Resumen Además de celulosa, hemicelulosas y lignina, los árboles contienen otras sustancias en menor proporción, que no entran en la composición de las paredes celulares. Estos son los extractivos. Químicamente están compuestos por hidrocarburos alifáticos y aromáticos, terpenos, fenoles, ácidos grasos y resinosos, resinas, grasas, esterinas, aceites esenciales y otros. La cantidad y composición […]
Resumen
Además de celulosa, hemicelulosas y lignina, los árboles contienen otras sustancias en menor proporción, que no entran en la composición de las paredes celulares. Estos son los extractivos. Químicamente están compuestos por hidrocarburos alifáticos y aromáticos, terpenos, fenoles, ácidos grasos y resinosos, resinas, grasas, esterinas, aceites esenciales y otros.
La cantidad y composición de ellos depende de la especie, la parte del árbol, la época del año, las condiciones de crecimiento y otros factores. En este trabajo se ha compilado el resultado de la búsqueda en varias fuentes bibliográficas sobre el contenido de los extractivos en diferentes partes del árbol. Este puede constituir un material de consulta para los investigadores de la química de la madera y para los estudiantes de la rama forestal.
Introducción
Todas las especies de madera y la mayoría de los vegetales contienen cantidades variables de algunas sustancias químicas diferentes a los carbohidratos y a la lignina que constituyen la pared celular. De acuerdo con el punto de vista con el que se estén tratando, reciben diversos nombres:
·Componentes extraños de la madera, porque son diferentes a los compuestos que constituyen la pared celular.
·Sustancias extraíbles o solubles.
·Extractivos
·Sustancias volátiles, porque muchas de estas sustancias son volátiles o imparten características de olor a la madera.
·Constituyentes menores
Los extraíbles que se encuentran en los tejidos vegetales son sustancias tales como terpenos, fenoles, taninos, minerales, azúcares, hidrocarburos alifáticos y aromáticos, ácidos alifáticos y aromáticos, esterinas, aceites esenciales, ácidos grasos y resinosos, resinas, grasas y otros.
Existe una considerable variación en la distribución de los extraíbles en un árbol; ellos se encuentran distribuidos en follaje, madera, corteza y raíces. La corteza y las raíces son las partes donde se encuentran en mayor concentración los extraíbles (Emilianova, 1969).
Desarrollo
Extractivos del follaje
Oscilan entre 30-36 %. Pueden dividirse en dos grandes grupos: las sustancias solubles en agua y los solubles en disolventes orgánicos
Sustancias solubles en agua.
El follaje contiene considerable cantidad (hasta 30 % ) de sustancias solubles en agua, los cuales pertenecen a diferentes clases de compuestos, que pudieran clasificarse de la siguiente forma: Vitaminas (C, B1, B2, B6, H, ácido fólico), compuestos nitrogenados (proteicos y no proteicos), ácidos, sustancias fenólicas, azúcares (mono y oligosacáridos) y cenizas (macro y microelementos)
Solubles en disolventes orgánicos
La composición química de las sustancias solubles en disolventes orgánicos es muy variada. En disolventes orgánicos fundamentalmente se extraen grasas, resinas y ácidos grasos, ésteres de estos ácidos, cera, fitoesterinas (Tamchuk, 1973).
Tanto la cantidad como la composición de estas sustancias dependen del disolvente en que son extraídos. En la literatura aparecen bajo diferentes formas de nombrar: lípidos, sustancias solubles en grasas, sustancias resinosas, grasa bruta y otros.
Según las ideas actuales, las sustancias que forman los organismos vivos, insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos (cloroformo, éter, benceno y otros) y que contienen en sus moléculas radicales alquílicos superiores, se denominan lípidos. Estas sustancias son hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, derivados de ácidos grasos (glicéridos, ceras, fosfo, glico, sulfolípidos), vitaminas solubles en grasas (A, D, E, K) y sus derivados, clorofila, carotenoides, esterinas, etc. La inclusión de estas sustancias en la composición de los lípidos se explica porque ellos con frecuencia se encuentran en las membranas y aparecen junto a los fosfolípidos y en los extractos con disolventes utilizados para la extracción de las grasas (Yagodin, 1981).
Aceites esenciales
Son productos de la actividad vital de las plantas formadas por mezclas complejas de diferentes sustancias, líquidas incoloras o ligeramente coloreadas de amarillo, con olor específico y sabor ardiente (Tamchuk, 1973).
Constituyen una mezcla de sustancias volátiles que pertenecen a diferentes clases de compuestos orgánicos. Predominan los terpenos y terpenoides oxigenados (alcoholes y ácidos), algunos fenoles, éteres, aldehídos, cetonas y lactonas (Jolkin, 1989).
