厚壁毛竹的主要化學成分及熱值研究

魯順保1,2，申 慧3，張艷杰2，郭曉敏1*

厚壁毛竹的主要化學成分及熱值研究

魯順保，申 慧，張艷杰，郭曉敏

（1. 江西農業(yè)大學園林與藝術學院，江西 南昌 330045；2. 江西師范大學生命科學學院，江西 南昌 330022；3. 江西省崇仁縣第一中學，江西 崇仁 344200）

對厚壁毛竹（cv.）不同部位的主要成分和熱值進行分析，結果表明：不同部位對其化學成分的影響均達差異顯著性水平?；曳趾咳~片最高，竹竿3/4部位最低，不同部位與厚壁毛竹灰分含量呈現(xiàn)類似開口朝上的拋物線的變化趨勢；從地面到頂部冷水抽出物含量總體上趨于增加，而纖維素含量出現(xiàn)相逆的現(xiàn)象；苯醇抽提物含量除基部較高之外，其它部位的抽提物含量相差不大；1%NaOH抽出物含量高，平均值約為33.36%；綜纖維素含量約57.75%，不同部位對其含量影響不明顯?；曳峙c熱值以及灰分與纖維素含量和綜纖維素含量之間呈負相關，纖維素和綜纖維素與熱值呈正相關且有相同變化趨勢，但均未達到顯著水平。厚壁毛竹的熱值與灰分、纖維素和綜纖維素含量的回歸方程為：=－4 060.956＋200.560＋247.674＋5.929。

厚壁毛竹；化學成分；熱值

竹類是森林的重要資源之一，具有特殊的經濟、生態(tài)和社會價值。厚壁毛竹（cv.）是毛竹的一個變種，又名“厚皮毛竹”。厚壁毛竹是20世紀80年代初始見報道，1997年正式定名的毛竹珍稀、瀕危新種質，目前僅在江西發(fā)現(xiàn)，零星分布于萬載、宜豐、銅鼓三縣。由于野生厚壁毛竹種群數(shù)量少，處于瀕危狀態(tài)，目前已被列為江西省重點保護植物之一。因竿略呈四方形，竿壁厚而與毛竹不同。胸高處竿壁厚度2.5 cm，是毛竹的1.8倍，竿壁率是毛竹的2.0倍，其竹壁特厚，4個自然分布狀態(tài)居群和幾個不同生態(tài)條件的引種群體植株均表現(xiàn)出穩(wěn)定的“厚壁”特征，表明原產地和引種地厚壁毛竹的后代群體均一致保持了竹竿壁特厚的品種特異性。從竹材礦質元素和主要生理生化性狀測定結果發(fā)現(xiàn)，厚壁毛竹C、N代謝特別旺盛，初步揭示了其生物量大的機理。由于發(fā)現(xiàn)較晚，迄今為止，對厚壁毛竹的報道主要集中在其生長特性及力學性質等基礎研究，其結果均優(yōu)于毛竹，且引種栽培性狀穩(wěn)定。

木材化學成分是影響木材材性和利用的重要因素，是木材材性研究的一項重要內容，是選擇和評價原料的重要指標，尤其是對制漿造紙更為重要，它是確定制漿、造紙工藝的重要依據(jù)，不同的化學成分在制漿中有著不同的意義。目前尚未見到對厚壁毛竹化學性質的相關研究。為此，筆者針對其化學成分及熱值進行初步分析研究，為合理利用厚壁毛竹竹材提供參考，并豐富厚壁毛竹基礎理論研究內容。

1 試驗地概況與實驗方法

1.1 試驗地概況

供試樣品來自江西農業(yè)大學竹種園。地理位置為115° 49.942′ E，28° 45.918′ N，海拔62 m。地處江西省中部偏北，屬中亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫17.5℃，極端最高氣溫40.6℃，極端最低氣溫－9.3℃，年均降水量1 754.9 mm，平均無霜期294 d，日照率43%。試驗地為紅壤。

