1.- INTRODUCCIÓN
"El árbol, es una gran máquina que
almacena energía y la mayor parte de los elementos
esenciales para la vida" (Johnson, H., 1996). Alrededor del 80%
de la diversidad biológica subsiste en las regiones
tropicales y subtropicales de Asia, Africa y América
Latina (Pinzón, R., 1996). Cuba, dada su
ubicación geográfica y su clima, posee una
flora arbórea muy rica, la que se encuentra poco o
prácticamente sin explotar.
Grandes volúmenes de follaje en la actualidad son
considerados residuos y que contienen una gama de sustancias
significativamente complejas y ricas en componentes con actividad
biológica, que podrían ser utilizados en la
obtención de productos para
la medicina y la
alimentación animal, darían un
valor agregado
a los precios de la
madera en
forma aserrada. Estos residuos que se acumulan en el bosque
después del aprovechamiento forestal ocasionan un
importante impacto
ambiental, al crear un medio favorable para la
propagación de plagas y enfermedades dañinas
tanto a la flora como a la fauna,
además de ser un material combustible con riesgo en la
aparición y propagación de incendios; sin
embargo la utilización de estos residuos para la
obtención de productos con
actividad biológica, proporciona beneficios
económicos, sociales y ambientales.
Palabras claves: eucalipto, pino,
composición química, follaje,
celulosa, , lignina, , extractivos
2.1.1- Composición química del
follaje.
La composición química del follaje
varía en dependencia de diferentes factores como: la
especie, la época del año, las condiciones de
crecimiento, los factores edafoclimáticos, los
tratamientos silviculturales y el sitio, e incluso durante las
horas del día (Polis, O., 1986) lo cual está
relacionada con la actividad fotosintética, máxima
en momentos de mayor iluminación y respiración. Todo ello facilita los
procesos de
formación y degradación de las sustancias
biológicamente activas en las plantas (Taiz,
L., 1998).
El estudio de la caracterización química
del follaje verde nos brinda una información de la composición
química de esta materia prima
con perspectiva industrial.
Para este estudio algunos autores dividen las sustancias
químicas contenidas en el follaje en diferentes grupos: proteínas,
carbohidratos,
lípidos,
compuestos fenólicos, vitaminas,
ácidos
orgánicos y sustancias minerales (Polis,
O., 1986; Yagodin, V. I., 1981).
Los contenidos de proteínas
varían en el follaje para diferentes especies y
géneros, en el de Picea abies (abeto) oscilan entre 9,1% y
9,8% (Kolodidinskaia, L. A., 1982), mientras que en el Pinus
silvestris entre 9,4% y 11,8% (Polis, O., 1986) y en P. caribaea
Morelet de 6,1% según Leyva, B. (1990).
La celulosa se encuentra dentro del grupo de
carbohidratos
de alto peso molecular. Sus contenidos varían de una a
otra especie. Smite, L. (1989) encontró valores de
29,1% y 27,9% en acículas y brotes, respectivamente, de la
fracción foliar de Pinus pallasiana, resultados
ligeramente inferiores se plantean para P. caribaea Morelet de
21,03% (Díaz, S., 1998).
Los lípidos
son las sustancias orgánicas insolubles en agua que
pueden extraerse de las células y
de los tejidos mediante
disolventes de baja polaridad (Lehninger, A. L., 1981). Se han
publicado diferentes trabajos donde se plantean distintos
contenidos de lípidos en el follaje de especies de
coníferas. Weichun, Z. (1989) señala porcentajes de
lípidos en follaje de pino de 9,8%; Kolodinskaia, L. A.
(1982) destaca valores de
9,8% en el Picea abies (abeto); Polis, O. (1986) en Pinus
silvestres se refiere a valores que oscilan en los límites de
9,3% y 14,8%; Leyva, B. (1990) y Díaz, S. (1998), para
Pinus caribaea Morelet obtienen valores de 5,5% y
14,9%.
Los compuestos fenólicos representan un grupo amplio
de sustancias orgánicas, muy heterogéneas de
acuerdo a su composición y estructura
química. Las acículas de Pinus silvestris contienen
15,6% de lignina, según Polis, O. (1986), valores
diferentes se presentan en el Pinus silvestris y Picea abies
(abeto) con 21,3% y 30,8%, respectivamente (Kolodiskaia, L. A.,
1984); mientras que en Pinus caribaea Morelet se observan valores
de 25,93% y 28,42% para el Pinus tropicalis Morelet (Díaz,
S., 1998).
