白桦木材侵染菌侵染材的化学分析

张 斌，陈广胜，郭明辉，黄占华，朱晓冬

(东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室，哈尔滨 150040)

白桦是我国北方重要的工业用材之一，但其在干燥处理过程中易受到真菌类微生物的侵染而产生变色，在一定程度上影响了白桦木材优良的外观品质及加工利用价值[1-2]。木材的生物变色主要是由霉菌、变色菌和木腐菌这三类真菌引起的[3-5]。木材真菌变色多发于新锯解木材表面的孢子萌发，孢子通过气流传播，在原木储存和板材气干初期生长繁殖[6-8]。对于木材本身而言，其含水率在20%～150%之间，适宜真菌孢子加剧生长，从而使木材产生变色和腐朽[9-12]。本文从生物学的角度出发，对侵染白桦木材的侵染菌进行培养、分离和纯化，通过红外光谱等分析手段，对白桦试材被侵染菌侵染前后的化学成分及化学结构变化进行分析，以明确不同木材侵染菌对白桦木材及浸提物组分的影响，为白桦木材生物变色的有效防治提供依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验用白桦木材取自于大兴安岭林区，胸径为12～15 cm，加工成尺寸为300 mm×40 mm×40 mm的木块后，放入冷藏箱中保存。同时，本试验选取适于培养多种真菌的马铃薯蔗糖琼脂(PDA)作为培养基[13-14]。

1.2 试验方法

1.2.1 白桦木材侵染菌的分离、纯化与鉴定

首先，使用酒精浸泡尺寸为3 mm×2 mm×1 mm的发生变色白桦试材，经无菌水冲洗试材表面进行消毒处理后，放置于温度为25℃的恒温箱培养基平板上进行培养，当变色白桦试材周围长出菌丝后，采用尖端菌丝挑取法将不同形态的菌落移至斜面培养基上进行纯化培养，最后转接到载玻片上采用显微镜对菌种进行观察鉴定，以确定侵染白桦试材的侵染菌的基本类型[15]。

1.2.2 白桦试材接菌

将未发生变色的白桦试材加工成尺寸为40 mm×15 mm×5 mm的小木块后装入平底锥形瓶中，放置在高压蒸汽灭菌锅内进行灭菌处理30 min，如图1所示。然后将冷却灭菌处理试材放入装有不同菌种真菌的广口瓶中，在温度为25℃，湿度为80%的培养箱中进行接菌培养。

1.2.3 白桦木材侵染菌侵染试材的化学成分测定

对上述进行侵染菌接菌处理的白桦试材进行化学成分测定。同时，采用MAGNA560型傅立叶红外光谱仪对侵染试材进行红外光谱分析，以明确侵染菌对白桦试材及浸提物化学成分和结构的影响。

图1 白桦试材灭菌处理过程

2 结果与分析

2.1 白桦木材侵染菌侵染试材的化学成分分析

对于木材而言，发生变色会导致其木材自身组分产生一定的变化。根据前期白桦木材侵染菌试验，共鉴定出9种(J-1—J-9)侵染白桦木材的侵染菌[16]，对这9种侵染菌侵染试材及白桦素材(即未变色白桦试材)进行化学成分分析，得到测定结果见表1。由表1中可知，对于化学成分中的纤维素和木素，白桦素材含量略高于9种被白桦侵染菌侵染试材的含量。这表明白桦木材侵染菌的存在使得木材的细胞壁组织受到一定的侵蚀，造成纤维素和木素含量的下降。对于其它化学成分，8种不同侵染菌(不包括J-5)侵染试材中含量均高于素材的含量。这主要是由于白桦试材的部分半纤维素和糖类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烃等有机化合物的含量。

