刺猬紫檀和檀香紫檀作為紫檀屬中的兩個重要樹種，不僅因其木材的經(jīng)濟價值受到廣泛關(guān)注，更因其獨特的香氣特征而備受青睞。據(jù)報道，使用打磨工具對木樣橫端面進(jìn)行處理時能發(fā)現(xiàn)檀香紫檀具有香氣，而刺猬紫檀卻會散發(fā)出難聞氣味。本研究結(jié)合電子鼻和GC-IMS技術(shù)，解析刺猬紫檀和檀香紫檀木材中揮發(fā)性氣味物質(zhì)的組成，并利用主成分分析、指紋圖譜對其進(jìn)行可視化分析。
電子鼻技術(shù)分析
電子鼻10種金屬氧化物傳感器對不同樣品的時間響應(yīng)曲線如圖1所示。從圖中可以看出，兩種紫檀屬木材傳感器響應(yīng)強度隨時間不斷變化，響應(yīng)曲線顯示出不同的趨勢，相同傳感器在相同時間響應(yīng)強度不同。兩種紫檀屬木材響應(yīng)值約在5~20s響應(yīng)強度達(dá)到峰值，之后開始回落，表明電子鼻對于兩種紫檀屬木材氣味物質(zhì)十分敏感。因此，采用電子鼻區(qū)分刺猬紫檀和檀香紫檀木材具有一定的可行性。
圖1 電子鼻傳感器對兩種紫檀屬木材的時間響應(yīng)曲線圖
為更直觀分析不同樣品氣味特征間的差異，將兩個紫檀屬木材電子鼻10個不同傳感器下的響應(yīng)值進(jìn)行PCA分析，結(jié)果如圖2所示。由結(jié)果可知，第一主成分（PC1）方差貢獻(xiàn)率為98.32%，第二主成分（PC2）方差貢獻(xiàn)率為1.58%，PC1和PC2累積方差貢獻(xiàn)率超過99%，表明已包含樣品差異的主要信息，能夠反映樣品的整體信息。PCA得分圖（圖2a）顯示，兩種紫檀屬木材無重合，區(qū)分明顯。載荷圖（圖2b）結(jié)果表明，在PC1上貢獻(xiàn)最大的傳感器為W2W和W1W，在PC2上貢獻(xiàn)最大的傳感器為W2W。
圖2 PCA圖
基于電子鼻的傳感器響應(yīng)值，分別做不同紫檀屬木材氣味信息的雷達(dá)圖，如圖3所示。總體上看，兩個紫檀屬木材對于不同傳感器響應(yīng)值差別很大。與載荷圖結(jié)果相似，兩者在W2W和W1W傳感器的響應(yīng)值上呈現(xiàn)出明顯的差異。檀香紫檀對于W2W和W1W傳感器的響應(yīng)值高于刺猬紫檀，表明檀香紫檀木材揮發(fā)物中芳烴化合物、有機硫化物含量更高。
圖3 雷達(dá)圖
GC-IMS技術(shù)分析
GC-IMS氣味成分定性分析
表2列出了基于GC-IMS技術(shù)的兩種紫檀屬木材揮發(fā)性氣味物質(zhì)成分及其相對含量。由表2可知，兩種紫檀屬木材共檢測出82種揮發(fā)性成分，定性鑒別得到71種。其中，烯烴類4種、酸類6種、醇類12種、醛類20種、酯類9種、酮類12種、其他類8種。由此可見，紫檀屬木材氣味特征是由多種揮發(fā)性物質(zhì)組合而成的復(fù)合氣味。在刺猬紫檀木材中，1-己醛、戊醛和丙酮相對含量較高。而在檀香紫檀木材中，醋酸、6-甲基-5-庚烯-2-酮、1-己醛和丙酮相對含量較高。其中，醋酸、6-甲基-5-庚烯-2-酮、1-己醛、戊醛的相對含量在兩個樹種間差異明顯。
表2 基于GC-IMS技術(shù)的兩種紫檀屬木材揮發(fā)性氣味物質(zhì)成分及其相對含量
GC-IMS氣味成分譜圖分析
利用GC-IMS技術(shù)對兩種紫檀屬木材揮發(fā)性氣味物質(zhì)進(jìn)行檢測分析，得到不同木材揮發(fā)性有機物二維平面俯視圖（圖4）。譜圖中的每一個點代表一種化合物，一種化合物可能會有兩個或多個斑點，代表二聚體或多聚體。氣味成分的含量通過顏色深淺呈現(xiàn)，顏色越深表示該物質(zhì)含量越高。對比兩種紫檀屬木材揮發(fā)性氣味物質(zhì)的二維俯視圖，可明顯發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)性有機物的差異。
圖4 兩種木材揮發(fā)性有機物二維平面俯視圖
通過差異對比模式，對兩種紫檀屬木材揮發(fā)性氣味物質(zhì)異同進(jìn)行比較，如圖5所示。以刺猬紫檀圖譜為參照樣品，對檀香紫檀樣品的圖譜進(jìn)行扣減參比。由圖5可知，檀香紫檀樣品中矩形區(qū)域顏色較深，表示此處化合物含量較參照樣品刺猬紫檀高，橢圓形區(qū)域顏色較淺，說明此處化合物含量比刺猬紫檀低。
圖5 兩種木材揮發(fā)性有機物的差異對比圖
為進(jìn)一步明確比較兩種紫檀屬木材樣品中具體的差異物質(zhì)，對紫檀屬木材氣味物質(zhì)進(jìn)行指紋圖譜分析，結(jié)果如圖6所示。圖中直觀地展示了兩種紫檀屬木材樣品在化合物種類及含量上存在的顯著差異。將明顯差異的物質(zhì)分為A、B、C共3個區(qū)域進(jìn)行分析。區(qū)域A標(biāo)出的物質(zhì)在兩種紫檀屬木材樣品中均有檢出，主要有正丙苯、3-甲基-2-丁烯醛、丙酮。區(qū)域B中標(biāo)出的物質(zhì)為刺猬紫檀樣品中含量較高的香氣化合物，區(qū)域C中標(biāo)出的物質(zhì)為檀香紫檀樣品中含量較高的香氣化合物。
來源：感官科學(xué)與評定，轉(zhuǎn)載請注明來源。
參考文獻(xiàn)：張毛毛,徐登鴻,張鴻超,等.兩種紫檀屬木材氣味特征及其種間差異性分析[J].林產(chǎn)工業(yè),2025,62(07):1-9.
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