珍贵树种刺猬紫檀木材抽提物的成分分析

唐一菁 张高文 薛晓明 夏 钒 史洪飞

( 1. 南京森林警察学院，野生动植物物证技术国家林业和草原局重点试验室，江苏 南京 210013；2. 呼和浩特公安局赛罕区分局西把栅派出所，内蒙古 呼和浩特 010000)

随着我国国民的经济水平和生活水平的显著提高，红木家具越来越多的进入了人们的日常生活中。刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）在《红木》国家标准中属于紫檀属花梨木类，广泛分布于非洲的热带稀树草原林中，主产于塞内加尔、几内亚比绍等热带非洲国家[1]，目前主要依靠进口方式进入我国市场。由于其在2017年1月2 日起被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）附录Ⅱ中，因此各国对刺猬紫檀木材的进出口管控也越来越严格，导致在我国涉及刺猬紫檀的犯罪案件越来越多，关于刺猬紫檀产品的检测工作也越来越多的出现在公安工作中，因此寻找一种能够迅速、精确鉴别不同批次刺猬紫檀的方法具有十分重要的意义。

气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术作为一种迅速、精确检验技术[2]，在食品添加剂检测[3]、环境污染监测[4-5]、汽油组成成分检测[6]、植物代谢组学研究[7]、烟草质量评价[8]，以及中药研究[9-11]中均有应用。气相色谱-质谱联用技术应用于红木检测中的研究相对集中于市场价值较高的一些木材，如石江涛等[12]应用气相色谱-质谱联用技术分析了鸟足紫檀（Pterocarpus pedatus）、大果紫檀（Pterocarpus macrocarpus）等4 种红木挥发油的成分，并确定了这4 种红木的挥发油组分及其组分之间的区别。梅萍[13]应用气相色谱-质谱联用技术鉴别了檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）和染料紫檀（Pterocarpus tinctorius）心材之间的区别，建立了檀香紫檀和染料紫檀的指纹图谱。罗莎[14]以大果紫檀、交趾黄檀（Dalbergia cochinchinensis）、微凹黄檀（Dalbergia retusa）和卢氏黑黄檀（Dalbergia louvelii）4 种红木为研究对象，利用气相色谱-质谱联用技术对其有机溶剂抽提物进行分析，结果表明4 种红木抽提物的化学成分主要包括树脂酸等萜（烯）类化合物，醇类、醛类、胺类、脂肪酸类、烃类、糖类等脂肪族类化合物以及酚类、黄酮类等芳香族类化合物。郭林林[15]应用气相色谱-质谱联用技术系统的分析了樟树（Cinnamomum camphora）的化学成分，并对樟树嫩皮苯乙醇提取物的热裂解产物在食品药品、工业生产领域的应用进行了分析。吕世懂等[16]也应用气相色谱-质谱联用技术分析了普洱茶与安化黑茶的香气成分，为进一步了解茶叶香气和功效提供了学术支持。

目前对刺猬紫檀成分的研究较少，邓格求等[17]应用气相色谱-质谱联用技术分析了西非七国刺猬紫檀木材浸出液的成分，来自几内亚比绍、加纳、塞拉利昂和尼日利亚的刺猬紫檀其浸出液化学成分比例非常接近，西非七国刺猬紫檀的浸出液中含量最多的化合物是同一种，可能是一种醇类物质，分子量为312，分子式为C20H28N2O。刘卓钦等[18]以正己烷-乙醇为提取剂在微波条件下提取刺猬紫檀挥发油，用GCMS 分析鉴定出挥发油的17 种化学成分，其中最主要的是茴香偶姻，占72.22%，另有少量的酰胺、酸、酮、醇、烃类化合物。本研究利用气相色谱-质谱联用技术，进一步对尼日利亚产地的3个批次刺猬紫檀的抽提物成分进行分析。首先，在无水乙醇、二氯甲烷及石油醚3 种有机溶剂中选择最合适的提取剂，然后对刺猬紫檀木材样本的主要成分进行研究与分析，探求刺猬紫檀边材与心材成分的差异，以及不同批次刺猬紫檀之间的区别。本实验旨在为后续对刺猬紫檀的研究提供参考，并且可以为涉及刺猬紫檀木材非法贸易或走私案件的侦破提供帮助，具有一定的学术价值和实际应用价值。

1 材料与方法

1.1 实验材料

分别收集尼日利亚产地的3个批次刺猬紫檀木材样本，在这3 批次刺猬紫檀中各挑选8 块原木作为样本，分别标注为A、B、C 批次样品，均有心材（靠近髓心部分，颜色较深）和边材（靠近树皮部分，颜色较浅）部分，3 批次样本均来自于国家林业和草原局森林公安司法鉴定中心。

