飽水古木材的防霉劑篩選研究

王亞麗

木材作為有機(jī)質(zhì)材料，主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，這些成分是微生物生長、繁殖所需要的營養(yǎng)料，因此極易遭受微生物的影響而發(fā)生腐朽降解。潮濕的自然環(huán)境中，霉菌侵蝕是木材腐朽降解的主要因素之一，其代表性菌種有毛殼霉、多孔菌、毛霉、喙殼霉，青霉、曲霉、木霉等等，所以木材的防霉抑菌至今仍是文物保護(hù)的難題之一。飽水古木材，是指被考古學(xué)家發(fā)掘的不論尺寸、樹種或年代，其內(nèi)部飽含水分的木材等1。雖然飽水古木材由于長期埋藏于水環(huán)境中，本身的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了一些變化，但是仍然保持著木材的主要成分，微生物侵蝕仍然是其腐蝕劣化的主要因素之一2。尤其當(dāng)其被發(fā)掘出來，暴露于陸地空氣環(huán)境中后，環(huán)境因素發(fā)生劇烈變化，在高溫高濕的陸地環(huán)境中更易遭受霉菌侵蝕，因此在考古發(fā)掘現(xiàn)場，飽水古木材的防霉處理是首先要考慮的一項(xiàng)重要工作，而關(guān)于防霉劑的選用更是防霉保護(hù)的關(guān)鍵之一。

本研究通過采用不同防霉劑對考古發(fā)掘的飽水古木材開展實(shí)驗(yàn)室防霉效果試驗(yàn)，并結(jié)合考古現(xiàn)場室外環(huán)境的防霉效果試驗(yàn)，篩選出防霉效果較好的防霉劑，以期為考古現(xiàn)場飽水古木材的防霉保護(hù)提供理論依據(jù)。

一、材料方法

（一） 實(shí)驗(yàn)材料

1、飽水古木材，取自“南海Ⅰ號”古沉船現(xiàn)場。

2、海水樣品：從陽江海陵島海灘上取海水。

3、防霉劑：硼酸硼砂、霉敵、異噻唑啉酮、達(dá)克寧、雙乙酸鈉、二癸基二甲基氯化銨，濃度見表1。

4、試劑: 馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）培養(yǎng)基配制500ml，121℃高壓滅菌后備用。

（二）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法

1、取0.1g飽水古木材樣品，用1ml無菌水浸泡，渦旋混勻后，將菌液稀釋10倍，配制成10-2的菌種稀釋液，備用。

2、防霉劑實(shí)驗(yàn)室抑制試驗(yàn)

（1）配置馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）培養(yǎng)基，高壓滅菌后，冷卻至40℃左右，分別將2ml不同的防霉劑（表1）添加至20ml培養(yǎng)基中（實(shí)際是防霉劑又稀釋了10倍），再加入1ml10-2菌液倒平板。涂布均勻后25℃培養(yǎng)，觀察培養(yǎng)結(jié)果。每個實(shí)驗(yàn)處理二個重復(fù)。

（2）分別將表1不同的防霉劑2ml直接與1ml10-2菌液混合，至少保留時間30S，然后加入冷卻至40℃左右的PDA培養(yǎng)基中混合后倒入平板中，25℃培養(yǎng)，觀察培養(yǎng)結(jié)果。

表1 不同防霉劑的濃度

3、室外試驗(yàn)

（1）選取一段船木，長度約1.5米，用去離子水清洗干凈表面的泥沙。用無紡布條將木段劃分區(qū)域，每隔15cm為一區(qū)域，相鄰區(qū)域間隔5cm，共劃分7個區(qū)域，從右到左編號1-7，另有兩塊碎木編號8、9（圖1）

圖1 室外試驗(yàn)

