从包含有节木的木材中分离酚类物质 或保幼酮的方法 【技术领域】
本发明涉及一种从包含有节木的木材中分离化学物质，即酚类物质或保幼酮的方法。
背景技术
本文所引用的用以阐明本发明背景的出版物和其他资料，尤其是对实际工作提供详细解释的出版物和其他资料被引入作为本文的参考。
已知植物资源，包括木材，含有酚类物质，这些酚类物质具有或多或少的亲水性。从木材中提取的酚类物质包括类黄酮、木酚素和芪类。云杉木中含有的酚类物质主要为木酚素，而在松木和硬木中酚类物质主要为类黄酮和芪。Freudenberg和Knof(1)早在1957年就在挪威云杉中发现了多种木酚素，包括例如羟基马台树脂醇、马台树脂醇、铁杉内酯、松脂醇、氧络马台树脂醇、落叶松树脂醇、羟基落叶松树脂醇异构体和立奥伟(liovil)。除了这些木酚素之外，异落叶松树脂醇、开环异落叶松树脂醇、云杉树脂醇和奈甲酸酸也已经从云杉中被分离出来。
银松素(芪类)和类黄酮已经被证明存在于松树中；香树精和紫杉叶素两种类黄酮已经由落叶松中被分离出来；芪和类黄酮都已经由硬木中被分离出来。
据报导，这些酚类化合物中有好多具有颇有价值的治疗作用，特别是作为抗肿瘤和抗氧化药剂。(S Nishibe，1997，(3))，JD Ford et al 1999(4)和N M Saarinen et al 2000(5))。
保幼酮是一类环己烷衍生物并且用作例如杀虫剂。
在本发明之前，还没有发现树节和树的枝条比树的其他部分含有更高含量的类黄酮和芪。
虽然在文献(2)中已经提及在木材和枝条中含有某些木酚素，特别是羟基马台树脂醇，但是迄今为止还没有发现从木材中分离此类化合物的有效方法。
发明概述
本发明的意图是充分利用用于制浆或其他机械加工木制品的木材，来合并分离酚类物质或保幼酮，因此本发明的目的是：i)为此类有价值的化学物质提供实际有效的来源；和ii)提高制浆或机械加工木制品过程中副产品的经济价值，将其作为酚类物质和类黄酮的新来源，迄今为止它还只被用于产生能量。
因此，本发明涉及一种从包含有节木的木材中分离酚类物质或保幼酮地方法，所述方法包括以下步骤：
a)用极性溶剂从
i)通过筛选切片木材得到的过大切片部分，或
ii)从所述过大切片部分中得到的富含树节的次级部分，或
iii)在机械加工木材时作为废料得到的有节木，
中提取，并
b)回收提取物。
附图简述
图1表示带有树枝的树干的纵切面和树枝的纵切面。为了研究木酚素的分布，图中进一步表示了树节和树枝的采样，沿着无树皮的树干的最外层的垂直虚线定为基准线(0cm)。
图2A到2E表示的是从距图1中零基准线的不同部位选取的五个树节样品和三个树枝样品中总的木酚素，在伸张木(菱形)、边木(正方形)和受压木(三角形)中的分布。
发明详述
术语“酚类物质”可以理解为包括木酚素、低聚木酚素、类黄酮、异类黄酮、芪、丹宁酸和酚酸。所有这些化合物主要为亲水性物质，可以用极性溶剂即亲水性溶剂提取。
术语“有节木”可以理解为包括“树节”，即树枝植入树干内的部分，和伸出树干的部分的木材。
术语“过大切片部分”为制浆过程中筛选切片时得到的不合格切片部分。过大切片部分可以占总切片的1-5％，不能用作纸浆生产。直到现在，过大切片还只是回收再切片或分离燃烧。过大切片中除了含有有节木外还含有相当多的“正常木”，即可以用于制浆的有用木材。过大切片部分中的有节木的含量取决于不同的树种和所用木材的质量，估计含有约10-30％。因此，过大切片中含有有节木的部分也被称作“富含树节的部分”。
虽然可以利用这样的过大切片来提取酚类物质，但更可取的是先将木材分为富含树节的部分和不富含树节的部分，并且利用富含树节的部分来提取。“不富含树节的部分”是指“正常木”，可以用于制浆。可以直接分离过大切片部分或是木材在筛选前首先被精制，以得到富含树节的部分。
