Luận án Độ bền sinh học của gỗ sa mộc (cunninghamia lanceolata lamb. hook) xử lý bằng phương pháp nhiệt - Cơ

Bang bieu Error! No text of specified style in document..1 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THỊ TUYÊN ĐỘ BỀN SINH HỌC CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP NHIỆT - CƠ Ngành: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản Mã số: 9549001 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. Phạm Văn Chƣơng 2. TS. Vũ Kim Dung Hà Nội – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sỹ kỹ thuật: “Độ bền sinh học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt – cơ” mã số 9549001 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác dưới mọi hình thức. Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ luận án Tiến sĩ về lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày.tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Tuyên Xác nhận duyệt luận án của ngƣời hƣớng dẫn Ngƣời hƣớng dẫn 1 Ngƣời hƣớng dẫn 2 GS. TS. Phạm Văn Chƣơng TS. Vũ Kim Dung ii LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận án Tiến sĩ mang tên “Độ bền sinh học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt – cơ” mã số 62.540.301, Tôi xin đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS. Phạm Văn Chương, TS. Vũ Kim Dung đã tận tình hướng dẫn và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị khoa học và thực tiễn để tôi hoàn thành Luận án. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Viện Công nghiệp gỗ và Nội thất, Trung tâm Thí nghiệm và Phát triển công nghệ, Thư viện, các thầy cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp đã tận tâm giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Lâm nghiệp và các thầy cô trong khoa Lâm nghiệp trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ cho tôi trong thời gian tôi thực hiện Luận án. Tôi xin cảm ơn Viện nghiên cứu công nghiệp rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian tôi thực hiện Luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng, lòng biết ơn tới toàn thể người thân trong gia đình, đồng nghiệp đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần cho tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày..tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Tuyên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT..vi DANH MỤC CÁC BẢNG...vii DANH MỤC CÁC HÌNH......ix TRANG THÔNG TIN VỀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.xii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................. 3 1.1. Khái niệm xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt - cơ ................................................................ 3 1.2. Tổng quan về nghiên cứu xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt – cơ ..................................... 4 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước............................................................. 4 1.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ........................................................ 11 1.3. Nghiên cứu về ảnh hưởng của xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ .................. 15 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của xử lý nhiệt - cơ đến độ bền sinh học của gỗ ................................................................................................. 15 1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam về ảnh hưởng của xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt - cơ đến độ bền sinh học của gỗ ..................................................... 18 1.4. Kết luận rút ra từ tổng quan .................................................................................................... 19 1.4.1. Ưu nhược điểm của xử lý nhiệt - cơ ....................................................... 19 1.4.2. Các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của xử lý nhiệt-cơ đến độ bền sinh học của gỗ ................................................................................................. 20 1.4.3. Khoảng trị số (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) các công trình đã công bố ...................................................................................................................... 21 1.4.4. Định hướng nghiên cứu của luận án ....................................................... 21 1.4.5. Cách tiếp cận nghiên cứu ....................................................................... 22 1.4.6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 22 iv Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYỂT ........................................................................... 24 2.1. Lý thuyết về gỗ ........................................................................................................................ 24 2.1.1. Cấu trúc của gỗ ....................................................................................... 24 2.1.2. Thành phần hóa học của gỗ .................................................................... 26 2.2. Lý thuyết về xử lý nhiệt - cơ .................................................................................................. 33 2.2.1. Các chuyển hoá trong gỗ khi xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ ......... 33 2.2.2. Sự biến đổi thành phần hóa học và ảnh hưởng của nó đến tính chất gỗ xử lý nhiệt ........................................................................................................ 34 2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ ................................................................................................................... 36 2.3. Mốt số yếu tố ảnh hưởng của xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ .................... 38 2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền sinh học của gỗ ............................. 38 2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ suất nén đến độ bền sinh học của gỗ ....................... 40 2.4. Nấm hại gỗ ............................................................................................................................... 40 2.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm ............... 40 2.4.2. Phân loại nấm ......................................................................................... 42 2.4.3. Một số loại nấm hại gỗ ........................................................................... 