http://www.ilustrados.com/documentos/aserrin-transformacion-hidroliticas-biomasa-230708.pdf

UNIVERSIDAD DE PINAR DEL RÍO
“Hermanos Saíz Montes de Oca”
FACULTAD DE AGRONOMÍA Y FORESTAL
CENTRO DE ESTUDIOS DE BIOMASA VEGETAL
Perspectivas de aprovechamiento del aserrín mediante su transformación hidrolítica y como
fuente de Biomasa para diversos fines
RESUMEN
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Forestales
Autor: Lic. Esther Alvarez Godoy
Pinar del Río
1999
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. REVISION IBLIOGRÁFICA
2.1. Principales residuos generados por las industrias de elaboración de la
madera
2.2. Tipos de tratamientos empleados en el mejoramiento de residuos madereros
2.3. Algunos usos de los principales residuos madereros transformados
3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Diagnóstico de la situación de los residuos madereros en la provincia de
Pinar del Río
3.2. Estimación del volumen de aserrín generado durante el aserrado de la
madera en el aserradero “Combate de la Tenería”
3.3. Composición química del aserrín de Pinus caribaea Morelet var. caribaea
del aserradero “Combate de la Tenería”
3.4. Caracterización del aserrín con vistas a su transformación por la vía
hidrolítica.
3.4.1. Obtención del cuadro cinético de la prehidrólisis
3.4.2. Caracterización del producto obtenido mediante la prehidrólisis
3.4.3. Cálculo del rendimiento de la masa sacarificada
3.5. Diseño y construcción de un hidrolizador para el scalado
3.6. Valoración de las cualidades alimenticias de la masa sacarificada de
Pinus caribaea Morelet var. caribaea y Eucalyptus saligna Sm
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. Situación de los residuos madereros en la provincia de Pinar del Río
4.2. Estimado del volumen de aserrín de Pinus caribaea var. caribaea que se
genera en el aserradero “Combate de la Tenería”
4.3. Composición química del aserrín de Pinus caribaea var. caribaea
generado en el aserradero “Combate de la Tenería” y sus posibles usos
4.4. Características del aserrín de Pinus caribaea. Morelet var. caribaea y
Eucalyptus saligna Sm con vistas a su transformación por la vía hidrolítica.
4.4.1. Regímenes de prehidrólisis del aserrín de Pinus caribaea y
Eucalyptus saligna.
4.4.2. Características del aserrín hidrolizado
4.4.3. Rendimiento de la masa sacarificada
4.5. Características del hidrolizador
4.6. Cualidades alimenticias de la masa sacarificada de madera de Pinus
caribaea Morelet var. caribaea y Eucalyptus saligna Sm
5. CONCLUSIONES
6. RECOMENDACIONES
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1. INTRODUCCIÓN
Un obstáculo para la sustentabilidad de los bosques y las industrias forestales lo constituye el nivel
de desechos producidos, tanto en los bosques mismos, como en las plantas procesadoras de madera.
La Comunidad Científica Internacional reconoce que la situación de los residuos es un problema
global que requiere una atención urgente. Muchas conferencias recientes de las Naciones Unidas,
incluyendo la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente (Río de Janeiro, 1992);
la Conferencia Global sobre Desarrollo Sostenible de los Pequeños Estados Insulares en Desarrollo
(Barbados, 1994) y la Conferencia Mundial sobre Reducción de desastres (Yokohama, 1994), han
planteado la necesidad de crear mejores estrategias para reducir el volumen de los residuos. En
1990, bajo la dirección de la Organización Internacional de las Maderas Tropicales, se estableció un
proyecto para evaluar el nivel de desechos y recomendar formas de reducirlos (Noack, 1995). Más
reciente aún, en la Tercera Conferencia de las Partes, del Convenio Marco Climático de la ONU, se
aprobaron una serie de resoluciones denominadas Protocolo de Kyoto, donde se prevé asistencia a
los países en desarrollo, mediante el “Mecanismo de Desarrollo Limpio” para la fijación o
reducción de las emisiones de dióxido de carbono (Ramos, 1998).
En los países desarrollados, donde la actividad industrial del sector forestal tiene un aporte
significativo en la economía, los residuos de maderas son utilizados industrialmente en un 50 % con
tendencia al alza, en una gran variedad de usos (Granja y Molina, 1992).
