空心箭竹化学成分的研究 大黄化学成分研究
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空心箭竹化学成分的研究 大黄化学成分研究

2019-10-13 07:47:52 投稿作者: 点击:

空心箭竹化学成分的研究

空心箭竹化学成分的研究 摘要:对空心箭竹(Fargesia edulis)的化学成分进 行了研究,结果表明,空心箭竹的灰分含量为1.82%,SiO2 含量为0.33%,热水抽提物含量为8.69%,苯-醇抽提物含量 为3.54%,综纤维素含量为70.38%,木质素含量为21.51%。

从造纸原料的要求来看,空心箭竹的综纤维素含量较高,木 质素和热水抽提物含量中等偏低,灰分与SiO2含量较低,是 比较适合造纸的竹种。

中图分类号:S795.2 文献标识码:A 文章编号:
0439-8114(2015)15-3679-04 DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.024 Abstract:
The chemical components of Fargesia edulis were investigated. The results showed that the content in bamboo culms were as follows:
the ash for 1.82%, the SiO2 for 0.33%, the hot-water extractive contents for 8.69%, the toluence-alcohol extractive for 3.54%, the holocellulose for 70.38%, and the ligin for 21.51%. According to the standards of pulping raw material, F. edulis is suitable for using as pulping raw material, because of superior holocellulose, and medium or low ligin and extractives, what’s more, fewer ash and SiO2. Key words:
Fargesia edulis;
outer layer;
innerlayer;
chemical components 空心箭竹(Fargesia edulis)属禾本科(Gramineae) 竹亚科(Bambusoideae)箭竹属(Fargesia)的竹类,主要 分布于云南省的泸水、保山、云龙等地海拔1 900~2 800 m 的阔叶林下。竹笋可食,竹材性能优良,篾性较好,是很好 的编织和造纸原料[4]。另外,空心箭竹为中国一级濒危保 护动物——滇金丝猴冬季的主要取食植物之一[5]。因空心 箭竹的分布范围较小,且多为野生,目前国内外学者对空心 箭竹的研究极少,仅王雨珺等[5]和唐国建等[6]分别对空心 箭竹地上部分生物量模型和纤维形态特征进行了研究,而对 空心箭竹化学成分的研究尚未见相关的报道。为此,通过对 空心箭竹不同部位、不同龄级及同一龄级不同部位的化学成 分含量进行测定,以期为空心箭竹的开发利用提供理论基础, 对竹浆制纸产业的发展具有重大的意义。

1 材料与方法 1.1 材料 材料取自云南省西北部大理白族自治州云龙县境内的 天池自然保护区,采样时间为2013年7月下旬。参考王雨珺 等[5]的取材方法,随机选取10丛长势良好的竹丛,目测将 这10丛竹子的单株划分为3个年龄级别,即竹龄≤1年为Ⅰ龄 级,竹龄1~2年为Ⅱ龄级,竹龄≥3年为Ⅲ龄级,每个龄级 选取无病虫害、竹秆通直的空心箭竹3~4株,齐地砍伐,分 为基部(从秆基数第3节)、中部(第8节)以及梢部(15~18节)共3个部位,带回实验室烘干备用。

1.2 化学成分测定 化学成分的测定参考王曙光等[7]的方法,并略有改动, 取500~1 000 g(风干重)的上述试材,劈成细片,并将3 年生基部(即第3节)节间分成竹青和竹黄两部分;
分别加 工成刨花,刨花用粉碎机粉碎,过筛,截取能通过40目筛而 不能通过60目筛的组分,凉至室温后,贮存于封口袋中供分 析用。

