臭氧（yǎng）處理對真菌生長，化學成分和代謝的影響

木地（dì）板材料的表麵形態特征

 

摘要

研究了臭氧處理和提取對竹地板和紅橡木地板材料真菌活（huó）性的影響。一組木材樣品用環己烷和（hé）乙（yǐ）醇萃取48小（xiǎo）時，以去除可萃（cuì）取的化合物（wù）。將另一（yī）組材（cái）料（liào）暴露於臭氧（2000 ppbv±63 ppbv）中五天（tiān）。溶劑萃取和（hé）

將臭氧處理過的樣品在密閉室內（nèi）於85％±2％RH和30℃±℃下孵育（yù）。定期將它們移出以評估真菌（jun1）的生長。臭氧處理導致這兩種木材的化（huà）學（xué）成分略有變化。例如，觀察到木質素成分的降解是隨著IR譜帶在1450 cm-1到1 cm-1範圍內的（de）減少。

1610厘米-1。同樣，臭氧處理過的竹炭（tàn）樣品和對照竹樣品在潮濕環境中暴露（lù）十周後被黴菌稍微覆蓋，而直到兩周後，提取的樣品均未見到（dào）可見（jiàn）的真菌（jun1）生長，這可能是（shì）因（yīn）為提（tí）取物去除（chú）了一些限製真（zhēn）菌（jun1）生長的成分。橡木樣品在相同的暴（bào）露時（shí）間內沒有黴菌生長的跡象（xiàng），這表明橡木中含有一（yī）些抑製真（zhēn）菌的成分。

 

含義（yì）

木質纖維素作為可再生建築材料的利用和研究日益受到公眾的關注（zhù）。 但是，當木質（zhì）材（cái）料暴露於臭氧和濕氣等環境條件下時，會發生顏色變化，物理和微生物降解。 研究目的是使用各種技術評估臭氧處理和提取對化學成分和形態特征的影響，以（yǐ）便更好地了解某些常見木材表（biǎo）麵上的降解過程。

 

介紹

建築材料的選擇取決於許多標準，例如，低揮發性有機化合物（VOC）的（de）排放量，耐久性和可回收性。對於基於纖維素的建築材料，它們對黴（méi）菌生（shēng）長的敏感性非常重要。大量研究表明，在各種（zhǒng）產品（例如石膏板上）上黴菌的生長；纖維素絕緣材料，含纖維素的天花板（bǎn）磚；刨（páo）花板，木質地板材料[Herrera 2005; Dillavou等。 2007; Karunasena等。 2000]。 Hoang等人的很新研究。 2010年指出，富含纖維素的材料在直（zhí）接暴露於水（shuǐ）或暴露於高濕度後極易發黴。他們的結果（guǒ）表明，不同的木質材料以（yǐ）不同的水平支持黴菌的（de）生長，每種材料的化學成分可能是一個主要因素，因為（wéi）某些（xiē）木材含有天然的抗真菌化合物，可以防止或（huò）減少真菌的生長。實際上，由於木質材料的高分子量組分的複雜異（yì）質性（xìng）（主要包含纖維素（40％至50％）），很難（nán）定義其化學性質。木質素（15％至35％）;半纖維素（20％至35％）和可溶於溶劑的提取物（3％至（zhì）10％），例如萜烯（xī），單寧，芳香族和脂（zhī）肪（fáng）族酸[MacDonald等。 1969]。近（jìn）來，臭氧已經被提倡對建築物進行消（xiāo）毒，因為已經證明，較高的臭氧水平（1000 ppmv至（zhì）2000 ppmv）可以使真菌孢子（zǐ）失活[Currier et al。，2001; 2001; Palou等（děng），2003]。然而，臭氧與材料表麵（miàn）的反應令人擔憂，因為它（tā）們是二次揮（huī）發性（xìng）有機化合物和顆粒形（xíng）成的潛在來源[Poppendieck等。 2007]。在造紙工業中，臭氧通常用於木質產品的脫木質素處理（lǐ），因為它被認為是分解木質素的強反應物（wù）[Kobayashi等人。 2005]。

 

目前（qián）關於臭氧（yǎng）反（fǎn）應和萃（cuì）取對臭（chòu）氧的影響的信息很少。

改變（biàn）木質材料的表麵（miàn）化學和形態。這項研究的目標是：

-研究兩（liǎng）種不同的木質地板材料（竹和橡木硬（yìng）木）的真菌敏感（gǎn）性。

-確定木材（cái）提取物對真菌生（shēng）長的影響。

-評估臭氧處理過的木材表麵的抗真菌性。

 