Por otro lado, la Comunidad mundial está muy preocupada por el uso sostenible de los recursos
naturales por parte de las generaciones presentes y futuras, y por la calidad del medio ambiente.
Tiende a crearse una ética ambiental; se habla, por ejemplo, cada vez más, de usar sin abusar, de
reutilizar los recursos, de hacer más con menos.
En la provincia de Pinar del Río se encuentran las mayores reservas forestales del país. La
superficie cubierta de bosques alcanza el 38,6%, correspondiendo el primer lugar a las coníferas, las
cuales representan el 30,7% del total de la superficie boscosa (Informe provincial al 2do Congreso
Forestal, 1998). El interés industrial fundamental de estos bosques de coníferas es la obtención de
madera en bolo para producir madera aserrada, la cual constituye su renglón económico principal.
El segundo lugar, por su abundancia en la provincia, lo ocupa el género Eucalyptus, cuya madera
hasta el momento tiene diversos usos como material de construcción, en la producción de cujes de
tabaco y para postes de electricidad (Peñalver, 1991). Estos usos se van a incrementar en los
próximos años con la ejecución del Programa de Desarrollo Económico Forestal, donde se prevé la
explotación de esta especie para la elaboración de tableros, madera aserrada y madera para astillas,
entre otros (Programa de Desarrollo Económico Forestal hasta el año 2015).
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La industria de transformación de la madera genera altos volúmenes de residuos, los cuales en su
mayoría se convierten en desechos sólidos o basura. Los volúmenes anuales que se acumulan de
aserrín de pino en la provincia alcanzan entre 5 000 y 7 000 m3 y hasta el momento no se ha hecho
un uso racional de esta biomasa, la cual al no ser evacuada con prontitud, en pocos días, puede
obstaculizar el proceso productivo y por otro lado, su acumulación provoca efectos ambientales
negativos tales como:
* Que al descomponerse los mismos, se devuelva a la atmósfera el dióxido de carbono contenido en
la materia orgánica.
* Que por la incidencia del sol y las altas temperaturas, se provoca en las grandes pilas de aserrín
una pirólisis a baja temperatura, producto de lo cual se emiten gases contaminantes al medio. Por
otro lado, esta combustión aumenta la temperatura en la zona, provocando un efecto invernadero.
* Que estos residuos se conviertan en un medio ideal para la generación de plagas y enfermedades.
Por otro lado, la biomasa forestal que se origina en el proceso de aserrado de la madera,
fundamentalmente aserrín, constituye un material lignocelulósico que por su naturaleza química
(entre 60 -70 % de polisacáridos ) puede compararse con la del bagazo de caña y otros derivados de
ésta, los cuales en Cuba ya se utilizan industrialmente, aportando a la sociedad diversos productos.
Los extraordinarios adelantos alcanzados en los últimos años en el campo de la Ciencia y la
Tecnología representan un reto difícil, particularmente para los países en desarrollo. Tales avances
brindan nuevas oportunidades, pero para aprovecharlas, el país debe aumentar rápidamente su
capacidad para aplicar las nuevas tecnologías a las condiciones socioculturales y ambientales
existentes (Comisión del Sur, 1991). A partir de lo analizado anteriormente, se puede plantear que:
No se aprovechan adecuadamente los residuos madereros que se originan en las principales
industrias de elaboración de la madera en Pinar del Río, los cuales constituyen un
contaminante ambiental, que son susceptibles de ser transformados en productos socialmente
útiles, si son tratados adecuadamente por diferentes métodos de la tecnología química
moderna.
Especialmente importante resulta el tratamiento hidrolítico para convertir al aserrín en un sustrato
con valor zootécnico. En el texto de este trabajo se pueden encontrar varios ejemplos de productos
obtenidos a partir de residuos forestales con diversos fines. De esta manera, es evidente que: Si, el
aserrín que se origina como principal residuo de las industrias procesadoras de madera, se
caracteriza desde el punto de vista de su composición química que evidencie el potencial orgánico e
inorgánico de este residuo, se determina el régimen óptimo de prehidrólisis que ablande su
estructura fibrosa, enriqueciéndolo en azúcares de fácil asimilación, entonces se dispondrá de una
materia prima para diversos usos y de un producto que puede constituir un suplemento en la ración
animal.
