竹子的化学成分

竹子的化学成分
孙永林(北京林业大学理学院100083)
摘要竹子是一种重要的生物资源,具有特殊的能源利用价值及药用价值。

探讨其化学成分对于竹类资源的开发具有重要意义。

关键词竹茎竹叶化学成分
竹类是森林重要资源之一,具有特殊的经济、生态和社会价值。

我国素有/竹子王国0之称,拥有极为丰富的竹类资源。

栽培和把竹类作为生产化学的原料,是化石资源枯竭后发展可再生能源的途径之一,对能源和医药化学工业的可持续发展及生态经济的发展均有十分重要的意义。

1竹茎的化学成分与性质
目前对竹茎化学性质的研究主要集中于以下几个方面:¹竹茎的基本成分研究主要研究不同竹种、同种竹种的不同部位及不同生长阶段的竹茎的纤维素、半纤维素及木素含量的变化;º竹茎木素结构的研究。

由于在竹茎造纸过程中,木素的去留对造纸的质量和工艺影响很大,故对木素结构研究开展较多,但目前尚无突破性进展。

竹茎中除了纤维素、半纤维素及木素外,还有一定数量的蛋白质、淀粉、蜡、脂肪和树脂等。

这些化合物不是竹茎组织的结构物质,其类型和数量的变化,不仅对竹茎的色香味、抗虫、抗菌性及耐久性有密切关系,而且对竹茎材质的均匀性也有重要影响。

由于竹茎在使用过程中易遭虫蛀和发霉,故对竹茎中糖类及淀粉的研究主要集中在糖及淀粉的含量以及不同采伐期不同部位的糖及淀粉含量的变化。

1.1竹茎的基本化学成分竹茎的化学成分类似于木材,但又有别于木材。

竹茎主要由纤维素、半纤维素和木素组成,一般来讲,整竹由50%~70%的全纤维素、30%的戊聚糖和20%~25%的木素组成,竹子的化学成分在不同的属种之间会有一些差别,部分原因是与微管束类型的不同有关。

竹茎的基本化学成分也与竹杆高度及部位有密切关系,如竹杆外侧的纤维素明显多于竹杆内侧,而竹杆内侧的木素又明显多于竹杆外侧。

中国林业科学研究院早在1963年即对8种竹茎的化学成分进行了研究,其取样分上、中、下不同部位,劈碎混均,测定了全竹的平均化学成分。

从造纸角度考虑,国内的不少研究机构对竹茎纤维长度、组织比量和灰分含量等都进行了研究。

张伏全对龙竹的研究结果表明:龙竹纤维含量为51.49%,接近于木材,比草类高10%;纤维组织比量
3.1花粉滑动传粉2004年我国科学家发现黄花大苞姜的授粉过程非常独特,其花的结构与兰花相似,但它不借助于风和昆虫传粉,而是在花药开裂的同时分泌油状液体,带有花粉的油状液体从花粉囊溢出成球形,很快铺满于花药表面,并慢慢流向柱头的喇叭口,从而实现自花传粉,这种花粉滑动自花授粉的方式在自然界还是首次被发现[8]。

黄花大苞姜是我国特有的姜科多年生宿根草本植物,生长于我国广东、广西的亚热带季雨林中的高度潮湿的林内、石壁或山沟瀑布边石壁上[9]。

它的这种传粉方式是植物有性生殖系统对高湿度、无风和少昆虫环境的适应。

3.2花药自发传粉2006年我国科学家首次发现了大根槽舌兰独特的自发授精。

大根槽舌兰是兰科槽舌兰属的一种观赏价值很高的兰花,原生于云南地区,其所处环境在开花季节非常干旱、无风、昆虫稀少。

科学家们对其进行长期的观察研究发现它不依靠任何昆虫或风为它传粉,而是由雄性花药主动转动而完成传粉[10]。

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高,壁腔比小,具有良好的造纸性能。

吴姣平等对小杂竹的分析结果表明,其纤维原料木素含量高,灰分低于草类,纤维较细长,与阔叶材接近,纤维壁厚腔小,杂细胞多,制浆用碱量多。

杜瑛等以毛竹为材料测定其主要化学成分,结果表明毛竹中纤维素、半纤维素、木素的总质量分数在70%左右,其中纤维素和半纤维纱的含量为48%~ 55%,由于此两者比木素更容易降解,因此毛竹是一种很好的进一步转化的原料。

