孫潤(rùn)鶴，劉 元，李賢軍，侯瑞光，喬建政，吳義強(qiáng)

(中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

高溫?zé)崽幚韺?duì)竹材糖分含量的影響規(guī)律

孫潤(rùn)鶴，劉 元，李賢軍，侯瑞光，喬建政，吳義強(qiáng)

(中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

在4個(gè)不同的溫度和時(shí)間水平下對(duì)新鮮毛竹進(jìn)行了高溫干燥-熱處理，利用液相色譜分析方法較系統(tǒng)地研究了熱處理溫度和時(shí)間對(duì)竹材冷水和熱水抽提物中糖分含量的影響規(guī)律。結(jié)果表明：高溫?zé)崽幚砜梢燥@著降低竹材的糖分含量，且隨著熱處理溫度的升高，竹材糖分種類總體呈降低趨勢(shì)；與熱處理時(shí)間相比，熱處理溫度對(duì)竹材糖分含量的影響更顯著；在處理?xiàng)l件下，熱水抽提液中的糖分含量要大于冷水抽提中的糖分含量；隨著熱處理溫度的升高和處理時(shí)間延長(zhǎng)，兩種抽提液中的糖分含量變化趨勢(shì)不盡相同。

竹束；熱處理；糖分含量；冷水抽提；熱水抽提

目前，我國(guó)竹林面積、蓄積量和竹業(yè)產(chǎn)值均居世界前列[1-6]。但竹材含有大量糖類物質(zhì)，且其缺少像木材那樣具有天然抗腐性的心材，因此竹材極易受霉菌和害蟲侵襲，從而降低竹制品使用價(jià)值[7-11]。為了在不添加化學(xué)藥劑的前提下提高竹制品的防霉、防腐性能，在竹制品生產(chǎn)過程中，一般需要對(duì)竹材進(jìn)行汽蒸和干燥處理。其工藝過程一般為：在溫度為120～140℃，壓力為0.3～0.5 MPa的熱處理罐中處理1～4 h，再將熱處理后的竹材在干燥窯中干燥至含水率為6%～12%之間[12-17]。該工藝存在著操作繁瑣、效率低、能耗大等缺陷。筆者在借鑒木材高溫炭化技術(shù)的基礎(chǔ)上[18-22]，將高溫干燥與熱處理技術(shù)合二為一，研發(fā)出了竹材常壓高溫干燥-熱處理一體化技術(shù)。前期研究表明，采用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)竹材的高效干燥與炭化改性處理，改善竹材的防霉、耐腐性能。本研究將在上述研究基礎(chǔ)上，利用液相色譜分析方法研究高溫?zé)崽幚韺?duì)竹材糖分的影響規(guī)律，以期為揭示高溫干燥與炭化改性能提高竹材防霉、防腐性能的內(nèi)在機(jī)理提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

疏解新鮮毛竹竹束，購(gòu)自湖南益陽桃江，竹齡4年，竹束含水率大于50%，長(zhǎng)度為460 mm，無變色、霉變等可見缺陷。

1.2 儀器與設(shè)備

高溫炭化罐：長(zhǎng)沙市金來木業(yè)有限公司，型號(hào)為Ф325×650；全自動(dòng)電腦干燥箱：杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠，型號(hào)為DHG-9203C；高效液相色譜儀：美國(guó) Waters 公司；型號(hào)為2695型。

1.3 試驗(yàn)方法

新鮮毛竹竹束置于高溫炭化罐中，高溫炭化罐內(nèi)濕空氣的溫度控制在120℃，在此溫度條件下將竹束含水率干燥至12%左右。然后再對(duì)干燥竹束進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，熱處理溫度?40、160、180和200℃）和熱處理時(shí)間（0.5、1.0、2.0和3.0 h）皆為4個(gè)水平。熱處理結(jié)束后關(guān)閉加熱器，停止加熱，待炭化罐內(nèi)溫度冷卻至室溫后取出竹束并陳放一周，將其充分平衡。

將干燥-熱處理竹束和對(duì)照竹束用植物粉碎機(jī)粉碎成40～60目粉末，并分別用冷水抽提（常溫下將試樣浸泡24 h）和熱水（沸水煮1 h）抽提兩種抽提方式對(duì)試樣進(jìn)行抽提，并對(duì)澄清抽提液進(jìn)行液相色譜檢測(cè)。試驗(yàn)所采用流動(dòng)相為水，柱溫為70℃，流速為0.6 mL/min；采用面積歸一法計(jì)算出各峰峰面積，并計(jì)算出各種游離糖的含量（g/100 g）。