各项指标按国家有关标准规定的方法进行,平行测定3 次。灰分含量按GB/T 2677.3-1993[8]测定,二氧化硅(SiO2) 含量按GB/T 7978-1987[9]测定,水抽提物按GB/T 2677.4-1993[10]测定,苯-醇抽提物按GB/T 10741-1989[11] 测定,木素含量按GB/T2677.8-1994[12]和GB/T 10337-2008[13]测定,综纤维素含量按GB/T 2677.10-1995[14]测定,其中过滤改用定量滤纸过滤。统计 试验数据,并用SPSS 19.0统计分析软件对不同部位、不同 龄级及同一龄级不同部位化学成分的均值进行方差分析和 多重比较。

2 结果与分析 竹类植物的化学成分非常复杂,不同种之间的竹材化学 成分有较大的差别,同种不同年龄或不同生长环境的竹材化 学成分也不相同,甚至同一根竹子的各个部位亦不一样,竹 材不同的化学成分组成直接影响到竹子造纸的质量和性能[7,15-18]。空心箭竹的化学成分包括灰分、SiO2、木质素、 苯-醇抽提物、热水抽提物、综纤维素等。具体测定结果见 表1。

一般情况下,植物纤维原料中都含有一些矿物质,燃烧 之后便会产生灰分,主要是SiO2和一些无机盐类如钾、钙、 钠等,其组成和含量因原料的不同而不同,并对制浆造纸的 碱回收操作产生一定的影响,且灰分含量越高,碱回收难度 越大,化学耗费也就越大[7]。SiO2含量也会对碱回收过程 产生一定的影响,过高的SiO2含量对黑液的蒸发、白泥回收 等工序具有一定的影响,进而影响着经济效益[7]。对空心 箭竹的化学成分进行测试,结果表明,空心箭竹的灰分和 SiO2平均含量分别为1.82%和0.33%。植物纤维原料中的各种 抽提物也会对纸浆性能造成一定的影响,尤其在酸性亚硫酸 盐法制浆过程中,苯-醇抽提物含量越高,蒸煮时消耗的化 学药品就越多,且严重时还会形成所谓的“树脂障碍”,对 生产工艺很不利[7]。测试结果显示,空心箭竹的热水抽提 物和苯-醇抽提物含量分别为8.69%和3.54%。

另外,木质 素的含量也会对制浆造纸工艺造成一定的影响,木质素含量 越高的原料,在蒸煮、漂白过程中消耗的化学药品越多,生 产成本也就越高。木质素是一类具有三维空间结构的天然高 分子化合物,由苯丙烷类结构单元构成,含量仅次于纤维素, 它赋予了木材一定的强度和尺寸稳定性,然而,在化学法制 浆过程中,常常需要尽量减少木质素的含量[7,15-19]。测试结果表明,空心箭竹的总木质素含量为21.51%。目前,纤 维素含量的测定方法存在一定的缺陷,分析结果往往不能真 实地反映纤维的含量,因此,选择综纤维素含量作为评价纤 维原料纸浆性能的标准更为科学。综纤维素是植物纤维原料 中碳水化合物的全部,包括纤维素和半纤维素,其含量是衡 量植物是否适宜作为制浆造纸的重要经济指标,其含量越高, 纤维得率可能也越高[7,15-20]。在空心箭竹中,综纤维含 量为70.38%,含量较高。

