Componentes químicos del duramen de Andira inermis (W. Wright) DC. (Leguminosae)

 

Chemical components of heartwood in Andira inermis (W. Wright) DC. (Leguminosae)

 

C. Téllez–Sánchez¹; H. G. Ochoa–Ruiz²; R. Sanjuan–Dueñas²; J. G. Rutiaga–Quiñones³

 

¹ Tesista de Maestría en Ciencias y Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Apartado Postal 580. C. P. 58000. Morelia, Michoacán. MÉXICO. cornelio.tellez.sanchez@gmail.com

² Departamento de Madera, Celulosa y Papel Ing. Augustin Karl Grellmann. Universidad de Guadalajara. Zapopan, Jalisco. MÉXICO.ochoa@dmcyp.cucei.udg.mx, rsanjuan@dmcyp.cucei.udg.mx

³ Director de tesis. Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera.Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Apartado Postal 580. C. P. 58000 Morelia, Michoacán. MÉXICO. Correo–e: rutiaga@umich.mx.

 

Recibido: 16 de noviembre, 2009
Aceptado:12 de enero, 2010

 

RESUMEN

Se realizó un análisis químico del duramen de Andira inermis para determinar los principales componentes químicos. Los resultados encontrados fueron: pH de 5.9, 0.71 % de sustancias inorgánicas, 19.1 % de sustancias extraíbles, 34.2 % de lignina y 65.78 % de polisacáridos. En las cenizas se detectó la presencia de calcio, magnesio, azufre y silicio. Las sustancias fueron obtenidas mediante extracción sucesiva con ciclohexano, cloroformo, acetona y metanol en equipo Soxhlet y finalmente con agua caliente bajo reflujo. La solubilidad del duramen fue mayor en acetona (8.6 %) y en metanol (5.3 %); el contenido total de sustancias extraíbles fue de 19.1 %.

Palabras clave: maderas tropicales, pH, cenizas, extraíbles, lignina, polisacáridos.

 

ABSTRACT

A chemical analysis was performed on the heartwood of Andira inermis to identify its main chemical components. The results found were: pH 5.9, 0.71% inorganic substances, 19.1 % extractives, 34.2 % lignin and 65.78 % polysaccharides. In ash, the following components were detected: calcium, magnesium, sulfur and silicon. To obtain the extractives content, the heartwood meal was subjected to sequential extraction with cyclohexane, chloroform, acetone and methanol in Soxhlet equipment and later in hot water under reflux. Heartwood solubility was higher in acetone (8.6 %) and methanol (5.3 %), and the total content of extractives was 19.1 %.

Keywords: tropical woods, pH, ash, extractives, lignin, polysaccharides.

 

INTRODUCCIÓN

Andira inermis, conocida en Michoacán como quiringuca o cuilimbuca, es una árbol de la familia Leguminosae, que vegeta en la vertiente del Pacífico mexicano, desde Nayarit hasta Chiapas y en el Golfo, sólo en Tabasco; alcanza los 25 m de altura y 1.20 m de diámetro, a la altura de 1.30 m del suelo (Niembro, 1990; Pennington y Sarukhán, 1998). Su madera, caracterizada por Téllez et al. (2009), presenta porosidad difusa y marcada diferencia entre el color de la albura (amarillo pálido) y su duramen (rojizo amarillento), es de densidad alta y de contracción media. Es una especie subutilizada, pues su madera se usa localmente como leña, implementos agrícolas y cercas (Téllez et al., 2009), esto, debido a la escasa información relativa a sus propiedades tecnológicas y consecuentemente por la falta de procedimientos adecuados para su aprovechamiento. A fin de contribuir y complementar el conocimiento químico de esta especie, el objetivo del presente trabajo fue determinar la cantidad de los componentes químicos del duramen.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Colecta y habilitación del material

La muestra para este estudio fue una rodaja de 30 cm de espesor, tomada a 1.30 m del tocón de un árbol colectado en el predio denominado "Los Chupaderos" del municipio de Arteaga, Michoacán, México, ubicado en las coordenadas 18° 10' LN – 18° 50' LN y 101° 51' LO – 102° 45' LO (Plan de Desarrollo Municipal, 2001).

De la rodaja se separó el duramen de la albura y de él se obtuvieron tablillas de 4x4x10 cm, que fueron astilladas y secadas al aire libre. Las astillas secas se molieron en un equipo Wiley y se tamizaron, obteniendo la fracción de malla 40 usada en el análisis químico. Las determinaciones fueron realizadas por duplicado.

Análisis químico

pH

La determinación del pH (Moisture pH; MpH) se basó en el método de Sandermann y Rothkamm (1959) y fue medido con un potenciómetro marca HANNA, en harina del duramen sin extraer.

Sustancias inorgánicas

El contenido de sustancias minerales del duramen se calculó gravimétricamente, después de quemar cuidadosamente con mechero la harina de duramen sin extraer, para posteriormente calcinar en una mufla a 525 °C, utilizando crisoles de níquel, en apego a la norma T 211 om–93 (Tappi, 2000).

