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

(生物質材料教育部重點實驗室(東北林業大學)，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，對節省森林資源、降低經濟損失和保護自然環境起著重要的作用。然而，很多傳統的化學木材防腐劑在防止木材被微生物降解的同時，對人類身體健康和自然環境造成了很大的危害。因此，木材防腐工業急需低毒、高效、環境友好型的木材防腐劑，而植物源木材防腐劑的開發是其中的一條重要途徑[1－2]。杉木(Cunninghamia lanceolata) 為我國南方林區重要的造林樹種，具有生長快、紋理順直、結構細致、材質輕軟、加工容易、不翹不裂、耐磨性強等優點，特別是優異的耐腐防蟲性能使杉木得到廣泛應用[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]，并認為柏木腦是賦予杉木耐腐能力的主要物質[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—質譜聯機方法對這幾種提取物進行了分析，結果表明，正己烷提取物的易揮發組分中含量最高的3種成分是柏木腦、α－柏木烯和萘類物質，乙酸乙酯提取物易揮發組分中同樣是這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行了分析，以探討杉木心材提取物與其耐腐性能的關系，為研發相似植物源木材防腐劑奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

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

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，但是長時間的加熱會使提取物發生改變。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溶劑稀釋至5種不同質量濃度，分別加入到熔融狀態的無菌PDA培養基中，最終培養基中樣品的質量濃度分別為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，在最終培養基中樣品的質量濃度分別配制為 0.050、0.125、0.250、0.500、1.250 g·L－1。

將培養基定量倒入培養皿中，取生長旺盛的相應供試菌菌落放到培養皿中心處，在暗處28℃、相對濕度70%條件下培養。當含有空白樣品的培養基表面布滿菌絲時，以直尺測量含有樣品的培養基表面的菌落直徑，測量精確到1 mm。試驗中發現，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甲醇提取物的培養基，其表面乳白耙菌菌絲直徑大于含有其他質量濃度甲醇提取物培養基表面乳白耙菌菌絲的直徑。因此，在對乳白耙菌進行抑菌試驗中，當含有2.5 g·L－1甲醇提取物的培養基表面布滿乳白耙菌菌絲時，測量含有其他質量濃度甲醇提取物培養基表面乳白耙菌菌絲的直徑[2]。樣品抑菌指數由公式(1)計算得出:

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

2 結果與分析

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，最強峰出現在14 min。甲醇提取物極性最強，出峰最快，最強峰出現在9 min，在14 min有較弱峰。乙酸乙酯提取物則同時具有14 min和9 min處的兩個強峰。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—質譜聯機分析表明，正己烷提取物的易揮發組分中質量分數最高的3種成分是柏木腦、α－柏木烯和萘類物質，分別為19.10%、6.43%和10.39%;乙酸乙酯提取物易揮發組分中質量分數最高的3種成分仍然是柏木腦、α－柏木烯和萘類物質，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量分數，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—質譜分析結果中未能找到酚類物質，說明這些酚類物質為不易揮發組分。

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

表1 不同質量濃度下3種提取物的抑菌指數 %

本研究選用了兩種白腐菌和兩種褐腐菌對不同質量濃度的3種提取物進行了抑菌活性測試，結果如表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，當提取物質量濃度低于1.0 g·L－1時，正己烷提取物的抑菌活性強于乙酸乙酯提取物和甲醇提取物。然而，當提取物的質量濃度為2.500 g·L－1時，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到100%，此時，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。當提取物的質量濃度為2.500 g·L－1時，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值(－47%)。多次重復試驗均得到以上結果。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。當提取物的質量濃度為2.500 g·L－1時，正己烷提取物、乙酸乙酯提取物、甲醇提取物的抑菌指數分別為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。當提取物的質量濃度為2.500 g·L－1時，正己烷提取物、乙酸乙酯提取物、甲醇提取物的抑菌指數分別為44%、83%、65%。

通過進一步比較可以發現，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?？梢?，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同抑制作用。含揮發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種菌種均表現出了較好的抑制效果。有研究表明，殺菌劑與抗氧化劑相結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，這些酚類物質具有較強的抗氧化性能，因此很有可能是甲醇提取物中酚類物質提高了甲醇提取物中抑菌成分的抑菌性能。

表2 不同質量濃度下3種模型物的抑菌指數 %

在試驗的質量濃度范圍內(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出了一定的抑制能力。柏木腦對4種菌種均表現出較好的抑制性能，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個菌種都表現出了較好的抑制效果，特別是對乳白耙菌和綿腐臥孔菌。當萘的質量濃度為1.250 g·L－1時，乳白耙菌被完全抑制，對綿腐臥孔菌的抑菌指數也接近90%。

結合提取物的抑菌效果分析發現，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，而柏木腦、α－柏木烯和萘作為其中的主要成分在更高質量濃度下卻沒有達到相近的抑制效果，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，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，而易揮發組分含量較少、富含多酚的甲醇提取物在質量濃度為2.500 g·L－1時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雜的多種組分共同作用的結果。

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