全 文 ： 收稿日期:2009-12-18
基金项目:浙江省科技计划重大专项(2008C12039)
作者简介:夏雨钟 ,男 ,硕士研究生 ,从事竹子栽培与利用
研究。
＊通讯作者:余学军 ,男 ,副研究员 ,从事竹子栽培与利用研
究。 E-mail:yuxj@zjfc.edu.cn
高节竹化学成分的研究
夏雨钟 廖荣俊 陈 荣 鲁良庆 宋一龙 余学军＊
(浙江农林大学 ,浙江 临安 311300)
摘 要 通过实验揭示高节竹化学成分在不同时期的规律变化。 (1)综纤维及硝酸乙醇纤维成上升趋
势 , 但随着年龄的增长 ,逐渐保持稳定状态;(2)酸不溶木质素含量一直呈增长趋势;(3)1%NaOH及热
水抽提物:含量随着时间的增加逐渐降低;(4)苯醇抽出物呈上升趋势。但同一年龄的不同部位没有呈
现出很明显的规律分布 。
关键词 高节竹;化学成分
TheChemicalConstituentsofPhylostachysprominens
Xiayuzhong LiaoRongjun ChenRong HuLiangqing SongYilong YuXuejun＊
(ZhejiangForestryUniversity, Linan311300, Zhejiang, China)
Abstract ThispapermeasuredthecontentofchemicalcompositionsofPhylostachys
prominensW.Y.Xiongatvariousage.First, thecontentofholoceluloseandnitricacid-
alcoholceluloseincreased, thenremainingstable.Second, thecontentoflignininvreasedwith
thegrowingupofthebamboo.Third, 1% NaOHextractiveandhotwaterextractivegradualy
droppedwithagegrowth.Atlast, thecontentbenzene-alcoholextractivetiltwoyearsoldand
fouryearsoldrespectivelydistributedindiferentpartsshowednoregularpatem.
Keywords Phylostachysprominens;Chemicalcomposition
高节竹(Phylostachysprominens)属于禾本
科刚竹属 ,为高产优良笋用竹种 ,笋味道鲜美 ,
秆具有较高的观赏价值。目前对高节竹的研究
主要集中在栽培技术 [ 1]病虫害防治[ 2] 方面 。
对高节竹的化学成分及生长规律的研究未见报
道 。本文系统分析高节竹在整个生长过程中化
学成分的变化 ,旨在为高节竹的定向培育和合
理利用提供理论依据 。
1 材料与方法
1.1 试样
作者于 2009年 7月在浙江林学院翠竹园
采样 ,每个年龄段各取 3株 ,要求无病虫害高度
粗度一致 。在阴凉通风的地方放置 1 ～ 2月。
在这期间要注意防止竹子腐烂。风干后 ,于每
株竹子基部中部梢部各割取一段 ,经粉碎机磨
碎 ,每一个年龄的同一部位的分析试样充分混
合。截取通过 40目但不能通过 60目的分析
试样 ,凉至室温 ,贮存于 1 000 mL有磨砂玻璃
塞的广口瓶中 ,供分析使用。
1.2 分析项目
测定竹秆的基 、中 、梢 3个部位的热水 、10
g· kg-1氢氧化钠和苯醇抽出物 、灰分 、综纤维
素 、酸不溶木素和硝酸乙醇纤维素 8项指标 。
第 29卷 第 2期
2 0 1 0年 5月
竹 子 研 究 汇 刊
JOURNALOFBAMBOORESEARCH
Vol.29, No.2
May, 2 0 1 0
表 1 高节竹不同生长时期的化学成分
Tab.1 ThechemicalcompoisitionsofPhylostachysprominensW.Y.Xiongatdifferentages
苯醇抽提
(g/g)
Benzene
alcoholextractive
1%NAOH
抽提 g/g
Extractive
热水抽提
(g/g)
Hotwater
extractive
酸不溶木
质素 g/g
Lignin
灰分
(g/g)
Ash
综纤维
(g/g)
Holocelulose
硝酸乙醇
纤维g/g
Nitricacid
alcoholcelulose
竹笋
Bambooshoots 0.050 0 0.790 0 - 0.077 4 0.003 3 0.54 7 0.177 8
笋壳 Sheath 0.026 0 0.575 5 - 0.254 7 0.013 5 0.709 7 0.262 3
