Tannin content in the bark of two species of paracata (Erythroxylon compactum Rose and Senna skinneri Benth. Irwin & Barneby)
Serafín Colín-Urieta1; Héctor G. Ochoa-Ruiz2; José G. Rutiaga-Quiñones1*
1Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Fco. J. Múgica s/n, Ciudad Universitaria, Edificio "D". C. P. 58040. Morelia, Michoacán, México. Correo-e: rutiaga@umich.mx (*Autor para correspondencia).
2Departamento de Madera, Celulosa y Papel "Ing. Karl Augustín Grellmann", Universidad de Guadalajara. km 15.5 Carretera Guadalajara-Nogales, Las Agujas. C. P. 45010. Zapopan, Jalisco, México.
Recibido: 30 de marzo de 2012 ]]> Aceptado: 06 de febrero de 2013
Resumen
Se obtuvieron taninos de la corteza de Parácata (Erythroxylon compactum Rose y Senna skinneri Benth. Irwin & Barneby) mediante extracción acuosa aplicando un diseño experimental 2k, con k = 4 y n = 2. Los factores y niveles fueron: Factor A = tamaño de partícula (0.417, 6.68 mm), Factor B = tiempo de extracción (120, 180 min), Factor C = temperatura de extracción (80, 87 °C), Factor D = relación sólido-líquido (1:15, 1:12). Se evaluó la calidad curtiente de los taninos. Se curtió una piel de venado con taninos de S. skinneri y se determinó la resistencia al desagarre y la resistencia a la tensión. Los resultados de las propiedades físico-mecánicas de la piel curtida fueron superiores a los valores mínimos recomendados por las normas mexicanas. Con base en lo anterior, se estima que la corteza de S. skinneri pudiera ser susceptible de aprovechamiento para la extracción de taninos y así usarlos en el curtido de pieles.
Palabras clave: Erythroxylaceae, Fabaceae, curtido de pieles, ensayos físicos de piel, resistencia al desgarre, resistencia a la tensión.
Abstract
Tannins were obtained from Parácata (Erythroxylon compactum Rose and Senna skinneri Benth. Irwin & Barneby) bark by aqueous extraction using a 2k experimental design, with k = 4 and n = 2. The factors and levels were: Factor A = particle size (0.417, 6.68 mm), Factor B = extraction time (120, 180 min), Factor C = extraction temperature (80, 87 °C), Factor D = solid-liquid ratio (1:15, 1:12). The tanning quality of the tannins was evaluated. A deerskin was tanned using S. skinneri tannins and its tear load and tensile strength were determined. Test results for the physical and mechanical properties of the tanned leather were higher than the minimum values recommended by Mexican standards. We therefore conclude that the tannins in S. skinneri bark are suitable for use in tanning.
Keywords: Erythroxylaceae, Fabaceae, tanning, physical testing of leather, tear load, tensile strength.
