充满希望的天然抗菌造纸化学品

1 前言

继食品行业和制药行业之后，图文行业是全球第三大最有发展前景的产业。尽管图文行业最近已扩展到数字媒体，但纸质传媒仍然是图文交流和表达的基石。印刷业与造纸业密切合作，不断提高纸张质量以满足不断增长的生产需求，从而以最合理的价格创造出最佳的印刷品。换句话说，造纸行业成功地跟上了图文领域前进的步伐，并通过开发不同的纸张涂料迅速响应其新需求。这些纸张涂层得益于精心研制的涂料配方，能够保证印刷品的质量和视觉吸引力，尤其能够保持较好的强度和持久性。

另一方面，在博物馆或其他机构工作的档案工作者或多或少都保管着不同来源、不同年代和不同内容的纸质文物，这些重要历史文物的保存面临许多问题。

除了工业和市政方面的要求外，越来越多的人希望用耐久的纸质材料长期保存个人或家庭文件。因此，在纸张技术领域进行持续研究显得非常重要，这有助于我们充分解决上述有关文件保存面临的所有问题。

本文介绍了采用一种缠绕藤本植物（Black bryony）作为造纸化学品的造纸技术。

2 Black bryony简介

Black bryony是一种植物（图1），是造纸的新型原料。它还有其他2个名称：Dioscorea communis和Tamus communis。 “Black bryony”是它的英国称呼。

图1 成熟的Black bryony植株及果实

该植物的地下部分是根状的增厚块茎，长约20～30 cm，宽约5～10 cm（图2）。块茎表皮呈褐色，内部为白色；块茎含有大量辛辣味的黏稠汁液（黏液）并会散发出特殊难闻气味。

图2 Black bryony的根茎

Black bryony遍布西欧大西洋沿岸，一直到比利时和英格兰、欧洲中部和南部、加那利群岛、克里米亚、高加索，亚洲指南（安纳托利亚）、伊拉克、伊朗以及北非。

3 Black bryony的组成成分

Black bryony的化学成分：淀粉，大型纺锤状晶体形式的草酸钙，类固醇皂苷（别称皂角苷）。皂苷包含在根茎（根）和浆果中。关于该植物的研究尚不充分。

在自然界中，类固醇皂苷是分布量较少的化合物，只有薯蓣科（Dioscoreaceae）的单子叶植物才产生这种物质，Black bryony就是这个大家族中的代表之一。皂苷位于细胞质中，在那里它们被合成为植物抗毒素，旨在保护细胞免受细菌和真菌感染。皂苷基本在植物体内均匀分布，在地下器官如根、根茎、鳞茎、以及果实和种子中相对富集较多。

类固醇皂苷具有由27个碳原子组成的碳链，是高相对分子质量和无定形晶体结构的物质，具有难闻的特殊气味并伴有类似肥皂的刺激性味道。皂苷具有较强的极性（电离），所以它溶于水和稀乙醇中。

4 Black bryony抗菌效果的实验方法

采用农具完好无损地挖出Black bryony的根部后运至实验室，5 h内用蒸馏水洗净并在室温（23℃）下干燥、切碎。切碎后的试样采用离心分离（功率1 000 W，微滤网）方法使固液分离，从每个黑色根茎样本中提取无色和不透明液体各120 mL，在温度5℃下过夜贮存后，采用瓷制工具搅拌均匀后分成均等2部分：一部分加入60 mL蒸馏水，另一部分加入96%的乙醇，并向混合液中加入分散剂。

用以上混合液分别处理几种不同类型的纸张。纸张类型有：接种了细菌或真菌的纸张、因木质素分解而变色的纸张、新高吸收性纸张和含纺织纤维纸张（Fabriano美术纸）。所有纸张都是A4大小，每个纸样根据处理液的不同进行标记，共计16张：8张单面处理，8张双面处理。10张纸样置于极端环境（潮湿、封闭、细菌和真菌滋生）的环境中，另6张纸样置于保存文档的适宜环境中。连续22个月密切监测纸样上细菌和真菌情况。