El microanálisis de las cenizas obtenidas se realizó con un espectrómetro de Rayos X, acoplado a un Microscopio Electrónico de Barrido marca Jeol modelo JSM–6400. Las condiciones de operación para los análisis fueron 20 kV y 8.5 segundos.

Contenido de sustancias extraíbles

Para determinar la cantidad total de sustancias extraíbles se aplicó una extracción sucesiva en equipo Soxhlet con los siguientes solventes: ciclohexano (CH), cloroformo (CF), acetona (ACE) y metanol (MET), finalmente agua caliente bajo reflujo (AC).

Esta secuencia ya ha sido probada con anterioridad en las maderas tropicales Maclura pomifera (Wang y Hart, 1983) y Enterolobium cyclocarpum (Ochoa et al., 1995).

Para los solventes orgánicos la extracción fue de cuatro horas y para la extracción en agua caliente de tres horas. Los solventes fueron recuperados en un rotavapor aplicando vacío y el extracto respectivo fue colocado en un desecador hasta peso constante. La harina de duramen, después de la extracción sucesiva es designada como harina libre de extraíbles, y fue usada para determinar lignina y polisacáridos.

Lignina

El contenido de lignina en la harina del duramen se determinó de conformidad con la norma T 222 om–98 (Tappi, 2000).

Polisacáridos

La determinación del contenido de polisacáridos se llevó a cabo mediante hidrólisis total en harina libre de extraíbles. Este análisis se realizó por duplicado y se realizó de la manera siguiente: se pesaron 0.3 g una muestra de harina de duramen libre de sustancias extraíbles, se colocaron en un matraz Erlenmeyer de 500 mL y se sometió a una hidrólisis ácida con ácido sulfúrico al 72 %, durante una hora. Finalizada la digestión, la muestra hidrolizada fue diluida añadiendo 84 mL de agua destilada, posteriormente la hidrólisis fue reforzada en autoclave, durante una hora a 120 °C a 7.5 kg·cm^–2. Posteriormente se enfrió y neutralizó a un pH de 5.5 con una solución saturada de hidróxido de bario (5.6 g en 100 mL de agua) y se sometió a filtración en una membrana de nylon de 0.45 µm y 47 mm de diámetro. El filtrado se ajustó a pH alcalino (entre 11 y 12) y se aforó a 250 mL. Finalmente una muestra de 5 µL del filtrado se inyectó y analizó en un equipo de cromatografía líquida de alta presión marca Dionex 500. and Enterolobium cyclocarpum (Ochoa et al., 1995).

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Determinación de pH

El pH del duramen de A. inermis fue de 5.9, valor que se encuentra en el rango (3.7 a 8.2) reportado para maderas tropicales (Fengel y Wegener, 1984) y similar al reportado para duramen de algunas especies tropicales mexicanas: Swietenia macrophylla (5.3), Manilkara zapota (5.3) y Cedrela odorata (5.6) (Rutiaga, 2001).

Sustancias inorgánicas

La cantidad de cenizas encontrada en el duramen de A. inermis fue de 0.71 %, valor que se encuentra dentro del rango (0.2 a 3.4 %) reportado para maderas tropicales, aunque en estas especies, existe alta variabilidad y son comunes los valores mayores (Fengel y Wegener, 1984); por ejemplo, se ha encontrado un valor bajo (0.08 %) para Misanteca pekii, alto (6.5 %) para Poulsania armata (Torelli y Èufar, 1995) y algunos valores intermedios, para duramen, que van de 0.36 % para Swietenia macrophylla, 0.66 % para Cedrela odorata, de 0.78 % para Manilkara zapota (Rutiaga, 2001) y de 2.4 % para Ceibapentandra (Pettersen, 1984).

El resultado del microanálisis de las cenizas mediante Rayos X, arrojó los siguientes datos: Calcio (74.4 %), Magnesio (21.96 %), Azufre (2.64 %) y Silicio (0.96 %). Con el Microscopio Electrónico de Barrido fue posible observar cristales de calcio, elemento presente en mayor proporción en las muestras de cenizas analizadas, destacando la forma de los cristales prismática y hexagonal, muy finos y homogéneos (Figura 1).

El calcio y el magnesio son reportados como elementos químicos más abundantes en la madera (Fengel y Wegener, 1984), lo que se corrobora en el presente estudio, asimismo, es conocido que el silicio, también detectado en A. inermis, se presenta con mayor frecuencia y es típico en maderas tropicales (Fengel y Wegener, 1984; Hillis, 1987), y ha sido encontrado en duramen de Cedrela odorata y de Swietenia macrophylla (Rutiaga, 2001). De esta manera, el resultado del microanálisis del duramen de A.. inermis coincide con la literatura para maderas latifoliadas (Fakankun y Loto, 1990, Okada et al., 1993).

