La utilización del follaje verde de los árboles (página 2)

El interés por los estudios de los recursos forestales, como alimento del ganado se intensifica en Europa y en todo el mundo como resultado de la escasez de alimento que provocan las dos últimas guerras mundiales, especialmente la última, y ante la necesidad de incrementar y regular los recursos forrajeros en los países en vías de desarrollo. Deben citarse a este respecto, la Joint Publication n° 10 (Imperial Agricultural Bureau, 1947) en la que se describen los usos de árboles y arbustos en numerosos estados y zonas de Australia, África, India, EE.UU, Canadá, Rusia y países mediterráneos, con tablas de composición y digestibilidad de varias de sus partes; así como la edición de Gutteridge Shelton (1994) de un libro con las aportaciones de 31 autores sobre los orígenes, características, valor nutritivo y uso en la alimentación de las principales leguminosas arbóreas tropicales de los géneros Leucaena, Gliricidia, Sesbania, Calliandra, Albizia, Eritrina, Acacia, etc. Según González, González, G; González Doneel, I. (1999).

La utilización alimenticia de los recursos arbóreos se fue afianzando como resultado de los primeros estudios sobre el valor alimenticio del ramón realizados en Alemania por Praessler y Neumeister, divulgados en Francia por Grandeau con motivos de la escasez de pastos de años 1893, aplicando el citado método Weende de análisis. A este respecto González Vázquez (1944) cita los referidos estudios de Grandeau en unión de los de Garola y Gira, que incluyen tablas de composición de distintas especies y de sus partes, recolectadas en distintos momentos. De ella se deduce que las hojas contienen más proteínas y minerales que los tallos, y que en estos disminuye a medida que se incrementa el diámetro al contrario de lo que ocurre en la fibra y que el follaje es más rico en primavera, disminuyendo de valor nutritivo a medida que avanza la estación. Estudios posteriores, confirman lo primero y que el follaje es frondoso, especialmente de los llamados árboles de rivera (Populus, Ulmus, Acer, Robinia, etc.) tiene una composición y un valor nutritivo que se aproxima al de los henos de calidad media. Este valor nutritivo aumenta cuando se trata de las hojas de los chopos que dan valores de un 50 % de materia seca digestible de la que un 15 % es proteína, de calidad aun superior a la de harina forrajera y de los granos y cereales, por su riqueza en metionina, leucina, lisina y fenilalanina, y poco inferior a la de las leguminosas (S. Miguel y González Antonanzas, 1985). Además de cierto que el follaje es una fuente importante no solo de proteínas y minerales, sino también de vitaminas A, C, E, K, riboflavina y pro vitamina D. Según González, González, G; González Doncel, I. (1999).

En Europa, se propicia de modo especial la utilización de las acículas de coníferas como fuente primaria de carotenos, oligoelementos y vitaminas para las aves, cerdos y rumiantes, sobre todo en Rusia, donde una vez desecadas y en forma de harina y de comprimidos, con el nombre generalizado de "muka", se integraban en las raciones de aquellas especies en proporciones del 3 al 5 % de la dieta. Parece ser que en 1975 se llegaron a producir 100.000 Tm. de "muka", y que existían planes para doblar esta cifra en los años 80 (Keays, 1976). Dosis recomendada y beneficios registrados en el uso de "muka" de coníferas  en Rusia.

2.2 Principales tendencias mundiales en el aprovechamiento del follaje de especies forestales y en particular de coníferas

La presencia en las células del follaje verde de los árboles de sustancias biológicamente activas: carbohidratos, lípidos, proteínas, resinas, sustancias minerales y una rica composición de biocatalizadores que regulan las propiedades de defensa. Ha demostrado que puede ser utilizado para la medicina y la alimentación animal (Solodki, F. I., 1969; González-Quevedo, R. M., et. al., 2001; Kornsteiner, M., et al,  2005). Se ha demostrado su capacidad y valor económico (De Silva T., 1997, García, H., et al, 2004).

Según Polis, 0., 1986, para alimentar animales el uso directo del follaje verde y fresco resulta el menos costoso, ya que este se acopia, tritura y se mezcla con la ración principal de alimento, aunque debido a la rápida descomposición de las sustancias biológicamente activas no se pude guardar por mucho tiempo, ya que disminuye su actividad biológica y calidad. Por otra parte, debido a la presencia de compuestos fenólicos y aceites esenciales se hace dañino cuando se aplican dosis demasiado grandes de follaje. (Yassaa, N., et  al, 2006).

