王 慧, 孟 堯, 張巧玲, 竇婷婷, 余海萍,SHADRICK, 陳思瑤, 孫芳利

(浙江農(nóng)林大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，杭州 311300)

0 引言

我國(guó)是世界上竹類資源最為豐富、開發(fā)利用竹資源最早的國(guó)家，竹材廣泛地應(yīng)用于人們生活當(dāng)中。2018 年，我國(guó)竹產(chǎn)品出口貿(mào)易額超過21 億美元，其中竹制餐具、竹制日用品等和與食品和人體密切接觸的竹產(chǎn)品占比超過50%[1]。隨著世界范圍內(nèi)“禁塑令”的頒布，“以竹代塑”是解決“塑料污染”問題的自然解決方案[2]。然而竹材中含有豐富的淀粉、糖類和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，極易受到霉菌侵染，在使用和運(yùn)輸過程中易發(fā)生霉變，從而限制了竹材的應(yīng)用[3-4]。常規(guī)竹材的防霉藥劑主要以工業(yè)防霉劑為主，如IPBC (3-碘代-2-炔丙基丁基氨基甲酸酯)、DCOIT (4,5-二氯-2-N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮) 和百菌清等[5-6]。這些殺菌劑雖然防霉效果好，但由于毒性較大或易致敏等原因，不適用于食品接觸和與人體密切接觸的竹產(chǎn)品中[7]。

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和自身安全意識(shí)的提高，天然抗菌劑被廣泛地關(guān)注和研究，主要應(yīng)用在食品、藥品、農(nóng)藥及木竹材保護(hù)等領(lǐng)域[8]。源于植物精油的酚類物質(zhì)能夠抑制多種真菌的生長(zhǎng)，如百里酚[9-10]。同時(shí)，百里酚相繼被各國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)定為安全的食品、藥品添加劑[11-12]，是食品接觸和與人體密切接觸類竹材防霉劑較好的選擇。雖然百里酚作為竹材防霉劑綠色且安全，但存在因易流失和揮發(fā)而導(dǎo)致的時(shí)效性較差等問題。近年來，研究人員采用抗菌劑復(fù)配、包覆和化學(xué)改性等方法，降低天然抗菌劑的流失[13]。如果能在天然抗菌劑與竹材中的主要成分間建立牢固的化學(xué)連接，則能有效解決其易揮發(fā)和流失的問題，提高天然抗菌劑對(duì)竹材的保護(hù)時(shí)效性。

真菌漆酶是一類多酚氧化酶，其底物廣泛，能夠直接將酚類、苯胺類和天然大分子木質(zhì)素等底物催化氧化，副產(chǎn)物只有水[14]。漆酶對(duì)木質(zhì)纖維的催化作用已被廣泛用于制漿造紙、無醛膠黏劑和人造板的無膠膠合等領(lǐng)域[15-17]。近年來，有關(guān)漆酶催化固定木竹材抗菌劑的研究也有所報(bào)道。Bi 等[18]和Ferna?ndez-Costas 等[19]利用漆酶的催化作用，將香草醛和松木提取物固定于木材中，發(fā)現(xiàn)其抗流失性明顯提高。Prosper 等[20]和饒瑾等[21]采用漆酶將碘化鉀固著于竹材中，以提高竹材的防霉性和防腐性。Wang 等[22-23]利用漆酶的催化作用將百里酚固定在竹材中，發(fā)現(xiàn)其可以明顯降低百里酚在竹材中的揮發(fā)和流失，深入研究發(fā)現(xiàn)，在漆酶催化體系中，百里酚的高用量和漆酶的高活性是提高竹材防霉性能、滿足實(shí)際需求的關(guān)鍵因素。

因此，本研究擬采用兩步法處理竹材：第1步用抗菌劑浸漬處理，第2 步用漆酶催化固定處理，這樣既可增加百里酚的用量，又可保證漆酶的高催化活性。本研究借助漆酶的綠色催化作用，將百里酚高效固著于竹材中，以降低百里酚在竹材中的揮發(fā)和流失，提升竹材的防霉效果。相關(guān)處理的示意圖如圖1 所示。并進(jìn)一步研究竹材在漆酶催化固定百里酚處理前后表面化學(xué)改變，以探明百里酚在竹材中的固著機(jī)制。

