杉木提取物對木材腐朽菌的抑制性能1)

許士玉 王 婧 李淑君

(生物質(zhì)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱，150040)

木材防腐處理可以延長木材的使用壽命，減少木材由于腐朽、蟲蛀引起的降等、降級、廢棄而造成的浪費(fèi)，對節(jié)省森林資源、降低經(jīng)濟(jì)損失和保護(hù)自然環(huán)境起著重要的作用。然而，很多傳統(tǒng)的化學(xué)木材防腐劑在防止木材被微生物降解的同時(shí)，對人類身體健康和自然環(huán)境造成了很大的危害。因此，木材防腐工業(yè)急需低毒、高效、環(huán)境友好型的木材防腐劑，而植物源木材防腐劑的開發(fā)是其中的一條重要途徑[1－2]。杉木(Cunninghamia lanceolata) 為我國南方林區(qū)重要的造林樹種，具有生長快、紋理順直、結(jié)構(gòu)細(xì)致、材質(zhì)輕軟、加工容易、不翹不裂、耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是優(yōu)異的耐腐防蟲性能使杉木得到廣泛應(yīng)用[3]。樹木提取物是木材具有天然耐腐能力的主要來源[4－5]。目前對杉木的研究主要集中在精油成分及抑菌活性[6－9]，并認(rèn)為柏木腦是賦予杉木耐腐能力的主要物質(zhì)[10]，而對其它組分的抑菌性能研究較少。本文以杉木心材木屑為原料，依次經(jīng)正己烷、乙酸乙酯和甲醇浸泡提取，得到3種不同的提取物。前期采用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)機(jī)方法對這幾種提取物進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，正己烷提取物的易揮發(fā)組分中含量最高的3種成分是柏木腦、α－柏木烯和萘類物質(zhì)，乙酸乙酯提取物易揮發(fā)組分中同樣是這3種成分含量最高[11]。為此，本研究以4種木材腐朽菌為供試菌，對這3種提取物以及柏木腦、α－柏木烯和萘的抑制木腐菌性能進(jìn)行了分析，以探討杉木心材提取物與其耐腐性能的關(guān)系，為研發(fā)相似植物源木材防腐劑奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

人工林杉木心材產(chǎn)自中國福建省。提取所用試劑為正己烷、乙酸乙酯、甲醇，均為分析純，試劑經(jīng)蒸餾后使用。柏木腦和萘為分析純試劑，杉木烯為工業(yè)級，其中α－柏木烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.77%(主要雜質(zhì)為β－柏木烯和羅漢烯)。分析儀器LC2000為上海天美公司生產(chǎn)。

1.2 提取

常用提取方法有常溫浸泡法和索氏提取法。索氏提取法雖然提取效率高，但是長時(shí)間的加熱會使提取物發(fā)生改變。因此，本文采用常溫浸泡法提取。取20～40目杉木心材木屑依次用正己烷、乙酸乙酯、甲醇經(jīng)過浸泡、過濾、減壓蒸餾，依次獲得黃色、橙紅色和暗紅色的3種提取物，產(chǎn)率分別為0.8%、1.0%和 2.8%。

1.3 液相色譜分析

采用天美公司LC2000系統(tǒng)和T2000P軟件用于色譜分析，色譜柱為Phenomenex C18柱，流動相為 V(甲醇)∶V(乙酸0.067 mol·L－1)=2∶3，流速為0.3 mL·min－1，進(jìn)樣量 10 μL，柱溫 30 ℃，檢測波長254 nm。

1.4 抑菌性能測定

供試菌包括兩種白腐菌和兩種褐腐菌。白腐菌為彩絨革蓋菌(Trametes versicolor)和乳白耙菌(Irpex lacteus)。褐腐菌為密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)和綿腐臥孔菌(Postia placenta)。

將上述提取物分別用其相應(yīng)溶劑稀釋至5種不同質(zhì)量濃度，分別加入到熔融狀態(tài)的無菌PDA培養(yǎng)基中，最終培養(yǎng)基中樣品的質(zhì)量濃度分別為0.125、0.250、0.500、1.250、2.500 g·L－1。柏木腦、杉木烯和萘由于純度較高，在最終培養(yǎng)基中樣品的質(zhì)量濃度分別配制為 0.050、0.125、0.250、0.500、1.250 g·L－1。