 

方（fāng）法

本研究（jiū）選擇了竹地板（bǎn）和橡木地板材料（liào）。這（zhè）些材料是從（cóng）當地供應商處購買的，然後在進行實驗之前存儲在拉鏈袋（dài）中。將材料切成2.3厘米x 2.3厘米的相同尺寸，並（bìng）用臭氧或如下所述的混合溶劑處理：

 

臭氧處理：將材料樣（yàng）品放入一個4升的玻璃燒瓶（píng）中，該燒瓶用2000 ppbv±63 ppbv的空氣連續（xù）通（tōng）風5天。臭氧通過使用衰（shuāi）減全反射（shè）（ATR）光（guāng）譜記錄的紅外光譜確定材料表麵上的臭（chòu）氧官能團的（de）變化。為了避免由外部因素（例如接觸（chù）壓力）引起的（de）光譜差（chà）異，將所有木材光譜均（jun1）歸一（yī）化為1030 cm-3譜帶（dài），該譜帶在處理過程中變化的可能性較小[Collom等。 2003;穆勒等（děng）。 2003]。

 

溶劑萃取（qǔ）：在（zài）索氏萃取器中用環己（jǐ）烷和乙醇的混合物處理另一（yī）係列的材料（liào）樣品。從ASTM D1105-96標準中調整萃（cuì）取程序，並稍微改變溶劑含量（環己烷：乙醇（chún）= 2：1體積比）。該過程進行了三天，每天大約有12個循（xún）環。提取完成後，將提（tí）取的標本用於抗真菌性評估。收集剩餘的溶劑並幹燥直至恒重，以確定產物中萃取物的百分比。還使用GC / MS分析了提取物中的成分組。

 

然後將經過臭氧處理和溶劑萃取（qǔ）的樣（yàng）品均在相對濕度為85％±2％，溫度為30℃的調節室內進行培養，以評估臭氧處理和萃（cuì）取對木材抗真菌性的影響。重（chóng）要的是要注意，未（wèi）用臭氧或環己烷/乙醇處理過的對照樣品在相似的培（péi）養箱中孵（fū）育。用光學顯微鏡在3個月（yuè）內定期監測所有材料，以檢測材料表麵（miàn）的真菌生長。此（cǐ）外，為了（le）更好地了解兩種材料的吸濕性，使用IGASORP吸附（fù）分析儀（yí）確定每（měi）個10％RH步驟的平衡水（shuǐ）分含量。重要的是要注意，除（chú）水分等溫線實驗外，所有實驗均重複進行兩（liǎng）次或三次。等溫線分析儀（yí）的公布精度不到5％。

 

結（jié）果

圖1顯示了（le）在幾個孵育（yù）時間步驟（第0周，第11周和（hé）第13周）中竹材背麵的黴菌生長。在第（dì）10周（zhōu）後，在對照和臭氧處理的樣品上觀察到可（kě）見的真菌生長（zhǎng），而在第13周之前，在溶劑處理的樣品（pǐn）上未檢測到真菌。與對照或溶（róng）劑萃取的樣（yàng）品相比（bǐ），在（zài）臭氧處理的（de）樣品上生長（zhǎng）的真菌也更多。需要進一步分析以驗證這一觀察結果。有趣的是，沒有橡樹標（biāo）本在（zài）背麵顯示出真菌生長（數據未顯示）。

圖（tú）1：竹地板材料背（bèi）麵的真菌（jun1）生長（zhǎng）觀（guān）察

 

吸水率

圖2顯（xiǎn）示了未經處理的（de）橡木和竹子樣品（pǐn）在30℃和大氣壓下的（de）吸濕等溫線。兩種材（cái）料均顯示出相同的吸濕模式，隨濕度變化。有趣的是，在相對濕度介於0％至70％之間的（de）情況下，竹子吸收的水比橡木少。但（dàn）是，竹子的吸（xī）濕率比RH較高的橡樹大，在70％到90％之間，這導致兩個吸附（fù）等（děng）溫線之間發生交叉。這（zhè）一（yī）發現對於室內應（yīng）用（例如地板）非（fēi）常重要，因為在典型的室內環（huán）境條件下，竹子中的水分含量（liàng）少於橡木中的水分含量。但是（shì），在濕度很高的環境中會發（fā）現相反（fǎn）的情況。

圖2. 30℃溫度（dù）下的等溫線圖。

 