圖1 漆酶催化固定百里酚處理竹材的示意圖Fig.1 Schematic showing preparation of laccase-catalyzed fixation of thymol to bamboo

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試材與藥劑 紅竹Phyllostachys iridescensC.Y.YaoetS.Y.Chen：采自安徽宣城，5 年生，去除竹青、竹黃后制成精刨竹條，規(guī)格為50 mm ×20 mm × 5 mm (長(zhǎng) × 寬 × 厚)。白腐菌漆酶 (BR，活性 ≥ 0.5 U/mg，上海阿拉丁試劑有限公司)，在45 ℃、pH = 4.5 時(shí)測(cè)得活性為0.66 U/mg；2,2′-聯(lián)氮-雙(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二胺鹽 (ABTS)(純度 ≥ 98%，上海阿拉丁試劑有限公司)；乙醇和百里酚 (分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；磷酸二氫鉀 (分析純，杭州華東醫(yī)藥集團(tuán)有限公司)。

1.1.2 測(cè)試菌種 黑曲霉Aspergillus niger，編號(hào)為GDMCC 3.411；綠木霉Trichoderma virens，編號(hào)為GDMCC 3.140；桔青霉Penicillium citrinum，編號(hào)為GDMCC 3.458。3 種霉菌均購(gòu)買于廣東省微生物菌種保藏中心。

1.1.3 主要儀器 UV-2550 型紫外分光光度計(jì) (日本Shimadzu 公司)；IR Prestige-21 型傅里葉變換紅外光譜儀 (日本Shimadzu 公司)；X 射線光電子能譜儀 (美國(guó)Thermo Scientific 公司)；SU8000 型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 (日本Hitachi 公司)；OCA50AF型接觸角測(cè)試儀 (德國(guó)Dataphysics 公司)。

1.2 漆酶催化固定百里酚

將供試竹材浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的百里酚乙醇溶液中，先在 -0.1 MPa下真空處理15 min，再在0.8 MPa 下加壓處理30 min。取出竹塊用濾紙吸干表面液體，稱重，按公式 (1) 計(jì)算竹塊中百里酚的載藥量 (R)。

其中：m1和m2分別是試塊浸漬處理前、后的質(zhì)量，單位為g；c是處理液中百里酚的質(zhì)量濃度，單位為g/0.1 kg；L、W和H分別代表竹塊的長(zhǎng)、寬和厚，單位均為mm。

浸漬后的竹塊先氣干6 h，然后置于真空干燥箱內(nèi)，在40 ℃下干燥24 h。將一定量的漆酶和ABTS 溶于pH = 4.5、濃度為0.1 mol/L 的磷酸緩沖溶液中，配制成漆酶質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL 和ABTS 濃度0.5 mmol/L 的催化反應(yīng)液。將浸漬過百里酚的竹塊放入該溶液中進(jìn)行真空加壓浸漬 (浸漬條件同上)。浸漬結(jié)束后，置于40 ℃水浴下繼續(xù)攪拌反應(yīng)24 h，于40 ℃真空箱內(nèi)干燥3 d。只經(jīng)溶劑 (先乙醇后緩沖溶液) 加壓浸漬的竹材，標(biāo)記為Control；僅由3%的百里酚乙醇溶液處理的試樣標(biāo)記為Thymol；由3%百里酚乙醇溶液和漆酶共同處理的竹材標(biāo)記為Thymol + Laccase；未經(jīng)任何處理的空白竹材定義為Blank。每個(gè)處理組的重復(fù)竹塊試樣為6 個(gè)。

1.3 分析測(cè)試方法

1.3.1 防霉性能檢測(cè) 將綠木霉、黑曲霉和桔青霉分別接種于竹材試塊上[9]，按照GB/T 18261—2013《防霉劑對(duì)木材霉菌及變色菌防治效力的試驗(yàn)方法》的相關(guān)規(guī)定測(cè)定處理后的竹材對(duì)3 種霉菌的防霉性能。定期觀察和記錄竹塊上霉菌感染面積和生長(zhǎng)情況，確定被害值等級(jí)。被害值越低，防霉效果越好。試塊霉變的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 試塊霉變的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classes of the infection value of the tested bamboo blocks

