Bài báo trình bày cấu tạo giải phẫu, tính chất cơ lý và thành phần hóa học của cây gỗ Dầu mít, Sồi phảng – các loài gỗ nhiệt đới thông dụng của rừng trồng Việt Nam. Cả hai loại gỗ đều có các loại tế bào gỗ đặc trưng cho gỗ nhiệt đới, mạch gỗ đơn độc phân tán, hoặc sắp xếp phân tán tụ hợp. Mời các bạn tham khảo!
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CẤU TẠO GIẢI PHẪU, TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ THÀNH PHẦN HĨA HỌC CƠ BẢN CỦA GỖ DẦU MÍT VÀ GỖ SỒI PHẢNG Nguyễn Thị Minh Phương1*, Nguyễn Thị Trịnh 2, Nguyễn Tử Kim2 TÓM TẮT Những hiểu biết cấu trúc giải phẫu lồi gỗ, tính chất lý thành phần hóa học sở khoa học cho nghiên cứu tiến hóa, thích nghi thực vật nói chung nghiên cứu chế biến, sử dụng chúng cách hiệu Bài báo trình bày cấu tạo giải phẫu, tính chất lý thành phần hóa học gỗ Dầu mít, Sồi phảng – lồi gỗ nhiệt đới thông dụng rừng trồng Việt Nam Cả hai loại gỗ có loại tế bào gỗ đặc trưng cho gỗ nhiệt đới, mạch gỗ đơn độc phân tán, xếp phân tán tụ hợp Tia gỗ chứa tinh thể silic Cả hai loại gỗ có tính chất học tốt Độ bền uốn tĩnh gỗ Dầu mít Sồi phảng 119,65 134,65 MPa Tỷ trọng gỗ 0,82 g/cm3, có khả chịu lực tốt, xếp nhóm II theo TCVN 1072-71 Độ dài sợi trung bình hai loại gỗ 1000 µm, độ thon thấp từ 72-77 Thành phần polysaccharide cao 60% chứng tỏ nguồn nguyên liệu thích hợp cho sản xuất nhiên liệu sinh học Hàm lượng lignin trung bình từ 22-33%, hàm lượng tro thấp, độ pH axit nhẹ nên thích hợp cho chế biến hóa học Từ khóa: Dầu mít, Dipterocarpus costatus Gaert f, Sồi phảng, Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A Camus MỞ ĐẦU** Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu, xác định tính chất vật lý, học thành phần hoá học gỗ nhiệm vụ quan trọng khoa học gỗ nói riêng nghiên cứu đánh giá giá trị tài nguyên rừng nói chung Các tính chất vật lý, học hố học gỗ thơng tin khoa học để tìm hiểu chất gỗ, cho chế biến, bảo quản sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên gỗ rừng trồng Ngoài ra, thơng tin tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, tuyển chọn giống sở khai thác, chế biến sử dụng rừng hợp lý nói chung Trong bối cảnh nguồn nguyên liệu hóa thạch cạn kiệt dần, nguồn nguyên liệu tái tạo sinh khối rừng xem nguồn nguyên liệu “xanh” có xu hướng ngày ưa chuộng sử dụng tiến tới thay hoàn toàn cho nguyên liệu hóa thạch Nước ta có diện tích rừng trữ lượng gỗ tương đối lớn Theo Quyết định “Về việc cơng bố trạng rừng tồn quốc năm 2019” ngày 19/03/2019 Bộ trưởng Bộ NN&PTNT, đến 31/12/2018 nước có 14.491.295 rừng, rừng tự nhiên 10.255.525 ha, rừng trồng 4.235.770 [1] Diện tích rừng quy hoạch cho sản xuất 6.199.294 ha, có 4.170.374 rừng tự nhiên 2.028.920 rừng trồng, sử dụng với mục đích khác [1] Tuy nhiên thiếu thông tin cấu tạo giải phẫu, tính chất lý thành phần hóa học loại gỗ nhiệt đới rừng trồng Việt Nam hạn chế khả chế biến, ứng dụng gỗ, làm giảm giá trị kinh tế ảnh hưởng đến định hướng rừng trồng tương lai [2, 3] Trong công bố trước nguyên liệu gỗ rừng nhiệt đới Việt Nam, chưa có cơng bố trình bày cấu tạo giải phẫu, tính chất lý thành phần hóa học gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng [2] Chính vậy, nghiên cứu cấu tạo giải phẫu, thành phần hóa học loại gỗ nhiệt đới rừng trồng Việt Nam gỗ Dầu mít, Sồi phảng cung cấp thơng tin làm sở liệu khoa học lớn tất lồi gỗ Việt Nam, giúp ích cho việc phân loại, nâng cao giá trị sử dụng gỗ nhiệt đới tốt bổ sung kiến thức tiến hóa, thích nghi thực vật gỗ ngày PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp chọn mẫu gỗ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Email: phuong.nguyenthiminh@hust.edu.vn 100 Việc chọn cây, lấy mẫu thử gỗ Dầu mít, Sồi phảng tiến hành theo TCVN 8043: 2009: G: Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 12/2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ chọn lấy mẫu cây, mẫu khúc gỗ để xác định tiêu lý” Gỗ Dầu mít có tuổi lấy gỗ 22, lấy Lâm Đồng Cây Sồi phảng có tuổi gỗ 23, mẫu lấy Kon Tum 2.2 Phương pháp nghiên cứu cấu tạo giải phẫu gỗ Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu gỗ tiến hành theo phương pháp nghiên cứu cấu tạo giải phẫu tế bào thực vật Katherine Esau [4] 2.3 Phương pháp xác định tính chất cơ-lý Xác định tính chất vật lý mẫu tiến hành theo TCVN 8046: 2009 Gỗ: xác định độ hút ẩm; TCVN 8048-1: 2009 Gỗ: Phương pháp thử lý Phần 1, 2, 13, 14, 15, 16 Xác định tính chất học gỗ theo TCVN 8047: 2009 Gỗ: Phương pháp thử lý – Phần 3, 4, 5, 6, 9, 10 2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học gỗ Thành phần hóa học gỗ phân tích theo tiêu chuẩn hóa nguyên liệu thực vật: hàm lượng chất khô: Tappi T207 cm-99; độ tro: Tappi T211 om-93; hàm lượng cellulose: phương pháp KurshnerHoff; hàm lượng pentosans: Tappi T 223 cm-84; chất trích ly nước nóng nước lạnh: Tappi T207 cm-99; chất trích ly cồn tuyệt đối: Tappi T204 cm-97; chất tan NaOH 1%: Tappi 212 om-98 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Cấu tạo giải phẫu gỗ Dầu mít Mặt cắt ngang (x20) Gỗ Dầu mít cịn có tên Việt Nam khác Dầu cát Tên khoa học: Dipterocarpus costatus Gaert f Họ thực vật: Dầu (Dipterocarpaceae) Cây Dầu mít có gỗ dác gỗ lõi phân biệt màu sắc, gỗ dác màu xám hồng, gỗ lõi màu nâu hồng Gỗ Dầu mít trạng thái tươi hay khơ có mùi nhựa dầu đặc trưng Chiều hướng thớ gỗ thẳng, nên dễ gia công chế biến gỗ Gỗ Dầu mít có vịng sinh trưởng không rõ Trên mặt cắt ngang quan sát thấy mạch gỗ có hình trịn hình bầu dục, mm2 thường gặp 10 mạch (Hình 1) Mạch gỗ Dầu mít xếp đơn độc phân tán, gặp mạch kép ngắn, mạch gỗ có chứa chất nhựa dầu có mùi đặc trưng, có màu khơng màu Đường kính mạch gỗ trung bình 156 µm (dao động từ 126-178 µm) Trong mạch thường nút dạng màng mỏng Tế bào mơ mềm gỗ dễ thấy, xếp vừa phân tán tụ hợp phát triển thành dải hẹp gián đoạn (Hình 1) Ống dẫn nhựa phân tán có liên kết với mô mềm tạo thành dải ngắn tiếp tuyến Vách gỗ Dầu mít có thủng lỗ đơn, lỗ vách mạch trung bình nhỏ, xếp theo kiểu trung gian rời rạc đến chéo xiên xa cách Tia gỗ Dầu mít dị hình hỗn hợp với tận dài (ít ngắn) Có độ rộng khác nhau, loại tia lớn từ 4-6 dãy tế bào (cá biệt có trường hợp 7) Loại tia gỗ nhỏ có 1-2 dãy tế bào Trên mm2 thường gặp tia Tia gỗ cao 685 µm (dao động từ 568-793 µm), rộng 63 µm (44-78 µm) (Hình 1) Lỗ mạch gỗ tia gỗ lớn lỗ vách mạch Trong tia gỗ có chứa nhiều tinh thể silic nhỏ chất hữu màu nâu đỏ Mặt cắt tiếp tuyến (x50) Mặt cắt xuyên tâm (x50) Hình Cấu tạo hiển vi gỗ Dầu mít sinh trưởng khơng rõ ràng, thường rộng 2-5 mm Mặt 3.2 Cấu tạo giải phẫu gỗ Sồi phảng gỗ trung bình, chiều hướng thớ gỗ thẳng Gỗ Sồi phảng có tên Việt Nam khác Dẻ chẻ, Cà dổi đấu nẻ Tên khoa học: Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A Camus Họ thực vật: Dẻ (Fagaceae) Gỗ Sồi phảng có màu xám trắng, vịng Mạch gỗ Sồi phảng có hình trịn bầu dục tập hợp thành cụm dây xuyên tâm lệch tâm Trên mm2 thường gặp