Los terpenos son hidrocarburos de composición C10H16 (derivados del isopreno C5H10). En los aceites esenciales aparecen monoterpenos, diterpenos (C20H32) y sesquiterpenos (C15H24) (yagodin, 1989).
Los aceites esenciales protegen al árbol de enfermedades por hongos e insectos y la mayor utilización industrial la alcanzan en perfumería para proporcionar aroma a los productos.
Investigadores del Instituto de Farmacia y Alimentos, Universidad de La Habana cuantificaron el contenido de aceite esencial de la especie Pinus caribaea Morelet endémica de Cuba, en función de la edad del árbol. Los resultados obtenidos demostraron que el contenido de aceite esencial varía significativamente con la edad del árbol en forma ascendente, con el valor más bajo (0,12 % en peso) a los 8 años y el más alto (0,27 % en peso) a los 30 años (Quero, et al, 2000).
Extractivos de la madera.
Por sustancias extraíbles de la madera se entienden aquellas sustancias que se extraen de diferentes partes de los árboles de coníferas y latifolias mediante agua, disolventes orgánicos, vapor de agua y mediante un exprimido mecánico (Vidorov, 1987).
Entre las sustancias extraíbles se encuentran los más diversos compuestos orgánicos e inorgánicos y su presencia en diferentes especies es relativa.
A los azúcares, el almidón y algunos compuestos nitrogenados se les encuentra en la albura. Las sustancias fenólicas se encuentran normalmente en el duramen. Existe una variación en la concentración de los extraíbles a lo largo del tronco del árbol y entre este y las ramas. Cuando se estudia la estructura de la madera se observa que las grasas se localizan en las células parenquimatosas, especialmente en los rayos parenquimatosos, mientras que la resina es secretada por las células epiteliales y se depositan en los canales resiníferos. Otras sustancias se depositan en los poros de la madera (Díaz, 1986).
Esta distribución está regida por una serie de factores entre los que se pueden destacar los de significado genético y ecológico. Su composición y cantidad relativa dependen de diversos factores como especie, edad y región.
Aproximadamente de 3-10 % de la madera seca está constituida por sustancias extraíbles. Para coníferas esta cifra oscila entre 5-8 % y para latifolias, entre 2-4 % (Otero, 1988).
Estos constituyentes son responsables de algunas características de las plantas como resistencia natural a la pudrición, sabor y propiedades abrasivas. Los extractivos del duramen se consideran los responsables de impartir a ciertas especies de maderas olores y sabores muy característicos, como el olor a «lápiz» de la madera de pinabete, Méjico, o el sabor desagradable amargo de amargoso, Guatemala. Algunas especies a las que los extractivos imparten aroma y sabor intenso son también muy resistentes al ataque de hongos e insectos (Echenique, 1993).
La producción de sustancias extraíbles de la madera se divide en dos grupos fundamentales:
1)Producción de colofonia y trementina a partir de la resina, por destilación.
Colofonia. Es una sustancia frágil, de aspecto vítreo, color que va del amarillo claro al pardo, soluble en la mayoría de los disolventes orgánicos. Está constituida por una mezcla amorfa de hasta 98 % de ácidos resinosos y sustancias neutrales no saponificables. La colofonia de resina de pino está constituida por 92 % de una mezcla de ácidos resinosos; 0,4 – 1,6 % de productos grasos y 6,4 % de productos neutrales (Tamchuk, 1973).
Trementina. Constituye la fracción volátil de la resina. Está formada por una mezcla de hidrocarburos terpénicos (fórmula general: C10 H16 ). Casi todos estos hidrocarburos tienen tendencia a la isomerización mediante la acción de ácidos, elevada temperatura, luz, catalizador y otros factores.
2)Obtención de productos derivados de colofonia y trementina
Derivados de colofonia. Se denominan con más frecuencia colofonias modificadas. Son productos de diversas reacciones como polimerización, cloración, hidrogenación, oxidación, etc.; ácidos resinosos (abiético, levopimárico, dextropimárico); resinas sintéticas; resinatos (de Ca, Zn, Mn, Pb, Cu)¸emulsionadores, etc.
Derivados de trementina. Se destacan los pinenos (a y b), camfeno, alcanfor y otos.
Extractivos de la corteza
Se dividen en lipofílicos e hidrofílicos, aunque no existen fronteras que los delimiten. El contenido es superior que en la madera. Varía entre 20-40 % de masa de corteza seca. Incluye a un grupo heterogéneo de sustancias (Sjöström, 1981).
Fracción lipofílica
Extraíbles con disolventes apolares (éter etílico, diclorometano, etc.). Consisten en grasas, ceras, terpenos y terpenoides y alcoholes alifáticos superiores. Los terpenos, ácidos resinosos y esteroles están localizados en los canales resiníferos. Abundan los triterpenoides: B-sitosterol encontrados en ceras, betulinol.
