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!
Trang 1NGHIÊN CỨU CẤU TẠO GIẢI PHẪU, TÍNH CHẤT CƠ LÝ
VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA GỖ DẦU MÍT
VÀ GỖ SỒI PHẢNG
Nguyễn Thị Minh Phương1*, Nguyễn Thị Trịnh2, Nguyễn Tử Kim2
TÓM TẮT
Những hiểu biết về cấu trúc giải phẫu các loài gỗ, tính chất cơ lý và thành phần hóa học là cơ sở khoa học cho nghiên cứu sự tiến hóa, thích nghi của thực vật nói chung và nghiên cứu chế biến, sử dụng chúng một cách hiệu quả nhất 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 Tia gỗ chứa tinh thể silic Cả hai loại gỗ đều có tính chất cơ học tốt Độ bền uốn tĩnh của gỗ Dầu mít và Sồi phảng lần lượt là 119,65 và 134,65 MPa Tỷ trọng gỗ là 0,82 g/cm3
, có khả năng chịu lực tốt, xếp nhóm II theo TCVN 1072-71 Độ dài sợi trung bình của cả hai loại gỗ trên 1000 µm, độ thon thấp từ 72-77 Thành phần polysaccharide khá cao trên 60% chứng tỏ đây là 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 cũng thích hợp cho chế biến hóa học
Từ khóa: Dầu mít, Dipterocarpus costatus Gaert f, Sồi phảng, Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A
Camus
1 MỞ ĐẦU**
Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu, xác định tính chất
vật lý, cơ học và thành phần hoá học gỗ là nhiệm vụ
quan trọng trong khoa học gỗ nói riêng và trong
nghiên cứu đánh giá giá trị tài nguyên rừng nói
chung Các tính chất vật lý, cơ học và hoá học gỗ là
thông tin khoa học cơ bản để tìm hiểu về bản chất
của gỗ, là căn cứ cho chế biến, bảo quản và sử dụng
hợp lý nguồn tài nguyên gỗ rừng trồng Ngoài ra,
những thông tin này cũng là những tiêu chí để đánh
giá chất lượng rừng, tuyển chọn giống cây và là cơ 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 như sinh khối
rừng được xem là nguồn nguyên liệu “xanh” và có xu
hướng ngày càng được ưa chuộng sử dụng và tiến tới
thay thế hoàn toàn cho nguyên liệu hóa thạch
Nước ta có diện tích rừng và trữ lượng gỗ tương
đối lớn Theo Quyết định “Về việc công bố hiện trạng
rừng toàn quốc năm 2019” ngày 19/03/2019 của Bộ
trưởng Bộ NN&PTNT, đến 31/12/2018 cả nước có
14.491.295 ha rừng, trong đó rừng tự nhiên là
1
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2
Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
Email: phuong.nguyenthiminh@hust.edu.vn
10.255.525 ha, rừng trồng là 4.235.770 ha [1] Diện tích rừng quy hoạch cho sản xuất là 6.199.294 ha, trong đó có 4.170.374 ha rừng tự nhiên và 2.028.920 rừng trồng, được sử dụng với các mục đích khác nhau [1] Tuy nhiên sự thiếu thông tin về cấu tạo giải phẫu, các tính chất cơ lý và thành phần hóa học của các loại gỗ nhiệt đới rừng trồng Việt Nam đã hạn chế khả năng chế biến, ứng dụng gỗ, làm giảm giá trị kinh tế và ảnh hưởng đến định hướng rừng trồng trong tương lai [2, 3]
Trong các công bố trước đây về nguyên liệu gỗ rừng nhiệt đới Việt Nam, chưa có công bố nào trình bày cấu tạo giải phẫu, tính chất cơ lý và thành phần hóa học của gỗ Dầu mít và gỗ Sồi phảng [2] Chính