1.2 實驗材料與研究方法

在自然條件下，根據(jù)毛竹林分平均胸徑和高度，選擇長勢中等的厚壁毛竹作為標準竹，在桿基處鋸斷，分別按竹竿1.3 m處、2.5 m處、1/4處、1/2處、3/4處將竹株區(qū)分為5段以待測試。試材規(guī)格和主要化學性質測定的實驗步驟和方法按中華人民共和國國家標準GB2677-1-81和GB2677-2-10-81中相應的步驟進行。熱值采用河南省鶴壁市民生科技有限公司生產的ZDHW-300數(shù)顯氧彈式量熱儀測定。

2 結果與分析

2.1 不同部位厚壁毛竹灰分分異規(guī)律

竹材的主要組分為有機物質和無機物質，燃燒后無機物成為灰分，主要是鉀、鈉、鈣的無機鹽類和二氧化硅等。不同部位厚壁毛竹的灰分含量變化（表1），各部位中葉片灰分含量最高為7.985%，竹竿3/4部位最低為0.644%，桿部平均灰分含量為0.871%，比整竹平均值2.071%還小。如果人造板原料灰分含量高將影響膠粘劑的結合力，通常表現(xiàn)為內結合力低，握釘力差，貼面易脫落。所以選用厚壁毛竹作人造板，桿部較其他部位更適合。厚壁毛竹不同部位的灰分由大到小的順序為葉 > 根部 > 基部 > 頂部 > 桿部。對不同部位與其灰分含量進行方差分析，得出部位對其灰分含量的影響差異達極顯著水平。

表1 厚壁毛竹竹材化學成分及熱值

2.2 不同部位厚壁毛竹冷水抽出物分異規(guī)律

由表1可知，厚壁毛竹冷水抽出物含量在6.833% ~ 15.220%，平均約為8.995%。在七個樣品中，厚壁毛竹從頂部到根部冷水抽出物含量呈減小趨勢。其原因可能是：厚壁毛竹在生長過程中，土壤中的營養(yǎng)物質不斷地經竹根吸收，再經竹材中管胞向上輸送。在這一過程中部分無機礦物質沉積在竹材內部，同時竹材通過光合作用制造了大量的有機營養(yǎng)物，當合成的有機物質出現(xiàn)富余時，有機物便會儲存在竹材的薄壁組織中，成為竹材中可能的冷水抽出物。葉部是光合作用的場所，故其冷水抽出物的值最高。由頂部到根部，細胞可能獲得剩余有機物質的可能性依次減小，故其冷水抽出物的值依次減少。對其進行方差分析得出，部位對冷水抽出物含量的影響差異達極顯著。

2.3 不同部位厚壁毛竹苯醇抽出物分異規(guī)律

竹材苯醇抽出物是指經中性溶劑或用稀堿稀酸溶液抽出來的物質的總稱。因竹材苯醇抽出物中樹脂、脂肪、蠟、粘液、單寧等有機物以天然形式與纖維素緊密結合，在造紙過程中，這些有機物大部分在蒸煮中被除去，而樹脂被保留下來，這些殘留的樹脂，隨同打漿的漿料一同進入抄紙工序，像瀝青一樣沉積在紙機的銅網上，產生樹脂沉淀，從而使得苯醇抽出物含量高，進一步降低了紙漿的得率，增加制漿藥液的消耗，還容易使紙漿產生返黃現(xiàn)象和容易出現(xiàn)樹脂障礙，因此苯醇抽出物是造紙工業(yè)的一塊絆腳石，如含量過高，木材滲透性較差，不易吸收水分，將阻礙膠合界面形成牢固的膠合力。本研究測得苯醇抽出物含量（表1）可知，苯醇抽出物含量在4.341% ~ 11.524%，其均值為6.341%，變幅范圍為7.183%。除基部苯醇抽提物含量較高之外，其它部位抽提物含量較低且相差不大。經方差分析得知，不同部位對苯醇抽出物的影響差異達到極顯著水平。

