栓皮櫟軟木雜質(zhì)微觀構(gòu)造及化學(xué)成分分析

2023年12月2日發(fā)(作者：歐洲債務(wù)危機(jī))

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栓皮櫟軟木雜質(zhì)微觀構(gòu)造及化學(xué)成分分析

姚慧軍;王彥麗;趙涇峰;雷亞芳

【摘 要】通過對(duì)國(guó)產(chǎn)栓皮櫟軟木雜質(zhì)的構(gòu)造觀察及其化學(xué)成分分析,為栓皮櫟軟木除雜技術(shù)提供理論依據(jù),結(jié)果表明:軟木夾砂(石細(xì)胞)為堅(jiān)硬、白色、砂粒狀,夾雜(褐色雜質(zhì))為皮孔通道及褐色填充物組成的皮孔組織;石細(xì)胞為厚壁細(xì)胞,細(xì)胞腔未見.夾砂(石細(xì)胞)、夾雜(褐色雜質(zhì))與初生軟木中各主要化學(xué)成分區(qū)別在于軟木雜質(zhì)含有較少木栓脂,較多的纖維素,而石細(xì)胞灰分含量高于褐色雜質(zhì)和軟木.

【期刊名稱】《西北林學(xué)院學(xué)報(bào)》

【年(卷),期】2014(029)003

【總頁數(shù)】5頁(P178-182)

【關(guān)鍵詞】軟木;雜質(zhì);微觀構(gòu)造;化學(xué)成分

【作 者】姚慧軍;王彥麗;趙涇峰;雷亞芳

【作者單位】西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院,陜西楊陵712100;中國(guó)石油大學(xué)(華東)信控學(xué)院,山東青島266580;西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院,陜西楊陵712100;西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院,陜西楊陵712100

【正文語種】中 文

【中圖分類】S718.4

軟木也稱栓皮，是由闊葉樹栓皮樹上采割而獲得的樹皮的一部分（周皮），栓皮樹種主要指產(chǎn)于歐洲和非洲地中海沿岸的栓皮櫧（Quercus suber）和我國(guó)的栓皮櫟（Quercus variabilis）［1－2］，栓皮櫧軟木生長(zhǎng)速度快，質(zhì)地輕軟、色澤淡雅，采剝下來可制作附加值高的葡萄酒瓶塞等天然軟木產(chǎn)品，邊角料可再加工軟木地板、軟木墻飾等軟木聚結(jié)產(chǎn)品。我國(guó)栓皮櫟軟木以初生軟木為主，質(zhì)地較硬、色澤較深、含有大量雜質(zhì)，即夾雜（皮孔組織—由補(bǔ)充細(xì)胞組成為周皮的通氣結(jié)構(gòu)）和夾砂（石細(xì)胞），影響了軟木產(chǎn)品質(zhì)量，磨損刀具，制約了我國(guó)軟木加工生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品［3－4］。對(duì)栓皮櫟軟木雜質(zhì)微觀構(gòu)造和化學(xué)成分進(jìn)行研究可為國(guó)產(chǎn)栓皮櫟軟木除雜技術(shù)的探索提供理論依據(jù)。以產(chǎn)自秦嶺的國(guó)產(chǎn)栓皮櫟軟木為原材料，對(duì)軟木雜質(zhì)進(jìn)行了構(gòu)造觀察和化學(xué)成分的分析。

1 材料與方法

1．1 材料

原材料：產(chǎn)自陜西秦嶺的栓皮櫟軟木初生皮，樹齡20～30 a，采剝晾干后刨去背面的黑皮，刨切成軟木板備用。

化學(xué)試劑：無水乙醇，二氯甲烷，三氯甲烷，蒸餾水，無水甲醇，甲醇鈉，98%硫酸，65%～68%硝酸，硝酸乙醇溶液等。

1．2 設(shè)備

JEE－420真空噴鍍儀（日本電子生產(chǎn)），JSM－6360LV掃描電鏡（日本電子生產(chǎn)），水浴鍋，電子恒溫加熱套，p H計(jì)，電子天平JD200－3型，高溫電阻爐，馬弗爐，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，循環(huán)水式真空泵，索式提取器等。

1．3 方法

1．3．1 軟木雜質(zhì)宏觀構(gòu)造的觀察 通過肉眼對(duì)軟木板3個(gè)切面進(jìn)行觀察，用相機(jī)記錄觀察結(jié)果。

1．3．2 軟木雜質(zhì)微觀構(gòu)造的觀察 參考軟木微觀構(gòu)造的觀察方法［5］，用鋒利的單片刀將材料切成大約5 mm×5 mm×2 mm的標(biāo)準(zhǔn)塊，進(jìn)行三切面的掃描電鏡觀察。同時(shí)輔助離析和研磨進(jìn)行觀察。離析是將軟木雜質(zhì)放入試管中，加30%的硝酸，水浴加熱30 min左右再加入少量的氯酸鉀再加熱15 min左右，待雜質(zhì)細(xì)胞粒子松散后，用清水洗凈殘余的硝酸，然后，向試管中加水并用力震蕩將雜質(zhì)分離為單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行觀察；研磨是將石細(xì)胞和皮孔組織直接用研缽研碎，將粉末撒在雙面碳導(dǎo)電膠帶上，噴金觀察。