2
A la Universidad de Pinar del Río, única en Cuba que forma profesionales en la especialidad
forestal, corresponde llevar adelante este tipo de tarea. Según datos de la Unión Internacional de las
organizaciones de Investigación Forestal, el 75 % de las investigaciones forestales de América
Latina y el Caribe están concentradas en cinco países (Argentina, Brasil, Chile, Colombia y
México) y el 41 % corresponde a las Universidades (Guevara, 1995).
El sector silvícola de nuestro país aportará nuevos ingresos a la Economía Nacional cuando
comience a considerar importantes todos los productos que se pueden derivar del bosque, entre
ellos, los residuos. Por todo lo antes expuesto, el objetivo general de este trabajo es: Determinar el
potencial orgánico e inorgánico del aserrín, como principal residuo de la industria de elaboración de
la madera y sus posibilidades como materia prima para diversos fines.
Esta propuesta es novedosa y valiosa por sus aportes al conocimiento, pues desde el punto de vista
teórico, se contará con la caracterización química del aserrín de Pinus caribaea var. caribaea de la
localidad de Macurijes, Guane, como fuente de Biomasa para diversos usos, el establecimiento de
los regímenes óptimos para la prehidrólisis del aserrín de Pinus caribaea y Eucalyptus saligna y la
caracterización de la masa sacarificada de aserrín de estas dos especies como suplemento
carbohidratado en correspondencia con las Normas Internacionales establecidas. En el aspecto
práctico, se dispone de masa de madera sacarificada a partir de aserrín de Pinus caribaea y
Eucalyptus saligna, un producto con cualidades alimenticias, a escala de banco. Se dispone,
además, de un material bibliográfico acerca de los residuos madereros, tema poco abordado en la
literatura forestal cubana, de gran utilidad para estudiantes y profesionales del sector. El trabajo
presenta, además, aporte económico y medio-ambiental, ya que sienta las bases para la futura
utilización industrial de un material abundante y desaprovechado, que rendirá aportes a la economía
y se disminuirá su efecto contaminante al medio. Los objetivos específicos propuestos son:
1- Determinar cuáles son los principales residuos de madera que se originan en la provincia de Pinar
del Río y los usos a que se destinan.
2- Cuantificar el volumen de aserrín que se genera en un turno de trabajo en el aserradero “Combate
de la Tenería”, Guane, y proponer sus posibles usos.
3- Caracterizar desde el punto de vista de su composición química, el aserrín generado durante el
proceso de aserrado de la madera en el aserradero “Combate de la Tenería”.
4- Determinar los regímenes óptimos de prehidrólisis para el aserrín de Pinus caribaea
y
Eucalyptus saligna de la localidad de Macurijes.
5- Establecer los principales indicadores de la masa sacarificada de Pinus caribaea y Eucalyptus
saligna y sus posibles usos.
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2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. Principales residuos generados por las industrias de elaboración de la madera.
Residuos de madera se consideran aquellos que no hayan sido reducidos a partículas pequeñas,
consistentes fundamentalmente en residuos industriales, ejemplo, desechos de aserraderos,
despuntes, recortes, duramen de trozas para chapas, desechos de chapas, aserrín, corteza (se
excluyen las briquetas, residuos de carpintería, ebanisterías) (FAO, 1986).
La acumulación de los residuos en los aserraderos puede llegar a obstaculizar el desarrollo del
proceso productivo, por lo que es necesario que sean evacuados con prontitud. Las entidades que
venden estos productos se preocupan por mantenerlos bien almacenados, bajo techo, sobre lonas,
pero en la mayoría de los casos estos residuos permanecen a la intemperie, en grandes pilas, en las
cercanías de las industrias. El destino que se les da a los diferentes residuos no es el más racional.
Algunas entidades generadoras los venden o regalan a empresas que les dan diferentes usos; en
muchas ocasiones se envían a los vertederos o se incineran indiscriminadamente. La incineración es
una técnica derrochadora, ya que la materia orgánica es rica en nutrientes y su destino final debe ser
el retorno al suelo para mantener su fertilidad.
Principalmente utilizan residuos madereros la industria químico-forestal y la de tableros (Arends et
al., 1985). La industria químico-forestal utiliza como materia prima, entre otros, astillas y aserrín y
los productos que se derivan de esta industria son alcohol, levadura forrajera, furfural, y más
recientemente, suplementos alimenticios carbohidratados, minerales y/o proteicos para la
alimentación animal (Jolkin, 1989).
