竹笋壳研究与应用现状_刘璇.pdf

基金项目:浙江省博士后科研择优资助项目()第一作者:刘璇()硕士研究生 研究方向为绿色竹家居材料:通信作者:陈红()副教授 博士 研究方向为绿色竹家居材料、竹家具制造工艺:竹笋壳研究与应用现状刘 璇 陈 红(南京林业大学家居与工业设计学院 南京)摘 要:我国竹资源丰富 竹笋壳作为竹材的次生资源 其收集利用一直被忽视 收集并利用竹林中自然脱落的笋壳和笋加工过程中丢弃的笋壳 不仅可以减少资源浪费 而且可以减少因竹笋壳堆积腐烂而造成的环境污染 文章在介绍竹笋壳结构和化学成分的基础上 分析其开发利用的潜力 综述竹笋壳在吸附材料、食品、纺织、家居等领域的应用现状 并为进一步开发竹笋壳产品提出建议关键词:竹笋壳 结构与性能 绿色材料 家居设计:./.():.:竹笋壳作为竹材次生资源 资源非常丰富但是其收集利用率低 市场需求少 产品研发和知名度都不够 我国关于竹材的应用历史悠久对于竹笋壳的利用也有较早的记录 如非物质文化遗产笋壳雕 如今 世界木材资源紧缺 工业污染严重 寻求绿色材料 推广绿色工艺、绿色设计 落实绿色发展理念已成为当务之急 竹笋壳作为一种绿色材料 既具有深入研究和开发的潜在价值 也有在现有应用基础上开发新应用方式的可能性 深入研究和利用竹笋壳 可为竹资源丰富的山区带来更好的经济收益和社会效益对于实现乡村振兴具有重要意义 竹笋壳结构与性能竹笋壳又称笋箨是竹笋外面所包裹的外皮、竹秆上所生长的叶片随着竹笋慢慢生长拔高外表包裹的笋壳也随之一层层脱落逐渐堆积 竹笋壳外形通常呈等腰三角形从叶片的 个腰边向内卷曲表面有大量的被毛长度通常在 宽约为 质量为 平均回潮率约为网络首发时间：2023-06-30 11:38:37网络首发地址：https:/ 其水溶性物质含量约 膳食纤维素含量则在 以下 一枚完整的笋箨包括箨鞘、箨舌、箨耳、箨叶和遂毛(图)箨鞘顶部两侧又叫箨肩长有箨耳 箨鞘顶部中央生长着一片发育不完全的小型叶片称为箨叶或缩小叶 箨叶与箨鞘交界处的内侧生长着箨舌注:竹笋壳结构 竹笋壳外观图 竹笋壳结构与外观 竹笋壳的化学成分与竹材相似 主要由纤维素、半纤维素、木质素所构成 毛竹笋壳的纤维素、半纤维素、木质素含量占比分别为 、和 竹笋壳纤维化学成分受分离方法的影响 不同方法制备的纤维化学成分含量不同 与苎麻亚麻竹材等相比 竹笋壳中的纤维素含量偏低 而半纤维素和木质素含量则偏高 除纤维素、半纤维素和木质素之外竹笋壳中尚有相当量的化学抽提物 如蛋白质、蜡、淀粉、果胶、植物脂肪等 其中大分子和小分子物质均为竹笋壳成分中的次要成分 抽提物种类和含量与竹笋壳的色香味、耐虫、抗菌力、耐久性等性能特点以及潜在的降血脂、防癌等性能密切相关 竹笋壳具有细毛、蜡质层、硅质层等外部结构 决定着其湿润性 进而影响到一系列竹笋壳与胶黏剂的结合 内部具有中空结构的纤维组成的纤维束 以及细胞壁之间、微纤丝之间的孔隙等组成的内部结构 决定了竹笋壳的多孔性 进而决定其回弹性能、密度、硬度等特性 竹笋壳的结构与化学成分影响着竹笋壳性能和改性 也在一定程度上决定了竹笋壳的潜在利用价值 竹笋壳在吸附材料领域中的应用竹笋壳拥有与竹材相似的内部结构 含大量的纤维束 纤维束具有一定的中空结构 使其具有一定多孔性 同时细胞壁之间的多层结构、微纤丝之间的孔隙 进一步增加了竹笋壳的多孔结构 竹笋壳的多孔性使其吸附性能较其他植物材料更高 而高吸附性让竹笋壳在生物炭等吸附剂制备领域具有较大潜力 竹笋壳粉末作为天然吸附剂包含物理吸附和化学吸附 个阶段 能自发吸附碱性染料 提取甾醇和木糖后的笋壳渣废料 还能有效去除水中六价铬 且去除率高达 将竹笋壳初步处理后 通过慢速热解或原料烘焙法等方法制备生物炭吸附剂 可以吸附污水中的重金属离子 如游离的铜离子或铬离子等 除了通过物理改变形态或改性制备竹笋壳吸附剂外 还可以将竹笋壳作为主要基材之一制备复合材料吸附剂 将竹笋壳粉与壳聚糖物理复合 在最优工艺参数下经 次重复利用 