2 結(jié)果與討論

表1為不同干燥-熱處理?xiàng)l件下兩種抽提方式的液相色譜檢測(cè)結(jié)果。表中詳細(xì)列出了各種糖分的含量及總糖含量。從表1中我們可以看出，隨著熱處理溫度的升高，抽提液中所含糖的種類在減少。在熱水抽提液液相色譜檢測(cè)結(jié)果可以得出，對(duì)照竹束抽提液中包含4種糖（多糖、二糖、葡萄糖和果糖），而當(dāng)處理溫度分別為140、160、180和200℃，處理時(shí)間均為2.0 h的條件下，檢測(cè)出的糖的種類分別是4種（多糖、低聚糖、葡萄糖和果糖），3種（多糖、低聚糖和葡萄糖），2種（多糖和低聚糖），2種（多糖和二糖）；在冷水抽提液液相色譜檢測(cè)結(jié)果可以得出，對(duì)照竹束抽提液中包含4種糖（多糖、二糖、葡萄糖和果糖），當(dāng)處理溫度分別為而當(dāng)處理溫度分別為140、160、180和200℃，處理時(shí)間均為2 h的條件下，檢測(cè)出的糖的種類分別是3種（多糖、二糖和葡萄糖）、2種（多糖和二糖）、2種（多糖和二糖）、2種（多糖和低聚糖）。而在熱處理溫度為180℃，處理時(shí)間分別為0.5、1.0、2.0和3.0 h的處理?xiàng)l件下，液相色譜檢測(cè)結(jié)果顯示糖的種類及數(shù)目變化不明顯。說明，熱處理時(shí)間對(duì)糖的種類變化影響不顯著。從各組檢測(cè)結(jié)果中還可以看出，多糖是抽提液中含量最多的糖分。在各組干燥-熱處理試件檢測(cè)結(jié)果可以得出，多糖含量達(dá)到50%以上，且當(dāng)溫度在140℃以上時(shí)，多糖的含量更是達(dá)到80%以上。

表1 熱處理竹材的糖分含量Table 1 Sugar contents in thermal treated bamboo bundles

圖1表示熱處理時(shí)間均為2 h，熱處理溫度為140、160、180和200℃條件下冷水和熱水抽提液的液相色譜檢測(cè)結(jié)果。從圖1中可以看出，熱水抽提物和冷水抽提物中總糖含量均明顯低于對(duì)照竹束。冷水抽提液檢測(cè)顯示，與對(duì)照竹束相比（總糖含量6.98 g/100 g），干燥-熱處理最大可以使竹束糖分下降達(dá)近70%，熱水抽提液檢測(cè)顯示，與對(duì)照竹束相比（總糖含量7.883 g/100 g），干燥-熱處理最大可以使竹束糖分下降達(dá)47%；在相同熱處理溫度水平下，熱水抽提物檢測(cè)的總糖含量要均高于冷水抽提檢測(cè)結(jié)果；隨著熱處理溫度的升高，不同抽提方式的檢測(cè)結(jié)果顯示總糖含量變化趨勢(shì)不盡相同。在本研究范圍內(nèi)，隨著熱處理溫度的升高，冷水抽提物總糖含量呈逐漸下降的趨勢(shì)，而熱水抽提物中總糖含量則呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)。

圖1 熱處理溫度對(duì)竹束糖分的影響Fig.1 Effects of temperature on sugar in bamboo bundles

圖2 表示熱處理溫度均為180℃，熱處理時(shí)間為0.5、1.0、2.0和3.0 h處理?xiàng)l件下，冷水和熱水抽提液的液相色譜檢測(cè)結(jié)果。從圖中可以看出，熱水抽提物和冷水抽提物中總糖含量均明顯低于對(duì)照竹束。冷水抽提液色相色譜檢測(cè)顯示，與對(duì)照竹束相比（總糖含量6.98 g/100 g），干燥-熱處理最大可以使竹束糖分下降達(dá)近60%，熱水抽提液相色譜檢測(cè)顯示，與對(duì)照竹束相比（總糖含量7.883 g/100 g），干燥-熱處理最大可以使竹束糖分下降達(dá)41%；在相同熱處理時(shí)間水平下，熱水抽提物檢測(cè)的總糖含量要均高于冷水抽提檢測(cè)結(jié)果；隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不同抽提方式的檢測(cè)結(jié)果顯示總糖含量變化趨勢(shì)不盡相同。在本研究范圍內(nèi)，隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，冷水抽提物總糖含量呈逐漸下降的趨勢(shì)，而熱水抽提物中總糖含量則呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)。且從圖1和圖2中可以看出，熱處理溫度對(duì)竹束糖分含量的影響程度要大于熱處理時(shí)間對(duì)竹束糖分含量的影響程度。

