杉木提取物对木材腐朽菌的抑制性能1)

许士玉 王 婧 李淑君

(生物质材料教育部重点实验室(东北林业大学)，哈尔滨，150040)

木材防腐处理可以延长木材的使用寿命，减少木材由于腐朽、虫蛀引起的降等、降级、废弃而造成的浪费，对节省森林资源、降低经济损失和保护自然环境起着重要的作用。然而，很多传统的化学木材防腐剂在防止木材被微生物降解的同时，对人类身体健康和自然环境造成了很大的危害。因此，木材防腐工业急需低毒、高效、环境友好型的木材防腐剂，而植物源木材防腐剂的开发是其中的一条重要途径[1－2]。杉木(Cunninghamia lanceolata) 为我国南方林区重要的造林树种，具有生长快、纹理顺直、结构细致、材质轻软、加工容易、不翘不裂、耐磨性强等优点，特别是优异的耐腐防虫性能使杉木得到广泛应用[3]。树木提取物是木材具有天然耐腐能力的主要来源[4－5]。目前对杉木的研究主要集中在精油成分及抑菌活性[6－9]，并认为柏木脑是赋予杉木耐腐能力的主要物质[10]，而对其它组分的抑菌性能研究较少。本文以杉木心材木屑为原料，依次经正己烷、乙酸乙酯和甲醇浸泡提取，得到3种不同的提取物。前期采用气相色谱—质谱联机方法对这几种提取物进行了分析，结果表明，正己烷提取物的易挥发组分中含量最高的3种成分是柏木脑、α－柏木烯和萘类物质，乙酸乙酯提取物易挥发组分中同样是这3种成分含量最高[11]。为此，本研究以4种木材腐朽菌为供试菌，对这3种提取物以及柏木脑、α－柏木烯和萘的抑制木腐菌性能进行了分析，以探讨杉木心材提取物与其耐腐性能的关系，为研发相似植物源木材防腐剂奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

人工林杉木心材产自中国福建省。提取所用试剂为正己烷、乙酸乙酯、甲醇，均为分析纯，试剂经蒸馏后使用。柏木脑和萘为分析纯试剂，杉木烯为工业级，其中α－柏木烯的质量分数为63.77%(主要杂质为β－柏木烯和罗汉烯)。分析仪器LC2000为上海天美公司生产。

1.2 提取

常用提取方法有常温浸泡法和索氏提取法。索氏提取法虽然提取效率高，但是长时间的加热会使提取物发生改变。因此，本文采用常温浸泡法提取。取20～40目杉木心材木屑依次用正己烷、乙酸乙酯、甲醇经过浸泡、过滤、减压蒸馏，依次获得黄色、橙红色和暗红色的3种提取物，产率分别为0.8%、1.0%和 2.8%。

1.3 液相色谱分析

采用天美公司LC2000系统和T2000P软件用于色谱分析，色谱柱为Phenomenex C18柱，流动相为 V(甲醇)∶V(乙酸0.067 mol·L－1)=2∶3，流速为0.3 mL·min－1，进样量 10 μL，柱温 30 ℃，检测波长254 nm。

1.4 抑菌性能测定

供试菌包括两种白腐菌和两种褐腐菌。白腐菌为彩绒革盖菌(Trametes versicolor)和乳白耙菌(Irpex lacteus)。褐腐菌为密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)和绵腐卧孔菌(Postia placenta)。

将上述提取物分别用其相应溶剂稀释至5种不同质量浓度，分别加入到熔融状态的无菌PDA培养基中，最终培养基中样品的质量浓度分别为0.125、0.250、0.500、1.250、2.500 g·L－1。柏木脑、杉木烯和萘由于纯度较高，在最终培养基中样品的质量浓度分别配制为 0.050、0.125、0.250、0.500、1.250 g·L－1。

将培养基定量倒入培养皿中，取生长旺盛的相应供试菌菌落放到培养皿中心处，在暗处28℃、相对湿度70%条件下培养。当含有空白样品的培养基表面布满菌丝时，以直尺测量含有样品的培养基表面的菌落直径，测量精确到1 mm。试验中发现，甲醇提取物对乳白耙菌的生长有刺激作用，特别是含有2.5 g·L－1甲醇提取物的培养基，其表面乳白耙菌菌丝直径大于含有其他质量浓度甲醇提取物培养基表面乳白耙菌菌丝的直径。因此，在对乳白耙菌进行抑菌试验中，当含有2.5 g·L－1甲醇提取物的培养基表面布满乳白耙菌菌丝时，测量含有其他质量浓度甲醇提取物培养基表面乳白耙菌菌丝的直径[2]。样品抑菌指数由公式(1)计算得出:

式中:D1为含有样品的培养基表面菌落直径;D2为含有空白样品培养基表面菌落直径。

2 结果与分析

2.1 组分分析

由图1可知，正己烷提取物由于极性较弱，出峰较慢，最强峰出现在14 min。甲醇提取物极性最强，出峰最快，最强峰出现在9 min，在14 min有较弱峰。乙酸乙酯提取物则同时具有14 min和9 min处的两个强峰。原因是所采用的提取方法为常温浸泡提取，提取效率较低，提取不完全。

图1 提取物的高效液相色谱图

前面提到，气相色谱—质谱联机分析表明，正己烷提取物的易挥发组分中质量分数最高的3种成分是柏木脑、α－柏木烯和萘类物质，分别为19.10%、6.43%和10.39%;乙酸乙酯提取物易挥发组分中质量分数最高的3种成分仍然是柏木脑、α－柏木烯和萘类物质，分别为 19.87%、15.796% 和 9.43%。此外，以前研究[12]还利用 Folin－Ciocalteau法测定过乙酸乙酯提取物和甲醇提取物的总酚质量分数，分别为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与常见抗氧化剂BHT接近。然而在气相色谱—质谱分析结果中未能找到酚类物质，说明这些酚类物质为不易挥发组分。

