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Revista Chapingo serie ciencias forestales y del ambiente

versión On-line ISSN 2007-4018versión impresa ISSN 2007-3828

Rev. Chapingo ser. cienc. for. ambient vol.23 no.2 Chapingo may./ago. 2017

http://dx.doi.org/10.5154/r.rchscfa.2016.06.040 

Artículo de revisión

Usos alternativos de los desechos de la industria del aserrío

Jesús N. Fregoso-Madueño1 

José R. Goche-Télles2 

José G. Rutiaga-Quiñones3 

Rubén F. González-Laredo2  4  * 

Melissa Bocanegra-Salazar1 

Jorge A. Chávez-Simental5 

1Universidad Juárez del Estado de Durango, Facultad de Ciencias Forestales, Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Agropecuarias y Forestales. Río Papaloapan y bulevar Durango s/n, col. Valle del Sur. C. P. 34120. Durango, Durango, México.

2Universidad Juárez del Estado de Durango, Facultad de Ciencias Forestales. Río 14 Papaloapan y bulevar Durango s/n, col. Valle del Sur. C. P. 34120. Durango, Durango, México.

3Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Gral. Francisco J. Múgica s/n, Ciudad Universitaria. C. P. 58030. Morelia, Michoacán, México.

4Instituto Tecnológico de Durango, Depto. Ingenierías Química y Bioquímica. Felipe Pescador 1803 Ote., Nueva Vizcaya. C. P. 34080. Durango, Durango, México.

5Universidad Juárez del Estado de Durango, Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera (ISIMA). Bulevar del Guadiana núm. 501, Ciudad Universitaria, Torre de Investigación. C. P. 34120. Durango, Durango, México.

Resumen

En México, la producción anual de madera es de aproximadamente 8 millones de m3. De este volumen, 70 % se destina a la industria del aserrío, generando alrededor de 2.8 millones de m3 de desechos, principalmente aserrín, virutas y cortezas. El manejo de estos residuos representa un problema en la actualidad, pues se emplean principalmente como fuente de energía, afectando negativamente el ambiente, generando polvo en el aire y contribuyendo a la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera. Además, los desechos perjudican la salud de trabajadores y habitantes de las zonas cercanas a los aserraderos, al generar problemas ambientales como incendios y autocombustión. En consecuencia, es necesario encontrar alternativas de uso de los residuos. La mayoría de estos son ricos en celulosa, hemicelulosa, lignina y otras sustancias de bajo peso molecular, características deseables en muchos procesos industriales. Las sustancias extraíbles podrían emplearse en dichos procesos, disminuyendo así el impacto ambiental. Esta revisión proporciona alternativas sustentables para el desarrollo y aprovechamiento de los recursos de la industria forestal, con base en la información disponible sobre la aplicación y uso de los residuos forestales.

Palabras clave: Desechos forestales; aserrín; corteza; Pinus

Introducción

La industria del aserrío se define como la actividad industrial encargada de la transformación de madera en rollo a madera aserrada. En México, esta industria procesa alrededor de 70 % de la producción forestal anualmente (Ortiz, Martínez, Vázquez, & Juárez, 2016). No obstante, en este proceso de transformación, los coeficientes de aserrío oscilan entre 45 y 60 % (Luna et al., 2012), por lo que aproximadamente 40 % se convierte en residuos de escaso a nulo valor económico.

México posee un alto número de especies forestales, ubicándose en el cuarto lugar entre los 17 países denominados megadiversos (Villaseñor & Ortiz, 2014). El país cuenta con 138 millones de ha de vegetación forestal, equivalente a 70 % del territorio nacional; de esta superficie, 64.9 millones de ha corresponden a bosques y selvas (Hernández-Salas et al., 2013). El estado de Durango, debido a la cubierta de superficie forestal que posee, es considerado uno de los principales productores de madera. En el año 2013, la entidad participó con 32.8 % de la producción; otros estados como Chihuahua (16.79 %), Michoacán (7.76 %), Oaxaca (7.13 %) y Veracruz (4.93 %) tuvieron una menor participación. Cabe resaltar que solo Durango y Chihuahua, en conjunto, representaron 49.6 % de la producción maderable del país, de ahí su importancia en el sector forestal (Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales [SEMARNAT], 2014).