]]> Introducción
Después de la madera, la corteza es el segundo tejido más importante de un tronco y, dependiendo de la especie y de las condiciones de crecimiento, puede llegar a representar de 10 a 20 % de éste. La corteza es un material cuya composición química es más compleja que la de la madera, distinguiéndose sobre todo por el alto contenido de sustancias extraíbles, principalmente polifenoles y suberina. Entre los polifenoles se encuentran los fenoles simples, lignanos, estilbenos, flavonoides, quinonas y taninos. Estos últimos se clasifican en taninos hidrolizables y taninos condensables (Fengel & Wegener, 1983), abundan en el reino vegetal y son los más importantes económicamente (Kirk, 1962; López-Ríos, 1989), se han usado tradicionalmente para curtir pieles y en la formulación de adhesivos (Garro, Riedl, & Conner, 1997; González, Ochoa, Guzmán, & Castañeda, 1989; Pedraza-Bucio & Rutiaga-Quiñones, 2011; Pizzi, 1982). Los taninos se han extraído con diferentes solventes como agua, etanol, acetona y metanol, o mezclas de ellos en diversas proporciones (Waterman & Mole, 1994), pero el agua es el solvente más económico (González et al., 1989); algunos estudios se han realizado para extraerlos de la corteza de diferentes especies de encinos (Honorato-Salazar & Hernández-Pérez, 1998) y pinos (Rosales-Castro & González-Laredo, 2003). Para el estudio de los taninos, en el presente trabajo, se eligieron dos especies de arbustos de relativamente rápido crecimiento: Erythroxylon compactum Rose y Senna skinneri Benth. Irwin & Barneby, ambas conocidas comúnmente como Parácata. Las cortezas de estas especies se usan localmente para tratar males estomacales. La primera pertenece a la familia Erythroxylaceae, alcanza hasta 3 m de altura y se localiza en los estados de Puebla y Oaxaca (Standley, 1961); la segunda especie pertenece a la familia Fabaceae, alcanza hasta 5 m de altura, se ha localizado en Colima, Michoacán, Guerrero, Morelos, Oaxaca, Puebla, Chiapas y también en Centroamérica, desde el nivel del mar hasta 1,000 m (McVaugh & Anderson, 1987). Los objetivos del presente trabajo fueron extraer los taninos de la corteza de E. compactum y S. skinneri con agua caliente para valorar la calidad de ambos, así como curtir piel de venado con los taninos de la corteza de mayor calidad y determinar las propiedades físico-mecánicas del cuero.
Materiales y métodos
Colecta y preparación del material
La especie E. compactum se colectó en el paraje "Los Limones de los Jaimes", a la orilla de un río de la localidad de Purechucho, municipio de Huetamo, Michoacán. La especie S. skinneri se colectó en una planicie sobre la orilla del km 5 de la carretera federal Huetamo-Zitácuaro. La región se ubica en las coordenadas 18° 38' latitud norte y 100° 54' longitud oeste, a 280 m de altitud, su clima es tropical y seco con lluvias en verano, tiene una precipitación pluvial anual de 975.5 mm y temperaturas que oscilan entre 20.8 a 37.1 °C (Instituto Nacional de Estadística y Geografía [INEGI], 2011).
La corteza de los arbustos se separó manualmente y se secó al aire libre. Posteriormente fue triturada en un molino Raver (modelo 248) y se tamizó con las mallas 3 (6.68 mm) y 35 (0.417 mm). La humedad se determinó por duplicado por el método de deshidratación (Technical Association of the Pulp and Paper Industry [TAPPI], 2000b) y el material se almacenó en bolsas de plástico selladas.
Contenido de cenizas de E. compactum y S. skinneri
El contenido de cenizas de las muestras de corteza de ambas especies se determinó por duplicado utilizando el material de malla 35 (TAPPI, 2000a).
Extracción de taninos de E. compactum y S. skinneri
]]> La extracción de taninos se hizo utilizando 5 g de astillas en un sistema estático de extracción acuosa en un matraz Erlenmeyer de 250 mL, en baño María. El extracto se filtró con papel filtro de porosidad media, se aforó en un matraz volumétrico de 100 mL y se determinaron los contenidos de extracto total, taninos condensables (número de Stiasny) y taninos hidrolizables (Pedraza-Bucio & Rutiaga-Quiñones, 2011).Evaluación de la calidad curtiente de los taninos de E. compactum y S. skinneri
Se pesaron 100 g de astilla (base seca) de cada corteza y se colocaron en un vaso de precipitado a baño María aplicando las condiciones de extracción optimizadas en la etapa anterior; en este paso, la extracción fue realizada por el método dinámico con agitación constante. Al finalizar la extracción, la solución se filtró en papel de porosidad media y se colectó en un matraz aforado. El extracto fue evaluado siguiendo las técnicas de ALCA (por sus siglas en inglés: American Leather Chemist Asociation) (Wessmann, Villalvazo, & Meier, 1980), determinando extracto total, solubles totales, material no curtiente, taninos y pureza.
Procedimiento artesanal para curtir piel de venado con taninos de S. skinneri
Dos pieles de aproximadamente 1 m2 se remojaron en agua por un periodo de 24 h. El pelaje (restos de carne, grasa y sangre) se removió de la piel mediante un proceso de estirado, sobre la superficie de una hoja de metal afilada. Las pieles se dejaron secar al sol. Posteriormente, éstas se colocaron en agua, se estiraron nuevamente en la hoja de metal y se colocaron en un recipiente con una mezcla de agua, cebo (grasa animal), jabón en polvo y maíz molido durante 48 h. Las pieles fueron agitadas enérgicamente y poreadas (acción mediante la cual, la mezcla de agua, jabón, cebo y maíz es forzada a atravesar la piel). Finalizado este procedimiento, las pieles se estiraron con cuidado en la hoja de metal afilada para después ponerse a secar al sol; después de este proceso, las pieles adquieren la característica de una gamuza. Posteriormente, la corteza de S. skinneri (10 kg) se maceró en agua con agitación por aproximadamente 5 h. Enseguida, las gamuzas se colocaron en la mezcla por 3 h y durante este tiempo se llevó a cabo el proceso de curtido. Después, éstas fueron jaladas y golpeadas sobre un pedazo de madera para evitar el encogimiento y se colocaron al sol para su secado. Finalmente, las gamuzas se impregnaron con jugo de limón con la finalidad de cambiar el color que deja el curtido (cambio de color morado a pardo).
Pruebas físico-mecánicas en la piel de venado curtida con taninos de S. skinneri
La resistencia al desgarre (NMX-A-235, 1983) y a la tensión (NMX-A-220, 1982) en las pieles curtidas con la corteza de S. skinneri (calidad mayor) se determinaron con un dinamómetro. También se determinó la temperatura de contracción (International Organization for Standardization [ISO], 2002). Estos ensayos en la piel curtida se realizaron por duplicado en el laboratorio de pruebas físicas del CIATEC del estado de Guanajuato.
Diseño experimental
La extracción de taninos de cada corteza se evaluó en un diseño factorial 2k, con k = 4 y n = 2 (Gutiérrez-Pulido & De la Vara-Salazar, 2004). Los factores y niveles fueron los siguientes: Factor A = Tamaño de partícula (0.417, 6.68 mm), Factor B = Tiempo de extracción (120, 180 min), Factor C = Temperatura de extracción (80, 87 °C), Factor D = Relación sólido-líquido (1:15, 1:12). Los datos se analizaron con un nivel de confianza estadística de 95 % y se procesaron con el programa Statgraphics Plus versión 4, obteniendo las gráficas de superficie de respuesta que dicho programa genera.
]]> Resultados y discusión
Humedad en las cortezas de E. compactum y S. skinneri
En las cortezas secadas al aire libre, el porcentaje de humedad en las astillas de E. compactum malla 35 y malla 3, fue 10.3 (±0.03) y 10.9 % (±0.04), respectivamente, y en las astillas de S. skinneri malla 35 y malla 3, fue 11.5 (±0.02) y 13.1 % (±0.01), respectivamente.
Contenido de cenizas de E. compactum y S. skinneri
El contenido de material inorgánico presente en las cortezas fue 9 % (±0.01) en la muestra de E. compactum y 9.1 % (±0.01) en S. skinneri. El resultado fue prácticamente igual para ambas y se encuentra dentro del rango (5-10 %) reportado para cortezas (Kollmann, 1959).
Extracción de taninos de E. compactum y S. skinneri
Con base en el análisis estadístico se concluye que las condiciones óptimas de operación fueron: tiempo de 180 min, temperatura de 83.5 °C y una relación sólido-líquido de 1:13, a excepción del tamaño de partícula, pues para E. compactum fue la malla 35 (0.417 mm) y para S. skinneri la malla 3 (6.68 mm). Con dichas condiciones se maximiza la cantidad de extracto total de la corteza, tanto de E. compactum (11.1 %, Figura 1) como de S. skinneri (20.9 %, Figura 2). Estos valores son mayores a los reportados para cortezas de diferentes especies de pino (2.23-10.61 %) (Rosales-Castro & González-Laredo, 2003) y se ubican dentro de los valores reportados para algunas maderas latifoliadas (14.2-33.4 %) (Paes, Diniz, Marinho, & Lima, 2006).
