Composición química de la madera de Eucalyptus grandis Hill ex Maiden procedente de Finca Las Maravillas, Departamento de Orán, Salta

Chemical composition of the wood of Eucalyptus grandis Hill ex Maiden from Finca Las Maravillas, Department of Orán, Salta.

 

Leal, L. E.¹; V. Juárez ² y M. Terán³

¹ Cátedra de Dasonomía. Facultad de Ciencias Naturales. Universidad Nacional de Salta. Av. Bolivia 5150. E-mail: leallauraevelyn@yahoo.com.ar
² Cátedra de Química Orgánica. Facultad de Ciencias Naturales. Universidad Nacional de Salta. Av. Bolivia 5150. E-mail: vdjuarez@unsa.edu.ar
³ Cátedra de Dasonomía. Facultad de Ciencias Naturales. Universidad Nacional de Salta. Av. Bolivia 5150. E-mail: mibe06@yahoo.com.ar

Recibido en junio de 2011
Aceptado en noviembre de 2011

 

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RESUMEN

Se realizó la caracterización química de la madera de una plantación comercial de Eucalyptus grandis  ubicada en el Noreste de la provincia de Salta, departamento de Orán (6 árboles), en términos de porcentaje de celulosa, lignina insoluble en ácido, hemicelulosa y extractivos solubles en diferentes reactivos (agua a temperatura ambiente, agua a 95 ºC y etanol-benceno), a distintas alturas del fuste (0,30 m, 1,30 m y punto de copa) para dos edades diferentes (8 y 10 años). Los análisis se realizaron según procedimiento establecido por Normas TAPPI. El contenido de celulosa fue de 51,72%, variando significativamente con la edad pero no con la altura. El contenido de lignina insoluble en ácido fue de 27,99%, presentando diferencias significativas con la edad y altura. El contenido de hemicelulosa presentó un valor promedio de 20,29%; esta variación fue significativa con la edad pero no con la altura. El contenido de cenizas (media de 0,45%), las sustancias solubles en etanol-benceno (media de 1,10%) y el contenido de sustancias solubles en agua a 95 ºC (media de 4,8%) no mostró variación significativa con la edad ni con la altura. El contenido medio de extractivos solubles en agua a temperatura ambiente fue de 6,21%, variando significa-tivamente con la edad pero no con la altura. En base a estos datos se infirieron diferentes usos como postes, pellet, pasta celulósica, mueblería, compost y obtención de taninos.

Palabras clave: Celulosa; Lignina; Hemicelulosa; Extractivos de la madera; Edad; Altura

ABSTRACT

The wood from a commercial plantation of Eucalyptus grandis located in Oran, northeast of Salta (six individuals), Argentina was chemically characterized in terms of its contents of cellulose, lignin, hemicellulose and extractives soluble to various reagents (namely, water at room temperature and at 95 °C, ethanol-benzene) at different bole heights (0.30m; 1.30m; and 6m) and at different ages (8 and 10 years) according to the TAPPI norms. The cellulose content was of 51.72% showing significant variation with age but not with height while the lignin content was of 27.99% showing significant differences with both age and height. In turn, the average content of hemicellulose was of 20.29% though varied significantly with age but not with height. The average contents of ashes (0.45%), ethanol-benzene soluble substances (1.10%), and 95 °C water soluble substances (4.8%) showed non-significant variation neither with age nor height. Lastly, the average content of extractives soluble in water at room temperature was of 6.21% and showed significant variation with age but not with height. On the basis of these data different applications such as posts, pellets, cellulosic paste, furniture, composites, and tannin extraction were inferred. 

