耐老化处理对毛竹竹材颜色变化的影响

康成芳，刘明德，韦鹏练

（广西大学林学院，南宁 530004）

竹材颜色是材质评价的指标之一，直接影响竹材的应用价值及观赏价值。竹材在受到外界环境刺激以及进行加工工艺时，其颜色会发生显著变化。在外界环境刺激，如光照、水分和热量等因子的综合影响下，导致木材或竹材表面发生缓慢的物理和化学变化［1］，其材色也变得不稳定；在对竹材进行加工工艺，如热处理［2-11］、高温热处理［12，13］、饱和蒸气热处理［14，15］时，通过改善竹材材性，从而使其材色更加均匀、稳定，增加竹制品的观赏价值。除此之外，也有学者研究了激光照射［16］、氙灯照射［17，18］对竹材颜色的影响，洪游游等［19］还对热处理工艺参数进行了优化研究。目前，关于热处理竹材颜色方面的报道已有较多研究，紫外线照射对竹材颜色的影响也有相关文献报道，而关于竹材在多因素综合影响下颜色变化的研究较少。因此，本研究通过紫外线照射、喷淋水分和冷凝3种方式处理竹材，探究不同竹龄在多处理方式的综合影响下，竹材颜色变化规律，以期为竹材的合理选择及高效利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜毛竹（Phyllostachys heterocyclavar.pubescens）取自广西壮族自治区桂林市，竹龄分别为4、5、6、7、8年的毛竹各3株，从离地处开始取整株，分别取每株的第九节（基部）、十九节（中部）、二十九节（稍部）竹筒，将每个竹筒沿弦向方向均分成5个试件。

1.2 仪器与设备

加速老化试验机（UV-B波长范围为280～320 nm，UV-A波长范围为320～360 nm，辐照强度0.45～1.00 W/cm2连续可调，东莞勤卓UV3型号）；CM-2500c测色仪（配备45/0光学系统，360～740 nm波长范围、10 nm分辨精度），日本柯尼卡美能达公司。

1.3 试验方法

耐老化试验参数设置及流程：选择灯管型号UVA-340，光照度0.89 W/m2，光照温度60℃，紫外光照4 h，随后喷淋15 min，再然后冷凝3 h 45 min，模拟毛竹在外界的生活环境过程，1个周期8 h，反复循环。首先在每个试件的竹青侧上标记3个测试点，并对新鲜毛竹试件进行材色的定量表征，作为对照；然后将试件进行耐老化试验，进行5个周期的循环，每隔1个周期将其取出，对测试点进行材色的测试并记录。按照1976年国际照明委员会（CIE）标准色度系统进行分析，其中主要参数有：明度值（L*），其范围由0～100表示颜色从深（黑）到浅（白）；红绿轴色品指数（a*），其范围在±60之间，表示颜色从红（正）到绿（负）；黄蓝轴色品指数（b*），其范围在±60之间变化，数值越大表示颜色越近黄色，数值越小代表越接近蓝色；并将测得的均值按以下式（1）计算得到竹材总色差ΔE*。

式中，ΔE*为毛竹竹材的总色差，L n、a n、b n分别为耐老化处理第n次时的平均明度值、红绿轴色品指数值、黄蓝轴色品指数值，L0、a0、b0为竹材未处理时的平均明度值、红绿轴色品指数值、黄蓝轴色品指数值。

1.4 数据处理

采用Origin软件进行制图与分析。

2 结果与分析

2.1 竹材明度L＊的变化规律分析

不同竹龄、不同竹秆部位毛竹竹材经耐老化处理后，其L*的变化如图1所示。由图1可以看出，毛竹竹材明度随着处理时间的增加，竹材的L*呈现上升趋势，且在前8 h内毛竹竹材L*的增加速度较快，随着处理时间的加长，竹材明度的增加速度变缓慢。从图1A中可知，不同竹龄毛竹竹秆基部的明度差异较小；处理前，7年生毛竹竹材明度最低，为44.42，4年生毛竹竹材明度最高，为48.54；处理后，8年生毛竹竹材明度最高，为60.47，6年生毛竹竹材明度最低，为57.15。从图1B中可知，不同竹龄毛竹竹秆中部的明度差异明显；处理前，8年生毛竹明度为55.35，为4年生的1.28倍，5、6、7年毛竹明度差异较小，分别为49.31、49.90、49.79；处理后，4、5、6、7年和8年毛竹明度分别达到51.5、62.42、63.00、59.82、65.57。从图1C中可知，处理前毛竹稍部的明度大小为：7年（54.20）＞5年（52.63）＞8年（51.80）＞6年（50.17）＞4年（42.14），说明竹材在立柱状态下4年生毛竹稍部颜色较其他竹龄更深；与未处理相比，处理后的毛竹明度均呈上升趋势，不同竹龄上升幅度大小为：4年（23.04%）＞8年（22.58%）＞6年（22.56%）＞5年（16.34%）＞7年（11.08%），说明不同竹龄毛竹受老化处理后，竹材颜色受影响程度存在显著差异，8年生毛竹竹材明度最高，其竹材颜色最浅，4年生毛竹竹材受影响程度最高，但是明度最低，说明其竹材颜色较深。