1年生 基部 0.021 1 0.259 8 0.055 1 0.294 7 0.020 4 0.716 0 0.430 2
The1st-year 中部 0.039 6 0.2587 0.057 5 0.282 8 0.022 0 0.701 0 0.423 1
bamboo 梢部 0.016 5 0.265 2 0.063 4 0.302 6 0.025 1 0.698 3 0.432 3
平均 0.025 7 0.261 2 0.056 4 0.293 4 0.022 4 0.705 1 0.428 5
2年生 基部 0.029 3 0.242 8 0.044 7 0.335 2 0.020 0 0.702 4 0.426 8
The2nd-year 中部 0.031 7 0.233 2 0.061 6 0.303 3 0.018 8 0.725 0 0.439 8
bamboo 梢部 0.031 5 0.234 2 0.050 8 0.306 9 0.021 4 0.715 0 0.444 0
平均 0.030 8 0.236 7 0.052 4 0.315 1 0.020 1 0.714 1 0.436 8
3年生 基部 0.038 9 0.200 2 0.043 3 0.340 4 0.019 4 0.693 3 0.434 9
The3rd-year 中部 0.037 3 0.209 7 0.057 0 0.343 4 0.020 4 0.725 6 0.438 0
bamboo 梢部 0.045 6 0.259 0 0.051 4 0.339 2 0.021 4 0.738 1 0.445 0
平均 0.040 6 0.223 0 0.050 5 0.341 0 0.020 4 0.719 0 0.439 3
4年生 基部 0.048 5 0.212 9 0.042 4 0.341 0 0.017 1 0.670 5 0.437 6
The4th-year 中部 0.047 9 0.227 9 0.046 5 0.343 7 0.023 8 0.716 1 0.448 6
bamboo 梢部 0.044 1 0.238 9 0.041 4 0.347 8 0.022 2 0.723 4 0.445 4
平均 0.046 8 0.226 6 0.043 4 0.343 0 0.021 0 0.703 3 0.443 8
5年生 基部 0.053 6 0.2043 0.048 1 0.353 2 0.019 9 0.675 3 0.444 4
The5th-year 中部 0.038 4 0.200 5 0.046 6 0.348 0 0.023 2 0.704 6 0.446 0
bamboo 梢部 0.040 4 0.212 1 0.046 4 0.350 2 0.023 2 0.703 4 0.440 4
平均 0.044 1 0.205 6 0.047 0 0.350 5 0.022 1 0.691 7 0.444 1
1.3 分析方法
主要参照公布的造纸原料分析方法国家标
准 [ 3] ,纤维素采用硝酸乙醇法 。
2 结果与分析
2.1 实验结果
高节竹从笋期进入材质生长时期 ,化学成
分是不断变化且有差异 ,结果见表 1。
2.2 结果分析
2.2.1 抽出物 苯醇抽出物主要成分是脂肪 、
脂肪酸 、树脂 、树脂酸 、蜡及酚类化合物等 。在
制浆过程中 , 此类物质的存在常会增加蒸煮
时化学药品的消耗。
总体含量变化如图 1和表 1所示:总含量
为 2% ～ 5%之间 ,少于大量用于造纸的青皮竹
及水竹 [ 4] 。在笋期 ,苯醇抽提物含量为 0.05g/
图 1 苯醇抽出物与年龄的关系
Fig.1 Therelationshipbetween
benzene-alcoholextractiveandage
g,在整个生长周期中时最高的 ,在由笋变幼竹
的过程中 ,其含量变低 ,但长成嫩竹后 ,随着年
龄的增长 ,含量一直升高 ,到了第 5年保持稳定
状态 。这可能因为随着时间的推移高节竹竹秆
表皮含积累了更多的内含物 。从图 2所以看出
来基部随着年龄的增长而升高 ,而中部和梢部
经历了一个先升后降的过程 。
48 竹 子 研 究 汇 刊 第 29卷
图 2 各部分苯醇抽出物与年龄的关系
Fig.2 Therelationshipbetweenbenzene-
alcoholextractiveindiferentpartsandage
2.2.2 1%NaOH抽出物 1%氢氧化钠溶液
除能溶解冷水和热水所溶出的物质外 , 还能
溶出部分木素 、聚戊糖和树脂酸及分子相对质
量较小的半纤维素和木质素等抽出物 。在造纸
