臭氧处理对真菌生长，化学成分和代谢的影响

木地板材料的表面形态特征

 

摘要

研究了臭氧处理和提取对竹地板和红橡木地板材料真菌活性的影响。一组木材样品用环己烷和乙醇萃取48小时，以去除可萃取的化合物。将另一组材料暴露于臭氧（2000 ppbv±63 ppbv）中五天。溶剂萃取和

将臭氧处理过的样品在密闭室内于85％±2％RH和30℃±℃下孵育。定期将它们移出以评估真菌的生长。臭氧处理导致这两种木材的化学成分略有变化。例如，观察到木质素成分的降解是随着IR谱带在1450 cm-1到1 cm-1范围内的减少。

1610厘米-1。同样，臭氧处理过的竹炭样品和对照竹样品在潮湿环境中暴露十周后被霉菌稍微覆盖，而直到两周后，提取的样品均未见到可见的真菌生长，这可能是因为提取物去除了一些限制真菌生长的成分。橡木样品在相同的暴露时间内没有霉菌生长的迹象，这表明橡木中含有一些抑制真菌的成分。

 

含义

木质纤维素作为可再生建筑材料的利用和研究日益受到公众的关注。 但是，当木质材料暴露于臭氧和湿气等环境条件下时，会发生颜色变化，物理和微生物降解。 研究目的是使用各种技术评估臭氧处理和提取对化学成分和形态特征的影响，以便更好地了解某些常见木材表面上的降解过程。

 

介绍

建筑材料的选择取决于许多标准，例如，低挥发性有机化合物（VOC）的排放量，耐久性和可回收性。对于基于纤维素的建筑材料，它们对霉菌生长的敏感性非常重要。大量研究表明，在各种产品（例如石膏板上）上霉菌的生长；纤维素绝缘材料，含纤维素的天花板砖；刨花板，木质地板材料[Herrera 2005; Dillavou等。 2007; Karunasena等。 2000]。 Hoang等人的很新研究。 2010年指出，富含纤维素的材料在直接暴露于水或暴露于高湿度后极易发霉。他们的结果表明，不同的木质材料以不同的水平支持霉菌的生长，每种材料的化学成分可能是一个主要因素，因为某些木材含有天然的抗真菌化合物，可以防止或减少真菌的生长。实际上，由于木质材料的高分子量组分的复杂异质性（主要包含纤维素（40％至50％）），很难定义其化学性质。木质素（15％至35％）;半纤维素（20％至35％）和可溶于溶剂的提取物（3％至10％），例如萜烯，单宁，芳香族和脂肪族酸[MacDonald等。 1969]。近来，臭氧已经被提倡对建筑物进行消毒，因为已经证明，较高的臭氧水平（1000 ppmv至2000 ppmv）可以使真菌孢子失活[Currier et al。，2001; 2001; Palou等，2003]。然而，臭氧与材料表面的反应令人担忧，因为它们是二次挥发性有机化合物和颗粒形成的潜在来源[Poppendieck等。 2007]。在造纸工业中，臭氧通常用于木质产品的脱木质素处理，因为它被认为是分解木质素的强反应物[Kobayashi等人。 2005]。

 

目前关于臭氧反应和萃取对臭氧的影响的信息很少。

改变木质材料的表面化学和形态。这项研究的目标是：

-研究两种不同的木质地板材料（竹和橡木硬木）的真菌敏感性。

-确定木材提取物对真菌生长的影响。

-评估臭氧处理过的木材表面的抗真菌性。

 

 

方法

本研究选择了竹地板和橡木地板材料。这些材料是从当地供应商处购买的，然后在进行实验之前存储在拉链袋中。将材料切成2.3厘米x 2.3厘米的相同尺寸，并用臭氧或如下所述的混合溶剂处理：

 

臭氧处理：将材料样品放入一个4升的玻璃烧瓶中，该烧瓶用2000 ppbv±63 ppbv的空气连续通风5天。臭氧通过使用衰减全反射（ATR）光谱记录的红外光谱确定材料表面上的臭氧官能团的变化。为了避免由外部因素（例如接触压力）引起的光谱差异，将所有木材光谱均归一化为1030 cm-3谱带，该谱带在处理过程中变化的可能性较小[Collom等。 2003;穆勒等。 2003]。

 

溶剂萃取：在索氏萃取器中用环己烷和乙醇的混合物处理另一系列的材料样品。从ASTM D1105-96标准中调整萃取程序，并稍微改变溶剂含量（环己烷：乙醇= 2：1体积比）。该过程进行了三天，每天大约有12个循环。提取完成后，将提取的标本用于抗真菌性评估。收集剩余的溶剂并干燥直至恒重，以确定产物中萃取物的百分比。还使用GC / MS分析了提取物中的成分组。

 

