一种基于淀粉脱除的竹材防霉方法

摘要

本发明提供一种基于淀粉脱除的竹材防霉方法，包括以下步骤：1)将竹材置于容器中，向容器中加入水，使竹材浸没在水中静置6-24小时；2)用温度为95-99℃的热水与竹材接触，并用液体输送设备驱动热水相对竹材进行循环流动，流动时间为1-6小时；3)结束流动后，清洗竹材并干燥。本发明提出的绿色环保的竹材防霉处理方法，通过热水循环，高效脱除竹材中的淀粉，降低营养物质在竹材内部的含量，方法简单易行。

权利要求

1.一种基于淀粉脱除的竹材防霉方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将竹材置于容器中，向容器中加入水，使竹材浸没在水中静置6～24小时；其中，所述容器为密闭容器，对密闭容器进行抽真空处理，然后使密闭容器在负压状态下吸入水，使竹材浸没在水中6-14小时；或将竹材置于容器中并与容器壁固定，然后向容器中加入水，使竹材浸没在水中6～14小时；或将竹材置于容器中，然后向容器中加入水，使竹材与水接触24小时；

2)用温度为95～99℃的热水与竹材接触，并用液体输送设备驱动热水相对竹材进行循环流动，流动时间为1～6小时；热水相对竹材进行循环流动的速度为8-20m/min，流动时将竹片固定，热水相对竹材进行循环流动的方向与竹材纹理方向一致

3)结束流动后，清洗竹材并干燥。

2.根据权利要求1所述的竹材防霉方法，其特征在于，所述步骤1)中，抽真空处理的时3

间与被处理竹材体积的关系为：每30～40cm竹材处理30min，处理时间至少为30min，最多为12小时；抽真空的真空度为-0.05～-0.1MPa。

3.根据权利要求1所述的竹材防霉方法，其特征在于，密闭容器中放置多个竹材，在步骤2)热水相对竹材进行循环流动时，竹材之间距离为5-10mm。

4.根据权利要求1所述的竹材防霉方法，其特征在于，所述热水相对竹材进行循环流动的速度为12.5m/min。

5.根据权利要求1-4任一所述的竹材防霉方法，其特征在于，所述步骤3)中，用去离子水和/或自来水清洗竹材，清洗时间为40min-90min，清洗方式包括浸泡和搓洗。

说明书

一种基于淀粉脱除的竹材防霉方法

技术领域

[0001] 本发明属于木材或竹材的加工保存领域，具体涉及一种竹材防霉处理的方法。

背景技术

[0002] 我国竹资源丰富，竹类植物生长快、产量大、伐期短、管理方便，在木材资源日益短缺的背景下，开展竹材利用研究，是解决目前森林资源严重匮乏的重要途径，是使林业资源利用进入良性循环和可持续发展的有力措施之一。因而竹产业的发展日渐成为重要的研究课题。目前，竹产业领域涉及建筑、化工、家具、材料、日用品、食品等行业。然而，竹材及竹制品在贮存、运输、加工、使用过程等环节中，极易发生霉变，霉菌在新陈代谢过程中，会生成乙二酸、柠檬酸、草酸、乳酸、醋酸等，引起材料的外观品质、气味、温度等变化，还为其他菌虫为害创造了条件，严重的霉变使竹材降低甚至失去使用价值。而我国每年也因木竹材腐朽、霉变造成大量的经济损失。

[0003] 竹材霉变的原因主要在于其是一种天然生物质材料，内部结构和化学成分为菌虫的滋生提供了充分的物质条件，当具备一定的环境条件后(如温度、湿度、酸碱度等)，竹材则容易受到微生物侵害。从解剖结构来看，竹材含有大量的薄壁细胞；从化学成分来看，竹材非细胞壁物质含量较阔叶材高，如淀粉、还原糖、蛋白质、脂肪、矿物质等，为细菌、真菌和蛀虫等提供了必要的营养物质，导致竹材极易发生霉变。