El grupo de vitaminas en
el follaje verde determina gran parte de su actividad
biológica y la de los productos que se obtienen de
él, dentro de las que se encuentran las vitaminas E, K, C,
B1, B2, B6, entre otras. Los
contenidos de las vitaminas presentes en el follaje varían
entre géneros y especies, encontrando contenidos de
vitamina C de hasta 711 mg/%, vitamina E 36,4 mg/% (Repiax, C.
M., 1988).
Las sustancias minerales
expresadas como cenizas, contenidas en las hojas, son mayores que
en las contenidas en la madera. Muchos
de estos minerales se encuentran combinados con compuestos
orgánicos como sales de oxalatos, fosfatos silicatos,
etc., desempeñando un papel
fisiológico en las plantas. En el
follaje, existen contenidos mínimos para acículas
de pino de 2,02% y máximos de 3,48% según Yagodin,
V. I. (1981); valores de 3,6% para el Picea abies (abeto) fueron
obtenidos por Kolodinskaia, L. A. (1982); en P. tropicalis
Morelet y P. caribaea Morelet de 3,56% y 2,82% (Díaz, S.,
1998).
Las sustancias minerales o compuestos inorgánicos
varían con la especie, en árboles
de una misma especie, con la edad, fertilidad del suelo y la parte
del árbol que se estudie. Valores superiores que en la
madera pueden encontrarse en las hojas, corteza, ramas y
raíces. Es común encontrar diferencias en los
contenidos de minerales en las coníferas y las latifolias
(Carballo, L. R., 1990).
2.1.2- Sustancias extraíbles del follaje
verde.
La clasificación química de las sustancias
extraíbles con actividad biológica presentes en el
follaje fue realizada por Yagodin, V. I. (1989) dividiendo estas
en tres grandes grupos:
sustancias solubles en solventes de baja polaridad, sustancias
solubles en agua a
95ºC y sustancias poco solubles en solventes de baja
polaridad y agua a 95ºC.
Las sustancias extraíbles en solventes de baja
polaridad varían en cuanto a su cantidad y
composición, según el disolvente que se utilice
para su extracción. La fracción lipídica
obtenida cuando se utiliza bencina como disolvente ha demostrado
la presencia de aceites esenciales, pigmentos verdes (clorofila,
feofitina, clorofilida, feoforbidas), carotenoides
(b
-caroteno, a
-caroteno, luteína), vitaminas liposolubles
(vitaminas D, E, K y F), lípidos neutrales (hidrocarburos,
alcoholes,
aldehídos, cetonas, ácidos
grasos saturados y no saturados, ceras, ácidos resinosos,
esterinas esenciales, glicéridos, fosfolípidos,
glicolípidos (fitoglicolípidos, β-sitosterina)
y sustancias minerales según Yagodin, V. I. (1989b);
Voipio, R. (1990); Buell, P. (1994) y Díaz, S.
(1998).
Las sustancias solubles en agua a 95ºC están
compuestas por vitaminas hidrosolubles, taninos, fenoles,
flavonoides, sustancias nitrogenadas, carbohidratos y sustancias
minerales (Yagodin, V. I., 1989b). Los componentes de la pared
celular están representados por la celulosa, la lignina y
las hemicelulosas.
2.1.3- Sustancias solubles en solvente de baja
polaridad.
Las sustancias solubles en solventes de baja polaridad
incluyen los aceites esenciales, de los cuales se pueden obtener
más de cien productos químicos diferentes. Los
principales grupos funcionales presentes en los aceites
esenciales son los grupos: hidroxilos, ésteres, carbonilos
y fenólicos (Brito, G., 1995).
Los aceites esenciales son el concentrado de compuestos
orgánicos con aroma presentes en las hojas, flores,
semillas, corteza y raíz de las plantas. Ellos se evaporan
al contacto con el aire y son
conocidos también como aceites volátiles, tienen un
olor muy fuerte y generalmente, mejor olor en disolución
(Ciesla, W. M., 1998). Los aceites esenciales de los árboles
son obtenidos comúnmente por un proceso de
destilación a vapor, aplicado a la resina,
a la madera o follaje y a las ramas terminales.
