樟树资源开发利用研究

樟树资源开发利用研究

樟树又称樟树、樟、樟、樟树等。这是樟科多年生高大乔木，高度可达30米。分布范围为34和88122。它来自中国东南和西南部。它现在分布在亚洲东部、大西洋和太平洋岛屿，以及山坡和山谷中。对樟树的开发利用由来已久,主要用于提取樟脑、樟油及其衍生物、用材、绿化等。随着环境、资源问题的日益突出和科学技术的迅速发展,樟树作为一种天然油料树种越来越受到人们的关注。本文对樟树的主要用途及研究进展进行了综述,对樟树油的深度开发利用前景进行了分析和展望。1最佳用频率樟树是一个广布种和常见种,是城市园林绿化美化中利用频率最高的树种,是乡村、寨宇宅院的风水树和景观树,是家居防虫、防病的常用药(如樟脑丸),是传统家具的良材。其用途概括起来主要包括如下几个方面:1.1生态性能力强樟树主干明显通直,树冠宽大,树型美观,根系发达,萌芽力强,抗逆性和抗病虫害能力强,能吸收有害气体硫、氟等,并能防风、滞尘、隔音、杀菌、驱虫,是我国南方优良的城市绿化、美化树种,也是生态防护林建设的重要树种。1.2油封加强而油微观结构樟木螺旋纹理或交错纹理,结构致密;材质中等,硬度中软;有特殊香气,耐腐防虫;切削容易,光泽性强;油漆、胶粘性能好,握钉力强、不劈裂。为制作高档家具、艺术雕刻、文体器材的上等材,还可用于制造车船、木模、箱板、农具、棺椁、柱桩等。1.3治疗理水反应樟树性味辛温无毒,其树根、树皮、树叶、果实、枝、树干、叶均具有散寒止痛、温中健脾、补火助阳等功效,可用于治疗各种痛症、脾胃虚寒、肾阳虚衰、瘀血内阻等;樟树中的樟脑可用于医药工业制造维生素、樟脑、樟脑醛、溴化樟脑,医药樟脑酊具兴奋中枢神经、增进呼吸循环、强心及肠胃粘膜缓和刺激作用;樟树油脂中富含的癸酸(C10)可用于合成鱼腥草素等消炎药,主含癸酸的樟树籽脂肪油已被试制中碳酸三甘酯,用于治疗脂肪代谢紊乱病症和前列腺增生,还用于消散胆石,降低胆固醇,防治高脂血症等,还可用作医药品的溶剂和乳化制剂;江西特有的樟树化学类型-龙脑樟中所含的右旋龙脑制成的天然冰片,为中医常用的著名芳香开窍中药,具有通诸窍,解郁火,去翳明目等作用,用于闭症神昏,目赤肿痛,喉痹口疮,疮疡肿痛,溃后不敛,并且现代医学研究发现冰片对提高药物生物利用度有显著效果;国内外近年来对于新型农药——昆虫信息素进行了研究,这些信息素不少是C12、C18等各种烯醇酯或烯醛,而樟油成分中则富含C12脂肪酸,可作为重要的原材料。1.4在其他方面的用途樟油具有高度的抗氧化性,适度的溶解性,很好的表面活性,高效发泡性和去污性,可用于制造表面活性剂,还可以代替进口椰子油、棕榈仁油等制造月桂醇硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、樟核油醇酰胺等表面活性剂以及高级洗衣皂、香皂;樟脑可用作杀虫防蛀剂,是制造赛璐珞的增韧剂,还可用于香料、胶片、塑料、橡胶、爆炸稳定剂等;樟树中的桉叶素是制取桉叶油素的原料,也是一种重要的有机溶剂,可作矿石浮选剂;天然冰片除是是名贵中药外,由于具有香气兼消炎灭菌功能,还是高级香料和重要的化工原料,已得到广泛应用,如在皂用香精和薰香香精中用以增加清爽嗅感,与薄荷油同用于牙粉、痱子粉、气雾喷雾剂等,还可用于传统制墨、宗教仪式及生产糖果、软饮料等的食用香精;樟树籽油富含中碳链脂肪酸,是合成中碳链甘油三酯的理想原料,而中碳链甘油三酯与普通植物油脂相比,热量低、能量高,对预防高脂血症、降低胆固醇、治疗肠道疾病有很好的效果,因此可用于制作减肥、运动食品和婴幼儿食品;中碳链甘油三酯还有很好的乳化稳定作用,可用作美容化妆品的乳化剂、均质剂、防冻剂,食品乳化剂、稳定剂、润湿剂等,因而樟树籽油具有很好的开发利用前景。