Con relación al número de Stiasny (taninos condensables), el valor óptimo (60.1 %) para la corteza de E. compactum se obtuvo cuando las condiciones fueron: tamaño de partícula de 6.68 mm, 180 min de extracción a 83.5 °C con relación sólido-líquido de 1:13 (Figura 3). El valor óptimo (79.4 %) para la corteza de S. skinneri se obtuvo con las mismas condiciones a excepción del tamaño de partícula, 0.417 mm (Figura 4). El resultado también fue mayor en S. skinneri, como en el caso del contenido de extracto. Los valores del número de Stiasny se encuentran dentro del rango que se obtuvo en un estudio con diferentes cortezas de pinos (30-80 %) (Rosales-Castro & González-Laredo, 2003) y con diferentes cortezas de latifoliadas (52.9-73.5 %) (Paes et al., 2006). En ambos casos, la extracción se hizo también en medio acuoso.
Las condiciones óptimas para maximizar la extracción de taninos fueron las mismas para ambos tipos de corteza: 180 min de extracción, a 83.5 °C con tamaño de partícula de 6.68 mm y una relación sólido-líquido de 1:13. El valor óptimo para E. compactum fue 5.6 % y para S. skinneri 15.8 %, diferencia claramente observable en la Figura 5 y Figura 6, respectivamente. El resultado de E. compactum es cercano al encontrado en la corteza de Pinus leiophylla (5.88 %) y ligeramente menor al reportado para la corteza de P. duranguensis (6.44 %) (Rosales-Castro & González-Laredo, 2003), mientras que el contenido de taninos para S. skinneri está dentro de los valores encontrados en Anadenanthera culubrina (11.9 %) y en Anacardium occidentale (19.8 %) (Paes et al., 2006). El resultado de la prueba para determinar taninos hidrolizables en las muestras de corteza fue negativo; este tipo de taninos ocurre sólo en algunas especies dicotiledóneas (Scalbert, Monties, & Janin, 1989), mientras que los taninos condensables son más frecuentes (Hillis, 1987) y son los extractos curtientes más importantes (Romahn de la Vega, 1992).
Evaluación de la calidad curtiente de los taninos de E. compactum y S. skinneri
En el Cuadro 1 aparecen los resultados de esta evaluación. En general, se observa que los valores obtenidos para la corteza de S. skinneri son mayores en comparación con los de E. compactum. El contenido de taninos en S. skinneri (10.6 %) es cercano al valor máximo encontrado para cortezas de diferentes encinos (7.4-10.42 %) (Honorato-Salazar & Hernández-Pérez, 1998) y superior al rango reportado para cortezas de diversas especies de pino (1.0-7.32 %) (Rosales-Castro & González-Laredo, 2003).
La cantidad de taninos en la corteza de S. skinneri (10.6 %) (Cuadro 1) es ligeramente superior al valor que se reporta como susceptible de aprovechamiento (al menos 10 %) según diversos autores (Happich, Beebe, & Rogers, 1954; Kirk, 1962; Mule & Gonzáles, 1973) y es mayor a otro valor (8 %) considerado como potencial de comercialización (Rowe & Conner, 1979). Tomando en cuenta lo anterior y que además el número de Stiasny (79.4 %) es relativamente alto aunado al valor de la pureza, pudiera ser factible utilizar esta corteza con fines de extracción de taninos.
