白樺木材侵染菌侵染材的化學分析

張 斌，陳廣勝，郭明輝，黃占華，朱曉冬

(東北林業大學生物質材料科學與技術教育部重點實驗室，哈爾濱 150040)

白樺是我國北方重要的工業用材之一，但其在干燥處理過程中易受到真菌類微生物的侵染而產生變色，在一定程度上影響了白樺木材優良的外觀品質及加工利用價值[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]。木材真菌變色多發于新鋸解木材表面的孢子萌發，孢子通過氣流傳播，在原木儲存和板材氣干初期生長繁殖[6-8]。對于木材本身而言，其含水率在20%～150%之間，適宜真菌孢子加劇生長，從而使木材產生變色和腐朽[9-12]。本文從生物學的角度出發，對侵染白樺木材的侵染菌進行培養、分離和純化，通過紅外光譜等分析手段，對白樺試材被侵染菌侵染前后的化學成分及化學結構變化進行分析，以明確不同木材侵染菌對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。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用白樺木材取自于大興安嶺林區，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，本試驗選取適于培養多種真菌的馬鈴薯蔗糖瓊脂(PDA)作為培養基[13-14]。

1.2 試驗方法

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的發生變色白樺試材，經無菌水沖洗試材表面進行消毒處理后，放置于溫度為25℃的恒溫箱培養基平板上進行培養，當變色白樺試材周圍長出菌絲后，采用尖端菌絲挑取法將不同形態的菌落移至斜面培養基上進行純化培養，最后轉接到載玻片上采用顯微鏡對菌種進行觀察鑒定，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進行滅菌處理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%的培養箱中進行接菌培養。

1.2.3 白樺木材侵染菌侵染試材的化學成分測定

對上述進行侵染菌接菌處理的白樺試材進行化學成分測定。同時，采用MAGNA560型傅立葉紅外光譜儀對侵染試材進行紅外光譜分析，以明確侵染菌對白樺試材及浸提物化學成分和結構的影響。

圖1 白樺試材滅菌處理過程

2 結果與分析

2.1 白樺木材侵染菌侵染試材的化學成分分析

對于木材而言，發生變色會導致其木材自身組分產生一定的變化。根據前期白樺木材侵染菌試驗，共鑒定出9種(J-1—J-9)侵染白樺木材的侵染菌[16]，對這9種侵染菌侵染試材及白樺素材(即未變色白樺試材)進行化學成分分析，得到測定結果見表1。由表1中可知，對于化學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。對于其它化學成分，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化合物的含量。

表1 白樺木材侵染菌侵染白樺試材的化學成分測定結果

2.2 白樺木材侵染菌侵染試材的化學結構分析

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比圖如圖2 所示。10個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，峰強略強，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處出現吸收峰，而其他試材在2 936 cm-1和2 880 cm-1處分散為2個吸收峰，說明這兩類侵染菌侵染試材中的羧酸類物質發生了變化。在1 734 cm-1處為乙?；螋驶鵆=O伸展振動，大部分侵染試材在此處有所減弱，說明有少量纖維素發生了變化。在1 050 cm-1、1 150 cm-1和1 610 cm-1處為羧酸根負離子的兩個C-O鍵的伸縮振動，在950 cm-1處為羧酸二締合態的OH鍵面外彎曲振動。侵染菌侵染試材在1150-1處有所減弱，說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，說明白樺木材木質素成分無明顯變化。

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木材浸提物組分的影響，試驗選取J6侵染菌侵染白樺試材進行浸提物萃取組分紅外光譜分析，結果如圖3所示。白樺木材a、b、d、e浸提物組分在3 361 cm-1處出現O-H鍵伸縮振動，在2 916 cm-1和2 853 cm-1處出現C-H鍵的伸縮振動，說明含有羧酸，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、CH彎曲振動和CH2形變振動。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處產生C=O伸展振動、CH彎曲振動，717 cm-1處出現小吸收峰，說明素材組分中含有酚類物質的可能性較小；f組分在3 361 cm-1處亦產生O-H鍵伸縮振動，2 900 cm-1左右處沒有出現分峰，說明該組分中不含有羧酸成分，其在1 050 cm-1僅出現一個C=O伸展振動吸收峰，1 270 cm-1處出現木質素特征吸收，1 110 cm-1出現多糖類特征吸收，說明f組分中含有酚類物質。白樺木材的變色現象與有機酸和酚類物質的存在有著較大的聯系，木材組分受到損傷會導致酚苷水解反應產生酚類，進一步氧化形成有色物質[17]。不同侵染菌侵染試材會造成試材浸提物組分中的顯色物質或助色物質含量有所差別，其對白樺木材變色程度的影響還需要進一步的研究。

圖3 白樺木材侵染菌侵染試材浸提組分的紅外光譜

3 結 論

白樺在干燥過程中易受真菌類微生物的侵染產生色變，在一定程度上降低了其加工利用價值。本文針對白樺木材侵染菌侵染試材的化學成分變化進行分析，以期為白樺木材生物變色防治提供參考。通過對白樺木材侵染菌進行分離、純化與接菌，對白樺侵染菌侵染木材的化學成分進行測定。根據結果可知，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侵蝕白樺木材細胞壁組織，造成纖維素和木素等主要成分含量的降低，導致木材組分的破壞。同時，侵染菌的存在會造成白樺木材抽提物組分中的顯色及助色物質的含量變化，以致木材產生不同程度的變色。

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