Evaluation of the effectiveness of materials used for the microbial decontamination of wooden works of art

Abstract

This study includes an introduction, aims of the study and seven chapter. The details of these chapters are as follow: Chapter one: Chemistry and types of wood. This chapter includes wood chemistry, which contains cellulose, hemicellulose, and lignin. Wood also contains elements such as calcium, potassium, magnesium, phosphorus, sulfur, sodium, silicon, and cadmium contribute to the chemical composition of wood. This chapter also contains types of wood, which include hardwood (oak, maple, Mahogany, Walnut, Rosewood, Teak, and Cherry) and softwood (Pine, ash, Hickory, beech, birch, cedar, redwood, Hemlock, fir and Spruce). Chapter Two: Fungal deterioration of archaeological wood. This chapter explains the fungal deterioration of archaeological wood. It explained Physiological requirements of wood-destroying and wood-inhabiting fungi. In addition to the chemical composition of wood, several other factors greatly influence decay rates. These factors include nutrients (wood components), temperature, moisture, oxygen, carbon dioxide and hydrogen ion concentration. The most common aspects of deterioration resulted from these factors staining of wood with different colors. The mechanism of wood decay is explained. White-rot fungi, Brown-rot fungi, and Soft-rot fungi were also explained. Some negative changes such as weight loss, strength loss and discoloration were observed. Chapter Three: Materials and methods. Four archaeological sites in Islamic Cairo were used for the isolation of fungi used in this study (The Mosque of Sabiile and Koutab Suleiman Agha Selehdar dated back to 1837–1839 AD, The Mosque of Abu Haribh dated back to 1480 and 1481 AD, The Mosque of El Musafir Khana which was built in 1779 AD and the second in 1783 AD, and The Mosque of El Mouayed Sheikh Al-Mahmoudi dated back to 1415 to 1421 AD. New pitch pine samples were prepared, to be used in all the experimental studies. Isolation of and identification of fungi were done. Three fungi were identified (Aspergillus niger, Aspergillus flavus, and Penicillium chrysogenum). Chitosan, propiconazole and tebuconazole fungicides are used with different concentrations. Artificial fungal deterioration before and after fungicides treatment was applied. Investigation techniques used for the evaluation of fungicides used are Measurement of color change with UV spectrophotometer, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-Ray diffraction (XRD) for the determination of wood crystallinity. Chapter Four: Results and discussion of chitosan fungicide. The best results obtained from the color measurement proved that the total color difference in the infected samples increased with increasing incubation time. The total color difference in the treated samples decreased with increasing concentration of chitosan. FTIR analysis confirmed that for all three fungi studied, infected samples treated with chitosan were more amorphous during the incubation times than the infected and untreated samples. X-ray diffraction analysis showed that with all three fungi studied, the peak positions of cellulose I ((101), (10ĺ) and (002)) in infected samples decreased compared to the control samples at all incubation times. The peak positions of the infected, treated samples increased with increasing concentration of chitosan. The crystallinity index, measured with either the first or the second method, decreased, but it increased after the third and fourth months of incubation with any of the fungi studied. Chapter Five: Results and discussion of the fungicide propiconazole. For measurement of color, the results revealed that the whiteness in the infected samples with fungi decreased up to the second month and re-increased to the fourth month. The yellowness of the untreated infected samples increased. The treated samples with propiconazole fungicide gave good resistance against fungal deterioration. For FTIR analysis, Treatment with propiconazole at the concentrations used and infected with Aspergillus flavus negatively affected hemicellulose content and enhanced cellulose depolymerization and oxidation. However, it protected lignin from fungal decay. For the fungicide-treated, infected samples, the crystallinity index increased compared to the control sample. The increase in the crystallinity index decreased with increasing incubation time. Chapter Six: Results and discussion of the fungicide tebuconazole. For color measurement, the second (0.50%) of tebuconazole fungicide gave better results than the first concentration (0.25%) for both whiteness and yellowness indices. The results obtained by FTIR showed that increased tebuconazole concentrations were needed to achieve acceptable protection against Aspergillus niger due to oxidation of this fungicide, especially at low concentrations of fungicide. The crystallinity index, measured with all concentrations used decreased with increasing the incubation time. Chapter Seven: Conclusions. Fungi play an important role in the deterioration of archeological wood in Egypt, especially in certain environments. Asperigllus niger, Aspergillus flavus, and Penicillium chrysogenum were the fungi identified from different sites in historical Cairo, Egypt. The investigation techniques used in this study gave good indication on the effectiveness of fungicides used for the protection of wood against fungal deterioration. Many fungicides are used for the preservation of wood against fungal deterioration, but chitosan, propiconazole, and tebuconazole fungicides were used in this study at limited concentrations. Chitosan was used at 0.25%, 0.50%, and 0.75%. Propiconazole and tebuconazole were used at 0.25% and 0.50%. These limited concentrations gave good resistance to fungal deterioration. The best results were obtained with chitosan, followed by tebuconazole and propiconazole.

Αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των υλικών που χρησιμοποιούνται για τη μικροβιακή απολύμανση των ξύλινων έργων τέχνης". Η παρούσα μελέτη περιλαμβάνει μια εισαγωγή, τους στόχους της μελέτης και επτά κεφάλαια. Αναλυτικά τα κεφάλαια έχουν ως εξής: Κεφάλαιο Ένα: Χημεία και είδη ξύλου. Το κεφάλαιο αυτό ασχολείται αρχικά με τη χημική σύσταση του ξύλου, η οποία χαρακτηρίζεται από κυτταρίνη, ημικυτταρίνη και λιγνίνη. Το ξύλο περιέχει επίσης στοιχεία όπως το ασβέστιο, το κάλιο, το μαγνήσιο, ο φώσφορος, το θείο, το νάτριο, το πυρίτιο και το κάδμιο. Στο κεφάλαιο αυτό αναλύονται επίσης οι δύο τύποι ξύλου: σκληρό (δρυς, σφενδάμι, μαόνι, καρύδι, τριαντάφυλλο, τικ και κερασιά) και μαλακό (Πεύκο, φλαμουριά, καρυδιά, οξιά, σημύδα, κέδρος, ερυθρόδεντρο, δέντρο κώνειο, έλατο και ερυθρελάτη). Κεφάλαιο Δύο: Μυκητολογική φθορά αρχαιολογικού ξύλου. Αυτό το κεφάλαιο εξηγεί τη φθορά του αρχαιολογικού ξύλου από μύκητες. Εξηγούνται αναλυτικά οι φυσιολογικές απαιτήσεις των μυκήτων που καταστρέφουν το ξύλο και αναπτύσσονται μέσα σε αυτό. Εκτός από τη χημική σύνθεση του ξύλου, τα ποσοστά αποσύνθεσής του επηρεάζονται και από πολλούς άλλους παράγοντες, οι οποίοι περιλαμβάνουν τις τα θρεπτικά συστατικά (συστατικά ξύλου), τη θερμοκρασία, την υγρασία, το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου. Οι πιο κοινές μορφές της φθοράς ήταν αποτέλεσμα αυτών των παραγόντων οι οποίοι προκάλεσαν χρώση του ξύλου με διαφορετικά χρώματα. Εξηγείται επίσης ο τρόπος της αποσύνθεσης του ξύλου. Εξηγήθηκαν επίσης οι μύκητες λευκής σάρωσης, οι μύκητες Brown-rot και οι μύκητες Soft-rot. Παρατηρήθηκαν, τέλος, μερικές αρνητικές αλλαγές όπως η απώλεια βάρους, η απώλεια αντοχής και ο αποχρωματισμός. Κεφάλαιο Tρία: Υλικά και μέθοδοι. Τέσσερις αρχαιολογικοί χώροι στο Ισλαμικό Κάιρο χρησιμοποιήθηκαν για την απομόνωση των μυκήτων που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη. Πρόκειται για το Τέμενος Sabiile και Koutab Suleiman Agha Selehdar (περί το 1837-1839 μ.Χ.), το Τέμενος του Abu Haribh (1480-1481 μ.Χ), το El Musafir Khana (μεταξύ 1779 μ.Χ. και 1783 μ.Χ.), και το Τέμενος El Mouayed Sheikh Al-Mahmoudi (1415 έως το 1421 μ.Χ). Δείγματα νέας πεύκου ετοιμάστηκαν ώστε να χρησιμοποιηθούν σε όλες τις πειραματικές μελέτες. Ολοκληρώθηκε επίσης η απομόνωση και ταυτοποίηση των μυκήτων. Ταυτοποιήθηκαν τρεις μύκητες (Aspergillus niger, Aspergillus flavus και Penicillium chrysogenum) Χρησιμοποιήθηκαν μυκητοκτόνα χιτοζάνης, προπικοναζόλης και τεβουκοναζόλης με διαφορετικές συγκεντρώσεις. Εφαρμόστηκε τεχνική επιδείνωση των μυκήτων πριν και μετά τη θεραπεία με μυκητοκτόνα. Οι τεχνικές έρευνας που χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των χρησιμοποιούμενων μυκητοκτόνων ήταν η μέτρηση της αλλαγής χρώματος με φασματοφωτόμετρο UV, φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR) και διάθλαση ακτίνων Χ (XRD) για τον προσδιορισμό της κρυσταλλικότητας του ξύλου. Κεφάλαιο Τέσσερα: Αποτελέσματα και σχολιασμός του μυκητοκτόνου χιτοζάνης. Τα καλύτερα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μέτρηση χρώματος απέδειξαν ότι η ολική διαφορά χρώματος στα μολυσμένα δείγματα αυξήθηκε με την αύξηση του χρόνου επώασης. Η συνολική διαφορά χρώματος στα επεξεργασμένα δείγματα μειώθηκε με την αύξηση της συγκέντρωσης της χιτοζάνης. Η ανάλυση FTIR επιβεβαίωσε ότι για τους τρεις μύκητες που μελετήθηκαν, τα