复合吸附剂对苋菜红去除率仍高达 竹笋壳的多孔结构使其成为在吸附剂和超级电容器领域可以与煤质活性炭和木质活性炭媲美的绿色环保材料 竹笋壳在食品领域中的应用竹笋壳作为竹笋的外衣 不能直接食用且处理难度较大 但其具有蛋白含量高、膳食纤维丰富等特点 其提取物的作用与竹笋的食用、药用作用相似 含有多种具有生物活性的有效成分如黄酮、膳食纤维、甾醇、多糖等 竹笋壳类似竹笋的膳食纤维、植物甾醇对降低胆固醇有一定作用 多糖、黄酮等提取物不仅具有一定食用价值 而且在 抗 氧 化、抗 肿 瘤 方 面 也 有 一 定作用竹笋壳富含膳食纤维 简单处理后就能提供菌类植物生长所需的物质 因此作为基质原料被应用到各种菌类的栽培中 如刺芹侧耳、金顶侧耳菌类的工业化栽培 在灵芝生产中也发挥着积极作用 竹笋壳富含蛋白质和膳食纤维 已有企业将竹笋壳处理后作为牛、羊等的动物饲料也可作为食用菌生产中蘑菇的包装原料 在食用价值方面 竹笋壳提取物在不同温度下具有相对稳定的抗菌作用 对毕赤酵母菌有抑制效果 可在工业化生产中防止泡菜变质 竹笋壳中含有的棕色素在食品添加剂方面具有良好的应用前景 此外 竹笋壳纤维作为脂肪替代物的一种成分 能在不影响被添加物(糙米食品)口感的情况下缓解肥胖问题 竹笋壳所含有的各类氨基酸和生物活性有效成分具有很大的潜在药用价值 利用超微粉碎技术从竹笋壳中有效分离的黄酮类化合物具有降血压、血脂的作用 竹笋壳的多糖具有良好的抗氧化性 能作为天然抗氧化剂消除或降低自由基的产生 对于维持免疫机能具有正面效果 研究发现 从竹笋壳中黄酮类化合物所分离提纯的牡荆苷与牛血清白蛋白()之间具有一定的相互作用 这为研究小分子与人体血清白蛋白()的结合提供了理论基础 对研究药物对新陈代谢的影响、药物的稳定性及毒性具有积极作用 竹笋壳在纺织领域中的应用从竹笋壳中脱胶提取出来的竹笋壳纤维 纤维素含量与苎麻()相当 具有优良的耐用性 目前 采用竹笋壳提取的纤维主要是束纤维 具有强度高、刚性好等优点 但其纤维的规整程度并不优越 长短不一 离散程度较大 短纤维含量较高 竹笋壳束纤维 纵向横截面近似长椭圆形 但纵向表面边沿不规则 使纤维具有一定的抱合力 同时也具备一定的可纺性 竹笋壳纤维长度、细度指标与苎麻纤维接近 但整齐度和纤维主体长度略差 使其不适合单独纺织而适合作为混纺材料 但混纺时需要注意短纤维的添加比例 通过对竹笋壳纤维的结构、微观构造、化学成分等分析发现 经脱胶工艺后的竹笋壳纤维结晶度较高 断裂所需的功较大 可纺性较好 竹笋壳在混纺材料领域的应用潜力不但为服装材料开辟了新来源 也为软体家具的包覆材料和蒙面材料生产提供了新思路 竹笋壳在家居环境中的应用在家居环境中 竹笋壳可应用于家具材料、家居用品及日用品等方面 在家具材料方面 竹笋壳可用于制备竹笋壳定向刨花板、竹笋壳纤维复合材料 或与其他材料混合制备复合材料 也可将竹笋壳原材直接加工应用 对竹笋壳表面进行碱处理 可减小其表面的蜡质层、硅质层对胶黏剂的影响 再用热压的方式制备竹笋壳复合材 随着施胶量的增加 复合材的静曲强度和弹性模量不断增强 目前 已有利用竹笋壳编织生产灯罩或与其他材料复合生产家具的实例 但总体上竹笋壳直接用于家具生产的实例较少 在家具中充分利用竹笋壳材质、肌理、光泽和色彩的特点 发挥天然材料独有的自然优越性具有较大的潜力在家居用品方面 竹笋壳可用于制作工艺品比如竹笋壳雕塑(图)、竹笋壳贴画(图)等 其中最具特色的当属温州非遗技艺乐清竹壳雕 乐清竹壳雕亦名笋壳雕 它选用各种花纹、颜色和材质的竹笋壳进行剪切拼嵌 巧妙运用和发扬了竹笋壳自然古朴的材质美、充满典雅韵味的色彩美 以及自然独特的花纹美 是集雕刻、剪刻、绘画、拼贴、上光为一体的民间雕塑艺术品 乐清竹壳雕以浙江当地成熟后脱落的毛竹笋壳为主要原料 要求叶片厚度适中 表面舒展 弧度优美纹理自然 对于选用的黏合剂也有较高要求 最好的黏合剂是来自当地市场常见的鳘鱼的鱼鳔 浙江省位于中国东部沿海地区 天气潮湿 当地鳘鱼的鱼鳔防水防潮效果良好 