表1 白桦木材侵染菌侵染白桦试材的化学成分测定结果

2.2 白桦木材侵染菌侵染试材的化学结构分析

2.2.1 白桦试材被侵染菌侵染前后的红外光谱分析

白桦素材及9种侵染菌(J-1～J-9)侵染试材的红外光谱对比图如图2 所示。10个试件在峰位和峰形上基本相同。在3 361 cm-1处为O-H键伸缩振动吸收峰，与白桦素材相比，侵染菌侵染试材在此处的吸收峰略宽，峰强略强，这主要是由于羟基增加而造成的。侵染菌J-2、J-3侵染试材在2 900 cm-1处出现吸收峰，而其他试材在2 936 cm-1和2 880 cm-1处分散为2个吸收峰，说明这两类侵染菌侵染试材中的羧酸类物质发生了变化。在1 734 cm-1处为乙酰基或羰基C=O伸展振动，大部分侵染试材在此处有所减弱，说明有少量纤维素发生了变化。在1 050 cm-1、1 150 cm-1和1 610 cm-1处为羧酸根负离子的两个C-O键的伸缩振动，在950 cm-1处为羧酸二缔合态的OH键面外弯曲振动。侵染菌侵染试材在1150-1处有所减弱，说明半纤维素降解而减少。此外，试材在1 508 cm-1和1 270 cm-1处变化不大，说明白桦木材木质素成分无明显变化。

图2 白桦木材侵染菌侵染试材的红外光谱

2.2.2 白桦木材侵染菌侵染试材浸提物组分的红外光谱分析

为了解白桦木材侵染菌对木材浸提物组分的影响，试验选取J6侵染菌侵染白桦试材进行浸提物萃取组分红外光谱分析，结果如图3所示。白桦木材a、b、d、e浸提物组分在3 361 cm-1处出现O-H键伸缩振动，在2 916 cm-1和2 853 cm-1处出现C-H键的伸缩振动，说明含有羧酸，此外在1 734 cm-1、1 374 cm-1和1 460 cm-1处分别为C=O伸展振动、CH弯曲振动和CH2形变振动。组分在3 361 cm-1处的吸收带几近消失，在1 374 cm-1和1 460 cm-1处产生C=O伸展振动、CH弯曲振动，717 cm-1处出现小吸收峰，说明素材组分中含有酚类物质的可能性较小；f组分在3 361 cm-1处亦产生O-H键伸缩振动，2 900 cm-1左右处没有出现分峰，说明该组分中不含有羧酸成分，其在1 050 cm-1仅出现一个C=O伸展振动吸收峰，1 270 cm-1处出现木质素特征吸收，1 110 cm-1出现多糖类特征吸收，说明f组分中含有酚类物质。白桦木材的变色现象与有机酸和酚类物质的存在有着较大的联系，木材组分受到损伤会导致酚苷水解反应产生酚类，进一步氧化形成有色物质[17]。不同侵染菌侵染试材会造成试材浸提物组分中的显色物质或助色物质含量有所差别，其对白桦木材变色程度的影响还需要进一步的研究。

图3 白桦木材侵染菌侵染试材浸提组分的红外光谱

3 结 论

白桦在干燥过程中易受真菌类微生物的侵染产生色变，在一定程度上降低了其加工利用价值。本文针对白桦木材侵染菌侵染试材的化学成分变化进行分析，以期为白桦木材生物变色防治提供参考。通过对白桦木材侵染菌进行分离、纯化与接菌，对白桦侵染菌侵染木材的化学成分进行测定。根据结果可知，与未侵染素材相比，侵染菌侵染试材中苯醇抽提物含量、1% NaOH抽出物含量、热水抽出物含量和多戊糖含量均较高，而纤维素及木素含量较低。这表明侵染菌在适宜的条件下会侵蚀白桦木材细胞壁组织，造成纤维素和木素等主要成分含量的降低，导致木材组分的破坏。同时，侵染菌的存在会造成白桦木材抽提物组分中的显色及助色物质的含量变化，以致木材产生不同程度的变色。

【参 考 文 献】

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