La composición de aceites esenciales varía
grandemente con la especie y árboles de la misma especie y
ha sido ampliamente estudiada (Sigt, A. K., 1994; Li J., 1995;
Bignell, C. M., 1997; Chesowa, E. H., 1997; Mondachirou, M.,
1999). El contenido de aceites esenciales en las hojas de E.
citriodora Hook varía de 0,5- 2,0% (Dayal, R., 1979); para
otras especies de Eucalyptus se han encontrado valores en hojas
adultas de 1,4 – 5,1% y en hojas jóvenes de 0,8 – 5,3%
(Li-H., 1995); en coníferas se han encontrado porcentajes
de 0,32% en P. silvestris y 0,81% en Picea abies (abeto)
(Yagodin, V. I., 1981); en P. caribaea Morelet de 0,35 – 0,06%
(Guyat, M. A., 1989).
Los carotenoides constituyen uno de los grupos
más importantes de pigmentos naturales. Son tetraterpenos
compuestos de 40 átomos de carbono,
formados por la condensación de ocho unidades de isopreno.
Ellos incluyen hidrocarburos
(carotenos), así como sus derivados oxigenados
(xantofilas) (Meller, E. V., 1967). Los más abundantes son
el β-caroteno y sus productos de oxidación:
luteína, violaxantina y neoxantina, los que presentan una
absorción muy intensa en la región azul del
espectro (Guardiola, J. L., 1995).
Los carotenoides de las hojas se encuentran junto con
los pigmentos verdes plastidios-cloroplastos, en las plantas el
representante más abundante es el β-caroteno. Su
contenido en el follaje de Pinus silvestris es de 17,5 mg/% y en
abeto (Picea abies) 15 mg/% (Polis, O., 1986); valores semejantes
para P. caribaea Morelet de 18,5 mg/% y P. tropicalis Morelet de
11,7mg/% fueron planteados por Díaz, S. (1998).
En las hojas de las plantas es donde se realiza la
fotosíntesis, debido a la captación
de energía luminosa con intervención de la
clorofila a, junto con una cantidad menor de clorofila b. Todas
las formas de clorofila tienen la misma estructura de
porfirina con los anillos pirrólicos unidos por sus
átomos de Nitrógeno a un átomo de
Magnesio que ocupa la posición central de la
molécula, un quinto anillo, constituido únicamente
por átomos de carbono, el
grupo propanoico en posición 7 esterificado con una
molécula de fitol, siendo este un terpenoide de 20
átomos de carbono. La clorofila a tiene un grupo metilo en
posición tres, mientras que la clorofila b presenta en
esta posición un grupo aldehído (Yagodin, V. I.,
1981; Guardiola, J. L., 1995).
El máximo de absorción de la clorofila b
en disolución de éter etílico es a una
longitud de onda en 642 nm y la clorofila a en 660 nm (Bachanova,
H. V., 1964; Kalenin, F. L., 1971) citados por Yagodin, V. I.
(1981) y Guardiola, J. L. (1995).
Las clorofilas son estables en medio alcalino, pero se
transforman en presencia de ácidos débiles, lo que
determina la separación del Magnesio de la
molécula, convirtiéndose en feofitina (Lama, E.,
1986). Los espectros infrarrojos y de masa de los derivados de
clorofila obtenidos en el proceso de
extracción del follaje de pino demostraron alto grado de
oxidación (Loventale, V., 1989).
Otro grupo de sustancias lipídicas con amplia
actividad fisiológica lo constituyen las vitaminas (A, D,
E y F). La vitamina A se forma en el organismo de los animales a partir
del β-caroteno, la vitamina E pertenece a los
derivados del tocol y tocotrienol, siendo el α-tocoferol el
de mayor actividad biolσgica; la vitamina K
estα ampliamente difundida en la naturaleza,
representada por dos grupos de quinonas: filoquinonas y
menadiona; la vitamina D, cuya principal función es
el transporte de
iones Ca2+ y PO43– a
través de las membranas biológicas, y la vitamina
F, a la cual pertenecen los ácidos grasos esenciales
(Yagodin, V. I., 1981; Benjamin, G., 1997; Tyman, J. H. P.,
1997).
