全 文 ：第 wv卷 第 w期
u s s z年 w 月
林 业 科 学
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„³µqou s s z
漆酶活化处理对木材自由基变化的影响
段新芳t 曹远林u 曹永建t 周冠武t 陈永圣u 朱家琪t 赵保路u
kt1 中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|t ~u1 中国科学院生物物理研究所 北京 tsststl
关键词 } 漆酶 ~思茅松 ~枫香 ~活性氧 ~自由基
中图分类号 }≥z{t ~ ±|vy 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsw p stvw p sv
收稿日期 }ussx p tt p ts ∀
基金项目 }国家科技部基础研究重大项目前期研究项目kusst≤≤„ssussl !国家自然科学基金项目kvswztvxul资助 ∀
Χηανγεσ οφ Ιντενσιτιεσ οφ Ρεαχτιϖε Οξψγεν ΣπεχιεσkΡ ΟΣl
Φρεε Ραδιχαλσφροµ Λαχχασε2Τρεατεδ Ωοοδσ
⁄∏¤± ÷¬±©¤±ªt ≤¤² ≠∏¤±¯¬±u ≤¤² ≠²±ª­¬¤±t «²∏Š∏¤±º∏t ≤«¨ ± ≠²±ª¶«¨ ±ªu «∏¬¤´¬t «¤² …¤²¯∏u
kt1 Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Ωοοδ Ινδυστρψo ΧΑΦ Βειϕινγ tsss|t ~ u1 Ινστιτυτε οφ Βιοπηψσιχσo Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχεσ Βειϕινγ tsststl
Αβστραχτ } Œ± ²µ§¨µ·²¬±√¨ ¶·¬ª¤·¨·«¨ ¦«¤±ª¨¶²©©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯¶¬±·«¨ ¶∏¶³¨ ±¶¬²± ¬¯´∏¬§²©º²²§·µ¨¤·¨§¥¼ ¤¯¦¦¤¶¨ oº²²§³²º§¨µ
²© Πινυσ κεσιψα √¤µqλανγβιανενσι󶤳º²²§ o«¨¤µ·º²²§¤±§ Λιθυιδαµβαρφορµοσανα º¨ µ¨ ¶¨¯¨ ¦·¨§·² §¨·¨¦··«¨ ¦«¤±ª¨¶²©©µ¨¨
µ¤§¬¦¤¯¶¤©·¨µ ¤¯¦¦¤¶¨ ·µ¨¤·°¨ ±·q ׫¨ ¤¯¦¦¤¶¨ ·µ¨¤·°¨ ±·³¤µ¤°¨ ·¨µ¶ º¨ µ¨ ¤¶©²¯ ²¯º¶}³‹ v1wz ¤±§y1xs ou «²∏µ¶²© ¤¯¦¦¤¶¨
¬±¦∏¥¤·¬²±o·«¨ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²©vu ε ¤±§ ±¨½¼°¨ §²¶¤ª¨ t| ˜#ªpt §µ¼ º²²§³²º§¨µq ׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨µ¨ º¤¶¤
¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ ²©·«¨ ¬±·¨±¶¬·¬¨¶²©·«¨ µ¨¤¦·¬√¨ ²¬¼ª¨ ± ¶³¨¦¬¨¶k• ’≥l ©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯¶¬±·«¨ ¤´ ∏¨²∏¶¶∏¶³¨ ±¶¬²± ²© º²²§