Las especies más aprovechadas en Durango son los pinos, existiendo aproximadamente 20 especies, de las cuales la mitad son las más utilizadas, debido a su calidad y abundancia. Entre ellas se encuentran: Pinus durangensis Martínez, P. arizonica Engelm., P. engelmannii Carr. y P. cooperi C. E. Blanco, otras especies representativas son P. leiophylla Schiede ex Schltdl. & Cham. y P. chihuahuana Martínez (González-Elizondo, González-Elizondo, Tena-Flores, Ruacho-González, & López-Enríquez, 2012). El residuo que destaca es el aserrín, producto principal del asierre de madera, que generalmente no tiene una aplicación o comercialización importante, más bien se convierte en un problema de disposición y manejo dentro de la industria. El aserrín termina en usos meramente artesanales y rudimentarios, principalmente como combustible, auxiliar para limpieza en hogares y granjas e incluso abandonado en el campo por la falta de propuestas tecnológicas para un aprovechamiento industrial (Tchehouali et al., 2015). En tal contexto, el presente trabajo muestra una revisión sobre las alternativas sustentables para el desarrollo y aprovechamiento de los recursos de la industria forestal, como estado del arte en la materia.

Delimitación del problema

Los residuos confinados a cielo abierto, sin tratamiento previo, pueden considerarse peligrosos, por ser foco de proliferación de agentes infecciosos (roedores, insectos y microorganismos patógenos) que provocan daños a los seres humanos y animales, además de deteriorar la calidad de suelos, agua y aire (Saval, 2012).

La disposición final de aserrín y otros residuos es un problema creciente en la industria de la madera, ya que en los aserraderos se producen grandes cantidades de aserrín anualmente. A nivel local, la SEMARNAT (2012) estimó la producción forestal maderable del estado de Durango en 1 741,212 m3 correspondientes a 78 % del rendimiento promedio, lo que arroja un total de 491,111 m3 de subproducto residual generado en los aprovechamientos forestales.

El Programa Nacional para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos de la SEMARNAT (2008), derivado del artículo 19 de la Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos (Cámara de Diputados del H. Congreso de la Unión, 2003), incluye los residuos provenientes de servicios de salud y de transporte, entre otros, pero deja fuera a los llamados subproductos lignocelulósicos. Lo anterior causa desinterés total en los centros de procesamiento de la madera para la gestión racional de los residuos de la industria forestal; sin embargo, existe legislación local como la Ley de Residuos Sólidos del Distrito Federal (Asamblea Legislativa del Distrito Federal, 2003). Esta ley establece en su artículo 31 que “los subproductos agrícolas y de aprovechamiento forestal son considerados como residuos sólidos de manejo especial, incluyendo los residuos de insumos empleados en esta práctica”.

La producción de aserrín y corteza, a gran escala, sigue siendo un problema importante ya que solo se han desarrollado soluciones parciales, debido principalmente a la dispersión geográfica de las fuentes de generación y los posibles mercados. Además, se tienen problemas de transporte derivados de la movilización de grandes volúmenes, lo que limita las salidas rentables para este tipo de materiales (Pérez, Barrera, & Ramírez, 2015).

Clasificación de usos alternativos de los residuos forestales

Usos en el sector agropecuario

En las últimas décadas, los subproductos o residuos de desecho de diversas actividades domésticas, urbanas e industriales se han usado como medios de crecimiento (Luna, Córdoba, Gil, & Romero, 2013). La incorporación de estos materiales permite la obtención de productos de bajo costo que a largo plazo causan un impacto ecológico positivo (Pineda-Pineda et al., 2012).

Sustrato en la agricultura

El aserrín y la corteza de pino (Pinus spp.) provenientes de la industria maderera tienen potencial como sustrato, además, poseen alta disponibilidad por las grandes cantidades producidas en México (Ortega-Martínez, Sánchez-Olarte, Díaz-Ruiz, & Ocampo-Mendoza, 2010).

El aserrín empleado apropiadamente puede competir con otros sustratos que, comparativamente, tienen disponibilidad limitada (Raviv, 2011). Todos los tipos de aserrín mejoran las características físicas de los medios de crecimiento, ya que el tamaño de las partículas es fácilmente manejable con los componentes del medio. Los efectos favorables pueden compararse con los de la turba, tanto por la densidad de la masa como por la porosidad y aireación de los suelos arenosos y retención de agua de los suelos arcillosos (Martínez-López, Fernández-Concepción, Álvarez-Lazo, García-González, & Rodríguez-Álvarez, 2012). En México, el aserrín se ha evaluado como sustrato en solanáceas; su efecto se refleja en un sistema radical eficiente, contribuyendo a la producción de planta de buena calidad (Ortega-Martínez et al., 2010).

Por otra parte, la corteza de pino tiene características físicas y químicas adecuadas para la producción de plantas de diversas especies (Jackson & Wright, 2009). El uso de este material ayuda en la reducción de daños ocasionados por organismos patógenos, debido a la baja retención de humedad (Reis, 1995). La corteza mezclada con otros sustratos minerales o industriales aumenta la disponibilidad de agua y eficiencia de nutrientes sin afectar la raíz o el crecimiento de las plantas (Vargas-Canales, Castillo-González, Pineda-Pineda, Ramírez-Arias, & Avitia-García, 2014).