vì vậy, nghiên cứu cấu tạo giải phẫu, thành phần hóa học của các loại gỗ nhiệt đới của rừng trồng Việt Nam như gỗ Dầu mít, Sồi phảng sẽ cung cấp thông tin làm cơ sở dữ liệu khoa học lớn về tất cả các loài
gỗ Việt Nam, giúp ích cho việc phân loại, nâng cao giá trị sử dụng gỗ nhiệt đới tốt hơn và bổ sung các kiến thức về sự tiến hóa, thích nghi của thực vật gỗ cho đến ngày nay
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp chọn mẫu gỗ Việc chọn cây, lấy mẫu thử gỗ Dầu mít, Sồi phảng được tiến hành theo TCVN 8043: 2009: “Gỗ:
Trang 2chọn và lấy mẫu cây, mẫu khúc gỗ để xác định các
chỉ tiêu cơ lý” Gỗ Dầu mít có tuổi lấy gỗ 22, được lấy
tại Lâm Đồng Cây Sồi phảng có tuổi gỗ 23, mẫu lấy
tại Kon Tum
2.2 Phương pháp nghiên cứu cấu tạo giải phẫu
gỗ
Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu gỗ được tiến hành
theo phương pháp nghiên cứu cấu tạo giải phẫu tế
bào thực vật của Katherine Esau [4]
2.3 Phương pháp xác định tính chất cơ-lý
Xác định tính chất vật lý của mẫu được tiến hành
theo TCVN 8046: 2009 Gỗ: xác định độ hút ẩm;
TCVN 8048-1: 2009 Gỗ: Phương pháp thử cơ lý -
Phần 1, 2, 13, 14, 15, 16 Xác định tính chất cơ học
của gỗ theo TCVN 8047: 2009 Gỗ: Phương pháp thử
cơ lý – Phần 3, 4, 5, 6, 9, 10
2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học
của gỗ
Thành phần hóa học của gỗ được phân tích theo
các tiêu chuẩn hóa đối với nguyên liệu thực vật: hàm
lượng chất khô: Tappi T207 cm-99; độ tro: Tappi T211
om-93; hàm lượng cellulose: phương pháp
Kurshner-Hoff; hàm lượng pentosans: Tappi T 223 cm-84; các
chất trích ly bằng nước nóng và nước lạnh: Tappi
T207 cm-99; các chất trích ly bằng cồn tuyệt đối:
Tappi T204 cm-97; các chất tan trong NaOH 1%:
Tappi 212 om-98
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Cấu tạo giải phẫu của gỗ Dầu mít
Gỗ Dầu mít còn có tên Việt Nam khác là Dầu cát Tên khoa học: Dipterocarpus costatus Gaert f
Họ thực vật: Dầu (Dipterocarpaceae) Cây Dầu mít
có gỗ dác và gỗ lõi phân biệt về màu sắc, gỗ dác màu xám hồng, gỗ lõi màu nâu hồng Gỗ Dầu mít ở trạng thái tươi hay khô đều có mùi nhựa dầu đặc trưng Chiều hướng thớ gỗ thẳng, nên dễ gia công chế biến
gỗ Gỗ Dầu mít có vòng sinh trưởng không rõ Trên mặt cắt ngang quan sát thấy mạch gỗ có hình tròn hoặc hình bầu dục, trên 1 mm2 thường gặp 10 mạch (Hình 1) Mạch gỗ Dầu mít sắp xếp đơn độc phân tán, ít khi gặp mạch kép ngắn, và trong mạch gỗ có chứa chất nhựa dầu có mùi đặc trưng, có thể có màu hoặc không màu Đường kính mạch gỗ trung bình là
156 µm (dao động từ 126-178 µm) Trong mạch thường có thể nút dạng màng mỏng Tế bào mô mềm của gỗ dễ thấy, sắp xếp vừa phân tán và tụ hợp và phát triển thành những dải hẹp gián đoạn (Hình 1) Ống dẫn nhựa phân tán hoặc có liên kết với mô mềm tạo thành những dải ngắn tiếp tuyến