43 2.4.4. Hệ enzym thủy phân của nấm ................................................................ 48 2.5. Tổng quan về mối .................................................................................................................... 49 2.5.1. Đặc tính sinh vật học của mối ................................................................ 49 Chƣơng 3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 52 3.1. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................................... 52 3.1.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ Sa mộc .................................................................................................................. 52 3.1.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Sa mộc ............................................................................................ 52 3.2. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................................................. 53 3.2.1. Chủng nấm.............................................................................................. 53 3.2.2. Mẫu gỗ .................................................................................................... 53 3.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................ 53 v 3.3.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm .................................................... 54 3.3.2. Các bước thực nghiệm ............................................................................ 55 3.3.3. Kiểm tra tính chất vật lý và cơ học của gỗ sau khi xử lý nhiệt – cơ ...... 59 3.3.4. Phương pháp xác định khả năng kháng nấm mục của gỗ sau khi xử lý nhiệt – cơ .......................................................................................................... 62 3.3.5. Phương pháp xác định khả năng kháng nấm biến màu trong điều kiện phòng thí nghiệm .............................................................................................. 68 3.3.6. Phương pháp xác định khả năng chống mối của gỗ Sa mộc sau khi được xử lý nhiệt – cơ ........................................................................................ 68 3.3.7. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu ................................................... 70 Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 71 4.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ Sa mộc ................. 71 4.1.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc ......................................................................................... 71 4.1.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng nấm mục nâu của gỗ Sa mộc ............................................................................................ 88 4.1.3. Ảnh hưởng của các thông số xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm biến màu của gỗ Sa mộc ................................................................................... 95 4.1.4. Thành phần hóa học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ .101 4.1.5. Thành phần hóa học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ sau khi thử nghiệm với nấm...104 4.1.6. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng mối của gỗ Sa mộc .................................................................................................. 109 4.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến một số tính chất vật lý của gỗ Sa mộc .... 111 4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ ẩm của gỗ Sa mộc ..... 112 4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khối lượng riêng của gỗ Sa mộc ................................................................................................................. 115 4.2.3. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng chống hút nước của gỗ Sa mộc ................................................................................................. 119 4.3. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến một số tính chất cơ học của gỗ Sa mộc .. 123 vi 4.3.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ bền nén dọc của gỗ Sa mộc ................................................................................................................ 123 4.3.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ bền uốn tĩnh của gỗ Sa mộc ................................................................................................................. 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 132 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ........................................... 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 136 PHỤ LỤC vii BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị ASTM American Society for Testing and Materials /Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ ASE Khả năng chống trương nở % BĐ Ban đầu C(%) Hàm lượng cellulose % ĐC Đối chứng H Tỷ 1ệ tổn hao khối lượng của mẫu theo công thức % m Khối lượng g MOR Độ bền uốn tĩnh MPa MC Độ ẩm % OHT Gỗ xử lý nhiệt bằng dầu (Oil-Heat treated Wood) PDA Potato Dextrose Agar SD Độ lệch chuẩn Tép Thời gian ép Phút/mm chiều dày Tg Nhiệt độ chuyển trạng thái o C TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Thí nghiệm WRE Khả năng chống hút nước  Khối lượng riêng g/cm3  Độ bền nén dọc thớ MPa viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thông số cấu tạo của gỗ Sa mộc [2] ........................................................... 9 Bảng 1.2. Một số tính chất vật lý, cơ học, hóa học của gỗ Sa mộc [2] ...................... 9 Bảng 2.1. Phân loại nấm hại gỗ theo đặc tính gây hại .............................................. 43 Bảng 3.1. Các thông số thực nghiệm với 3 yếu tố ảnh hưởng đến biến tính nhiệt – cơ ................................................................................................................... 55 Bảng 3.2. Tiêu chuẩn kiểm tra .................................................................................. 59 Bảng 4.1. Tỷ lệ hao hụt khối lượng trung bình của gỗ khi thử nghiệm với nấm ...... 72 Lentinula edodes ....................................................................................................... 72 Bảng 4.2. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến tỷ lệ hao hụt khi thử nghiệm với Nấm Lentinula edodes .................................................. 73 Bảng 4.3. Tỷ lệ hao hụt khối lượng trung bình của gỗ khi thử nghiệm với nấm Ganoderma lucidum .................................................................................................. 