Sustrato en la producción forestal

El aserrín crudo ha mostrado ser un buen sustrato para la producción de planta de Cedrela odorata L. en vivero, sin efectos tóxicos durante el periodo de invernadero (Mateo-Sánchez, Bonifacio-Vázquez, Pérez-Ríos, Mohedano-Caballero, & Capulín-Grande, 2011). La mezcla de sustratos convencionales y aserrín se puede usar satisfactoriamente como medio de crecimiento, para la producción de especies forestales con sistemas de producción tecnificados (Maldonado-Benitez, Aldrete, López-Upton, Vaquera-Huerta, & Cetina-Alcalá, 2011).

Hernández-Zarate, Aldrete, Ordaz-Chaparro, López-Upton, y López-López (2014) evaluaron el crecimiento de plántulas de P. montezumae Lamb. en un vivero de Puebla. Las características físicas y químicas de los sustratos compuestos por corteza de pino y aserrín proporcionaron condiciones aptas para el crecimiento de las plántulas que a la edad de 10 meses mostraron características morfológicas adecuadas para su trasplante a campo. En ese sentido, Mateo, Capulín, Araujo, Suárez, y Mitjans (2015) evaluaron el efecto de tres sustratos a base de aserrín de pino sobre el crecimiento de Acacia retinodes Schltdl. en vivero. El aserrín (67 %) mezclado con lombricomposta (33 %) y fertilizante de liberación lenta (4 kg·m-3), como complemento, produjo peso seco de la raíz, peso de parte aérea, biomasa total, altura de la planta y diámetro de tallo mayores que los obtenidos con los sustratos convencionales.

Aunado a los productos obtenidos de la conversión de los residuos lignocelulósicos, productos como el biocarbón pudieran ser una variante a considerar, ya que proporciona efectos beneficiosos como acondicionador de suelos, mejorando su calidad y productividad. El uso del biocarbón ha demostrado la mejora de las propiedades químicas y físicas (retención de humedad, aumento del contenido y retención de nutrientes, permeabilidad de los suelos y sus propiedades biológicas), contribuyendo al incremento en la productividad de los cultivos y establecimiento de suelos para reforestación (Woolf, Amonette, Street-Perrott, Lehmann, & Joseph, 2010).

Suplemento alimenticio en ganado

Los rumiantes se han adaptado a varios sistemas alimenticios debido a que en el rumen habitan especies microbianas como bacterias, protozoarios y hongos con la cualidad de transformar alimentos de baja calidad, como pajas de cereales o inclusive la urea, en otros con alto contenido de proteína (Rodríguez & Rodríguez, 2011). Los residuos agroindustriales y forestales, por su volumen y composición, pueden constituir una alternativa para enfrentar la carencia de alimento. Debido a estas características es posible la utilización de fuentes de fibra poco convencionales, sin afectar las variables productivas (Perea, Guardia, Medina, & Hinestroza, 2013).

En la actualidad, el uso de aserrín en la alimentación de rumiantes tiene impacto en la ganancia importante de peso para la producción de carne, disminuyendo el costo de fuentes comunes de fibra. En este sentido, Mateo-Sánchez, Cobos-Peralta, Trinidad-Santos, Cetina-Alcalá, y Vargas-Hernández (2002) aislaron un cultivo de bacterias ruminales capaces de degradar aserrín de pino. Estos autores sugieren que, además de aportar la fibra necesaria a la dieta, el aserrín puede utilizarse como fuente de energía si es que existen las condiciones ruminales adecuadas para la actividad de bacterias celulolíticas y hemicelulolíticas. Asimismo, Guerra-Medina, Pérez-Sato, Cobos-Peralta, y Montañez-Valdez (2010) reportaron que la inclusión de 30 % de aserrín de Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham., en sustitución de rastrojo de maíz como fuente de fibra, mejoró la ganancia diaria de peso de borregos en cebo; estos tuvieron una respuesta similar en consumo voluntario de alimento y, por consiguiente, mejor eficiencia alimenticia. Recientemente, Guerra-Medina et al. (2015) evaluaron el efecto de la adición de bagazo de agave y aserrín en la dieta de ovinos, sobre la ganancia diaria de peso, consumo de materia seca, conversión alimenticia y pH ruminal. Las dietas experimentales fueron: 15 % de rastrojo de maíz (testigo), 15 % de bagazo de agave y 15 % de aserrín de pino. Los resultados sugieren que el aserrín de pino y el bagazo de agave pueden utilizarse como fuentes alternas de fibra, sin afectar las variables productivas.