Fracción hidrofílica
Comprende los extraíbles en agua sola o con disolventes polares (acetona, alcohol etílico, etc.). Contienen grandes cantidades de constituyentes fenólicos, muchos de ellos, especialmente taninos condensados (ácidos fenólicos) pueden ser extraídos sólo como sales con disolución diluida de álcali. Por ejemplo, una cantidad considerable de flavonoides pertenece al grupo de taninos condensados están presentes en la corteza de abeto, roble, secoya. Flavonoides monoméricos que incluyen quercetina y dihidroquercetina están también presentes en la corteza. Se encuentran también pequeña cantidad de lignanos y estilbenos. En menor cantidad se encuentran carbohidratos, proteínas y vitaminas.
Es conocido que los componentes fenólicos y terpenoides presentan propiedades antifúngicas, antibióticas, antioxidantes, alelopáticas y otras ( Sattler, 1993 ). Estos compuestos tienen ganada reputación por su actividad en las plantas como el control al ataque de insectos y a enfermedades microbianas .
Jolkin ( 1989 ) reporta 7,5 % de sustancias solubles en etanol para corteza de pino. Bedrin (1987 ) en pinabeto, para madera descortezada de forma mecanizada reporta 8,0 % de sustancias solubles en agua; 8,1 de solubles en éter etílico y 8,6 % de solubles en bencina, así como valores muy superiores para corteza que ha sido separada manualmente.
Al estudiar la composición química de madera y corteza de Picea orientalis (L) Link en Turquía, se encontró que el contenido de extractivos lipofílicos en madera se encuentra entre 0,4 – 0,6 %, mientras que en la corteza es de 4,5 – 6,4 % (Hafizoglu, 1997).
En la corteza de Pinus silvestri de Suecia fueron encontrados veintiséis compuestos fenólicos, siendo los mayores constituyentes de los grupos catequina y proantocianidinas (Pan, 1995).
En Cuba ha sido reportado por Martínez (1983) rendimientos de taninos de corteza de Pinus caribaea de 8,29 % y de Pinus cubensis de 10,19 %.
Resultados del proyecto «Usos alternativos de corteza de anacardiáceas» en Argentina, demuestran que la corteza forestal productora de taninos representa el 20 % del volumen total del tronco del árbol y que actualmente es desaprovechado (Jiménez, 1995). En la región de Santiago del Estero estudiaron las propiedades antioxidantes.
La corteza de pino Pino cubensis G, contiene proantocianidinas oligoméricas, clase de flavonoide muy poderosa en su acción antioxidante; mantiene suave los tejidos conjuntivos y se le atribuyen propiedades antinflamatorias y contra el cáncer, reportan investigadores del Instituto Superior de Ciencias Básicas y Preclínicas » Victoria de Girón» (García, et al., 2001).
Se obtuvieron extractos bioactivos con actividad antifúngica a partir de la corteza de pinus caribea M;otrelet var . hondurensias procedentes de plantaciones forestales del oriente venezolano los cuales presentaron además actividad atrapadora de radicales libres (Varga, 2002).
Taninos
Los taninos son sustancias que se producen en diversas partes de las plantas, como son: corteza, frutos, hojas, raíces y semillas; a pesar de tener un origen común, la especificidad de las plantas le da a los taninos diferencias en color, calidad y concentración.
El tanino es un compuesto que se oxida al contacto con el aire, es inodoro y de sabor agrio, soluble en agua, alcohol y acetona; reacciona con el cloruro férrico y otras sales; es combustible con un punto de inflamación de 199ºC, una temperatura de auto ignición de 528.5ºC; poco tóxico por ingestión o inhalación.
Desde el punto de vista biológico los taninos son sustancias complejas producidas por las especies vegetales que cumplen funciones antisépticas o de conservación. La clasificación de los taninos se hace con base en los siguientes dos criterios:
Productos resultantes de la destilación seca: taninos hidrolizables y taninos condensados
Origen: taninos fisiológicos y taninos patológicos.
Taninos hidrolizables, a su vez se dividen en :
a) Galotaninos caracterizados por la presencia de ácido galotánico, es común en las agallas del encino y en la raíz del zumaque;
b) Elagitaninos, su componente principal es el ácido elágico, se obtienen de plantas como el dividivi y el microbálano.
Taninos condensados, se presentan generalmente en la madera, la corteza y las raíces de plantas como el quebracho, caña agria, eucalipto, oyamel y el mangle, entre otras; están constituidos por unidades flavonoides, las cuales soportan diversos grados de condensación, carbohidratos y restos de aminoácidos .
