軟木脂對黑曲霉的抑菌活性分析及軟木板防霉特性評價

＊趙威 魏新莉* 張俊 朱愿 李旺 肖朝順

（1.中南林業科技大學 湖南 410004 2.江蘇森豪仕軟木有限公司 江蘇 226500）

引言

軟木，采剝自栓皮楮（Quercus suber）或栓皮櫟（Quercus variabilis）的栓皮組織[1]，一直被認為是具有天然防霉性能的優良材料[2]。但市場上的軟木制品很多是由軟木顆粒構成的膠結軟木板，研究膠結軟木板的防霉性，對于開發具有高防霉性能的軟木制品，提高人們生活品質，具有十分重要的意義。

軟木的防霉性能研究主要圍繞軟木脂的防霉抑菌性展開，如Correia[3]驗證了軟木脂對人類主要致病菌具有殺菌活性，王慶國[4]驗證了軟木脂對黑曲霉（Aspergillus niger）的抑菌性，也有學者如Pereira、Rocha等[5-6]發現天然軟木板蒸煮后的放置階段，有霉菌感染了軟木原料。因此，對軟木材料本身的防霉特性進行深入研究，具有重要的研究意義和應用價值。本研究以軟木再構材料——膠結軟木板上的黑曲霉感染情況為研究對象，對比天然軟木板黑曲霉感染情況，來探討軟木板的防霉影響因素，以期為開發具有優異防霉性的軟木制品提供重要的理論依據和參考。

1.材料與方法

(1)實驗材料與設備

①實驗材料

天然軟木板：采剝自陜西秦嶺栓皮櫟，經壓平、裁切后制成的板狀材料，由森豪仕軟木有限公司提供。加工成尺寸為50mm（長）×20mm（寬）×5mm（厚）的試件備用。

膠結軟木板：由軟木顆粒（粒徑10～14目）與聚氨酯膠粘劑（固含量100%，pH值6）經攪拌混合、模壓、熱定型、出模裁切等工序制得，理論密度0.4g/cm3。加工成尺寸為50mm（長）×20mm（寬）×5mm（厚）的試件備用。

黑曲霉菌種：購自于中國普通微生物菌種保藏管理中心。

主要試劑：二氯甲烷、無水乙醇、甲醇、甲醇鈉，均為分析純，購自于上海麥克林生化科技有限公司；稀硫酸，0.1mol/L，購自于江陰市精奇化工有限公司。

②實驗設備

所用實驗設備如下：恒溫恒濕培養箱（BSC-250），上海博訊實業有限公司醫療設備廠；凈化工作臺（SW-CJ-2F），上海博訊實業有限公司醫療設備廠；高壓蒸汽滅菌鍋（MJ-54A），上海施都凱儀器設備有限公司；掃描電子顯微鏡，Tescan Mira4，泰思肯有限公司。

(2)實驗方法

①軟木脂對黑曲霉的抑菌活性實驗

參照學者Brandcod[7]的方案提取出軟木脂，并準備四個直徑5mm的濾紙圓片放置在黑曲霉培養基上，其中三個濾紙圓片滴入10μL，濃度54mg/mL的軟木脂醇溶液作為實驗組，一個濾紙圓片滴入10μL無水乙醇作為對照組。在恒溫恒濕培養箱中，經過0h、48h、72h后，觀察濾紙圓片上的黑曲霉生長情況，并拍照記錄。

②膠結軟木板和天然軟木板對黑曲霉的防霉特性評價

按照GB/T 18261-2013《防霉劑對木材霉菌及變色菌防治效力的實驗方法》，對膠結軟木板和天然軟木板進行防霉特性評價。首先，將涂有黑曲霉的培養基在溫度25℃、相對濕度85%的恒溫恒濕培養箱中培養7d，使培養基逐漸長滿黑曲霉菌絲體；然后，將一組軟木板試件放置在長滿黑曲霉菌絲體的培養基上，繼續在培養箱中放置28d，記錄霉菌感染面積并計算比例，獲得霉菌表面被害值，防霉等級評定標準如表1所示。