[0004] 竹材的防霉处理是推进其工业化利用的重要环节。现有竹材防霉技术以化学改性为主，通过涂刷、浸渍等方式将CCA,ACQ,CCC,DDAC,IPBC等防护剂附着于竹材表面或内部并对竹材进行改性，但由于改性处理后竹材颜色往往发生较大变化，且部分改性材的抗流失性和化学稳定性不能得到有效解决(Sun et al.Mould-resistance of bamboo treated with the compound of chitosan-copper complex and organic fungicides.J.Wood Sci.58(1):51-56)，使众多经过化学处理的材料成为环境污染的重要因素。随着人类对环境问题的关注，开展研究绿色环保的防霉处理技术势在必行。物理防霉具有优异的环境兼容性，主要方法有：高温灭菌法，浸渍法和烟熏法等。浸渍法即将竹材或竹制品浸在清水中(流水或定期更换水)1～3个月，目的在于浸出竹材中的可溶性糖和一些营养物质，并避免一部分霉菌生长(吴旦人，竹材防护，湖南科学技术出版社，1992,179-183)。由于浸渍法的作用机制比较单一、作用条件温和，导致其处理周期长且防霉效果并不理想。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提出一种基于淀粉脱除的竹材防霉方法。

[0006] 实现本发明上述目的技术方案为：

[0007] 一种基于淀粉脱除的竹材防霉方法，包括以下步骤：

[0008] 1)将竹材置于容器中，向容器中加入水，使竹材浸没在水中静置6～14小时；

[0009] 2)用温度为95～99℃的热水与竹材接触，并用液体输送设备驱动热水相对竹材进行循环流动，流动时间为1～6小时；

[0010] 3)结束流动后，清洗竹材并干燥。

[0011] 本发明提出的方法的步骤1)中，可将竹材置于密闭容器中，对密闭容器进行抽真空处理，然后使密闭容器在负压状态下吸入水，使竹材浸没在水中6～14小时。

[0012] 进一步地，抽真空处理的时间与被处理竹材体积的关系为：每30～40cm3竹材处理30min，处理时间至少为30min，最多为12小时；抽真空的真空度为-0.05～-0.1MPa。

[0013] 抽真空时间随竹材体积增加而增加，其原因可能是因竹材多孔，待处理的材料体积大，则需要更多时间抽出材料孔隙中的气体。但限于设备条件，抽真空最多不能超过12小时。

[0014] 本发明方法中，也可以将竹材置于容器中并与容器壁固定，然后向容器中加入水，使竹材浸没在水中6～14小时。

[0015] 作为本发明的另一实施方案，可将竹材置于容器中，然后向容器中加入水，使竹材与水接触24小时。发明人通过实验观察，注意到竹材不固定而与水接触，则浮在水面上，经过24小时后吸满水沉入水中，此时浸水的效果和抽真空后吸入水浸没6～14小时的效果相同。

[0016] 当密闭容器中放置多个竹材时，在步骤2)热水相对竹材进行循环流动时，竹材之间距离为5～10mm。

[0017] 其中，所述步骤3)中，热水相对竹材进行循环流动的速度为8～20m/min。

[0018] 理论上，循环速度越高越好，但限于实验环境，可控制热水相对竹材进行循环流动的速度为12.5m/min。

[0019] 其中，所述步骤2)流动时将竹片固定，热水相对竹材进行循环流动的方向与竹材纹理方向(竹材纵向)一致。

[0020] 竹材的淀粉颗粒大部分存在于薄壁细胞腔体中，薄壁细胞和纤维方向是一致的，也就是我们处理竹材的纵向，因此只有水流方向与竹材纵向一致，才能使竹材细胞和外界形成连续的通道，并将淀粉冲刷出来。