然后将经过臭氧处理和溶剂萃取的样品均在相对湿度为85％±2％，温度为30℃的调节室内进行培养，以评估臭氧处理和萃取对木材抗真菌性的影响。重要的是要注意，未用臭氧或环己烷/乙醇处理过的对照样品在相似的培养箱中孵育。用光学显微镜在3个月内定期监测所有材料，以检测材料表面的真菌生长。此外，为了更好地了解两种材料的吸湿性，使用IGASORP吸附分析仪确定每个10％RH步骤的平衡水分含量。重要的是要注意，除水分等温线实验外，所有实验均重复进行两次或三次。等温线分析仪的公布精度不到5％。

 

结果

图1显示了在几个孵育时间步骤（第0周，第11周和第13周）中竹材背面的霉菌生长。在第10周后，在对照和臭氧处理的样品上观察到可见的真菌生长，而在第13周之前，在溶剂处理的样品上未检测到真菌。与对照或溶剂萃取的样品相比，在臭氧处理的样品上生长的真菌也更多。需要进一步分析以验证这一观察结果。有趣的是，没有橡树标本在背面显示出真菌生长（数据未显示）。

图1：竹地板材料背面的真菌生长观察

 

吸水率

图2显示了未经处理的橡木和竹子样品在30℃和大气压下的吸湿等温线。两种材料均显示出相同的吸湿模式，随湿度变化。有趣的是，在相对湿度介于0％至70％之间的情况下，竹子吸收的水比橡木少。但是，竹子的吸湿率比RH较高的橡树大，在70％到90％之间，这导致两个吸附等温线之间发生交叉。这一发现对于室内应用（例如地板）非常重要，因为在典型的室内环境条件下，竹子中的水分含量少于橡木中的水分含量。但是，在湿度很高的环境中会发现相反的情况。

图2. 30℃温度下的等温线图。

 

木制品的红外光谱

图3显示了未经处理和经臭氧处理的橡木样品的红外光谱。两个样品之间的差异光谱以粗线显示，正峰代表增加，反之亦然。对于竹材料也发现了相同的观察结果。很明显，臭氧处理后，木材材料上观察到轻微变化。羟基（OH）基团（3350 cm-1）的强烈广泛拉伸和2920 cm-1-3000 cm-1区域的C-H拉伸显示强度增加。相反，在1750 cm-1和1040 cm-1范围内的条带强度降低。这种衰减似乎代表了通过臭氧处理对木质素和纤维素成分的降解。

图3.未处理和臭氧处理的橡木的FT-IR光谱

 

木制品的提取成分

GC / MS结果表明，提取物分别占橡木和竹子干物质质量的3.4％±0.4％和2.6％±0.3。同样，在橡木提取物中发现了香兰素，糠醛成分，丁香醛和其他酚类，而竹提取物包括苯甲酸，癸醛和其他醛。

 

讨论

在有利的环境条件下（例如，RH = 80％至90％；温度= 30℃），如果提供营养（来自物质成分或外部来源），真菌的孢子就会发芽。显然，不同的物质在不同程度上支持真菌的生长，

因为有些材料提供了容易被真菌分解的“食物”，而另一些则包含了可能抑制真菌生长的有毒化合物[Hoang等。 2010]。在这项研究中，在潮湿的房间中孵育10周后，竹子样品上的真菌生长明显，而橡木则没有显示出对真菌生长的支持。可能的原因是橡木地板材料中含有香兰素和其他可使真菌孢子失活的酚类成分[López-Malo等。 1997]。然而，众所周知，竹子由于其丰富的淀粉和糖分而易受真菌的侵害[Li 2004，Zhang等。 2010]。另外，吸附

图2所示的等温线表明，在实验条件下（RH = 85％；温度30℃），竹子可以更快地吸收水分，并且比橡木具有更高的水分含量。 Hoang等。 2010年，纤维素基材料中的霉菌生长速率与其平衡水分含量[EMC]呈正相关。换句话说，EMC较高的材料似乎更容易发霉。因此，EMC可用作评估纤维素基材料中霉菌生长风险的指标。在不同的竹子样本中发现了另一个有趣的真菌生长观察结果。经过臭氧处理的标本比其他在臭氧下的真菌生物量更高。

相同的实验条件。这一发现表明，臭氧处理可能会分解某些木材成分，并产生更多有利于真菌生长的化合物。例如，图3中的红外光谱显示臭氧处理后木质素的降解，这可能会使木质材料更容易受到真菌侵袭。另外，少得多

在溶剂萃取的样品上观察到生长；甚至真菌也需要更长的时间才能开始在这些样品上发芽。有可能提取了一些真菌类成分。在Zhang等人的很新研究中也观察到了相同的观察结果。 2010年。他们发现一些不同种类的竹子中含有可促进竹生物量侵染的提取物。

真菌目前尚未讨论具体成分，这表明需要进一步研究。

 

结论

研究表明，内部成分，例如提取物，对木质材料的抗真菌性起关键作用。例如，橡树含有抑制性化合物，如香兰素，可增加对真菌生长的抵抗力。臭氧处理通过分解一些高分子量化合物（例如木质素和纤维素）而稍微改变材料的化学成分。建议如果选择臭氧作为建筑物的污染物，则应考虑这些影响。