白樺木材侵染菌侵染材的化學(xué)分析

張 斌，陳廣勝，郭明輝，黃占華，朱曉冬

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

白樺是我國(guó)北方重要的工業(yè)用材之一，但其在干燥處理過(guò)程中易受到真菌類微生物的侵染而產(chǎn)生變色，在一定程度上影響了白樺木材優(yōu)良的外觀品質(zhì)及加工利用價(jià)值[1-2]。木材的生物變色主要是由霉菌、變色菌和木腐菌這三類真菌引起的[3-5]。木材真菌變色多發(fā)于新鋸解木材表面的孢子萌發(fā)，孢子通過(guò)氣流傳播，在原木儲(chǔ)存和板材氣干初期生長(zhǎng)繁殖[6-8]。對(duì)于木材本身而言，其含水率在20%～150%之間，適宜真菌孢子加劇生長(zhǎng)，從而使木材產(chǎn)生變色和腐朽[9-12]。本文從生物學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)侵染白樺木材的侵染菌進(jìn)行培養(yǎng)、分離和純化，通過(guò)紅外光譜等分析手段，對(duì)白樺試材被侵染菌侵染前后的化學(xué)成分及化學(xué)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析，以明確不同木材侵染菌對(duì)白樺木材及浸提物組分的影響，為白樺木材生物變色的有效防治提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用白樺木材取自于大興安嶺林區(qū)，胸徑為12～15 cm，加工成尺寸為300 mm×40 mm×40 mm的木塊后，放入冷藏箱中保存。同時(shí)，本試驗(yàn)選取適于培養(yǎng)多種真菌的馬鈴薯蔗糖瓊脂(PDA)作為培養(yǎng)基[13-14]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 白樺木材侵染菌的分離、純化與鑒定

首先，使用酒精浸泡尺寸為3 mm×2 mm×1 mm的發(fā)生變色白樺試材，經(jīng)無(wú)菌水沖洗試材表面進(jìn)行消毒處理后，放置于溫度為25℃的恒溫箱培養(yǎng)基平板上進(jìn)行培養(yǎng)，當(dāng)變色白樺試材周圍長(zhǎng)出菌絲后，采用尖端菌絲挑取法將不同形態(tài)的菌落移至斜面培養(yǎng)基上進(jìn)行純化培養(yǎng)，最后轉(zhuǎn)接到載玻片上采用顯微鏡對(duì)菌種進(jìn)行觀察鑒定，以確定侵染白樺試材的侵染菌的基本類型[15]。

1.2.2 白樺試材接菌

將未發(fā)生變色的白樺試材加工成尺寸為40 mm×15 mm×5 mm的小木塊后裝入平底錐形瓶中，放置在高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)進(jìn)行滅菌處理30 min，如圖1所示。然后將冷卻滅菌處理試材放入裝有不同菌種真菌的廣口瓶中，在溫度為25℃，濕度為80%的培養(yǎng)箱中進(jìn)行接菌培養(yǎng)。

1.2.3 白樺木材侵染菌侵染試材的化學(xué)成分測(cè)定

對(duì)上述進(jìn)行侵染菌接菌處理的白樺試材進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定。同時(shí)，采用MAGNA560型傅立葉紅外光譜儀對(duì)侵染試材進(jìn)行紅外光譜分析，以明確侵染菌對(duì)白樺試材及浸提物化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的影響。

圖1 白樺試材滅菌處理過(guò)程

2 結(jié)果與分析

2.1 白樺木材侵染菌侵染試材的化學(xué)成分分析

對(duì)于木材而言，發(fā)生變色會(huì)導(dǎo)致其木材自身組分產(chǎn)生一定的變化。根據(jù)前期白樺木材侵染菌試驗(yàn)，共鑒定出9種(J-1—J-9)侵染白樺木材的侵染菌[16]，對(duì)這9種侵染菌侵染試材及白樺素材(即未變色白樺試材)進(jìn)行化學(xué)成分分析，得到測(cè)定結(jié)果見表1。由表1中可知，對(duì)于化學(xué)成分中的纖維素和木素，白樺素材含量略高于9種被白樺侵染菌侵染試材的含量。這表明白樺木材侵染菌的存在使得木材的細(xì)胞壁組織受到一定的侵蝕，造成纖維素和木素含量的下降。對(duì)于其它化學(xué)成分，8種不同侵染菌(不包括J-5)侵染試材中含量均高于素材的含量。這主要是由于白樺試材的部分半纖維素和糖類化合物受到侵染菌侵染被降解，增加了木材中脂肪酸和脂肪烴等有機(jī)化合物的含量。

表1 白樺木材侵染菌侵染白樺試材的化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果

2.2 白樺木材侵染菌侵染試材的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 白樺試材被侵染菌侵染前后的紅外光譜分析