Uso como biocombustible

La combustión de biomasa de desechos forestales (ramas, acículas, aserrín y viruta), al igual que los combustibles fósiles convencionales, puede considerarse materia prima en la producción de combustible y generación de energía eléctrica, térmica y potencial, para su uso en los sectores industrial, comercial, familiar y del transporte (García, Pizarro, Lavín, & Bueno, 2014). La bioenergía se puede obtener de biocombustibles sólidos como leña, carbón vegetal, residuos agrícolas, residuos forestales, comprimidos y briquetas; de los biocombustibles líquidos como el bioetanol y biodiesel; y de los gaseosos como el biogás (Vega-Nieva, Fernández-Lorenzo, Ortiz- Torres, & Corral-Rivas, 2015).

Materia prima en la producción de bioetanol

El aumento de la producción de etanol en el mundo ha estado ligado con el desarrollo de nuevas tecnologías que permiten la obtención del combustible a partir de residuos de madera, desechos sólidos y materiales que contienen celulosa y hemicelulosa, lo cual permite revalorizar los desechos de varias industrias (Mora et al., 2015).

El interés por el uso de materiales lignocelulósicos como materia prima en procesos de transformación por microorganismos se ha incrementado desde hace varias décadas (Viñals-Verde, Bell-García, Michelena-Álvarez, & Ramil-Mesa, 2012). El aserrín es utilizado para la producción de etanol, combustible y otros químicos (Palonen, Tjerneld, Zacchi, & Tenkanen, 2004) por ser el material lignocelulósico dominante en el hemisferio norte (Galbe & Zacchi, 2002). Los desechos de madera son eficientes para la producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos (bioetanol) (Koppram & Olsson, 2014); sin embargo, una limitante para la producción es la recuperación de los azúcares, la cual está determinada por el procedimiento de hidrólisis que se utilice. La hidrólisis enzimática está limitada por la presencia de lignina y la cristalinidad de la celulosa (Åkerholm, Hinterstoisser, & Salmén, 2004), por ello se han utilizado diversos pretratamientos, entre los que destacan el alcalino, el ácido y la explosión con vapor (Farías-Sánchez et al., 2015). Se ha determinado que el pretratamiento alcalino es el que más favorece la hidrólisis enzimática, ya que produce los rendimientos más altos de azúcares reductores (López-Miranda, Soto-Cruz, Rutiaga-Quiñones, Medrano-Roldán, & Arévalo-Niño, 2009; Schell, Farmer, Newman, & McMillan, 2003). Con este pretratamiento, López-Miranda et al. (2009) obtuvieron rendimientos de sacarificación 134 % mayores que con el pretratamiento con ácido sulfúrico, y 246 % mayores que con la explosión con vapor. Los autores indican que sus resultados permiten visualizar el desarrollo de una tecnología para el aprovechamiento del aserrín de pino en la generación de biocombustibles para la industria automotriz y de tecnologías limpias que podrían eliminar un contaminante del suelo potencialmente riesgoso para la salud.

En el estado de Durango, Pérez-Verdin, Navar-Chaidez, Grebner, y Soto-Álvarez (2012) estimaron la producción, recolección, extracción y transporte de la biomasa mediante la utilización de simulaciones Monte Carlo. De acuerdo con los autores, se utilizan alrededor de 322,000 t para la producción anual de 38 millones de litros de etanol, a un costo promedio de 23.8 USD·t-1 de residuos forestales (0.20 USD·L-1 etanol), mientras que para los residuos industriales es de 22.6 USD·t-1 (0.19 USD·L-1 etanol). Por tanto, el ajuste diferencial de costos aún limita la factibilidad de esta tecnología.

Producción de combustibles sólidos

Autores como Styles et al. (2015) consideran que la importancia de la biomasa ha incrementado a nivel mundial por considerarse una fuente de energía renovable, que disminuye los efectos nocivos de los combustibles fósiles considerablemente.