Taninos fisiológicos, son el resultado de las funciones metabólicas de la planta.
Taninos patológicos, son una respuesta al ataque de insectos, ya sea por ovoposición o por picadura.
La técnica del curtido es conocida desde 1000 años A.C., pero es hasta el período 1790-1800, en Francia, cuando se aíslan y descubren los químicos base para curtir pieles (Prance y Prance, 1993). Los taninos son ácidos muy astringentes, propiedad que los ha identificado como ingredientes útiles en la medicina tradicional; también se utilizan en la preparación de alimentos, maduración de frutas ; ingredientes de bebidas como la cocoa, el té y el vino tinto.
Cuando los taninos se mezclan con sales de fierro se produce un colorante de color azul-verdoso, mismo que es la base para la producción de tintas (Prance y Prance, 1993).
Los taninos se presentan en especies de familias vegetales de todo el mundo, se han identificado aproximadamente 500 especies de plantas que contienen varias cantidades de taninos, entre las principales familias botánicas con importancia en la obtención de taninos se pueden citar a las siguientes: Leguminosae, Rosaceae, Polygonaceae, Fgaceae, Rhyzophoraceae y Myrtaceae.
Algunos géneros como las acacias (Acacia spp.), los encinos (Quercus spp.) y algunos pinos (Pinus spp.) que habitan bosques de pino-encino o zonas de transición son importantes en la producción de estos productos. La utilización de algunas sustancias naturales, en específico estructuras polifenólicas como las catequinas oligoméricas y flavonoides, ha demostrado ser una fuente de protección para el organismo. Son reconocidas sus propiedades antimicrobianas, antioxidantes, fotoprotectoras, así como inhibidores de proteasas como la elastasa. Dada la similitud estructural, fueron estudiados los taninos vegetales condensados de diferentes especies forestales a saber: pino, casuarina, mimosa, conos de pinos, eucalipto y soplillo.
En los últimos años se ha prestado especial atención al estudio de nuevas sustancias con características fisicoquímicas capaces de prevenir trastornos que conducen a mutaciones cutáneas provocadas por las radiaciones ultravioletas; Así fueron estudiados los taninos vegetales condensados de diferentes especies forestales a saber: pino, casuarina, mimosa, conos de pinos, eucalipto y soplillo por investigadores del Centro de Investigaciones Biomédicas y del Instituto Superior de Ciencias y Tecnologías Nucleares. En los resultados se observó que los taninos de todas las especies vegetales eran capaces de proteger a las bacterias contra el daño de las radiaciones ultravioletas, lo que coincide con una buena actividad antioxidante y antielastasa; resultaron menores estas 2 últimas para el eucalipto (González, et al., 2001).
Conclusiones
Las sustancias extraíbles de los árboles constituyen una fuente importante de fitoquímicos. El desarrollo forestal debe centrar su atención en obtener del árbol todo lo que este le puede proporcionar al hombre, siempre que los mecanismos que se utilicen sean respetuosos con el ambiente.
* Estudio bibliográfico
Universidad de Pinar del Río. Cuba
Bibliografía
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·Echenique, R. Ciencia y Tecnología de la madera I. Textos Universitarios. Universidad Veracruzana, México, 1993
·Emilianova, I. Z. Control químico-técnico de las producciones hidrolíticas. Edit. Lesnaya Prom. Moscú. 366 p.1969
·García, L, et al. Plantas con propiedades antioxidantes. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas. 20(3):231-5 . 2001
·González,Y; Peñaz, M; Sánchez, R y Santana, J.L. Taninos de diferentes especies vegetales en la prevención del fotoenvejecimiento. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas. 20(1):16-20. 2001.
·Jolkin, Y. I. Tecnología de las producciones hidrolíticas. Edit. Lesnaya Prom. Moscú, 496 p.1989
·Otero, M. Celulosa e papel. Tecnología de fabriçao da pasta celulosica, Sao PauloPp. 45-68. 1988.
·Sjostrom, E. Wood Chemistry. Fundamentals and Applications. Academic Press. New york. .223 p.1981.
·Tamchuk, R. I. y Tamchuk, G. N. El follaje y su utilización en la agricultura. Edit. Lesnaya Prom. 360 p. 1973.
·Yagodin, V. I. Fundamentos de la Química y la Tecnología para el tratamiento del follaje. Ed. Leningrad. Universitieta. pp 47-50. 1981
·Varga, J. Comportamiento de algunos extractos de la corteza del pino caribe (Pinus caribaea var. Hondurensis) sobre el crecimiento de hongos xilófagos y su acción antioxidante. Tesis presentada en opción al grado de Doctor en Ciencias Forestales. Universidad de Pinar del Río. Cuba. 2002.