根據(jù)公式 (2) 計(jì)算處理竹材對(duì)霉菌的防治效力。

其中：E為防治效力，%，Dt為藥劑處理試塊的平均被害值；D0為未處理對(duì)照試塊的平均被害值。

1.3.2 流失處理 為進(jìn)一步了解漆酶催化百里酚在竹材中的固定效果，將竹材進(jìn)行流失處理，并以試塊流失處理前后對(duì)3 種竹材霉菌的防霉效果來表征漆酶催化固定的效果。流失處理過程參照美國(guó)木材防腐協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWPA E11—2007《Standard Method of Determining the Leachability of Wood Preservatives》進(jìn)行，每組6 個(gè)重復(fù)試樣。取處理好的竹材試塊置于500 mL 燒杯中，加入180 mL蒸餾水浸沒試塊。每隔6、24、48 h 更換一次蒸餾水，共計(jì)14 d。流失處理后的竹材試塊按照1.3.1節(jié)中的方法進(jìn)行防霉性能的測(cè)定。

1.3.3 竹材中百里酚揮發(fā)率測(cè)定 百里酚直接用于竹材防霉處理時(shí)存在易揮發(fā)的問題。本研究采用冷阱-紫外分光光度計(jì)聯(lián)用的方法測(cè)試百里酚經(jīng)漆酶催化處理前后的揮發(fā)情況。取相同質(zhì)量的處理竹材，劈成細(xì)條狀，放入二口燒瓶?jī)?nèi)，將水浴鍋溫度設(shè)置為40 ℃，通過加熱和抽真空的方式加速竹材中百里酚的揮發(fā)，揮發(fā)出的百里酚經(jīng)冷阱的低溫環(huán)境 (-21 ℃) 冷凝收集，測(cè)試時(shí)間持續(xù)4 h。測(cè)試結(jié)束后，向冷阱中少量多次加入無水乙醇進(jìn)行沖洗，最終定容至50 mL，并用紫外分光光度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)收集到的百里酚進(jìn)行定量，根據(jù)公式 (3) 計(jì)算不同處理竹材中百里酚的揮發(fā)率(VR，%)。

其中：m3為冷阱中收集到的百里酚的量，g；m4為測(cè)試竹材中百里酚的量，g，根據(jù)載藥量計(jì)算得出。

以體積分?jǐn)?shù)為3% 的百里酚乙醇溶液?jiǎn)为?dú)處理的竹材作為對(duì)照。用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定的百里酚濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線為y= 0.012x- 0.018；R2= 0.999。

1.3.4 處理竹材的紅外光譜和表面X 射線光電子能譜儀 (XPS)分析 為研究漆酶催化后百里酚與竹材的相互作用機(jī)制，采用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)試各處理竹材的全反射紅外光譜，掃描范圍4000～500 cm-1，掃描次數(shù)16 次，分辨率0.09 cm-1。

采用XPS 分析竹材表面化學(xué)成分變化，以單色化 A1 Kα 射線 (1486.6 eV) 為靶材，在真空度小于 5 × 10-7Pa 的分析室中對(duì)試樣進(jìn)行掃描，掃描步長(zhǎng)0.1 eV，掃描范圍0～1100 eV。

1.3.5 處理竹材形貌分析 將待測(cè)竹材試樣絕干，用離子濺射儀鍍金后，采用冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察竹材表面，電壓 5 kV。

1.3.6 疏水性能測(cè)試 采用接觸角測(cè)試儀測(cè)試竹材試樣的靜態(tài)接觸角。去離子水滴的體積固定為5 μL，測(cè)試時(shí)間為5 s，同一樣品取6 個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)測(cè)試，同一種處理方式6 個(gè)平行試樣，最終結(jié)果取其平均值。以未經(jīng)任何處理的竹材 (Blank)和只經(jīng)溶劑 (先乙醇后緩沖溶液) 加壓浸漬的竹材試塊 (Control) 作為對(duì)照。

