云南甜竹化學(xué)成分的分布規(guī)律研究

云南甜竹化學(xué)成分的分布規(guī)律研究

云南甜竹屬于多年生竹科，是地下莖軸的叢生竹。主要分布于云南西部至東南部和東南亞國家。它的莖很高，莖高15.20米，直徑10.15厘米以上，生長迅速，產(chǎn)量很高。它是云南優(yōu)質(zhì)竹木中的兩個大型叢生竹之一，具有很高的開發(fā)價值。截至目前,國內(nèi)對云南甜竹的研究僅局限于繁殖培育和筍用食品開發(fā)兩個方面,有關(guān)其理化性質(zhì)和綜合利用方面的研究鮮有報道。本文選取云南甜竹稈材為試材,對其化學(xué)成分及其在竹稈中的分布規(guī)律進(jìn)行初步研究,以期為云南甜竹的綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。1試驗材料和方法1.1不同地區(qū)甜龍竹分布試驗用云南甜竹于2007年7月采自云南保山昌寧縣,該地地處滇西,河流眾多,分屬瀾滄江和怒江2大水系,屬亞熱帶季風(fēng)區(qū),干濕分明,年均氣溫15℃,年均降水量1259mm,是甜龍竹分布最為集中和豐富的地區(qū);試驗用的參比竹種毛竹、龍竹分別采于云南昭通地區(qū)和云南德宏地區(qū)。云南甜竹、龍竹、毛竹均選擇無病蟲害的3~5年生竹株,各采伐2~3株,按用材習(xí)慣去梢和側(cè)枝后,將竹稈均分為根部、中部和梢部3段,每段從下端起截取包含2個節(jié)和3個節(jié)間的一段圓竹試材。1.2小竹片的加工將圓竹試材縱劈成約2cm寬的竹條,依次每隔2條取1條,然后把所選試材用鋸機(jī)鋸成約4cm長的竹片。將鋸好的小竹片劈成牙簽粗細(xì)的小竹條。合并由同一竹種不同竹株、同一部位制得的竹條小段,混合,粉碎機(jī)粉碎,取能通過40目篩而不能通過60目篩的竹粉(約500g)為試樣。試樣涼至室溫后,保存于1000mL具磨砂玻璃塞的廣口瓶中,備分析使用。1.3物、質(zhì)、產(chǎn)物指標(biāo)測定本研究共測定云南甜竹及參比竹種(毛竹、龍竹)竹稈根、中、梢3個部位的灰分、木素、綜纖維素、多戊糖、冷水抽出物、熱水抽出物、1%NaOH抽出物、乙醚抽出物、苯醇抽出物等9項指標(biāo)。各指標(biāo)均按造紙原料分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定(GB/T2677.3-93,GB/T2677.8-94,GB/T2677.10-1995,GB/T2677.9-94,GB/T2677.4-93,GB/T2677.5-93,GB/T2677.6-94,GB/T2677.7-81)。2試驗結(jié)果與分析2.1測試結(jié)果云南甜竹化學(xué)成分測定結(jié)果見表1。2.2測試結(jié)果分析2.2.1竹稈下生長分布3~5年生云南甜竹灰分含量為1.12%,略低于參比竹種毛竹、龍竹,遠(yuǎn)低于麥草6.04%的灰分含量,高于資料報道的馬尾松、桉木、楊木的灰分含量。從灰分在竹稈的縱向分布來看,云南甜竹灰分從竹稈根部到梢部呈遞增分布,梢部的灰分含量最高,達(dá)2.36%之多。究其原因,可能是因為隨著竹齡增長,礦物質(zhì)和硅化細(xì)胞在竹壁表層(即竹青)不斷積累而使得竹青具有高灰分含量,而云南甜竹梢部直徑遠(yuǎn)小于其竹根部和中部的直徑,梢部竹青部分厚度所占竹壁厚度的百分比大而造成的?；曳质侵褡永w維經(jīng)過灼燒后殘留的無機(jī)物,為各種礦物元素的氧化物,主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、Fe、Al、I等,此外,尚有微量元素,總數(shù)不少于60余種。在制漿過程中,灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高會影響堿液回收,并造成污染。因此,若以云南甜竹作為制漿原料,應(yīng)盡可能將竹梢部分去除或?qū)⑵鋯为毞蛛x處理。2.2.2木素的含量從試驗結(jié)果看,云南甜竹木素的平均含量為27.08%,略高于參比竹種毛竹和龍竹,而比馬尾松低。木素在云南甜竹根、中、梢各部分布不同,但未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。有關(guān)學(xué)者分析,竹材的木素含量一般為19%~25%,少數(shù)在25%以上,據(jù)此可以認(rèn)為云南甜竹屬于木素含量較高的竹種之一。