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547台灣林業科學21(4):547-57,2006研究報告1)行政院農業委員會林業試驗所森林利用組，10066台北市南海路53號DivisionofForestUtilization,TaiwanForestryResearchInstitute,53NanhaiRd.,Taipei10066,Taiwan.2)行政院農業委員會林業試驗所木材纖維組，10066台北市南海路53號DivisionofWoodCellulose,TaiwanForestryResearchInstitute,53NanhaiRd.,Taipei10066,Taiwan.3)國立中興大學森林學系，40227台中市國光路250號DepartmentofForestry,NationalChungHsingUniversity,250Kuo-KuangRd.,Taichung40227,Taiwan.4)通訊作者Correspondingauthor,e-mail:ycsu@nchu.edu.tw2006年7月送審2006年9月通過ReceivedJuly2006,AcceptedSeptember2006.土窯製炭時竹醋液之收集與其基本性質黃國雄1)何振隆2)余欣怡1)蘇裕昌3,4)摘 要本研究以孟宗竹與桂竹為材料，利用土窯燒製竹炭並於煙囪溫度150℃以下時，以不銹鋼製之裝置採用氣冷方式收集竹醋液，土窯之底部如扇子形狀，其寬度為2.8m、深度為2.8m，窯頂成拱形，其高度為1.4m。燒製竹炭時在窯內中央與後方離地面高10與90cm處，分別以熱電偶測定炭化溫度，於煙囪溫度150℃以下時收集竹醋液並以磅秤累計收集量。為了探討炭化溫度對竹醋液性質之影響，於不同煙囪溫度下收集竹醋液試樣，進行比重、焦油率、pH與酸度等測試。由試驗結果得知竹醋液之收率為進窯時氣乾竹材重量之5.5~8.0%，其收集量與收集速度受煙囪溫度上升速度與收集時間之影響。兩種竹醋液之比重與焦油率於煙囪溫度80~120℃時，受煙囪溫度上升之影響較不明顯，而煙囪溫度150℃時則明顯增大。竹醋液之pH均隨煙囪溫度上升而增大，但酸度受煙囪溫度上升之影響不明顯。關鍵詞：土窯、竹醋液、收率、酸度、焦油率。黃國雄、何振隆、余欣怡、蘇裕昌。2006。土窯製炭時竹醋液之收集與其基本性質。台灣林業科學21(4):547-57。ResearchpaperBambooVinegarCollectedduringCharcoalMakingwithanEarthenKilnandItsBasicPropertiesGwo-ShyongHwang,1)Chen-LungHo,2)Hsin-YiYu,1)Yu-ChangSu3,4)【Summary】Inthisstudy,Mosobamboo(Phyllostachyspubescens)andMakinobamboo(Phyllostachysmakino)wereusedforcharcoalmaking.Bamboovinegarswerecollectedbyanair-cooleddevicemadeofstainlesssteel.Thetemperatureofthechimneyforcollectingbamboovinegarwasbelow150℃duringcharcoalmakinginanearthenkiln.Thekiln,thesameasafaninthebottom,is2.8548黃國雄等―土窯製炭時竹醋液之收集與其基本性質minwidth,2.8mindepth,and1.4minheightwithanarchedceiling.Thecarbonizationtempera-turesonlinesofheightsof10and90cmabovethekilnfloorinthecentralandrearparts,respec-tively,weremeasuredbyK-typethermocouples.Thecollectedquantityofbamboovinegarwasmeasuredbyaweighing-scale.Inordertoinvestigateifthepropertiesofthebamboovinegarwereaffectedbythecarbonizationtemperatureintheearthenkiln,thespecificgravity,tarcontent,pH,andacidityweremeasuredforsamplescollectedatdifferentchimneytemperatures.Theyieldsofbamboovinegarwere5.5~8.0%fortheair-driedrawmaterialplacedintotheearthenkiln.Thecollectionquantityandspeedofbamboovinegarwereaffectedbytherateoftemperatureriseofthechimneyandthecollectingtime.Thespecificgravityandtarcontentofthebamboovinegarcollectedatachimneytemperatureof150℃werelargerthanthosecollectedbe-low150℃forbothMosobambooandMakinobamboo.ThepHofthebamboovinegarincreasedwithanincreaseinthechimneytemperature,buttheacidityofthebamboovinegarwasnotobvi-ouslyaffectedbythetemperatureofthechimney.Keywords:earthenkiln,bamboovinegar,yield,acidity,tarcontent.HwangGS,HoCL,YuHY,SuYC.2006.Bamboovinegarcollectedduringcharcoalmakingwithanearthenkilnanditsbasicproperties.TaiwanJForSci21(4):547-57.