“在机械加工木材时作为废料得到的有节木”包括，例如，制造胶合板时，在将单独的胶合板片粘在一起以形成最终制品前的制造阶段剪掉的含有树节的胶合板片，相应部分由标准木制胶合板片替代。其他的例子包括在建筑和制造家具等类似的行业中由于各种原因剃除的含有树节的不合格木板；锯屑也是其中的一个例子。然而，有用的“废料”不只是在此所列举的这几种。
“极性溶剂”可以是一种单独的极性试剂，也可以是两种或两种以上的极性试剂的混合物。所述一种极性试剂或多种极性试剂在25℃下测定的介电常数大于3。例如极性溶剂可以只是纯净的水，也可以是水和丙酮或水和醇如酒精的混合物。
可以对干燥过的木材进行提取，也可以对未加工过的木材进行提取。
虽然提取本身是利用制浆或机械加工木制品过程中的木材，但是提取也可以作为独立的工艺过程进行，因为有节木，特别是富含树节的过大切片部分比较易于运输和储藏以用于以后处理。
不同的树节中酚类物质的含量变化非常大，并且取决于所要提取的酚类物质以及所采用的树木种类。所以，在提取阶段得到的提取物中或许含有相当高浓度的所需酚类化合物，因此在某些场合，提取物或许可以直接应用，而不用进一步提纯。
如果需要进一步提纯，所用方法取决于想要分离的物质和要达到的纯度。例如有用的纯化方法可以是层析法或结晶法。
利用本发明中的方法可以提取的比较重要的木酚素包括，羟基马台树脂醇、羟基马台树脂醇同分异构体、马台树脂醇、铁杉内脂、松脂醇、氧络马台树脂醇、落叶松树脂醇、立奥伟、异落叶松树脂醇、开环异落叶松树脂醇、云杉树脂醇、奈甲酸和南荛酚，然而术语“木酚素”并不限于这些化合物。
“低聚木酚素”是指含有3到6个由β键联接的苯基丙烷单元的化合物，而正常的木酚素含有两个由β键联接的苯基丙烷单元。
利用本发明的方法可以提取的类黄酮包括松属素、二氢山奈醇、短叶松素、柚苷配基、儿茶酚、2，4，6-三羟基查耳酮、香树精和紫杉叶素。
利用本发明的方法可以提取的芪类包括银松素、银松素单甲基醚、二氢银松素、甲基银松素、甲基二氢银松素和白藜芦醇。
利用本发明的方法可以提取的保幼酮类包括表保幼酮、脱水保幼酮、二氢表保幼酮、和表保幼酮酸。
从有节木中提取酚类物质或保幼酮相比于采用其他原料更为有利。在富含树节的过大切片中此类物质的含量是正常木的10到1000倍。好多此类化合物根本不存在于正常木中。用此方法得到的提取物中大约有10-50％为一种酚类化合物或酚类化合物的混合物，另一有趣的特征是在这些提取到的酚类化合物中或许有一种 的含量会特别高，例如在云杉有节木的提取物中，羟基马台树脂醇占酚类物质的65-85％。
因此本发明提供了一种独特的方法，可以提取到在提取物中含量很高的所需酚类或保幼酮类化合物，除此之外，本发明的优点还在于用于提取的木材迄今为止还只是用作提供能量的木材部分。
本发明由以下非限制性实验部分加以阐明。
实施例部分：
试验分为三部分，在第一部分，对三棵挪威云杉(云杉属)进行研究，得到全部木酚素、羟基马台树脂醇和低聚木酚素在树节和树枝中的分布情况(试验1)；在第二部分，对七棵挪威云杉(云杉属)进行研究，得到全部木酚素、羟基马台树脂醇和其他某些木酚素和低聚木酚素在树节和树枝中的分布情况(试验2)；在第三部分(试验3)，对三棵冷杉属树木、三棵云杉属树木、两棵落叶松属树木和三棵松属树木中的各种木酚素的含量进行研究，在此阶段，对不同芪类和类黄酮类化合物的含量也进行研究。第三部分所用的方法与第一、第二部分所用的方法相似。表五中表示的是第三部分得到的结果。此外，对桦树(桦属)和杨树(杨属)样品也要根据本发明的方法进行研究，在白杨中发现了类黄酮二氢山奈醇和柚苷配基，而且确实发现了一些芪类物质。
试验1
材料
将生长于芬兰南部，在五月份采伐的三棵旺盛的挪威云杉(表1)得到的木盘，在-24℃下储存。样品为：带有或已经脱落了死树枝的几个树节的心材(DK)；带有活树枝的几个树节的心材(LK)(表1)；从每棵树树干的1.5m高处得到的没有明显压缩木的心材(HW)和边材(SW)。
