COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MADERA
INTRODUCCIÓN:
Un bosque representa algo distinto para cada uno de nosotros; para algunos puede ser una
fuente de la que se obtiene leña, un producto esencial o un lugar para pasear o incluso un
rincón de esparcimiento espiritual. Para otros, en cambio, es una fuente de agua pura para
beber o materia prima para aserrar. Nuestras distintas percepciones hacen, a veces, más
difícil comprender las perspectivas y necesidades de los demás, aunque podamos concordar
en la importancia del uso sostenible de los bosques (Ahtesaari, 1999)
Este uso sostenible de los bosques recae sin más sobre el desafío al que se enfrenta el sector
forestal en la actualidad, que consiste en satisfacer las necesidades de productos madereros
y no madereros atendiendo al mismo tiempo a la demanda de servicios ambientales y
sociales que se esperan de los bosques. (FAO, 1999)
La madera es el principal producto comercial procedente del bosque. Actualmente países
como Australia, Portugal, España, Brasil, por solo citar algunos, disponen de plantaciones
de eucaliptos destinadas a las Industrias de la Elaboración Primaria de la Madera, la
Industria de la Celulosa y Papel y otros variados usos, no obstante, se considera que el
género eucalyptus presenta alternativas de uso que no se han explotado.
Los extraordinarios adelantos alcanzados en los últimos años en la ciencia y la tecnología,
representan un reto difícil, específicamente para los países en desarrollo. El conocimiento
de la composición química de la madera y es especial de los eucaliptos son avances que
brindan nuevas oportunidades en la implantación de tecnologías, que para aprovecharlas los
países deben aumentar rápidamente su capacidad para asimilarlas en correspondencia con
las condiciones socioculturales y ambientales existentes.
La Madera:
La madera es un material anisótropo y heterogéneo encontrado como principal contenido
del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada año y
que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. Las plantas que no
producen madera son conocidas como herbáceas. Como la madera la produce y utilizan las
plantas con fines estructurales, es un material muy resistente y gracias a esta característica y
a su abundancia natural, es utilizada ampliamente por los humanos, ya desde tiempos muy
remotos.
PRINCIPALES ARBOLES:
Huarango.
Eucalipto.
Pino.
Caoba.
Cedro.
Copaiba.
Tornillo.
Ciprés.
INDUSTRIA DE LA MADERA:
La industria maderera está comprendida casi en su totalidad por la
transformación mecánica de madera rolliza de madera escuadrada, abarcando las
líneas de aserrado.
Esta industria se abastece esencialmente de maderas provenientes de bosques
tropicales y por ello se ubica en la región de la selva.
La transformación primaria presenta tres grandes ejes de desarrollo: Loreto, Ucayali
y la selva central (la cual abarca, entre otras, las zonas de Oxapampa, Villa Rica,
Pichanaki, Satipo, Masamari e Izcosazin). En estas áreas, el 95% de las actividades
económicas gira en torno a la industria maderera.
COMPOSICIÓN QUIMICA DE LA MADERA:
Con respecto a la composición química elemental, no hay ninguna diferencia importante
entre los bosques. Los elementos químicos principales de madera son carbono, hidrógeno y
oxígenos; las cantidades pequeñas de nitrógeno también están presentes. El análisis
químico de varias especies, incluso maderas Gimnospermas o blandas y Angiospermas o
maderas duras, muestra la proporción de elementos, en porcentaje en peso de madera, como
se muestra a continuación: carbono 50%, hidrógeno 6%, oxígeno 42%, y nitrógeno sólo
2%. El carbono, hidrógeno y la combinación de oxígeno sirven para formar los
componentes orgánicos principales de sustancia de madera, α-celulosa, hemicelulosa, y
lignina; cantidades pequeñas de sustancias pépticas también están presentes.
Estos componentes orgánicos de madera no son entidades químicas que pueden
identificarse fácilmente. Los términos (α-celulosa, hemicelulosa y lignina) son genéricos, y
cada uno incluye varios compuestos químicamente relacionados.
LOS COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MADERA SON:
La celulosa.
Lignina.
Hemicelulosa.
