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古代的结香技术与现代结香技术的突破与发展
2016-06-16 19:24
  国产沉香为瑞香科Thymelaeaceae植物白木香(Lour.)Gilg含有树脂的木材,主产于我国海南、广东等地。而进口沉香主要来自于沉香属Aquilaria的马来沉香A.malaccensisLamk.(异名A.agallochaRoxb.)、越南沉香A.crasna等,主要产于马来西亚、印尼、缅甸、越南、印度、柬埔寨等地。
 
  我国历史上野生白木香资源十分丰富,曾有“岭南诸郡悉有,傍海处尤多。交干连枝,岗岭相接,千里不绝”的记载。由于沉香的高价值(目前特级沉香块国际成交价高达万美元/千克)且国际市场需求极大,长期以来沉香资源遭到掠夺式过度砍伐。沉香属大多数树种先后被列为各国珍稀濒危保护植物。近年,《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)已经将沉香属全部物种列入附录Ⅱ。
 
  在自然界中,只有当沉香属植物受到刺激或者损伤时,才会产生沉香。现代研究证明:物理化学伤害或真菌侵染能够诱导白木香产生具有抑菌活性的防御性物质---沉香倍半萜和2-(2-苯乙基)色酮类化合物(沉香的主要化学成分),这些物质与细胞其他组分复合形成的导管填充物堵塞了次生木质部的导管,形成含有树脂的木材---沉香。“有香者,百无一二”,靠自然结香显然不能够满足市场需求。因此,人工快速结香方法是提高沉香产量的最有效途径。
 
  沉香是我国应用历史相当久远的珍贵中药,始载于距今多年梁代陶弘景的《名医别录》,被列为“上品”。《唐本草》中记载:“沉香、青桂、鸡骨、马蹄、煎香,同是一树,出天竺诸国。木似榉树,树皮青色。叶似橘叶,经冬不凋。夏生花白而圆。秋结实似槟榔,大如桑椹,紫而味辛。”宋《图经本草》补充了当时药用沉香的产地,:“沉香、青桂等香,出海南诸国及交、广、崖州。”其后,《证类本草》载有“崖州沉香”和“广州沉香”之图。据上述植物形态与产地,可知沉香在古代已经供药用。
 
  自然结香古人将自然结香分为3种,即熟结、脱落、虫漏(又名蛊漏)。宋朝蔡绦在《铁围山丛谈》中记载:“谓之熟结,自然其间凝实者也”;“谓之脱落,因朽木而解者也”;“谓之蛊漏,因伤蛊而后膏脉亦聚焉故言蛊漏也”。其中“自然脱落为上,而其气和”,“蛊漏,则其气烈,斯为下矣”。明代《本草乘雅半偈》中分析了这几种自然结香的原因:“蛊酝者,因凿隙而结;脱落者,因水朽而结也……熟络者,因自腐而结也,故熟结一名死络”。清代纳兰常安在《宦游笔记》中也有关于虫漏的记载:“香木枝柯窍露,大蚁穴其窍,蚁食石蜜,归而遗香其中,岁久渐渍,木受蜜气,结而坚润,则香成矣”。因此采香时“见有蚁封高二三尺,随挖之,则其下必有异香据药农经验、,是否结香首先看树干有无伤口腐朽,残枝、断干雷劈其次看树势在正常情况下出现枝叶枯黄生长不旺盛、局部枯死等现象,大多数已结香。
 
  人工结香人工结香方法的历史记载除了采集自然结香产物外,古籍中很早就有关于人工结香的记载但大都限于简单的砍伤以加速结香。宋《铁围山丛谈》中记载:“人以刀斧伤之而后膏脉聚焉。”南朝宋沈怀远《南越志》云:“彼人取之,先断其积年老木根,经年其外皮干俱朽烂,木心枝节不坏,坚黑沉水者,即沉香也。”宋代寇宗奭《本草衍义》中记载:“盖山民入山,见香木之曲干斜枝必以刀斫成坎经年得雨水所渍,遂结成香。”宋代苏颂《本草图经》中记载:“欲取之,先断其积年老木根,经年其外皮干俱朽烂,其木心与枝节不坏者即是香也。”明代《本草乘雅半偈》中将人工砍伤结香的原因归结为:“因斫凿而结者也。”明代之后人工结香方法中又增添了,“火烙法”与“凿洞法。”清《崖州志》中记载:“铁皮香者,皮肤渐渍雨露,将次成香,而内皆白木。土人烙红铁而烁之。”《东莞·县志》
 