2樟树资源总结2.1垂直分布及绿化我国的樟树资源非常丰富,长江流域及以南各省区均有分布,包括海南、台湾、福建、江西、广东、广西、湖北、湖南、四川、重庆、云南、贵州、浙江等省(市、区)的低山平原地区,台湾的垂直分布范围达海拔1800m左右。樟树人工林大多营造在海拔200m以下的丘陵、岗地、沙洲、平原及村落附近;近年来,在城市园林绿化、美化中的使用量剧增,成为城市添绿、增彩的宠儿,为此,山东、河南等地也相继引种并获得成功。江西是樟树资源总量最多的省份,全省各地遍布樟树天然林和人工林,其中尤以吉安地区最多。2.2根据叶中含化学成分进行划分我国对樟树枝叶化学成分进行了较系统的分析,结果表明:樟树枝叶精油种类和含量存在着显著差异,可以根据这种表现稳定的差异划分为不同的化学类型。一般认为,根据叶中所含化学成分,可将樟树划分为芳樟、脑樟、异樟、油樟和龙脑樟5个化学类型。各化学类型的表现型及其精油特点分述如下:2.2.1芳樟酯类叶油芳樟叶油中含芳樟醇60~80%,另含少量的桉油素、α-松油醇、黄樟油醇等。芳樟是该类型的代表,其叶油中主要含游离芳樟醇,可用于提取芳樟醇、制造乙酸芳樟酯或直接用于配制复合香料。由于芳樟叶油具有优美而愉快的香气,在各种香型的香精配方中占有重要的地位,因此芳樟是重要的香精香料工业原料。2.2.2-松油醇脑樟叶油中约含樟脑70%,桉油素、α-松油醇的含量也超过3%,是樟脑含量最多的樟树化学类型,主要用于医药及生产杀虫剂、防蛀剂、增韧剂、稳定剂等。2.2.3桉叶油素和-松油醇油樟叶油中以桉叶油素为主,含量达50%左右,其次是α-松油醇,含量达15%以上,是提取桉叶油素和α-松油醇的重要原料,可用于制造表面活性剂及高级洗衣粉、香皂等。2.2.4精油中的-松油醇和芳樟醇精油含量异樟所含的异橙花叔醇含量较其它类型为高,叶油中含量可达0.94%,精油中含量可达57.67%。精油中还含有一定量的α-松油醇(3.58%)和芳樟醇(2.31%)。异橙花叔醇是合成香料和精细化学产品的重要原材料。2.2.5樟属植物资源分类、鉴别研究据统计,江西樟树资源中,这5个类型的前4个类型分别占全省樟树总量的17.3%、10%、42%、30.7%。龙脑樟为江西所特有,数量少,在樟树资源总量中占的比例极低。此外,这5个化学类型在形态特征方面没有明显区别,除叶片化学成分有差异外,生产实践中主要以手工揉搓叶片闻香的方法来分类、鉴别,至今没有其它相关鉴别方法的书面报道。因此,拟在微观构造、DNA分析等方面寻求各类型的差异鉴别方法,为各类型的有效鉴别、植物新品种和知识产权保护等提供理论依据。3树脂油的研究和开发3.1樟树籽油的理化特性樟油的脂肪酸以C10、C12脂肪酸为主,约占95%左右,所含脂肪酸种类主要有:辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、十四碳烯酸、十六碳烯酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等,但樟树不同类型各成分的含量存在很大差异。