表2 防霉試驗(yàn)處理方法

二、結(jié)果與分析

（一）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果

添加不同防霉劑的菌液在25℃條件下分別培養(yǎng)2天和7天后，對培養(yǎng)基表面的菌落計(jì)數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同防霉劑的抑菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由培養(yǎng)2天的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在兩種處理方式下，異噻唑啉酮和二癸基二甲基氯化銨均能抑制霉菌的生長，達(dá)克寧在處理②中也能抑菌。

培養(yǎng)7天后，繼續(xù)觀察培養(yǎng)結(jié)果顯示，在兩種處理方式下，異噻唑啉酮仍能抑制霉菌的生長，二癸基二甲基氯化銨在處理②中也仍能抑制霉菌生長。但含達(dá)克寧的處理②培養(yǎng)基中長出了菌落。

由以上結(jié)果可以看出，異噻唑啉酮的抑菌效果較好，在稀釋10倍的濃度下即0.05%濃度也能抑菌。二癸基二甲基氯化銨抑菌效果次之，再次為達(dá)克寧。

（二）室外試驗(yàn)結(jié)果

室外試驗(yàn)中，現(xiàn)場環(huán)境的溫度為25～30℃，相對濕度高達(dá)70%-90%，噴淋前木材表面均無類霉菌物質(zhì)存在，經(jīng)過1周噴淋實(shí)驗(yàn)后，對各區(qū)域表面進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)了變化，見表4。

表4 室 外試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)觀測結(jié)果可看出，出現(xiàn)類霉菌物質(zhì)的區(qū)域多為噴淋時較難接觸到的木塊側(cè)面，或噴淋量較少的實(shí)驗(yàn)區(qū)域，且有些類霉菌物質(zhì)接觸水流后就會被水沖洗掉，因此霉菌的出現(xiàn)與噴淋量的多少有直接關(guān)系。

一周噴淋結(jié)果顯示，僅對照（1、2號）的木材表面出現(xiàn)一點(diǎn)白色菌絲體，其他均還未有菌絲體出現(xiàn)，但2周后，1、2、3、6、7號區(qū)域均出現(xiàn)菌絲體。

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，4、5、8、9區(qū)域的抑菌劑的抑菌效果較好，這分別是0.02%霉敵、0.5%異噻唑啉酮、0.2%雙乙酸鈉、0.2%雙乙酸鈉。

（三）分析討論

從一萬多年前新石器時代最簡單的干燥腌制食物保存，發(fā)展到現(xiàn)在使用各種化學(xué)防霉劑，人類已經(jīng)發(fā)展出來很多種的防霉殺菌方法，但歸總起來，主要有三大類：物理方法、化學(xué)方法和生物方法。通常使用的物理方法是通過高溫、干燥、電子射線、電磁波等來滅菌防霉；化學(xué)方法為使用氧化還原性或非氧化還原性化學(xué)品破壞微生物的蛋白或核酸、電子傳遞鏈等達(dá)到殺菌的目的；生物方法為營養(yǎng)源的控制、抗生素類物質(zhì)的使用等，這三種方法均在不同行業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。在文物保護(hù)方面，常用對文物影響最小的方法來防霉，一般的抑菌防霉常常采用物理方法，即控制環(huán)境條件。霉菌的適宜生長溫度一般為25～30℃，適宜濕度為80～90﹪，如果溫度控制在20℃以下，相對濕度在60﹪以下，則文物發(fā)生霉害的可能性極小。但由于在室外的考古發(fā)掘現(xiàn)場中，環(huán)境控制比較難，此時化學(xué)抗菌防霉成為主要的手段?；瘜W(xué)防霉劑從最開始簡單的無機(jī)鹽食鹽，發(fā)展到現(xiàn)在的有機(jī)殺菌，主要有季銨鹽類、季、雜環(huán)類化合物、氯酚類、有機(jī)醛類、含氰類化合物、有機(jī)錫化合物、銅鹽、天然殺菌劑、其他有機(jī)殺菌劑。在文物保護(hù)工作中，選用木材防霉劑及其溶劑，首先要考慮對文物的安全性，不影響文物本身材質(zhì)；其次是高效性及低毒，對人及環(huán)境的安全性。另外，雖然在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)使用了一些常規(guī)的防霉劑，但是不同文物、不同環(huán)境中，微生物的 菌群種類也是不同的，因此，在防霉劑使用前，要針對文物及環(huán)境的特點(diǎn)，對防霉劑進(jìn)行篩選，選擇出最佳的防霉劑濃度。