根据各提取物的高效液相色谱图，以保留时间约12 min为分界线，可将各提取物大致分为易挥发组分和不易挥发组分两部分。由图1峰面积进行计算可得:正己烷提取物中易挥发组分约占88%，柏木脑、α－柏木烯和萘类物质含量分别为17%、6%和9%;乙酸乙酯提取物中易挥发组分约占74%，柏木脑、α－柏木烯和萘类物质含量分别为15%、12%和7%;甲烷提取物中也有一定量的易挥发组分，含量约为47%。

2.2 抑菌性能

各提取物对木腐菌的抑制性能测定结果如表1。

表1 不同质量浓度下3种提取物的抑菌指数 %

本研究选用了两种白腐菌和两种褐腐菌对不同质量浓度的3种提取物进行了抑菌活性测试，结果如表1所示。各提取物均对采绒革盖菌有较好的抑制性能，而对乳白耙菌抑制性能较差。对于彩绒革盖菌，当提取物质量浓度低于1.0 g·L－1时，正己烷提取物的抑菌活性强于乙酸乙酯提取物和甲醇提取物。然而，当提取物的质量浓度为2.500 g·L－1时，乙酸乙酯提取物和甲醇提取物对彩绒革盖菌的抑制率均达到100%，此时，正己烷对彩绒革盖菌的抑制率为82%。对于乳白耙菌，3种提取物中，正己烷提取物对乳白耙菌的抑制作用最明显。当提取物的质量浓度为2.500 g·L－1时，正己烷提取物和乙酸乙酯提取物对乳白耙菌的抑制率分别为47%、42%，而甲醇提取物对乳白耙菌有一定刺激生长的作用，甲醇提取物对乳白耙菌的抑制率为负值(－47%)。多次重复试验均得到以上结果。各提取物对密粘褶菌和绵腐卧孔菌都有一定的抑制性能，抑制效果强于对乳白耙菌，但是弱于对彩绒革盖菌。对于密粘褶菌，正己烷提取物的抑制作用最明显。当提取物的质量浓度为2.500 g·L－1时，正己烷提取物、乙酸乙酯提取物、甲醇提取物的抑菌指数分别为54%、43%、51%。对于绵腐卧孔菌，3种提取物中乙酸乙酯提取物的抑制作用最明显。当提取物的质量浓度为2.500 g·L－1时，正己烷提取物、乙酸乙酯提取物、甲醇提取物的抑菌指数分别为44%、83%、65%。

通过进一步比较可以发现，相比乙酸乙酯提取物和甲醇提取物，正己烷提取物中柏木脑含量最高，但是对彩绒革盖菌和绵腐卧孔菌的抑菌效果却弱于另外2种提取物。可见，除了柏木脑外，还有其它组分对几种菌种有较好的抑制或协同抑制作用。含挥发性组分较少的甲醇提取物，除了对乳白耙菌的抑制性差外，对另外3种菌种均表现出了较好的抑制效果。有研究表明，杀菌剂与抗氧化剂相结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类物质，这些酚类物质具有较强的抗氧化性能，因此很有可能是甲醇提取物中酚类物质提高了甲醇提取物中抑菌成分的抑菌性能。

表2 不同质量浓度下3种模型物的抑菌指数 %

在试验的质量浓度范围内(表2)，杉木烯对绵腐卧孔菌和乳白耙菌虽然没有抑制效果，但对密粘褶菌和彩绒革盖菌表现出了一定的抑制能力。柏木脑对4种菌种均表现出较好的抑制性能，特别是对采绒革盖菌的抑制效果明显好于其它，对密粘褶菌的抑制效果也略好于萘。而萘除了对彩绒革盖菌抑制效果较弱外，对其它3个菌种都表现出了较好的抑制效果，特别是对乳白耙菌和绵腐卧孔菌。当萘的质量浓度为1.250 g·L－1时，乳白耙菌被完全抑制，对绵腐卧孔菌的抑菌指数也接近90%。

结合提取物的抑菌效果分析发现，正己烷提取物和乙酸乙酯提取物对彩绒革盖菌抑菌效果较强，而柏木脑、α－柏木烯和萘作为其中的主要成分在更高质量浓度下却没有达到相近的抑制效果，说明除了上述组分外，还有其他成分对这些菌种有抑制性能。

3 结论

杉木心材正己烷、乙酸乙酯和甲醇提取物的抑菌性能不同，具有各自优势。各提取物均对采绒革盖菌有较好的抑制性能，而对乳白耙菌抑制性能较差。对比其它提取物，正己烷提取物对乳白耙菌和密粘褶菌的抑制性能更强，乙酸乙酯提取物对绵腐卧孔菌和采绒革盖菌的抑制效果更强，而易挥发组分含量较少、富含多酚的甲醇提取物在质量浓度为2.500 g·L－1时与乙酸乙酯提取物同样能够完全抑制采绒革盖菌。以柏木脑、杉木烯(α－柏木烯含量为66%)和萘为易挥发组分模型物的抑菌性能分析表明，3者中柏木脑对采绒革盖菌和密粘褶菌的抑制效率最高，萘对乳白耙菌和绵腐卧孔菌的抑制效率最高，杉木烯对绵腐卧孔菌和乳白耙菌没有抑制效果，对密粘褶菌和彩绒革盖菌有一定的抑制能力。杉木的天然耐腐能力是其提取物复杂的多种组分共同作用的结果。

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