樟树的树根、树干、树皮和叶均含精油,含量分别为:根5%~6%,茎干4%左右(下部含量较多),木材3.5%,枝条1%~2%,叶1%左右。樟树籽的含油量达40%左右,其中种壳含油量2%~3%,种仁含油量55%~65%。樟树籽油外观为微黄色清澈透明油状液体,具类似芳樟醇式的百合花香气。樟树果实挥发油已鉴定出40种化学成分,其中主要成分及其含量为:樟脑26.11%,1,8-桉叶素19.91%,芳樟醇9.15%,α-松油醇7.22%,柠檬烯5.28%。樟树籽核油的理化指标为:比重(20℃)0.9112,凝固点20℃,酸价1.05,皂化价270.46,不皂化物0.7557,碘价6.067,过氧化值0.1395,折光指数(25℃)1.4483。樟树籽核油碘价低,皂化价高,属不干性油。经毒性与毒理学评估,证明无毒副作用,可作为一种新的木本食用油。樟树叶油的主要成分有8种:莰烯、蒎烯、桉叶油素、芳樟醇、樟脑、萜品烯、橙花醇和黄樟油素。樟树叶各成分的含量随类型和环境的差异而不同。樟树其它部位精油的主要成分为黄樟油素,其中尤以樟树根的含量最高(占根部精油总量的78%)。3.2樟油的提取由于樟树种子和叶片中含油量高,且方便采集、提取,因此通常利用樟树种子和叶片提取樟油。樟油经分馏可以得到桉叶素、黄樟油、芳樟醇、樟脑等主要成分,主要用于医药、化工等方面。3.2.1溶剂浸提法、水蒸汽蒸馏提取法、超临界co传统的樟油提取是以樟树树干、枝、根、叶、果为原料,经适当切碎后置于蒸馏锅内,用水蒸汽蒸馏法提取。目前通常是采用矮林作业方式进行资源培育,根据所提目的成分,取其相应含油部位分别提取。樟树提取樟油的方法主要有3种,即:水蒸汽蒸馏提取法、溶剂浸提法和超临界CO2萃取法。其中,对包括根、叶、籽在内的各部位的樟油提取均可采用水蒸汽蒸馏法;而后两种方法目前仅用于樟树籽油的提取。水蒸汽蒸馏提取法使用最早,依据原理是樟油的挥发性和不溶于水的特点,操作方便、成本低廉,然而该方法出油率较低,仅为0.9%~2.8%。溶剂浸提法的提取率(约为0.7%~3.1%)与水蒸汽蒸馏提取法接近,各溶剂最佳浓度的最大浸出率接近。但樟树籽的成熟程度不同,其提取率相差较大。如丙酮作浸提剂时,青籽和黑籽的提油率分别为0.91%和3.10%,乙醇作溶剂的提油率为0.7%和2.7%,石油醚的则为0.84%和2.9%。可见樟树籽油的含量以成熟种子为高。溶剂浸提法提取樟油的处理过程较复杂,且所需溶剂的量较大,提取成本高,对环境也会造成一定的负面影响。因此,总体效应反而不如水蒸汽蒸馏提取法。超临界CO2萃取法提取率大大提高,樟树籽油得率可达31.16%,并且具有CO2性质稳定、无毒、不易爆炸等优点。但提取成本较高,操作过程复杂,大规模生产有赖于工艺的改进。3.2.2蓝油、蓝油模型将樟油进行减压精馏,可获得白油、芳油、松油醇和红油等4个馏分,残留部分称蓝油。其中白油馏分中主要成分为萜烯、桉叶油素、芳樟醇和樟脑,芳油馏分主要成分为芳樟醇和少量樟脑,松油醇馏分主要成分为松油醇,红油馏分主要成分为黄樟油素,残留蓝油主要成分为倍半萜类和倍半萜醇类。3.2.3采用组分单离提纯方法由于樟树油中富含中碳链脂肪酸和不饱和脂肪酸,并含有游离脂肪酸、磷脂、糖脂质、色素等,需要进行精炼和加工后才能应用。