表1.树干和树节心材样品分析
1.5m高处年轮 1.5m高处心心材部分
树1
树干 死树枝树节 活树枝树节
HW1.5* DK3.5 LK4.5 LK13.5
SW1.5 DK5.5 LK9-a LK15-a
LK12 LK15-b
树2
树干 死树枝树节 活树枝树节
HW1.5 DK4.5 DK13.5 LK8
SW1.5 DK6.5 LK9
DK7.5 LK14.5
树3
树干 死树枝树节 活树枝树节)
HW1.5 DK6 DK11-b LK7 LK17.5
SW1.5 DK8 DK13.5 LK12
DK11-a LK15
*m地面以上
另外五个树节和三个树枝的心材切成1cm厚的切片，并进一步分为伸张木、边木和压缩木，对其研究木酚素的分布(图1)。
方法
木材样品裂成碎片，冻干并用威力研磨机(Wiley mill)研磨，得到的粉粒过10目筛。研磨后进行第二次冻干以确保完全除掉挥发性化合物。用于研究木酚素分布的木材样品冻干，用曲解剖刀切碎并再一次冻干。
连续提取在仪器ASE(加速溶剂提取器)中进行。先用正己烷提取亲脂性物质(溶剂温度90℃，压力13.8MPa，2×5min静态功率因数循环)，再用丙酮和水(95∶5 v/v)的混合物(溶剂温度100℃，压力13.8MPa，2×5min静态功率因数循环)提取亲水性物质。用于研究木酚素分布的样品只用丙酮和水(95∶5 v/v)的混合物(同上，3×5min静态功率因数循环)提取。
先将提取溶液蒸发，并对提取物硅烷化，然后在一个25m长×0.20mm直径的充有交联甲基聚硅氧烷的柱中(HP-1)分析木酚素、游离脂肪酸、树脂酸和游离固醇。用二十一烷酸和桦木醇作为内参标准物。用于量化分析木酚素时桦木醇的修正参数为1.2。所有的结果以冻干的木材为基数用mg/g或％(w/w)表示。
在上面硅烷化的同一样品中的低聚木酚素根据(6)用十七烷胆甾醇酯作为内参标准物分析。
用HP6890-5973 GC-MSD仪器通过GC-MS分析硅烷化的组分，鉴别个别的组分，所用GC柱与上面所用的相似。
结果1
木酚素和低聚木酚素为所有样品中亲水性提取物的主要组分(表2)。在大多数的样品中还发现了少量的(＜1.1mg/g)单糖。在所有样品中发现了微量的(＜0.2mg/g)含苯酚结构的简单化合物，主要为松柏醇和香草酸。
有节木中的木酚素含量非常高，为6-16％(w/w)，而在树干中最多为0.2％(表2)。在同一棵树和不同树的树节中木酚素的总含量的变化都非常大。看起来带有活树枝和带有死树枝的树节并没有差别。鉴别出的木酚素与以前在挪威云杉(7)中鉴别出的木酚素相同。未鉴别出的木酚素也进行检测并确定其含量。在所有样品的提取物中，主要部分皆为羟基马台树脂醇(HMR)的两种异构体。
用GC量化分析两组低聚酚类物质的混合物(表2)，初步的分子排阻层析分析和MS研究表明这些化合物中含有和木酚素中相似的苯基丙烷单元。SEC和GC保留时间表明这些化合物为低聚的(三聚或四聚)木酚素，在此称之为低聚木酚素。树节中低聚木酚素的总含量为2-4％(w/w)，低聚木酚素占树节中木酚素总含量的20-30％。
表2树干和树节心材样品中木酚素和低聚木酚素的含量，HMR是所有样
品中含量最高的木酚素
木酚素 低聚木酚素
总含量 HMR 三聚物 四聚物
mg/g ％of total mg/g mg/g
树1
HW1.5 1.1 44 0.26 0.18
SW1.5 0.7 53 0.17 0.08
DK3.5 118 66 17 13
DK5.5 123 68 17 10
LK4 5 119 68 22 10
LK9-a 124 69 21 9
LK12 159 73 26 12
LK13.5 120 73 20 10
LK15-a 156 77 24 15