Vách gỗ Dầu mít có bản thủng lỗ đơn, lỗ trên vách mạch trung bình hoặc nhỏ, xếp theo kiểu trung gian rời rạc đến chéo xiên xa cách Tia gỗ Dầu mít dị hình hỗn hợp với những tận cùng dài (ít khi ngắn)
Có 2 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 1 mm2 thường gặp 7 tia Tia gỗ cao 685
µm (dao động từ 568-793 µm), rộng 63 µm (44-78 µm) (Hình 1) Lỗ giữa mạch gỗ và tia gỗ lớn hơn lỗ trên vách mạch Trong tia gỗ có chứa nhiều tinh thể silic nhỏ và các chất hữu cơ màu nâu đỏ
Mặt cắt ngang (x20) Mặt cắt tiếp tuyến (x50) Mặt cắt xuyên tâm (x50)
Hình 1 Cấu tạo hiển vi của gỗ Dầu mít 3.2 Cấu tạo giải phẫu của gỗ Sồi phảng
Gỗ Sồi phảng có tên Việt Nam khác là 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, vòng
sinh trưởng không rõ ràng, thường rộng 2-5 mm Mặt
gỗ trung bình, chiều hướng thớ gỗ thẳng
Mạch gỗ Sồi phảng có hình tròn hoặc hơi bầu dục tập hợp thành những cụm dây xuyên tâm hoặc lệch tâm Trên 1 mm2 thường gặp 5 mạch Đường kính mạch có 2 loại phân biệt về kích thước, loại nhỏ
Trang 3dưới 100 m (56-100 µm), loại lớn thường trên 200
m (187-265 µm) Trong mạch thường có thể nút
dạng màng mỏng Bản thủng lỗ đơn Lỗ trên vách
mạch từ nhỏ tới trung bình (Hình 2)
Dưới kính lúp (x20) có thể thấy tế bào mô mềm
của gỗ Sồi phảng sắp xếp phân tán và tụ hợp thành
những dải hẹp, ngắn và lượn sóng, vây quanh mạch
gỗ không đều đặn (Hình 2)
Tia gỗ Sồi phảng có 2 loại kích thước rộng và hẹp phân biệt Loại tia lớn rộng hơn đường kính mạch gồm nhiều dãy tế bào và là những tia dị hình Loại tia nhỏ hẹp thường chỉ có 1 dãy tế bào và là những tia đồng hình Thường gặp 6-7 tia trên 1mm2
Lỗ giữa mạch và tia lớn hơn lỗ trên vách mạch Thường gặp nhiều tia gỗ liên hợp, có những tinh thể silic nhỏ trong tia gỗ (Hình 2)
Mặt cắt ngang (x20) Mặt cắt tiếp tuyến (x50) Mặt cắt xuyên tâm (x50)
Hình 2 Cấu tạo hiển vi của gỗ Sồi phảng 3.3 Tính chất vật lý và cơ học
Cả hai loại gỗ Dầu mít và gỗ Sồi phảng có tính
chất cơ học từ trung bình đến rất cao nên có thể
dùng trong nhiều mục đích khác nhau tuỳ theo yêu
cầu chịu lực Chúng đều có khối lượng riêng 0,82
g/cm3 thuộc nhóm gỗ nặng trung bình Gỗ Sồi phảng có độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh gấp 1,1 và 1,4 lần tương ứng so với gỗ Dầu mít chứng tỏ mức độ chịu lực tốt hơn (Bảng 1)
Bảng 1 Tính chất cơ lý học của gỗ Dầu mít, Sồi phảng
Nhìn chung, cả hai loại gỗ có độ bền cơ học khá
cao (Bảng 1) nên có thể sử dụng làm vật liệu chịu lực
trong xây dựng Ngoài ra, đây cũng là nguồn nguyên
liệu thích hợp cho chế tạo vật liệu composite hoặc
biến tính thành vật liệu siêu nặng ứng dụng làm cầu,
ván phẳng qua đầm lầy hoặc sông suối…
3.4 Tính chất sợi gỗ Kết quả phân tích cho thấy, cả hai loại sợi gỗ của cây gỗ Dầu mít, Sồi phảng đều có chiều dài trung bình 1435 và 1388 µm, rộng 20 và 18 µm tương ứng,
độ thon (tỷ lệ dài/rộng) khá thấp 72-77, thấp hơn so với nguyên liệu phi gỗ như rơm rạ, thân cây ngô hay