黏合力较其他胶黏剂更强 而且不会像工业胶黏剂一样在竹壳表面留下明显的痕迹 笋壳雕制作工艺包括产品设计、塑型、翻模、拼嵌、彩绘、上光、喷漆等一整套的工艺是当地人历代传承下来的技艺 笋壳雕因简洁可爱、富有自然韵味 逐渐发展成为简易的装饰品(图、)深受人们的喜爱 流传于江西省抚州市乐安县的乐安竹衣工艺也是一种以竹笋壳为原材料的传统手工技艺 包含笋壳雕刻和笋壳贴画等多种艺术表现形式 年该工艺被列为乐安县级非物质文化遗产名录注:图片来源于网络图 竹笋壳在家居用品中的应用 在日用品方面 利用竹笋壳的抑菌性和吸湿性可制作竹笋壳鞋垫、竹笋壳凉鞋 利用竹笋壳的天然纹理和质感可作为包装材料 比如普洱茶就常利用竹笋壳作为包装材料(图)竹笋壳茶包装不仅可以阻止茶叶香气的流失、保持其原有的味道 还可避免茶叶变质 在部分竹资源丰富、竹文化悠久地区利用竹笋壳包粽子(图)制作一些体积小、受力小的承物工具 比如竹笋壳茶箕等(图)或者制作简易的小手工制品 如竹笋壳伞(图)作为儿童玩具 将烫印工艺应用于竹笋壳 可制作茶叶包装的标签(图)茶叶使用后 笋壳烫印标签还可作为书签使用 利用竹笋壳还可以进行编织(图 竹笋壳编织拖鞋)将笋壳直接搓成绳进行编织 或者将竹笋壳抽成细丝 压制成型后进行编织注:图片来源于网络图 竹笋壳在日用品中的应用 竹笋壳应用发展建议目前 对于竹笋壳的研究多停留在学术层面尚未实现商业化应用 使得竹笋壳的实际使用率并不高 为发挥竹笋壳作为绿色材料的作用扩大其应用范围 提出如下建议)集中收集和运送散落的竹笋壳 竹笋壳遍布范围广泛 其生产不具备规律性 由于人工成本较高 仅通过人工采集效益较低 为此 应当综合考虑竹笋壳原料丰富区域的地理位置和当地群众的利益 利用相应的生产设备和科学合理的生产雇佣管理方式 制定适合的回收程序及管理方式 实现竹笋壳快速有效利用 平衡竹笋壳回收成本和实际产出效益 结合先进技术 尽可能提高经济效益 在创造经济收益的同时合理利用资源 即能保护环境也能增加更多就业岗位)科研成果的转移转化 科研机构研究开发的先进生产技术和产品 应及时与相应的生产企业对接 开展技术可行性评估 双方达成一致意向后 尽快将科研成果落地 完成由竹笋壳原料向新技术、新产品的过渡)加大研发资金投入 相对于木材和竹材较成熟的技术研发 竹笋壳在家居领域的研究仍处于起步阶段 应加大资金投入开展竹笋壳改性等方面的研究 开发具有中国特色的竹家居产品竹子作为中国资源丰富且带有中国文化底蕴的材料 应继续发挥竹资源和文化优势 利用竹笋壳、竹材等带有中国标签的材料 带领中国设计打破欧美等发达国家的设计封锁 引领设计新风潮)扩大宣传和营销 在竹笋壳回收利用技术取得阶段性成功后 做好推广宣传 及时报道竹笋壳相关科研进展与成果 为我国山区竹业发展提供技术支撑 为经济欠发达地区发展特色经济提供新思路 同时 大力推广绿色新型产品 增加竹笋壳相关产品的大众知名度 倡导绿色消费弘扬中国技术与设计)拓展竹笋壳利用方式 目前 竹笋壳利用方式较为局限 且利用力度较小 除产竹区当地有少部分用于相关家居生活用品外 在城市基本不被接受 应结合竹笋壳编织、竹笋壳贴画和竹笋壳烫印等技术发展竹笋壳相关用品 如竹笋壳书签、竹笋壳扇、竹笋壳灯笼等 以满足人们追求自然、时尚的生活需求 同时 宣传竹笋壳非遗文化 展示竹笋壳非遗技艺的工艺品 让竹笋壳在艺术界和竹资源丰富地区真正实现广为人知和充分利用参 考 文 献 陈延兴 李建强 严娜娜 等.竹笋壳纤维的提取与其基本结构特性.天津工业大学学报 ():.陈延兴.竹笋壳纤维的研发及应用.武汉:武汉纺织大学.叶董春.竹笋壳剥离及拉丝自动化装置开发.上海:东华大学.周晓洁 李建强 陈延兴.竹笋壳化学成分分析.武汉科技学院学报 ():.林良美.笋壳活性膳食纤维的提取及降糖降脂功能特性研究.福州:福建农林大学.唐昊 马洪霜 王昌吉 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