Keywords: Cellulose; Lignin; Hemicellulose; Wood extractives; Age; Height

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1. INTRODUCCION

Los cambios producidos a nivel mundial, en especial los referidos a la preservación de bosques nativos, hacen que las especies cultivadas jueguen un rol cada vez más importante (Sánchez Acosta, 1989).
Eucalyptus grandis Hill ex Maiden es una especie nativa de la costa este de Australia. Posee importantes ventajas económicas sobre el terreno forestal y la industria por su rápido crecimiento, color, peso y calidad de la madera y su alta tasa de adaptabilidad, etc., (Meskimen y  Francis, 1990). En muchos países como Brasil, Chile, Nigeria, Nueva Zelanda, Colombia, Malasia, Uruguay y Argentina, la madera de E. grandis es utilizada en diversos productos de alto valor agregado, tales como el aserrado de tablas y tirantes, encofrados, carpintería de obra, cajonería (de frutas y pollos), embalajes, pellets y en la industria celulósica (SAGPyA, 2003).
Las plantaciones de bosques comerciales de Eucalyptus en Salta se encuentran en desarrollo debido al potencial de esta madera, con una superficie forestada de 6.500 has (www.sagpya.mecon.gov.ar) de E. grandis, E. dunni y E. saligna. Estas especies poseen numerosos atractivos debido a los múltiples usos y a la demanda en el ámbito regional, siendo no sólo una fuente de madera y productos maderables, sino también de productos químicos que pueden utilizarse como materia prima para otros procesos (pulpa y papel, taninos, adhesivos, aditivos, etc.) (Guzmán Cieri, 2002).
El objetivo de este trabajo fue realizar la caracterización química de la madera de una plantación comercial de Eucalyptus grandis ubicada en el Noreste de la provincia de Salta, departamento de Orán, en términos de porcentaje de celulosa, lignina insoluble en ácido, hemicelulosa y extractivos solubles, en diferentes medios (agua a temperatura ambiente, agua a 95 ºC y etanol-benceno), en distintas alturas del fuste (0,30 m, 1,30 m y punto de copa) y para dos edades diferentes (8 y 10 años). Los resultados de este trabajo aportan información sobre esta especie y permiten evaluar su aptitud tecnológica e inferir sus usos.  

2. METODOLOGÍA

La recolección de las muestras se realizó en la plantación de Finca Las Maravillas, ubicada en la localidad de Colonia Santa Rosa, departamento Orán, Salta.
De dos bloques de la plantación con edades distintas se seleccionaron al azar seis árboles con características morfológicas semejantes: tres árboles correspondientes a la edad de 8 años (bloque 1)  y los restantes de 10 años (bloque 2). De cada individuo se tomaron muestras a tres alturas diferentes del fuste: la primera torta cortada a la altura de base (30 cm del suelo), la segunda a la altura del pecho (1,30 m) y la última sección en el punto de copa. Cada torta de 20 cm de altura fue identificada y trasladada al laboratorio. Para cada árbol se registró la localización geográfica (GPS Garmín e Trex Vista), la altura total, comercial y de fuste, el diámetro en la base, a la altura de pecho y del punto de copa.
La preparación de las muestras y el análisis de los componentes químicos se realizó siguiendo la metodología establecida en normas TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry), Versión 1999.
De acuerdo con la Norma TAPPI T 257 - os76, las secciones transversales de 20 cm se cortaron en la carpintería de la Universidad Nacional de Salta en discos de 4 cm (tres repeticiones) de cada altura. Posteriormente, se marcaron cuatro cuadrantes delineando los cortes por medio de dos líneas que se interceptaron en la médula, obteniendo cuadrantes diametralmente opuestos; se descortezaron y seleccionaron al azar dos de ellos para trabajar con mezcla de albura-duramen.
Los cuadrantes seleccionados se astillaron, se secaron a temperatura ambiente, se molieron en molino (Decalab) y se tamizaron para obtener partículas entre 0,4 mm - 0,6 mm (Tamiz U.S. Standard Sieve Series, Nº 40), obteniéndose 54 muestras, las cuales fueron guardadas en bolsas de polietileno para su conservación y posterior análisis.

Contenido de humedad

Se pesaron 2 g de muestra de cada árbol en crisol, se colocaron en estufa a 105 ± 3 ºC durante 2 hs, se dejaron enfriar en desecador y se pesaron. Este procedimiento se repitió hasta obtener una masa constante. El porcentaje de humedad de la muestra se obtuvo mediante la siguiente fórmula (Norma TAPPI T 12 os-75, 1978):
H (%)= [(Peso de la muestra húmeda - Peso de la muestra seca)/Peso de la muestra seca] x 100

 Determinación de sustancias solubles en agua a temperatura ambiente

Se usó la Norma TAPPI T-207-om-93 para la determinación de sustancias solubles en agua a temperatura ambiente. Se colocaron 4 g de muestra y 300 ml de agua destilada a temperatura ambiente en un vaso de precipitado, se agitó constantemente por 48 hs y se filtró. El residuo obtenido fue secado en estufa a 103 ± 2 ºC hasta peso constante. La determinación se expresó en porcentaje (diferencia entre el peso de la muestra seca inicial menos el peso de la muestra seca  luego de extraídos los extractivos) (TAPPI, 1999).

