臭氧（yǎng）處理對真菌生長，化學成（chéng）分和代謝的影響

木地板材料的（de）表（biǎo）麵形態特征

 

摘要（yào）

研（yán）究（jiū）了臭（chòu）氧處理（lǐ）和提取對竹（zhú）地（dì）板和紅橡（xiàng）木地板材料真菌活性的影響。一組木（mù）材樣品用環己烷和乙醇萃取48小時，以去除可萃取的化合物（wù）。將另一組材料暴（bào）露於（yú）臭氧（2000 ppbv±63 ppbv）中（zhōng）五天。溶劑萃取和

將臭氧處理過的樣品在密閉（bì）室內於85％±2％RH和30℃±℃下（xià）孵育。定期將它們移出以評估真菌的生長。臭氧處理導致這兩（liǎng）種木材的化學（xué）成分略有變化。例如，觀察到木質素成分的降解（jiě）是隨著IR譜帶（dài）在1450 cm-1到1 cm-1範圍內的減少。

1610厘米-1。同樣，臭氧處理過的竹炭（tàn）樣（yàng）品和對照竹樣品（pǐn）在潮濕環境中暴露十周後被黴菌稍微覆（fù）蓋，而直到兩（liǎng）周後，提（tí）取的樣品均未見到可見的真菌生長，這可（kě）能是因為（wéi）提取物去除了一些（xiē）限製真菌（jun1）生長的成分。橡木樣品在相同的暴露時間內（nèi）沒有黴菌生長（zhǎng）的跡象，這表明橡木中含（hán）有一些抑製真菌（jun1）的成分。

 

含義

木質纖維素作為可再生建築材料的利用和研究（jiū）日益受到公眾（zhòng）的關注。 但是（shì），當木質材料暴露於臭氧和濕氣等（děng）環境條件下時，會發（fā）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（gū）臭氧處理和提取對（duì）化學成分和形態特征的影響，以便更好地了解某些常見木材表麵上的降解（jiě）過程。

 

介紹

建築材料的選（xuǎn）擇取決於許多標準，例如，低揮發性有機化合物（VOC）的排放量，耐久性和可回收性。對（duì）於（yú）基於纖維素的建築材料，它們對黴（méi）菌生長的敏感性非常（cháng）重要。大量研究表明，在各種產品（例如石膏板上）上黴菌的生長；纖維素（sù）絕緣材料，含纖維素的天花板磚；刨花板，木質地板材（cái）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（sù）的材料在直接暴（bào）露於水或暴露於高濕度後極易發黴。他們的結果表明，不同的木質材料以不同的水平支持黴（méi）菌的生長，每種（zhǒng）材料的化學成分可能是一個主要因素，因為（wéi）某些木材含有天然的抗真菌化合物，可以防止（zhǐ）或減少真菌的生長。實際上，由（yóu）於木質材料的（de）高分（fèn）子（zǐ）量組分（fèn）的複雜異質性（主要包含（hán）纖維素（40％至50％）），很難定義其化學性質。木質素（15％至35％）;半纖維（wéi）素（20％至35％）和可（kě）溶於溶劑的提取物（3％至10％），例如萜烯，單寧，芳香族和脂肪族（zú）酸[MacDonald等。 1969]。近來，臭氧已經被提倡對建築物（wù）進行消毒，因為已經證明（míng），較高的臭氧水平（píng）（1000 ppmv至2000 ppmv）可以使真菌孢子（zǐ）失活[Currier et al。，2001; 2001; Palou等，2003]。然（rán）而，臭氧與材料表麵的反應令人擔憂，因為它們是二次揮發性有機化合物和（hé）顆粒形成的潛在來源[Poppendieck等（děng）。 2007]。在造紙（zhǐ）工（gōng）業中，臭氧通常用於木質（zhì）產品的脫木質素處（chù）理，因為它被認為是分解木質素（sù）的（de）強反應物[Kobayashi等人。 2005]。

 

目前關於（yú）臭氧反應和萃取對臭氧的影響的信（xìn）息很少。

改變木質材料的表麵化學和形態。這項研究的目標是：

-研究兩種不同的木質地板（bǎn）材料（竹和橡木硬木（mù））的真菌敏感性。

-確定木材提取（qǔ）物對真菌生長的影響。

-評估（gū）臭氧處理過的木材表麵（miàn）的抗真（zhēn）菌性。

 

