狭叶白蜡（Fraxinus angustifolia Vahl. ssp. pannonica Soó & Simon）树桩生物质的化学表征：增值潜力评估

《Analytica》：Chemical Characterization of Fraxinus angustifolia Vahl. ssp. pannonica Soó & Simon Stump-Derived Biomass: Evaluation of Valorization Potential

　　

在森林开发过程中，大量木材生物质在采伐后作为残留物被遗弃，尽管这些材料通过替代化石燃料并作为生物活性化合物的来源，可能有助于减少温室气体排放。在欧盟循环生物经济战略的背景下，提高森林采伐残留物的利用效率和合理应用是未来的关键目标。为首次评估树桩作为森林残留物源木质生物质的潜在用途，研究人员分析了狭叶白蜡（Fraxinus angustifolia Vahl. ssp. pannonica Soó & Simon）树桩的木质部和树皮中的化学成分及生物活性化合物的存在，包括纤维素、酸不溶木质素（acid-insoluble lignin）、酸溶木质素（acid-soluble lignin）、灰分（ash）以及甲苯-乙醇和热水可溶抽出物的含量。在热水提取物中，研究人员评估了总酚含量（total phenolic content, TPC）、通过DPPH自由基清除能力和HPTLC测定的抗氧化活性、通过ICP-OES测定的元素含量，以及通过UHPLC-DAD-ESI-MS/MS鉴定的生物活性化合物。考虑化学成分，狭叶白蜡木质部的质量（纤维素：42.46 ± 0.45%；木质素：25.05 ± 0.02%；半纤维素：19.74 ± 0.46%）与茎干相似。狭叶白蜡树桩树皮的热水提取物显示出高总酚含量（33.94 ± 1.43 mg GAE/g DW）和强抗氧化潜力（198.48 ± 3.33 μmol TE/g DW），同时未检测到有毒金属。UHPLC-DAD-ESI-MS/MS分析表明，苯乙醇苷（phenylethanoid glycosides）是提取物中的主要化合物。“Morovi?”森林管理局的狭叶白蜡树桩代表了一种具有进一步增值潜力的有价值生物质。

**论文解读：狭叶白蜡树桩生物质的化学表征与增值潜力评估**

**研究背景与问题**
在森林采伐作业中，大量木质生物质残留物（如树枝、树皮、树桩等）通常被遗弃在林地中，尽管这些材料具有替代化石燃料以减少温室气体排放的潜力，并能作为生物活性化合物的来源。树桩作为采伐残留物的重要组成部分，其年产量可达数百万立方米，但长期未得到充分利用。当前，欧盟循环生物经济战略强调提高森林残留物的利用效率，然而，树桩的化学组成，尤其是阔叶树种如狭叶白蜡（Fraxinus angustifolia Vahl. ssp. pannonica Soó & Simon）的木质部和树皮，尚未得到充分研究。现有研究表明，树桩含有较高的抽出物和次生代谢物，如多酚类化合物，具有抗氧化、抗菌等生物活性，但其在生物炼制中的潜在价值缺乏系统评估。此外，树桩移除可能对土壤质量和森林可持续性产生负面影响，因此，全面了解其化学组成对于平衡生态效益与资源利用至关重要。

**研究内容与结论**
研究人员首次对来自塞尔维亚“Morovi?”森林管理局的102年生狭叶白蜡树桩的木质部和树皮进行了综合化学表征。研究采用标准化分析方法，包括纤维素、木质素、抽出物和灰分的定量；通过分光光度法测定总酚含量（TPC）和DPPH自由基清除能力；利用HPTLC-DPPH生物自显影法可视化抗氧化活性；采用UHPLC-DAD-ESI-MS/MS鉴定次生代谢物；并通过ICP-OES分析热水提取物中的元素组成及安全性。结果表明，树桩木质部的纤维素（42.46%）和木质素（25.05%）含量与茎干木材相似，具有作为木质纤维素原料的潜力；树皮热水提取物具有高TPC（33.94 mg GAE/g DW）和强抗氧化活性（198.48 μmol TE/g DW），且未检出有毒重金属（如As、Cd、Pb、Hg）。UHPLC-DAD-ESI-MS/MS分析鉴定出苯乙醇苷（如verbascoside）、裂环烯醚萜苷（如oleuropein）、木脂素和酚酸类化合物，其中苯乙醇苷为主要成分。该研究发表在《Analytica》期刊上，首次揭示了狭叶白蜡树桩生物质的化学组成和增值潜力，为森林残留物的可持续利用提供了科学依据。

