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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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