Pruebas físico-mecánicas en la piel de venado curtida con taninos de S. skinneri
En el Cuadro 2 se reportan los resultados obtenidos al realizar los ensayos en el cuero curtido con la corteza de S. skinneri (calidad mayor que E. compactum). Se puede apreciar que el valor de la resistencia al desgarre supera aproximadamente el doble del valor mínimo requerido (sCuadro 3) para un cuero de corte y el triple en el caso de cuero para forro y fuelle. Asimismo, el valor de la resistencia a la tensión supera, en alrededor de 17 %, el valor mínimo requerido e igualmente el resultado de elongación es mayor en casi el doble al mínimo requerido. Los resultados de las características físico-mecánicas sugieren que la piel curtida con la corteza de S. skinneri pudiera ser utilizada en cueros para corte, forro y fuelle.
Conclusiones
El contenido de sustancias minerales en ambas cortezas fue similar. No se detectaron taninos hidrolizables en las muestras de corteza estudiadas. En general, se encontró que para maximizar el rendimiento de extracto, el número de Stiasny y de taninos, las condiciones óptimas de operación fueron tiempo de 180 min, tamaño de partícula de 6.68 mm, 83.5 °C y una relación sólido-líquido de 1:13. Los resultados de la cantidad de extracto, número de Stiasny y de taninos fue mayor en la corteza de S. skinneri, así como los resultados de la evaluación de la calidad curtiente de los taninos. Se encontró que los valores de las propiedades físico-mecánicas de la piel curtida con los taninos de la corteza de S. skinneri son mayores a los valores mínimos requeridos de acuerdo con las normas. Con base en el alcance de la presente investigación, se estima que la corteza de S. skinneri pudiera ser susceptible de aprovechamiento para la extracción de taninos y así usarlos en el proceso de curtido de pieles.
]]> Agradecimientos
La identificación botánica de las especies estudiadas se agradece profundamente a la M. C. Patricia Silva Sáenz y al Ing. Samuel Ontiveros Alvarado. A la Coordinación de la Investigación Científica de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo se agradece el apoyo al proyecto CIC-21.3-JGRQ.
Referencias
Fengel, D., & Wegener, G. (1983). Wood chemistry, ultrastructure, reactions. Berlin: Walter de Gruyter & Co. [ Links ]
Garro, G. J., Riedl, B., & Conner, A. H. (1997). Analytical studies on Tara tannins. Holzforschung, 51(3), 235-243. doi: 10.1515/hfsg.1997.51.3.235 [ Links ]
González, L. R. F., Ochoa, R. G., Guzmán, B. N., & Castañeda, M. E. (1989). Utilización de taninos de corteza de pino en la preparación de adhesivos para vigas laminadas. UBAMARI, 16, 18–31. [ Links ]
Gutiérrez-Pulido, H., & De la Vara-Salazar, R. (2004). Análisis y diseño de experimentos. México: McGraw-Hill Interamericana. [ Links ]
Happich, M. L., Beebe, C. W., & Rogers, J. S. (1954). Tannin evaluation of one hundred sixty-three species of plants. American Leather Chemists Association, 49(12), 760–773. Obtenido de http://wyndmoor.arserrc.gov/Page/1954/871.pdf [ Links ]
Hillis, W. E. (1987). Heartwood and tree exudates. USA: Springer-Verlag. [ Links ]
Honorato-Salazar, J. A., & Hernández-Pérez, J. (1998). Determinación de componentes químicos de la madera de cinco especies de encinos del estado de Puebla. Madera y Bosques, 4(2), 79–93. Obtenido de http://www1.inecol.edu.mx/myb/resumeness/4.2/pdf/Honorato%20y%20Hernandez%201998.PDF [ Links ]
Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS). (2002). Especificación técnica industria textil-ropa contractual calzado para médica residente especificaciones y métodos de prueba. México: Autor. [ Links ]
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). (2011). México en cifras. Huetamo, Michoacán. Consultado 07-12-2011 en http://www.inegi.org.mx [ Links ]