將培養(yǎng)基定量倒入培養(yǎng)皿中，取生長旺盛的相應(yīng)供試菌菌落放到培養(yǎng)皿中心處，在暗處28℃、相對濕度70%條件下培養(yǎng)。當(dāng)含有空白樣品的培養(yǎng)基表面布滿菌絲時(shí)，以直尺測量含有樣品的培養(yǎng)基表面的菌落直徑，測量精確到1 mm。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，甲醇提取物對乳白耙菌的生長有刺激作用，特別是含有2.5 g·L－1甲醇提取物的培養(yǎng)基，其表面乳白耙菌菌絲直徑大于含有其他質(zhì)量濃度甲醇提取物培養(yǎng)基表面乳白耙菌菌絲的直徑。因此，在對乳白耙菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn)中，當(dāng)含有2.5 g·L－1甲醇提取物的培養(yǎng)基表面布滿乳白耙菌菌絲時(shí)，測量含有其他質(zhì)量濃度甲醇提取物培養(yǎng)基表面乳白耙菌菌絲的直徑[2]。樣品抑菌指數(shù)由公式(1)計(jì)算得出:

式中:D1為含有樣品的培養(yǎng)基表面菌落直徑;D2為含有空白樣品培養(yǎng)基表面菌落直徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 組分分析

由圖1可知，正己烷提取物由于極性較弱，出峰較慢，最強(qiáng)峰出現(xiàn)在14 min。甲醇提取物極性最強(qiáng)，出峰最快，最強(qiáng)峰出現(xiàn)在9 min，在14 min有較弱峰。乙酸乙酯提取物則同時(shí)具有14 min和9 min處的兩個(gè)強(qiáng)峰。原因是所采用的提取方法為常溫浸泡提取，提取效率較低，提取不完全。

圖1 提取物的高效液相色譜圖

前面提到，氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)機(jī)分析表明，正己烷提取物的易揮發(fā)組分中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的3種成分是柏木腦、α－柏木烯和萘類物質(zhì)，分別為19.10%、6.43%和10.39%;乙酸乙酯提取物易揮發(fā)組分中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的3種成分仍然是柏木腦、α－柏木烯和萘類物質(zhì)，分別為 19.87%、15.796% 和 9.43%。此外，以前研究[12]還利用 Folin－Ciocalteau法測定過乙酸乙酯提取物和甲醇提取物的總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別為6.66%和22.80%。DPPH法抗氧化能力分析表明，甲醇提取物的抗氧化能力與常見抗氧化劑BHT接近。然而在氣相色譜—質(zhì)譜分析結(jié)果中未能找到酚類物質(zhì)，說明這些酚類物質(zhì)為不易揮發(fā)組分。

根據(jù)各提取物的高效液相色譜圖，以保留時(shí)間約12 min為分界線，可將各提取物大致分為易揮發(fā)組分和不易揮發(fā)組分兩部分。由圖1峰面積進(jìn)行計(jì)算可得:正己烷提取物中易揮發(fā)組分約占88%，柏木腦、α－柏木烯和萘類物質(zhì)含量分別為17%、6%和9%;乙酸乙酯提取物中易揮發(fā)組分約占74%，柏木腦、α－柏木烯和萘類物質(zhì)含量分別為15%、12%和7%;甲烷提取物中也有一定量的易揮發(fā)組分，含量約為47%。

2.2 抑菌性能

各提取物對木腐菌的抑制性能測定結(jié)果如表1。

表1 不同質(zhì)量濃度下3種提取物的抑菌指數(shù) %

本研究選用了兩種白腐菌和兩種褐腐菌對不同質(zhì)量濃度的3種提取物進(jìn)行了抑菌活性測試，結(jié)果如表1所示。各提取物均對采絨革蓋菌有較好的抑制性能，而對乳白耙菌抑制性能較差。對于彩絨革蓋菌，當(dāng)提取物質(zhì)量濃度低于1.0 g·L－1時(shí)，正己烷提取物的抑菌活性強(qiáng)于乙酸乙酯提取物和甲醇提取物。然而，當(dāng)提取物的質(zhì)量濃度為2.500 g·L－1時(shí)，乙酸乙酯提取物和甲醇提取物對彩絨革蓋菌的抑制率均達(dá)到100%，此時(shí)，正己烷對彩絨革蓋菌的抑制率為82%。對于乳白耙菌，3種提取物中，正己烷提取物對乳白耙菌的抑制作用最明顯。當(dāng)提取物的質(zhì)量濃度為2.500 g·L－1時(shí)，正己烷提取物和乙酸乙酯提取物對乳白耙菌的抑制率分別為47%、42%，而甲醇提取物對乳白耙菌有一定刺激生長的作用，甲醇提取物對乳白耙菌的抑制率為負(fù)值(－47%)。多次重復(fù)試驗(yàn)均得到以上結(jié)果。各提取物對密粘褶菌和綿腐臥孔菌都有一定的抑制性能，抑制效果強(qiáng)于對乳白耙菌，但是弱于對彩絨革蓋菌。對于密粘褶菌，正己烷提取物的抑制作用最明顯。當(dāng)提取物的質(zhì)量濃度為2.500 g·L－1時(shí)，正己烷提取物、乙酸乙酯提取物、甲醇提取物的抑菌指數(shù)分別為54%、43%、51%。對于綿腐臥孔菌，3種提取物中乙酸乙酯提取物的抑制作用最明顯。當(dāng)提取物的質(zhì)量濃度為2.500 g·L－1時(shí)，正己烷提取物、乙酸乙酯提取物、甲醇提取物的抑菌指數(shù)分別為44%、83%、65%。