LA CELULOSA
La celulosa es un homopolisacárido (es decir, compuesto de un único tipo de monómero)
rígido, insoluble, que contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de
glucosa.
La celulosa corresponde a la biomolécula más abundante de la biomasa Terrestre,
constituye alrededor de la mitad del material total de madera.
Estructura de la celulosa
La celulosa se forma por la unión de moléculas de β-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-
glucosídico. Es una hexosa que por hidrólisis da glucosa. La celulosa es una larga cadena
polimérica de peso molecular variable, con fórmula empírica (C6H1005)n, con un valor
mínimo de n= 200.
La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes
de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa,
haciéndolas impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, y originando
fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales. Homopolímero
lineal, formado por unidades de -glucopiranosa (glucosa).
Proporciona resistencia mecánica a la fibra.
Estructura de las moléculas de la celulosa:
Las cadenas de celulosa son lineales, alargadas y las unidades de glucosa están enlazadas
en un plano debido a tres razones:
• las uniones glicosídicas,
• la conformación de silla piranósica y
• los sustituyentes están orientados ecuatorialmente.
En las microfibrillas, las moléculas de celulosa forman regiones cristalinas completamente
ordenadas (crystallites), que cambian a regiones amorfas desordenadas, sin límites precisos.
La cristalinidad de la celulosa se encuentra en función de la gran cantidad de puentes de
hidrógeno.
La celulosa es la responsable de determinadas propiedades físicas y mecánicas de las
maderas por constituir el material de sostén del árbol, dándole resistencia y tenacidad.
En la celulosa nativa la longitud de las regiones cristalinas es de 100 – 250 nm.
La molécula de celulosa puede medir hasta 5.000 nm.
Una molécula de celulosa atraviesa varias regiones cristalinas.
Función de la Celulosa
La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de
sostén. La cepa de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa;
la madera un 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un
porcentaje mayor al 90%. El cáñamo también es una fuente de celulosa de alta calidad. A
pesar de que está formada por glucosas, los animales no pueden utilizar a la celulosa como
fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-
glucosídicos, sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética)
porque al mezclarse con las heces, facilita la digestión y defecación, así como previene los
malos gases.
En el intestino de los rumiantes, de otros herbívoros y de termitas, existen
microorganismos, muchos metanógenos, que poseen una enzima llamada celulasa que
rompe el enlace β-1,4-glucosídico y al hidrolizarse la molécula de celulosa quedan
disponibles las glucosas como fuente de energía.
Hay microorganismos (bacterias y hongos) que viven libres y también son capaces de
hidrolizar la celulosa. Tienen una gran importancia ecológica, pues reciclan materiales
celulósicos como papel, cartón y madera. De entre ellos, es de destacar el hongo
Trichoderma reesei, capaz de producir cuatro tipos de celulasas: las 1,4-β-D
glucancelobiohirolasas CBH i y CBH II y las endo-1,4-β-D-glucanasa EG I y EG II.
Mediante técnicas biotecnológicas se producen esas enzimas que pueden usarse en el
reciclado de papel, disminuyendo el coste económico y la contaminación.
Historia y aplicaciones:
La celulosa es la sustancia que más frecuentemente se encuentra en la pared de las células
vegetales, y fue descubierta en 1838 por el químico francés Anselme Payen. La celulosa es
la biomolécula más abundante de los seres vivos.
La celulosa constituye la materia prima del papel y de los tejidos de fibras naturales.
También se utiliza en la fabricación de explosivos, celuloide, seda artificial, barnices. Está
presente en las plantas solamente los rumiantes lo ingieren.
LA LIGNINA:
La lignina es un grupo de compuestos químicos usados en las paredes celulares de las
plantas para crear madera. La palabra lignina proviene del término latino lignum, que
significa madera; así, a las plantas que contienen gran cantidad de lignina se las denomina
leñosas.
La lignina no es un carbohidrato, es un compuesto aromático constituido por unidades de
fenilpropano. Resulta conveniente utilizar el término lignina en un sentido colectivo para
señalar la fracción lignina de la fibra. Después de los polisacáridos, la lignina es el
polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal. Es importante destacar que es la
única fibra no polisacárido que se conoce.