在本研究實(shí)驗(yàn)中，選用了文物保護(hù)工作曾使用過的硼酸硼砂、霉敵、異噻唑啉酮、達(dá)克寧、雙乙酸鈉、二癸基二甲基氯化銨這幾種防霉劑3,4，5并針對飽水古木材的現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行了篩選。幾種防霉劑的特點(diǎn)見表5。

表5 防 霉劑的特性

表4中的防霉劑均為常用的、廣譜滅菌、低毒的化學(xué)品，但是從培養(yǎng)基表面菌落形態(tài)發(fā)現(xiàn)，添加不同防霉劑的培養(yǎng)基中生長的菌落形態(tài)存在差異（圖2）。由于試驗(yàn)是采用涂平板抑菌法，防霉劑能抑制的微生物菌種，培養(yǎng)基表面上不會生成菌落；反之，培養(yǎng)基上長出的菌落，就是不能抑制的菌種。圖3中不添加防霉劑的培養(yǎng)基中形成的菌落形態(tài)比較多樣，這說明飽水古木材表面或者內(nèi)部中的微生物并不是單一的菌種，而是多種菌種組成的一個微生物群落。

添加霉敵、雙乙酸鈉以及硼酸硼砂培養(yǎng)基中的菌落形態(tài)比較相似，為淡黃色菌落，表面為白色菌絲體，偶有黑色霉菌落出現(xiàn)。說明這三種防霉劑對于這種白色菌絲體的霉菌都不能抑制。添加二癸基二甲基氯化銨的培養(yǎng)基中為黃色和白色菌落，黃色菌落中央出現(xiàn)白色。說明二癸基二甲基氯化銨能夠抑制霉敵、雙乙酸鈉、硼酸硼砂培養(yǎng)基中所形成的那種白色菌種，而對這種黃色的菌種則不抑制。添加達(dá)克寧的培養(yǎng)基中的菌落開始為黃色慢慢變?yōu)樗{(lán)色，表面菌絲體由白色慢慢變?yōu)樗{(lán)色，說明達(dá)克寧抑菌的類群與以上幾種存在著差異。

添加0.05%異噻唑啉酮的培養(yǎng)基表面未有菌落，說明異噻唑啉酮在這幾種防霉劑中抑菌效果最佳，對飽水古木材內(nèi)的菌群抑菌效果明顯，即使7天甚至至14天后，仍有抑菌效果。異噻唑啉酮為非氧化性殺菌劑，透過細(xì)胞膜和細(xì)胞壁進(jìn)入菌體分子并與分子內(nèi)含巰基的成分發(fā)生反應(yīng)從而使細(xì)胞死亡4，對黑曲霉、桔青霉、木霉、球毛殼霉、擬青霉、臘葉芽肢霉抑菌效果比較強(qiáng)。胡東坡5研究飽水竹簡防霉篩選試驗(yàn)中也同樣發(fā)現(xiàn)0.5%異噻唑啉酮的抑菌效果較佳，說明異噻唑啉酮可以作為飽水古木材的防霉劑。

圖2 菌落形態(tài)圖

此外，由這幾種防霉劑的抑菌結(jié)果還可看出，當(dāng)單一防霉劑針對性較強(qiáng)的抑制殺滅某種菌種的時候，飽水古木材中的微生物種群會發(fā)生了變化，說明長期使用此種防霉劑，有可能出現(xiàn)耐受菌種，重新占據(jù)群落的優(yōu)勢地位。如達(dá)克寧抑菌的菌落形態(tài)與對照的菌落形態(tài)明顯存在差異，可能是這種白藍(lán)色的菌種并不是優(yōu)勢菌群，當(dāng)達(dá)克寧抑制了種群中的優(yōu)勢菌種后，這種具有達(dá)克寧耐受性白藍(lán)色的菌種占據(jù)了優(yōu)勢而顯現(xiàn)出來。