1．3．3 軟木雜質(zhì)的化學(xué)成分分析 主要參考張麗叢［6］等對(duì)栓皮櫟軟木化學(xué)成分分析的方法。

1）根據(jù)GB／2677．1－93造紙?jiān)戏治鲇迷嚇拥牟扇。M(jìn)行取樣。

2）提取物含量的確定：參考國(guó)家造紙?jiān)蠘?biāo)準(zhǔn)（GB／T2677．6）確定可提取物含量。

3）木栓脂的確定：通過對(duì)提取后的殘?jiān)M(jìn)行甲醇解聚來確定木栓脂的含量［7－9］。

4）按照國(guó)家造紙?jiān)蠘?biāo)準(zhǔn)（GB／T2677．8）中酸不溶木質(zhì)素含量的測(cè)定方法，確定酸不溶性木質(zhì)素（Klason木質(zhì)素）的含量。

5）取除去木栓脂的試樣，參照硝酸乙醇法確定硝酸乙醇纖維素的含量。

6）灰分含量的確定：按照國(guó)家造紙?jiān)蠘?biāo)準(zhǔn)（GB／T2677．3）確定灰分的含量。

2 結(jié)果與分析

2．1 栓皮櫟軟木雜質(zhì)的宏觀構(gòu)造

石細(xì)胞呈白色或淡黃色，堅(jiān)硬如砂粒狀，周圍存在棕褐色硬狀雜質(zhì)，較難剝離。在橫切面，砂粒狀石細(xì)胞多為卵圓形，有的在栓皮內(nèi)星散分布，有的沿皮層呈不規(guī)則帶狀排列，石細(xì)胞帶粗細(xì)不等。在徑切面上，白色石細(xì)胞點(diǎn)主要為長(zhǎng)條狀，有的組成帶狀沿樹干方向排列，有的星散分布；弦切面上石細(xì)胞主要呈星散分布（圖1）。

圖1 栓皮櫟軟木石細(xì)胞在3個(gè)切面上的分布Fig．1 Photographs of sclereids in

cork（a）transver，（b）radial，（c）tangential ctions

皮孔通道為褐色孔道，弦切面觀察為近似圓孔，橫切面上為條狀通道，內(nèi)部填充著深褐色粉狀組織，呈疏松狀排列（圖2）。

圖2 栓皮櫟軟木橫切面和弦切面上的皮孔組織Fig．2 Lenticular channels in

cork（a）transver，（b）tangential ctions

2．2 栓皮櫟軟木雜質(zhì)的微觀構(gòu)造

2．2．1 夾雜的微觀構(gòu)造 對(duì)皮孔組織橫切面、徑切面、弦切面做掃描電鏡觀察。從圖3a、圖4a可見，在橫切面和徑切面夾雜（皮孔組織）細(xì)胞為橢圓形，呈串珠狀規(guī)則排列，方向與軟木細(xì)胞排列方向相同，補(bǔ)充細(xì)胞與軟木接觸位置軟木細(xì)胞和補(bǔ)充細(xì)胞都被擠壓變形。由圖3b可見補(bǔ)充細(xì)胞壁很厚，由多層構(gòu)成，有細(xì)胞腔。圖4b可見每串細(xì)胞的相鄰細(xì)胞間緊密排列，無明顯間隙，而細(xì)胞串與細(xì)胞串之間間隙明顯。

圖3 栓皮櫟軟木皮孔組織橫切面掃描電鏡圖Fig．3 Scanning electron

micrographs of ctions of lenticels：transver ction

圖4 栓皮櫟軟木皮孔組織徑切面掃描電鏡圖Fig．4 Scanning electron

micrographs of ctions of lenticels：radial ction

圖5a可見，在弦切面補(bǔ)充細(xì)胞排列方式基本與軟木細(xì)胞相似，類似蜂窩狀，細(xì)胞尺寸小于軟木細(xì)胞，直徑約10～20μm，補(bǔ)充細(xì)胞與軟木細(xì)胞接觸位置補(bǔ)充細(xì)胞擠壓變形嚴(yán)重。由圖5b可見，在弦切面補(bǔ)充細(xì)胞形狀接近圓形，細(xì)胞壁較厚，細(xì)胞腔呈圓形。