圖2 熱處理時(shí)間對(duì)竹束糖分的影響Fig.2 Effects of time on sugar in bamboo bundles

竹材作為天然植物的一種，其主要成分也是由3大素（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）組成，其中抗熱解和水解的能力由強(qiáng)到弱依次是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。木質(zhì)素的基本單元是苯基丙烷，它通過碳-碳鍵連接而組成高分子聚合物，很難發(fā)生熱解，在水中一般也不發(fā)生水解。纖維素是由葡萄糖基相互以甙鍵連接而成的線性高分子，在一定的水熱條件下甙鍵發(fā)生斷裂，中間產(chǎn)物是多糖，最終產(chǎn)物是單糖。半纖維素是由兩種或兩種以上的單糖基組成的不均一聚糖[16-17]。在受熱的情況下，特別是在水熱共同作用下，易生成低聚糖和單糖。同時(shí)部分低聚糖和單糖脫下的羥基可以形成甲酸和乙酸等有機(jī)酸，有機(jī)酸進(jìn)一步促進(jìn)半纖維素的水解，生成糖分。竹材本身的糖分與竹材三大素受熱分解而產(chǎn)生的糖分在干燥-熱處理過程中發(fā)生降解和變性，且熱處理溫度越高，糖分降解和變性的程度也越大，從表1中我們也可以看出，隨著處理溫度的提高，所檢測(cè)的總糖含量總體呈逐漸降低的趨勢(shì)，而當(dāng)溫度達(dá)到180℃和200℃時(shí)，未檢測(cè)出單糖葡萄糖的含量。這也證實(shí)了通過干燥-熱處理可以顯著降低竹材的糖分含量，從而提高竹材的防腐防蟲性能，進(jìn)一步提高竹制品的附加價(jià)值。

抽提方式對(duì)抽提物的總量和成分的影響也十分顯著[18]。本研究采用冷水抽提和熱水抽提兩種方式對(duì)試樣進(jìn)行抽提。根據(jù)前人的研究成果，冷水抽提物的主要成分是單糖、低聚糖和少量的單寧、氨基酸及水溶性色素、無機(jī)鹽等。而熱水抽提物的主要成分除包含冷水抽提物（含量更多）外，還含有淀粉、樹膠等多糖類。這也就解釋了檢測(cè)結(jié)果中在同一處理?xiàng)l件下，熱水抽提液的總糖含量要比冷水抽提的檢測(cè)結(jié)果要高。同時(shí)竹材在熱水抽提過程中受到水熱作用，會(huì)導(dǎo)致竹材內(nèi)部的半纖維素或其它非糖成分熱解重新生成糖份從而與冷水抽提液相色譜檢測(cè)結(jié)果的趨勢(shì)不同。

3 小 結(jié)

本研究分別采用冷水抽提和熱水抽提兩種抽提方式對(duì)處理溫度均為180℃，處理時(shí)間為0.5、1.0、2.0和3.0 h以及熱處理時(shí)間均為2 h，處理溫度為140、160、180、200℃的處理竹束進(jìn)行抽提，并對(duì)抽提液進(jìn)行液相色譜檢測(cè)。研究結(jié)果表明：

（1）相對(duì)于未處理竹束，高溫干燥-熱處理技術(shù)能顯著降低竹束的糖分，從而提高竹制品的防腐防蟲性能。

（2）高溫干燥-熱處理溫度對(duì)竹材總糖含量量變化的影響程度要比熱處理時(shí)間對(duì)總糖含量的影響程度要大。

（3）在相同高溫干燥-熱處理?xiàng)l件下，熱水抽提液中的含糖量要比冷水抽提液中的含糖量要大。

（4）隨著熱處理溫度的升高，竹材內(nèi)部糖分的種類總體呈降低的趨勢(shì)，但隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，糖分種類變化不明顯。

（5）隨著熱處理溫度的提高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，冷水抽提液中的糖分含量呈逐漸降低的趨勢(shì)；而熱水抽提液中糖分的含量隨著處理溫度的升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。

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Effect of heat treatment on sugar of bamboo bundles

SUN Run-he, LIU Yuan, LI Xian-jun, HOU Rui-guang, QIAO Jian-zheng, WU Yi-qiang
(School of Material Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

The high-temperature drying and heat treatment of fresh bamboo bundles have been conducted with four varying temperature and time. The effect laws of heat treatment temperature and time on sugar contents in the extracts extracted by cold water and extracted by hot water were systematacially investigated by liquid chromatography analysis method. The results show that the dry-thermal treatment could make the content of sugar decrease obviously, and with the rise of heat temperature, the types of bamboo sugar showed a general uptrend; Contrasted to the heat treatment time, the temperature had a larger effect on the content of sugar; and with the same treating conditions, the content of sugar in hot water extraction was more than that in the cold water extraction; with the rise of temperature and the extending of processing time, the changing trends of the sugars in cold water extraction and hot water extraction were not quite similar.

bamboo bundles; heat treatment; sugar content; extracted by cold water; extracted by hot water

S784

A

1673-923X(2013)06-0132-04

2012-12-14

湖南省科技重大專項(xiàng)（2011FJ1006）；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目；湖南省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目( 2010NK3039)

孫潤(rùn)鶴（1987-），男，河南鄭州人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槟静牟男耘c功能性改良；E-mail: sunrh_mu@163.com

劉 元（1960-），男，湖南衡陽人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方程為木材功能性改良；E-mail:liuyuan60@hotmail.com

[本文編校：歐陽欽]