Sería más provechoso el uso del follaje verde conservado para alimento, ya que permite obtener el producto seco a altas temperaturas sin pérdidas significativas de las sustancias biológicamente activas (Yagodin, V. I., 1981; Polis, 0., 1986; Quert, R., 1995).

Los primeros estudios en el país para la obtención de aceites esenciales se desarrollaron en los años 80 en el Instituto de Investigaciones Forestales donde se obtuvo un producto de excelente calidad, con rendimientos que oscilaban entre 0,6-0,04 kg-1 para Pinus tropicalis Morelet y 0,35-0,06 y 0,6-0,04 kg-1 para Pinus caribaea Morelet var. caribaea.

Varios autores han desarrollado metodologías para la obtención de extracto lipídico. Díaz, et al, (1998) obtienen extractos bencínicos a partir del follaje de dos especies forestales de la provincia de Pinar del Río, Quert, R. et al (1995), establecieron la metodología para la obtención de sustancias biológicamente activas a partir de extractos alcohólicos del follaje de especies forestales.

2.3. Tecnologías del proceso de extracción de sustancias biológicamente activas

La obtención de sustancias extractivas del follaje verde es una de las direcciones del uso del follaje (Pinelo, M., et  al, 2004; Masango, P., 2005 ), para la extracción se utilizan diversas tecnologías para las que existen distintas metodologías como: determinación de la calidad del follaje como materia prima tecnológica, según Yagodin, V. I. (1981), composición química del follaje de la especie en estudio, desfibración del follaje hasta partículas con diámetros menores de 8 mm, selección del disolvente adecuado, extracción y tratamiento químico del extracto para la obtención de productos (Yagodin, V. I., 1981; Weichun, Z., 1992).

Yagodin, V. I. (1981) Y Polis, O. (1986); plantean que la tecnología para la extracción de las sustancias biológicamente activas del follaje, se lleva a efecto con un disolvente orgánico, utilizando un método tradicional (deflegmación).

La selección del disolvente se realiza en dependencia de los productos que se quieran obtener. Algunos autores plantean la obtención de extractos utilizando alcohol isopropílico (Kolodinskaia, L. A, 1984), acetona, tricloroetileno (Polis, 0., 1986), bencina (Yagodin, V. I., 1987), mezcla de bencina-agua (Yagodin, V. I., 1989a), éter de petróleo (Weichum, Z., 1992), etanol (Quert, R., 1995); sin embargo, la selección del disolvente influye en la utilidad práctica del producto.

Con ayuda de un molino se realiza la desfibración del follaje, hasta la obtención de partículas de unos 7 a 8 mm (Yagodin, V.I., 1981, 1987). Esto se hace con el objetivo de lograr una mayor superficie de contacto con el disolvente, facilitando el proceso de extracción (Tomas, M. G., Schumann, D. R., 1992). Este proceso se lleva a cabo utilizando solvente polar, poco polar o una mezcla de ambos (Yagodin, V. I., 1989a; Baranova, R., 1992; De Silva, T., 1997). Una de las técnicas más utilizadas planteada por (Díaz, S., 1998) consiste en usar un extractor con calentamiento del disolvente en la parte inferior con corriente de vapor a temperatura de 80-90 ºC, y enfriamiento en la parte superior a temperatura de 6 a 8 ºC, con tiempo de extracción de 4 horas.

En algunas plantas piloto la continuidad del proceso de extracción es de 5,5 a 6 h, lo que depende de la cantidad de la materia prima en el extractor, también otros parámetros tecnológicos como el vapor y el trabajo de cada sección. (Yagodin, V. I., 1989a, Weichum, Z., 1992). Posteriormente el extracto es sometido a un tratamiento químico para su fraccionamiento.

Con vista al tratamiento del follaje de Pinus caribaea Morelet var.caribaea y Pinus tropicalis Morelet a escala de banco, Díaz, S. (1998), planteó una metodología en la cual se determinan la composición fraccionada del follaje, la definición del disolvente adecuado para la extracción, la caracterización de la biomasa del follaje en función de los principales indicadores físico-químicos y el posterior establecimiento de las principales operaciones para la obtención de pasta clorofila-caroteno, cera y residuo forrajero (desfibración, extracción, filtración sedimentación, recuperación del disolvente, destilación de los aceites esenciales saponificación del extracto, secado y trituración del residuo); Cordero (2001), amplía la metodología para la obtención de: concentrado provitamínico, clorofilina de sodio, concentrado de ácidos grasos y resinosos, además de ceras y aceites esenciales en follaje de Pinus caribaea Morelet var. caribaea y especies de Eucaliptos.