白樺素材及9種侵染菌(J-1～J-9)侵染試材的紅外光譜對(duì)比圖如圖2 所示。10個(gè)試件在峰位和峰形上基本相同。在3 361 cm-1處為O-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，與白樺素材相比，侵染菌侵染試材在此處的吸收峰略寬，峰強(qiáng)略強(qiáng)，這主要是由于羥基增加而造成的。侵染菌J-2、J-3侵染試材在2 900 cm-1處出現(xiàn)吸收峰，而其他試材在2 936 cm-1和2 880 cm-1處分散為2個(gè)吸收峰，說(shuō)明這兩類侵染菌侵染試材中的羧酸類物質(zhì)發(fā)生了變化。在1 734 cm-1處為乙?；螋驶鵆=O伸展振動(dòng)，大部分侵染試材在此處有所減弱，說(shuō)明有少量纖維素發(fā)生了變化。在1 050 cm-1、1 150 cm-1和1 610 cm-1處為羧酸根負(fù)離子的兩個(gè)C-O鍵的伸縮振動(dòng)，在950 cm-1處為羧酸二締合態(tài)的OH鍵面外彎曲振動(dòng)。侵染菌侵染試材在1150-1處有所減弱，說(shuō)明半纖維素降解而減少。此外，試材在1 508 cm-1和1 270 cm-1處變化不大，說(shuō)明白樺木材木質(zhì)素成分無(wú)明顯變化。

圖2 白樺木材侵染菌侵染試材的紅外光譜

2.2.2 白樺木材侵染菌侵染試材浸提物組分的紅外光譜分析

為了解白樺木材侵染菌對(duì)木材浸提物組分的影響，試驗(yàn)選取J6侵染菌侵染白樺試材進(jìn)行浸提物萃取組分紅外光譜分析，結(jié)果如圖3所示。白樺木材a、b、d、e浸提物組分在3 361 cm-1處出現(xiàn)O-H鍵伸縮振動(dòng)，在2 916 cm-1和2 853 cm-1處出現(xiàn)C-H鍵的伸縮振動(dòng)，說(shuō)明含有羧酸，此外在1 734 cm-1、1 374 cm-1和1 460 cm-1處分別為C=O伸展振動(dòng)、CH彎曲振動(dòng)和CH2形變振動(dòng)。組分在3 361 cm-1處的吸收帶幾近消失，在1 374 cm-1和1 460 cm-1處產(chǎn)生C=O伸展振動(dòng)、CH彎曲振動(dòng)，717 cm-1處出現(xiàn)小吸收峰，說(shuō)明素材組分中含有酚類物質(zhì)的可能性較??；f組分在3 361 cm-1處亦產(chǎn)生O-H鍵伸縮振動(dòng)，2 900 cm-1左右處沒(méi)有出現(xiàn)分峰，說(shuō)明該組分中不含有羧酸成分，其在1 050 cm-1僅出現(xiàn)一個(gè)C=O伸展振動(dòng)吸收峰，1 270 cm-1處出現(xiàn)木質(zhì)素特征吸收，1 110 cm-1出現(xiàn)多糖類特征吸收，說(shuō)明f組分中含有酚類物質(zhì)。白樺木材的變色現(xiàn)象與有機(jī)酸和酚類物質(zhì)的存在有著較大的聯(lián)系，木材組分受到損傷會(huì)導(dǎo)致酚苷水解反應(yīng)產(chǎn)生酚類，進(jìn)一步氧化形成有色物質(zhì)[17]。不同侵染菌侵染試材會(huì)造成試材浸提物組分中的顯色物質(zhì)或助色物質(zhì)含量有所差別，其對(duì)白樺木材變色程度的影響還需要進(jìn)一步的研究。

圖3 白樺木材侵染菌侵染試材浸提組分的紅外光譜

3 結(jié) 論

白樺在干燥過(guò)程中易受真菌類微生物的侵染產(chǎn)生色變，在一定程度上降低了其加工利用價(jià)值。本文針對(duì)白樺木材侵染菌侵染試材的化學(xué)成分變化進(jìn)行分析，以期為白樺木材生物變色防治提供參考。通過(guò)對(duì)白樺木材侵染菌進(jìn)行分離、純化與接菌，對(duì)白樺侵染菌侵染木材的化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)結(jié)果可知，與未侵染素材相比，侵染菌侵染試材中苯醇抽提物含量、1% NaOH抽出物含量、熱水抽出物含量和多戊糖含量均較高，而纖維素及木素含量較低。這表明侵染菌在適宜的條件下會(huì)侵蝕白樺木材細(xì)胞壁組織，造成纖維素和木素等主要成分含量的降低，導(dǎo)致木材組分的破壞。同時(shí)，侵染菌的存在會(huì)造成白樺木材抽提物組分中的顯色及助色物質(zhì)的含量變化，以致木材產(chǎn)生不同程度的變色。

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