2.4 不同部位厚壁毛竹1%NaOH抽出物分異規(guī)律

竹材的1%NaOH抽出物是指木材中溶解于NaOH的一些樹脂、單寧類物質，它們的存在影響得漿率及成漿質量。對于1%NaOH抽出物來說，其溶液除能溶解木材中的冷水和熱水所溶出的物質如單寧、色素、果膠外，還能溶解部分木素、多戊糖、多已糖、樹脂酸以及糖醛酸等。因此，其抽出物含量通常比苯醇抽出物含量高。1%NaOH抽出物也影響堿法制漿過程中堿的使用量，堿抽出物含量愈高，制漿耗堿量就愈大。其含量對制板工業(yè)也有一定的影響，如含量過高，板材熱壓過程中，低中級碳水化合物易分解，產生淀粉膠，使板材的尺寸穩(wěn)定性差并易粘板，因此，在制漿和制板工業(yè)，厚壁毛竹的成本高于木材。由表1可知，1%NaOH抽出物含量變化范圍在28.525% ~ 49.839%，平均值約為33.36%，變幅約為21.313%，這說明不同部位對其含量存在較大的影響。厚壁毛竹1%NaOH抽出物含量高尤其體現(xiàn)在竹葉中，其原因可能是竹葉進行光合作用，從土壤中吸收更多的營養(yǎng)物質，有利于干物質的積累，形成的光合和次生代謝產物聚集在薄壁組織中使其含量增加，如多糖、黃酮類化合物、氨基酸、葉綠素以及萜類內酯比較豐富，其他部位抽出物含量相對較少。因此，竹葉更不適合制漿和制板工業(yè)。經方差分析得知，不同部位對1%NaOH抽出物含量的影響差異顯著。

2.5 不同部位厚壁毛竹纖維素分異規(guī)律

厚壁毛竹纖維素含量在28.940% ~ 38.370%范圍內波動，平均為35.79%，變動幅度約為9.43%，這說明不同部位對厚壁毛竹纖維素含量存在一定的影響。其整體的變化趨勢是隨竹材從頂部到基部逐漸增加，其中竹竿1/4部含量最高，為38.370%。葉部纖維素含量最低，為28.940%。由表1可以看出，厚壁毛竹纖維素的含量要低于竹材的一般值。對不同部位及其含量進行方差分析，結果表明：不同部位對纖維素的影響達差異極顯著水平。

2.6 不同部位厚壁毛竹綜纖維素分異規(guī)律

綜纖維素是植物原料經脫脂后，再除去木質素后所保留的全部高聚糖，即半纖維素和纖維素的總量。它是構成木材細胞壁主要化學組分的物質，其含量是衡量該植物作為制漿造紙或水解工業(yè)原料的重要經濟指標，即是確定紙漿、造紙工藝的重要依據(jù)。當前新發(fā)展起來的化學機械漿生產基本上可以將其全部加以利用，根據(jù)資料，典型的闊葉樹木材綜纖維素含量為74%，而本研究的厚壁毛竹竹材綜纖維素含量約57.75%，其變化范圍在53.246% ~ 61.421%（表1），據(jù)此認為用厚壁毛竹生產板材，性能不及木材，所以厚壁毛竹不宜做制漿和板材材料。竹材綜纖維素含量在不同部位存在著一定的變異，其變異范圍不超過8.175%。從表1中可看出，不同部位對綜纖維素含量影響沒有明顯的變化規(guī)律。對其進行方差分析，結果表面竹材不同部位對綜纖維素含量的影響達差異極顯著水平。

2.7 不同部位厚壁毛竹熱值分異規(guī)律

研究植物熱值的重要意義在于它能反映組織各種生理活動的變化和植物生長狀況的差異，而熱值測定是生態(tài)系統(tǒng)能量流動研究的基本方法之一。對厚壁毛竹各部位熱值進行測定，結果見表1。厚壁毛竹不同部位熱值有隨根部往頂部逐漸減少的變化趨勢，而且厚壁毛竹各組分的熱值存在一定的差異，但差異不大；且厚壁毛竹的各部分熱值明顯高于毛竹各相應部分熱值。其原因可能是厚壁毛竹桿、枝、葉部分碳濃度、灰分含量及有機質化學組成等與毛竹存在差異。經方差分析，不同部位對厚壁毛竹熱值的影響達差異極顯著水平。