76 Bảng 4.4. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến tỷ lệ hao hụt khi thử nghiệm với Nấm G. lucidum ............................................................ 77 Bảng 4.5. Tỷ lệ hao hụt khối lượng trung bình của gỗ khi thử nghiệm với nấm Trametes versicolor ................................................................................................... 80 Bảng 4.6. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến tỷ lệ hao hụt khi thử nghiệm với Nấm Trametes versicolor ............................................. 81 Bảng 4.7. Tỷ lệ hao hụt khối lượng mẫu gỗ sau thử nghiệm với nấm mục nâu (Coniophora puteana M1) ........................................................................................ 89 Bảng 4.8. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến tỷ lệ hao hụt khi thử nghiệm với Nấm mục nâu ................................................................ 90 Bảng 4.9. Tỷ lệ mốc của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ khi thử nghiệm với nấm A. niger .......................................................................................................................... 96 Bảng 4.10. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến tỷ lệ biến màu khi thử nghiệm với A. niger ................................................................... 97 Bảng 4.11. Kết quả phân tích thành phần hóa học các mẫu gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ .......................................................................................................................... 100 ix Bảng 4.12. Kết quả phân tích thành phần hóa học các mẫu gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ trước và sau thử nghiệm với nấm mục trắng ...................................................... 103 Bảng 4.13. Thành phần hóa học mẫu gỗ sau phơi nhiễm nấm C. puteana ............. 106 Bảng 4.14. Kết quả thử khả năng kháng mối của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt - cơ ....... 109 Bảng 4.15. Độ ẩm của gỗ Sa mộc sau khi xử lý nhiệt - cơ ..................................... 112 Bảng 4.16. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng độ ẩm gỗ ............................................................................................................................. 113 Bảng 4.17. Khối lượng riêng của gỗ Sa mộc sau khi xử lý nhiệt - cơ .................... 116 Bảng 4.18. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến khối lượng riêng của gỗ .......................................................................................... 117 Bảng 4.19. Khả năng chống nước của gỗ Sa mộc sau khi xử lý nhiệt - cơ ............ 120 Bảng 4.20. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến khả năng chống hút nước của gỗ ................................................................................... 122 Bảng 4.21. Độ bền nén dọc thớ của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ ............................ 124 Bảng 4.22. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ của gỗ ............................................................................................ 125 Bảng 4.23. Độ bền uốn tĩnh của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ .................................. 128 Bảng 4.24. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu hoá chế độ xử lý ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh của gỗ ................................................................................................. 129 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Các loại tế bào có trong gỗ ........................................................................ 24 Hình 2.2. Cấu trúc của các tế bào ống (tracheids) .................................................... 25 Hình 2.3. Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ .................................................... 27 Hình 2.4. Phân tử cellulose ....................................................................................... 28 Hình 2.5. Sự biến đổi thành phần hóa học và ảnh hưởng đến tính chất gỗ xử lý nhiệt ........................................................................................................................... 35 Hình 2.6. Các giai đoạn phát triển của nấm mục nâu ............................................... 44 Hình 2.7. Các giai đoạn phát triển của nấm mục trắng ............................................. 46 Hình 2.8. Một số loại enzym ligninase ..................................................................... 48 Hình 2.9. Quá trình phân giải cellulose của cellulase ............................................... 49 Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm xử lý gỗ Sa mộc bằng phương pháp nhiệt - cơ .......... 55 Hình 3.2. Máy ép nhiệt BYD 113 ............................................................................. 57 Hình 3.3. Biểu đồ ép gỗ Sa mộc bằng phương pháp nhiệt - cơ ................................ 58 Hình 3.4. Mẫu thí nghiệm ......................................................................................... 58 Hình 3.5. Thiết bị chụp ảnh SEM ............................................................................. 64 Hình 3.6. Hệ thống chiết hồi lưu Soxhlet.................................................................. 66 Hình 4.1. Mẫu gỗ Sa mộc thử nghiệm trên đối tượng nấm Lentinula edodes .......... 71 Hình 4.2. Biểu đồ tương quan giữa các thông số xử lý nhiệt – cơ đến tỷ lệ hao hụt khối lượng khi thử nghiệm với nấm Lentinula edodes ............................................. 74 Hình 4.3. Mẫu gỗ Sa mộc thử nghiệm trên đối tượng nấm Ganoderma lucidum ... 75 Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa các thông số xử lý nhiệt – cơ đến tỷ lệ hao hụt khối lượng khi thử nghiệm với nấm Ganoderma lucidum ........................................ 78 Hình 4.5. Mẫu gỗ Sa mộc thử nghiệm trên đối tượng nấm Trametes versicolor .... 79 Hình 4.6. Biểu đồ tương quan giữa các thông số xử lý nhiệt – cơ đến tỷ lệ hao hụt khối lượng khi thử nghiệm với nấm Trametes versicolor......................................... 82 Hình 4.7. Gỗ Sa mộc đối chứng và qua xử lý nhiệt - cơ khi tiếp xúc với L. edodes 87 Hình 4.8. Gỗ Sa mộc đối chứng và qua xử lý nhiệt – cơ khi tiếp xúc với G. xi lucidum ...................................................................................................................... 87 Hìn