Los residuos de los aprovechamientos forestales e industriales son una fuente importante de energía, debido a que tienen alto contenido calórico, alta densidad y bajo contenido de humedad. Estos atributos son deseables en la trasformación de residuos en bioenergía (Thiffault, Béchard, Paré, & Allen, 2015). El carbón vegetal es un combustible sólido con poder calorífico que fluctúa entre 121,336 y 146,440 kJ·kg-1, valor superior al presentado por la madera que oscila entre 50,208 y 87,864 kJ·kg-1. La conversión de residuos mediante la pirólisis, para la obtención de productos con características de combustible, genera un producto llamado biocarbón, el cual se ha utilizado ampliamente como una alternativa de manejo, reduciendo el volumen de residual sólido (Yamato, Okimori, Wibowo, Anshori, & Ogawa, 2006). En cuestiones de rendimiento, el peso obtenido de biocarbón depende de las condiciones y los parámetros de operación del proceso de pirólisis, de la temperatura final y de la composición de la biomasa. El rendimiento disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura y la velocidad de calentamiento de la biomasa, al favorecerse la generación de gases y la formación de un carbón muy reactivo de alta porosidad, que evoluciona hacia la formación de compuestos volátiles. En estas condiciones de rápido calentamiento se ha comprobado, además, que la formación de alquitrán incrementa (Angin, 2012). Por otra parte, a mayor contenido de lignina en la biomasa inicial, mayor será el rendimiento en peso del biocarbón, debido a la gran estabilidad térmica que presenta. Por lo tanto, los tres factores fundamentales que favorecen la producción de biocarbón en un proceso de pirólisis de biomasa son temperaturas bajas de proceso, velocidad lenta de calentamiento y contenido mayor de lignina (Kim-Kwang, Jae-Young, Tae-Su, & Weon-Choi, 2012). Al respecto, Arteaga-Crespo, Carballo-Abreu, García-Quintana, Alonso-López, y Geada-López (2012) obtuvieron biocarbón de especies maderables endémicas de Cuba con rendimientos superiores al 40 %, a 300 °C y a bajas velocidades de calentamiento.

Pellets y briquetas elaboradas a partir de residuos forestales

Una de las vías para utilizar los residuos madereros es convirtiéndolos en comprimidos o briquetas, también conocidos como biocombustibles sólidos densificados. Para esto, la humedad inicial, composición química de las cenizas y su distribución granulométrica son importantes (Correa-Méndez et al., 2014a, 2014b). Dichos biocombustibles tienen forma cilíndrica con diámetros nominales entre 7 y 22 mm y longitudes de 3.5 a 6.5 cm, se fabrican a presión alta sin necesidad de utilizar adhesivo y poseen poder calorífico superior de 17,572 kJ·kg-1 (López et al., 2008).

Los pellets y briquetas se elaboran a partir de aserrín compactado con presiones mayores de 147,100 kPa; se utilizan ampliamente en Europa y Norteamérica, en países con alto desarrollo forestal (Dávila, Amador, Morazan, & Rugama, 2013). La combustión de los pellets es ambientalmente favorable, debido a que puede reducir 50 % de las emisiones de CO2 comparada con la combustión de leña o astillas; además posee bajas concentraciones de azufre (0.004 a 0.007 %) y nitrógeno (0.05 a 0.16 %), con respecto al peso seco final de cada pellet. La materia prima contiene entre 8 y 12 % de humedad, obteniendo una eficiencia energética de 18,828 kJ·kg-1 como poder calorífico superior (Ortíz, Tejada, Vázquez, & Piñeiro, 2004).

En estudios de eficacia calorífica se ha encontrado que la combinación de 47.5 % de carbonilla y 52.5 % de aserrín supera los 21,307 kJ·kg-1, originando una ganancia energética de 24.25 % con respecto al poder calorífico superior de los pellets de aserrín (17,148 kJ·kg-1) (Soto & Núñez, 2008).

Compuestos mixtos a base de residuos forestales y plásticos

La elaboración de productos manufacturados a base de madera y polímeros (composites) está tomando importancia en los últimos años (Moya-Villablanca, Oses-Pedraza, Poblete-Wilson, & Valenzuela-Hurtado, 2014). Kuang, Kuang, Zheng, y Wang (2010) evaluaron un compuesto de polipropileno reforzado, preparado por el proceso de extrusión de polipropileno con madera, en proporciones de 15, 25 y 40 % en peso con dos granulometrías diferentes. Los productos se elaboraron mediante procesos de inyección con dimensiones según la norma ASTM. Los autores observaron que con el aumento del contenido de fibra, las propiedades como el índice de fluidez disminuyeron, en tanto el módulo de elasticidad, dureza y densidad aumentaron. Los resultados muestran que las propiedades de los compuestos son sumamente eficientes cuando se comparan con otros sistemas comerciales reforzados con rellenos inorgánicos.

