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La Composición química del follaje

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  1. Desarrollo
  2. Bibliografía

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.- DESARROLLO

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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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.


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