棉花储藏期间主要纤维素伴生物动态变化研究

 摘要：

在两年储藏期间内，每半个月取样一次，同时检测皮棉样品的纤维品质和5种纤维素伴生物的含量。随着储藏时间的延长，蜡质、单宁、果胶和色素含量呈下降趋势，糖含量呈上升趋势。棉纤维样品的伸长率、黄度与蜡质、单宁、果胶、色素均呈显著或极显著负相关，与糖呈正相关；反射率、比强度与蜡质、单宁、果胶、色素均呈正相关，与糖呈负相关。高温高湿处理能加速棉花的劣变，而抽真空和充填惰性气体处理，有利于棉花储藏期间质量的保持。

关键词：棉花；储藏；纤维素伴生物；动态变化

成熟棉花纤维的主要化学成分是纤维素，约占94%，其余为纤维素伴生物。目前已知的纤维素伴生物有蜡质和脂肪、果胶类物质、糖类物质、含氮物质、色素类物质、单宁类物质和灰分等。尽管纤维素伴生物含量不高，但却对棉花纤维的物理、化学和纺织、印染性能有很大的影响。纤维素是高分子化合物，结构稳定，在正常条件下不易发生变化。而纤维素伴生物则是比较活跃的成分，在棉花储藏过程中易受环境影响而发生反应，并导致皮棉色泽和纤维品质的下降。因此，开展纤维素伴生物的研究，可以说是从根源上深入了解棉花储藏过程中质量变化的基础。前文[1]中我们对棉花储藏期间主要纤维品质指标的变化进行了报道，本文则重点介绍在两年的储藏时间内蜡质、单宁、果胶、色素和总糖等5种主要纤维素伴生物的动态变化情况与分析结果。

1 材料与方法

1.1 材料

从河北威县、湖北黄冈、新疆石河子和库尔勒购置的2~5级皮棉，分别在威县、黄冈、石河子、库尔勒与河南安阳5个地点的仓库内自然存放。自2010年12月1日起，每半个月取样一次。各储藏点将样品寄至安阳，由农业部棉花品质监督检验测试中心分样后，分别进行8项纤维品质指标和5种纤维素伴生物含量的测定。

1.2 方法

1.2.1 蜡质的测定方法参见文献[2]。

1.2.2 单宁的测定方法参见文献[3]。

1.2.3 果胶的测定方法参见文献[4]。试验中，对棉纤维中果胶的提取方法进行了改良和优化，确定的最佳工艺条件为：液料比10∶1，提取液pH值=1，提取温度80℃，浸提时间3h。

1.2.4 色素的测定方法参见文献[5]。

1.2.5 总糖的测定按GB/T 16258—2008《棉纤维含糖试验方法 定量法》的规定进行。

1.2.6 数据处理用Excel 和DPS（数据处理系统）进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地和品级样品之间纤维素伴生物含量的差异对同一产地、不同品级的样品和不同产地、同一品级棉花样品中5种纤维素伴生物的含量进行了比较，表1和表2是2011年3月16日取样的检测结果。数据显示，同一产地

不同品级的样品之间、不同产地同一品级之间的样品之间的主要纤维素伴生物含量的差别较大。

2.2 主要纤维素伴生物随储藏时间的变化从2010年12月1日至2012年12月31日共25个月的时

间，除2011年春节期间停止取样一次外，共对储藏棉花取样49次。每次有42个样品。5种化学成分的变化趋势如图1—图5。总体看来，随着储藏时间的延长，蜡质、单宁、果胶和色素含量呈下降趋势，糖含量则呈上升趋势。

2.3 几种化学成分之间的相关关系

对5种纤维素伴生物之间的相关关系进行了统计分析，如表3。结果显示，糖与其他4种成分均呈负相关，并与果胶达到极显著负相关；色素与蜡质和果胶达显著正相关，与单宁达极显著正相关；果胶与蜡质和单宁均呈正相关，与蜡质达显著正相关；单宁与蜡质也呈正相关，但未达到显著水平。

