充滿希望的天然抗菌造紙化學(xué)品

1 前言

繼食品行業(yè)和制藥行業(yè)之后，圖文行業(yè)是全球第三大最有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。盡管圖文行業(yè)最近已擴(kuò)展到數(shù)字媒體，但紙質(zhì)傳媒仍然是圖文交流和表達(dá)的基石。印刷業(yè)與造紙業(yè)密切合作，不斷提高紙張質(zhì)量以滿足不斷增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，從而以最合理的價(jià)格創(chuàng)造出最佳的印刷品。換句話說，造紙行業(yè)成功地跟上了圖文領(lǐng)域前進(jìn)的步伐，并通過開發(fā)不同的紙張涂料迅速響應(yīng)其新需求。這些紙張涂層得益于精心研制的涂料配方，能夠保證印刷品的質(zhì)量和視覺吸引力，尤其能夠保持較好的強(qiáng)度和持久性。

另一方面，在博物館或其他機(jī)構(gòu)工作的檔案工作者或多或少都保管著不同來源、不同年代和不同內(nèi)容的紙質(zhì)文物，這些重要?dú)v史文物的保存面臨許多問題。

除了工業(yè)和市政方面的要求外，越來越多的人希望用耐久的紙質(zhì)材料長(zhǎng)期保存?zhèn)€人或家庭文件。因此，在紙張技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行持續(xù)研究顯得非常重要，這有助于我們充分解決上述有關(guān)文件保存面臨的所有問題。

本文介紹了采用一種纏繞藤本植物（Black bryony）作為造紙化學(xué)品的造紙技術(shù)。

2 Black bryony簡(jiǎn)介

Black bryony是一種植物（圖1），是造紙的新型原料。它還有其他2個(gè)名稱：Dioscorea communis和Tamus communis。 “Black bryony”是它的英國(guó)稱呼。

圖1 成熟的Black bryony植株及果實(shí)

該植物的地下部分是根狀的增厚塊莖，長(zhǎng)約20～30 cm，寬約5～10 cm（圖2）。塊莖表皮呈褐色，內(nèi)部為白色；塊莖含有大量辛辣味的黏稠汁液（黏液）并會(huì)散發(fā)出特殊難聞氣味。

圖2 Black bryony的根莖

Black bryony遍布西歐大西洋沿岸，一直到比利時(shí)和英格蘭、歐洲中部和南部、加那利群島、克里米亞、高加索，亞洲指南（安納托利亞）、伊拉克、伊朗以及北非。

3 Black bryony的組成成分

Black bryony的化學(xué)成分：淀粉，大型紡錘狀晶體形式的草酸鈣，類固醇皂苷（別稱皂角苷）。皂苷包含在根莖（根）和漿果中。關(guān)于該植物的研究尚不充分。

在自然界中，類固醇皂苷是分布量較少的化合物，只有薯蕷科（Dioscoreaceae）的單子葉植物才產(chǎn)生這種物質(zhì)，Black bryony就是這個(gè)大家族中的代表之一。皂苷位于細(xì)胞質(zhì)中，在那里它們被合成為植物抗毒素，旨在保護(hù)細(xì)胞免受細(xì)菌和真菌感染。皂苷基本在植物體內(nèi)均勻分布，在地下器官如根、根莖、鱗莖、以及果實(shí)和種子中相對(duì)富集較多。

類固醇皂苷具有由27個(gè)碳原子組成的碳鏈，是高相對(duì)分子質(zhì)量和無定形晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有難聞的特殊氣味并伴有類似肥皂的刺激性味道。皂苷具有較強(qiáng)的極性（電離），所以它溶于水和稀乙醇中。

4 Black bryony抗菌效果的實(shí)驗(yàn)方法

采用農(nóng)具完好無損地挖出Black bryony的根部后運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，5 h內(nèi)用蒸餾水洗凈并在室溫（23℃）下干燥、切碎。切碎后的試樣采用離心分離（功率1 000 W，微濾網(wǎng)）方法使固液分離，從每個(gè)黑色根莖樣本中提取無色和不透明液體各120 mL，在溫度5℃下過夜貯存后，采用瓷制工具攪拌均勻后分成均等2部分：一部分加入60 mL蒸餾水，另一部分加入96%的乙醇，并向混合液中加入分散劑。

用以上混合液分別處理幾種不同類型的紙張。紙張類型有：接種了細(xì)菌或真菌的紙張、因木質(zhì)素分解而變色的紙張、新高吸收性紙張和含紡織纖維紙張（Fabriano美術(shù)紙）。所有紙張都是A4大小，每個(gè)紙樣根據(jù)處理液的不同進(jìn)行標(biāo)記，共計(jì)16張：8張單面處理，8張雙面處理。10張紙樣置于極端環(huán)境（潮濕、封閉、細(xì)菌和真菌滋生）的環(huán)境中，另6張紙樣置于保存文檔的適宜環(huán)境中。連續(xù)22個(gè)月密切監(jiān)測(cè)紙樣上細(xì)菌和真菌情況。