1.2 实验仪器

试验中涉及的仪器包括气相色谱-质谱联用仪（美国安捷伦科技7890A GC system，5975C inter XL MSD）、离心机（Thermo Pico 17）、DSYV 型氮吹仪（北京东方精华苑科技有限公司）、DSK-II 型空气泵（北京东方精华苑科技有限公司）、超声波震荡机、博世GSA1100E 电动马刀锯，用到的提取溶剂有二氯甲烷（南京化学试剂股份公司）、乙醇（上海久亿化学试剂有限公司）和石油醚（上海实意化学试剂有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理方法

1）从A、B、C 3个批次每个样品上分别采集其心材木料和边材木料各6 g，先后使用木材粉碎机与振荡混合球磨仪对采取的木材样本进行粉碎与研磨，最终将木材样本研磨为50～60 目粉末。

2）取每种样品的边材、心材粉末各2 g，将其置入15 mL 试管中，向每支试管中加入10 mL无水乙醇并塞住各试管口，将其静置1 d 时间，待溶质在有机溶剂中充分溶解后将所有试管置入超声波震荡机中，在室温条件下以240 W 的超声功率抽提20 min，之后将提取液置于15 mL 离心试管中，将离心试管放入离心机中以10 000 r/min的速度离心5 min，取离心过后的上层清液（5 mL）作为待测样品置于样品试管中，将待测样品用氮吹仪浓缩至2 mL，最后将上层清液通过滤网过滤后取1 mL 溶液置入进样瓶内，摇匀。

3）重复上述操作，并将提取剂无水乙醇替换为二氯甲烷、石油醚，以相同的操作将过滤后溶液置入进样瓶中作为待测样品，载样溶剂与提取剂为同种有机溶剂。

1.3.2 气相色谱条件

HP-5MS 5%Phenyl Methyl Siloxane 色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，美国安捷伦科技公司）；程序升温：60 ℃开始，以30 ℃/min 升温至320 ℃，然后保持5 min，气化室温度250 ℃；载气为高纯氦气，流速为1 mL/min；前进样口温度40.1 ℃，压力55.033 psi，流速0.000 1 mL/min，后进样口温度280 ℃，压力8.232 psi，流速24.00 mL/min。

1.3.3 质谱条件

离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃；电离方法：EI；电子能量：70 eV；溶剂延迟4.0 min；质量扫描范围m/z 30～500。

1.3.4 最佳提取溶剂的确定

随机选择1 种刺猬紫檀样本，使用无水乙醇、二氯甲烷、石油醚3 种有机溶剂对此样本进行提取，观察3 种溶剂的提取液经过气相色谱-质谱联用分析后得出的结果，分析比较得到刺猬紫檀样本的最佳提取溶剂。

2 结果与分析

2.1 不同有机溶剂的提取效果比较

本研究中使用的有机溶剂为无水乙醇，二氯甲烷和石油醚。随机选择一种刺猬紫檀样本，分别以石油醚、二氯甲烷和乙醇为提取剂获得提取液，将其置于进样瓶中，放入气相色谱-质谱联用仪中进行分析，得到总离子流图，见图1。

图1 3 种提取剂的提取液总离子流图Fig. 1 Total ion chromatogram of the extracts of 3 extractants

由图1 可知，对于刺猬紫檀的边材和心材样本，使用3 种有机溶剂获得的提取液总离子流图存在一些共性，如出峰均分布在4～20 min 时间段内，且最主要的出峰在16 min 左右。对于使用二氯甲烷和石油醚作提取剂的情况，在19 min 附近也可以观察到明显的出峰。比较3 种有机溶剂的提取效果可以发现，无论是边材还是心材，使用二氯甲烷为提取剂时提取溶液总离子流图谱中可检测到的特征峰数量均为最多，其次为使用石油醚作提取剂的情况，而使用无水乙醇为提取剂时，可检测到的特征峰最少。当以无水乙醇为提取剂时，边材样本提取液总离子流图谱仅在10～18 min 内有12个出峰，而心材样本提取液的总离子流图仅在16 min 左右有2个明显出峰。当以石油醚为提取剂时，边材样本提取液总离子流图谱在4～6 min 时间内未显示任何特征峰，心材样本提取液总离子流图只有8～10 min 内4个出峰和16 min 附近2个出峰。除了8～10 min 时间段，使用二氯甲烷获得的样品提取液总离子流图峰数量均多于或等于其他2 种有机溶剂。由此可知，二氯甲烷对刺猬紫檀边材和心材的抽提效果均显著优于无水乙醇和石油醚。石油醚、二氯甲烷和乙醇的极性分别为0.01、3.1 和4.3，由于二氯甲烷是中等极性溶剂，萃取化合物的极性范围宽，因此得到的化合物种类最多[19]，选择二氯甲烷作为刺猬紫檀提取剂时实验效果最佳。在后续试验中仅对二氯甲烷提取溶液的总离子流图谱进行研究。