通過進(jìn)一步比較可以發(fā)現(xiàn)，相比乙酸乙酯提取物和甲醇提取物，正己烷提取物中柏木腦含量最高，但是對彩絨革蓋菌和綿腐臥孔菌的抑菌效果卻弱于另外2種提取物。可見，除了柏木腦外，還有其它組分對幾種菌種有較好的抑制或協(xié)同抑制作用。含揮發(fā)性組分較少的甲醇提取物，除了對乳白耙菌的抑制性差外，對另外3種菌種均表現(xiàn)出了較好的抑制效果。有研究表明，殺菌劑與抗氧化劑相結(jié)合可以提高木材抗真菌能力[12－13]。由于甲醇提取物含有大量的酚類物質(zhì)，這些酚類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化性能，因此很有可能是甲醇提取物中酚類物質(zhì)提高了甲醇提取物中抑菌成分的抑菌性能。

表2 不同質(zhì)量濃度下3種模型物的抑菌指數(shù) %

在試驗(yàn)的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)(表2)，杉木烯對綿腐臥孔菌和乳白耙菌雖然沒有抑制效果，但對密粘褶菌和彩絨革蓋菌表現(xiàn)出了一定的抑制能力。柏木腦對4種菌種均表現(xiàn)出較好的抑制性能，特別是對采絨革蓋菌的抑制效果明顯好于其它，對密粘褶菌的抑制效果也略好于萘。而萘除了對彩絨革蓋菌抑制效果較弱外，對其它3個(gè)菌種都表現(xiàn)出了較好的抑制效果，特別是對乳白耙菌和綿腐臥孔菌。當(dāng)萘的質(zhì)量濃度為1.250 g·L－1時(shí)，乳白耙菌被完全抑制，對綿腐臥孔菌的抑菌指數(shù)也接近90%。

結(jié)合提取物的抑菌效果分析發(fā)現(xiàn)，正己烷提取物和乙酸乙酯提取物對彩絨革蓋菌抑菌效果較強(qiáng)，而柏木腦、α－柏木烯和萘作為其中的主要成分在更高質(zhì)量濃度下卻沒有達(dá)到相近的抑制效果，說明除了上述組分外，還有其他成分對這些菌種有抑制性能。

3 結(jié)論

杉木心材正己烷、乙酸乙酯和甲醇提取物的抑菌性能不同，具有各自優(yōu)勢。各提取物均對采絨革蓋菌有較好的抑制性能，而對乳白耙菌抑制性能較差。對比其它提取物，正己烷提取物對乳白耙菌和密粘褶菌的抑制性能更強(qiáng)，乙酸乙酯提取物對綿腐臥孔菌和采絨革蓋菌的抑制效果更強(qiáng)，而易揮發(fā)組分含量較少、富含多酚的甲醇提取物在質(zhì)量濃度為2.500 g·L－1時(shí)與乙酸乙酯提取物同樣能夠完全抑制采絨革蓋菌。以柏木腦、杉木烯(α－柏木烯含量為66%)和萘為易揮發(fā)組分模型物的抑菌性能分析表明，3者中柏木腦對采絨革蓋菌和密粘褶菌的抑制效率最高，萘對乳白耙菌和綿腐臥孔菌的抑制效率最高，杉木烯對綿腐臥孔菌和乳白耙菌沒有抑制效果，對密粘褶菌和彩絨革蓋菌有一定的抑制能力。杉木的天然耐腐能力是其提取物復(fù)雜的多種組分共同作用的結(jié)果。

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