植物源活性物质对木材的抑菌防腐效果及机理研究.pdf
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1、书书书 年 月云南化工 第 卷第 期 ,:植物源活性物质对木材的抑菌防腐效果及机理研究刘琳,周子尧,杨春旺,刘亦婷,邱坚(西南林业大学材料与化学工程学院,云南昆明 )摘要:植物源活性物质具有安全、高效、毒副作用小等优点,主要包括生物碱、酚类、多糖、黄酮、挥发油、萜类化合物等。从植物提取物中分离出的活性物质对木材腐朽菌具有抗菌作用,主要机制包括直接与真菌酶相互作用、破坏细胞壁和细胞膜结构以及抗氧化等。探讨了这些活性物质对木材腐朽菌的抗真菌机理,分析了植物源木材防腐剂存在的问题以及未来的发展趋势,为植物源木材防腐剂的综合利用提供了理论依据。关键词:植物源活性物质;木材抑菌防腐;抗真菌;机理研究中图
2、分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):,:;木材是一种重要的生物材料。木材产品质量因腐朽或霉变受到严重影响,每年约占木材生产量 的木材因腐朽而损失掉,造成巨大的资源浪费。广泛的化学合成木材防腐剂包括铜基防腐剂(即铬酸盐砷酸铜)、三唑(氮杂康唑、丙环唑、戊唑醇)、五氯苯酚或硼基杀菌剂。部分传统的木材防腐剂因毒性大、污染环境等原因已被禁止使用 。因此,开发新型绿色环保的植物源木材防腐剂成为木材保护领域的重要方向。植物源活性物质具有安全、高效、毒副作用小等优点 ,主要包括生物碱、酚类、多糖、黄酮、挥发油、萜类化合物等 。从植物提取物中分离的活性物质对木材腐朽菌的抗真菌作用主要归因于多种机制,如
3、与真菌酶的直接相互作用、细胞壁和细胞膜结构的破坏导致细胞内容物泄漏或离子稳态的干扰、抗氧化活性等。本文总结了木材防腐领域的植物源活性物质,探究了活性物质对木材腐朽菌的抗真菌机理,分析了植物源木材防腐剂存在的问题及发展趋势,以期为植物源木材防腐剂的综合利用提供一定的理论依据。木材防腐领域的植物源抗真菌活性物质木材腐朽就是木材细胞壁被真菌分解时所引起的木材糟烂和解体的现象。能分解木材细胞壁的真菌为木材腐朽菌,主要包括白腐菌、褐腐菌和软腐菌 。植物是生物活性化合物的天然宝库,次生代谢产物超过 万种。其中,萜烯类、生物碱类、类黄酮、酚类,以及挥发油等活性成分具有杀虫或抗菌等功效 ,为植物源木材抗真菌防
4、腐剂的开发利用奠定了丰富的物质基础。木材防腐领域的植物源活性物质主要分为生物碱、挥发油、酚类、其他成分等。生物碱生物碱是存在于自然界中的一类含氮的碱性有机化合物,有显著的生物活性 。咖啡因,一种从茶叶和咖啡中提取的生物碱,具有抗氧化、抗菌、免疫、抗癌和抗真菌特性;咖啡因抑菌作用的机制涉及其对真菌细胞壁和细胞膜的破坏作用 。等 对茶叶和咖啡提取物开展了抗木材真菌的研究,证明茶和咖啡提取物的主要成分咖啡因对大多数真菌有很高的抑制作用,绿茶提取物对白腐、褐腐和软腐真菌的抑制作用高于咖啡、正统红茶和商业红茶的提取物。等 将咖啡因应用在挪威云杉上,发现可以防止白蚁侵袭和抑制褐腐菌。等 发现咖啡银皮热水提