Trang 4cỏ Voi lai (Bảng 2) Chính vì vậy, nguyên liệu gỗ Dầu
mít, Sồi phảng không quá thích hợp làm nguyên liệu
cho sản xuất bột giấy và giấy
Bảng 2 Kích thước sợi gỗ Dầu mít và Sồi phảng
Chiều dài (μm)
Chiều rộng (μm)
Độ thon (dài/rộng)
4 Cỏ Voi lai VA06 1631 11,3 144 [7]
3.5 Thành phần hóa học cơ bản
Nghiên cứu thành phần hóa học cơ bản của gỗ
Dầu mít, Sồi phảng cho thấy có sự tương đương về
hàm lượng cellulose, chiếm khoảng 43-44% Hàm
lượng pentosane của gỗ Dầu mít và gỗ Sồi phảng lần
lượt là 18,26 và 23,51%, có sự khác biệt tương đối lớn
B 3) Tổng hàm lượng polysaccharide (cellulose và
pentosane) lần lượt là 62,17 và 67,15% cho thấy đây là
nguyên liệu tiềm năng cho chế biến sâu về mặt hóa
học để thu nhận các loại đường monosaccharide cho
sản xuất nhiên liệu sinh học
Bảng 3 Thành phần hóa học cơ bản của gỗ Dầu mít
và gỗ Sồi phảng
TT Các thành phần hóa học cơ
bản (%)
Gỗ Dầu mít
Gỗ Sồi phảng
5 Các chất tan trong NaOH 1% 19,90 20,03
6 Các chất tan trong nước nóng 4,55 6,65
7 Các chất tan trong nước lạnh 3,30 5,78
Hàm lượng các chất tan trong NaOH 1% của cả
hai loại gỗ đều xấp xỉ 20% (Bảng 3) chứng tỏ đây là
các loại gỗ tương đối bền trong tự nhiên Chúng bị
phân hủy sinh học trong tự nhiên với tốc độ chậm
hơn nhiều so với rơm rạ, thân cây ngô hay cỏ Voi lai
[5, 7, 8] Sự phân hủy sinh học chậm ngoài tự nhiên
Dầu mít và gỗ Sồi phảng, chứng tỏ các loại gỗ này có
thể bảo quản lâu hơn ở điều kiện tự nhiên
Nhóm các chất trích ly trong cồn tuyệt đối, tan
trong nước của cả hai loại gỗ Dầu mít, Sồi phảng dao
động trong khoảng 4-5%, đều thấp hơn so với gỗ keo, bạch đàn, do hai loại gỗ này đều là gỗ có tỷ trọng lớn hơn nên có ít các lỗ trống trong gỗ hơn Hệ thống lỗ rỗng trong gỗ cũng là hệ dẫn truyền các hóa chất khi
xử lý biến tính gỗ nên khi hệ thống lỗ rỗng ít và phân tán cũng là khó khăn cho quá trình biến tính hai loại
gỗ này bằng hóa chất
Độ pH axit nhẹ của cả hai loại gỗ 6,90 và 6,37 không làm biến đổi nhiều các dung môi được sử dụng trong quá trình biến tính hóa học gỗ, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình gia công chế biến, bảo quản nguyên liệu Độ tro của cả hai loại gỗ đều thấp dưới 1%, không gây cặn bám vào thành các thiết bị phản ứng nên cũng tạo điều kiện dễ dàng cho chế biến hóa học
4 KẾT LUẬN Lần đầu tiên đã xác định được cấu tạo giải phẫu của gỗ Dầu mít và gỗ Sồi phảng, cả hai loại gỗ đều có những đặc điểm cấu tạo tế bào đặc trưng cho gỗ nhiệt đới: vách tế bào gỗ có bản thủng lỗ đơn, mạch
gỗ đơn độc, sắp xếp phân tán, tia gỗ có chứa tinh thể silic (gỗ Sồi phảng), tế bào mô mềm sắp xếp phân tán và tụ hợp Mạch gỗ Dầu mít thường có chất chứa
do nhựa dầu kết đọng có màu hoặc trắng, mang mùi dầu đặc trưng