Este componente de la madera realiza múltiples funciones que son esenciales para la vida
de las plantas. Por ejemplo, posee un importante papel en el transporte interno de agua,
nutrientes y metabolitos. Proporciona rigidez a la pared celular y actúa como puente de
unión entre las células de la madera, creando un material que es notablemente resistente a
los impactos, compresiones y flexiones. Realmente, los tejidos lignificados resisten el
ataque de los microorganismos, impidiendo la penetración de las enzimas destructivas en la
pared celular.
Estructura química:
La molécula de lignina es una molécula, con un elevado peso molecular, que resulta de la
unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos (cumarílico, coniferílico y sinapílico). El
acoplamiento aleatorio de estos radicales da origen a una estructura tridimensional,
polímero amorfo, característico de la lignina.
La lignina es el polímero natural más complejo en relación a su estructura y
heterogeneidad. Por esta razón no es posible describir una estructura definida de la lignina.
Molécula de Lignina de Abeto según Adler
Propiedades físicas
Las ligninas son polímeros insolubles en ácidos y solubles en álcalis fuertes como el
hidróxido de sodio, que no se digieren ni se absorben y tampoco son atacados por la
microflora del colon. Pueden ligarse a los ácidos biliares y otros compuestos orgánicos (por
ejemplo, colesterol), retrasando o disminuyendo la absorción en el intestino delgado de
dichos componentes.
El grado de lignificación afecta notablemente a la digestibilidad de la fibra. La lignina, que
aumenta de manera ostensible en la pared celular de la planta con el curso de la
maduración, es resistente a la degradación bacteriana, y su contenido en fibra reduce la
digestibilidad de los polisacáridos fibrosos.
Polímeros amorfos, estructura química irregular, racémica (ópticamente activa).
Las estructuras elementales, unidades de fenilpropano, no se unen sistemáticamente.
Las ligninas son hidrofóbicas.
Funciones de la lignina en la fibra:
Material de unión entre las fibras.
Polímeros de unidades fenilpropano.
Los precursores de la lignina son los alcoholes fenilpropílicos: cumarílico (p-coumaryl
alcohol), coniferílico (coniferyl alcohol) y sinapílico (sinapyl alcohol); sus estructuras
difieren en el número de sustituyentes metoxilo –OMe.
Las ligninas son polímeros en forma de red, ya que un monómero (monolignol) puede tener
hasta 4 posibles sitios de unión.
LA HEMICESULOSA:
Son heteropolisacáridos constituidos por diferentes unidades de monosacáridos (glucosa,
manosa, galactosa, xilosa y arabinosa), enlazados por diferentes tipos de enlaces acetálicos
o glicosídicos del tipo α y β.
Constituye alrededor de un 25 % cuya función es actuar como unión de las fibras.
Forma parte de las paredes de las diferentes células de los tejidos del vegetal, recubriendo
la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo el enlace de pectina. En la madera del
pino insigne, las hemicelulosas, que forman parte de la matriz, junto a la lignina, donde
reside la celulosa, representan entre un 27 y un 29% de la misma, mientras que en la
corteza solo alcanzan un 15%.
La hemicelulosa se caracteriza por ser una molécula con ramificaciones, capaz de unirse a
las otras moléculas mediante enlaces que constituyen la pared rígida. Son sustancias
amorfas con grado de cristalinidad muy bajos, por lo tanto son más reactivas que la
celulosa.
Su estado desordenado y su bajo peso molecular hacen que la degradación de las
hemicelulosas sea mucho más rápida. que protege a la célula de la presión ejercida sobre
esta por el resto de las células que la rodean.
Cadenas de hidratos de carbono.
Se encuentran íntimamente entremezcladas y combinadas químicamente con la lignina y
celulosa.
Constituyen un material de soporte de la pared celular.
Su contenido oscila alrededor del 20 al 30% del peso seco de la madera.
ESTRUCTURA DE LA HEMICELULOSA
Principales constituyentes:
HEXOSAS:
Galactopiranosa
Glucopiranosa
Manopiranosa
PENTOSAS:
Arabinopiranosa
Xilopiranosa
Arabinofuranosa
ACIDOS URONICOS
Ac. Glucuronico
Ac. Galacturonico
Ac. Metilglucuronico
Las hemicelulosas están formadas por una cadena base donde se repite la unidad estructural
y cadenas laterales, denominadas ramificaciones. La unidad estructural varía para cada
hemicelulosa (para coníferas, predominan los glucomananos; para latifoliadas, predominan
los xilanos).