2 結(jié)果與分析

2.1 漆酶催化百里酚處理竹材的防霉效果

供試竹塊對(duì)3 種霉菌的防霉效力測(cè)定結(jié)果見表2，防霉效果見圖2。由圖2 可知，對(duì)照處理竹材 (Control) 試樣均在培養(yǎng)的第3 天開始發(fā)生霉變，并迅速發(fā)展為整個(gè)試樣表面完全霉變，對(duì)3種霉菌的防霉效力均為0。然而，經(jīng)百里酚單獨(dú)處理竹材 (Thymol) 表面出現(xiàn)霉變的時(shí)間延后，僅有黑曲霉處理組在培養(yǎng)的第8 天有霉菌孢子附著在試樣表面，但沒有明顯的繁殖和蔓延，在30 d的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，只有小于1/4 的竹塊面積被黑曲霉侵染，被害值等級(jí)為1，說明用百里酚處理竹材，明顯提升了竹材的防霉效果。對(duì)比Thymol 和Thymol + Laccase 的兩組處理試塊，最終防霉效力沒有出現(xiàn)明顯的差別 (表2)，只是Thymol + Laccase處理組竹塊表面出現(xiàn)桔青霉和黑曲霉侵染的時(shí)間比百里酚單獨(dú)處理組要早，這可能是由于在漆酶催化處理操作過程中，因少量的百里酚流失或者揮發(fā)造成的。

表2 不同處理竹材對(duì)3 種霉菌的防霉效果Table 2 Anti-mildew effect of bamboo with different treatment on three kinds of molds

圖2 不同處理竹材對(duì)黑曲霉 (a 和b)、綠木霉 (c 和d) 和桔青霉 (e 和f) 的防霉效果及霉菌生長(zhǎng)記錄Fig.2 Anti-mildew effect and mold growth records of bamboo with different treatment against Aspergillus niger (a and b),Trichoderma virens (c and d) and Penicillium citrinum (e and f)

2.2 漆酶催化固定百里酚的效果

表3 和圖3 展示了竹材經(jīng)過揮發(fā)和流失處理后對(duì)3 種霉菌的防霉效果。從圖3 可知，對(duì)照組竹材 (Control) 是最先發(fā)生霉變的，在測(cè)試的第12 天已經(jīng)完全霉變。然而Thymol + Laccase 在30 d的測(cè)試期內(nèi)表現(xiàn)出了優(yōu)異的防霉效果，在第20 天時(shí)表面開始被霉菌感染，平均霉變等級(jí)為0.17，對(duì)3 種霉菌的防霉效力均大于95%，說明經(jīng)漆酶催化處理以后，百里酚很好地固定在了竹材中，不受外界淋洗的影響，可持續(xù)發(fā)揮防霉作用。而百里酚單獨(dú)處理組 (Thymol) 的防霉效力低于漆酶催化百里酚處理組 (Thymol + Laccase)，尤其是對(duì)黑曲霉和桔青霉，分別在第8 天和15 天出現(xiàn)了霉變現(xiàn)象，最終防霉效力分別為87.5%和79.2%，防霉效果相對(duì)降低，主要原因是百里酚單獨(dú)處理竹材經(jīng)過流失處理，其中起防霉作用的百里酚部分流失，造成抗菌成分含量降低，對(duì)桔青霉生長(zhǎng)抑制作用也減弱。同時(shí)對(duì)比表3 和表2 發(fā)現(xiàn)，百里酚單獨(dú)處理竹材在經(jīng)過14 d 的流失試驗(yàn)后，對(duì)黑曲霉和桔青霉的防霉效力也相對(duì)降低，主要是由于百里酚的流失造成的。在以往的研究中，以百里酚等天然抗菌劑作為木、竹材的保護(hù)劑時(shí)普遍存在保護(hù)時(shí)效低的問題。從本研究結(jié)果可以看出：流失是百里酚作為竹材抗菌劑保護(hù)時(shí)效低的一個(gè)原因，因?yàn)榘倮锓訂为?dú)處理竹材在經(jīng)過流失處理后，防霉效果相對(duì)降低；另一個(gè)重要的原因可能是百里酚在竹材中容易揮發(fā)。

表3 不同處理竹材流失處理后對(duì)3 種霉菌的防霉效果Table 3 Anti-mildew effect of bamboo with different treatment on three kinds of molds after loss treatment