¥¨·º¨ ±¨ ¦²±·µ²¯ ¤±§¶¤°³¯ ¶¨·µ¨¤·¨§¥¼ ¤¯¦¦¤¶¨ q׫¨ ¬±·¨±¶¬·¬¨¶²©• ’≥©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯¶¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·º²²§¶·µ¨¤·¨§¥¼ ¤¯¦¦¤¶¨ º¤¶
°¤µ®¨ §§¬©©¨µ¨±¦¨ q ׫¨ ¬±·¨±¶¬·¬¨¶²© • ’≥ ©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯¶²© Πινυσ κεσιψα √¤µq λανγβιανενσισ ¶¤³º²²§²µ«¨¤µ·º²²§·µ¨¤·¨§¥¼
¤¯¦¦¤¶¨ º¨ µ¨ «¬ª«¨µ·«¤±·«¤·²© Λιθυιδαµβαρφορµοσαναq
Κεψ ωορδσ} ¤¯¦¦¤¶¨ ~ Πινυσκεσιψα √¤µqλανγβιανενσισ~Λιθυιδαµβαρφορµοσανα~µ¨¤¦·¬√¨ ²¬¼ª¨ ±¶³¨¦¬¨¶k• ’≥l ~©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯¶
漆酶是一种氧化还原酶 o能催化许多有机化合物和少数无机离子进行反应 o具有降解木素 o可与有毒的
酚类物质作用 o使苯氧基类除草剂 !石油工业废水去除毒性等作用 o近年来在造纸 !饮料加工 !环保等方面得
到广泛的研究与应用k≠¤µ²³²¯²√ ετ αλqot||wl o其中可以利用漆酶活化处理 o使木材中的木质素活化 o产生胶
合作用 o用来黏结木纤维或木刨花 o生产人造板 ∀国外对漆酶活化处理木材已经进行了较多的研究 o并取得
了一定进展k曹永建等 oussxl ∀ ƒ ¥¨¯¼等kt||zl用漆酶氧化山毛榉k Φαγυσλονγιπετιολαταl木纤维 o室温下加入
v Λª酶蛋白#ªpt纤维 o酶处理 t «o干燥后 ouss ε 热压成v °°的纤维板 o其抗弯强度k ’• l为 ws1v °¤o而抗
弯弹性模量k’∞l为 w1ts °¤o尺寸稳定性极好 ~ ∂¬¬®¤µ¬kt||{l用漆酶处理木纤维生产的纤维板 o内结合强
度超过 s1| °¤o拉伸强度提高了 v{ °¤~朱家琪等kusswl用湿法纤维板生产工艺 o对漆酶处理木纤维生产
纤维板进行试验研究 o结果表明 }用漆酶处理木材纤维 o可以赋予木材自身胶合力 o纤维板的内胶合强度kŒ…l
超过 t1s °¤∀漆酶处理木材纤维并产生胶合作用 o主要是因为酶活化产生的自由基起作用 o但对漆酶活化
木材产生的自由基种类 !木材自由基的变化影响及其胶合机理都缺乏研究 ∀本文采用漆酶活化处理木材 o利
用电子自旋共振k¨¯ ¦¨·µ²±¶³¬± µ¨¶²±¤±¦¨ o∞≥• l波谱仪测定漆酶处理前后木材自由基的种类及其变化 o探讨漆
酶处理条件对木材自由基形成变化的影响 o为揭示漆酶活化处理木材产生胶合作用机理提供依据 ∀
t 材料与方法
t1t 材料 木材试样为枫香kΛιθυιδαµβαρφορµοσαναl !思茅松k Πινυσκεσιψα √¤µqλανγβιανενσισl边材和心材木粉
kys ∗ {s目l o漆酶为中国科学院微生物研究所制备k酶活 t| ˜#°ptl ∀分析用试剂有 }醋酸 p醋酸钠缓冲溶
液k³‹值为 v1wz和 y1xsl !自旋捕捉剂 ‘叔丁基 p Αp苯基硝酮k°…‘o‘2·¨µ·2¥∏·¼¯2Α2³«¨ ±¼¯ ±¬·µ²±¨ lk≥¬ª°¤公司
产品l !乙酸乙酯等 ∀
t1u 方法 选用枫香 !思茅松边材和心材 v种木材试样 o采用仅加去离子水作为对照以及漆酶处理进行试
验 ∀各试样处理步骤如下 }对照 o取各种木粉 wx °ª放入不同离心管中 o分别加入去离子水 wxs ˏ!自旋捕捉