Determinación de sustancias solubles en agua a 95 ºC

El análisis se efectuó según la Norma TAPPI 207-om-93. Se colocaron 4 g de muestra en 100 ml de agua destilada a reflujo por 3 hs, se filtró y secó en estufa a 103 ± 2 ºC hasta peso constante. La determinación se expreso en porcentaje (TAPPI, 1999).

Determinación de solubles en etanol: benceno

El porcentaje de extractivos se realizó de acuerdo a la Norma TAPPI 204 os-76 (Salazar et al., 1998; TAPPI, 1999). Se colocó la muestra en equipo Soxhlet con 150 ml de etanol: benceno (1:2, v/v) por 6 hs; el extracto resultante se secó en estufa por 1 h a 105 ± 3 ºC.

Determinación de material inorgánico (cenizas)

Se usó la Norma TAPPI T 211-om-02 (TAPPI, 1999). Se colocó la muestra no extractada (2 g) en una mufla (Indef Modelo 272 Horno eléctrico S.R.L) a 525 ± 25 ºC por 2 hs. Las cenizas se dejaron enfriar en desecador y se pesaron.

Determinación de los componentes químicos estructurales de la madera

La determinación de los componentes de la pared celular se realizó en madera libre de extractivos según Norma TAPPI T- 264 cm-97 (TAPPI, 1999). La muestra fue sometida a  extracción en equipo Soxhlet por 4 hs con etanol-benceno (1:2, v/v), seguida de otra extracción con etanol al 95% durante 4 hs. Después se lavó 5 veces con agua destilada y se dejó secar a temperatura ambiente (Carballo Abreu et al. 2004).

Determinación de lignina insoluble en ácido

Se utilizó la Norma TAPPI T 222 os-74 (TAPPI, 1999). Se mezcló 1 g de material anhidro libre de extractivos con 15 ml de ácido sulfúrico al 72% en baño María a 20 ± 1 ºC con agitación durante 1h. Después se colocó a reflujo por 4 hs con agua destilada, hasta alcanzar una concentración de ácido sulfúrico al 3% (volumen aproximado de 575 ml). La solución se dejó reposar, se filtró y se lavó con agua caliente. Luego se secó a 105 ± 3 ºC hasta alcanzar un peso constante (Carballo Abreu et al., 2004; Orea-Igarza et al., 2006).
El porcentaje de lignina insoluble en ácido se calculó como:
% Lignina insoluble en ácido = (Peso de lignina x 100) / Peso de la muestra

Determinación del contenido de celulosa

El contenido porcentual de celulosa se determinó mediante el método de Kûrshner-Höffer (Rodríguez Cáceres, 1978; Carballo Abreu et al., 2004; Orea-Igarza et al., 2006). A 2 g del material libre de sustancias extraíbles se le agregaron 25 ml de ácido nítrico: etanol (1:4, v/v). Se colocó a reflujo en baño de agua durante una hora, se decantó y se agregó nuevamente la  mezcla reactiva, repitiendo esta operación tres veces. Posteriormente se agregaron 25 ml de KOH al 1% durante 30 minutos y se filtró. El sólido resultante se secó hasta obtener masa constante.

Estimación de contenidos de hemicelulosa totales

Las hemicelulosas totales se estimaron por la diferencia entre 100% y la suma del porcentaje de celulosa y el porcentaje de lignina en madera libre de extractivos (Bland, 1985; Carballo Abreu et al., 2004; Orea-Igarza et al., 2004; Núñez 1, 2008).