International Organization for Standardization (ISO). (2002). ISO 3380. (IULTCS/IUP 16). Leather Physical and mechanical tests - Determination of shrinkage temperature up to 100 degrees C. Geneva, Switzerland: Autor. [ Links ]
]]>Kirk, O. (1962). Encyclopedia of chemical technology. USA: John Wiley & Sons. [ Links ]
Kollmann, F. (1959). Tecnología de la madera y sus aplicaciones. Madrid, España: Inst. For. de Invest. y Exp. y el Serv. de la Mad. [ Links ]
López-Ríos, G. F. (1989). Fitoquímica. Apoyos académicos Núm. 7. México: Universidad Autónoma Chapingo. [ Links ]
McVaugh, R., & Anderson, W. R. (1987). La Flora Novo-Galiciana. V. Leguminosae. USA: University of Michigan. [ Links ]
Mule, E. L., & Gonzáles, E. V. (1973). Studies on the tannin extracts from the barks of six hardwood species. Philippines: Forpride digest. [ Links ]
]]>NMX-A-220. (1982). NMX-A-220. Curtiduría-Pruebas físicas del cuero-Evaluación de la resistencia a la tracción, porcentaje de alargamiento debido a una carga determinada y porcentaje de alargamiento en la rotura. México. Obtenido de http://www.economia-nmx.gob.mx/normasmx/consultasvarias.nmx [ Links ]
NMX-A-235. (1983). NMX-A-235. Industria de la curtiduría y del calzado-Pruebas físicas del cuero-Determinación de la resistencia al desgarre. México. Obtenido de http://www.economia-nmx.gob.mx/normasmx/consultasvarias.nmx [ Links ]
NMX-S-051. (1989). NMX-S-051. Zapatos de seguridad. México. Obtenido de http://www.economia-nmx.gob.mx/normasmx/consultasvarias.nmx [ Links ]
Paes, J. B., Diniz, C. E. F., Marinho, I. V., & Lima, C. R. (2006). Avaliação do potencial tanífero de seis espécies florestais de ocorréncia no semi-árido brasileiro. Cerne, 12(3), 232–238. Obtenido de http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=74412304 [ Links ]
Pedraza-Bucio, F. E., & Rutiaga-Quiñones, J. G. (2011). Extracto tánico de la madera de palo de Brasil. Conciencia Tecnológica, 42, 36–41. Obtenido de http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=94421442007 [ Links ]
Pizzi, A. (1982). Condensed tannins for adhesives. Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development, 21, 359–369. doi: 10.1021/i300007a005 [ Links ]
Romahn de la Vega, C. F. (1992). Principales productos forestales no maderables de México. México: Universidad Autónoma Chapingo. [ Links ]
Rosales-Castro, M., & González-Laredo, R. F. (2003). Comparación del contenido de compuestos fenólicos en la corteza de ocho especies de pino. Madera y Bosques, 9(2), 41–49. Obtenido de http://redalyc.uaemex.mx/pdf/617/61790204.pdf [ Links ]
Rowe, J. W., & Conner, A. H. (1979). Extractives in Eastern hardwoods – A review. Madison, Wisconsin, USA: Forest Products Laboratory Forest Service, U.S. Department of Agriculture. Obtenido de http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplgtr/fplgtr18.pdf [ Links ]
Scalbert, A., Monties, B., & Janin, G. (1989). Tannins in wood: Comparison of different estimation methods. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 37(5), 1324–1329. doi: 10.1021/jf00089a026 [ Links ]
Standley, C. P. (1961). Trees and shrubs of Mexico. Washington, D. C.: Smithsonian Institution. [ Links ]
Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI). (2000a). TAPPI test methods T 211 om-93. Ash in Wood and Pulp. Atlanta: Autor. [ Links ]
Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI). (2000b). TAPPI test methods T 264 cm-97. Preparation of Wood for Chemical Analysis. Atlanta: Autor. [ Links ]
Waterman, P. G., & Mole, S. (1994). Methods in ecology. Analysis of phenolic plant metabolites. USA: Blackwell Scientific Publications. [ Links ]
Wessmann, G., Villalvazo, J., & Meier, D. (1980). Química y tecnología de las sustancias extraíbles de la madera. Guadalajara, México: Universidad de Guadalajara. [ Links ]
]]>