En Rusia y China se han desarrollado tecnologías para el tratamiento del follaje y obtienen una gama de productos en plantas pilotos que están en constante desarrollo con el objetivo de aumentar la producción. De una tonelada de follaje verde de pino obtienen 210 – 230 g de clorofilina de sodio, de 4,4 – 4,6 kg de concentrado provitamínico, 4,5 – 4,7 kg de pasta balsámica, 1,2 – 1,8 kg de cera, 70 – 90kg  de extracto acuoso curativo y de 450 – 470 kg de suplemento forrajero. (Yagodin, V. I., 1989a, Weichum, Z., 1992).

En los últimos tiempos ante la necesidad de reducir los costos energéticos en los procesos de separación, sobre todo después de la crisis energética de los años setenta y posteriores, se ha llevado a cabo investigaciones para el desarrollo de nuevos procesos que minimicen estos costos, teniendo en cuenta también otras necesidades actuales, como son la preservación del medio ambiente y el uso de nuevos disolventes, más eficaces y fácilmente recuperables.

Como consecuencia de esta labor investigadora, se ha desarrollado la técnica denominada Extracción con Fluidos Supercríticos o simplemente Extracción Supercrítica (ESC), basada en el uso del CO2, como agente separador, de un fluido supercrítico (FSC).

Fluido supercrítico: Se entiende como tal una sustancia llevada a unas condiciones operativas de presión y temperatura por encima de su punto crítico (Portela, J., R., 2007).

Debido a las especiales propiedades de los fluidos en estas condiciones (densidad, viscosidad, difusividad), los FSCs presentan grandes ventajas frente a los disolventes líquidos, ya que:

·     Las eficacias alcanzadas en las separaciones han de ser apreciablemente mayores, puesto que sus propiedades de transporte son mejores.

·    Pueden separarse totalmente de forma sencilla de los productos, simplemente modificando la presión o la temperatura, hasta el extremo, si es necesario, de que el FSC pase a estado gaseoso.

Las principales aplicaciones, ventajas y desventajas de la extracción utilizando FSCs como disolventes se resumen de la siguiente forma:

La mayoría de los procesos químicos industriales como, los de síntesis, la extracción de productos naturales y la limpieza y protección de superficies, tiene lugar en medios con disolventes orgánicos. Muchos de estos disolventes tienen efectos nocivos sobre el ambiente. En muchos casos pueden ser reemplazados por fluidos de impacto ambiental prácticamente nulo, como el agua o el anhídrido carbónico en  condiciones supercríticas.

La tecnología de fluidos supercríticos puede usarse en sectores como:

QUÍMICO: Extracción y concentración de aromas y fragancias; extracción de insecticidas naturales; obtención y purificación de sustancias de síntesis; obtención de catalizadores; fraccionamiento y revalorización de residuos; encapsulación de CO2, gases en sólidos; mejora de procesos con adición de tensoactivos y cosolventes; desengrase de substancias diversas.

MATERIALES: Obtención de micro y nanopartículas; micronización; modificación de propiedades; síntesis de aerogeles.

FARMACéUTICO: " Drug delivery system" por impregnación o cocristalización; obtención de extractos de hierbas medicinales.

ALIMENTARIO: Extracción de productos naturales y fraccionamiento (aceites vegetales y ácidos grasos); desodorización e hidrogenación de grasas y aceites; extracción de cafeína de café y te. (Khajeh, M., et., al. 2004).

BIOTECNOLOGÍA: Purificación de productos; desinfección de productos biológicos.

MEDIO AMBIENTE: Destrucción de productos orgánicos tóxicos.

CURTIDOS: Desengrase de pieles.

TEXTIL: Lavado en seco; teñido y en procesos de: hidrogenación, condensación, oxidación, síntesis, catálisis, separación de mezclas, polimerización, cromatografía etc.

La solubilidad de una sustancia (soluto) en un disolvente supercrítico es, en general, menor que en los disolventes convencionales pero la separación FSC-soluto se realiza de forma eficaz mediante un simple proceso de expansión.

Esquema resumido sobre los fluidos supercríticos.

El campo de los FSCs es un área de interés prioritaria para numerosos investigadores. Prueba de ello son las publicaciones recientes de extensas monografías y artículos de revisión bibliográfica, así como los numerosos congresos celebrados en la última década dedicada exclusivamente al estudio de las propiedades físico-químicas, termodinámicas y de transporte de los FSCs, y a sus posibles aplicaciones industriales (Pizarro, C., et. al,  2007).