木素是苯丙烷基衍生物通過碳碳鍵和醚鍵聚合而成的三維結(jié)構(gòu)天然高分子化合物,竹材木素由松柏醇、芥子醇和對香豆醇脫氫聚合而成。竹子用作造紙原料時,木素含量的高低對生產(chǎn)工藝有十分重要的影響,它是制定合理蒸煮條件與漂白工藝的重要依據(jù),木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,蒸煮困難,消耗的化學(xué)藥品也相對較多?？梢?若僅就木素含量而言,云南甜竹的制漿化學(xué)藥品耗量與針葉材接近,而高于草類原料。2.2.3原料使用價值的測定綜纖維素是指纖維原料中碳水化合物的全部,包括纖維素和半纖維素。由于纖維素含量的測定存在著一定的不足,分析結(jié)果不能正確反映纖維的真實性,因而選擇測定綜纖維素含量來表示原料的使用價值更為適宜。此外,綜纖素含量也是衡量該植物作為制漿造紙或水解工業(yè)原料的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo),其含量越高,可能達(dá)到的紙漿得率也越高。云南甜竹的綜纖維素含量為72.96%,與毛竹和桉木接近,比龍竹高。從竹稈縱向部位看,云南甜竹從根部到梢部,綜纖維素含量呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢,且遞增規(guī)律明顯。這一規(guī)律與西南林學(xué)院杜凡、張宏健等報道的“云南甜竹竹稈從基部到梢部維管束密度和纖維比量逐步遞增規(guī)律”是一致的。2.2.4多戊糖的存在量云南甜竹的多戊糖含量為15.51%,高于馬尾松和桉木,與毛竹、龍竹接近,而遠(yuǎn)低于麥草。在竹材稈高方向上,多戊糖分布略有差異,但是無明顯規(guī)律可循。多戊糖為一類半纖維素,是由木糖、阿拉伯糖等五碳糖構(gòu)成的高聚物的混合物,其含量可以間接用來衡量竹材半纖維素的存在量。半纖維素在制漿造紙過程中可以被充分利用,其在打漿時容易水化,促進(jìn)纖維間的交織,一定量半纖維素的存在,可以增加纖維的結(jié)合度,紙張的機(jī)械強(qiáng)度也相應(yīng)較好。云南甜竹中適量多戊糖的存在,對于將其用作紙漿原料是有益處的。2.2.5云南甜竹物質(zhì)抽出物即非細(xì)胞壁物質(zhì),主要存在于活組織的細(xì)胞內(nèi)外液中,有可溶性糖、淀粉、果膠質(zhì)、樹膠、蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、脂肪、蠟、甾醇、樹脂、香精油、丹寧、木酚素、醇類、色素、有機(jī)酸和電解質(zhì)等。這些非細(xì)胞壁物質(zhì),因極性、酸堿性和分子量的不同,在不同溶劑中的溶解度各不相同。(1)冷水抽出物冷水抽出物的主要成分是單糖、低聚糖和少量單寧、氨基酸、水溶性色素、生物堿和無機(jī)鹽等,屬強(qiáng)極性、親水性的低分子化和物。云南甜竹冷水抽出物含量為7.05%,比龍竹低,而高于毛竹、馬尾松、桉木、麥草等其它參比對象。(2)熱水抽出物熱水抽出物的主要成分除包含冷水抽出物(且量更多)外,還含有淀粉、樹膠等多糖類,屬親水性物質(zhì)。云南甜竹熱水抽出物含量為9.35%,和龍竹、毛竹、馬尾松、桉木等參比對象的相對關(guān)系與冷水抽出物類似。(3)1%氫氧化鈉抽出物1%NaOH抽出物除包含熱水抽提物(且量更多)外,還含有脂肪酸及部分被堿降解成較小分子的半纖維和木素等親水性物質(zhì)。云南甜竹1%NaOH抽出物含量為21.60%,比毛竹和龍竹低,這可能是云南甜竹中低分子多戊糖和低分子木素含量少所致。(4)乙醚抽出物乙醚抽出物主要成分為脂肪、蠟、樹脂、精油、甾醇等極性有機(jī)物質(zhì),統(tǒng)稱為脂類化合物。云南甜竹的乙醚抽出物為0.35%,與龍竹、毛竹、楊木等差別不大。(5)苯醇抽出物苯醇抽出物主要成分除包含乙醚抽出物外,還含有單寧、色素、脂肪酸等弱極性和中等極性物質(zhì)。在制漿業(yè)中,常稱苯-醇抽出物為“樹脂”,此類物質(zhì)的存在常增加蒸煮時化學(xué)藥品的消耗。云南甜竹的苯醇抽出物為3.46%,比毛竹、桉木和楊木高,而低于龍竹,說明云南甜竹中具有含有較多的蠟質(zhì)、樹脂酸和脂肪酸等物質(zhì)。3對于目前稈高方向上甜竹各化學(xué)成分的分布(1)云南甜竹的綜纖維素含量為72.96%,木素含量為27.08%,細(xì)胞壁主要物質(zhì)含量和一般木材接近