圖5 栓皮櫟軟木皮孔組織弦切面掃描電鏡圖Fig．5 Scanning electron

micrographs of ctions of lenticels：tangential ction

2．2．2 夾砂的微觀構(gòu)造 石細(xì)胞橫切面、徑切面、弦切面的微觀構(gòu)造圖（圖6）可見，軟木夾砂（石細(xì)胞）在橫切面、徑切面和弦切面均排列無規(guī)則，細(xì)胞腔未見。圖6c可見石細(xì)胞與軟木分界處軟木細(xì)胞擠壓變形嚴(yán)重，由圖6c可見，軟木細(xì)胞的細(xì)胞腔為空心而石細(xì)胞的細(xì)胞腔很小，細(xì)胞間填充很多胞間質(zhì)使石細(xì)胞連成一片，呈現(xiàn)質(zhì)地堅(jiān)硬的實(shí)體。

石細(xì)胞胞間質(zhì)被溶解，只余厚壁細(xì)胞（圖7），石細(xì)胞為多面體（圖8）。

圖6 栓皮櫟軟木石細(xì)胞三切面掃描電鏡圖Fig．6 Scanning electron

micrographs of ctions of lenticels：（a）transver，（b）radial，（c）tangential ctions

圖7 離析的軟木石細(xì)胞Fig．7 Segregative sclereids

圖8 研碎的石細(xì)胞Fig．8 Ground sclereids

2．3 栓皮櫟軟木雜質(zhì)的化學(xué)成分分析

表1為栓皮櫟軟木夾砂（石細(xì)胞）、夾雜（皮孔組織）與不含雜質(zhì)的栓皮櫟初生軟木主要化學(xué)成分含量。

表1 軟木雜質(zhì)的化學(xué)成分含量與初生軟木化學(xué)成分含量Table 1 The chemical

composition of impurity注：木栓脂僅為長(zhǎng)鏈脂肪酸部分；測(cè)定結(jié)果的為3次檢測(cè)結(jié)果的平均值。成分二氯甲烷提取物／%乙醇提取物／%水提取物／%總提取物／%木栓脂／%酸不溶木質(zhì)素／%纖維素／%灰分／%石細(xì)胞2．51 3．56 2．62

8．69 1．85 22．31 22．58 7．19皮孔組織4．87 1．93 4．80 11．60

2．20 24．32 23．61 1．99初生軟木5．15 2．35 3．65 11．15 37．95

23．15 7．39 2．16

纖維素在石細(xì)胞中含量約為22．58%，為石細(xì)胞最主要的成分；在皮孔組織中含量為23．61%，為僅次于酸不溶木質(zhì)素的成分；而軟木中纖維素含量為7．39%。

石細(xì)胞的灰分含量約為7．19%，皮孔組織中灰分的含量為1．99%，軟木細(xì)胞的為2．16%。

軟木中木栓脂的含量為37．95%，為軟木最主要的化學(xué)成分，是影響軟木性能的最主要因素；但雜質(zhì)細(xì)胞中木栓脂的含量少，為2%左右。

石細(xì)胞中抽提物含量為8．69%，皮孔組織中抽提物含量為11．6%，軟木中抽提物含量為11．15%，差異不大，似并非影響石細(xì)胞與軟木性質(zhì)不同的主要原因。

栓皮櫟軟木石細(xì)胞中酸不溶木質(zhì)素的含量為22．31%，皮孔組織中為24．32%，軟木為23．15%，二者差異不大，不是影響石細(xì)胞與軟木性質(zhì)不同的主要原因。

3 結(jié)論與討論

軟木雜質(zhì)包括夾砂（石細(xì)胞）和夾雜（皮孔組織），主要存在于初生軟木中，再生軟木雜質(zhì)少而質(zhì)量較優(yōu)［10］。細(xì)胞壁主要結(jié)構(gòu)成分木栓脂（suberin），木質(zhì)素（lignin），纖維素（cellulo），軟木細(xì)胞中纖維素位于初生壁和第3層細(xì)胞壁中，屬線性的高分子聚合物，在細(xì)胞壁中起骨架作用［11］。纖維素作為雜質(zhì)最主要成分的原因可能為：雜質(zhì)為厚壁細(xì)胞，有更多的胞壁物質(zhì)，所以纖維素含量也更高。且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，軟木中纖維素含量越高，彈性越差，這解釋了雜質(zhì)為栓皮內(nèi)一種硬化細(xì)胞的現(xiàn)象。軟木和雜質(zhì)中纖維素含量差異較大，是影響二者性質(zhì)不同的主要因素之一。

