龙竹秆材化学成分分析

成聃睿，史正军，刘瑞华，郑志锋，刘蔚漪，辉朝茂，邓 佳＊

（1.西南林业大学 云南省高校生物质化学炼制与合成重点实验室，云南 昆明650224；2.教育部省部共建西南山地森林资源保育与利用重点实验室，云南 昆明650224）

龙竹（Dendrocalamus giganteus），别名“大麻竹”、“印度麻竹”，属禾本科（Gramineae）竹亚科（Bambusoideae）牡竹属（Dendrocalamus）竹种。其秆高可达20～30m，茎围15～30cm，秆基部的壁厚可以达到3～4cm，节间长30～40cm，竹材产量是毛竹的5～8倍［1-3］。龙竹材质好，笋味佳，繁殖容易，成林成材迅速，是云南省栽培面积最大、用途最广、经济价值最高的大型经济用材竹种之一［4-6］。目前，已有云南云景林纸股份有限公司、云南永利发林业有限公司等多家地方企业以龙竹为主要原材料生产竹浆纸、竹板材等高附加值工业产品。然而，由于分布地科技文化相对滞后，有关龙竹基础理化性能方面的研究报道十分有限。本研究选取龙竹秆材作为试验材料，系统分析其化学成分，以期为龙竹的开发利用、推广种植提供可靠的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试样采集

所用试验材料龙竹采自云南省临沧市沧源县，地处云南省西南部，属亚热带低纬度山地季风气候，年平均气温16.8～17.7℃，日照2 552.6h，降雨量1 158.2mm，相对湿度71%，是龙竹的主要原生地和集中分布地之一。选取正常生长、无病虫害的3～5年生龙竹3株，先去除梢和侧枝，再均分为根部、中部、梢部3段，每段从下端起截取长约1.5m、包含2个节和3个节间的一段试材。

1.2 试材制备

先将长约1.5m的圆形竹材，纵向劈开，得到宽2～3cm、长1.5m的竹条，依次每隔2条取1条，然后用锯机横向将竹条锯成长约3cm、宽2～3cm的竹片，再用刀将竹片切成近似火柴棍的小棍。均匀混合不同竹株上同一部位秆材制得的竹条，粉碎后，选取40～60目的竹粉，保存于广口瓶中，备用。

1.3 分析测试方法

本研究测定龙竹的灰分、水分、综纤维素含量、1%氢氧化钠抽出物含量、冷水抽出物含量、热水抽出物含量、酸不溶木质素含量、酸溶木质素含量、多戊糖含量、乙醚抽出物含量、苯醇抽出物含量等11项指标。各指标均按照造纸原料分析方法国家标准进行测定（GB／T742-2008，GB／T2677.2-2011，GB／T2677.10-1995，GB／T2677.5-93，GB／T2677.4-93，GB／T2677.8-94，GB／T10337-2008，GB／T2677.9-94，GB／T2677.6-94，GB／T2677.7-81）。

2 结果与分析

2.1 测试结果

对龙竹秆材化学成分测定结果详见表1。其中，参比纤维原料慈竹、毛白杨、云杉、麦草等化学组分相关数据来源于《植物纤维化学》［7］，甜龙竹化学组分相关数据来源于课题组此前相关报道［8］。

表1 龙竹及其他造纸纤维原料化学成分Table 1 The chemical composition of D.giganteus and some fibrous raw materials %

2.2 测试结果分析

2.2.1 木质素 木质素是苯基丙烷单元通过碳碳键和醚键聚合而成的三维结构天然高分子化合物［9］。在化学法制浆造纸过程中，木质素是需要去除的主要成分，在蒸煮以及漂白过程中，木质素的含量越高，化学药品的消耗越大，纸浆的得率越低，生产成本越高；若化学制浆过程中木质素残留量多，则非常容易引起纸张返黄［10］。试验测得龙竹秆材木质素平均含量为23.87%，梢部、中部、根部的木质素含量相差不大。龙竹的木质素含量低于慈竹、甜龙竹、云杉等常用制浆造纸原料，与毛白杨和麦草木质素含量接近，说明在化学法制浆的蒸煮、漂白等生产工艺中除去龙竹原料中木质素的成本相对较低。

2.2.2 综纤维素 综纤维素是造纸植物纤维原料除去抽出物和木质素后所留下的部分。综纤维素含量是衡量木质纤维原料的重要经济指标，综纤维素含量的高低对纸浆的得率有很大影响［11-12］。试验测得龙竹秆材综纤维素平均含量为67.64%，其中梢部70.73%、中部67.14%、根部65.05%，在秆材由下到上方向呈递增分布趋势。这一结果与本课题组此前对甜龙竹棕纤维素含量及其在秆材不同部位分布规律的测定结果相一致［8］，也与杜凡［13］等报道的龙竹秆材从基部到梢部维管束密度和纤维比量逐步递增这一结论相吻合。与毛白杨、甜龙竹等原料相比，龙竹的秆材的综纤维素含量较低。若将龙竹作为化学浆生产原料，则纸浆得率可能略低于表1中的其他几种参比原料。