 

方（fāng）法

本研究選擇了竹地（dì）板和橡木地（dì）板材（cái）料。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中。將材料切成2.3厘米x 2.3厘米（mǐ）的相同尺寸，並用（yòng）臭氧或如下所述的混合溶劑處理：

 

臭氧處理：將（jiāng）材料樣（yàng）品放入一個4升的（de）玻（bō）璃燒瓶中（zhōng），該燒瓶用（yòng）2000 ppbv±63 ppbv的（de）空氣連（lián）續通風（fēng）5天。臭氧通過使用衰（shuāi）減全反射（ATR）光譜記錄的紅外光譜確定材料表麵上的臭（chòu）氧官能團的變化。為了避免由外部因素（例（lì）如接觸壓力）引起的光譜差異，將所有木材光譜均歸一（yī）化為（wéi）1030 cm-3譜帶，該譜（pǔ）帶在處理過程中變化的可能性（xìng）較小（xiǎo）[Collom等。 2003;穆勒等。 2003]。

 

溶劑萃取：在（zài）索氏萃（cuì）取器中用環己烷和乙醇的混合物處理另一係列的材料樣品。從ASTM D1105-96標準中調整萃取（qǔ）程序，並稍微改變溶劑含量（環己烷：乙醇= 2：1體積比）。該過程進行了三天，每天大約有12個循環。提取完（wán）成後，將提（tí）取的標（biāo）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（zhōng）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（chù）理和溶劑（jì）萃取的樣品均在相對濕度為85％±2％，溫度為30℃的調節室內進行培養，以評估臭氧處理和萃取對木材抗真（zhēn）菌性的影響。重要的是要注意，未（wèi）用（yòng）臭氧（yǎng）或環己烷/乙醇處理過（guò）的對照樣品在相似的培養箱中孵育。用光學顯（xiǎn）微鏡（jìng）在3個月內定期監測所有材料，以檢測材料（liào）表麵的（de）真菌生長。此外，為了更好地了解兩種材料的吸濕性，使（shǐ）用（yòng）IGASORP吸附分析儀確（què）定每（měi）個10％RH步驟的平衡水分含量。重要的是要注意，除水分等溫線實驗外，所有實驗均（jun1）重複進行兩次或三次。等溫線（xiàn）分析儀的公布精度不到5％。

 

結果（guǒ）

圖1顯示了在幾個孵育時間步驟（第0周，第11周和第13周）中竹材背麵的黴菌生長。在第10周後，在對照和臭氧處理的樣品（pǐn）上觀察（chá）到可見的真菌生長，而在第13周之前，在溶劑處理的樣品上未檢測到真菌。與對照或溶劑萃（cuì）取的樣品（pǐn）相比，在（zài）臭氧處理的樣品上生長的真（zhēn）菌也（yě）更多。需要進一步分析（xī）以驗證這一觀察結（jié）果。有趣的是，沒有橡樹（shù）標本在背麵（miàn）顯示出真菌生長（數（shù）據未顯示）。

圖1：竹地（dì）板材料背麵的真菌生（shēng）長觀（guān）察

 

吸水率

圖2顯（xiǎn）示了（le）未經處理的橡（xiàng）木和竹子樣品（pǐn）在30℃和大氣壓下的吸濕等溫線。兩種材料均顯示（shì）出相同的吸濕模式，隨濕度變化。有趣的是，在相對濕度介（jiè）於0％至70％之間的情況下，竹子吸收的水比橡木少。但是，竹子的吸濕率比RH較高的橡樹大，在70％到90％之間，這導致（zhì）兩個吸附等溫線之間發生交叉。這一發現對於（yú）室內應（yīng）用（例如地（dì）板）非常重要（yào），因為在典型的室內環境條件下，竹（zhú）子中（zhōng）的水分含量少於橡木（mù）中的水分含量。但是，在濕（shī）度很（hěn）高的環境中會發現相反的情況。

圖2. 30℃溫度下的等溫（wēn）線圖。

 