LK15-b 149 80 25 14
树2
HW1.5 0.5 17 0.11 0.05
SW1.5 0.2 25 0.07 0.03
DK4.5 90 76 11 11
DK6.5 134 75 16 14
DK7.5 144 73 18 14
DK13.5 117 76 15 11
LK8 142 74 18 10
LK9 129 75 17 10
LK14.5 154 77 21 9
树3
HW1.5 2.2 37 0.32 0.13
SW1.5 0.2 25 0.06 0.02
DK6 63 72 8 10
DK8 75 74 10 13
DK11-a 124 76 17 14
DK11-b 77 76 11 10
DK13.5 114 81 14 13
LK7 95 77 12 13
LK12 145 82 16 9
LK15 104 77 17 8
LK17.5 134 76 25 14
图2A到2E表明从接近树节基部到树枝10-20cm处木酚素的分布。在树2和3中，树枝20cm以外几乎不含木酚素，同时在树1的树枝中它们的含量急剧下降。在树干内部，木酚素的含量从树髓到外面树枝沿径向分布非常均匀。木酚素在伸张木-边木-压缩木中的含量依次下降。由于伸张木通常含有比边木和压缩木更少量的树节，所以较高含量的木酚素位于边木和压缩木中。
实验2
在此实验中，得到七棵挪威云杉树节的亲脂性提取物和亲水性提取物的分析结果，目的是测定在同一棵树和不同树的树节和树干中提取物的含量、组成及其分布。我们同时也对由于地理位置的不同引起的差异感兴趣，这就是为什么在作为样品的七棵树中有两棵来自芬兰北部的原因。
材料
砍伐七棵旺盛的挪威云杉(表3)，得到树干和树节作为样品，在-24℃下储存6h。树1-3在五月份砍伐，树4-5在1月份砍伐，树6-7在十月份砍伐。树1-3和6-7茂密地生长于砂质土中，而树4-5种植于已形成的耕地中。树1-5在1.5米高处的平均直径约为30cm，而树6-7的平均直径约为25cm。树4-5生长的非常快。由仍留在树上或已经落下的死树枝(DK)和活树枝(LK)的树节的心材作为样品，为了简便，此处以树节表示树节的心材。以树1-3和6-7 1.5m高处无明显畸形或腐烂的树干心材(HW)和树1-7 1.5m高处无明显畸形或腐烂的树干边材(SW)作为样品。在每个样品的编码中(例如DK3.5)，数字以米为单位表示距地面的高度，而后缀a或b表示同-高度的不同树节。另外的七个树节和五个树枝的心材切成1cm厚的圆片，并分为伸张木、边木和压缩木以测定木酚素的分布(图1)。
表3
*被相继提取和分析的树节心材样品的数字(死树枝树节，活树枝树节)。
提取和分析提取物的方法与前面实验1中描述的方法基本相似。
结果
亲水性提取物中主要的组分为木酚素和低聚木酚素(表4)。大多数样品中检测到的低含量提取物主要为单糖、简单酚类(或单木质素)和二聚木质素类非木酚素芳香族化合物，例如，1，3-(二甲氧苯基)-1，2-丙二醇。相对于树干来说，树节中木酚素的含量非常高(表4)。芬兰北部树木的树节中木酚素的含量为14-24％(w/w)，而芬兰南部树木的树节中木酚素的含量为6-16％(w/w)，即使未成材的树木的树节中木酚素的含量也高达4-8％(w/w)。边材中木酚素的含量较低。
在同一棵树和不同树的树节中木酚素的总含量变化都非常大。在所有的树木中，活树节中木酚素的含量最高。因为所检测的树木来自不同的地方，树龄也不一样，所以不可能得出北部的树的树节含有更高含量的木酚素是因为其树龄高或不同生长地的结论。不管怎样，树的基因型却由于生长地而不同，北部的树垂下的树枝与树干之间的夹角比较小，这是生长于北极圈附近的挪威云杉的特征。事实是，芬兰北部比南部更为恶劣的气候必然会对树节造成另一种类型的应力，以前有人提出，外应力会造成挪威云杉树干的不正常生长，并且与木酚素的高含量也有关系(2)。
