木素的颜色反应及呈色机理
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木质素(Lignin)是构成植物细胞壁的成分之一,具有使细胞相连的作用。
木质素是一种含许多负电集团的多环高分子有机物。
木质素完全取材于植物,无任何化学添加剂。
对环境无任何副作用。
木质素是构成植物细胞壁的成分之一,具有使细胞相连的作用。
在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。
其组成与性质比较复杂,并具有极强的活性。
不能被动物所消化,在土壤中能转化成腐殖质。
如果简单定义木质素的话,可以认为木质素是对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚合物。
它含有一定量的甲氧基,并有某些特性反应。
1838年,法国化学家和植物学家A.Payen用硝酸和碱交替处理木材,并用酒精和乙醚洗涤,在分离出纤维素的同时得到了一种比纤维素含碳量更高的化合物,也就是最初级的木质素。
1857年,F.Schulze仔细分离出这种化合物,并称之为"lignin"。
Lignin是从木材的拉丁文"lignum"衍生而来,中文译为“木质素”,也叫“木素”。
木质素的分子结构因单由于木质素的结构复杂,目前完整的结论还没有最终得出,但对其基本的结构框架众多科研工作者已达成共识。
一般认为木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类三维网状高分子芳香族化合物,其中醚键约占60.75%,碳键约占25.30%。
在植物体内,苯丙烷单元先组装成三种基本结构一一愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。
体不同,可将木质素分为3种类型:由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素(syringyl lignin,S-木质素),由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素(guajacyl lignin,G-木质素)和由对-羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素(hydroxy-phenyl lignin,H-木质素);裸子植物主要为愈创木基木质素(G),双子叶植物主要含愈创木基-紫丁香基木质素(G-S),单子叶植物则为愈创木基-紫丁香基-对-羟基苯基木质素(G-S-H)。
《木材的显色与变色》枫亚(张久铭)编撰1 材色的定义《木材学》⁽¹⁾对材色给出的定义如下:“木材是由细胞壁构成的,而构成细胞壁的主体—纤维素本身是无色无味的物质,只是由于色素、单宁、树脂和树胶等内含物质沉积于木材的细胞腔,并渗透到细胞壁中,使木材呈现出各种颜色,称为材色”。
2 材色的产生人们曾经认为木材的颜色是由于木材中存在具有色素的物质或其他物质在外界条件作用下而产生的。
后来的研究发现,“木质素结构中缔合有发色结构物质,所以木材的颜色产生的原因有两个方面,一是与木质素有关,二是与抽提物有关”⁽²⁾。
2.1 木材颜色产生的基础原理专业研究结果表明,木材化学组成分中的纤维素、半纤维素在正常情况下都是以单键联结的有机化合物,对可见光中各种波段无吸收,而全部反射,故不具有颜色特性。
木质素及抽提物中的黄酮类、酚类化合物的结构单元中都存在共轭双键的发色基团,在可见光波段区内具有吸收峰,随着吸收和反射光谱的不同,而显示出不同的材色⁽³⁾。
2.2 抽提物中发色物质的形成心材的颜色往往比边材深,有些深得很多,这是因为抽提物成分在心材和边材中的分布及含量不同,“与木材颜色和变色紧密相关的多元酚类化合物主要分布在心材”。
“木材所呈现的颜色与其组分的化学构成有密切关系,因为分子结构的不同,对可见光的吸收范围和程度不同,从而表现出不同的颜色”⁽⁴⁾。
心材是由边材转化而来,大量抽提物的集中出现是心材形成的标志。
关于边转心的过程与机制,现有的研究表明:“木质化阶段一经结束,木纤维和管胞就死亡。
而横向和纵向薄壁细胞却一直维持很多年仍生活着。
这些细胞作为水和无机盐类传导的通道,维持新陈代谢进程和贮存养料,经过一定时间后死亡并逐渐形成心材。
在此过程中,木材内部发生各种变化,形成大量抽提物沉积在细胞壁或填充在细胞腔和一些细胞组织中”⁽⁵⁾。
具体讲就是“边心材转换区的薄壁细胞在死亡之前会产生生理机能亢进的表现,在这期间薄壁细胞把淀粉粒等贮藏物质转化成抽提物,并将这些抽提物输送到邻近的组织中”⁽⁶⁾。