木製品的（de）紅外光譜

圖3顯示了未經處理和（hé）經臭氧（yǎng）處理的橡木樣品的（de）紅外光譜。兩個樣品之間（jiān）的差異光譜以粗線顯示（shì），正峰代表增加，反之亦（yì）然。對於竹材料也發（fā）現了相同的觀（guān）察（chá）結果。很明顯，臭氧處（chù）理後，木材材料上觀察（chá）到（dào）輕微變化。羥（qiǎng）基（OH）基團（3350 cm-1）的強烈廣泛拉（lā）伸和（hé）2920 cm-1-3000 cm-1區域（yù）的C-H拉伸顯示強度增加（jiā）。相反，在（zài）1750 cm-1和（hé）1040 cm-1範圍內的條帶強度（dù）降低。這種衰減似乎代表（biǎo）了通過（guò）臭氧（yǎng）處理對木質素和纖維素成分的降解。

圖3.未處理和臭氧處理的橡木的FT-IR光譜

 

木製（zhì）品的提取成分

GC / MS結果表明，提取物分別占橡木和竹子幹物質質量的3.4％±0.4％和2.6％±0.3。同（tóng）樣，在橡木提取物中發現了香蘭素，糠醛成（chéng）分，丁香（xiāng）醛和其他酚類，而竹提取物包括苯甲酸，癸（guǐ）醛和其他醛。

 

討論

在有利的環境條（tiáo）件下（例如，RH = 80％至90％；溫度= 30℃），如果（guǒ）提供營養（來自（zì）物質成分或外部來源），真菌的孢子就會發芽。顯然，不同（tóng）的物質在（zài）不同程度（dù）上支持真菌的生長，

因為有些材料提供（gòng）了容易被真菌分解的“食物”，而另一些則包含了可能抑製真菌生長的有毒（dú）化合物[Hoang等。 2010]。在這項研究中，在（zài）潮濕（shī）的房間中孵育10周後，竹子樣品上的（de）真菌生長明顯，而（ér）橡木則沒（méi）有顯示出對真菌生（shēng）長的支持。可能的原因是橡木（mù）地板材料中含有香蘭素（sù）和其他可使真菌孢子失活的酚類成分[López-Malo等。 1997]。然而，眾所周知，竹子由於其豐富的（de）澱粉和糖分而易受（shòu）真菌的侵害[Li 2004，Zhang等。 2010]。另外，吸附

圖2所示的等溫（wēn）線表明，在實驗條件下（RH = 85％；溫（wēn）度30℃），竹子可以更快地吸收水分，並且比橡木具有更高的水分含量。 Hoang等。 2010年，纖維（wéi）素基（jī）材料中（zhōng）的黴菌生長速率與其平衡水分含量[EMC]呈正相關。換句話說，EMC較高的材料似乎更容易發黴。因此，EMC可用（yòng）作評估纖維素基材料中黴菌生長風險的指標。在不（bú）同（tóng）的竹（zhú）子樣本中發現了另一個（gè）有趣的真菌生長觀察結果。經過臭氧處理的標本比其他在臭氧下（xià）的真菌生物量更高。

相同的實驗條件。這一發現表明，臭氧處理可能會分解某些木材成分，並產生更多有利於（yú）真菌生長的化合物（wù）。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到真菌侵襲。另外，少得多

在溶劑（jì）萃取的樣品上觀察到生長；甚至真菌也需要更長的時間才能開（kāi）始在這些樣品上發芽。有可能提取了一些真菌（jun1）類成分（fèn）。在Zhang等人的很新研（yán）究中也觀察到了相同的觀察（chá）結果。 2010年。他們發現一些不同種類（lèi）的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

研究表（biǎo）明，內（nèi）部成分，例如提取物，對（duì）木質材（cái）料的抗真菌性起關鍵作用。例如，橡樹含有抑製性化合物，如香蘭素，可增加對真（zhēn）菌（jun1）生長的抵抗力。臭氧（yǎng）處理通過分解一些高分（fèn）子量化合物（例如木（mù）質素和纖維素）而稍微改變材料的化學成分。建議如果選擇臭氧作為建（jiàn）築物的汙染物，則應考（kǎo）慮（lǜ）這些影響。