  载:“凡种四五年,则伐其正干,正干者白木香也……又越三四年,乃凿香头,初凿曰开香门,凿数行如马牙。凿后用黄沙土封盖,使之复生……开后年年可凿”。
 
  人工结香方法的现代研究世纪70年代初很多学者开始探索快速结香技术。通常人工栽培沉香基本上碍于市场供需状态,不会长时间待植物株体泌油丰富后采取,只要沉香树株体稍有油线即采收。
 
  现常用的快速结香技术大体可分为物理伤害结香法(砍伤法、凿洞法、半断干法、断枝法、打钉法)、接菌结香法、化学伤害结香法。
 
  物理伤害结香法砍伤法:一般用刀在距地面1.5~高处顺砍数刀,伤口深3~4cm,伤口附近的木质部则分泌树脂,逐渐变成棕黑色,经数年后割取有树脂的木部。此伤口经若干年后又继续生成沉香,。但是采用普通的人工砍伤结香方法,需待白木香树成年后才可砍伤,且结香药材质量达到《中国药典》(2010年版)中规定的要求也还需数年时间。林峰等采用GC-MS对砍伤法结香2年的沉香挥发油进行分析,发现所得沉香挥发油以白木香树体中的脂肪酸为主要成分,倍半萜和芳香族化合物的含量较低。陈晓颖等采用GC-MS分析比较了砍伤法所得沉香与野生沉香的挥发油,发现砍伤法样品中倍半萜类、2-(2-苯乙基)色酮类、芳香族成分种类及相对含量均与野生沉香相近,认为砍伤法品质较接近于野生沉香。
 
  半断干法:在离树干基部1~2m以上的树干上锯一伤口,深度为树干粗1/3~1/2。亦可沿同一方向不同高度,锯几个伤口。伤口间距30~50cm,久之则能自行结香。数年后取香,取香后的香门仍能继续结香,一直取香至树头、根部。
 
  断枝法:选择有一定粗细的树枝将其砍断在伤口上就会开始分泌树脂,逐渐变棕黑色,几年后就会有沉香产。
 
  打钉法:用铁钉打入树干~深度,钉子间的横向实,践中打钉法由于对植物造成的直接伤害较小故可用于树龄较小的植株。林峰等采用GC-MS对打钉法、砍伤法、凿洞法诱导结香2年的沉香挥发油进行研究,发现打钉法所得沉香挥发油中有10种成分是其他2种结香方法所没有的。初步推测由于打钉法所用的铁钉生锈会产生Fe2O3,可能使沉香中的一些成分发生了氧化作用,因此产生其他方法所没有的新成分。陈晓颖等发现打钉法倍半萜类成分种类及相对含量远少于野生沉香,而2-(2-苯乙基)色酮类成分及芳香族类成分均与野生沉香相似。
 
  凿洞法:在树干上沿同一方向不同高度凿数个宽和高均为3~4cm、深为3~4cm的方形洞,或直径2~3cm、深为干粗1/4~1/3的圆形小洞(俗称“开香门”),伤口间距为30~,并用泥土封闭,数年后便有可能结香。取香后,伤口处仍可继续结香。此法生成沉香较快,亦可结合物理化学处理或人工接菌以加速结香。定洞2年后,植株的生长细胞把洞口密封,变为内包香,洞内油脂分泌更厚,3~5年油脂厚度可达沉水;数年后,就可将全树倒放,按照左右上下洞口距离中间线,用锯分开,成为一条条油格空心木条。
 