Algunos usos son los siguientes: Como generadores de electricidad en los aserraderos y las fábricas
de tableros contrachapados, utilizando residuos de madera como combustible (Bintley y Gowen,
1994); para obtención de harina de madera, la cual se emplea extensamente en la manufactura de
linóleo, explosivos de nitroglicerina y gran variedad de plásticos y otros productos moldeados
(Panshin, 1959); en la industria de tableros compuestos, incluidos los tableros duros, los tableros
aislantes, los de fibra de densidad media y otros, aprovechan una gran variedad de especies arbóreas
y residuos como astillas, virutas, recortes de madera y aserrín (Maloney, 1986; Riddle, 1988). Las
virutas de madera, así como la corteza son muy utilizadas en las granjas avícolas como cama para
las aves y otros animales de cría (Brake, 1992; Oconnell et al., 1997). En el Instituto de
Investigaciones Forestales (IIF), han realizado varios trabajos que demuestran la efectividad de
residuos madereros en la formación de aglomerados con cemento (Manzanares, 1984, 1991, 1998).
Estudios realizados en 1994 en Brasil, demostraron que los residuos de madera cuestan tres veces
4
menos que la madera en bolo y que pueden suplir toda la madera que hasta ahora se utiliza en la
industria de aglomerados en ese país (Oliveira, 1995).
El precio de los residuos ha ido en aumento en la última década. Según Anuario de los productos
Forestales (FAO, 1986, 1997), entre 1984 y 1995, este valor se duplicó.
Numerosas ecuaciones han sido desarrolladas para estimar el aserrín generado durante el proceso de
aserrado de la madera. La mayoría de estas ecuaciones relacionan la masa de aserrín con el
diámetro (generalmente al cuadrado) y la longitud de la troza, como las establecidas por Phillips y
Schroeder (1975) para encino negro y por Clark y colaboradores (1976) para abeto amarillo, citados
por Patterson (1993), quien a su vez defiende su hipótesis acerca de la inclusión de otras variables
que inciden en el rendimiento como densidad de la madera, número de cortes de la sierra y surtido
de madera. En otros trabajos encaminados al cálculo de los rendimientos de madera aserrada,
estiman de forma secundaria los residuos totales y entre ellos el aserrín (Plank, 1982; Willits, 1991;
Fahey, 1993).
2.2. Tipos de tratamientos empleados en el mejoramiento de residuos madereros.
Desde hace tiempo se conoce que después de la deslignificación de las paredes celulares de las
plantas lignificadas y de cambiar su estructura por diferentes métodos, se eleva la descomposición
fermentativa de los polisacáridos de la madera. Algunos experimentos “in vitro” han comprobado
que la trituración de la madera en cierta medida aumenta su digestibilidad. Para la transformación
de la biomasa lignocelulósica en sustancias digeribles por los animales es necesario:
1- Producir cambios en la estructura física de los tejidos vegetales lignificados, destruyendo o
debilitando los enlaces entre las fibras.
2- Elevar la capacidad de reacción del complejo de polisacáridos del material vegetal (en primer
lugar de la celulosa) mediante la transformación de su estructura intermolecular altamente
orientada y su despolimerización.
3- Transformar los polisacáridos con el objetivo de crear en el producto una relación óptima de
mono, oligo y polisacáridos.
4- Enriquecer el material durante el proceso de transformación química o después de éste con
proteínas, aminoácidos, grasa, macro y microelementos y sustancias biológicamente activas
(Utkin, 1984).
Esta transformación se logra mediante los siguientes métodos: Acción física sobre la biomasa por
corte mecánico, radiólisis, tratamiento térmico y otros; acción de catalizadores químicos; acción de
microorganismos o fermentos para lograr una conversión biológica; por esquema complejo donde
5
se conjuguen varios métodos. Cada uno de estos métodos presenta ventajas y limitaciones. Los
principales métodos químicos utilizados para elevar la digestibilidad de la biomasa vegetal son el
tratamiento alcalino y la hidrólisis de los polisacáridos hasta mono y oligosacáridos mediante
catalizadores ácidos o salinos. El tratamiento alcalino debilita los enlaces carbohidrato-lignina,
destruyéndose los polisacáridos, lo que provoca el desprendimiento de diferentes grupos de
sustancias. Dos grupos de industrias utilizan los tratamientos químicos de la madera: la de celulosapapel y la industria hidrolítica.