2.2.3 多戊糖 多戊糖是半纤维素的一种主要成分，是由五碳糖单元构成的聚糖混合物，半纤维素含量可以用原料中的多戊糖含量来衡量。在制浆造纸过程中，多戊糖会影响打浆性能和成纸的透明性［14］。较高的多戊糖含量，利于纤维水化，利于分丝帚化，纤维结合的机械强度也相应较好［15-16］。龙竹秆材多戊糖的平均含量为15.88%，高于云杉、甜龙竹，低于其他几种原料，处于中等水平。龙竹秆材中适量多戊糖的存在，对于将其用作纸浆原料是有益处的。

2.2.4 灰分 灰分是竹子纤维经过灼烧后残留的无机物，是表示竹材无机成分总量的一项指标，其主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、Fe、Al、I等［7］。对制浆造纸工艺来说，太高灰分会导致碱液不易处理，污染环境［17-18］。从灰分在竹秆的纵向分布来看，龙竹的梢部、中部、根部灰分含量分别为1.09%、1.16%、2.73%，由秆材自上而下呈现出明显的递增分布趋势。究其原因，可能是竹材生长过程中，竹材根部矿物质和硅化细胞不断沉积的结果。此外，通过对比可知，龙竹的灰分含量略高于慈竹、甜龙竹，明显高于毛白杨和云杉，远低于麦草。因此，若以龙竹为造纸原料，应尽可能将竹材不同部位分开处理。

2.2.5 抽出物 抽出物就是植物纤维原料中的非细胞壁物质，分布在细胞内外液中［7］，不同的溶剂对抽出物有不同的溶解度。

2.2.5.1 冷水、热水抽出物 冷水抽出物中主要包含亲水性低分子物质。热水抽出物包含了冷水抽出物和一些多糖类物质，也属于亲水性物质。龙竹秆材冷水抽出物含量为11.28%，热水抽出物含量为11.81%，二者非常接近。该分析结果一方面表明龙竹秆材中单糖、低聚糖、氨基酸、可溶性矿物质等低分子亲水性成分含量显著高于慈竹、甜龙竹、毛白杨、云杉和麦草等原料；另一方面也表明龙竹秆材中淀粉、树胶等多糖组分含量低。淀粉、树胶等组分含量低对于竹材原料储存过程中防虫、防霉是十分有利的。

2.2.5.2 1%NaOH抽出物 1%NaOH抽出物主要成分是热水抽出物和脂肪酸及降解过后的半纤维和木质素。1%NaOH抽提物含量高说明竹材中小分子量的半纤维素、木质素及蜡等物质的含量高。龙竹1%NaOH抽出物含量为27.24%，高于毛白杨、云杉和甜龙竹，低于麦草和慈竹。说明龙竹秆材中低分子量半纤维素和木质素等化合物含量没有麦草和慈竹原料高。

2.2.5.3 乙醚抽出物 乙醚抽出物主要是脂类化合物。在碱法蒸煮中，乙醚抽出物过多会产生皂化物；在酸性蒸煮中，乙醚抽出物可能妨碍药液渗透。在蒸煮工艺中，如果原料中乙醚抽提物太多，可能导致糊网，粘纸辊，成纸强度低［10］。龙竹的乙醚抽出物含量为0.44%，对制浆无较大影响。

2.2.5.4 苯醇抽出物 苯醇抽出物包含乙醚抽出物和弱、中极性物质，又称“树脂”。在制浆时，苯醇抽出物会影响化学药品用量、蒸煮时间以及纸浆颜色。龙竹的苯醇抽出物含量为4.80%，高于毛白杨、甜龙竹和麦草。因此，用龙竹作为原料制备化学浆时，应该适量增加蒸煮化学药品用量或适当延长蒸煮时间。

3 结论

龙竹秆材化学成分分别为灰分1.66%、木质素23.87%、综纤维素67.64%、多戊糖15.88%、冷水抽出物11.28%、热水抽出物11.81%、1%NaOH抽出物27.24%、乙醚抽出物0.44%和苯醇抽出物4.80%。从细胞壁主要组成成分含量来看，龙竹综纤维素含量高，木质素含量相对较低，满足纸浆工业对原料的基本要求，属于优良的制浆造纸原料，值得在其后适宜的地区推广种植。但是，由于龙竹秆材灰分含量和苯醇抽出物含量较高，且在各部位间分布差异较大，在以龙竹为原料生产化学浆时，应该尽量将不同部位的竹材分开处理，并适当增加蒸煮时化学药品的用量或适当延长蒸煮时间。

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