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榆树(Ulmus pumila L.)广泛分布于我国北部及西南的各省区,长江下游亦有种植,其径级较大,多用于室内家具、地板、门窗、根雕等木制品制造。榆树的木材、树皮、树根中含有独特气味的抽提物与热解产物,但其主要成分、功效与释放机制仍不清晰。本研究以榆树为研究对象,采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、气相色谱-质谱(GC-MS)、热重(TG)、热裂解-气相色谱-质谱(Py-GC-MS)、气相色谱-离子迁移谱联用(GC-IMS)等现代分析测试手段,分析榆树木材、树皮、树根抽提物及热解产物中挥发物的分子种类与构成,阐明其抑菌与抗氧化性能,解析高温处理与室温下榆树挥发物的释放特征,构建榆树抽提物解析室温挥发模型。主要研究内容如下:(1)榆树抽提物成分解析与特性 使用乙醇、丙酮和苯对榆木、树皮、树根进行抽提处理,发现抽提物成分丰富且成分类别基本相似,其中以乙醇为溶剂的抽提效率最高。挥发性抽提物中按照官能团分主要有醇类、酚类、烷烃、烯烃和酮类等。不同的抽提溶剂所得到的抽提物成分与含量有较大差异,榆木的乙醇、丙酮和苯提取物中分别含有60、80和130种化合物;树皮中分别含有71、122和142种;而树根中则分别含有41、98和120种。在不挥发性抽提物中香豆素类、生物碱类、黄酮类、萜类这四类物质的含量较高;其中乙醇抽提物中萜类和糖类物质的相对含量高于丙酮和苯抽提物;苯和丙酮抽提物中香豆素类物质的含量高于乙醇抽提物,而丙酮和乙醇中生物碱类高于苯抽提物。同时,通过比对发现抽提物中的主要成分可用作化工、医药、食品、化妆品等的原辅材料。如树根不挥发性乙醇抽提物中相对含量最高的文多灵(11.70%)具有降血糖、利尿抗菌、消炎、抗癌功能;含量次之的葫芦素E(10.13%)具有抗炎、抗肿瘤和抗氧化等多种药理作用。(2)高温下榆树热解产物解析与挥发特性 通过TG对榆木热处理过程中挥发性物质释放规律分析,发现榆木在43℃附近(25-75℃)有较大的失重。Py-GC-MS分析鉴定出榆木、树皮、树根中分别含有75、68和117种挥发性有机物物。同时,发现在树根中添加纳米催化剂Mo和Fe3O4对热解产物挥发特性影响较小,而在树皮中加入纳米催化剂Ag和Fe2O3后,富氧原子组分的化学组成减少、烃比增加。各部位高温处理时所产生的挥发性有机物存在一定差异,其中榆木的主要有醇类、醛类、酮类、酸类、酯类和碳水化合物;树皮的包括芳香类、酯类、烯烃类、醛类、呋喃和吡咯;树根的主要为醇类、酸类、苯类、烷类、烯烃类、呋喃类、糠醛类、胺类、吡咯类。经过比对分析,发现含有胡椒酚、甘氨酸等部分具有抗氧化、杀菌和消炎等功效的挥发物成分,这将对室内空气环境具有积极的功效。(3)抽提物及热解产物的抑菌与抗氧化功能解析 采用滤纸片琼脂板扩散法测定不同抽提物抑菌活性发现,其对金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌的敏感度依次由高到低。所有抽提物对金黄色葡萄球菌都有显著的抗菌活性,但不同溶剂、不同部位抽提物的抑菌效果有差异。其中树根的丙酮抽提物的抑菌效果最好,树皮的苯抽提物抑菌效果最好,榆木的苯抽提物对蜡状芽孢杆菌的抑菌效果最好;且大部分抽提物还对枯草芽孢杆菌也有一定抑制效果。通过二倍肉汤稀释法、采用96孔板对抽提物进行最小杀菌浓度(MBC)的测定发现,树根抽提物对大肠杆菌的最小杀菌浓度为12.5 mg/mL;榆木的无水乙醇抽提物对金黄色葡萄球菌最小杀菌浓度为3.125 mg/ml;树根抽提物对沙门氏菌的最小杀菌浓度为25 mg/mL。同时,热解产物对混合细菌群落和大肠杆菌均有较好的抑菌效果,且最低抑菌浓度相近,分别为4.705 mg/mL和4.805 mg/mL。在抗氧化性分析中发现:抽提物对DPPH和ABTS自由基均具有较强的清除能力,随着抽提物浓度的升高变强且逐渐平稳,且与对照组Vc清除能力相近。乙醇、丙酮、苯抽提物对ABTS自由基清除能力由高到低,还原能力也具有相同的趋势。同时,在对相同溶剂之间对比分析发现苯-根抽提物、丙酮-根抽提物和乙醇-皮抽提物的抗氧化性效果较好,其中乙醇-皮抽提物还原能力最强。(4)室温下榆树抽提物挥发成分解析与挥发规律 在室温下,榆树抽提物中总的挥发性有机物(TVOC)含量随温度的升高而增加,但随时间的延长逐渐降低。室温条件下挥发物中主要包括烷烃类、烯烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、酸类和胺类等,并以烷烃类、胺类和酯类化合物为主,其中豆甾-3,5-二烯,乙酸乙酯等具有抗氧化、杀菌和消炎等功效。随温度的升高挥发性有机物种类增多,其中榆木部分从25种(25℃)增加至56种(35℃),树根部分从24种(25℃)增加至54种(35℃),但树皮的则先增加后降低。同时,随着温度升高,不同部位的酯类化合物均呈下降趋势。当温度从25℃升高至30℃时,烯烃类化合物和酯类化合物的相对含量明显升高,而酸类化合物则显著降低。对榆木来说,烯烃类和酯类的相对含量随温度升高而逐渐增加,尤其是温度从30℃升高至35℃时增加迅速,而酮类化合物则随温度升高而逐渐降低。同时,基于有限差分数学方法结合Fortran语言编写数值模拟仿真,构建了榆树湿材和干材中抽提物在室内环境下的挥发模型,阐释了其在室温条件下的释放规律。通过研究榆树抽提与热解挥发物种类与功效、解析释放机理,可为优化室内空气环境、扩展榆树应用领域具有重要的科学价值。