La sacarificación de los desechos de madera se basa en las diferentes condiciones en que se
efectúan las reacciones de hidrólisis para las hemicelulosas y la celulosa. Las hemicelulosas se
hidrolizan fácilmente sin catalizadores a elevada temperatura hasta 100 0C y presión hasta 0,2
MPa; la celulosa sin catalizadores prácticamente no se hidroliza incluso a 200 0C. En el tratamiento
de autohidrólisis, el catalizador lo constituye el ácido acético que se libera de las hemicelulosas.
Este es un tratamiento termomecánico, transcurre en aparatos desfibradores de alta presión, elevada
temperatura y en sólo varios segundos, con lo cual cambia la estructura física de la madera. Este
método fue desarrollado en Canadá por la Firma Stake Technology Ltd.). De esta manera, se han
empleado diferentes métodos, predominando los que utilizan catalizadores ácidos o los que
prescinden de ellos. Independientemente del equipamiento que se utilice, las transformaciones
químicas del material durante la hidrólisis ácida utilizando diferentes métodos, conduce a la
obtención de los mismos productos. En su composición entran azúcares y celulosa de fácil
asimilación, lo cual determina su valor zootécnico.
El método más estudiado actualmente es el vapor-explosión, el cual según varios autores supera a
los métodos tradicionales por las ventajas que ofrece en cuanto a rapidez, pero indudablemente,
tiene mayor complejidad tecnológica (Ogarkov, 1990; Bouchard, 1990). Puede utilizar realizarse
con ácidos diluidos o prescindir de ellos, en dependencia del material tratado (Coombs y Carrasco,
1992).
La hidrólisis enzimática es una reacción heterogénea influenciada por las características
estructurales del sustrato, tal como la cristalinidad y el contenido de lignina.. Se realiza con
microorganismos a temperatura de 30 - 40 oC, a presión atmosférica, lo cual le confiere ventajas con
relación al tratamiento de hidrólisis ácida. La sacarificación por métodos biológicos, utilizando
microorganismos directamente sobre los materiales leñosos, constituye un procedimiento muy
lento. Por este motivo, en la mayoría de los casos ella va precedida de tratamiento químico.
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2.3. Algunos usos de los principales residuos madereros transformados.
Hace más de un siglo que se conocen procedimientos para la transformación de la madera en
melaza, la cual puede ser utilizada en la alimentación de bovinos de la misma forma que la melaza
de caña. Asimismo, se sabe que la celulosa tiene un elevado valor energético para los rumiantes.
Durante la Segunda Guerra Mundial se utilizó en grandes cantidades en los países escandinavos. El
ganado equino digiere muy bien la celulosa y los cerdos adultos también (Göhl, 1982). Se conoce
que varios países como Estados Unidos, Finlandia y Australia realizan experimentos que
demuestran la efectividad de la utilización de residuos de la industria de la elaboración primaria de
la madera y el follaje en la obtención de alimento animal a partir de la tecnología química moderna
y la biotecnología. En Canadá, la firma Stake Technology Ltd., comercializa un producto bajo la
marca comercial “Procell” obtenido de los desechos del bosque, descrito como un producto fibroso,
de olor agradable, buen gusto y que eleva el apetito, el cual constituye un suplemento alimenticio en
la dieta animal (Utkin, 1984). A partir de los prehidrolizados de maderas duras producen xilitol, que
es un azúcar que reduce la incidencia de caries dentales, con un poder edulcorante comparable a la
sacarosa (Hillis y Brown, 1984). En la antigua URSS se reportan diferentes experiencias acerca de
la obtención de suplementos carbohidratados y/o proteicos a partir de aserrín, astillas y corteza,
empleando diferentes métodos (Ladinskaya y Naumenko, 1987; Semenintin, 1985). Ensayos
realizados por diferentes investigadores dan fe del valor nutritivo de tales suplementos. Ejemplos lo
constituyen los siguientes:
- Al suministrar suplemento carbohidratado obtenido a partir de astillas de madera a novillos y
vacas lactantes, se comprobó que su valor nutritivo es elevado y equivale a 0,5-0,6 unidades
alimenticias (Levanova, 1987).