**主要技术方法**
研究人员采用了多种互补分析技术：纤维素含量通过Kürschner-Hoffer法测定（硝酸-乙醇处理）；木质素通过两步酸水解（72% H₂SO₄）结合UV分光光度法（205 nm）测定酸溶木质素；有机溶剂抽出物通过Soxhlet提取（甲苯-乙醇，2:1）；热水抽出物通过沸水浴提取；总酚含量采用Folin-Ciocalteu法；抗氧化活性通过DPPH分光光度法和HPTLC-DPPH生物自显影法；次生代谢物鉴定采用UHPLC-DAD-ESI-MS/MS（负离子和正离子模式）；元素分析使用ICP-OES。样本来源为塞尔维亚“Morovi?”森林管理局的102年生狭叶白蜡树桩，木质部和树皮分别制备。

**研究结果**

**3.1 化学组成**
通过化学组成分析发现，树桩木质部与树皮在结构生物聚合物含量上存在差异。木质部纤维素含量（42.46%）略低于同一地区成熟茎干木材（46.83%），但处于白蜡属文献报道范围（38.22–49.24%）内；木质素含量（25.05%）与茎干木材（24.70%）接近。树皮中纤维素含量远低于木质部，而木质素含量较高（与硬木树皮文献一致）。热水抽出物在树皮中高达17.30%，显著高于木质部（6.48%），表明树皮富含可溶性次生代谢物。灰分含量在树皮中高于木质部，但有毒元素未检出。

**3.2 总酚含量与抗氧化能力（分光光度法）**
树皮热水提取物的TPC（33.94 mg GAE/g DW）高于文献中茎干树皮（20.53–21.86 mg GAE/g DW）甚至乙醇提取物（22.85–25.15 mg GAE/g DW），表明树桩树皮是多酚的富集来源。抗氧化能力（DPPH法）在树皮提取物中（198.48 μmol TE/g DW）远高于木质部，但木质部仍表现出一定活性。

**3.3 HPTLC–DPPH•抗氧化活性**
HPTLC-DPPH生物自显影显示，树皮提取物在多个R_f区域（0.08–0.60）出现明亮的抗氧化活性带，表明存在极性和中等极性酚类化合物，包括可能的苯乙醇苷类；木质部提取物活性较弱，仅在R_f≈0.08–0.10和0.25–0.30处有微弱活性带。

**3.4 UHPLC-DAD-ESI-MS/MS分析**
通过UHPLC-DAD-ESI-MS/MS，在负离子和正离子模式下鉴定出多种次生代谢物。苯乙醇苷类（如verbascoside、β-hydroxyverbascoside、forsythioside、decaffeoylverbascoside）为主要组分，其MS/MS碎片（m/z 461, 315）符合典型断裂模式。此外，还检测到裂环烯醚萜苷类（oleuropein、ligstroside、eukovoside）、木脂素（secoisolariciresinol衍生物）和酚酸类（p-coumaric acid、caffeic acid、gallic acid衍生物）。树皮提取物显示出更丰富的化合物多样性。

**3.5 ICP-OES元素分析**
ICP-OES分析显示，树皮热水提取物中宏量元素（K、Ca、Mg）浓度高于木质部，仅S在木质部中略高。微量元素中，仅Si和Cu在木质部中浓度更高。所有有毒元素（As、Cd、Pb、Hg）及潜在毒性元素（Ni、Co、V）均低于检测限，且检出元素浓度远低于ICH Q3D指南的口服和皮肤允许浓度限值（PCLs），表明提取物具有良好的安全性。

**总结讨论与结论**
研究人员在讨论部分指出，树桩木质部与茎干木材的化学相似性使其适用于传统木质纤维素工业，而树皮的高酚含量和抗氧化活性使其成为生物活性化合物提取的潜在来源。苯乙醇苷类作为主要成分，与已知的抗氧化机制相符。元素分析证实了提取物的安全性。结论部分翻译如下：
基于对化学成分和生物活性化合物的分析，确定“Morovi?”森林管理局场地的狭叶白蜡树桩代表了一种有价值的、至今未充分利用的生物质资源，具有进一步增值的潜力。树桩木质部显示出与茎干木材相似的化学组成，尤其是在纤维素和木质素含量方面，表明其适用于依赖木质纤维素原料的工业。同时，树皮热水提取物具有高总酚含量和显著抗氧化活性，且无有毒金属，使其成为生物基工业进一步研究的合适原料。基于UHPLC-DAD-ESI-MS/MS分析，可得出结论：所分析的狭叶白蜡树桩生物质富含不同类别的次生代谢物，以苯乙醇苷和裂环烯醚萜苷为主，同时存在木脂素和酚酸。样本比较表明，树皮样品在化学多样性上更丰富，尤其是在鉴定出的环烯醚萜和酚类成分谱方面，显示出更大的进一步增值潜力，而木质部也含有关键生物活性化合物，但多样性略低。所得结果表明，来自“Morovi?”森林管理局场地的狭叶白蜡树桩，基于其化学组成，具有关于纤维素和木质素含量以及生物活性成分的进一步研究潜力。为确认这一点，进一步研究有必要检查来自同一场地的更多个体树桩。