剂 °…‘溶液 xs ˏ!s1sw °²¯#ptk终浓度为 u1u °°²¯#ptl ~漆酶处理 o取各种木粉 wx °ª放入不同离心管中 o
分别加入漆酶液 wxs ˏ!u种 ³‹值kv1wz !y1xsl缓冲液 wxs ˏ和自旋捕捉剂 °…‘溶液 xs ˏ!s1sw °²¯#ptk终浓度
为 u1u °°²¯#ptl ∀
将添加了各种处理试剂的离心管放入水浴锅中 ovu ε 下反应 u «后 o取出迅速放入碎冰中 o再分别加入
vss ˏ乙酸乙酯到各离心管中用于萃取 o振动 tss ∗ tus ¶o使之充分混匀 o然后离心 w °¬±k| sss µ#°¬±ptl o使
离心管中的悬浮液分层 o用微量进样器吸取上层清液 o并立即进行 ∞≥• 测定 ∀
电子自旋共振波谱仪为德国产 …µ∏®¨µ∞• uss⁄2≥• ≤ o÷2¥¤±§∀测试条件为 }中心磁场 ov v{x Š ~扫描宽度 o
wss Š ~调制幅度 ov1u Š ~增益 owss sss ~微波功率 ous °• ∀
每个试样进行 v个重复的测定 o以 v个重复的平均值作为该样品的平均值 ∀自由基的相对浓度计算方
法是测量 ∞≥• 图谱中的峰高 o以其平均值作为该样品的自由基浓度 ∀
t1v 数据分析 试验数据以kcξ ? σl表示 o将 v次重复的试验结果进行方差分析 oΠ s1sx为差异显著 ∀
2 结果与分析
u1t 未加漆酶和加漆酶处理木材的 ∞≥• 图谱 活性氧kµ¨¤¦·¬√¨ ²¬¼ª¨ ± ¶³¨¦¬¨¶ o• ’≥l自由基是一大类自由基
的总称 o反应活性大 !氧化能力强 o包括超氧阴离子自由基 ’ )#u !超氧自由基 ’u# !羟基自由基#’‹ !单线态氧
t ’u !脂类自由基等 o由于其活性大 o在极性水相条件下 o不易检测 ∀为此 o本研究采用 ≤¤²等kussxl得到的
• ’≥自由基检测方法 o采用自旋捕捉剂 °…‘进行捕捉 o并用乙酸乙酯萃取后检测 o该方法可以将寿命较短的
• ’≥自由基较长时间保存并检测 o克服了以往 • ’≥自由基检测的难题 ∀
从图 t可见 o未处理枫香木材的 ∞≥• 图谱为典型的无超精细分裂的粉状图谱 o与 ƒ¨¯¥¼等kt||zl得到的
木纤维 ∞≥• 谱图相同 ∀其 γ 值为 u1ssv { o与酚氧自由基的 γ 值相同 ~根据 ≤¤³¤±¬等kusstl的研究结果 o一
般活性氧类自由基 ∞≥• 谱图为 v到 y线峰 ∀从图 u漆酶活化处理枫香木材的自由基谱图可见 o与图 t明显
不同 o属于典型的活性氧类自由基 ∞≥• 谱图 o其 γ 值为 u1ssx oα‘ € tx1s Š∀
图 t 未处理枫香木材的 ∞≥• 谱图
ƒ¬ªqt ∞≥• ¶³¨¦·µ∏° ²©∏±·µ¨¤·¨§ Λqφορµοσανα º²²§
图 u 漆酶处理枫香木材自由基的 ∞≥• 谱图k³‹ v qwzl
ƒ¬ªqu ∞≥• ¶³¨¦·∏° ²© Λqφορµοσανα º²²§·µ¨¤·¨§
¥¼ ¤¯¦¦¤¶¨ ¤·³‹ v qwz
u1u 漆酶处理枫香木材的自由基浓度的变化 如图 v所示 o与对照 kty1{z ? t1y|l °°相比 o³‹ v1wz的漆
酶处理后 o枫香木材 • ’≥自由基浓度≈kvv1uv ? w1{l °° o Π s1st 升高了 |z h ~³‹ y1xs的漆酶处理后 o
• ’≥自由基的浓度≈kuv1sv ? w1|vl °° o Π€ s1tt 升高了 vy1y h o表明 ³‹ v1wz时漆酶处理效果比 ³‹ y1xs
时的好 ∀单因素方差分析表明 o³‹值对漆酶处理枫香木材产生自由基的浓度差异极显著 k Π s1st o图 vl ∀
u1v 漆酶处理思茅松木材的自由基浓度的变化 如图 v所示 o与对照组kyu1z ? tx1yul °°相比 o经 ³‹ v1wz
的漆酶处理后思茅松边材悬浮液中 • ’≥自由基的浓度≈ktv{ ? tu1u|l °° o Π s1st 升高了 tus h ~经 ³‹