5 Black Bryony用作纸张填料

Black bryony可成功作为填料用于纸张的手工生产和工业自动化生产中。Black bryony的根部经下述处理可以很容易地添加到手工纸生产所需的纸浆中，并且其对最终产品的影响是多方面的：将根切成小块后，入水中，不加任何其他物质，直到水变黏稠。该物质几乎处于溶胶（胶体悬浮液）的状态，这有利于纤维在纸浆中的分散并且便于在模具上抄造。溶胶可以通过控制百分比添加到纸浆中。

不建议在高温下处理切碎的black bryony根，因为抑菌物质会丢失，进而失去抗细菌和抗真菌作用，这是该植物抗菌的主要原因。另一方面，机械加工不会影响这些特性，因此离心可以去除水分并分离出根部的不溶性干物质（纤维素）。

如果以这种方式将纤维素从浸软的根中分离出来，那么更好的选择是将其先浸入乙醇（96%）中，再用蒸馏水稀释，使得类固醇皂苷在醇中而不是在水中稀释。

将2种溶液（一种是分离出纤维后的溶液，一种是固液未分离的含纤维或根部碎片的溶液）分别加入到纸浆中，以增加纸浆的体积并由此扩大最终纸制品的量。尽管含Black bryony纤维素的纸在触觉和视觉上有着明显不同，但是2种溶液的保护效果似乎是相同的。

关于在工业生产纸中使用Bblack bryony根部的一些技术问题尚待实验研究解决，特别是要考虑纸浆在上网时仍具有较高的高温，即加入填料时的纸浆温度，同时要考虑对纸浆质量起保护作用所需的类固醇皂苷的最佳用量及其对漂白（洗出）的影响等因素。

6 Black Bryony用作纸张的涂布涂料

在没有大量和可控的实验研究的情况下，强调用Black bryony根部制成的纸张涂层可以成功地保护档案收藏品中的文件可能为时尚早，但是从初步实验结果来看这一目标的实现是充满希望的。

Black bryony的根部很大，仅1株植物就可以生产大量的涂布原料。将根粉碎，直至其具有精细研磨的咖啡稠度，加水，稍后这种混合物就会变得黏稠。然后，将混合物放在含有较高密度钢网的机器中进行离心分离。取液体部分用大刷子将其涂在纸上形成一个涂层。在使用之前，它也可以用乙醇（96%）进一步稀释，以便可以采用气溶胶喷洒器的方式将其均匀分散在纸页上。但是，应该避免使用会产生较大液滴的喷头，因为较大的液滴会使得溶液在纸上分布不均。纸页涂布后应进行干燥。

已沾染了细菌或真菌的文件可以用Black bryony涂料进行处理。真菌观察结果好于细菌观察结果；如果溶液含有乙醇，抗菌效果会增强。此外，对被侵染表面还有一个额外正面影响：在用保护性涂层处理之后，纸样由于侵染而丢失的原始颜色已经恢复。

抗菌物质（毒素，toxins）的最高浓度是在夏季中后期采摘的黑色红色浆果中。

作者目前正致力募集资金以便进一步地开展全面实验性研究。该研究将有助于揭示这一疑团：类固醇皂苷的浓度是否足以使其具有毒性，或植物是否含有另一种毒素，以增强其对纸张的保护作用。

7 结束语

Black bryony广泛分布在欧洲，繁殖迅速；如果条件适宜，可以大规模种植。

作者先用Black bryony提取物处理过不同类型的纸，再将纸样置于不同的微环境（从恶劣到理想）中进行处理。为了能够更好地监测结果，以未处理的纸张设置为对照样。目前，实验仍在进行之中。

关于Black bryony根作为填料和保护涂层的作用的初步实验给出了充满希望的结果。采用这种新的技术生产耐久性纸张和制作防护涂层在可持续和经济方面都是可以接受的。更多的有关Black bryony的应用研究将在可控的和密切监测的实验条件下完成。