通过比较不同生长期毛竹的成分发现,1年、2年和多年生的毛竹化学组成变化不大,表明毛竹在短时期内(1年)就可以生长成熟,作为可再生原料前景非常乐观。

龚锁榜对3年生毛竹化学组份分析结果表明:3年生毛竹的灰分1.48%,冷水抽出物为4.4%,热水抽出物为6.24%,1%N a OH抽出物为27.25%,聚戊糖为20.2%,木素为25.2%,综纤维素78.75%。

马灵飞对毛竹竹茎材的研究结果表明:竹茎的组织比量与竹龄无显著相关,与胸径有一定相关,纤维素含量和基本密度与竹龄、胸径、竹杆部位均有关系。

纤维组织比量随竹竿胸径增加而减少,纤维素含量随竹龄增加而减少,竹子3年生时的纤维素含量基本趋于稳定,基本密度随竹龄增加而减少。

纤维素含量、基本密度与胸径存在一定的负相关关系。

1.2竹茎的化学成分与加工利用性能之间的关系
竹茎化学成分是影响竹茎性质和利用的重要因素,它赋予竹茎一定的强度和其他的物理力学性质。

与木材相比,竹茎纤维素、半纤维素和木素的分布具有极大的不均匀性,纤维素由外及内逐渐减少,木素由内向外逐渐增多,这种不均匀性,对加工过程及工艺性能有明显影响。

竹茎中的硅含量较高,影响竹茎的纸浆及切削性能。

另外,竹茎中的淀粉含量比普通木材要高,因而容易发生虫害和霉变。

1.3竹茎糖份的含量及其对竹茎性质的影响竹茎中可溶性淀粉的含量为2%左右,淀粉总量为2%~ 6%,蛋白质含量为1.5%~6%,脂肪含量为2%~ 4%。

竹茎在存放和使用过程中极易受到虫害及霉菌的影响,这与竹茎中糖类与淀粉的丰富含量有关。

对信浓赤竹的研究表明:竹茎的游离糖及淀粉含量随季节性变化显著,当年生竹茎淀粉含量只有0.1%~0. 3%,随着竹叶的急剧增加,到第2年发笋前淀粉含量达6%。

因此在实际生产和操作中,对竹茎的采伐时间应进一步研究。

2竹叶的化学成分
竹子属亚热带的常绿植物,其叶每年(2年)轮生一次。

竹叶作为一种天然生物黄酮的新资源,近年来已受到国内外的广泛关注,研究显示,其有效成分主要是黄酮糖苷和香豆素类内酯,具有优良的抗自由基、抗氧化、抗衰老、降血脂、免疫调节、抗菌等生物学功效,在人类的营养、健康和老年退行性疾病的防治上有着广阔的应用前景。

张英等以刚竹属的紫竹为代表,逐月定点、定株、定量采集叶样,分别用硝酸铝-亚硝酸钠经色法和异羟肟酸比色法测定竹叶黄酮和内酯的季节性变化规律。

研究结果表明:紫竹叶的总黄酮含量6月份最低(0.67%),7月最高(1.71%),随后显著下降,11月至翌年4月间维持在较高的水平;总内酯的含量全年变化范围在0.44%~1.02%之间,4月至9月含量较低, 9月后开始上升,3月份达到最高。

由此看来,竹叶中黄酮类化合物的产生和积累相对滞后于叶片的生长,在5、6月份叶片生长的高峰季节,总黄酮含量较低,其抗自由基能力相应也低;随后黄酮的合成开始加速,并在7月达到峰值,以后有所回落,但整个秋冬季节仍维持在一个较高的水平,符合次生代谢产物转化和积累的一般规律。

因此,根据竹叶中有效成分含量和活性的季节性变化,并结合竹林培育和利用的作业方式,作者认为其采收时间以秋冬季为宜,尤以11月至翌年3月为最佳。

作为一种重要的森林资源,竹子的生物量巨大并广泛应用于人类的日常生活,竹子的经济价值正在不断增长。

未来的研究应主要集中于以下几个方面:纤维素、半纤维素及木素的分布对竹材加工工艺的影响;竹材中的硅含量对采伐和制浆质量的影响;竹材不同层面的化学成分分布特点及胶合特性;竹材中某些化学成分如糖类、淀粉等随季节的变化程度;从竹材内部的化学成分变化判定竹材的最佳生命生长周期等。

主要参考文献
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