y1xs的漆酶处理后 • ’≥自由基的浓度≈kzs1| ? z1{ul °° o Π€ s1wy 升高了 tv h o表明 ³‹ v1wz时漆酶处理
效果比 ³‹ y1xs时的好 ∀单因素方差分析表明 o³‹值对漆酶处理思茅松边材 • ’≥自由基的浓度差异极显著
kΠ s1st o图 vl ∀同理可得出 o与对照组kxv1wv ? w1xl °°相比 o³‹ v1wz的漆酶处理后思茅松心材 • ’≥自
由基的浓度≈ktvx1yz ? tx1{l °° o Π s1st 升高了 txw h ~³‹ y1xs的漆酶处理后 • ’≥自由基的浓度≈kyw1u
? v1xxl °° o Π s1sx 升高了 us h o表明 ³‹ v1wz时漆酶处理效果比 ³‹ y1xs时的好 ∀单因素方差分析表
明 o³‹值对漆酶处理思茅松心材产生 • ’≥自由基浓度差异极显著 k Π s1st o图 vl ∀
xvt 第 w期 段新芳等 }漆酶活化处理对木材自由基变化的影响
图 v 不同 ³‹值漆酶活化处理木材的 • ’≥自由基强度变化
ƒ¬ªqv Œ±·¨±¶¬·¼ ²© • ’≥ ©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯ ²© º²²§·µ¨¤·¨§
¥¼ ¤¯¦¦¤¶¨ ¤·³‹ v1wz ¤±§y1xs
„t p „v }枫香 Λιθυιδαµβαρφορµοσανα ~ „t }去离子水k对照l ⁄²∏¥¯¨§¬¶·¬¯¯ §¨
º¤·¨µk¦²±·µ²¯l ~„u }³‹ v1wz ~ „v }³‹ y1xs1…t p …v }思茅松边材 Πινυσ
κεσιψα √¤µqλανγβιανενσι󶤳º²²§~…t对照 ≤²±·µ²¯ ~…u }³‹ v1wz ~…v }³‹
y1xs1 ≤t p ≤v }思茅松心材 Πινυσ κεσιψα √¤µqλανγβιανενσισ «¨ ¤µ·º²²§~≤t }
≤²±·µ²¯ ~≤u }³‹ v1wz ~≤v }³‹ y1xs1 v种试样的值用kcξ ? σl表示 ∞¤¦«
√¤¯∏¨ µ¨³µ¨¶¨±·¶kcξ ? σl ©²µv ¶¤°³¯ ¶¨¬± ¤¨¦«ªµ²∏³q 33 }√¶q „t o Π s1st1
f f }√¶q…t o Π s1st1¡}√¶q≤t o Π s1st1¡}√¶q≤t o Π s1sx1
³‹值大小对漆酶活化木材自由基浓度影响
显著 o其原因与酶催化处理的条件和酶活性高低
有关 o酶活过低或过高都有可能抑制木材活性氧
自由基的产生 o从而降低酶的催化氧化效率 ∀漆
酶在较低的 ³‹值下 o其活化效率最佳 ∀因此 o³‹
v1wz比 ³‹ y1xs条件下 o活化木材的 • ’≥自由基
浓度高 ∀
u1w 漆酶处理后自由基浓度的变化比较与讨论
如图 w所示 o思茅松边材 • ’≥自由基的浓度最
大 o思茅松心材的次之 o而枫香木材的最小 ∀单
因素方差分析表明 o不同树种木材 • ’≥自由基浓
度差异极显著k Π s1st o图 wl ∀这说明漆酶处理
产生 • ’≥自由基与树种密切相关 o思茅松边 !心
材漆酶处理效果优于枫香木材 o而漆酶处理对思
茅松心 !边材产生 • ’≥自由基的大小没有显著性
图 w 同一 ³‹值漆酶活化不同树种木材
的 • ’≥自由基强度变化
ƒ¬ªqw • ’≥ ©µ¨¨µ¤§¬¦¤¯ ¬±·¨±¶¬·¼ ²©·«µ¨¨º²²§¶·µ¨¤·¨§
¥¼ ¤¯¦¦¤¶¨ ¤·³‹ v1wz
„u }枫香 Λιθυιδαµβαρφορµοσανα ~…u }思茅松边材 Πινυσ
κεσιψα √¤µqλανγβιανενσι󶤳º²²§~≤u }思茅松心材 Πινυσ
κεσιψα √¤µqλανγβιανενσισ «¨ ¤µ·º²²§qv种试样的值用kcξ ?