5 Black Bryony用作紙張?zhí)盍?/h2>

Black bryony可成功作為填料用于紙張的手工生產(chǎn)和工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中。Black bryony的根部經(jīng)下述處理可以很容易地添加到手工紙生產(chǎn)所需的紙漿中，并且其對(duì)最終產(chǎn)品的影響是多方面的：將根切成小塊后，入水中，不加任何其他物質(zhì)，直到水變黏稠。該物質(zhì)幾乎處于溶膠（膠體懸浮液）的狀態(tài)，這有利于纖維在紙漿中的分散并且便于在模具上抄造。溶膠可以通過控制百分比添加到紙漿中。

不建議在高溫下處理切碎的black bryony根，因?yàn)橐志镔|(zhì)會(huì)丟失，進(jìn)而失去抗細(xì)菌和抗真菌作用，這是該植物抗菌的主要原因。另一方面，機(jī)械加工不會(huì)影響這些特性，因此離心可以去除水分并分離出根部的不溶性干物質(zhì)（纖維素）。

如果以這種方式將纖維素從浸軟的根中分離出來，那么更好的選擇是將其先浸入乙醇（96%）中，再用蒸餾水稀釋，使得類固醇皂苷在醇中而不是在水中稀釋。

將2種溶液（一種是分離出纖維后的溶液，一種是固液未分離的含纖維或根部碎片的溶液）分別加入到紙漿中，以增加紙漿的體積并由此擴(kuò)大最終紙制品的量。盡管含Black bryony纖維素的紙?jiān)谟|覺和視覺上有著明顯不同，但是2種溶液的保護(hù)效果似乎是相同的。

關(guān)于在工業(yè)生產(chǎn)紙中使用Bblack bryony根部的一些技術(shù)問題尚待實(shí)驗(yàn)研究解決，特別是要考慮紙漿在上網(wǎng)時(shí)仍具有較高的高溫，即加入填料時(shí)的紙漿溫度，同時(shí)要考慮對(duì)紙漿質(zhì)量起保護(hù)作用所需的類固醇皂苷的最佳用量及其對(duì)漂白（洗出）的影響等因素。

6 Black Bryony用作紙張的涂布涂料

在沒有大量和可控的實(shí)驗(yàn)研究的情況下，強(qiáng)調(diào)用Black bryony根部制成的紙張涂層可以成功地保護(hù)檔案收藏品中的文件可能為時(shí)尚早，但是從初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是充滿希望的。

Black bryony的根部很大，僅1株植物就可以生產(chǎn)大量的涂布原料。將根粉碎，直至其具有精細(xì)研磨的咖啡稠度，加水，稍后這種混合物就會(huì)變得黏稠。然后，將混合物放在含有較高密度鋼網(wǎng)的機(jī)器中進(jìn)行離心分離。取液體部分用大刷子將其涂在紙上形成一個(gè)涂層。在使用之前，它也可以用乙醇（96%）進(jìn)一步稀釋，以便可以采用氣溶膠噴灑器的方式將其均勻分散在紙頁(yè)上。但是，應(yīng)該避免使用會(huì)產(chǎn)生較大液滴的噴頭，因?yàn)檩^大的液滴會(huì)使得溶液在紙上分布不均。紙頁(yè)涂布后應(yīng)進(jìn)行干燥。

已沾染了細(xì)菌或真菌的文件可以用Black bryony涂料進(jìn)行處理。真菌觀察結(jié)果好于細(xì)菌觀察結(jié)果；如果溶液含有乙醇，抗菌效果會(huì)增強(qiáng)。此外，對(duì)被侵染表面還有一個(gè)額外正面影響：在用保護(hù)性涂層處理之后，紙樣由于侵染而丟失的原始顏色已經(jīng)恢復(fù)。

抗菌物質(zhì)（毒素，toxins）的最高濃度是在夏季中后期采摘的黑色紅色漿果中。

作者目前正致力募集資金以便進(jìn)一步地開展全面實(shí)驗(yàn)性研究。該研究將有助于揭示這一疑團(tuán)：類固醇皂苷的濃度是否足以使其具有毒性，或植物是否含有另一種毒素，以增強(qiáng)其對(duì)紙張的保護(hù)作用。

7 結(jié)束語(yǔ)

Black bryony廣泛分布在歐洲，繁殖迅速；如果條件適宜，可以大規(guī)模種植。

作者先用Black bryony提取物處理過不同類型的紙，再將紙樣置于不同的微環(huán)境（從惡劣到理想）中進(jìn)行處理。為了能夠更好地監(jiān)測(cè)結(jié)果，以未處理的紙張?jiān)O(shè)置為對(duì)照樣。目前，實(shí)驗(yàn)仍在進(jìn)行之中。

關(guān)于Black bryony根作為填料和保護(hù)涂層的作用的初步實(shí)驗(yàn)給出了充滿希望的結(jié)果。采用這種新的技術(shù)生產(chǎn)耐久性紙張和制作防護(hù)涂層在可持續(xù)和經(jīng)濟(jì)方面都是可以接受的。更多的有關(guān)Black bryony的應(yīng)用研究將在可控的和密切監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)條件下完成。