2.2 同批次刺猬紫檀中边材与心材成分分析

以A、B、C 3 批次刺猬紫檀二氯甲烷提取液总离子流图谱中可检测特征峰最多的批次为例，对其边材和心材的数据进行比较分析。选择每个图谱中相对峰面积大于0.5%、相邻出峰时间大于0.1 min 的成分统计处理，考虑到实验偶然误差的存在，选择其中6 份及以上样本的共有成分作为该批次边材和心材的成分，结果如表1 所示。可以发现，刺猬紫檀边材与心材的浸出成分存在明显差异。边材样本浸出了16 种物质，分别为芥酸酰胺、N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺、4-甲基辛烷、间二甲苯、3，6-二甲基癸烷、正十九烷、正十五烷、2，4-二叔丁基苯酚、1-碘十八烷、正二十四烷、3-甲基-十八烷、2，4-二氨基-5-（3-三氟甲基-4-甲氧基苄基）嘧啶、番茄红素、邻苯二甲酸二异辛酯、甲基二氢异硫醇及羊毛甾醇，心材样本浸出了5 种物质，分别为茴香偶姻、4-羟基-3-叔丁基-苯甲醚、芫花素、芥酸酰胺和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺。同时，空白样本部分检出了芥酸酰胺、番茄红素和羊毛甾醇3 种杂质。排除空白样本中3 种杂质的干扰，对数据进行对比分析可知，该刺猬紫檀样本的边材与心材组分中除总离子流图谱中保留时间为18.869 min 的共有组分N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺之外没有其他相同组分，除此以外的其他组分可作为区分刺猬紫檀边材与心材的特征组分。此结论可以为刺猬紫檀边材与心材的鉴定提供依据。

表1 刺猬紫檀的边材与心材成分差别Table 1 Difference between sapwood and heartwood composition of P. erinaceus

2.3 不同批次刺猬紫檀心材主要共有成分分析

由于刺猬紫檀属于红木，因此着重对其心材进行分析。选择图谱中相对峰面积大于0.5%、相邻出峰时间大于0.1 min 的组分统计处理，3 批次刺猬紫檀主要成分的特征峰在GC-MS 总离子流图中出现的次数见表2。可以发现，不同批次刺猬紫檀的心材中含有一些相同成分，3 批次全部样品中均含有茴香偶姻，N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）- 1-萘胺以及芥酸酰胺这3 种成分。由表1 可知，空白样本中同样检出了芥酸酰胺，因此可认为该成分是杂质干扰。在3 批次刺猬紫檀心材样本的浸出液中，检出芥酸酰胺的相对含量均在5%以下，其影响可忽略不计。

表2 3 批次刺猬紫檀心材的成分分析Table 2 Analysis of heartwood composition of P. erinaceus from 3 batches

3 批次刺猬紫檀心材样本浸出液中，茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺的相对含量如图2 所示。可以发现，茴香偶姻在A 批次刺猬紫檀心材样本中的相对含量为75%～87%，在B 批次刺猬紫檀心材中的相对含量为75%～90%，在C 批次刺猬紫檀心材中的相对含量为74%～96%。计算得出其在A、B、C 批次样本中的平均相对含量分别80.9%、81.3%和82.5%，数值较为接近且在A、B、C 批次中逐渐增多。刘卓钦等人用GC-MS 方法对刺猬紫檀挥发油进行分析鉴定发现[18]，茴香偶姻为绝对主要成分，占72.22%，该结果与本研究相符。N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺在A 批次刺猬紫檀心材样本中的相对含量为3%～7%，在B 批次刺猬紫檀心材中的相对含量为2%～9%，在C 批次刺猬紫檀心材中的相对含量为1%～10%。计算得出其在A、B、C 批次样本中的平均相对含量分别4.2%，5.5%和4.5%，数值较为接近且B 批次中最多。因此，在3 批次心材样本中，2 种共有组分的相对含量均较为接近，其中茴香偶姻的相对含量远高于N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，为浸出液中含量最多的成分，其分子式为C16H16O4。因此，在判断某种木材是否为刺猬紫檀时，若其心材浸出液中均可以检出茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺且相对含量分别为80%和5%左右，则此木材为刺猬紫檀的可能性大大增加。若检出这2 种组分但相对含量与80%和5%相差甚远，或未检出这2 种组分，则可判断此木材不是刺猬紫檀。