σl表示 ∞¤¦«√¤¯∏¨ µ¨³µ¨¶¨±·¶kcξ ? σl ©²µv ¶¤°³¯ ¶¨¬± ¤¨¦«
ªµ²∏³q 33 }√¶q „u o Π s1st1
影响 ∀
漆酶活化木材能产生木材 • ’≥自由基 o其活化实质是激
活木材中木质素上的自由基 ∀思茅松边材及心材 !枫香木材
漆酶活化处理后不同树种间有显著差异 o这主要与木材中的
木质素含量大小密切相关 o木材化学组分分析表明 o思茅松边
材及心材的木质素含量比枫香木材明显要高 o思茅松木质素
含量为 u{1xx h o而枫香的木质素含量为 uw1ux h k李坚 o
t||{l ∀
3 结论
tl 未处理木材的自由基为酚氧自由基 o而漆酶处理木材
产生了活性氧类k• ’≥l自由基 ∀ul 漆酶处理 v种木材均能产
生 • ’≥自由基 o且 ³‹ v1wz时漆酶处理效果比 ³‹ y1xs时的
好 ∀vl 漆酶处理产生 • ’≥自由基与树种密切相关 o思茅松
边 !心材漆酶处理自由基强度高于枫香木材 o而漆酶处理对思茅松心 !边材产生 • ’≥自由基的强度没有显著
影响 ∀这表明漆酶活化木纤维生产纤维板时应根据具体木材树种确定相应的处理条件 ∀
参 考 文 献
曹永建 o张双保 o段新芳 o等 qussx1 漆酶特性及其在林产工业中的应用进展 q世界林业研究 ot{kvl }x| p yu
李 坚 qt||{1 中国木材研究 q长春 }东北大学出版社 ovsz p vtx
朱家琪 o史广兴 qussw1 酶活化处理条件及其对松木纤维胶合性能的影响初探 q林业科学 owskzl }txv p txy
≤¤² ≠∏¤±¯¬±oŠ∏² °¬±ªo ÷∏ ≠¤±ª¦¤±ªo ετ αλqussx1 ≥¬°∏¯·¤±¨ ²∏¶§¨·¨¦·¬²± ²© ‘’ ¤±§ • ’≥ ¥¼ ∞≥• ¬± ¥¬²¯²ª¬¦¤¯ o¶¼¶·¨°¶q  ·¨«²§¶¬± ∞±½¼°²¯²ª¼ o ∞¯¶¨√¬¨µ
Œ±¦ov|y }zz p {v
≤¤³¤±¬ƒ o²¬§¯ ≤ ƒ o„ª∏¬µµ¨ ƒ o ετ αλqusst q≤«¤±ª¨¶¬±µ¨¤¦·¬√¨²¬¼ª¨ ±¶³¨¦¬¨¶k• ’≥l ³µ²§∏¦·¬²±¬±µ¤·¥µ¤¬±§∏µ¬±ªª¯²¥¤¯ ³¨µ¬±¤·¤¯ ¤¶³«¼¬¬¤}¤± ∞≥• ¶·∏§¼q
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ƒ¨¯¥¼ ≤ o‘¬¨ ¶¯¨± … • o ’¯ ¶¨¨± ° ’ o ετ αλqt||z qŒ§¨±·¬©¬¦¤·¬²± ¤±§ ∏´¤±·¬©¬¦¤·¬²± ²©µ¤§¬¦¤¯ µ¨¤¦·¬²± ¬±·¨µ°¨ §¬¤·¨¶¥¼ ¨¯ ¦¨·µ²± ¶³¬± µ¨¶²±¤±¦¨ ¶³¨¦·µ²° ·¨µ¼ ²©
¤¯¦¦¤¶¨2¦¤·¤¯¼½¨ §²¬¬§¤·¬²± ²© º²²§©¬¥¨µ¶©µ²° ¥¨ ¦¨«q „³³¯ ¬¦µ²¥¬²¯ …¬²·¨¦«±²¯ ow{kwl }wx| p wyw
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k责任编辑 石红青l
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