緒言國內竹炭產業之發展係源自民國91年農業委員會依九二一重建會之指示所擬定之「竹產業轉型及振興計畫」，其目的為提高竹材之附加價值與竹產業之競爭力，其中以具有調濕、除臭、淨化、遠紅外線與遮蔽電磁波等多方面功能之竹炭最具發展潛力。林業試驗所配合該計畫於同年8月開始投入人力與購置儀器設備進行竹炭相關之研究，藉由日本竹炭專家鳥羽曙先生來台指導，在短期內充分掌握竹炭土窯建造與竹炭燒製之技術，並依農委會之規定進行產學合作計畫，目前已為民間業者建造竹炭窯共十餘座，並輔導該等合作單位燒製竹炭，窯內最高溫度可達750℃，生產出品質優良、硬度大、吸附力強與具導電性之竹炭，為國內竹產業開創新的紀元。竹醋液為竹炭燒製過程之副產物，於竹材炭化初期熱分解所產生之煙霧與水氣，經收集與冷卻而得之橙色透明液體。近幾年來國外已有不少學者進行竹醋液有關之研究，在基礎研究方面包括竹醋液回收裝置之開發與其性質(Parketal.2002a)、竹醋液之精製與利用技術(Parketal.2002b)與高純度竹醋液生產與加工工藝之研究(Zhangetal.2002)，而在應用研究方面包括竹炭與竹醋液對農作物生長之影響(Hasegawaetal.2000)，竹醋液餾分抑菌性能研究(Zouetal.2002)、竹醋液對食品污染菌抗菌作用的研究(Changetal.2002)、飼料添加竹醋液對冷凍豬肉品質特性之變化(KookandKim2003)，竹醋液對抑制種子植物發芽與幼根生長之影響(Muetal.2003)，飼料添加竹醋液對豬隻生長效果、血清蛋白質圖譜、屠體等級與肉質之影響(Kooketal.2005)，竹醋液對微生物生長之抑制(Sulaimanetal.2005)。然而由於國內竹炭產業之發展時日尚淺，同時各學術機構與研究單位對竹醋液之基礎研究與應用研究，仍屬不多，為發展國內竹炭產業與振興國內竹產業，竹醋液之基本性質與其應用，實為國內各領域值得研究之新課題。本研究以氣乾之孟宗竹與桂竹為材料，利用自行建造之土窯在燒製竹炭之過程中以測溫棒檢測煙囪溫度與窯內溫度，於煙囪溫度150℃以下收集竹醋液，檢討竹醋液收集量與煙囪溫度上升等之關係，同時於不同煙囪溫度下收集竹醋液試樣，探討炭化溫度對其基本性質之影響。549台灣林業科學21(4):547-57,2006材料與方法ㄧ、材料之準備本研究採用竹山地區之孟宗竹(Phyllo-stachyspubescens；Mosobamboo)與竹東地區之桂竹(Phyllostachysmakino；Makinobamboo)為材料。將其裁鋸成長度1m之竹筒後，利用剖竹機將孟宗竹剖成寬度5~6cm之竹片，而桂竹則未進行剖片，分別以棉線捆綁成直徑約20cm之束。將捆綁成束之竹材進行約一週之燻煙熱處理，使其含水率降低到30~60%後，再堆疊於通風之處約2個月進行天然乾燥，使其含水率降低至14~18%再進行燒製竹炭。進窯前由1m長之竹材中央處與距端部10cm處分別鋸取長度2cm之試片進行含水率測定。二、竹炭之燒製竹炭之燒製係使用如Fig.1所示之自行建造之土窯，其形狀與大小，如Fig.2所示。進窯時將竹材由窯後方向前緊密直立排列，竹材上方與窯頂之空間，將竹材橫置稱之「上木」，作為引火材，孟宗竹材之進窯量為1,560kg，桂竹材之進窯量為1,280kg。完成進窯作業後以耐火磚與灶門砌築燃燒室與窯門(包括燃料口、進氣口與出灰口)後，進行預熱作業，將煙囪密閉並於燃燒室投入薪材供給熱源，使窯體與竹材溫度上升而利於炭化之進行。竹材先經數天之預熱後，於燃燒室添加大量之薪材並將煙囪全開，將「上木」引燃使得窯內上層溫度明顯上升，當窯內上層溫度達250℃，足使窯內上層竹材產生熱分解，則不必再添加材火並封閉燃料口與出灰口而只留進氣口，同時將煙囪之排煙口適度縮小，使竹材在氧氣不足之狀態下產生自發炭化，於窯底溫度上升至350~400℃時，逐漸將煙囪與進氣口加大，使較大量之空氣進入窯內並使得窯內溫度迅速上升，至最高溫達700~800℃而呈現炙熱之紅光，則進行封窯作業。Fig.1.Appearanceoftheearthenkilnforbamboocharcoalmaking.550黃國雄等―土窯製炭時竹醋液之收集與其基本性質三、竹炭燒製時溫度之測定竹炭燒製時採用ktype直徑3.2mm之測溫棒，測定窯內與煙囪溫度之變化，並定時記錄之。測定點如Fig.2所示共計5處，分別於窯內中央位置與窯內後方距煙口50cm，離地面10與90cm處，而測定煙囪溫度時，為了減少受到煙囪外較冷空氣之影響，其測定點為煙囪口下方5cm之中心處。四、竹醋液之收集本研究之竹醋液係在土窯內之炭化過程中由竹材熱分解所產生之氣體與水蒸氣等煙霧，由煙囪排出後經不銹鋼製之集煙罩、集煙管、集煙箱與冷卻管，(如Fig.3所示)等凝結成滴，並沿管壁回流收集而得(如Fig.4所示)。收集時為了不影響窯內竹材炭化之品質，集煙罩與煙囪口之距離保持約25cm之距離，集煙管與冷卻管之斜度約為20度，又收集時以炭化初期煙囪溫度之回升點至150℃以下者為宜。竹醋液之收集量係秤取重量而加以累計，如Fig.4所示，為了分析不同炭化溫度竹醋液之基本性質，於煙囪溫度80、90、100、120與150℃時分別收集竹醋液試樣共5組，每組試樣約為3kg。五、竹醋液基本性質之測試測試項目與方法如下所述：(一)比重：將竹醋液倒入200ml之量筒內，以比重計測定之。Fig.2.Dimensionsoftheearthenkilnandmeasurementpoints(nos.1~5)for