  等选择树龄5年以上,直径0.1~5m的沉香树,去掉矩形表皮,在去皮处之间挖出通道,在去皮的位置凿孔,深至心材。整棵取香之后,还可在根部凿洞,刺激根部结香。林峰等通过研究发现,砍伤法与凿洞法所得沉香挥发油种类相似,但相对含量有较大差别。凿洞法样品中的白木香醛含量远高于砍伤法样品,同时还产生了沉香螺旋醇;且凿洞法所结香得油率高于砍伤法,残留的脂肪酸成分低于砍伤法。这表明凿洞法样品质量好于砍伤法样品。
 
  火烙法:在凿洞法基础上衍变出来的方法,楔子烧红后用锤子楔穿白木香树体,每隔20cm为1排,每排2~3个孔。
 
  这种方法的结香效率比凿洞法高,也能够整体结香,而且所得沉香质量较好,但处理工作量大。
 
  接菌结香法接菌结香的一般做法是在树干避风向阳面同侧自上向下,每隔40~50cm开一宽1cm、长度和深度均为树干直径1/2的洞,用特别的菌种塞满小洞后,用塑料薄膜包扎封口。当上下伤口都结香且相连接时,整株砍下采香。将采下的香用刀剔除无脂及腐烂部分,阴干。
 
  采收沉香一般一年四季都可进行,但是人工接菌结香以春季采收为宜,以便采收后有利菌种继续生长。采用此法,一般3年左右即可达到二等、三等品的沉香。
 
  国外开展了大量接菌结香的研究,见表1,最早见于1929年。Tunstall将Aspergillussp.,Fusariumsp.,接种于沉香树上,3~6个月后成功诱导形成了沉香。
 
  等对开放性伤口封闭性伤口、伤口处接菌进行了结香效果的比较,认为开放伤害的结香效果好于接菌结香。
 
  研究发现,F.laseritum能快速侵染沉香树。接种年后即可获得沉香,但品质较差。总体来说,20世纪初至世纪国外研究人员对近20种菌进行了接菌结香研究,其中有许多关于F.sp.成功诱导结香的报道。所有研究结果均表明,接菌结香法能够诱导沉香属植物在接菌处产生沉香,但结香面积小且产量低,并不能满足规模化生产沉香的需求。
 
  国内关于沉香接菌结香也有许多研究。1976年,广东省植物研究所发现将黄绿墨耳菌Mnenaoutsflvaolvies接种到白木香树干上,可加速结香,2年可达到收购标准的4级或级。冯乃宪通过对结香处变色程度及燃烧气味进行比较,发现采用内生菌蒂腐色二孢菌株Diplodianatalensis单菌结香和红褐肉座菌Hypocreajecorina、里氏木霉、康氏木霉Trichodermakoningii3株木霉属内生真菌混菌结香效果相对较理想。徐维娜从白木香组织中分离出株真菌GenBankNos.EU781658-EU781677作为接种菌,对产生沉香的挥发性成分分析,结果仅检测到1个倍半萜类成分(木香烯内酯);发现诱导1年的沉香不能满足《中国药典》(2010年版)要求。郭顺星等利用镰孢属真菌A-11和头孢霉属Cephalosporiumsp.真菌A-17,诱导白木香树分泌产生了与沉香化学成分相似的黄褐色物质。林峰等通过GC-MS比较了接菌法结香半年及1年的沉香挥发油组分,发现结香1年的沉香中产生了沉香螺旋醇及2-(2-苯乙基)色酮类化合物同时脂肪酸类化合物含量明,显减少,证明接菌法1年结香的沉香质量较好。作者所在实验室通过研究证明,可可毛色二孢菌能够天然寄生白木香,并能诱导沉香产生,据此实验室成功制备了沉香真菌诱导剂。该结香方法已获得了国家发明专利授权(ZL200910241212.8)。
 