2.8 熱值與主要化學成分之間的相關性分析

由表1可知，厚壁毛竹竹葉、竹桿、竹根熱值含量分別為4 808、5 388.6、5 926 cal/g，其變化隨基部到頂部逐漸減小。灰分含量分別為7.985%、0.911 6%和1.952%，葉部最大，而竹桿處最小。相關分析表明，熱值與灰分呈負相關，相伴概率P值為0.406，小于0.01，說明沒有顯著差異。纖維素含量分別為28.94%、36.9388%和36.876%，綜纖維素含量分別為26.795%、28.047 6%和27.223%，由此反映出纖維素和綜纖維素有相同變化趨勢。熱值與纖維素和綜纖維素含量呈正相關，即纖維素、綜纖維素含量越高，熱值越高；相伴概率P值分別為0.323、0.768，均小于0.01，即纖維素和綜纖維素含量對熱值的高低沒有明顯的影響。由此，纖維素、綜纖維素含量尚不能作為主要能量指標來判斷厚壁毛竹的熱量。纖維素與綜纖維素含量間呈正相關，灰分與纖維素含量和綜纖維素含量間均呈負相關，均無差異顯著性，表明纖維素、綜纖維和灰分含量相互之間的影響很小。用厚壁毛竹的熱值作為因變量（），用灰分含量（）、纖維素含量（）、綜纖維素含量（）作為自變量，估算出多元回歸方程。對偏回歸系數(shù)b、b和b進行t測驗，= 1.684，= 0.191，= 0.083，= 2.568，= 0.137，= 0.900，相伴概率均小于0.01，說明灰分、纖維素以及綜纖維素對熱值的偏回歸不顯著。經再次回歸，回歸方程為：

=－4 060.956＋200.560＋247.674＋5.929

其方差分析的F = 3.475，Sig.= 0.167，說明灰分、纖維素以及綜纖維素對熱值不顯著。

3 小結

研究表明，不同部位對整個厚壁毛竹的化學成分的影響均達差異顯著性水平。從灰分含量來看，如果用厚壁毛竹做人造板，桿部較其他部位更適合。并且不同部位與厚壁毛竹灰分含量呈現(xiàn)類似開口超上的拋物線的變化趨勢。1%NaOH抽出物含量高尤其體現(xiàn)在竹葉中，竹葉更不適合制漿和制板工業(yè)。纖維素含量隨竹材從近地面到頂部逐漸減少，并且其含量要低于毛竹纖維素含量。從綜纖維素含量來看，其含量約57.75%，低于其他紙漿材，對于生產板材，其性能可能不及木材。

通過對厚壁毛竹不同部位的灰分、纖維素和綜纖維素與熱值進行相關分析可知，熱值與灰分呈負相關，沒有達到顯著水平。纖維素和綜纖維素與熱值呈正相關且有相同變化趨勢，但均沒有差異顯著性，也就是說纖維素、綜纖維素還不能作為主要能量指標來判斷厚壁毛竹的熱量。纖維素與綜纖維素含量間呈正相關，灰分與纖維素含量和綜纖維素含量間均呈負相關，且均未達到顯著水平。表明纖維素、綜纖維和灰分含量相互之間的影響很小。

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Study on Chemical Composition and Calorific Values ofcv.

LU Shun-bao，SHEN Hui，ZHANG Yan-jie，GUO Xiao-min

（）

Studies on main chemical components and calorific values of different parts of threecv.. The result showed that there was significant difference of chemical components among different parts of the bamboo. The ash content of leaves was the highest and the lowest in 3/4 part of the culm, indicating culm was better for manufacturing artificial board. Cold water extract increased from the base to the top, while cellulose content was on the contrary. Benzene-alcohol extract content was higher in the base. Mean 1%NaOH extract was about 33.36%, and general cellulose content was 57.75%. It showed negative relation between ash content and calorific value, ash content and general cellulose content and cellulose content. Cellulose and general cellulose content had positive relation with caloric values. Regression equation of calorific value and ash content, cellulose and general cellulose content was=－4 060.956＋200.560＋247.674＋5.929.

cv.; chemical component; calorific values

1001-3776（2010）01-0057-04

S781.4

A

2009-10-19；

2009-12-01

江西師范大學青年成長基金項目（No：1998）

魯順保（1976－），男，江西崇仁人，講師，碩士，從事植物學教學及科研工作；*通訊作者。