Análisis de resultados

Los resultados se analizaron estadísticamente con el programa Infostat (Di Rienzo et al., Versión 2009). El análisis de la varianza se realizó mediante el método no paramétrico de Kruskal-Wallis ya que los datos no cumplen los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianza del ANOVA. Se asumió un nivel de confianza del 95% y una probabilidad de error de 0,05. Se realizaron comparaciones de a pares de medias de los rangos de tratamientos, donde las letras distintas hacen referencia a diferencias significativas entre medias y letras iguales que no existen diferencias significativas.   

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La Tabla 1 muestra las medias de cada uno de los atributos químicos determinados (celulosa, lignina insoluble en ácido, hemicelulosa, cenizas y extractivos solubles en agua a 95 ºC, a temperatura ambiente y en etanol-benceno para las edades 8 y 10 años en las alturas de base, pecho y copa.

Tabla 1.  Valores medios (en %) de cada uno de los atributos químicos determinados

Se observa (Tabla 1) que los tenores de celulosa de los seis árboles varían entre 45,97 - 55,54%, con un valor medio de 51,72%. Estos valores se encuentran dentro de los rangos publicados por Bland (1985) para nueve especies de Eucalyptus sp. (40 - 60%), pero mayores a los reportados (42 - 48%) con una media de 43,8% por Núñez 1 (2008). Estas  diferencias pueden estar relacionadas con las edades analizadas (dato no reportado por Núñez 2008) o por la localización geográfica, condiciones de crecimiento, de clima y de sitio (Salazar et al, 1998). Este contenido de celulosa (mayor al 50%) hace referencia a un alto rendimiento de un pulpado químico (ya que la relación es lineal); sin embargo es necesario realizar pruebas físicas y de pulpeo.
Según la Tabla 2 se observan diferencias significativas en el contenido de celulosa entre las distintas edades (8 y 10 años) estudiadas (p = 0,0016). Los árboles de 8 años tienen una mayor proporción media de celulosa (53,76%) que los árboles de 10 años (49,69%). Esta diferencia puede deberse que a mayor edad del árbol, la madera está mas duraminizada (lignificada) por lo tanto hay menos accesibilidad química a la celulosa (Carballo Abreu et al., 2004).

Tabla 2. Valores medios (en %) del contenido de celulosa por edad

Según Tabla 3 no existen diferencias significativas en el contenido de celulosa entre las distintas alturas (p = 0,3574). Sin embargo, se observa una tendencia al aumento de celulosa con la altura, que puede estar asociada al mayor porcentaje de madera juvenil en la parte superior, donde la madera está menos lignificada y la accesibilidad química a la celulosa es mayor (Carballo Abreu et al., 2004).

Tabla 3. Valores medios (en %) del contenido de celulosa por altura

El contenido medio de lignina insoluble en ácido de los árboles analizados fue de 27,99%, variando en un rango de 25,79 - 30,84% (Tabla 1). Estos valores son mayores a los reportados por Núñez 2 (2008) para esta especie de una forestación de Corrientes (25,8%); la diferencia puede deberse a la distinta ubicación de latitud de las plantaciones.
Se detectan diferencias significativas (p = 0,0280) en el contenido de lignina insoluble en ácido entre las distintas edades, siendo mayor en árboles de 10 años con un valor medio de 28,56% y menor (27,42%) en árboles de 8 años de edad (Tabla 4).

Tabla 4. Valores medios (en %) del contenido de lignina insoluble en ácido por edad

Se detectaron diferencias significativas (p = 0,0394) en el contenido de lignina insoluble en ácido entre las distintas alturas. La diferencia se estableció entre la base (28,77%) y la copa (27%) (Tabla 5). Este comportamiento podría estar relacionado con el proceso de formación de la pared celular, donde la lignificación es la última etapa que ocurre en la madera; al ser la altura de copa la más joven de las estudiadas, la lignina está menos reticulada y con menor presencia de los sistemas aromáticos que la conforman (Orea Igarza et al., 2004).