而樟树叶油的纯化则需采用组分单离提纯方法,即精馏和冷冻结晶。采用化学和物理相结合的方法对樟树油进行纯化和精炼,可获得味道纯正、颜色清亮、可用于食用的精炼油,其理化指标可达到菜籽烹调油国家标准GBZBX14011-87的质量标准。工艺流程为:毛油-脱胶-碱炼-脱色-脱臭-精炼油。3.2.4碳链油松的应用前已述及,樟树籽核油以中碳链脂肪酸为主,是理想的医药化工原料或中间产品,具有广阔的开发利用前景。其主要用途有:1)合成中碳链甘油三酯。中碳链甘油三酯(Medium-ChainTriglycerides,简称MCT)是指主要由C8和C10的饱和一元羧酸所组成的甘油三酯,即辛酸甘油三酯、癸酸甘油三酯或辛酸-癸酸混酸组成的甘油三酯。MCT在自然界中是不存在的,但可由天然油酯改性而成,是非专一性结构脂。MCT与普通植物油脂相比,具有如下特点:即粘度和凝固点低;具有稳定的抗氧化性;在高、低温条件下均很稳定;与各种溶剂、油脂、抗氧化剂、维生素有很好的互溶性;在人体内的代谢是通过门静脉直接被输送到肝脏,在那里被分解,产生能量,几乎不变成脂肪组织储存于体内;产生的热量比普通脂肪酸低,但其能效是葡萄糖的两倍多。因此,广泛应用于食品、医药、化工等领域,用作减肥食品,食品乳化剂,运动演艺食品,医药品的溶剂,肠道代谢不良患者或胰脏、肝脏病患者的有效能源,婴幼儿食品添加剂等,还可用于治疗前列腺增生,消散胆石,降低胆固醇,防治高脂血症等。目前我国中碳链甘油三酯的制取原料主要为棕榈油和椰子油,而这两种油料我国产量均极少,主要依靠进口来满足原料需求。樟树籽核油属“月桂酸型油”,其C10和C12的脂肪酸比例达90%以上,是理想的MCT合成的原料油脂,已有研究以樟树籽核油为原料,开展了较系统的制取和纯化MCT的工艺条件研究,包括醇油摩尔比、反应温度、反应时间、催化剂的用量等,并用正交法确定了醇解的最佳工艺参数,为樟树籽核油生产中碳链甘油三酯提供了关键技术,具有广阔的开发利用前景。2)合成生物柴油。以中碳链为主的棕榈油和椰子油曾是世界植物油中价格低廉的油种之一。随着生物柴油生产量的迅速扩大,以棕榈油和椰子油为原料制备生物柴油已成为欧美各国生物能源产业发展的主打产品之一。棕榈油和椰子油价格也在近两年内迅速攀升,这同时为油脂成分和含量与之类似的樟树籽油合成生物柴油提供了良好契机。如:以樟树籽油为原料,与甲醇进行酯交换反应得脂肪酸甲酯,在催化剂(NaOH)存在的条件下制备1∶1型N,N-二羟乙基十二酰胺,可取代进口椰子油提取十二酸二乙酯酰胺;以棕榈油脱臭馏出物(PFAD)和无水乙醇为原料在自制的固定床反应器中进行酯化反应合成脂肪酸乙酯(生物柴油)的方法可为樟树油合成生物柴油提供参考。4资源综合开发利用的能力不强,缺乏系统研究与技术指导樟树的用途如此广泛,我国樟树资源如此丰富,然而我国对于樟树籽的开发利用仍存在规模过小、收益过低等问题,无法发展成为优势产业。究其原因主要有以下3点:1)对资源的价值认识不足:我国樟树资源非常丰富,但至今为止多只把它作为一种园林绿化树种来发展,对其深度开发利用价值认识不足,缺乏物尽其用的意识,以致出现成片的樟树籽落满地面、却需要花费大量人力物力清理的现象,资源浪费现象严重。2)开发成本过高:我国樟树资源虽然丰富,但大多处于零