實(shí)驗(yàn)室防霉試驗(yàn)是理想條件下的結(jié)果，培養(yǎng)基中生長的均是能培養(yǎng)的菌群，而自然界中可培養(yǎng)的微生物不到1%6，因此實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)存在著一定的局限性。自然界中的環(huán)境、營養(yǎng)等因素均不可控，微生物的種群會因環(huán)境變化而發(fā)生變化，因此室外防霉應(yīng)用中需要考慮的因素比較多。在室外試驗(yàn)中，噴淋2周后，3、6、7號區(qū)域均出現(xiàn)菌絲體，這一方面與環(huán)境氣溫有關(guān)，現(xiàn)場環(huán)境溫度為25～30℃，相對濕度高達(dá)70%-90%，利于霉菌生長；另一方面這些區(qū)域長期采用單一的防霉劑進(jìn)行噴淋，霉菌產(chǎn)生了耐受性，或者霉菌菌群中對此濃度的抑菌劑產(chǎn)生了耐藥性，抑菌效果開始降低。因此，為了達(dá)到最佳的防霉效果，可以考慮多種防霉劑復(fù)合使用，或者交叉使用幾種防霉劑。

此外，防霉劑的使用方式也會影響最終的效果，實(shí)驗(yàn)室中的兩種處理方式，處理①僅表面接觸，處理②防霉劑與菌液混合，能夠全面接觸，也相當(dāng)于提高了防霉劑的濃度，相對的防霉抑菌效果好。室外噴淋試驗(yàn)中，噴淋量多的區(qū)域霉菌出現(xiàn)的相對比較少，因此在實(shí)際應(yīng)用中，防霉劑的使用應(yīng)當(dāng)全面滲透到木材內(nèi)部，宜采用浸泡或者盡量全面噴淋的方式。

三、結(jié)論

飽水古木材一經(jīng)發(fā)掘出來，首先要做好防霉保護(hù)工作，除盡量做好環(huán)境控制外，還要應(yīng)用適當(dāng)?shù)?、有針對性的防霉劑。本試?yàn)結(jié)果顯示，0.05%異噻唑啉酮的抑菌效果較好，二癸基二甲基氯化銨抑菌效果次之，在實(shí)際應(yīng)用中可以使用異噻唑啉酮進(jìn)行防霉。但為了避免微生物產(chǎn)生耐藥性，單一的防霉劑不能長期使用，可復(fù)合使用防霉劑，或者使用一段時間后交叉使用多種防霉劑，或者再重新篩選新的有效的防霉劑及抑菌濃度，這樣才能達(dá)到抑菌防霉的最佳效果。

[1] 馬菁毓譯.飽水古木材的結(jié)構(gòu)和降解過程[J].東南文化，2004,(1):91-96.

[2] 王亞麗. 利用掃描電鏡研究“南澳Ⅰ號”出水古木材的降解[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(6): 48-54.

[3] 王麗琴 王蕙貞 宋迪生.新型防腐防霉劑在紡織品防腐中的應(yīng)用（Ⅱ）[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2001, 13(2)：26-29.

[4] 付忠葉 王慶 賈蘭妮等。異噻唑啉酮衍生物近10年的制備和應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2012，26(5):291-296.

[5] 胡東波 宋少華 肖靜華，長沙走馬樓出土飽水竹簡的防腐保存[J].文物保護(hù)與考古科學(xué),2003，15(2)：14-19.

[6] Amann,Rl,W.Ludwing，K-H.Schleifer. Phylogenetic identification and in site dection of individual microbial cells without cultivation[J].Microbiol.Rev.