  化学伤害结香法根据香农经验得知,用甲酸、硫酸、乙烯利处理白木香,可刺激伤口,促使其提早结香。Blanchette等成功筛选出了对沉香属植物木质部活细胞有伤害作用的化学物质氯化钠:亚硫酸氢钠氯化亚铁氯化铁、甲酸、甲壳素酵母提取物、纤维二糖、水杨酸铁粉。其中将亚硫酸氢钠、酵母提取物、铁粉以1∶1∶3比例混合能取得较好的结香效果。陈晓颖等通过GC-MS对化学伤害结香法所诱导沉香与野生沉香挥发油成分进行比较,发现化学伤害结香法样品中2-(2-苯乙基)色酮类成分种类和相对含量均高于野生沉香。
 
  通体结香技术年魏建和研究员课题组创新性地提出了“白木香防御反应诱导结香假说”,并在此基础上发明了世界领先的“通体结香技术”(whole-treeagarwood-inductiontechnology,ZL201010104119.5):在白木香离地50cm处钻个到达木质部很小的孔,将结香液通过输液装置缓缓输入孔中,利用植物的蒸腾作用,疏导至植物茎干、枝条、根等各器官,促使整个植株内部结香。
 
  陈怀琼将通体结香技术处理6个月所得沉香与野生沉香、健康白木香以及传统接菌法、半断干法、火烙法所得沉香进行了化学成分的比较与分析。结果发现,通体结香技术所诱导沉香与野生沉香中倍半萜类与芳香族类成分总相对含量分别为80%和89.01%。其中共有31种共有成分,苄基丙酮(Benzylacetone),库贝醇(cubenol),愈创木醇(guaiol),desm-7(11)-en-4α-ol,α-胡椒烯-11-醇(α-copaen-11-ol),香醛(baimuxinal)在种沉香中均有较高的相对含量。desm-7(11)-en-4α-ol,α-胡椒烯-11-醇(α-copaen-11-ol),白木[23]香醛(baimuxinal)在种沉香中均有较高的相对含量。
 
  陈怀琼等通过进一步研究发现通体结香技术所诱导的沉香挥发油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的抗菌能力与野生沉香相似。张兴丽等将输液法处理20个月所得沉香与传统接菌法、半断干法所得沉香及野生沉香的成分进行比较,结果发现通体结香技术处理20个月所得沉香达到了《中国药典》(2010年版)规定要求,且与野生沉香在化学成分种类、醇溶性浸出物、挥发油得率方面均极为相近。
 
  通体结香技术具有以下几个特点:①高效,即处理时间短,仅需处理,后续不需做任何处理,适当时间收获即可;②高产,处理6个月所得沉香产量即为传统结香方法的倍以上;③高质,即有效成分与野生沉香相似,处理6个月就可达到《中国药典》(年版)标准,处理几个月的沉香,倍半萜类成分种类及含量与野生沉香相近;④稳定,经过处理的植株均可产生高产量、高品质的沉香。通体结香技术,所具备的三高一稳定的特点极大地解决了沉香产业化生产中所面临的结香技术瓶颈问题,产业化、规范化生产沉香可能变为现实。
 
  结语:目前,全世界野生沉香资源已处于濒危。而普通的结香技术所需的结香周期较长,往往需要数年甚至数十年,远远不能满足沉香市场的需要。
 
  海南全岛、广东东南沿海、云南西双版纳等地区种植了胸径以上的白木香万株以上,总规模达3000万~5000万株,每年仍造林万~1000万株。如果将这些白木香进行通体结香,全部转化变为沉香,将带动一个数百至数千亿元产业的发展。
 
  马来西亚、印度尼西亚、越南、柬埔寨、泰国、越南、印度等国家目前也种植了很大规模的沉香属植物,若将这些国家沉香树进行通体结香生产沉香,将产生不可低估的国际经济、社会、文化影响。结香技术的不断发展、创新、应用是保护野生沉香资源、解决资源紧缺、确保沉香质量,进而发展整个沉香产业的关键。

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