Uso químico

Estudios realizados en extractos de madera y corteza de coníferas reportan estructuras químicas denominadas metabolitos secundarios, como lo son: monoterpenos, sesquiterpenos, sesquiterpenlactonas, diterpenos, triterpenos, flavonoides y lignanos (Otto & Wilde, 2001). En algunos casos, estos compuestos son responsables de la resistencia de la madera a la acción de insectos, hongos y bacterias; por tanto, podrían tener aplicaciones como pesticidas, preservantes de la madera y antibióticos (Kubo, Muroi, & Himejima, 1992; Kubo, Muroi, & Kubo, 1995). Los extractos de plantas, como agentes de control biológico, y la combinación con procesos químicos y naturales están emergiendo como soluciones parciales para el control de organismos capaces de degradar (hongos, bacterias y termitas).

Efecto fungicida de los extractos químicos

Los líquidos obtenidos en la pirólisis, como consecuencia de la condensación de los gases, se conocen con una variedad de términos: aceites pirolíticos, bioaceites, aceites biocombustibles, ácidos piroleñosos, líquidos de madera y destilados de madera (Bridgwater, 2003). Navas (2002) obtuvo un líquido piroleñoso, a partir de desechos de aserrío, y encontró eficiencia fungicida en pruebas in vitro, demostrando toxicidad del líquido frente a ciertos hongos de pudrición de la madera. Los valores límites de toxicidad fueron de 3 % volumen de preservante:líquido piroleñoso, por volumen de medio, para los hongos Coriolopsis polizona (Pers.) Ryvarden y Fomitella supina (Sw.) Murrill, y de 4 % volumen de preservante:líquido piroleñoso, por volumen de medio, para los hongos Pycnoporus sanguineus (L.) Murrill y Trametes villosa (C. P. Robin) Berkhout. Estos valores, una vez convertidos en su equivalente de contenido de fracción orgánica, coincidieron con valores de toxicidad en estudios similares. Vargas-Muñoz (2008) encontró actividad antifúngica del extracto crudo metanólico de la corteza de Pinus caribaea Morelet var. hondurensis, mostrando un aumento significativo a partir del fraccionamiento de dicho extracto, para los hongos Gloeophyllum trabeum (Pers.) Murrill y Trametes versicolor (L.) Lloyd.González-Laredo, Ochoa, Guzmán, y Castañeda (1989) expusieron que cuando las muestras de pino y astillas son tratadas con taninos condensados de su propia corteza, la resistencia aumenta hacia el ataque del hongo G. trabeum, causante de pudrición parda. Los autores explicaron que este fenómeno quizá se deba a una formación de enlaces covalentes entre los flavonoides del extracto y el material celulósico de la madera. Aunado a esto, el costo de la realización de prácticas de preservación de taninos, extraídos de corteza de material forestal, representa un precio relativamente bajo, alrededor de $4.00·kg-1. El material se obtiene de productos reciclables de la actividad forestal, lo cual confiere una ventaja marginal económicamente viable (González-Laredo et al., 1989).

Efecto antibiótico de material procedente del aserrío

Las especies Pinus douglasiana Martínez y P. pseudostrobus Lindl. var. pseudostrobus, originarias de la Sierra Madre Occidental, entre otras de diferentes sitios del país, contienen extractos con actividad antimicrobiana, pero no se cuenta con reportes científicos que evidencien las dosis eficaces contra algunas cepas de microorganismos patógenos (Stefanova-Nalimova, Coronado-Izquierdo, & Rizo-Peña, 2005).

Becerra et al. (2002) aislaron 10 diterpenos de la corteza y madera de la familia forestal chilena Podocarpaceae: Podocarpus nubigena Lindl., P. saligna Zeller, Prumnopitys yina (Poepp. et Endl.) de Laub. y Saxegothaea conspicua Lindl. Seis diterpenos tuvieron fuerte actividad contra Staphylococcus aureus Rosenbach y Pseudomonas sp., siendo los más eficientes: totarol, ferruginol, dehidroferruginol y acetil ferruginol. Una investigación similar, realizada por Kubo y Himejima (1992), reportó actividad antimicrobiana del totarol contra bacterias Gram positivas y negativas.

En 2008, Amaya-Gutiérrez, Toledo-González, Ruiz-García, Flores-Machuca, y Casas-Solís evaluaron la sensibilidad de las bacterias S. aureus, Salmonella enteritidis (SE), Escherichia coli (Escherich) y la levadura Candida albicans (C. P. Robin) Berkhout a diferentes concentraciones de extractos de P. pseudostrobus, P. douglasiana y Pinus spp. Los resultados mostraron que P. pseudostrobus, en concentraciones de 25 %, inhibió 50 % de S. enteritidis, mientras que el extracto de Pinus spp. fue efectivo con los cuatro microorganismos en rangos de inhibición de 83 a 97 %. Por último, P. douglasiana, a una concentración de 25 %, logró 73 % de control de crecimiento de S. aureus y cerca de 60 % de control de E. coli y C. albicans.

