第4章-木质材料的嗅觉环境学特性

第4章木质材料的嗅觉环境学特性4.1木材中的抽提物4.2木材提取物的生物活性与药用价值4.3木材提取物的生物活性成分对生物体的影响4.4木材抽提物的空气质量调节作用4.5木质建材的有机挥发物与室内空气污染随着生活的日益丰富，不只是室内的陈设和装饰，人们对于室内应该有什么样的香味，也有了研究考虑的余地。喜欢薰衣草、玫瑰、茉莉等花香的家庭，逐渐多了起来。除了薰衣草、玫瑰、茉莉之外，木材中也是有香气的。如我们在森林中呼吸到新鲜的空气时，就会感觉非常清爽，这是由于吸入了含有被称为“芳香油”成分的香气的原因。这种成分对我们的健康非常有益，它不仅有安神的作用，还具有能够消除精神压力的作用。树木的香气，除了在森林浴中可以感受之外，我们在木质结构的住宅中也能够体验到。例如，一进入使用扁柏建造的房子中，就总会觉得周围飘有一种特有的香气，让我们感觉心情非常舒畅。树木的种类不同，气味也有所变化，这是由于其所含有的提取物等物质成分不同而造成的。4.1木材中的提取物木材提取物存在于边材薄壁细胞中，当木质化阶段一经结束，木纤维和管胞就死亡，而横向和轴向薄壁细胞却一直维持很多年仍活着，这些细胞作为水和无机盐类传导的通道，维持新陈代谢进程和贮存养料，经过一定时间后死亡，并逐渐形成心材。在此过程中，大量沉积在细胞壁或填充在细胞腔和一些细胞组织中的一些营养物质和杂分就形成了提取物。木材提取物一般约占绝干木材的2~5%，但个别树种除外。不同科属木材中的提取物成分和含量显著不同，这种差异往往比组成细胞壁的共同成分纤维素、半纤维素、木质素的差异显著的多。木材心材和边材的提取物组成和含量的区别如表4-1所示。表4-1木材心材和边材的提取物组成和含量的区别提取物类型边材心材糖类葡萄糖、蔗糖较多木糖、阿拉伯糖、甘露糖油脂及树脂脂肪酸为多，以酯型占多数树脂酸为多，以游离型占多数酚类化合物少量的糖苷型、还原型大量苷元、氧化型灰分较多较少木材提取物包括的化学成分组成复杂，主要有单宁、树脂、树胶、精油、色素、生物碱、脂肪、腊、甾醇、糖、淀粉和硅化物等。经鉴定，已有近800种化合物存在于木材提取物中，主要是脂肪酸类、萜（烯）类、黄酮类、木酚素类、含氮化合物以及水溶性碳水化合物等。一般可将它们分为三大类：①多元酚类化合物，包括黄酮、醌类等；②萜和萜类化合物，包括单萜、倍半萜、色素苷、柠檬素等；③脂肪族化合物、水溶性碳水化合物。在木材微细构造中，脂肪族类化合物多存在于薄壁组织，特别是射线薄壁组织细胞内，树脂则由树脂道周边的薄壁细胞分泌，充满树脂道内。某些阔叶材中的提取物，可能沉积在管孔内；溶于树液的提取成分，也沉积在木材组织的毛细管内。木材提取物对木材的色、香、味有着密切的影响关系。木材的气味主要是由萜与萜类化合物的挥发而产生；另外，也包含因为木材中的糖类等营养物质被微生物侵袭后产生的产物所散发的气味。不同树种的木材中由于其所含的精油的成分不同，因此挥发出的气味也各不相同。如香樟、檀香、香椿、侧柏、楠木等都有明显的香味，新伐下的杨木有香草味，冬青木材有轻微的马铃薯气味等。树种不同，其木材中所含提取物的化学成分有差异，因而从某些木材中逸出的挥发物物质不同所具有的气味也不同，例如檀香扇的香气主要来源于提取物的化学成分白檀精。未挥发的成分则具有不同的滋味，如板栗、栎木具有涩味，因为它们都含有单宁；苦木的滋味甚苦，系因木材中含有苦木素；檫木具辛辣滋味；八角树木材显咸略带辣味；糖槭有甜味等。木材的滋味是由于木材细胞里含有某种可溶性提取物，如将这些木材用水抽提，木材的滋味便可清淡或消失。威士忌的琥珀色和馥郁芬芳的香气，迷住了很多人，而无论颜色还是香气，都与作为瓶塞的橡木有关，在长年累月浸泡的过程中，橡木中的芳香油成分等，逐渐溶解到了酒精之中。威士忌用的橡木塞，是由橡木中的一种——白橡木制造而成的，无论是切开这种橡木，还是只削下一部分，威士忌特有的香气就会飘逸出来。4.2木材提取物的生物活性与药用价值木材除了给人一种自然感和美的享受外，还依树种不同、含有的挥发成分和抽提物质的含量不同，具有不同的香气与各种药用功效。