Sustancias extraíbles

El proceso de extracción arrojó los siguientes resultados: 0.9 % en ciclohexano, 1.4 % en cloroformo, 8.6 % en acetona, 5.3 % en metanol y 2.9 % en agua caliente (Figura 2), dando un total de 19.1 %. Mediante una extracción sucesiva con solventes de polaridad creciente, como se realizó en el presente estudio, se logra una separación de las sustancias solubles de la madera en clases o tipos de sustancias (Hillis, 1971; Fengel y Wegener, 1984) y en los rendimientos respectivos de la extracción se refleja el carácter de los respectivos solventes utilizados, y aunque es difícil de lograr una separación exacta y fina entre solvente y solvente es una ventaja si se considera realizar posteriormente un análisis químico de dichas sustancias.

La mayor solubilidad del duramen fue con acetona, seguida por metanol y agua y las cantidades menores correspondieron al grupo de los solventes no polares (Figura 2). Este patrón de menor solubilidad con los solventes no polares, seguida de mayor solubilidad con solventes de polaridad media y disminuyendo nuevamente en la extracción acuosa fue observado también en los resultados de una extracción sucesiva en duramen de Enterolobium cyclocarpum (Ramos et al., 2003), pero también hay reportes en donde, al aplicar igualmente una extracción sucesiva con solventes de polaridad creciente, la solubilidad mayor ocurre en solventes de polaridad media o polares, como el caso de Lysiloma acapulsensis (Mondragón et al., 2004) o en Schinus molle (Mejía y Rutiaga, 2008), lo que refleja la variabilidad que en la madera puede existir, aunado esto a otros factores ambientales y genéticos, edad del árbol, clima, cantidad de agua suministrada, nutrientes disponibles y época de corta (Hillis 1971; Hon y Shiraishi 2001).

Por su alto contenido de sustancias extraíbles, sobre todo en acetona, solvente que tiene la capacidad de extraer compuestos biológicamente activos que inhiben en desarrollo de microorganismos (Rutiaga, 2001; Velásquez et al., 2006), pudiera esperarse que el duramen de esta especie, presente alta durabilidad natural, pues existen evidencias de una relación entre la resistencia de la madera al biodeterioro y el contenido de sustancias extraíbles (Viitanen et al., 1997), pero finalmente esta resistencia dependerá de la composición química intrínseca de cada sustancia extraíble en particular.

Lignina

La cantidad de lignina encontrada en el duramen fue 34.2 %, valor igual al reportado para Tectona grandis (34.2 %) (Fengel y Wegener, 1984) y similar al encontrado en duramen de la misma especie Tectona grandis de Panamá (34.3 %) (Windeisen et al., 2009) y para el reportado en duramen de Cedrela odorata (34.4 %) (Rutiaga, 2001). Sin embargo, aun cuando en especies tropicales suelen encontrarse valores relativamente altos de lignina, existe variación, un ejemplo son los siguientes datos: para Triplochiton sceroxylon 21.3 % (Fengel y Wegener, 1984), Spondias mombin 19.0 %, Ceiba pentandra 22.0 %, Bursera simaruba 23.0 % y Brosimum alicastrum 27.0 % (Pettersen, 1984) y Lophira alata 39.8 % (Fengel y Wegener, 1984). El alto contenido de lignina en A. inermis, puede explicar sus altos valores en densidad y resistencia mecánica (Téllez et al., 2009), pues es conocido que este componente químico de la pared celular influye en estas propiedades de la madera (Fengel y Wegener, 1984).

Polisacáridos

El resultado del análisis de los polisacáridos fue el siguiente: manosa (0.01 %), arabinosa (0.94 %), galactosa (1.01 %), xilosa (12.50 %) y glucosa (51.32 %), dando un total de 65.78 %. Estos son precisamente los cinco azúcares que se presentan en madera con mayor frecuencia (Fengel y Wegener, 1984) y se han detectado también las maderas tropicales mexicanas de Cedrela odorata, Swietenia macrophylla y Manilkara zapota (Rutiaga, 2001). En este estudio destaca el mayor contenido de xilosa, en comparación con la manosa, arabinosa y la galactosa, lo que es típico para maderas tropicales (Wagenführ y Scheiber, 1974) y en latifoliadas (Fengel y Wegener, 1984).

 

CONCLUSIONES

La composición química básica determinada en duramen de A. inermis coincide en general con datos de la literatura para maderas tropicales. El duramen es ligeramente ácido (pH = 5.9), con bajo contenido de sustancias minerales (0.71 %), alta solubilidad (19.1 %), alto contenido de lignina (34.2 %). En las cenizas se detectó la presencia de calcio, magnesio, azufre y silicio, calcio en mayor proporción, elementos típicos en maderas. La mayor solubilidad del duramen fue con acetona, seguida por metanol y agua y las cantidades menores correspondieron al grupo de los solventes no polares. El análisis de polisacáridos reflejó el esquema típico para maderas tropicales con relativamente alto contenido de xilosa.

 

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la Coordinación de la Investigación Científica de la Universidad Michoacana el apoyo al Proyecto CIC–JGRQ–21.3, dentro de la cual se desarrolló este estudio. La identificación botánica de las especies estudiadas se agradece profundamente al M. C. Xavier Madrigal Sánchez, Profesor Investigador de la misma Universidad.

 

LITERATURA CITADA

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