Efecto insecticida de los compuestos químicos de la madera

Los productos de madera necesitan agentes químicos para su conservación, pero estos crean problemas ambientales y afectan negativamente a muchos organismos e insectos beneficiosos (Dutta, 2015). Los extractos aislados del duramen de algunas especies de pinos pueden proporcionar alternativas en el control de plagas, debido al contenido alto de productos químicos bioactivos. Además, los extractos son biodegradables y podrían ayudar a resolver los problemas ambientales causados por los plaguicidas sintéticos (Montico & Di Leo, 2015). Varios extractos presentan toxicidad y repelencia frente a algunas especies de termitas (Manzoor et al., 2011); el mecanismo no es del todo claro, por lo que se sugiere adecuar metodologías que puedan aportar conocimiento. La actividad de la mayoría de los extractivos naturales contra las termitas es generalmente baja, con relación a los insecticidas comerciales.

Antioxidantes presentes en los desechos industriales de la madera

Los polifenoles y en especial los flavonoides son metabolitos secundarios que se forman de manera natural en todas las plantas (Riveros & Inga, 2015). Algunos de estos compuestos se han identificado en especies de pino originarias de Durango y en semillas de frutos procedentes del mismo estado (González-Elizondo et al., 2012; González-Laredo et al., 2007). Los flavonoides son antioxidantes naturales que tienen un efecto importante en la durabilidad de la madera (Dai & Mumper 2010). De acuerdo con Schultz y Nicholas (2000), los flavonoides protegen el duramen contra la colonización de hongos por una doble función: la actividad fungicida y la eliminación de radicales libres (actividad antioxidante). Los flavonoides han recibido particular atención debido a su papel en la neutralización y desecho de radicales libres (Gupta & Prakash, 2009). Pietarinen, Willför, Vikström, y Holmbom (2006) mostraron que la capacidad antioxidante de los flavonoides es particularmente importante porque es la responsable de neutralizar las especies reactivas causantes del deterioro de la pared celular, durante la pudrición blanca y parda. Por otra parte, diversos investigadores han informado que los fenoles extraídos de Pinus radiata D. Don son preservantes efectivos en la industria alimentaria, debido a sus propiedades antioxidantes (Jerez, Touriño, Sineiro, Torres, & Núñez, 2007; Raghavendra, Kumar, & Prakash, 2007). Estos efectos antioxidantes también se han descrito para los extractos de corteza de Pinus marítima Ait. (Packer, Rimbach, & Virgili, 1999) y Pinus pinaster Ait. (Jerez, Selga, Sineiro, Torres, & Núñez, 2007), bajo diversas condiciones de extracción.

Rosales-Castro y González-Laredo (2003) evaluaron el contenido de taninos condensados y fenoles totales, expresados como ácido tánico, en extractos etanólicos y acuosos de las cortezas de ocho especies de pino abundantes en el estado de Durango: P. arizonica, P. ayacahuite Ehrenb. ex Schltdl., P. cooperi, P. chihuahuana, P. durangensis, P. engelmannii, P. leiophylla y P. teocote Schiede ex Schltdl. & Cham. Los rendimientos en extracto total (sólidos totales extraídos) variaron con respecto al solvente de extracción y la especie. En todas las especies, el rendimiento en extracto obtenido con etanol al 50 % fue mayor que el obtenido con agua, siendo P. ayacahuite y P. leiophylla las especies con la mayor concentración de compuestos fenólicos, y P. engelmannii y P. cooperi las de menor concentración. Aun así, la concentración de flavonoides determinadas en dicho estudio, que varió de 13 a 16 % (P. durangensis, P. ayacahuite y P. leiophylla), se puede considerar viable para su uso en áreas biomédicas (Cortés, Pulgar, Sanhueza, Aspé, & Fernández, 2010).

Los flavonoides presentes en la corteza de especies forestales y su efecto como nutracéuticos han sido investigados por Nakayama et al. (2015). Anteriormente Devaraj et al. (2002) patentaron un extracto de la corteza de P. pinaster con el nombre Pycnogenol, demostrando que dosis de 150 mg de extracto por día, durante seis semanas, reduce significativamente los niveles de lipoproteínas de baja densidad (colesterol LDL) y aumenta las lipoproteínas de alta densidad (HDL) en humanos. Los métodos y técnicas de obtención de estos extractos están descritos en algunas patentes norteamericanas (55,720,956, 8,697,749 y 5,720,556). En este sentido, Rosales et al. (2009) evaluaron la concentración de fenoles totales, flavonoides y proantocianidinas en extractos de acetona acuosa al 70 % (extracto crudo) y extractos semipurificados por partición líquido-líquido con acetato de etilo (extracto orgánico) en cortezas de P. cooperi, P. engelmannii, P. leiophylla y P. teocote. De esta manera, los autores determinaron la actividad antioxidante de los extractos por las técnicas de radical ABTS•+, desoxi-d-ribosa (secuestro de radical hidroxilo) y por la inhibición de la oxidación de LDL. Esto permitió la identificación de flavanol catequina en las cuatro especies, pero en bajas concentraciones, aun así, todos los extractos tuvieron alta actividad antioxidante, pues inhibieron radicales libres, demostrando que los extractos son productos naturales con alto valor como fitoquímicos biológicamente activos.