μολυσμένα δείγματα που υποβλήθηκαν σε αγωγή με χιτοζάνη ήταν πιο άμορφα κατά τους χρόνους επώασης από τα μολυσμένα και μη επεξεργασμένα δείγματα. Στους τρεις μύκητες που μελετήθηκαν, οι θέσεις αιχμής της κυτταρίνης Ι ((101), (10α) και (002)) σε μολυσμένα δείγματα μειώθηκαν σε σύγκριση με τα δείγματα ελέγχου σε όλους τους χρόνους επώασης. Οι θέσεις αιχμής των μολυνθέντων, επεξεργασμένων δειγμάτων αυξήθηκαν με αυξημένη συγκέντρωση χιτοζάνης. Ο δείκτης κρυσταλλικότητας, μετρούμενος είτε με την πρώτη είτε με τη δεύτερη μέθοδο, μειώθηκε, αλλά αυξήθηκε μετά τον τρίτο και τέταρτο μήνα επώασης με οποιονδήποτε από τους μύκητες που μελετήθηκαν. Κεφάλαιο πέμπτο: Αποτελέσματα και σχολιασμός του μυκητοκτόνου προπικοναζόλης. Για τη μέτρηση του χρώματος, τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι η λευκότητα στα μολυσμένα δείγματα με μύκητες μειώθηκε μέχρι τον δεύτερο μήνα και αυξήθηκε εκ νέου στον τέταρτο μήνα. Η ωχρότητα των μη επεξεργασμένων μολυσμένων δειγμάτων αυξήθηκε. Τα υποβληθέντα σε αγωγή δείγματα με το μυκητοκτόνο προπικοναζόλη έδειξαν καλή αντίσταση ενάντια στη φθορά. Για την ανάλυση FTIR, η θεραπεία με προπικοναζόλη στις συγκεντρώσεις που χρησιμοποιήθηκαν και μολύνθηκε με Aspergillus flavus επηρέασε αρνητικά την περιεκτικότητα σε ημικυτταρίνη και τον ενισχυμένο αποπολυμερισμό και οξείδωση της κυτταρίνης. Ωστόσο, προστάτευσε την λιγνίνη από τη μυκητιακή φθορά. Για τα μολυσμένα με μυκητοκτόνα δείγματα, ο δείκτης κρυσταλλικότητας αυξήθηκε σε σύγκριση με το δείγμα ελέγχου. Η αύξηση του δείκτη κρυσταλλικότητας μειώθηκε με την αύξηση του χρόνου επώασης. Κεφάλαιο έξι: Αποτελέσματα και σχολιασμός του μυκητοκτόνου σωληνοζόλη. Για τη μέτρηση των χρωμάτων, το δεύτερο (0,50%) μυκητοκτόνο σωληνικόλης έδωσε καλύτερα αποτελέσματα από την πρώτη συγκέντρωση (0,25%) για τους δείκτες λευκότητας και ωχρότητας. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από το FTIR έδειξαν ότι χρειάστηκαν αυξημένες συγκεντρώσεις τεβουκοναζόλης για να επιτευχθεί αποδεκτή προστασία έναντι του Aspergillus niger λόγω της οξείδωσης αυτού του μυκητοκτόνου, ειδικά σε χαμηλές συγκεντρώσεις μυκητοκτόνου. Ο δείκτης κρυσταλλικότητας, μετρούμενος με όλες τις χρησιμοποιούμενες συγκεντρώσεις μειώθηκε με την αύξηση του χρόνου επώασης. Κεφάλαιο Eπτά: Συμπεράσματα. Οι μύκητες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη φθορά του αρχαιολογικού ξύλου στην Αίγυπτο, ειδικά σε ορισμένα περιβάλλοντα. Οι Asperigllus niger, Aspergillus flavus και Penicillium chrysogenum ήταν οι μύκητες που εντοπίστηκαν σε διαφορετικές τοποθεσίες στο ιστορικό Κάιρο της Αιγύπτου. Οι τεχνικές έρευνας που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη έδωσαν ισχυρές ενδείξεις σχετικά με την αποτελεσματικότητα των μυκητοκτόνων που χρησιμοποιούνται για την προστασία του ξύλου από τη φθορά των μυκήτων. Πολλά μυκητοκτόνα χρησιμοποιούνται για τη συντήρηση του ξύλου κατά της φθοράς των μυκήτων, αλλά στη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν χιτοζάνη, προπικοναζόλη και τεβουκοναζόλη σε περιορισμένες συγκεντρώσεις. Η χιτοζάνη χρησιμοποιήθηκε σε 0,25%, 0,50% και 0,75%. Η προπικοναζόλη και η τεβουκοναζόλη χρησιμοποιήθηκαν σε 0,25% και 0,50%. Αυτές οι περιορισμένες συγκεντρώσεις έδωσαν καλή αντίσταση στην επιδείνωση των μυκήτων. Τα καλύτερα αποτελέσματα ελήφθησαν με χιτοζάνη, ακολουθούμενη από τεβουκοναζόλη και προπικοναζόλη.