2.4. Importancia de los productos que se obtienen del follaje verde

La clorofilina de sodio es un producto obtenido de los extractos con solventes de baja polaridad, se utiliza en la medicina debido a que fortalece los glóbulos rojos y eleva los leucocitos en la sangre después de la irradiación en enfermos de cáncer (Polis, 0., 1986). Una dosis de 0,25 a 0,5 mg/kg de peso, elimina la leucopenia (Berlinson, M. Y., 1989). Las valiosas cualidades de este derivado de clorofila radican en su poder cicatrizante, antimicrobiano, epitelizante, lo cual sirve de base para su uso en dermatología (Shiyuan, G., 2000; Álvarez E., et al, 2002 , Mi-Hyun, et  al, 2005) y como medio antiúlcero; en cosmética, como aditivo de pastas dentales, jabones, talcos, champú y cremas (Drozhzhina, V., et al, 1998).

La pasta balsámica es utilizada en cosmética como emulsionante biológicamente activo y en veterinaria para pomadas útiles en las lesiones de la piel (Yagodin, V. I., 1981).

Estudios realizados de los derivados no metálicos de la clorofila demostraron su capacidad de formar complejos metálicos con Cu, Co, Zn y otros. Estos poseen gran actividad biológica, lo que permite su uso en medicina, cosmética y alimentación (Drozhzhina, V. A, 1998).

Muchos países producen derivados de clorofila dada la actividad biológica de los mismos, debido a su capacidad de estimular los procesos de regeneración de la piel, en controlar las alteraciones nerviosas y a sus cualidades antimicrobianas (Shiyuan, G., 2000, Burkhard, R., 2000 ).

El concentrado provitamínico se utiliza en cosmética y alimentación animal como aditivo bioactivo. Resultados interesantes se han obtenido disolviendo concentrados de carotenos en glucosa al 5 %, lo que ha sido utilizado como agente farmacéutico activo análogo al taxol el cual es ampliamente empleado como agente anticancerígeno (Haldemann, W., et al, 1997).

Los monoterpenos y sesquiterpenos presentes en los aceites esenciales de Eucalyptus se han probado in vitro en tumores bucales, comprobándose su efectividad antitumoral (Takasaki, M., 1994, 1995). Otros derivados han demostrado actividad antibacterial, así como antioxidante (Hoda, F., 1999; Stashenko, E., et al., 2003).

El pineno, mirceno, sabineno y limoneno, constituyentes de los aceites esenciales de las coníferas son utilizados en medicina por sus propiedades terapéuticas; en la industria de perfumería, por sus propiedades aromáticas (Yagodin, V. I., 1981; Quert, R., et al, 1990, 1993; Marvin, 0., 1996; Tyman, J. H. P., 1997; Hong, E.J.,  et  al., 2004). Además se encontró actividad antimicótico frente a hongos patógenos del aceite esencial del Pinus caribaea Morelet var. caribaea (Duarte, A, et al,1992).

Las vitaminas son sintetizadas por las plantas, pero no por los animales. Estas son requeridas en pequeñas cantidades por el metabolismo para mantener una buena salud, cumpliendo funciones vitales, por lo que deben ser tomadas en los alimentos o suplementos alimenticios (Buell, P., 1994).

La actividad de los vegetales como fuente de vitamina A es debida a su contenido de β-caroteno, estos presentan una poderosa acción fisiológica, jugando un importante rol en la dieta de los animales y para colorante en los alimentos, así como constituyen un potencial agente preventivo del cáncer (Benjamin, G., 1997). El hombre en su dieta diaria necesita 5,000 unidades internacionales de vitamina A (Lama, E., 1986).

La vitamina E tiene poder antioxidante (Benjamin, G., 1997), se considera la vitamina de la fertilidad, la D tiene actividad antirraquítica (Tyman, J. H. P., 1997), la vitamina F esta vinculada con la observación del efecto terapéutico de los ácidos linoleico y linolénico en el tratamiento de arteriosclerosis, enfermedades de la piel y quemaduras (Alinova, E. K., Actvachaturiam, A G., 1979) citados por Yagodin, V.I. (1981).

2.5 Ubicación de los Productos Forestales no Maderables (PFNM) en el mercado mundial

Los PFNM tienen un incremento debido a la dependencia de las comunidades rurales sobre estos productos, el nuevo mercado tiene preferencias por los productos naturales, interés en la conservación del bosque, su biodiversidad y el surgimiento de nuevos productos no maderables entre las riquezas biológicas y complejidad ecológica de los bosques naturales. A principios del siglo pasado las plantas constituían el 99 % de los ingredientes de los productos de perfumería. Con el desarrollo de la industria petroquímica la producción fue disminuida a un 15 % en la década de 1950. Actualmente se prefieren los productos naturales y la proporción alcanza un nuevo incremento, alrededor del 25 % y para principios de este siglo alcanzara un 50 % (Pellecuer, 1994).