Las hemicelulosas debido a las diferentes posibilidades de combinación de los
monosacáridos son numerosas y varían en su estructura. La composición y estructura de las
hemicelulosas varían grandemente en dependencia del tipo de madera (coníferas o
latifoliadas).
Las hemicelulosas del fuste, difieren en su estructura de las presentes en las ramas, raíces y
corteza.
REACTIVIDAD QUÍMICA:
La presencia de un grupo carbonilo terminal libre y varios grupos hidroxilo en cada una de
las unidades de polisacáridos presentes, hace que puedan experimentar reacciones de
oxidación, reducción, nitración, acetilación.
Son importantes las reacciones de hidrólisis por el enlace glicosídico, degradándose las
cadenas de hemicelulosas. Estas reacciones ocurren con mayor facilidad que en las
celulosas, debido a:
• Son sustancias amorfas
• Presentan bajo grado de cristalinidad
• Presentan mayor accesibilidad por parte de los reactivos químicos
Distribución de sustancia a lo largo de un corte por la pared celular.
Existen otros componentes minoritarios como:
SUSTANCIAS EXTRAÍBLES:
• Taninos
• Aceites esenciales
• Grasas y ácidos grasos
• Ácidos resínicos
• Hidratos de carbono solubles
• Ceras
• Gomas
• Etc.
Las Sustancias Extraíbles de la madera pueden tener gran influencia en las propiedades y
calidad de la madera, aunque ellos contribuyan sólo en algún porcentaje en la masa total de
la madera (2 a 8% del peso total).
Su designación se basa en la posibilidad de extraerlos a partir de la madera, con agua fría
o caliente o con solventes orgánicos neutrales tales como alcohol, benceno, acetona o éter.
Estas sustancias sirven para caracterizar ciertas especies. Frecuentemente son las causales
del color y olor de la madera, así como de su mayor o menor resistencia al ataque de
insectos y hongos que provocan su pudrición.
Los extractivos están depositados en los lúmenes y paredes celulares.
Los componentes químicos aquí presentes son de diferentes clases y pueden ser divididos
en componentes orgánicos y componentes inorgánicos.
Entre los compuestos orgánicos se pueden encontrar hidrocarburos alifáticos y aromáticos,
alcoholes, fenoles, aldehídos, cetonas, ácidos alifáticos, ceras, glicéridos, y compuestos
nitrogenados.
Entre los compuestos inorgánicos se pueden encontrar ciertos iones metálicos que son
esenciales para el normal desarrollo del árbol. Ciertos materiales inorgánicos, como sales
de calcio y sílice, no son solubles en los solventes mencionados, pero a veces también se
los considera extractivos debido a que tampoco forman parte de la pared celular.
Compuestos químicos más comunes que conforman los extractivos de la madera
C = coníferas L = latifoliadas M = monocotiledoneas
Algunos extractivos (como los compuestos fenólicos), proveen resistencia natural al ataque
de insectos y hongos.
Otros extractivos, una vez separados, se convierten en productos de gran utilidad, como
trementina, tanino, goma arábiga, caucho natural, etc.
A veces, la presencia de ciertos extractivos dificultan o inhiben la utilización de una madera
para determinados productos, como por ejemplo en aquellas maderas que contienen
extractivos tipo fenólicos cuando se realiza su pulpado por el proceso al sulfito.
Problemas que generan los extractivos en la industria papelera:
• Disminución del rendimiento (para sp con alto contenido de extractivos, ej.
Gleditzia amorphoides)
• Aumento en el consumo de reactivos
• Dificultad en la impregnación
• Problemas de “Pitch” (formacion de “stickies”)
• Formación de espuma
• Otros
BIBLIOGRAFÍA:
http://es.wikipedia.org/wiki/Madera
http://www1.monografias.com/trabajos15/composicion-madera/composicion-
madera.shtml#ixzz3aWYgAazh
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