mạch Đường kính mạch có loại phân biệt kích thước, loại nhỏ N«ng nghiƯp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 101 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 100 m (56-100 µm), loại lớn thường 200 m (187-265 µm) Trong mạch thường nút dạng màng mỏng Bản thủng lỗ đơn Lỗ vách mạch từ nhỏ tới trung bình (Hình 2) Dưới kính lúp (x20) thấy tế bào mô mềm gỗ Sồi phảng xếp phân tán tụ hợp thành dải hẹp, ngắn lượn sóng, vây quanh mạch gỗ khơng đặn (Hình 2) Mặt cắt ngang (x20) Tia gỗ Sồi phảng có loại kích thước rộng hẹp phân biệt Loại tia lớn rộng đường kính mạch gồm nhiều dãy tế bào tia dị hình Loại tia nhỏ hẹp thường có dãy tế bào tia đồng hình Thường gặp 6-7 tia 1mm2 Lỗ mạch tia lớn lỗ vách mạch Thường gặp nhiều tia gỗ liên hợp, có tinh thể silic nhỏ tia gỗ (Hình 2) Mặt cắt tiếp tuyến (x50) Mặt cắt xuyên tâm (x50) Hình Cấu tạo hiển vi gỗ Sồi phảng g/cm3 thuộc nhóm gỗ nặng trung bình Gỗ Sồi 3.3 Tính chất vật lý học phảng có độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn Cả hai loại gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng có tính tĩnh gấp 1,1 1,4 lần tương ứng so với gỗ Dầu mít chất học từ trung bình đến cao nên chứng tỏ mức độ chịu lực tốt (Bảng 1) dùng nhiều mục đích khác tuỳ theo yêu cầu chịu lực Chúng có khối lượng riêng 0,82 Bảng Tính chất lý học gỗ Dầu mít, Sồi phảng STT Tính chất A Vật lý Gỗ Dầu mít Gỗ Sồi phảng g/cm3 0,82 0,82 Khối lượng riêng (ở độ ẩm 12%) Điểm bão hòa % 28,10 28,60 Hệ số co rút thể tích % 1,48 2,03 B Cơ học Độ bền nén dọc thớ MPa 58,30 68,20 Độ bền kéo dọc thớ MPa 78,60 130,20 Độ bền uốn tĩnh MPa 119,65 134,65 101,25 105,35 Ứng suất uốn va đập kJ/m Độ bền trượt dọc thớ MPa 18,85 16,10 Sức chống tách N/mm 17,30 16,65 Mô đun đàn hồi uốn tĩnh GPa 8,65 12,20 Nhìn chung, hai loại gỗ có độ bền học cao (Bảng 1) nên sử dụng làm vật liệu chịu lực xây dựng Ngoài ra, nguồn nguyên liệu thích hợp cho chế tạo vật liệu composite biến tính thành vật liệu siêu nặng ứng dụng làm cầu, ván phẳng qua đầm lầy sông suối… 102 Đơn vị 3.4 Tính chất sợi gỗ Kết phân tích cho thấy, hai loại sợi gỗ gỗ Dầu mít, Sồi phảng có chiều dài trung bình 1435 1388 µm, rộng 20 18 µm tương ứng, độ thon (tỷ lệ dài/rộng) thấp 72-77, thấp so với nguyên liệu phi gỗ rm r, thõn cõy ngụ hay Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ cỏ Voi lai (Bảng 2) Chính vậy, ngun liệu gỗ Dầu mít, Sồi phảng khơng q thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy giấy Bảng Kích thước sợi gỗ Dầu mít Sồi phảng Chiều Chiều Độ thon TT Thân dài rộng (dài/rộng) (μm) (μm) Gỗ Dầu mít 1435 20 72 Gỗ Sồi phảng 1388 18 77 Lúa Khang Dân 932 133 [5,6] Cỏ Voi lai VA06 1631 11,3 144 [7] Thân ngô LVN61 1125 11,8 95 [8] 3.5 Thành phần hóa học Nghiên cứu thành phần hóa học gỗ Dầu mít, Sồi phảng cho thấy có tương đương hàm lượng cellulose, chiếm khoảng 43-44% Hàm lượng pentosane gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng 18,26 23,51%, có khác biệt tương đối lớn B 3) Tổng hàm lượng polysaccharide (cellulose pentosane) 62,17 67,15% cho thấy nguyên liệu tiềm cho chế biến sâu mặt hóa học để thu nhận loại đường monosaccharide cho sản xuất nhiên liệu sinh học Bảng Thành phần hóa học gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng Các thành phần hóa học Gỗ Dầu Gỗ Sồi TT mít phảng (%) Cellulose 43,91 43,64 Lignin 32,70 27,02 Pentosane Các chất tan cồn 18,26 4,28 23,51 5,27 Các chất tan NaOH 1% 19,90 20,03 Các chất tan