图1 耐老化处理对竹材明度L*的影响

2.2 竹材红绿轴色度指数a*的变化规律

不同竹龄、不同竹秆部位毛竹竹材经耐老化处理后，其a*的变化如图2所示。从图2中可以看出，毛竹竹材的a*随着处理时间的增加呈现上升趋势，说明毛竹在耐老化处理过程中竹材颜色向红色正方向变化；不同竹龄、不同竹秆部位毛竹竹材a*的变化趋势存在一定差异。从图2A中可知，不同竹龄毛竹在处理8 h后材色增加幅度最大，4、5、6、7、8年分别增加了6.04、5.12、5.44、5.60、3.62，随着处理时间的增加，毛竹的a*持续增大，最后趋于稳定，4、5、6、7、8年分别达到8.04、6.58、6.74、5.66、4.30。从图2B中可知，处理前不同竹龄毛竹竹秆中部之间无明显差异，随着处理时间的加长，4年生毛竹与其他竹龄之间的差距增大，最终达7.32，约为8年生毛竹a*的1.8倍。从图2C中可知，处理前毛竹稍部的a*为：4年-3.74、5年-1.48、6年-1.94、7年-1.34、8年-1.66，处理后毛竹稍部的a*为：4年7.18、5年4.74、6年5.27、7年4.64、8年2.95。

图2 耐老化处理对竹材红绿轴色度指数a*的影响

2.3 竹材黄蓝轴色度指数b＊的变化规律

不同竹龄、不同竹秆部位毛竹竹材经耐老化处理后，其b*的变化如图3所示。由图3可知，4年生毛竹随着处理时间的增加，其b*出现明显变化，而其他竹龄毛竹的b*的并无明显变化规律，大致呈上升趋势，上升幅度较小，甚至个别试件的b*出现下降现象，说明竹材表面颜色随着处理时间的增加，开始向远离黄蓝轴的中心轴方向发展。从图3A中可知，毛竹竹材在处理过程中，竹材b*的变化整体呈增加趋势，其中6年生和8年生竹材在处理24 h后b*出现明显下降，而随着处理时间增加，竹材的b*又开始增加；4年生竹材的b*在处理前期增加速度较快，随着处理时间加长，增加速度变缓，并在处理32 h后，开始出现下降现象；处理后毛竹竹材的b*为：4年27.48、5年21.69、6年21.33、7年19.36、8年15.41。从图3B中可知，处理时间为8 h时，8年生毛竹的b*下降了25.22%，而其他竹龄毛竹则呈上升趋势，增加幅度为：4年69.99%、5年29.82%、6年31.94%、7年17.93%；与未处理材相比，处理后竹材的b*增加到4年22.24、5年18.53、6年18.31、7年16.35、8年14.21。从图3C可知，毛竹稍部b*的变化规律与中部相似，处理前毛竹竹材的b*为4年12.34、5年9.95、6年11.82、7年9.31、8年13.22，处理后毛竹竹材的b*为4年25.63、5年18.06、6年21.66、7年16.58、8年14.92；从增加幅度来看，4年生毛竹b*增加的幅度最大，与未处理材相比，处理后竹材的b*增加了9.9，8年生毛竹b*的增加幅度最小，为1.7。

图3 耐老化处理对竹材黄蓝轴色度指数b*的影响

2.4 竹材总体色差ΔE＊的变化规律

图4为不同竹龄、不同竹秆部位毛竹竹材经耐老化处理，总体色差随处理时间的变化规律。由图4可知，毛竹竹材前两次老化处理总体色差变化较小，随着处理周期的增加，竹材的ΔE*出现急剧增加，随后趋于平缓，不同竹龄之间ΔE*的差异也较为明显，说明处理后竹材的颜色与未处理竹材的颜色差异较大，不同竹龄之间竹材颜色的差异较大；不同竹龄竹材基部、中部和稍部ΔE*的变化不太一致。4年生竹材基部、中部和稍部ΔE*的变化趋势相同，随处理时间的增加而增加，同时也是色差变化最小的竹龄，5年、6年和7年竹材基部ΔE*的变化规律为先增加后下降再增加的趋势，8年生竹材基部ΔE*的变化为先下降后增加的趋势；5、6、7年和8年毛竹竹材的中部和稍部ΔE*的变化趋势为先下降后增加，最后趋于平缓。

图4 耐老化处理对竹材总体色差ΔE*的影响

3 小结与讨论

耐老化处理对毛竹材色L*、a*、b*的影响较为显著，随着处理时间的增加，大致呈现先升高后平缓的趋势，表明处理后的竹材与未处理竹材相比颜色偏红、偏黄且偏浅。于海霞［20］研究表明，光老化处理后的竹材明度和色调降低，红绿指数a*、黄蓝指数b*明显增加，材色向红-黄方向变化，这与本研究结果有一定偏差，可能是因为两者对竹材的处理方式不同。不同竹龄毛竹竹材对老化处理的响应存在显著差异，可能是因为不同竹龄竹材中细胞壁结构［21］和化学组分［22］的不同，从而引起在耐老化处理过程中竹材颜色不同程度的变化。研究表明，热处理竹材后，木质素中的发色基团增多，使得竹材颜色变暗加深［23］；氙灯照射后的竹材，木质素含量降低，颜色变化较大［24］；色差ΔE*的变化也与竹材中综纤维素、α-纤维素和酸不溶木素的含量存在明显相关性［25，26］。而在老化过程中，处理前后竹材颜色差异大，可能是因为紫外线照射后，木质素出现降解［27，28］，细胞壁开始分解［29］，竹材中的酸不溶木素增加［30］，从而导致竹材材色的不稳定，降低竹材的观赏价值。因此，研究不同竹龄耐老化后颜色的变化，帮助人们了解不同竹龄、不同竹秆部位竹材材色的稳定性，合理选择竹材利用竹材，对充分发挥竹材应用价值及观赏价值具有重要意义。