻苯二甲酸丁基环己基酯；光辐射后含量明显增加的挥发性成分有1,2-邻苯二甲酸丁基环己基酯、邻苯二甲酸异丁基辛基酯。

表2 柚木光辐射前后的挥发性成分的主要成分物质Table 2 Main substances of volatile constituents in original and irradiated T.grandis

2.2 讨论

柚木光辐射前后的主要挥发性成分基本一致，主要区别为光辐射前柚木的主要挥发性成分中有α-杜松醇和1,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯，而光辐射后的柚木中没有；光辐射后的柚木主要挥发性成分中有1,2-邻苯二甲酸丁基环己基酯，而光辐射前柚木没有。从挥发性成分种类而言，光辐射前柚木中挥发性成分的种类要比光辐射后的柚木多，这说明光辐射可以影响柚木的挥发性物质的种类。光辐射前柚木中挥发性成分中种类数量最多的是烃类，其次是醇和酯，其他比较少，而光辐射60 h后柚木挥发性成分中种类数量最多的是烃类，其次是醛，柚木经光辐射后挥发性成分总含量减少最大的是醇类，而增加最多的是醛类，这可能是因为醇类挥发性成分因光辐射发生氧化作用而生成了醛类挥发性成分。醛类挥发性成分含有发色基团—CHO，醇类挥发性成分含有助色基团—OH，而且光辐射后GC含量明显增加的挥发性成分都含有发色基团—COO—，这些发色基团和助色基团的改变在柚木光变色中起到一定作用，但柚木光变色的具体机理还有待进一步研究。

3 结 论

3.1 通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术对柚木光辐射前后的挥发性成分进行分析，共鉴定出80种挥发性成分，光辐射前鉴定出57种挥发性成分；辐射后鉴定出53种，包括烃类、 蒽醌类、 酯类、 胺类、 醇类和醛类，其GC含量占总成分的26.173%、 16.503%、 17.137%、 12.217%、 7.498%和3.653%。柚木光辐射前挥发性成分主要是2-甲基蒽醌(18.443%)、2-N-甲基-萘胺(14.781%)、邻苯二甲酸二异丁酯(9.567%)、1,2,3-三甲基- 4-丙烯基-(E)-萘(7.513%)、τ-杜松醇(4.684%)、α-杜松醇(3.583%)、柏木脑(3.576%)、 1,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯(3.213%)这8种化合物；辐照后除α-杜松醇和1,2-邻苯二甲酸丁基异丁基酯未能检测到外，增加了化合物1,2-邻苯二甲酸丁基环己基酯(3.070%)，且邻苯二甲酸二异丁酯(11.787%)有所增加，其余成分含量变化不大。

3.2 光辐射前后柚木中挥发性成分种类含量变化大，其中柚木经光辐射后挥发性成分总含量减少最大的是醇类，增加最多的是醛类。醛类挥发性成分含有发色基团—CHO，醇类挥发性成分含有助色基团—OH，且光辐射后明显增加的挥发性成分都含有发色基团—COO—，这些发色基团和助色基团的改变在柚木光变色中起到一定作用。

[1]段新芳.木材颜色调控技术[M]．北京:中国建材工业出版社，2002． DUAN X F.Wood Color Control Technology[M].Beijing:China Building Materials Press,2002.

[2]沈隽．木材加工技术[M]．北京:化学工业出版社，2005. SHEN J.Wood Processing Technology[M].Beijing:Chemical Industry Press,2005.

[3]THULASIDAS P K,BHAT K M.Chemical extractive compounds determining the brown-rot decay resistance of teakwood[J].European Journal of Wood and Wood Products,2007,65(2):121-124.

[4]LUKMANDARU G,ASHlTANI T,TAKAHASHl K.Color and chemical characterization of partially black-streaked heartwood in teak (Tectonagrandis)[J].Joumal of Forestry Research,2009,20(4):377-380.

[5]王小青，费本华，任海青．杉木光变色FT-IR光谱分析[J].光谱学与光谱分析，2009,29(5)：1272-1275． WANG X Q,FEI B H,REN H Q.FT-IR spectroscopic studies of the photo-discoloration of chinese fir[J].Spectroscopy and Spectral Analysis,2009,29(5):1272-1275.

[6]谢成屏.柚木材气味成分及其释放机理研究[D].广州：华南农业大学博士学位论文，2012. XIE C P.The research on oder components emission mechanism of teak(TectonagrandisL.F.) timber[D].Guangzhou:Doctoral Dissertation of South China Agricultural University,2012.

[7]曾栋，陈波，姚守拙.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析干柴胡药材中有机挥发物[J].分析化学，2005，50(5)：561-564. ZENG D,CHEN B,YAO S Z.Detecting the volatile organic compounds of dry bupleurum with headspace solid phase microextraction coupled to gas chromatography and mass spectrometry[J].Chinese Journal of Analytical Chemistry,2005,50(5):561-564.