[0021] 其中，所述步骤4)中，用去离子水和/或自来水清洗竹材，清洗时间为40min～90min，清洗方式包括浸泡和搓洗。

[0022] 本发明的有益效果在于：

[0023] (1)本发明提出的绿色环保的竹材防霉处理方法，通过热水循环，高效脱除竹材中的淀粉，降低营养物质在竹材内部的含量，方法简单易行。

[0024] (2)本发明不施加任何化学试剂，处理后的竹材按照GB/T18261-2000测试，例如经6小时热水循环处理的竹材遭受黑曲霉(Aspergillus niger var.Tiegh(A.niger))的侵染时间比对照样晚了约1个周，最终感染面积为3.9％，防治效率为94％，是一种环境友好型的处理方法。

[0025] (3)本发明获得的防霉型竹材，可用于建筑、家具、室内装修装饰等领域。

附图说明

[0026] 图1为本申请实施例中用于脱除淀粉的设备结构图。

[0027] 图2为样品槽中竹材分布的示意图。

[0028] 图中，1为电热管，2为样品槽，3为循环管道，4为外置真空泵，5为屏蔽循环泵，6为数显调节仪，7为排水阀，8为三通阀门，9为普通阀门，10为弹簧，11为竹片，12为注水槽。

[0029] 图3为不同处理条件下竹材的霉变情况照片。

[0030] 图4为实施例1-6处理后竹材的失重率变化比较，图4中1-6分别对应实施例1-6。

[0031] 图5为实施例5处理前后竹材微观形貌的电镜图片。

[0032] 图6为实施例1-5处理后高效液相色谱测试的处理液中含糖量。

具体实施方式

[0033] 以下实施例用于说明本发明，但不用于限定本发明的范围。

[0034] 实施例中所用的毛竹精刨竹条为已知原料，可在市场购买。毛竹是一种散生竹。

[0035] 见图1，本实施方案的循环设备为自行设计的简易热水循环装置，包括一个循环管道3(外层包覆耐热橡胶棉)，循环管道为不锈钢管，直径60mm，循环管道3上设一个样品槽2，长255mm，宽95mm，高95mm，循环管道上设一个屏蔽循环泵5(威乐斯特，WRS25-6)，循环管道部分管路外设一个电热管1(1.5KW)，电热管1接数显调节仪6(霍宇，XMTD)；样品槽可以密闭，连接一个外置真空泵4(飞星,2XZ-1型旋片真空泵)，和一个注水槽12(直径25mm)，该注水槽为竖直的管子，用于注水和排出管道内部的蒸汽。排水阀7用于样品槽和循环管道排水，排水阀7和循环管道3之间与一个三通阀门相连，即三通阀门8，样品槽2的左侧为一个普通阀门，即为普通阀门9，闭合阀门8和9则可对样品抽真空，因此，外置真空泵4与三通阀门8直接相连。

[0036] 此装置可同时实现水循环与加热、保温、抽真空的需求。为直观观察样品的浸渍情况，本实施方案的抽真空试验环节为独立设置，真空干燥器为市场购买的玻璃器皿，与循环水式多用真空泵(振捷，SHB-ш)组合可作为真空环境使用，极限真空度为0.098Mpa。

[0037] 实施例1：

[0038] 1)首先，将毛竹精刨竹条加工成15(±0.3)cm×2(±0.1)cm×0.5cm的规格，样品用砂纸磨平边缘，为了脱除淀粉后测失重率准确，去除了竹片表面的毛刺；

[0039] 2)选取5条无竹节且外形均匀的样品放入干燥箱，于103±1℃条件下干燥，至样品绝干，取其称重；

[0040] 3)将样品均匀放入真空干燥器，密闭后，打开真空泵，保持干燥器内真空度为-0.09Mpa，抽真空1小时后，将2000ml去离子水引入真空干燥器，并关闭真空泵，浸渍样品14小时，至样品处于饱水状态，全部沉入水底。

[0041] 4)在循环设备中加入7000ml去离子水，循环速度设定为3级，温控范围设定为98～100℃，依次打开屏蔽循环泵、加热开关和数显调节仪开关，循环加热50分钟后，温控器达到预定温度，自动开启保温状态。此时，关闭循环开关，打开样品槽，用水银温度计测试水温为
98±1℃；