Los lípidos neutrales incluyen los hidrocarburos,
éteres, ceras, glicéridos, alcoholes
grasos superiores, aldehídos, cetonas, quinonas,
ácidos resinosos y otros.
Las ceras son ésteres compuestos de ácidos
grasos con alcoholes saturados no ramificados con un
número par de átomos de carbono (24 – 26),
contienen además ácidos grasos libres, alcoholes,
hidrocarburos y cetonas de alta masa molecular.
Las ceras del follaje de Picea abies (abeto) son
ésteres compuestos de ácidos palmítico,
oxipalmítico y esteáricos y de los alcoholes:
cetílicos y cerílicos. En forma de ésteres
se han encontrado los ácidos abiéticos y oleico y
también esterinas (Solodki, F. T., Agranat, A. L., 1956),
citados por Yagodin, V. I. (1981).
En las ceras solubles en hexano de hojas juveniles y
adultas de Eucalyptus fueron identificados hidrocarburos de
cadena larga, aldehídos, alcoholes, ésteres,
triterpenos y beta dicetonas de cadena larga, siendo estas
últimas, los componentes mejor representados en la cera.
Se ha encontrado que las ceras de las hojas jóvenes y
adultas son semejantes, así como una relativa estabilidad
ontogenética y una clara diferenciación por las
especies, siendo ellas un indicador taxonómico y
filogenético para el género
Eucalyptus (Li – H., 1997).
Los ácidos grasos saturados presentan una cadena
lineal de átomos de carbono CH3 –
(CH2)n – COOH. En el follaje verde de
coníferas se han observado los ácidos:
laurílico (C11H23COOH),
mirístico (C13H27COOH),
palmítico (C15H31COOH),
araquídico (C19H39COOH),
behénico (C21H43COOH),
lignocérico (C23H47COOH) (Yagodin,
V. I., 1981; Díaz, S., 1998).
Dentro del grupo de ácidos grasos no saturados se
encuentran: oleico (C18H34O2),
linoleico (C18H32O2) y
linolénico (C18H30O2),
presentes en el follaje de pino (Yagodin, V. I., 1981;
Kolodinskaia, L. A.,1984; Buell, P., 1994).
Los ácidos resinosos en el follaje están
representados por los ácidos pimárico,
sandarocopimárico, isopimárico,
dihidroabiético y neoabiético, los cuales
están contenidos en un 42,7% y 59,3% en los ácidos
libres del follaje de Picea abies (abeto) y P. silvestris,
respectivamente (Pensar, G., 1972) citado por Yagodin, V. I.,
1981.
2.1.4- Sustancias solubles en agua a temperatura de
95ºC.
Las sustancias solubles en agua a temperatura de
95ºC incluyen diferentes clases de compuestos: vitaminas
hidrosolubles, compuestos nitrogenados, ácidos
orgánicos, sustancias fenólicas y
carbohidratos.
Dentro del grupo de sustancias extraíbles en agua
a 95ºC se encuentran: el ácido ascórbico
(Vitamina C), su contenido en el follaje de pino es (150 – 250
mg/%) según Yagodin,V. I. (1981), la tiamina con un
contenido de 1,9 mg/% en pino y 0,8 mg/% en Picea abies (abeto)
(Fragina, A. I., Chermomorsky, C. A., 1969). El follaje de pino
contiene 0,5 mg y el de abeto 0,7 mg en 100 g de masa seca de
riboflavina (vitamina B2) (Fragina, A. I.,
1969).
Los compuestos fenólicos son el grupo de
sustancias aromáticas que contienen hidroxifenol libre o
enlazado y que se encuentran fundamentalmente en el reino
vegetal. Ellos se dividen en benzoles monoxiderivados y
dioxiderivados del tipo pirocatecol, hidroquinona y resorcinol.
Dentro de los trioxiderivados se encuentran los compuestos del
tipo pirogalol y muy escaso del tipo oxihidroquinona.
Los compuestos fenoles simples incluyen a los derivados
oxibenzoles: benzofenol, xantonas y estilbeno.