2.4 纤维素伴生物与纤维品质之间的相关关系对纤维品质指标与纤维素伴生物之间的统计分析结果

如表4。伸长率、黄度与蜡质、单宁、果胶、色素均呈显著或极显著负相关，与糖则呈正相关；反射率、比强度与蜡质、单宁、果胶、色素均呈正相关，与糖呈负相关。值得指出的是，糖与4项纤维品质指标的相关性，同其他4种纤维素伴生物与4项纤维品质指标的相关性正好是相反的。

通常认为，作为纤维素伴生物的蜡质能保护棉纤维不易受潮并增润棉纤维的光泽[6]，可见蜡质的存在是有利于棉花储藏的。单宁、果胶、色素与纤维品质的关系尚未见报道，从本研究数据看，也是有利的。在我们的想象中，随着储藏时间的延长，品级下降、反射率降低、黄度升高，色素似乎应该增加，但检测结果却恰恰相反，这反映出试验中测定的色素是棉纤维所固有的伴生物质，与皮棉品级下降所产生的颜色加深没有内在的关系，因而两者的吸光波长也是不一样的。

3 讨论

棉花的纤维素伴生物很多，本研究根据调研和咨询结果选择了5种。这5种纤维素伴生物，基本上都是某一类物质的混合物，化学成分十分复杂。研究中所采用的试验方法主要有重量法和分光光度法，测定的也是这5类物质各自的混合物的总和，对其中有效成分的深入了解有待进一步研究。

从检测与分析结果看，各类纤维素伴生物在棉花储藏过程中呈现出较强的趋向性，并与纤维品质之间存在着很高的相关性。纤维素伴生物的变化趋势较好地反映了纤维品质的变化趋势，比如蜡质、单宁、果胶、色素含量的降低和糖含量的增加都反映出纤维品质的下降。从对文献的检索看，美国的科技人员主要是从水分的角度开展了对棉纤维劣变的研究，其他国家缺乏相关的报道。本研究是从纤维素伴生物入手，从棉纤维自身的内因变化探讨其对纤维品质的影响，对储藏过程中的棉花纤维品质与纤维素伴生物同时进行了动态检测和分析，是一项创新性的研究。从研究结果看，控制纤维素伴生物的变化将为防止纤维品质的劣变提供一条可行的技术途径，这对维持棉花储备质量、提高棉花的使用价值和市场竞争力有

重要意义。

研究中我们还对储藏样品进行了高温高湿老化处理、

对储藏容器抽真空和充填惰性气体处理等试验。初步结果

表明，高温高湿能加速棉花的劣变，而抽真空和充填惰性气体处理，有利于棉花储藏期间质量的保持。即便是对样品喷洒了30%的水分，储藏于充填氮气、氦气或二氧化碳气体的容器中，5个星期内色泽仍保持不变，而在空气中储藏的样品一个星期内就长满了霉菌，成为“黑心棉”。据了解，一些大型的水果、蔬菜储备库已经采用了相应的“气调库”技术，值得借鉴。

参考文献：

[1]杨伟华，唐淑荣，徐守东，等. 棉花储藏过程中主要品质指标动态变化研究[J]. 中国纤检，2012，（9）（上）：82-85.

[2]马建华，师昕，田新玲. 准确测定棉花纤维棉蜡含量的方法[J].新疆农业科学,1993（6）：250-252.

[3]郁有祝，杨伟华，郭玉华，等. 成熟棉花纤维中单宁的提取及含量测定[J]. 光谱实验室,2012，29（5）：2870-2873.

[4]赵世民，吕清霞. 从烟梗中提取果胶的条件研究[J]. 现代农业科技,2010（1）:337-338.

[5]王学德, 李悦有. 彩色棉纤维色素提取和测定方法的研究[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版),2002,28(6):596-600.

[6]中国纤维检验局. 棉花质量检验[M]. 第二版.北京：中国计量出版社，2008.

（作者单位：杨伟华、许红霞、王延琴、周大云，中国农业科学院棉花研究所；熊宗伟，中国纤维检验局）

(中国纤检杂志)