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植物用于治疗和保健已有悠久的历史,木材是植物的一部分,其对人体的保健功效正在不断地被发现。木材的保健功效主要源于木材气味的释放,研究木材气味释放已成为木材科学与技术学科研究热点之一。柚木作为重要的热带珍贵用材树种之一,具有广泛应用价值。我国柚木的引种栽培研究被列为国家重大项目,柚木已成为我国热带、亚热带重点培育的优良珍贵树种。随着种植范围逐渐扩大,柚木材的高附加值利用研究迫在眉睫。柚木材具有特殊的气味,其固有气味具有驱避作用,对动物与人有明显的作用,因此,开展柚木材气味及其释放机理的研究具有重要理论与现实意义。 论文采用传统的索氏提取方式,提取不同种源柚木心边材内含物成分,并对其进行分离,利用傅里叶红外光谱、气质联用分析技术确定其化学组成及化学结构。结果表明:从柚木边材乙醇提取物中共检出36个组分,心材乙醇提取物中共检出46个组分,边材苯提取物中共检出36个组分,心材苯提取物中共检出42个组分。通过对比分析,不同种源柚木边心材主要物质是相同的,边材提取液中具有代表性的物质包括:2-甲基-9,10-蒽醌、十八碳-9-烯酸、十六酸酰胺、1-羟基-4-甲基蒽醌、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、角鲨烯、豆甾醇、22,23-二氢豆甾醇、豆甾烯酮,其相对含量在60%以上。心材提取液中具有代表性物质包括:3-(1,1-二甲乙氧基)-1,1’-二联苯、角鲨烯、2-甲基-9,10-蒽醌、1-羟基-4-甲基蒽醌、5-叔丁基联苯-2-醇,其相对百分含量在69.34%-86.12%。 利用热重分析的方法研究了不同升温速率下4个种源柚木心边材的热解特性,结果表明:柚木材的热解大致分为四个阶段:常温至150℃的失水阶段、150℃-200℃预热阶段、200℃-500℃的主热解阶段、500℃-820℃的碳化阶段。不同种源样品在不同升温速率条件下其热解过程大致相同,第三阶段为半纤维素、纤维素等的主热解阶段,试样发生了剧烈的热分解反应,在此区间大分子裂解成小分子而挥发造成试样急剧失重,失重率达70%-80%。从DTG曲线可以看出,随着升温速率的增大,热重和微分热重曲线峰值均向高温区移动。在不同升温速率得到的残炭量均在20%以内,其中升温速率在30℃/min条件下,四个种源柚木材热解后的残炭量均为最低。从不同温度热解产物来看,热解温度为200℃时,热解产物主要为柚木材内含物受热蒸发而产生;随着温度的升高,柚木材中半纤维素、纤维素及木质素等发生了热解,在热解温度分别为350℃、500℃、600℃时,酚类、醛类、酮类等小分子热解产物明显增多;当热解温度为750℃时,主要的热解产物为萜烯、乙酸、蒽醌等分子键不易发生断裂的物质。 针对柚木材气味释放特性,论文研究了柚木材气味释放的主要成分及影响因素。结果表明:柚木材在温度较低时,所释放的气味组分极少,仅有乙酸等易挥发性物质,随着温度的升高,柚木材所释放的气味组分逐渐增多,其含量也相应的增大。在200℃时,柚木材释放的挥发性物质共检出37个组分。主要组分包括:2,3-丁二酮、乙酸、对异丙烯基苯乙酮、(E)-2-甲氧基-4-(1-丙烯基苯酚)、(+)-香橙烯、γ-衣兰油烯、α-衣兰油烯、β-杜松烯、去氢白菖烯、白菖烯、大根香叶烯B、δ-杜松烯、γ-杜松烯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2-甲基-9,10-蒽醌、角鲨烯。粒径、气体流速、温度、放置时间、密闭空间等因素对木材气味释放具有重要的影响。气味随着粒径的变小释放量逐渐增大;气味释放量与气体流速有关,随着气体流速的增加,释放量也相应的增加,但是当气体达到一定流速时,其对柚木材气味释放量影响较小,其曲线也趋于平缓;温度对木材气味释放量有重要的影响,温度不仅影响气味在木材内部的扩散,还影响气味在木材表面的扩散,对于柚木材,在温度较低的情况下,其气味释放量较低,随着温度的升高,柚木心材的气味释放总量在逐渐升高,特别是在温度为180℃后,释放量急剧上升;试样放置时间对其释放量的影响是显著的,随着放置时间的增减,柚木材气味组分释放量也是在逐渐递减;在密闭空间内,气味组分释放量逐渐升高,当到达一定时间后,其释放达到平衡,气味的释放速率减小。 为揭示柚木材气味释放规律,论文依据传质理论构建了柚木材气味释放传质模型,即E=SC(Aeβ(1+d)-Be-β(1+d)/-β(e-Dβ2t-1)。同时,论文依据创建的气味流变原理构建了柚木材气味释放流变模型,定义了木材气味流变释放的主要概念,利用马克斯韦模型、凯尔文模型、勃格模型等经典模型推导出了柚木材气味释放蠕变模型和松弛模型,即EGB=P0(1/k1+//k2(1-et/τ)+1/γ1t)和EG=EG1et/τ1+EG2et/τ2。分别对比了柚木材气味传质模型和流变模型,结果表明:以气味流变学理论构建的木材气味流变模型与以传质理论构建的木材气味传质模型所描述的气味释放规律基本一致。通过比较模型预测值与试验值的差异,发现依据模型计算的预测结果与实际试验数据吻合较好,为研究柚木材气味释放规律开辟了新的研究思路与方法。