例如，紫檀心材含有具抗糖尿作用的芪类化合物紫檀芪（pterostilbene）；-谷甾醇可用来预防和治疗动脉粥状硬化，而且是制造生物激素的重要原料；叶槭（Acernegundo）分离出异槭皂角苷配基（acerotin）和槭皂角苷配基（acerocin）都具有抗癌性；由东非罗汉松（Podocarpusgracilior）分离的II型罗汉松内酯具有抗肿瘤性和抗菌性；胡桃科、柿科木材中的胡桃醌是一种极为独特的生理活性物质，虽然能引起皮炎，但是具有良好的抗菌、抗霉、抗蚁、抗癌及中枢神经镇静作用；松木和杨木中少量存有的高良姜黄素（5,7-二羟基黄酮醇），对溶血性链球菌、炭疽杆菌、金黄色葡萄球菌、伤寒杆菌均有抑制作用，可用作食品、药品和化妆品中的抗氧化自由基。花柏中散发出来的松烯类化合物可以驱除蚊子；银杏可用于治疗高血压；白桦具有抗流行性感冒之功效；冷杉能杀灭黄色葡萄球菌；杉木会刺激大脑而使脑力活动更活跃等等。表3-5手指与材料接触时的热流量密度表4-2能说明木材的提取物具有一定的生物活性与药用价值。表4-2不同树种的木材精油的功能树种生理功效精神上的作用桦木清血、止痛、除尿酸（抗风湿痛）振奋、赋予活力白千层抗菌、发汗、退烧、化痰、利肺、镇痛使精神集中樟树止痛、抗菌、激励心脏功能、升血压、利尿、抗痉挛激励作用桉树杀菌、化痰、利尿、退烧、抗风湿痛、消炎、解除充血、治创伤使注意力集中澳洲茶树抗菌、杀菌、抗病毒、化痰、强化免疫系统使头脑清醒、恢复活力杨梅抗菌、杀菌、杀寄生虫、驱肠胃胀气、舒解骨盆充血、催情安定情绪檀香抗菌、消炎、化痰、驱肠胃胀气、促伤口愈合、催情镇静神经、抗抑郁圆柏抗菌、利肺、利尿、除尿酸、排毒、规律经期、镇痛清静、激励强化神经云杉抗菌、杀虫、化痰、利尿、促进血液循坏松弛紧张情绪冷杉抗菌、化痰、利肺、疏解肌肉疼痛温暖、实在的感受松木抗菌、消炎、解除鼻塞、疏解风湿痛及肌肉酸痛、激励肾上腺、强壮剂振奋精神杉木杀菌、抗菌、化痰、利肺振奋精神台湾扁柏降血压、抗菌松弛紧张情绪、缓解疲劳和愤怒情绪、抗抑郁柳杉杀菌、抗菌镇静、降低血压4.2.1甾类化合物甾醇为甾类（sterold）化合物的一种，主要由-谷甾醇、少量的二氢谷甾醇和微量的-谷甾醇的混合物组成。-谷甾醇、二氢谷甾醇在木材和树皮中分布很广，为松木、云杉、落叶松和杨木等树种的主要甾醇。为白色片状结晶，溶于乙醚和热醇，微溶于冷醇。-谷甾醇是重要的药物原料，有明显的抗炎性，可用于治疗皮肤溃疡和皮肤肿瘤，有抗氧性，与维生素类营养物质配伍用入护肤品中，有调理作用。松香酸广泛存在于松科植物的松脂中，松脂经水蒸气蒸馏分离松节油转变为松香。松香酸多呈黄色似玻璃状的透明块状结晶物，熔点约为85℃。松香酸和四氢松香酸及其盐类均有很强的抗菌性，能有效抑制链球属细菌的活性。对皮肤无刺激，本身有表面活性，在皮肤上黏着力强。脂肪酸中亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸具有降压作用，是很多中成药与西药的有效成分。桦皮脑（betulin）和桦皮酸（betulinicacid）是羽扇烷在木材中的代表性成分。桦皮脑及桦皮酸甲脂等分布于白桦木材中，桦皮酸分布于桦科、仙人掌科、柿科、杜鹃花科、金丝桃科、悬铃木科、玄参科等。高良姜黄素为5,7-二羟基黄酮醇，在红松木材中少量存在。体外试验表明，高良姜黄素对溶血性链球菌、炭疽杆菌、金黄色葡萄球菌、伤寒杆菌均有抑制作用，可用作食品、药品和化妆品中的抗氧化自由基。槲皮素也少量存在于红松木材中，它有一定的抗氧性。4.2.2生物类黄酮在木材中广泛存在着多种黄酮类化合物，尤其松科与柏科木材中。黄酮类化合物早期是指具有乙—苯基吡喃酮结构的一类黄色素，现指具有色酮环与苯环为基本结构的一类化合物的总称。可以分类为：黄酮类、黄酮醇类、异黄酮类、黄烷酮类等，广义的范围还包括查耳酮、嗅酮异黄烷酮、双黄酮及茶多酚（儿茶素的结构、性质及作用与类黄酮相似，也可归于黄酮类化合物中），其中黄酮醇是重要的一类。