Los taninos y sus usos como adhesivos naturales

Los taninos son compuestos químicos con estructuras muy complejas formadas por grupos fenólicos de origen vegetal, poseen la habilidad de reaccionar y precipitar con alcaloides, gelatinas y otras proteínas. Las concentraciones más altas de taninos se encuentran en tejidos leñosos o xilema, que contienen una proporción alta de células de parénquima, especialmente madera temprana del parénquima, y en los radios de madera (Pedraza-Bucio & Rutiaga-Quiñones, 2011).

Los taninos se han utilizado en la formulación de adhesivos con mezclas de otros compuestos químicos como el formaldehído (Pedraza-Bucio & Rutiaga-Quiñones, 2011; Vázquez, González-Álvarez, López-Suevos, & Antorrena, 2003). Vázquez et al. (2003) desarrollaron adhesivos fenol-formaldehído-taninos empleando taninos de corteza de P. pinaster con resultados prometedores en su aplicación a tableros contrachapados de eucalipto. Se han formulado adhesivos a base de residuos forestales con éxitos marginales, para buscar así una disminución en el uso de componentes químicos. Encinas, Paredes, y Tiburzi (2007) prepararon adhesivos con extractos tánicos de corteza de pino caribe que resistieron más de 196.133 kPa, que es el mínimo aceptado como resistencia al cizallamiento de tableros de madera. La adición de sulfito en la preparación del pegamento mejora su resistencia a la cizalla, pues la falla de las muestras se presenta en la madera y no en las uniones (Encinas et al., 2007).

Esteves et al. (2015) evaluaron aserrín licuado de P. pinaster usando un método polivalente con catálisis ácida. Encontraron que la resistencia de la unión disminuye con el aserrín de madera; sin embargo, con una concentración de 20 % de madera, la reducción de la resistencia de unión interna es relativamente pequeña, aun dentro de los estándares mínimos requeridos. Cuando se emplea 70 % de madera hay una disminución significativa en la resistencia de la unión. Los autores concluyeron que es posible utilizar una cantidad pequeña de aserrín de madera de pino marítimo licuado como un sustituto parcial en la formulación de resinas de urea-formaldehído y de melamina-urea-formaldehído para la producción de adhesivos, disminuyendo así el contenido de formaldehído.

Vázquez, López-Suevos, González-Álvarez, y Antorrena (2005) comprobaron que la adición de taninos a los prepolímeros modifica las características reológicas pasando de un comportamiento newtoniano a un comportamiento pseudoplástico en los adhesivos. Esto permitió que los investigadores pudieran elaborar productos que superaron las normas europeas de calidad para tableros de uso exterior.

Conclusiones

El interés por el uso de materiales lignocelulósicos procedentes de desechos de la industria del aserrío, como materia prima en procesos de transformación para un aprovechamiento integral, se ha incrementado desde hace varias décadas. El conocimiento de las propiedades químicas y físicas de los subproductos forestales y las concentraciones de los elementos que los conforman es de vital importancia para el desarrollo sustentable de la industria forestal, la que podría darle un valor económico agregado creando nuevas fuentes de ingreso. A nivel nacional y, particularmente, en Durango existen esfuerzos iniciales para el aprovechamiento de aserrín de madera y corteza, que priorizan las siguientes aplicaciones: a) como sustrato en la producción forestal y agrícola, bajo condiciones de invernadero; b) como material energético menos contaminante y mezclas de residuos forestales que producen mayor calor específico, logrando un potencial uso ecológico capaz de contrarrestar la contaminación generada al disponer tradicionalmente de los subproductos; la viabilidad inicial apunta hacia la fabricación de pellets o briquetas. Se sugiere la adecuación de las metodologías necesarias para determinar la calidad de los desechos generados en la entidad, y un estudio a profundidad sobre la viabilidad de los extraíbles para su uso como fungicida y preservante de maderas y para la formulación de adhesivos.

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Recibido: 23 de Junio de 2016; Aprobado: 16 de Marzo de 2017

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