充滿希望的天然抗菌造紙化學品

1 前言

繼食品行業(yè)和制藥行業(yè)之后，圖文行業(yè)是全球第三大最有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。盡管圖文行業(yè)最近已擴展到數(shù)字媒體，但紙質(zhì)傳媒仍然是圖文交流和表達的基石。印刷業(yè)與造紙業(yè)密切合作，不斷提高紙張質(zhì)量以滿足不斷增長的生產(chǎn)需求，從而以最合理的價格創(chuàng)造出最佳的印刷品。換句話說，造紙行業(yè)成功地跟上了圖文領域前進的步伐，并通過開發(fā)不同的紙張涂料迅速響應其新需求。這些紙張涂層得益于精心研制的涂料配方，能夠保證印刷品的質(zhì)量和視覺吸引力，尤其能夠保持較好的強度和持久性。

另一方面，在博物館或其他機構(gòu)工作的檔案工作者或多或少都保管著不同來源、不同年代和不同內(nèi)容的紙質(zhì)文物，這些重要歷史文物的保存面臨許多問題。

除了工業(yè)和市政方面的要求外，越來越多的人希望用耐久的紙質(zhì)材料長期保存?zhèn)€人或家庭文件。因此，在紙張技術領域進行持續(xù)研究顯得非常重要，這有助于我們充分解決上述有關文件保存面臨的所有問題。

本文介紹了采用一種纏繞藤本植物（Black bryony）作為造紙化學品的造紙技術。

2 Black bryony簡介

Black bryony是一種植物（圖1），是造紙的新型原料。它還有其他2個名稱：Dioscorea communis和Tamus communis。 “Black bryony”是它的英國稱呼。

圖1 成熟的Black bryony植株及果實

該植物的地下部分是根狀的增厚塊莖，長約20～30 cm，寬約5～10 cm（圖2）。塊莖表皮呈褐色，內(nèi)部為白色；塊莖含有大量辛辣味的黏稠汁液（黏液）并會散發(fā)出特殊難聞氣味。

圖2 Black bryony的根莖

Black bryony遍布西歐大西洋沿岸，一直到比利時和英格蘭、歐洲中部和南部、加那利群島、克里米亞、高加索，亞洲指南（安納托利亞）、伊拉克、伊朗以及北非。

3 Black bryony的組成成分

Black bryony的化學成分：淀粉，大型紡錘狀晶體形式的草酸鈣，類固醇皂苷（別稱皂角苷）。皂苷包含在根莖（根）和漿果中。關于該植物的研究尚不充分。

在自然界中，類固醇皂苷是分布量較少的化合物，只有薯蕷科（Dioscoreaceae）的單子葉植物才產(chǎn)生這種物質(zhì)，Black bryony就是這個大家族中的代表之一。皂苷位于細胞質(zhì)中，在那里它們被合成為植物抗毒素，旨在保護細胞免受細菌和真菌感染。皂苷基本在植物體內(nèi)均勻分布，在地下器官如根、根莖、鱗莖、以及果實和種子中相對富集較多。

類固醇皂苷具有由27個碳原子組成的碳鏈，是高相對分子質(zhì)量和無定形晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有難聞的特殊氣味并伴有類似肥皂的刺激性味道。皂苷具有較強的極性（電離），所以它溶于水和稀乙醇中。

4 Black bryony抗菌效果的實驗方法

采用農(nóng)具完好無損地挖出Black bryony的根部后運至實驗室，5 h內(nèi)用蒸餾水洗凈并在室溫（23℃）下干燥、切碎。切碎后的試樣采用離心分離（功率1 000 W，微濾網(wǎng)）方法使固液分離，從每個黑色根莖樣本中提取無色和不透明液體各120 mL，在溫度5℃下過夜貯存后，采用瓷制工具攪拌均勻后分成均等2部分：一部分加入60 mL蒸餾水，另一部分加入96%的乙醇，并向混合液中加入分散劑。

用以上混合液分別處理幾種不同類型的紙張。紙張類型有：接種了細菌或真菌的紙張、因木質(zhì)素分解而變色的紙張、新高吸收性紙張和含紡織纖維紙張（Fabriano美術紙）。所有紙張都是A4大小，每個紙樣根據(jù)處理液的不同進行標記，共計16張：8張單面處理，8張雙面處理。10張紙樣置于極端環(huán)境（潮濕、封閉、細菌和真菌滋生）的環(huán)境中，另6張紙樣置于保存文檔的適宜環(huán)境中。連續(xù)22個月密切監(jiān)測紙樣上細菌和真菌情況。