Los PFNM se encuentran en el mercado en diferentes estados de elaboración como importaciones o exportaciones, desde la materia prima hasta productos terminados. Entre los PFNM que tienen significación comercial podemos citar: productos alimenticios, especias, hierbas culinarias, ceras, pigmentos naturales, oleorresinas, fibras, taninos vegetales, aceites esenciales, productos insecticidas, plantas medicinales, entre otros. Estadísticas oficiales en Brasilia, demostraron que una tonelada de PFNM, generan valores equivalentes a 25 toneladas de madera. Esto confirma que la demanda entre la extracción de biomasa y renta, es mucho más favorable en el caso de los PFNM (Becker, 1992). Los aceites esenciales en el mercado mundial alcanzan la cifra de un billón de dólares. China, Indonesia, Tailandia, India y Brasil son los mayores productores de algunos aceites, mientras que la Comunidad Europea, Estados Unidos y Japón son los principales importadores de este producto, con el 72 % de las exportaciones mundiales (Coppen, J. J. W., 1994).

Un kg de aceite esencial de hojas producido en Canadá por pequeñas industrias controladas por campesinos, se vendía en 1978 a 21 dólares; a mayor escala, en las compañías se producía alrededor de 4 500 kg de aceite anualmente. En enero del 1998 el precio ascendió a 7,87 dólares par un tercio de onza de aceite (Ciesla, W. M., 1998).

Los valores totales mundiales de los extractos de origen vegetal fueron del orden de 102,7; 102,5; 116,7 y 123,3 millones de dólares durante los años 1988, 1989, 1990 y 1991. Así en 1991 el 50 % de la producción mundial de extractos tánicos vegetales fue alcanzado por Argentina con un 34 % y Brasil con 16 % siendo los dos países principales exportadores, mientras que Estados Unidos, Italia, Rusia y Japón son los mayores comercializadores (Igbal, M., 1995). En la década del 90 en países europeos se incrementó la obtención industrial de productos con actividad biológica a partir de extractos de plantas; en Rusia, en los talleres de elaboración química del follaje, se obtienen concentrados de clorofila-caroteno, clorofilina de sodio y concentrados provitamínicos con valor de 4,79, 3 400 y 90 rublos/kg respectivamente (Yagodin, V. I., 1989c; Baranova, R., 1992).

Más de 4000-6000 plantas medicinales son de importancia comercial. En 1992 las plantas medicinales fueron comercializadas con una magnitud de 171 millones de dólares. China, como el mayor productor y exportador, alcanzó el 30% del mercado mundial, seguida de Corea, Estados Unidos, India y Chile. Singapur y Hong Kong son los principales reexportadores en Asia. Mientras que Japón, Estados Unidos, Alemania, Francia; Italia, Malasia; España y Reino Unido son los mayores comercializadores, Hamburgo es el centro del comercio mundial (Igbal, M,,1995),

El valor total del mercado mundial de los PFNM es del orden de 11 billones de dólares de los cuales el 60 % es importado por la Comunidad Europea, Estados Unidos y Japón. La dirección general del mercado se encuentra en los países desarrollados que son los principales comercializadores (Igbal, M., 1995).

China es el país que más productos naturales comestibles y medicinales produce, seguido de India, Indonesia, Malasia, Tailandia y Brasil.

3. CONCLUSIONES

En la actualidad las tendencias en cuanto al aprovechamiento del follaje, se ubican en cuatro grupos (Polis, 1986).

·         Follaje verde y fresco.

·         Follaje verde conservado.

·         Obtención de aceites esenciales.

·         Obtención de sustancias biológicamente activas.

Los usos mas difundidos actualmente son:

·         Obtención de aceites esenciales y harina vitaminada.

·         Obtención de extractos: Tecnología flexible para obtener derivados de clorofila y concentrados alimenticios.

En la actualidad se ha desarrollado la técnica denominada Extracción con Fluidos Supercríticos o simplemente Extracción Supercrítica (ESC), basada en el uso del CO2, como agente separador, de un fluido supercrítico (FSC) para la preservación del medio ambiente y el uso de nuevos disolventes, más eficaces y fácilmente recuperables.

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Autor:

Lic. Marlenis Díaz Paz

Dra. Elena Cordero Machado

Dr. Uvaldo Orea Igarza

Profesores Investigadores del Centro de Estudios Forestales y Profesores del Departamento de Química de la Facultad de Forestal y Agronomía de la Universidad de Pinar del Río, Cuba.