地榆多酚处理杨木防腐性能研究∗

庞久寅 闫运开 刘思琪 宋 洁 姜贵全

（北华大学，吉林 131200）

地榆（Sanguisorba officinalis L.）是蔷薇科地榆属多年生草本植物，纺锤形粗壮根，短柄小叶，紫红色花瓣，果实包藏萼筒内。广布于欧洲以及中国，常生于灌丛中、山坡草地、草原、草甸及疏林。地榆因具有丰富的营养价值、独特的药用价值、适应性强等特点，已由人工引种栽培。研究表明，地榆根部含有多种理化成分并具有抗炎消肿、抗菌等作用[1]。植物多酚是一类广泛存在于植物体内的复杂性多元酚类化合物，具有抑菌、清除体内自由基、抗氧化等作用，是用于木材防腐的良好原料[2]。Liu 等[3]通过细菌生长抑制试验，从88 种植物中筛选出包括地榆在内的抗菌效果较好的8种植物，再鉴定这些植物中发挥抑菌作用的成分，结果显示鞣质类成分对细菌有较强的抑制作用。鞣质是存在于地榆根体内结构比较复杂的多酚类化合物，地榆根中多酚类含量约为17%[4-5]。传统防腐剂虽然可有效防止微生物侵害木材，但其所含毒性物质且抗流失性较差，对人畜和环境产生诸多不利影响。因此，开发新的、低毒、高效防腐剂成为必然[6-7]。从具有天然防腐性能的植物中提取有生物活性功能的化学成分，并开发成为新型木材防腐剂是 21 世纪木材防腐剂发展的重要特点[8-10]。地榆多酚具有环保、对环境无污染、抗菌能力强等特点，并具有一定的木材防腐和防虫功能。本文以地榆根为原料，在传统工艺基础上借助超声波技术提取地榆多酚，对杨木进行浸渍处理，探究地榆多酚提取物对木材的防腐效果，为开发新型高效木材防腐剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

杨木（Populus L.），河南省森培木业有限公司；地榆根，甘肃省德生誉药业有限公司；彩绒革盖菌（Basidiomycetes）、密粘褶菌（Gloeophyllum trabeum），阿坝州分部研究所。

1.2 设备

超净工作台，HH-2 数显恒温水浴锅，江苏省金坛市科技仪器有限公司；FDU-1000 型冷冻干燥机，北京医博康实验仪器有限公司；FA2004A电子分析天平，上海精天电子仪器有限公司；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；SHZ-Ⅲ循环水真空泵，上海亚荣生化仪器厂；LF-23L-E蒸汽高压灭菌器，宁波市海曙莱富医疗科技有限公司；SDJ-800L电热恒温恒湿培养箱，深圳市宏建重力试验仪器有限公司；BSC250 型恒温恒湿箱，上海博讯实业有限公司；Quanta 200 型环境扫描电子显微镜，美国FEI公司。

1.3 超声波法提取地榆多酚

将地榆根用粉碎机磨成粉状,再用细筛过滤后装入清洁容器中密封备用。称量地榆粉10 g放入烧杯中，加入体积分数60%的乙醇并搅拌均匀[11-12]。超声波提取条件[13]：功率300 W，料液比为1:12 g/mL，时间40 min，乙醇体积分数为60%，除去滤渣，收集提取液，用旋转蒸发仪浓缩提取液，再用真空冷冻干燥机冻干浓缩液，得到黄棕色溶液，该黄棕色溶液即为地榆多酚提取物样品。

测定地榆根中多酚的产率，将样品分别用适量的离子水稀释成1%、3%、5%质量分数的地榆多酚提取物防腐液，颜色呈淡黄色。

1.4 防腐试件制备

将杨木板材锯割成20 mm×20 mm×20 mm的小试件放入烘箱中，105 ℃下烘至绝干，分别称量并记录。常温常压下，将绝干小木块分别放入质量分数为1%、3%、5%的地榆多酚提取物防腐液中,浸泡24 h取出，并在105 ℃下烘至绝干，称量并记录质量，每组6块，另外6 块不做处理，作为对照。

1.5 培养基制备与菌种接种培养

1.5.1 河沙木屑培养基制备

1）麦芽糖液制备。取新鲜土豆120 g，去皮切块，放入烧杯中，加水煮沸30 min。过滤掉土豆块，加入12 g葡萄糖，充分溶解所得溶液为麦芽糖液。

2）河沙木屑培养基。准备500 mL的锥形瓶，向每个瓶中分别放入1 g红糖、7.5 g玉米粉、15 g杨木屑（40目）、150 g洗净的河沙（40 目），重量比为1: 7.5:15:150。搅拌均匀铺平整后，向每个锥形瓶中放入6 块20 mm×20 mm×10 mm的毛白杨饲木块，向瓶中倒入100 mL麦芽糖液，瓶口塞上脱脂棉并用牛皮纸包裹，在立式蒸汽灭菌器（121 ℃）灭菌30 min。

1.5.2 菌种的接种与培养

培养基灭菌后冷却，进行彩绒革盖菌和密粘褶菌的接种。在超净台内打开锥形瓶，先用酒精灯灼烧锥形瓶瓶口部位、彩绒革盖菌试管部位以及接种环。然后用接种环在彩绒革盖菌中取出一小块，放入河沙木屑培养基中，塞上脱脂棉包上牛皮纸，放入细菌培养箱中培养15 d；重复上述操作进行密粘褶菌的接种。15 d后，彩绒革盖菌和密粘褶菌长满锥形瓶，用紫外光灯对超净工作台灭菌10 min，打开台风，用75%酒精将锥形瓶擦洗消毒后，将防腐测试木块放入，每瓶中放入6 块后，依旧在细菌培养箱中培养4 周。