nước nóng 4,55 6,65 Các chất tan nước lạnh 3,30 5,78 Hàm lượng tro 0,62 0,51 Độ pH 6,90 6,37 Hàm lượng chất tan NaOH 1% hai loại gỗ xấp xỉ 20% (Bảng 3) chứng tỏ loại gỗ tương đối bền tự nhiên Chúng bị phân hủy sinh học tự nhiên với tốc độ chậm nhiều so với rơm rạ, thân ngô hay cỏ Voi lai [5, 7, 8] Sự phân hủy sinh học chậm ngồi tự nhiên Dầu mít gỗ Sồi phảng, chứng tỏ loại gỗ bảo quản lâu điều kiện tự nhiên Nhóm chất trích ly cồn tuyệt đối, tan nước hai loại gỗ Dầu mít, Sồi phảng dao động khoảng 4-5%, thấp so với gỗ keo, bạch đàn, hai loại gỗ gỗ có tỷ trọng lớn nên có lỗ trống gỗ Hệ thống lỗ rỗng gỗ hệ dẫn truyền hóa chất xử lý biến tính gỗ nên hệ thống lỗ rỗng phân tán khó khăn cho q trình biến tính hai loại gỗ hóa chất Độ pH axit nhẹ hai loại gỗ 6,90 6,37 không làm biến đổi nhiều dung mơi sử dụng q trình biến tính hóa học gỗ, tạo điều kiện thuận lợi trình gia cơng chế biến, bảo quản ngun liệu Độ tro hai loại gỗ thấp 1%, không gây cặn bám vào thành thiết bị phản ứng nên tạo điều kiện dễ dàng cho chế biến hóa học KẾT LUẬN Lần xác định cấu tạo giải phẫu gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng, hai loại gỗ có đặc điểm cấu tạo tế bào đặc trưng cho gỗ nhiệt đới: vách tế bào gỗ có thủng lỗ đơn, mạch gỗ đơn độc, xếp phân tán, tia gỗ có chứa tinh thể silic (gỗ Sồi phảng), tế bào mô mềm xếp phân tán tụ hợp Mạch gỗ Dầu mít thường có chất chứa nhựa dầu kết đọng có màu trắng, mang mùi dầu đặc trưng Đã xác định tính chất vật lý học hai loại gỗ Dầu mít Sồi phảng Cả hai loại gỗ có tỷ trọng 0,82 g/cm3, thuộc nhóm gỗ nặng trung bình, tính chất lý cao, làm gỗ chịu lực trực tiếp, chế tạo loại ván ghép khối chịu lực Cả hai loại gỗ thuộc nhóm II theo TCVN1072-71 Cả hai loại gỗ Dầu mít Sồi phảng có chiều dài sợi gỗ trung bình, chiều rộng sợi gỗ lớn, độ thon thấp dao động từ 72-77, nên hai loại ngun liệu gỗ khơng thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất giấy bột giấy Cả hai loại gỗ có hàm lượng polysaccharide cao, 60% nguồn nguyên liệu cho ứng dụng nhiều lĩnh vực khác đặc biệt nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học, làm vật liệu biocomposite dễ phân hủy sinh học Hàm lượng chất dễ phân hủy sinh học điều kiện tự nhiên gỗ Dầu mít, Sồi phảng khơng lớn, đạt khoảng 20%, nên cần bảo quản gỗ Dầu mít, Sồi phảng cách để giữ chất lượng tốt sử dụng thời gian dài N«ng nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 103 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Gỗ Dầu mít, Sồi phảng có hàm lượng tro thấp 1%, dịch chiết pH trung tính nên hai loại gỗ dễ dàng chế biến hóa học thành vật liệu biocomposite theo yêu cầu khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang web Tổng cục Lâm nghiệp Việt Nam, http://tongcuclamnghiep.gov.vn/LamNghiep/Index /quyet-dinh-so-911qd-bnn-tcln-ngay-19032019-cua-bonong-nghiep-va-phat-trien-nong-thon-cong-bo-hientrang-rung-toan-quoc-nam-2018-3959 Nguyễn Tử Kim (2015) Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ NN&PTNT: “Nghiên cứu cấu tạo, tính chất vật lý, học thành phần hóa học số lồi gỗ tre thông dụng Việt Nam làm sở cho chế biến, bảo quản sử dụng” Giai đoạn II: 20112015, (2015), 128 Md Rezaur Rahman (2018) Wood Polymer Nanocomposites: Chemical Modifications, Properties and Sustainable Applications Springer International Publishing AG, 314 p Ray f Evert (2006) Esau’s plant anatomy Meristems, Cells, and Tissues of the Plant Body: Their Structure, Function, and