5、取物在较高质量分数()下对鲑色波斯特孔菌、密粘褶菌和云芝的抑制率达 ,是一种潜在的木材防腐剂原料。等 从马缨丹的根、茎和叶中提取的含有生物碱、萜类化合物和酚类化合物的乙醇提取物,抑制了花叶松中白腐菌和褐腐菌生长。等 研究了滇茄果实的提取物对于木材的抗细菌和抗真菌活性,对于 和 的真菌菌丝体抑制作用达 和 ,且发现生物碱、酚类化合物、类黄酮化合物、糖苷、单宁和皂 年 月云南化工 第 卷第 期 ,甙,是该植物提取物抗真菌活性的原因。挥发油挥发油是以蒸馏、压榨、萃取等方式从芳香植物中提取的且有特殊香味的精油,具有抗氧化、杀虫、抗真菌等生物活性 。等 研究了 种埃及植物精油对灵芝()和毛蜂窝菌()的抗
6、菌性,结果表明,利用大果柏木、柠檬、北美香柏、加州胡椒树、单子蒿和香叶天竺葵这 种植物叶子或果皮精油处理的苏格兰松边材的防腐效果较好。等 发现,在五种不同的精油(罗勒、肉桂、丁香、牛至和百里香)中,罗 勒 油 对 褐 腐 菌()和 白 腐 菌()的抗菌效果最明显。等 证实了牛至、香茅、百里香、天竺葵、肉桂和丁香精油对木材腐朽菌有抗真菌特性,并指出,香芹酚、香茅醇、肉桂醛、丁香酚和百里酚是最活跃的化合物。等 报告了含有印楝素的印楝油对尖孢镰刀菌、增殖镰刀菌、葡萄孢镰刀菌和交链孢菌有明显的抗真菌活性。酚类酚类化合物是植物次生代谢物。根据碳骨架,其可分为黄酮类、香豆素、单宁酸和酚酸类 ,具有防腐抑菌
7、等功效。等 发现,茴香、罗勒、孜然、牛至和百里香油中的百里酚、香芹酚、反式茴香脑、甲基茶酚等对褐腐菌和白腐菌具有明显的抗菌效果。等 发现,香芹酚对白腐菌、褐腐菌和血红孔菌的抑菌效果最强。等 报道,相思树的单宁提取物是一种有效的木材防腐剂,可防止白腐菌。等 从挪威云杉树皮和球果以及苏格兰松果中提取的八种不同单宁组分发现,挪威云杉球果单宁比树皮单宁更能抑制真菌生长,且对褐腐菌的抑制果优于白腐菌和软腐菌。等 将西西里漆树和橡树叶的水提取物以及土耳其松树皮中丰富的单宁应用在苏格兰松和山毛榉木材中,发现橡树提取物对于白腐菌和褐腐菌的抗菌效果明显。其他成分肉桂醛天然存在于肉桂树的树皮和叶片 中。等 研究发
8、现,肉桂醛对白腐菌和褐腐菌等具有抗真菌活性。等 研究表明,印度柚木心材提取物对褐腐菌和白腐病抗菌效果明显,并指定萘醌为最重要的活性化合物。等 提取了不同柑橘皮的精油,研究发现其中的黄酮类化合物被建议作为木材防腐剂和防虫剂使用。等 对印度楝树叶的几种极性溶剂抽提物进行了抑菌性能研究,抑菌圈试验显示,甲醇和乙醇提取物的防腐作用最好,质量分数为 的提取物可对腐朽菌起到 的抑制作用;质量分数 的丙酮抽提物对腐朽菌的抑制作用为 。在提取物中,鉴定出抑菌活性物质橡黄素,其能抑制木腐菌的生长。等 研究发现,魔芋飞粉中的水杨酸()、,三氯酚()、香兰素()和肉桂醛()等化学成分对木材腐朽菌有明显的抗真菌活性。
9、植物源活性物质对木材腐朽菌抑菌机理植物源活性物质对木材腐朽菌抑菌机理取决于活性物质的类型,主要有以下几个方面:)与真菌酶的直接相互作用;)细胞壁和细胞膜结构的破坏导致细胞内容物泄漏或离子稳态的干扰;)抗氧化活性 。与真菌酶的直接相互作用大多数研究集中在植物源活性物质对纤维素酶的抑制作用上,香兰素是木质素降解后产生的一种酚类物质。等 详细研究了香兰素对纤维素水解过程中纤维素酶活性的影响,发现香兰素在适当质量浓度下可以可逆竞争性抑制纤维素酶活性,估计半抑制质量浓度值为 ;采用 模型研究了香兰素对纤维素酶的抑制动力学,香兰素的醛基和酚类羟基对纤维素酶有抑制作用。等 通过考察酚类化合物与酶或底物之间可
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