灰分含量的大小隨材料部位、樹齡、土壤等因素不同而變化。灰分的組成主要有溶于水的鉀、鈉碳酸鹽和不溶于水的鈣、鎂硅酸鹽。石細(xì)胞的灰分含量與軟木的差異大，說明灰分是影響石細(xì)胞與軟木性質(zhì)不同的主要因素之一，石細(xì)胞灰分較大的原因可能是由于細(xì)胞內(nèi)有較多的內(nèi)含物晶體，而內(nèi)含物晶體的主要化學(xué)成分為草酸鈣晶體［12－13］，因此雜質(zhì)呈現(xiàn)硬而脆的特征。皮孔組織的灰分含量較少，所以皮孔組織較軟。

木栓脂是組成軟木細(xì)胞壁的主要化學(xué)成分，由脂肪酸和酚酸組成，與蠟質(zhì)交織組成細(xì)胞壁中最厚的次生壁，使得軟木具有耐酸堿、耐腐、耐老化等性能。木栓脂能使芳香族高分子沉積在疏水的細(xì)胞壁上，促使親水性的脂肪族高分子和可溶性蠟的沉積，使水分不能擴(kuò)散通過細(xì)胞壁［9，14］。軟木中木栓脂含量和雜質(zhì)細(xì)胞中的差異很大，是影響雜質(zhì)與軟木性質(zhì)不同的主要因素之一。由于雜質(zhì)細(xì)胞中木栓脂含量較少，使其喪失了軟木的諸多優(yōu)良性能，推測(cè)其疏水性較差，易與水溶性化學(xué)試劑接觸反應(yīng)，可以利用雜質(zhì)此性質(zhì)以探索化學(xué)試劑使其軟化或除去雜質(zhì)。

軟木提取物分極性和非極性2種，極性可提取物主要為一些酚類和多酚類物質(zhì)，非極性的主要為長(zhǎng)鏈脂肪族化合物、萜類化合物、酚類化合物，一般沉積在細(xì)胞壁、填充在細(xì)胞腔和一些細(xì)胞組織中，比如蠟質(zhì)，蠟質(zhì)能阻止水分附著在細(xì)胞壁上，使軟木細(xì)胞具有一定的低滲透性。

木質(zhì)素是組成軟木細(xì)胞壁的一種重要的物質(zhì)，可使細(xì)胞壁堅(jiān)硬。酸不溶木素可能還有一定量的酚酸類物質(zhì)，由于栓皮石細(xì)胞中所含軟木脂和聚酚類浸出物的干擾，分離時(shí)可能導(dǎo)致相當(dāng)部分的重疊，木質(zhì)素含量的準(zhǔn)確測(cè)定比較困難。酸不溶木質(zhì)素的數(shù)值為木質(zhì)素和聚黃酮類化合物兩者含量之和。可能與其胞壁中栓化層的發(fā)達(dá)程度、軟木脂含量、酚酸形成不溶性類似木素的沉淀物質(zhì)多少有關(guān)［15］。

栓皮櫟軟木石細(xì)胞在初生軟木中數(shù)量較多，在次生軟木中則較少。石細(xì)胞堅(jiān)硬、白色、密集，似為砂粒狀，外圍有棕褐色硬狀雜質(zhì)，較難剝離，栓皮橫斷面上石細(xì)胞帶與皮層平行。皮孔通道中填充著深褐色粉狀組織（補(bǔ)充細(xì)胞），呈疏松狀排列。石細(xì)胞細(xì)胞壁極度增厚，細(xì)胞腔未見，石細(xì)胞與軟木分界處細(xì)胞擠壓變形嚴(yán)重。皮孔細(xì)胞（補(bǔ)充細(xì)胞）呈圓餅狀，從橫切和徑切面觀察排列似串珠狀，補(bǔ)充細(xì)胞尺寸小于軟木細(xì)胞，細(xì)胞壁較厚，由多層構(gòu)成，有圓形細(xì)胞腔，雜質(zhì)細(xì)胞與軟木細(xì)胞接觸位置細(xì)胞擠壓變形嚴(yán)重。栓皮櫟軟木夾砂（石細(xì)胞）、夾雜（褐色雜質(zhì)）與初生軟木中各主要化學(xué)成分的含量有所不同：夾砂（石細(xì)胞）和夾雜（褐色雜質(zhì)）中木栓脂的含量小于軟木；而纖維素含量遠(yuǎn)高于軟木。石細(xì)胞灰分含量遠(yuǎn)高于軟木中灰分含量，而皮孔中灰分含量與軟木近似相等，由此推測(cè)，影響雜質(zhì)與軟木性質(zhì)不同的主要因素為木栓脂、纖維素、灰分的含量。纖維素和灰分的含量高使得軟木雜質(zhì)堅(jiān)硬，影響軟木的機(jī)械加工，損傷加工刀具。軟木脂的含量低使得軟木雜質(zhì)疏水性、耐酸堿、耐腐、耐老化等性能較差，易與水溶性化學(xué)試劑接觸反應(yīng)。

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