Development, John Wiley & Sons, New Jersey, 607 p Nguyễn Thị Minh Phương, Lê Quang Diễn, Doãn Thái Hòa, Nguyễn Tử Kim, Nguyễn Thị Trịnh (2013) Thành phần hóa học tính chất lý học rơm rạ số giống lúa sử dụng cho sản xuất etanol sinh học Tạp chí Hóa học, (ABC): 877881 Le Quang Dien, Doan Thai Hoa, Nguyen Thi Minh Nguyet, Nguyen Thi Minh Phuong (2011) Rice straw and corn stalk in Northern Vietnam as potential lignocellulosic source for production of bioethanol and value-added products, Proceeding of 8th Biomass-Asia Workshop, Hanoi-Vietnam, Pp 82 Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2009) Cấu tạo giải phẫu thành phần hóa học thân cỏ Voi lai –Varisme số (VA06) Tạp chí NN&PTNT, số 6, tr.100-104 Lê Quang Diễn, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Nguyễn Thị Loan, Vũ Văn Vĩnh (2013) Cấu tạo tính chất tạo giấy thân ngơ Tạp chí Hóa học, T.51, số 2C, tr 920-925 RESEARCH ON ANATOMICAL STRUCTURE, MECHANICAL PROPERTIES AND BASIC CHEMICAL COMPOSITION OF WOOD SPECIES: Dipterocarpus costatus Gaert F AND Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A Camus Nguyen Thi Minh Phuong1, Nguyen Thi Trinh2, Nguyen Tu Kim2 Hanoi University of Science and Technology Vietnamese Academy of Forest Science Summary An understanding of the anatomical structure of wood species, mechanical properties and chemical composition is the scientific basis for studying the evolution and adaptation of plants This knowledge is also the basis for processing research, using them most effectively This paper presents the research results of the macro- and microscopic structure of Dipterocarpus costatus Gaert F and Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A Camus plants They are common tropical timber species of Vietnam forests Both types of wood have wood-specific ligatures for tropical wood Vessels were exclusively solitany or in band Wood rays contain silica crystals Both types of wood have good mechanical properties The ultimate strength of Dipterocarpus and Lithocarpus wood in static bending is 119.65 and 134.65 MPa, respectively They have a density of 0.82 g/cm3, good bearing capacity, group II according TCVN 1072-71 The average length of fibers of both species is over 1000 µm, the slenderness is low from 72 ÷ 77 The high polysaccharide content of more than 60% proves to be a suitable source of biofuel Average lignin content of 22 ÷ 33%, low ash content, pH is app They are suitable for chemical processing Keywords: Dipterocarpus costatus Gaert F, Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A Camus, macro, microscopic structure Người phản biện: PGS.TS Vũ Huy Đại Ngày nhận bài: 13/3/2020 Ngày thông qua phản biện: 13/4/2020 Ngày duyệt đăng: 20/4/2020 104 Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 ... biến sâu mặt hóa học để thu nhận loại đường monosaccharide cho sản xuất nhiên liệu sinh học Bảng Thành phần hóa học gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng Các thành phần hóa học Gỗ Dầu Gỗ Sồi TT mít phảng (%)... [8] 3.5 Thành phần hóa học Nghiên cứu thành phần hóa học gỗ Dầu mít, Sồi phảng cho thấy có tương đương hàm lượng cellulose, chiếm khoảng 43-44% Hàm lượng pentosane gỗ Dầu mít gỗ Sồi phảng 18,26... lực tốt (Bảng 1) dùng nhiều mục đích khác tuỳ theo yêu cầu chịu lực Chúng có khối lượng riêng 0,82 Bảng Tính chất lý học gỗ Dầu mít, Sồi phảng STT Tính chất A Vật lý Gỗ Dầu mít Gỗ Sồi phảng g/cm3