圖3 經(jīng)流失處理后不同處理竹材對(duì)黑曲霉 (a 和b)、綠木霉 (c 和d) 和桔青霉 (e 和f) 的防霉效果及霉菌生長(zhǎng)記錄Fig.3 Anti-mildew effect and mold growth records of bamboo with different treatment against Aspergillus niger (a and b),Trichoderma virens (c and d) and Penicillium citrinum (e and f) after loss treatment

進(jìn)一步采用冷阱-紫外分光光度計(jì)法對(duì)各處理竹材中百里酚的揮發(fā)性進(jìn)行了研究。由表4 可知，Thymol 處理組中，百里酚極易揮發(fā)，經(jīng)過4 h的加速揮發(fā)處理，百里酚的揮發(fā)率高達(dá)17.03%。而經(jīng)過漆酶固定處理后，Thymol + Laccase 處理竹材中百里酚的揮發(fā)率明顯降低，僅為6.75%。該揮發(fā)率測(cè)定結(jié)果與流失處理后各處理竹材的防霉效果一致，由于漆酶的催化固定作用，使處理竹材在經(jīng)過流失處理后仍表現(xiàn)出優(yōu)異的防霉效果和較低的百里酚揮發(fā)率。由此證明，漆酶催化固定百里酚處理竹材是一種有潛力的長(zhǎng)效防霉方式，可以很好地將百里酚固定于竹材中。

表4 不同處理竹材中百里酚的揮發(fā)性Table 4 Volatility of thymol in different treatment materials

2.3 處理竹材紅外分析

與單獨(dú)用百里酚處理的竹材相比，漆酶催化百里酚改性竹材降低了百里酚揮發(fā)率，提高了竹材的防霉效率，這可能是漆酶作用下百里酚與竹材發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。關(guān)于竹材改性處理前后的化學(xué)鍵類型或官能團(tuán)變化的信息通過FT-IR 進(jìn)行了表征。如圖4 所示，在2962～2866 cm-1處為甲基和亞甲基的C-H 拉伸振動(dòng)相對(duì)應(yīng)的吸收帶，Thymol +Laccase 的強(qiáng)度略有增加，可能是由于新引入的百里酚中含有較多的甲基造成的。代表竹材木質(zhì)素苯環(huán)骨架結(jié)構(gòu)的特征峰 (1591～1418 cm-1) 各處峰強(qiáng)都有細(xì)微變化，說明在漆酶作用下竹材木質(zhì)素苯環(huán)周圍環(huán)境發(fā)生了變化。1237 cm-1和1025 cm-1處通常被認(rèn)為是醚鍵 (C-O) 的特征峰，Thymol +Laccase 處理竹材的這兩處峰發(fā)生了較為明顯的變化，尤其是1025 cm-1處。有文獻(xiàn)報(bào)道稱，漆酶可以催化酚類物質(zhì)形成苯氧自由基及其他電子轉(zhuǎn)移共振結(jié)構(gòu)，自由基之間很容易發(fā)生偶合成鍵[24]。結(jié)合以上分析及文獻(xiàn)報(bào)道，推測(cè)在漆酶的催化作用下，百里酚與竹材木質(zhì)素發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，百里酚接枝于竹材木質(zhì)素上，且很可能以醚鍵的方式成鍵。進(jìn)一步通過處理竹材表面XPS 分析漆酶作用下竹材與百里酚間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

圖4 竹材改性前后的紅外光譜圖Fig.4 FT-IR spectra of bamboo before and after modification

2.4 處理竹材表面元素分析

應(yīng)用 XPS 測(cè)試分析竹材表面C、H 和O 元素變化也可以提供百里酚和竹子之間發(fā)生接枝反應(yīng)的證據(jù)。從表5 中可以得出，未經(jīng)過處理的竹材(Blank)表面C 元素含量在66.83%，而經(jīng)過漆酶催化百里酚處理 (Thymol + Laccase) 之后，C 元素含量增加為68.27%，這主要是因?yàn)樘幚砗蟀倮锓恿粼诹酥癫谋砻妗０倮锓?(C10H14O) 具有80%碳含量，高于竹材表面碳含量。所以用百里酚處理竹材會(huì)造成竹材表面碳元素和C/O 比的增加，C/O 比從2.01 增加至2.15。而對(duì)比Thymol 和Thymol + Laccase 處理組，Thymol + Laccase 處理組碳元素增加的更多，可能是由于漆酶的催化作用使百里酚更多地保留在了竹材中，而Thymol 處理組由于百里酚與竹材之間缺乏牢固的連接，百里酚在竹材中只是以物理吸附狀態(tài)存在，在后續(xù)的烘干和保存處理過程中很容易流失。