图2 3个批次木材心材共有组分的相对含量Fig. 2 Relative content of the common components of heartwood from 3 batches

2.4 不同批次刺猬紫檀心材主要差异成分分析

3 批次刺猬紫檀心材的主要成分特征峰在GC-MS 总离子流图中出现的次数如表2 所示，可知不同批次刺猬紫檀心材的成分也有一定的差异，这些差异均有可能因树木年龄以及采伐时间等因素的不同而导致。部分组分出现在多批次样本中，因此这类组分并不能明确区分样本批次，故不做重点研究。

3 批次刺猬紫檀心材浸出液中，只有单一批次含有的组分共有4 种，其中A 批次有1 种，B 批次有2 种，C 批次有1 种，由于此类组分只存在于单一批次样本中，因此可以利用这几类独有的组分为3 批次刺猬紫檀样本的鉴定提供依据。对比空白样本，去除杂质干扰因素后可以发现：在心材中，B、C 批次样品均不含有4-异丙基-5-甲基-2-苯基-嘧啶并[1，2-a]吲哚这种成分，如果在心材浸出液中检出此物质，则可以判断样本属于A 批次，这种成分在总离子流图中的出峰为A 批次样本的特征峰；A、C 批次样品中均不含有甲苯与间二甲苯这两种成分，如果在心材中检出以上2 种成分，则可以判断样本属于B 批次，这两种物质在总离子流图中的出峰为B 批次样本的特征峰；A、B 批次样品中均不含有O，O'-双（乙酰基）糖精蛋白，如果在心材中检出此物质，则可以判断样本属于C 批次，该物质在总离子流图中的出峰为C 批次木材的特征峰。通过以上几种特征组分可以对该3 批次刺猬紫檀进行有效区分。

3 结论与讨论

本研究首先从二氯甲烷、石油醚和无水乙醇中选择对刺猬紫檀木材化学成分提取能力最好的为提取剂，然后获得3 种不同批次刺猬紫檀样本边材和心材的提取液并通过气相色谱-质谱联用法进行分析，可以得到以下结论：1）二氯甲烷对于刺猬紫檀木材样本有着较好的提取能力，石油醚次之，无水乙醇的提取效果最差。2）同批次刺猬紫檀中边材与心材的二氯甲烷浸出液组分差别显著，其中边材样本检出了16 种物质，心材样本检出了5 种物质。排除杂质干扰，刺猬紫檀边材与心材的浸出液中只含有一种共同组分N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，其他则可作为区分边材和心材的特征组分。3）3 批次刺猬紫檀心材的二氯甲烷浸出液中含有两种共同组分，即茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，其中茴香偶姻为浸出液中含量最多的组分。在判断某种木材是否为刺猬紫檀时，若其心材浸出液中可以检出茴香偶姻和N，N-二乙基-4-（三苯基甲基）-1-萘胺，且相对含量分别为80%和5%左右，则此木材为刺猬紫檀的可能性大大增加。若检出这两种组分但相对含量与80%和5%相差甚远，或未检出这2 种组分，则可判断此木材不是刺猬紫檀。4）3 批次刺猬紫檀心材中，只有单一批次含有的特征组分共有4 种，分别为A 批次中的4-异 丙 基-5-甲基-2-苯基-嘧啶 并[1，2-a]吲哚，B 批次中的甲苯和间二甲苯以及C 批次中的O，O'-双（乙酰基）糖精蛋白。造成此种差异的原因可能为树木年龄及采伐时间等因素的不同。以上几种组分可以作为区别刺猬紫檀不同批次的鉴定特征。

近年来，与刺猬紫檀相关的走私、盗伐、滥伐、非法运输等案件频发，本研究以尼日利亚产地3 批次刺猬紫檀为研究对象，对比了同批次刺猬紫檀的边材和心材的浸出液成分以及不同批次刺猬紫檀的心材浸出液成分，研究结果可为后续对刺猬紫檀的研究提供参考，并且可以为涉及刺猬紫檀木材相关案件的侦破提供帮助，具有一定的学术价值和实际应用价值。此外，不同年龄、产地的刺猬紫檀木材浸出成分的比较，本研究未作体现，在后续工作中将进行深入研究。