Đã xác định được các tính chất vật lý và cơ học của hai loại gỗ Dầu mít và Sồi phảng Cả hai loại gỗ đều có tỷ trọng 0,82 g/cm3, thuộc nhóm gỗ nặng trung bình, các tính chất cơ lý khá cao, có thể làm gỗ chịu lực trực tiếp, hoặc chế tạo các loại ván ghép khối chịu lực Cả hai loại gỗ này đều thuộc nhóm II theo TCVN1072-71
Cả hai loại gỗ Dầu mít và Sồi phảng đều có chiều dài sợi gỗ trung bình, chiều rộng sợi gỗ khá lớn, độ thon thấp dao động từ 72-77, nên cả hai loại nguyên liệu gỗ này đều không thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất giấy và bột giấy
Cả hai loại gỗ trên đều có hàm lượng polysaccharide khá cao, trên 60% đây là nguồn nguyên liệu cho ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt là nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học, hoặc làm vật liệu biocomposite dễ phân hủy sinh học
Hàm lượng các chất dễ phân hủy sinh học ở điều kiện tự nhiên của gỗ Dầu mít, Sồi phảng không quá lớn, đạt khoảng 20%, nên cần bảo quản gỗ Dầu mít, Sồi phảng đúng cách để giữ được chất lượng tốt khi
sử dụng trong thời gian dài
Trang 5Gỗ Dầu mít, Sồi phảng đều có hàm lượng tro
thấp dưới 1%, dịch chiết pH trung tính nên cả hai loại
gỗ đều có thể dễ dàng chế biến hóa học thành các
vật liệu biocomposite theo yêu cầu khác nhau
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Trang web Tổng cục Lâm nghiệp Việt Nam,
http://tongcuclamnghiep.gov.vn/LamNghiep/Index
/quyet-dinh-so-911qd-bnn-tcln-ngay-19032019-cua-bo-
nong-nghiep-va-phat-trien-nong-thon-cong-bo-hien-trang-rung-toan-quoc-nam-2018-3959
2 Nguyễn Tử Kim (2015) Báo cáo tổng kết đề
tài cấp Bộ NN&PTNT: “Nghiên cứu cấu tạo, tính
chất vật lý, cơ học và thành phần hóa học của một số
loài gỗ và tre thông dụng ở Việt Nam làm cơ sở cho
chế biến, bảo quản và sử dụng” Giai đoạn II:
2011-2015, (2015), 128
3 Md Rezaur Rahman (2018) Wood Polymer
Nanocomposites: Chemical Modifications, Properties
and Sustainable Applications Springer International
Publishing AG, 314 p
4 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
5 Nguyễn Thị Minh Phương, Lê Quang Diễn, Doãn Thái Hòa, Nguyễn Tử Kim, Nguyễn Thị Trịnh (2013) Thành phần hóa học cơ bản và tính chất lý học của rơm rạ một số giống lúa sử dụng cho sản xuất etanol sinh học Tạp chí Hóa học, 6 (ABC):
877-881
6 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
7 Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2009) Cấu tạo giải phẫu và thành phần hóa học cơ bản của thân cỏ Voi lai –Varisme số 6 (VA06) Tạp chí NN&PTNT, số 6, tr.100-104
8 Lê Quang Diễn, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Nguyễn Thị Loan, Vũ Văn Vĩnh (2013) Cấu tạo và tính chất tạo giấy của thân cây ngô 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 FAND
Lithocarpus fissus (Champ ex Benth.) A Camus
Nguyen Thi Minh Phuong1, Nguyen Thi Trinh2, Nguyen Tu Kim2
1Hanoi University of Science and Technology
2Vietnamese 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 6 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