表5 竹材改性處理前后的表面元素含量變化Table 5 Changes of surface element content of bamboo before and after modification

進(jìn)一步采用C1s、O1s 高分辨譜分峰擬合對(duì)竹材表面C、O 元素來源進(jìn)行追溯，結(jié)果見圖5。其中C1s 總峰被分成3 個(gè)小峰(C1、C2、C3)，其中C1 代表與碳原子以單鍵或與氫原子連接的碳原子(-C*－C/－C*－H)，C2 代表與一個(gè)氧原子以單鍵連接的碳原子(+C*－OH/+C*－O－C)，C3 代表與兩個(gè)氧原子分別以單鍵連接或與一個(gè)氧原子以雙鍵連接的碳原子(-C*＝O/－O－C*－O)[25]；O1s 被分成兩個(gè)小峰(O1、O2)，其中O1 代表與以雙鍵連接的氧原子(-R＝O)，O2 代表以單鍵連接的氧原子(-R－O-)。

圖5 竹材改性前后的高分辨率C1s 和O1s 光譜Fig.5 High-resolution C1s and O1s spectra of bamboo before and after modification

對(duì)C 和O 元素分峰擬合后的結(jié)果見表6。從中可以發(fā)現(xiàn)，Thymol + Laccase 處理組竹材中C1 相對(duì)含量顯著增加，這表明竹材表面的C-C 鍵和C-H 鍵數(shù)量增多。說明經(jīng)過漆酶催化Thymol改性后，Thymol 與竹材發(fā)生了某種鍵合連接，使得Thymol 保留在竹材表面，從而導(dǎo)致C1 相對(duì)含量的增加。研究表明，漆酶作用于木質(zhì)素類酚結(jié)構(gòu)的主要方式包括 -C*－OH/-C*－O－C 結(jié)構(gòu)間的連接以及向 -C* = O 結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變[26]。因此，在T h y m o l + L a c c a s e 處理組的竹材中，代表-C*－O- 單鍵結(jié)構(gòu)的C2 和O2 相對(duì)含量降低，代表 -C*＝O 結(jié)構(gòu)的O1 相對(duì)含量增加。理論上，接枝反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致C2 含量增加，然而實(shí)際上C2 含量降低，這可能是因?yàn)槠崦笇?duì)竹材木質(zhì)素的氧化作用大于漆酶催化Thymol 與竹材的接枝反應(yīng)。此外，在Thymol + Laccase 處理組的竹材中百里酚的引入也會(huì)導(dǎo)致竹材元素相對(duì)含量發(fā)生變化。百里酚單獨(dú)處理組 (Thymol) 的竹材元素含量也發(fā)生了一定變化，這主要是因?yàn)闅埩粼谥癫膬?nèi)部的Thymol 的影響。綜合以上結(jié)果，再結(jié)合圖4 中FT-IR 結(jié)果醚鍵特征峰的變化，可以推斷，漆酶催化下Thymol 與竹材的連接主要以醚鍵方式存在。

表6 竹材改性處理前后的C1s 和O1s 峰的亞峰面積Table 6 Subpeak area of C1s and O1s peak before and after bamboo modification

2.5 處理竹材形貌變化及接觸角變化

2.5.1 處理竹材表面形貌分析 各處理竹材的橫切面與縱切面微觀形貌如圖6 所示?？梢钥闯?，竹材經(jīng)百里酚單獨(dú)處理后 (Thymol)，微觀形貌并沒有發(fā)生明顯的變化，竹材的表面與對(duì)照 (Control)一樣，平整且光滑，這主要是因?yàn)榘倮锓訛樾》肿游镔|(zhì)，配制成乙醇溶液浸漬于竹材中，其滲透性較好。而經(jīng)過漆酶催化處理的竹材 (Thymol +Laccase)，表面出現(xiàn)大量小的薄片及顆粒，這些物質(zhì)可能是漆酶催化竹材和百里酚的反應(yīng)產(chǎn)物。