Tabla 5. Valores medios (en %) del contenido de lignina insoluble en ácido por altura

El valor de lignina insoluble en ácido es mayor (27,99%) en comparación con los registrados para la misma especie en Corrientes (Núñez 2, 2008). Si se toma en cuenta el porcentaje de celulosa (51,72%) encontrado en las muestras estudiadas, se podría justificar su utilización en la industria papelera, previo análisis de los costos, ya que la cantidad de lignina es importante en la industria papelera, para determinar las cantidades de productos que se deben utilizar durante el proceso de pulpado y blanqueo.
Estos valores pueden ser positivos para la fabricación de briquetas y pellets, donde se usan los residuos de los aserraderos, trasformándolos por presión y temperatura, sumado a las propiedades adhesivas de la lignina (se ablanda entre los 70 - 120 ºC) (Rodríguez, 2006; Monteoliva, 2010).
Los contenidos de hemicelulosa variaron entre 20,29 - 23,1%, con un valor medio de 17,33% (Tabla 5). Estos valores (estimativos) se calcularon sin analizar la lignina soluble en ácido, variando en latifoliadas ente 1,5 y 6% y para esta especie, entre 2,6 y 2,8% (Sánchez Acosta, 2003; Núñez 2 ,2008).
En la Tabla 6 se observan diferencias significativas en el contenido de hemicelulosa por edad (p = 0,0005), donde el contenido es mayor en árboles de 10 años (21,75%) y menor en 8 años (18,82%).

Tabla 6. Valores medios (en %) del contenido de hemicelulosa por edad

Según Tabla 7 no se detectaron diferencias significativas en el contenido de hemicelulosa con la altura (p = 0,8539), al comparar las distintas medias.

Tabla 7. Valores medios (en %) del contenido de hemicelulosa por altura

En cuanto a las sustancias extraíbles en diferentes sistemas de solventes, se observaron los siguientes valores: el porcentaje de solubles en agua a temperatura ambiente (media 6,21%) varió entre 3,06 - 10,62% con una coloración pardo-rojizo a marrón; el porcentaje de solubles en agua a 95ºC (media de 4,8%) varió entre 2,16 - 8,08%, de color amarillo a marrón claro. Esto  sugiere que el aumento de la temperatura influye de forma negativa en la solubilidad de las sustancias fenólicas y polifenólicas en esta especie (Orea Igarza et al., 2004).
El porcentaje de solubles en Etanol-Benceno fue de 1,10%, variando entre 0,67 - 1,74%, con una coloración amarillo-marrón.
El porcentaje de sustancias extraíbles en diferentes sistemas de solventes, no mostró variación con la edad ni con la altura, excepto en las sustancias solubles en agua a temperatura ambiente que se modificó con la edad (Tabla 8).

Tabla 8. Valores medios (en %) del contenido de extractivos solubles en agua a temperatura ambiente por edad

La cantidad de extractos solubles se incrementa con la edad debido al proceso de duraminización, donde la madera cosechada en turnos cortos tendrá menor durabilidad que aquella de turnos largos.
El valor medio de cenizas fue de 0,45% variando entre 0,31 - 0,73%. No existen diferencias significativas con la edad ni con la altura. Sánchez Acosta (1989) señala que las cenizas de E. grandis presentan una alta cantidad de sílice, lo que le otorga resistencia a esta madera.

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El estudio de la composición química de la madera de Eucalyptus grandis procedente de la Finca Las Maravillas, departamento Orán, Salta, se caracterizó por presentar variaciones significativas con la edad (% celulosa, % hemicelulosa y % extractivos solubles en agua a temperatura ambiente) y no con la altura. Sin embargo el % de lignina insoluble en ácido varió significativamente en ambas variables.
A partir de este análisis, se recomiendan los siguientes usos:

1. Los árboles de 8 años para la elaboración de pasta celulósica, siendo necesario realizar pruebas de pulpeo y costos de eliminación de extractivos.Los árboles de 10 años como fuente de sustancias antioxidantes y curtientes (por la presencia de taninos en los extractivos de naturaleza polar). Para la fabricación de pellets, postes y muebles, dado el alto contenido de lignina y extractivos, que les otorgan propiedades adhesivas, alto poder calorífico, color, olor, brillo y durabilidad natural a la madera.

2. El contenido de cenizas en ambas edades, permite su empleo como aserrín, en los procesos de compost.

5. AGRADECIMIENTOS
Al INTI por proporcionarnos las Normas necesarias para la realización de este trabajo.
Cazón A. por los aportes realizados para esta publicación.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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