5 Black Bryony用作紙張?zhí)盍?/h2>

Black bryony可成功作為填料用于紙張的手工生產(chǎn)和工業(yè)自動化生產(chǎn)中。Black bryony的根部經(jīng)下述處理可以很容易地添加到手工紙生產(chǎn)所需的紙漿中，并且其對最終產(chǎn)品的影響是多方面的：將根切成小塊后，入水中，不加任何其他物質(zhì)，直到水變黏稠。該物質(zhì)幾乎處于溶膠（膠體懸浮液）的狀態(tài)，這有利于纖維在紙漿中的分散并且便于在模具上抄造。溶膠可以通過控制百分比添加到紙漿中。

不建議在高溫下處理切碎的black bryony根，因為抑菌物質(zhì)會丟失，進而失去抗細菌和抗真菌作用，這是該植物抗菌的主要原因。另一方面，機械加工不會影響這些特性，因此離心可以去除水分并分離出根部的不溶性干物質(zhì)（纖維素）。

如果以這種方式將纖維素從浸軟的根中分離出來，那么更好的選擇是將其先浸入乙醇（96%）中，再用蒸餾水稀釋，使得類固醇皂苷在醇中而不是在水中稀釋。

將2種溶液（一種是分離出纖維后的溶液，一種是固液未分離的含纖維或根部碎片的溶液）分別加入到紙漿中，以增加紙漿的體積并由此擴大最終紙制品的量。盡管含Black bryony纖維素的紙在觸覺和視覺上有著明顯不同，但是2種溶液的保護效果似乎是相同的。

關于在工業(yè)生產(chǎn)紙中使用Bblack bryony根部的一些技術問題尚待實驗研究解決，特別是要考慮紙漿在上網(wǎng)時仍具有較高的高溫，即加入填料時的紙漿溫度，同時要考慮對紙漿質(zhì)量起保護作用所需的類固醇皂苷的最佳用量及其對漂白（洗出）的影響等因素。

6 Black Bryony用作紙張的涂布涂料

在沒有大量和可控的實驗研究的情況下，強調(diào)用Black bryony根部制成的紙張涂層可以成功地保護檔案收藏品中的文件可能為時尚早，但是從初步實驗結(jié)果來看這一目標的實現(xiàn)是充滿希望的。

Black bryony的根部很大，僅1株植物就可以生產(chǎn)大量的涂布原料。將根粉碎，直至其具有精細研磨的咖啡稠度，加水，稍后這種混合物就會變得黏稠。然后，將混合物放在含有較高密度鋼網(wǎng)的機器中進行離心分離。取液體部分用大刷子將其涂在紙上形成一個涂層。在使用之前，它也可以用乙醇（96%）進一步稀釋，以便可以采用氣溶膠噴灑器的方式將其均勻分散在紙頁上。但是，應該避免使用會產(chǎn)生較大液滴的噴頭，因為較大的液滴會使得溶液在紙上分布不均。紙頁涂布后應進行干燥。

已沾染了細菌或真菌的文件可以用Black bryony涂料進行處理。真菌觀察結(jié)果好于細菌觀察結(jié)果；如果溶液含有乙醇，抗菌效果會增強。此外，對被侵染表面還有一個額外正面影響：在用保護性涂層處理之后，紙樣由于侵染而丟失的原始顏色已經(jīng)恢復。

抗菌物質(zhì)（毒素，toxins）的最高濃度是在夏季中后期采摘的黑色紅色漿果中。

作者目前正致力募集資金以便進一步地開展全面實驗性研究。該研究將有助于揭示這一疑團：類固醇皂苷的濃度是否足以使其具有毒性，或植物是否含有另一種毒素，以增強其對紙張的保護作用。

7 結(jié)束語

Black bryony廣泛分布在歐洲，繁殖迅速；如果條件適宜，可以大規(guī)模種植。

作者先用Black bryony提取物處理過不同類型的紙，再將紙樣置于不同的微環(huán)境（從惡劣到理想）中進行處理。為了能夠更好地監(jiān)測結(jié)果，以未處理的紙張設置為對照樣。目前，實驗仍在進行之中。

關于Black bryony根作為填料和保護涂層的作用的初步實驗給出了充滿希望的結(jié)果。采用這種新的技術生產(chǎn)耐久性紙張和制作防護涂層在可持續(xù)和經(jīng)濟方面都是可以接受的。更多的有關Black bryony的應用研究將在可控的和密切監(jiān)測的實驗條件下完成。