工艺中能反映碱耗量 。如果抽出物质量分数
高 ,则易虫蛀和霉变。
图 3 1%NaOH抽出物与年龄的关系
Fig.3 Therelationshipbetweenone
percentofalkaliextractiveandage
从图 3可以看出:在笋期间 1%NaOH抽出
物的含量 ,笋达到 79%而且笋壳也达到 57%。
但到了成竹期间是逐年降低的。这与聂少凡在
人工杉木林中是相反的 [ 5]与吴炳生在慈竹中[ 6]
和张齐生在毛竹中[ 7]变化趋势是相似的。从 1
年生竹子的 25%降到 5年生的 20%;从图 4中
可知 ,经过方差分析可知抽出物基部 、中部 、梢部
没有很明显差异分布 ,这与我们日常看到的现象
是一致的。越嫩的竹子越容易腐烂越容易染病 ,
并且笋很容易腐烂跟这个有很大的关系 。
2.2.3 热水抽出物 热水抽出物主要存在于
细胞腔 、细胞间隙和细胞壁微纤丝间 [ 8] ,主要
包括单糖 、低聚糖 、淀粉 、树胶 、氨基酸 、水溶性
色素 、无机盐等物质 [ 9] 。
从图 5可知:热水抽提物含量随着年龄的
增长而成下降趋势 。到了第 5年又逐渐上升 ,
总含量在 4% ～ 6%之间。这可能因为竹材的
木质化程度加深。从图 6可知:在同一竹龄 ,基
部与梢部具有相同的变化趋势 ,而中部经历一
个先升后降的过程 。
图 6 各部分热水抽出物与年龄的关系
Fig.6 Therelationshipbetweenhotwater
extractiveindiferentpartsandage
2.2.4 综纤维含量 综纤维素是指纤维原料
中碳水化合物的全部 , 包括纤维素和半纤维
素。是造纸的主要成分 。在能源日益短缺的今
天 ,我们有大力发展生物质能源的必要 ,尤其是
纤维类原料。综纤维是菌类发酵产生生物质能
源的主要成分 [ 10] 。
49 第 2期 夏雨钟等 高节竹化学成分的研究
图 7 综纤维含量与年龄的关系
Fig.7 Therelationshipbetweenthecontent
ofholocelluloseandage
从图 7我们可以看到从笋期到 2年生一直
成增长趋势 ,从第 2年开始保持平衡稳定状态 。
从图 8中知道 ,同龄的高节竹在基部一直成下
降趋势而中部梢部成先增长后降低的趋势 。这
可能因为从笋期开始 ,竹笋含有大量的可溶性
成分糖 ,蛋白质等成分 。这位后期综纤维的形
成提供了物质基础 。等综纤维积累到一定程
度 ,细胞功能开始衰退 ,细胞壁和细胞间隙填充
了大量的木质素 ,综纤维含量不再增加 。从图
8中知道 ,同龄的高节竹在基部一直成下降趋
势而中部梢部成先增长后降低的趋势 。但经过
方差差异分析 ,发现在不同的部位的纤维素含
量没有很明显的差异 。
图 8 各部分综纤维含量与年龄的关系
Fig.8 Therelationshipbetweenthecontentof
holoceluloseindifferentpartsandage
2.2.5 灰分 纤维原料中都含有一定的矿物
质 , 燃烧之后产生灰分 , 主要是钾 、钠 、钙的
无机盐类和二氧化硅等.在造纸工艺中 ,灰分
质量分数高会影响碱液回收 ,并造成污染 。
在本次试验中我们发现。灰分的含量范围
在 1% ～ 3%之间。笋壳的灰分远大于笋 ,这主
要因为笋壳里面含有大量的硅化细胞 。使得笋
壳硬度足够保护笋 ,防止笋被病虫害及坏虫破
图 9 灰分与年龄的关系
Fig.9 Therelationshipbetweenthecontentofashandage
坏。从图 9看 ,一开始降低 ,到了第 2年到达最
低点 ,以后随着年龄的增长 ,而逐渐呈现出上升
趋势 。
2.2.6 硝酸乙醇纤维 基于用 20%硝酸及
80%乙醇混合物处理粉碎后的木材原料 ,使其
中所含木素变为硝化木素 ,从而溶于乙醇中 ,余
残渣过滤后所的质量。是一种比较纯净的纤维
素用于造纸行业如果硝酸乙醇含量比较高 ,那
么多戊糖肯定低 ,多戊糖能影响纤维原料的打
浆及成纸的透明性。用于生物质能源发酵方
面 ,硝酸乙醇纤维越高乙醇的率越高。
图 10 硝酸乙醇纤维含量与年龄的关系
Fig.10 Therelationshipbetweenthecontentof
nitricacidandalcoholceluloseandage
从图 10可以看出:硝酸乙醇纤维的含量在
45%左右 ,并且一直呈现出增长趋势。但增长幅
度有所减缓。从图 11中可知:在前 4个年龄阶
段 ,基部的含量一直比中部和梢部高 ,到了第 5
个年龄阶段基部的硝酸乙醇纤维含量可是下降 ,
中部和梢部含量几乎一致。这说明 ,竹子的基部
的化学成分含量比梢部中部先达到稳定状态。
2.2.7 酸不溶木质素 它与纤维素 、半纤维素