③增濕處理后膠結軟木板和天然軟木板對黑曲霉的防霉特性評價

為了模擬極端潮濕環境，將軟木板試件分別浸沒在20℃水中24h、48h、72h進行增濕處理，按照GB/T 18261-2013《防霉劑對木材霉菌及變色菌防治效力的實驗方法》對膠結軟木板和天然軟木板進行防霉性能評價。

④微觀形貌觀察

觀察防霉特性評價后的軟木板試件，對比黑曲霉感染后軟木板試件表面的變化，采用掃描電子顯微鏡（SEM）拍照觀察。

2.結果與分析

(1)軟木脂對黑曲霉的抑菌活性

為了觀察軟木細胞的主要成分軟木脂的抑菌活性，提取出軟木脂，進行黑曲霉抑菌活性對比，結果如圖1所示，三個黑色圈區域是實驗組區間，在實驗的前48h表現出了優異的抑菌活性，未發現黑曲霉感染；白色圈區域是對照組區間，實驗開始不久就出現并長滿黑曲霉；當實驗進行到72h時，透明的軟木脂變得渾濁，表明菌絲體出現在實驗組區間。說明軟木脂對黑曲霉具有較好抑菌活性，但隨著時間的推移，黑曲霉也會逐漸將軟木脂覆蓋。

圖1 軟木脂的抑菌活性實驗

(2)膠結軟木板和天然軟木板對黑曲霉的防霉特性

膠結軟木板和天然軟木板對黑曲霉的防霉特性實驗如圖2所示，在溫度25℃、相對濕度85%的環境放置28d后，兩組軟木板試件均沒有菌絲和霉點的生長，根據防霉等級評定標準，被害值為0。說明即使長期處于高濕環境中，膠結軟木板和天然軟木板仍然保持了優異的防霉特性。天然軟木板具有防霉性的主要原因是軟木細胞結構的封閉性[8]，使得霉菌沒有足夠的水分滿足生長要求；另外軟木的成分主要是較為復雜的高級脂肪酸及少量蠟質、萜烯樹脂等[9]，化學性質非常穩定，尤其是軟木脂特有的抑菌作用[10]，在軟木板的防霉特性上起到重要作用。膠結軟木板由軟木顆粒再構而成，但是其化學成分的穩定性和抑菌性保留下來，而且聚氨酯膠粘劑的添加讓被破壞的胞壁重新黏合，恢復了部分細胞結構的封閉性。

圖2 軟木試件對黑曲霉的防霉特性評價

(3)增濕處理對膠結軟木板和天然軟木板防霉特性的影響

由于軟木細胞自身的封閉性，軟木內部很難浸入大量水分，通過對軟木試件進行增濕處理，能夠快速提高其內部含水量。對增濕后的膠結軟木板和天然軟木板防霉特性進行測試，發現增濕時間不同，膠結軟木試件表面感染面積比例不變（＜1/4），被害值等級為1，如圖3所示，膠結軟木板增濕的時間和進入軟木試件內部的水量對霉菌的感染面積沒有影響。天然軟木板組進行了增濕處理后，試件表面被害值仍為0，沒有發現表面霉菌生長，仍表現出優異的防霉能力。

圖3 增濕軟木試件對黑曲霉的防霉特性評價

對增濕處理膠結軟木板進行被黑曲霉感染后微觀形貌觀察，如圖4所示。從圖4（a）可以看到分生孢子分布在軟木顆粒間的縫隙。產生霉變的原因是增濕處理使得水分進入顆粒之間的縫隙中，顆粒間的縫隙為霉菌提供了霉菌生長的空間和水分。圖4（b）顯示出黑曲霉的孢子附著在細胞腔內，未能生長成為分生孢子，推測軟木酯和聚氨酯膠黏劑對軟木顆粒的細胞壁具有一定固定和保護作用。

圖4 增濕膠結軟木板黑曲霉感染情況

3.結論

膠結軟木板和天然軟木板均具有優異的防霉性，近乎封閉的軟木細胞結構和軟木脂是軟木防霉性的基礎。在高濕環境下，膠結軟木板再構結構的縫隙可以為霉菌的生長提供環境和水分，從而造成膠接軟木板被黑曲霉感染。軟木脂和聚氨酯膠粘劑對軟木顆粒具有保護作用，可減弱黑曲霉對軟木顆粒的感染。