[0042] 5)见图2，固定竹材的弹簧圈为市购的普通65锰弹簧圈，循环前先用弹簧10夹持好竹片11，再将其一起放入样品槽2，弹簧圈的外圈直径为28mm，间隙0.3mm，长75mm。从第三节弹簧圈开始，每隔一节将竹片11的宽度方向所在的两侧固定于相邻的弹簧圈上，固定部位为竹片长度方向的中部，弹簧圈顶端与竹片侧面接触的高度为5mm，打开样品槽，迅速将固定着竹片的弹簧水平放入槽体，使竹片纹理方向(纵向)与热水在槽内的流动方向一致，弹簧10两端顶住样品槽2槽体侧面的中间部位，槽体中相邻两片竹片间距为8～9mm，此时所有样品均在液面以下，密闭槽口，再次打开循环泵，使样品在98～100℃条件下持续热水循环处理1.5小时,流速为12.5m/min。

[0043] 6)热水循环处理结束，关闭电热管、循环泵和数显调节仪，取出弹簧圈，将试样放入装有2000ml去离子水的烧杯中浸泡并搓洗1小时，重复此过程2次。样品清洗完毕干燥即可。

[0044] 实施例2

[0045] 本实施方式与实施例1不同的是：步骤5)中热水处理时没有循环，样品仅仅是在热水中浸渍了1.5小时，其它操作与实施例1相同。

[0046] 实施例3

[0047] 本实施方式与实施例1不同的是：步骤5)所述的持续热水循环处理时间是3小时，其它操作与实施例1相同。

[0048] 实施例4

[0049] 本实施方式与实施例1不同的是：步骤5)所述的持续热水循环处理时间是4.5小时，其它操作与实施例1相同。

[0050] 实施例5

[0051] 本实施方式与具体实施方式1不同的是：步骤5)所述的持续热水循环处理时间是6小时，其它操作与实施例1相同。

[0052] 实施例6

[0053] 本实施方式与具体实施方式1不同的是：步骤5)所述的持续热水循环处理时间是6小时，步骤6)所述的浸泡并搓洗时间是24小时，其它操作与实施例1相同。

[0054] 试验例

[0055] 处理后的竹材按照GB/T 18261-2000测试遭受黑曲霉侵染的霉变情况。经过4周室内防霉试验后，热水循环处理对黑曲霉的防治效力见表1。表中数据显示，随着热水循环时间的延长，防治效力逐渐提高，与1.5小时热水静止加热相比，1.5小时循环处理使防治效力提高了42％。

[0056] 表1热水循环处理对黑曲霉的防霉效力

[0057]

[0058] 注：1空白为未经任何处理的对照组竹材；

[0059] 2*为不循环处理；**为循环处理。

[0060] 图3为不同处理条件下竹材的霉变情况(图中A～G顺序表示空白和实施例1～6)，试验结束后，竹材表面虽仍有菌丝附着，但菌丝密度和附着力明显降低。

[0061] 图4为实施例1-6处理后竹材的失重率变化。图中可看出，在1.5小时的热水处理条件下，循环与否对竹材的失重率影响较大，循环处理使竹材的失重率由原来的2.9％提高到4.7％，随着时间的延长，失重率逐渐增加，6小时循环处理使竹材失重率达到6.7％。竹材质量损失的原因主要与淀粉和竹材热水抽提物的溶出有关。竹材失重率的趋势与防霉效力基本一致。

[0062] 图5为实施例5循环处理前后竹材微观形貌的电镜图片，图中(A)为空白样微观形貌，(B)为实施例5的微观形貌。可看出，空白样的竹材细胞腔内充满大量的淀粉颗粒，处理后，细胞腔内颗粒消失或变小，可认为部分淀粉在循环热水的带动下从细胞腔中脱出或溶解。

[0063] 图6为高效液相色谱测试的处理液中含糖量，图中数据分别对应实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的竹材。图中可看出，随着循环时间延长，循环液中的总糖含量逐渐增加，即循环带动出的可溶性物质增加，可认为持续的热水循环对于淀粉的脱出具有积极的作用。

[0064] 以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。