一起 ,形成植物骨架的主要成分 ,在数量上仅次
50 竹 子 研 究 汇 刊 第 29卷
图 11 各部分硝酸乙醇纤维与年龄的关系
硝酸乙醇纤维含量的变化
Fig.11 Therelationshipbetweenthecontentofnitric
acidandalcoholcelluloseindiferentpartsandage
于纤维素。质素填充于纤维素构架中增强植物
体的机械强度 ,利于输导组织的水分运输和抵
抗不良外界环境的侵袭。但在造纸过程中 ,木
素质量分数高 ,蒸煮困难 ,消耗的化学药品也相
对较多 ,但木素对真菌的危害有一定的抗性 。
这使的纤维素酶在纤维素乙醇生产的预处理过
程中效率低下。
在本实验中 ,笋壳的酸不溶木质素明显高
于笋 ,由图 12、13可见 ,随着竹龄的增长 ,毛竹
的木素含量也逐渐增加 。在竹材的基部中部上
部其木质素一直在增加。
2.2.8 各个成分相关性分析 从表 2可知:
1%NaOH抽提物与热水抽提物具有明显的相
关性 ,因为 1%氢氧化钠溶液除能溶解冷水和
热水所溶出的物质外 ,还能溶出部分木素 、聚
戊糖和树脂酸及分子相对质量较小的半纤维素
和木质素等抽出物 。这个结论与刘力在苦竹中
得出来的结论一致 [ 11] 。而木质素和硝酸乙醇
纤维与热水及 1%NaOH抽出物具有明显的互
相关性而与苯醇抽出物具有明显的正相关性 。
表 2 各个成分相关性分析
Tab.2 Therelationshipamongdiferentcompositions
综纤维
Holocelulose
NaOH抽出
NaOH
extractive
热水抽提
Hotwater
extractive
乙醇纤维
Alcohol
celulose
木质素
Lignin
灰分
Ash
苯醇抽出
Benzenealcohol
extractive
综纤维
Holocelulose 1
NaOH抽出
NaOHextractive 0.337 625 1
热水抽提
Hotwaterextractive 0.385 289 0.755 22 1
乙醇纤维
Allcoholcelulose -0.329 53 -0.926 4 -0.938 0 1
木质素
Lignin -0.274 46 -0.932 8 -0.905 5 0.970 62 1
灰 分
Ash -0.762 18 0.172 92 0.160 61 -0.261 4 -0.214 3 1
苯醇抽出
Benzenealcoholextractive -0.324 43 -0.853 1 -0.953 8 0.949 58 0.980 23 -0.142 1
(下转第 58页)
51 第 2期 夏雨钟等 高节竹化学成分的研究
人留给我们的文化瑰宝也是中国设计师在与西
方对话时的自我文化立场。对于延伸传统工
艺 、唤起民族意识和信心都具有深刻的影响 。
与西方的 “人本主义 ”思想不同的是我国自古
主张 “天人合一” ,这是中国人的宇宙观和价值
观 ,而作为设计背后的支撑力量 ———文化而言 ,
这就是我们的东方文化 ,竹的精神属性就是这
一文化内涵的有力体现。只有充分考虑竹子的
二元属性 ,才能在产品设计中有所取舍和突破 ,
也只有传达出美好意境和情感具有文化支撑力
的产品才会拥有常伴人左右的生命力 。
参 考 文 献
[ 1] 刘江龙.材料的环境影响评价 [ M] .北京:科学出版社,
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[ 2] 刘志峰 ,刘光复.绿色设计 [ M] .北京:机械下业出版社.
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通讯 , 2004, 2(4):41～ 43
[ 4] 杭 间.中国工艺美学思想史 [ M] .太原:北岳文艺出版
社.1994
[ 5] VolgelesangL.B, GunnikJ.W:MaterialsandDesign.1986
(上接第 51页)
3 结论与讨论
通过初步的分析我们知道 ,高节竹的化学
成分在不同的阶段有不同的变化趋势 ,比如 ,硝
酸乙醇纤维与综纤维及苯醇抽出物一直都成上
升趋势 ,热水及氢氧化钠抽出物呈现出下降趋
势 。同年龄高节竹在不同的部位的含量会有不
同的分布。但这些成分是如何相互影响的 ,具
体的作用机制是怎么发生的 ,这些化学成分跟
物理性质及深加工有什么关系 。有待于进一步
研究。
致谢:非常感谢理学院刘力老师和王志坤
老师在试验过程的指导和帮忙 。
参 考 文 献
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58 竹 子 研 究 汇 刊 第 29卷