鉴别出的主要木酚素与以前在挪威云杉中鉴别出的木酚素(7)基本相同。鉴别出的木酚素为羟基马台树脂醇(HMR)的两种差向(立体)异构体、α-铁杉内脂、立奥伟(两种异构体)、开环异落叶松树脂醇、落叶松树脂醇、松脂醇、马台树脂醇、异落叶松树脂醇、α-奈甲酸和一种称为木酚素A的木酚素，还量化检测出七种不知名的微量木酚素。在所有的树节提取物中主要成分皆为HMR的两种差向(立体)异构体(表4)，在此根据它们在GC中洗脱的顺序称为HMR1和HMR2。关于主要的木酚素HMR2和它的少量差向(立体)异构体或同分异构体HMR1或allo-HMR1的结构早已在有关文献(8，9)中讨论过。在树1-2和6-7中HMR2/HMR1在2到4之间，而在树3中为2-7，在树4中为4-5，在树5中为1-3。在树干的边材和心材样品中HMR也是主要的木酚素，虽然其它木酚素的分布相对高一些。在心材中HMR2/HMR1为2到5之间，而在边材中可以达到11。在树6和7的树节中甚至发现了一种以前在云杉中未发现的木酚素，含量为2到7mg g-1，其质谱图和GC保留时间与最近在欧州赤松的树节心材中发现的木酚素(-)-南荛酚(NTG)相同(10)。但是NTG-对映异构体(+)-wikstromol也具有相同的质谱图和GC保留时间。因为不可能得到足够纯度的这种木酚素以测定其旋光度，所以不能确定在云杉中发现的这种木酚素是NTG的哪种异构体。以前有人提议称NTG(nortrachelogenin)为‘pinopalustrin’(11，12)。
在大多数树节中，木髓的体积相对于树节的总体积来说非常大，虽然木髓干燥后的质量相对于树节的总质量来说很小，所以有必要分析木髓的提取物。木髓的提取物主要为木酚素，约为120mg g-1，其中含量最大的木酚素为HMR。在木髓的提取物中还发现了少量NTG的异构体，它与NTG具有相同的质谱图，但是GC保留时间不同。
表4
木酚素 低聚木酚素
总量 HMR* Coni* 立奥伟 Seco* 其他 总含量** 三聚物
mg/g ％木酚素总含量 mg/g ％
树1芬兰南部66年
HW1.5 0.9 52 6 9 5 28 0.4 59
SW1.5 0.6 57 3 16 5 20 0.3 67
DK3.5 115 68 6 5 10 11 30 58
DK5.5 120 70 4 6 9 12 27 61
LK4.5 116 70 9 4 4 13 32 69
LK9-a 120 71 5 5 7 12 29 71
LK1.2 159 73 3 5 6 12 38 68
LK13.5 117 75 4 5 4 12 30 68
LK15-a 152 80 3 3 3 12 38 62
LK15-b 149 79 4 3 3 11 39 64
树2，芬兰南部71年
HW1.5 0.3 28 4 12 3 54 0.1 70
SW1.5 0.1 37 3 10 7 44 0.2 69
DK4.5 88 78 7 4 2 10 22 51
DK6.5 131 76 5 4 4 11 30 54
DK7.5 141 75 5 4 6 11 32 55
DK13.5 114 78 4 3 4 11 26 57
LK8 139 76 5 3 5 11 29 64
LK9 126 76 4 3 5 11 26 63
LK14.5 151 79 3 5 2 11 30 69
树3，芬兰南部64年
HW1.5 1.9 43 2 20 9 25 0.1 72
SW1.5 0.1 33 3 19 8 37 0.4 71
DK6 61 75 8 6 3 9 18 45
DK8 71 78 6 7 1 8 23 43
DK11-a 119 79 4 7 1 8 31 56