[8]汪莉莎，陈光静，张甫生，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法分析仔姜与老姜的挥发性成分[J].食品科学，2014，35(10)：153-157. WANG L S,CHEN G J,ZHANG P S，et al. Analysis of volatile compounds in the old and young ginger by HS-SPME/GC-MS[J].Food Science,2014,35(10):153-157.

[9]黄仁术，韩邦.顶空固相微萃取GC-MS分析栽培对前胡挥发性成分的影响[J].中药材，2014，37(4)：559-561. HUANG R S,HAN B.Analysis of the cultivation effect on radix peucedani volatile components by HS-SPME/GC-MS[J].Journal of Chinese Medicinal Materials,2014,37(4):559-561.

[10]王慧，曾熠程，侯英，等.顶空固相微萃取-气相色谱/质谱法分析不同材质木片中的挥发性成分[J].林产化学与工业，2012，32(5):115-119. WANG H,ZENG Y C,HOU Y,et al.Analysis of different volatile constituents in the wood material by headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry[J].Chemistry and Industry of Forest Products,2012,32(5):115-119.

[11]张玉玉，孙宝国，黄明泉，等.兰考泡桐花的挥发性成分分析研究[J].林产化学与工业，2010，30(3):88-92. ZHANG Y Y,SUN B G,HUANG M Q,et al.Analysis of the volatile compounds from the flower ofPaulowniaelongat[J].Chemistry and Industry of Forest Products,2010,30(3):88-92.

[12]许雪姣.顶空-固相微萃取-气相色谱/质谱技术测定童装中残留挥发性有害物[J].化学世界，2015(12)：723-726. XU X J.GC/MS analysis of several harmful residue volatile organic compounds in children′s wear with HS-SPME pretreatment[J].Chemical World,2015(12):723-726.

Analysis of Volatile Constituents inTectonagrandisL.F. Before and After Irradiation by HS-SPME-GC-MS

WEN Ruizhi1, ZENG Dong2, HUANG Zizhi1， MA Qiang1， WANG Qiong1， HU Yunchu1

(1.College of Science，Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China；2.Hunan Center of Disease Control and Prevention， Changsha 410005, China)

Headspace solid-phase micro-extraction(HS-SPME) combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS) technology was used to analyze the volatile constituents in original and irradiatedTectonagrandisL.F.. The results showed that 80 kinds of volatile constituents were identified. There were 57 volatile constituents inT.grandiswithout irradiation and 53 volatile constituents inT.grandisafter irradiation. They included hydrocarbons, alcohols, phenols, esters, aldehydes, ketone, anthraquinone and amine. After irradiation, the ketone in the volatile constituents disappeared, the content of alcohols decreased to 7.498% from 12.586% and the species decreased to 3 from 6, and the aldehydes increased to 3.653% from 0.404% with the species of 5 from 3. The major volatile constituents before irradiation were 2-methyl-anthracenedione(18.443%), 2-N-methyl-naphthalenamine(14.781%), phthalic acid-isobutyl octyl ester(9.567%), 1,2,3-trimethyl- 4-propenyl-(E)-naphthalene(7.513%),τ-cadinol(4.684%),α-cadinol(3.583%), cedrol(3.576%) and 1,2-benzenedicarboxylic acid- butyl 2-methylpropyl ester(3.213%)， respectively. After irradiation, theα-cadinol and 1,2-benzenedicarboxylic acid-butyl 2-methylpropyl ester disappeared, the 1,2-benzenedicarboxylic acid-butyl cyclohexyl ester appeared with the content of 3.070%, the content of phthalic acid-isobutyl octyl ester increased by 2.22 percentage points, and the contents of others changed little. The alcohol volatile components might be oxidized to the aldehydes volatile components by irradiation. The aldehydes contains the chromophoric group of —CHO, and the alcohols contains the auxochrome group of —OH, and the significant increase of the constituents after irradiation contains the chromophoric group of —COO—. The hydroxyl, aldehyde group and ester group might play an important role in theT.grandisphoto-discoloration, but to well understand the the mechanism of photo-discoloration, further studies were needed.

TectonagrandisL.F.;volatile constituents; irradiation;headspace solid-phase micro-extraction(HS-SPME)

10.3969/j.issn.0253-2417.2017.01.018

2016- 03-28

国家自然科学基金资助项目(31170521)；湖南省教育厅项目(14C1188)

文瑞芝(1978— )，女，湖南益阳人，高级实验师，硕士，主要从事天然产物有效成分提取、分离和鉴定的研究

*通讯作者：胡云楚，教授，博士，博士生导师，主要从事木材化学与木材阻燃的研究；E-mail:hucsfu@163.com。

TQ35

A

0253-2417(2017)01- 0135- 06

文瑞芝,曾栋,黄自知，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析柚木光辐射前后的挥发性成分[J].林产化学与工业，2017，37(1)：135-140.