木製品的紅外（wài）光譜

圖3顯示了未經處理和經臭氧處（chù）理的橡木樣品的紅外（wài）光譜（pǔ）。兩個樣品之間的差異光譜（pǔ）以粗線顯示，正峰代表增（zēng）加（jiā），反之亦然。對於竹（zhú）材料也發現（xiàn）了相同的觀（guān）察結果。很明顯，臭氧處理後，木材材料上觀察（chá）到輕微變（biàn）化。羥基（OH）基團（3350 cm-1）的強烈廣泛拉伸和2920 cm-1-3000 cm-1區域的C-H拉伸顯示強度增加（jiā）。相（xiàng）反，在1750 cm-1和1040 cm-1範圍內的條帶（dài）強度降低。這種衰減（jiǎn）似乎（hū）代表了通過臭氧處理對木質素和纖維素成（chéng）分的降（jiàng）解。

圖3.未處理和臭氧（yǎng）處理的橡木的FT-IR光譜

 

木製品的提取成分

GC / MS結（jié）果表明，提（tí）取物（wù）分別占橡木和竹子幹物質質量的3.4％±0.4％和2.6％±0.3。同樣，在橡木提取物中發現了香蘭素，糠醛（quán）成分（fèn），丁香醛和其（qí）他酚類，而竹（zhú）提取物包括苯甲酸，癸醛和其他醛。

 

討論

在有利的環境條件下（例如，RH = 80％至90％；溫度（dù）= 30℃），如果提供營養（來自物質成分或外部來源），真菌的（de）孢子就會發芽。顯然，不同的（de）物質在不同程度上支持真菌的（de）生長，

因為有些材料提供了容易被真菌分解的“食物（wù）”，而另一些則包含（hán）了可能抑製真菌生長的有毒化合物[Hoang等。 2010]。在這項研究中，在潮濕的房間中孵育10周後，竹子樣品（pǐn）上的真菌生長明顯，而橡木（mù）則沒有顯示出對真菌生長的支持。可能的原因是橡木地板材料中含（hán）有香蘭素和其他可使真菌孢子失活的酚類成分[López-Malo等（děng）。 1997]。然而（ér），眾所周知，竹子由於（yú）其豐富（fù）的澱粉和糖（táng）分而易受真菌的侵害[Li 2004，Zhang等。 2010]。另外，吸附

圖2所示的等溫線（xiàn）表明，在實驗條件下（RH = 85％；溫度30℃），竹子可以更快地吸（xī）收水分，並且比橡木具有更高的水分含量。 Hoang等。 2010年，纖維（wéi）素基材料中的（de）黴菌生長速（sù）率與（yǔ）其（qí）平衡水分含（hán）量[EMC]呈正相關。換（huàn）句話說，EMC較高的材料似乎更容（róng）易發黴。因（yīn）此，EMC可用作評估纖維素基材料中黴菌生長（zhǎng）風險的指標。在不同的竹（zhú）子樣本中發現了另一個有趣的真菌生長觀（guān）察結（jié）果（guǒ）。經過臭氧處理的標本比其（qí）他在臭氧下的真菌生物（wù）量更高。

相同的實驗條件。這一發現表（biǎo）明，臭氧處理可能（néng）會分解某些木材成分，並產生更多（duō）有利（lì）於真菌生長的化合物。例如，圖3中的紅外光（guāng）譜顯示臭氧處理後木質素的降解，這可能會使木質材料更容易受（shòu）到（dào）真菌侵襲。另外，少得多

在溶劑萃取的樣品上觀察到生長（zhǎng）；甚（shèn）至真菌也（yě）需要（yào）更（gèng）長的時間才能（néng）開始在（zài）這些樣品上發芽。有可能提取了（le）一些真菌類成分。在Zhang等人的很新研究中也觀察到了相同的觀察結果。 2010年。他們發現一些不同種（zhǒng）類的（de）竹子中含有可促進竹生物量侵染的提取物。

真菌目前尚未討論具體成分，這表明需要進一步研究。

 

結論

研究（jiū）表明，內（nèi）部成分，例如提取物，對木質材料的抗（kàng）真菌性起關鍵作用（yòng）。例如，橡（xiàng）樹（shù）含有抑製性化合物，如香蘭素，可增加對真菌生長的抵（dǐ）抗力。臭氧處理通過分解一（yī）些高分子量化合物（例如木質素（sù）和纖維素）而稍微改變材料的化學（xué）成分。建議如果選擇臭氧作為建築物的汙染物，則應考慮這些影響（xiǎng）。