DK11-b 74 79 5 6 1 8 20 52
DK13.5 111 84 4 3 1 8 27 51
LK7 92 80 7 4 2 8 25 48
LK12 141 85 4 3 1 8 25 65
LK15 101 79 2 9 1 9 25 67
LK17.5 131 78 1 10 1 10 39 64
树4，芬兰南部17年
SW1.5 0.3 38 ＜1 25 8 28 0.4 56
LK3.5 47 72 1 8 11 9 19 63
LK5.5 35 73 1 8 10 8 16 62
树5，芬兰南部，17年
SW1.5 0.6 53 6 19 6 16 0.4 59
LK4 77 66 ＜1 6 20 9 23 62
LK6 39 80 ＜1 6 8 6 23 61
树6，芬兰北部，150年
HW1.5 2.5 51 11 8 9 21 0.2 69
SW1.5 0.2 28 ＜1 17 25 30 0.9 66
DK2.5 139 71 9 3 6 10 31 42
DK3 138 71 10 3 5 11 34 42
LK9 171 77 8 3 2 10 33 45
树7，芬兰北部，134年
HW1.5 1.2 44 7 13 9 26 0.4 60
SW1.5 0.6 28 1 26 19 25 0.9 59
DK4 171 73 6 5 4 13 43 46
DK5 172 73 6 4 5 12 48 43
LK6 209 74 6 5 4 12 56 49
LK8 244 72 6 5 3 14 44 49
*HMR＝羟基马台树脂醇l；Coni＝α-铁杉内脂，Seco＝开环异落叶松树脂醇
**由GC测得的三聚物和四聚物
表5表明试验3的结果。
表5
亲水性提取物％干树节木
冷杉属 落叶松属
白桑 枞 西伯利亚落叶松 西伯利亚落叶松 美国落叶松
木酚素：
异落叶松树脂醇 0.6 0.3
开环异落叶松树脂醇 3.9 4.1 3.0 1.4 1.3
落叶松树脂醇 0.8 2.1 0.8 0.3 0.1
类黄酮：
3，5，7，4′，-四羟基黄烷酮 0.3 0.5
亲水性提取物％干树节木
云杉属
冷杉 白云杉 西加云杉
木酚素：
开坏异落叶松树脂醇 0.6 0.3
立奥伟 0.2
HMR(1) 2.1 0.8
HMR(2) 6.0 4.3
亲水性提取物％干树节木
松属
美国黄松 西伯利亚红松 欧州赤松
木酚素：
异落叶松树脂醇 0.4
开环异落叶松树脂醇 0.3 0.02
立奥伟 0.04
落叶松树脂醇 2.6
NTG 0.1 1.7
芪类：
甲基银松素 0.1 2.4 1.0
银松素 0.2 0.9 1.1
二氢甲基银松素 1.4
二氢银松素 0.2
类黄酮：
松属素 0.2 0.5
短叶松素 0.1 0.2
二氢山奈醇 0.05 0.02
其它的树种根据上面描述的方法加以研究，得到的结果如下：
白冷杉(开环异落叶松树脂醇2.5％，HMR2 1.1％)
高山冷杉(表保幼酮1.1％，去水保幼酮0.8％)
黑云杉(HMR2 3.5％)
花旗松(脱水表保幼酮0.7％，异落叶松树脂醇6.3％，开环异落叶松树脂醇2.0％，落叶松树脂醇1.5％)
班克松(表保幼酮酸1.2％，银松素单甲基醚1.1％，马台树脂醇1.3％)
欧洲落叶松(二氢山奈醇1.1％，紫杉叶素2.8％，异落叶松树脂醇1.1％，开环异落叶松树脂醇4.8％，落叶松树脂醇1.3％)
欧洲白桦、灰桤木(几种芪苷1-2％)
应该理解本发明的方法可以用多种实施方案来表征，本文只描述了其中例证性的几种。对于本领域技术人员来说，很明显其他类似的方法并没有脱离本发明的范围，因此在此描述的方法只是例证性的，本发明并非限制于本文描述的几种方法。
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