1.6 木材防腐试验

按照LY/T 1283—2011《木材防腐剂对腐朽菌毒性试验室试验方法》进行木材防腐试验[14-15]，将不同浓度的防腐剂分别通过真空浸渍处理工艺注入尺寸为 20 mm×20 mm×10 mm 的毛白杨试样内，一部分放入 BSC250 型恒温恒湿箱，调节温度、湿度，培养周期为12 周。

1.7 失重率计算

待试件被两种菌侵蚀3 个月后，取出并剥去表面菌丝，105 ℃烘至绝干，称重记录，计算质量损失率，判断防腐性能[16-18]。

（3）病因治疗 肝衰竭病因对指导治疗及判断预后具有重要价值，包括发病原因及诱因两类。对其尚不明确者应积极寻找病因以期达到正确处理的目的[14]。

试件失重率计算公式：

式中：WLR ——试样质量损失率，%；

W1——试样腐朽前的绝干质量，g；

W2——试样腐朽后的绝干质量，g。

1.8 SEM 分析

将腐朽后的试件在40 ℃下鼓风干燥后，沿弦向切成薄片，再进行镀金处理，最后将试件置入SEM，选择不同的放大倍数拍照[19]。

2 结果与分析

2.1 失重率分析

表1 试件失重率（彩绒革盖菌）Tab. 1 Weight loss rate of specimens(Basidiomycetes)

表2 试件失重率（密粘褶菌）Tab.2 Weight loss rate of specimens(Gloeophyllum trabeum)

（续表2）

表3 试件失重率（素材）Tab.3 Weight loss rate of untreated specimens

表4 木材耐腐等级Tab.4 Wood Corrosion Rating

从表1 可见，随着地榆多酚提取物溶液质量分数的增加，彩绒革盖菌侵蚀试件的失重率降低，但是经不同浓度地榆多酚提取液处理的试件木材损耗程度相差不大，随着地榆多酚的浓度增加，试件的失重率保持在1.3～7.5，3 组杨木试件平均失重率为4.49%，属于I强耐腐等级，处理材抗菌性强，耐腐性明显提高。

从表3 可以看出，素材在白腐菌（彩绒革盖菌）侵蚀后的平均失重率在 21.38%，属于II耐腐等级，素材在褐腐菌（密粘褶菌）侵蚀后的平均失重率在41.62%，为III稍耐腐等级。与彩绒革盖菌相比较来说，素材对于密粘褶菌的侵蚀很敏感。

地榆中的多酚含量较高，地榆多酚具有良好的抑菌效果[21-26]，上述试验结果表明：经过地榆多酚提取液处理的木材试件防腐性能明显提高，地榆多酚对木材具有良好的防腐效果。

2.2 SEM 分析

图1 彩绒革盖菌侵蚀木材（弦切面）的SEM图Fig.1 Scanning electron microscope image of Basidiomycetes eroding wood (string section)

图1 为彩绒革盖菌侵蚀木材的SEM 微观图像（试样室环境条件：温度10 ℃、732 Pa），图1a中，木材素材内部的菌丝数量多纹孔结构，管胞和纤维结构大部分被破坏。而经过地榆多酚提取物溶液处理后的木材纹孔结构较之完整，在其表面可以看见菌丝减少明显。对比可知，地榆多酚对彩绒革盖菌有抑菌性，可对木材起到保护作用。

图2 为密粘褶菌侵蚀试件的扫描电镜微观图（试样室环境条件：温度10 ℃、732 Pa）。由图2 可见，密粘褶菌对木材腐蚀性较强，素材的纹孔结构已裂开，导管和木射线中布满菌丝, 损坏严重，纹理结构已经完全丧失。而经过地榆多酚提取物溶液处理后的木材纹孔破坏程度有所减弱，木材防腐性得到明显提高，可以观察到纹孔结构保存较完整，菌丝数量明显减少。通过对比1%、3%和5%的地榆多酚提取物溶液处理的木材图像，可看出地榆多酚浓度的差异对防腐效果的影响明显。

图2 密粘褶菌侵蚀木材（弦切面）的SEM图Fig.2 Scanning electron microscope image of Gloeophyllum trabeum eroding wood (string section)

3 结论

以地榆根为试验材料，在传统工艺基础上借助超声波技术提取地榆多酚，对杨木进行浸渍处理，用白腐菌（彩绒革盖菌）和褐腐菌（密粘褶菌）接种浸渍后木块12周后，对腐朽材进行失重率检测分析与SEM表征，得出如下结论：

1）经防腐处理的白腐菌（彩绒革盖菌）和褐腐菌（密粘褶菌）杨木试件，平均失重率分别为4.49%和9.93%，而素材白腐菌试件平均失重率为 21.38%，褐腐菌试件平均失重率为41.62%。试验结果表明：地榆多酚的提取物对木材具有较明显的防腐效果，对木腐菌有较强的抑菌活性。

2) 地榆多酚对木材真菌的防治效力与其质量分数成正比。随着地榆多酚质量分数的不断增加，试件质量损失率呈现下降趋势，在地榆多酚质量分数为3%时，可达到强耐腐效果。其中5%地榆多酚提取液处理的试件失重率最低，防腐效果最好。失重率分析与SEM表征均表明：当地榆多酚提取物防腐液浓度为5%时,对木材具有良好的防腐效果。

3)地榆多酚绿色无毒、环境友好,应用范围广,可以作为一种天然抑菌剂，用于低毒、高效木材防腐剂的研发。