2.1 竹龄对空心箭竹化学成分的影响 不同年龄段的空心箭竹化学成分,除热水抽提物和木质 素含量外,其他各项指标差异均较为明显。其中,灰分含量 随着竹龄的增加而逐年下降,而张齐生等[19]对毛竹材质生 成过程中化学成分的变化进行了研究,研究表明,5年生以 下竹材的灰分含量随着年龄的增加而减少,5年生以上竹材 的灰分含量则随着竹龄的增加而增加;
陈友地等[15]认为可 能是随着竹子的生长发育,薄壁细胞逐渐减少,竹子从土壤 中吸收营养成分的能力有所下降。而空心箭竹中SiO2的含量 随着竹龄的增加而逐渐增大,王曙光等[7]认为这可能是由 于竹子在生长发育过程中,不断地从土壤中吸收无机矿质元 素,从而增加了SiO2的含量;
笔者认为这可能与不同竹种间 的硅积累机制以及同种竹子在不同环境中的各项代谢活动 程度有关。热水抽提物和苯-醇抽提物具有与SiO2类似的变 化规律。Hisham等[20]在分析Gigantochloa scortechinii的化学成分中指出,苯-醇抽提物含量在不同年龄的竹秆间 并没有明显的变化趋势;
而在空心箭竹中,这种变化趋势较 为明显,即Ⅲ龄级中的苯-醇抽提物含量明显高于Ⅰ、Ⅱ龄 级。在空心箭竹中,不同竹龄间的木质素含量呈现出Ⅲ龄级 >Ⅱ龄级>Ⅰ龄级的变化趋势,但差异并不明显。在竹龄上, 空心箭竹的综纤维素含量变化规律为随着竹龄的增加而逐 年减少,与董荣莹等[18]对紫竹(Phyllostachys nigra) 不同变异类型的竹材化学成分的研究结果一致;
而王曙光等 [7]认为综纤维素的含量随着年龄的增加而增加,并认为可 能是采样时的目测差异及各样本的个体差异太大所致。笔者 认为这种不一致可能与竹种有关,不同竹种间的化学成分含 量及变化规律并不一致。

2.2 不同部位空心箭竹化学成分含量比较 不同部位的空心箭竹化学成分之间差异不显著(表2), 其中,灰分含量变化规律呈现出从基部至梢部逐渐下降的趋 势,综纤维素含量的变化趋势与灰分的一致,而苯-醇抽提 物含量的变化趋势恰好与之相反;
同时,SiO2和热水抽提物 的含量变化趋势为梢部>基部>中部,总木质素含量变化趋势 与SiO2和热水抽提物的类似。灰分在基部含量较高,原因可 能与竹子不断从土壤中吸收矿质元素有关,竹子吸收矿质元 素后,经木质部由下至上运输,再横向运输至韧皮部,根据 各器官和组织对养分的需求进行双向运输,并可能向基部方 向进行积累。梢部的SiO2和木质素含量高于中、基部,原因可能是梢部的细胞优先发育成熟,以增加植物的机械强度, 抵制风力的破坏。在竹青和竹黄中,除抽提物外,其他各项 指标的含量均是竹青>竹黄。竹青中的灰分和SiO2含量远高 于竹黄中的,主要原因可能是竹青中含有较多的硅化细胞, 增加竹青的硬度以保护竹子免受外力的侵害。

2.3 竹龄与部位对空心箭竹化学成分的影响 2.4 空心箭竹与其他竹种间的化学成分比较 竹材的化学成分直接影响着竹浆造纸性能的优劣,是合 理开发利用植物纤维原料的重要依据之一[7]。空心箭竹的 灰分含量为1.82%,与云南箭竹(F. yunnanensis)的2.51%、 料慈竹(Bambusa distegia)的2.23%相比含量较低,但比 毛竹(P. edulis)的1.16%、青皮竹(B. textilis)的1.69% 高[7,21]。空心箭竹SiO2的含量为0.33%,比云南箭竹的 1.70%、料慈竹的1.15%都低[7]。空心箭竹的热水抽提物为 8.69%,比毛竹的5.96%和青皮竹的6.78%都高[21]。空心箭 竹的苯-醇抽提物含量为3.54%,与云南箭竹的含量相当,但 与毛竹的0.66%和青皮竹的5.81% 差异较大[21]。空心箭竹 的木质素含量为21.51%,与云南箭竹的24.57%、料慈竹的 24.28%、毛竹的30.67%、青皮竹的22.98%相比含量较低[7, 21]。空心箭竹的综纤维素含量为71.71%,含量比云南箭竹 的65.29%、毛竹的45.50%高,与料慈竹的75.27%、青皮竹的 72.24%相比含量稍低[7,21]。因此,不同竹种间的化学成 分含量并不一致。

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