圖6 不同處理竹材的微觀形貌Fig.6 Micro-morphology of bamboo with different treatment

2.5.2 處理竹材水滴接觸角分析 從流失處理后竹材的防霉性能和竹材中百里酚的揮發(fā)率可知，經(jīng)漆酶的催化作用，百里酚被有效地固定在竹材中，提升了竹材的防霉性能及百里酚的抗揮發(fā)性。考慮到百里酚是一種親酯性物質(zhì)，因此采用靜態(tài)水接觸角分析來進(jìn)一步探索漆酶催化百里酚在竹材上的固著性，結(jié)果如圖7 所示。由圖7可知，竹材經(jīng)過反應(yīng)溶劑 (乙醇和緩沖溶液) 處理以后，接觸角并未發(fā)生很明顯變化，但經(jīng)百里酚處理后，表面疏水性增強(qiáng)，接觸角從35°增加到97°，說明不管是百里酚單獨(dú)處理 (Thymol)，還是漆酶催化百里酚處理 (Thymol + Laccase)，都增加了竹材的疏水性，這主要是由于百里酚是酯溶性物質(zhì)。對(duì)比Thymol 處理組與Thymol + Laccase 處理組，后者的接觸角增加更為明顯，接觸角大于90°，更加疏水，分析原因：一方面是由于竹材經(jīng)漆酶催化固定百里酚處理后，百里酚被固定于竹材中，不會(huì)因后續(xù)的各種處理、烘干、放置等過程而大量揮發(fā)和流失；另一方面是由于竹材經(jīng)漆酶和百里酚共同處理后，可能消耗竹材木質(zhì)素中親水性的酚羥基，使處理竹材疏水性增強(qiáng)。眾所周知，竹材霉菌等微生物生長(zhǎng)繁殖的必備條件之一是充足的水分，所以當(dāng)竹材經(jīng)漆酶催化百里酚處理后，疏水性的增加有利于竹材防霉[22]。

圖7 不同處理竹材5 s 內(nèi)的靜態(tài)水接觸角變化Fig.7 Contact angle value of different treatment bamboo within 5 s

3 結(jié)論

以天然抗菌劑百里酚單獨(dú)處理竹材存在流失和揮發(fā)，其對(duì)竹材的保護(hù)時(shí)效短，效率低。采用漆酶催化固定一步法處理，存在漆酶活性與百里酚難以兼顧，處理竹材防霉性能難以滿足實(shí)際需求。本研究采用天然抗菌劑加壓浸漬和漆酶催化反應(yīng)兩步法處理竹材，可高效地將百里酚固定于竹材中，賦予竹材安全、長(zhǎng)效防霉性能，揮發(fā)率降低10.28%，漆酶催化固定百里酚處理竹材流失前后均表現(xiàn)出優(yōu)異的防霉效果。漆酶催化固定百里酚處理竹材的化學(xué)變化表明，在漆酶的催化作用下，百里酚可能以醚鍵的方式與木質(zhì)素結(jié)合。本研究提供了一種優(yōu)化的竹材綠色酶催化的防霉方法，但酶促處理?xiàng)l件和竹材處理方式很大程度上決定了竹材的防霉性能，可繼續(xù)優(yōu)化；同時(shí)，百里酚載藥量較高，后續(xù)仍需要進(jìn)一步篩選活性更高的天然防霉物質(zhì)。研究漆酶催化作用下百里酚在竹材中的固著機(jī)理，對(duì)酶促處理竹材的性能提升有很多啟發(fā)，值得深入研究。

致謝 (Acknowledgement)：感謝研究生王婕在前期對(duì)研究方法的探索，同時(shí)在百里酚揮發(fā)率測(cè)定方面和數(shù)據(jù)分析過程中提出的寶貴修改意見；感謝研究生樊志威在論文撰寫和后期修改過程中提供的意見和幫助！