（1）黄酮的功能结构植物界中存在各种各样的生物类黄酮，目前发现的已达2000余种。黄酮类化合物一般能溶于水、稀乙醇、乙酸乙酯等极性溶剂中，难溶于乙醚、氯仿和苯中。黄酮类分子中甲氧基、甲基、不饱和烃基增多时，则降低其在极性溶剂中的溶解度。研究发现，在众多的生物类黄酮中却因其结构的不同，有的表现出生物活性，有的没有生物活性，而且生物活性因结构的差异而不同。生物类黄酮分子中心的α、β不饱和吡喃酮是其具有各种生物活性的关键。ABC三环的取代基决定其特定的生理功能。有效酚羟基理论认为：B环上的3,4邻二羟基对清除自由基和机体组织中的脂质过氧化物起决定作用，而在抑制油脂自动氧化中3－OH、5－OH、4－羰基和2,3位的双键起主导作用。因此清除超氧阴离子自由基的能力芦丁槲皮素桑色素橙皮苷，而抑制油质氧化的能力槲皮素桑色素芦丁。（2）生物类黄酮的生物活性生物类黄酮（bio-flavonoids）具有多种生物活性，可用于抗自由基、延缓衰老，治疗和预防癌症、心血管等退变性疾病，具有很大的应用价值。①抗氧化及抗自由基作用自由基是引起癌症、衰老、心血管等退变性疾病的罪恶之源。生物体内常见的自由基有：超氧阴离子自由基（O2·－）、羟基自由基（·OH－）、烷氧基自由基（RO·）等，其产生过程为：O2·－形成最早，·OH－作用最强，－ROOH连锁反应循环最持久，一旦清除O2－和－OH的形成，就从根本上预防体内形成过多的－OH和其它活性氧自由基，达到防衰、抗癌、抗心血管病的目的。生物类黄酮能够清除自由基的作用机理在于它阻止了自由基在体内产生的三个阶段：即与O2·－反应阻止自由基引发，与金属离子螯合阻止·OH－的形成；与脂质过氧基（ROO·）反应阻止脂质过氧过程。黄酮类化合物具有C6－C3－C6双芳环联结形式，分子中心的α,β不饱和吡喃酮使其表现出抗氧化活性，是极好的天然抗氧剂。类黄酮的抗氧化能力与其所含羟基的数量和位置有关，一般羟基数目多抗氧化能力强，如淡黄木樨草甙比槲皮酮强；羟基若有3个以上的话，其位置也很重要，一般A环5和7位上的羟基作用大。用槲皮素、芦丁、桑色素、橙皮甙等清除体内过多的·OH－、O2·－等活性自由基的研究表明，类黄酮确实具有清除活性氧自由基的作用，特别是清除O2·－效果更好，且清除能力依次为：芦丁槲皮素桑色素橙皮甙。所以类黄酮可预防与活性氧有关的动脉硬化、癌、糖尿病、帕金森化病等疾病，有抗衰老作用。②抗癌和防癌作用生物类黄酮还可保护细胞免受致癌因子的损害。许多生物类黄酮抑制肿瘤细胞糖醇解、生长、线粒体琥珀胺氧化酶活性和磷脂酰肌醇激酶（卵巢癌细胞中）活性的功能，起到抗癌、防癌的作用。尤其是槲皮素、洋芫荽黄、淡黄木樨草甙等类黄酮物质可极大地抑制这种癌细胞生长发育阶段所必须的酶系统—蛋白激酶的活性，也可以通过抑制钙调素（肿瘤细胞DNA合成的活化因子）而有效地抑制肿瘤，即使毫摩尔浓度的极小量就能有效地阻滞癌细胞增殖。在人体和大白鼠的癌细胞培养时，若加入黄酮类化合物，就能很大程度地抑制其增殖。研究认为其作用机理是通过调节细胞生长周期，从而抑制其增长。癌的形成过程是：致癌物作用于正常细胞，经初期阶段形成突变细胞G1阶段，经促进阶段形成癌细胞，再经发展阶段形成癌组织。槲皮素、洋芜荽黄、染料木黄酮等具有把细胞从G1状态转变为正常状态的作用，异黄酮类的染料木黄酮具有特别强的效果。虽然黄酮类不是人体的组成物质，但认为具有癌预防的效果。③对心血管系统的作用能够改善心血管平滑肌的收缩舒张功能，因此可用于治疗心律失常、心绞痛、心肌梗塞等症；生物类黄酮对血管活性物质及影响活性物质的酶也有一定的作用。某些生物类黄酮具有低密度脂蛋白（LDL）氧化的作用，并对主动脉内皮细胞腺苷脱氨酶有抑制作用，因此可以用于防治心血管病、偏头痛、动脉粥样硬化等症。此外，生物类黄酮可以显著地延长缺氧性心律失常时间，提高颤阈值，减慢心律，减弱心肌收缩力，延长房室交界区的激动传导时间，适度延长左房功能