Los flavonoides son sustancias fenólicas
fácilmente oxidables, se clasifican en: flavonas,
flavonoles e isoflavonas (Lama, E., 1986).
Las auronas y chalconas pueden isomerizarse en
flavononas. También dentro de los flavonoides se
encuentran las catequinas. Las leucoantocianinas se diferencian
de las catequinas en un grupo –OH, ambas son inestables y
se oxidan fácilmente.
Las antocianinas se encuentran ampliamente distribuidas
en las plantas superiores, al hidrolizarse originan un azúcar
y un aglicón llamado antocianidina (Lama, E.,
1986).
Las hojas de Eucalyptus son más ricas en
flavonoides que la madera y la corteza, siendo los más
abundantes la quercitina y los glicósidos de quercitina,
según (Elkey, 1966); (Hillis, 1966) y (Bankef, 1976)
citados por Conde, E. (1996).
Las sustancias tánicas son fenoles que se
clasifican en dos grupos en dependencia de su composición
química: taninos hidrolizables y taninos no hidrolizables
o condensados (Pan, H., 1995). Los primeros son glicósidos
del ácido digálico.
Los galotaninos son ésteres del ácido
gálico o de su dímero, el ácido
elágico, que son los más importantes dentro de este
grupo. (Marmer, W. N., 1996). Ellos pueden ser hidrolizados por
ácidos, bases o enzimas.
Los taninos del segundo grupo son considerados derivados
del catecol, pueden formar polímeros y estar condensados,
por lo que no son hidrolizables, generalmente son compuestos de
alta masa molecular y contienen un número suficientemente
alto de grupos hidroxilos capaces de formar uniones efectivas
entre proteínas y otras macromoléculas.
En las hojas de E. camaldulensis, E. globullus y E.
rudis han sido estudiado los polifenoles, el aldehído
fenólico, vainillina, el ácido fenólico,
protocatequinas y ácido elágico, algunos
glicósidos flavonoles, algunos elagitaninos, flavonoides y
flavononas fueron identificados por Conde, E. (1997) y
Cadahía, E. (1997).
2.1.5- Componentes de la pared
celular.
A este grupo de sustancias corresponden los
polisacáridos y la lignina.
La celulosa es la sustancia química más
importante y el componente principal de la pared celular,
(Fengel, D., 1984; Echevenique, R., 1993) es un
homopolímero lineal de unidades de anhidro
b – (+) anhidro D-
glucopiranosa con uniones β- 1- 4 glicosνdica. La fibra
de la celulosa tiene una estructura muy firme y poco sensible a
la degradaciσn (Guardiola, J. L.,
1995).
Los contenidos de celulosa de la madera de latifolias
son del 40 – 60 %, mientras que los de las coníferas es 40
– 45%. En el follaje de Pinus caribaea Morelet antes de ser
extraído es de 21,03% y después del tratamiento con
bencina es de 21,11 – 21,50% (Díaz, S., 1998), existiendo
pocos estudios sobre los contenidos de celulosa en el follaje de
especies de eucaliptos.
La lignina es un polímero aromático,
heterogéneo, ramificado, de alta masa molecular, compuesta
por unidades de fenilpropano que contienen grupos
fenólicos, grupos carbonilos, hidroxilos, carboxilos y
grupos metoxilos. Se clasifican en ligninas de madera de
coníferas y ligninas de madera de latifolias, las de
coníferas presentan ligninas del tipo G – H con 85 – 90%
de unidades aromáticas de guayacil, mientras que la madera
de las latifolias presenta ligninas del tipo guayacilo siringilo
(G:S) en razón 1:5 aproximadamente. La estructura y
composición de la lignina en el follaje ha sido poco
conocida (Carballo, L. R., 1990).
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la Universidad
de Pinar del Río. Diciembre. - Yagodin, V. I., (1981) Fundamentos de química
y tecnología para el tratamiento del
follaje. Editorial Academia Forestal de Leningrado.
Autor:
Dra. Elena Cordero Machado
Dr. Uvaldo Orea Igarza
Profesores Investigadores del Centro de Estudios
Forestales y Profesores del Departamento de Química de la
Facultad de Forestal y Agronomía de la Universidad de
Pinar del Río, Cuba.