- Se suplementó una dieta alimenticia para toros de ceba con masa sacarificada de madera, en dosis
de 4 kg por cabeza al día y se observó un aumento en 32 % en peso de los animales con respecto al
grupo de control (Strielsky, 1989).
- En Estados Unidos, un grupo de investigadores estableció diferentes dosis para las cuales la
madera de álamo descortezado y la pulpa de álamo podían ser suministrados en la dieta de ovinos y
vacunos (Fritsdiel et al., 1976).
- En Canadá estudiaron la posibilidad de utilizar álamo para sustituir parte de la ración de ganado de
leche y carne, para lo cual se sometió a tratamiento térmico virutas trituradas. El producto obtenido
se mezcló con sustancias proteicas y vitaminas, se enriqueció con maíz y urea. Al suministrarlo a
los animales se obtuvieron resultados muy positivos (Gromov, 1984).
En la agricultura son numerosos los reportes científicos acerca de la utilización del aserrín y la
corteza de especies forestales en la elaboración de compost para la fertilización orgánica y el
7
mejoramiento de los suelos en diferentes países (Milbocker, 1991; Dangler, 1993; Guedes, 1994;
Borazjani et al., 1997).
El aserrín solo, como fertilizante, es poco efectivo, ya que contiene bajo contenido de elementos
nutritivos: aproximadamente 0,1 % de N, 0,02 % de P2O5 y 0,12 % de K2O. Si se suministra fresco,
sin compostar, puede provocar carencia de Nitrógeno en la planta en el primer y a veces en el
segundo años de haberlo suministrado al suelo. Por otra parte, el complejo lignocelulósico del
aserrín puede ser utilizado para aumentar el nivel de humus del suelo. Efecto positivo y continuado
del aserrín se observó con su introducción en forma de capas para la reforestación en suelos pobres,
arenosos. Ejemplo de esto se observó en Estados Unidos durante un experimento en el cual al cabo
de 14 años de plantado un bosque, se conservó sólo el 7 % sin enmienda, y para el suelo que tuvo
aserrín, 43 - 50 %, con un diámetro y altura de los árboles 2-3 veces superior.
En Chile un grupo de investigadores estudiaron el comportamiento de mezclas suelo-aserrín-ceniza
y comprobaron la posibilidad de utilización de estos residuos como mejoradores de la fertilidad de
los suelos, ya que las mezclas producen un incremento en el nivel de elementos nutritivos (Crez,
1990). Fueron estudiados por investigadores brasileños los efectos de residuos de Leucaena
leucocephala en la fertilidad de dos tipos de suelos en Paraná y se comprobó que hubo reducción de
la acidez y del aluminio intercambiable, además de un incremento en el contenido de calcio,
potasio, materia orgánica y fósforo (Carneiro, 1995). En Cuba también se han realizado trabajos
encaminados a demostrar la efectividad de estos residuos forestales con fines agrícolas. En el
Instituto de Investigaciones Forestales (IIF), por ejemplo, obtuvieron un abono orgánico a partir de
residuos boscosos, cepas microbiológicas y agentes químicos (Harewood et al., 1989).
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Diagnóstico de la situación de los residuos madereros en la provincia de Pinar del Río
Este estudio se basa en la obtención de información sobre el estado actual de los residuos madereros
en la provincia de Pinar del Río. Para ello se estructuró una encuesta dirigida a las entidades
procesadoras de madera, es decir, aserraderos y carpinterías (estatales y particulares). La encuesta
se aplicó mediante un muestreo aleatorio simple en ocho municipios de la provincia. En ella se
contemplan los siguientes aspectos: cantidad de residuos generados, clasificación, almacenamiento,
disposición y destino final de los residuos.
3.2. Estimación del volumen de aserrín originado durante el aserrado de la madera en el
aserradero “Combate de la Tenería”
Para la realización de este experimento se seleccionó el aserradero “Combate de la Tenería”,
ubicado en la localidad de Macurijes, municipio Guane. La especie seleccionada fue Pinus caribaea
Morelet var. caribaea, la cual representa aproximadamente el 90 % de la madera que se elabora en
este aserradero. El tamaño de la muestra para el cálculo del volumen de aserrín se determinó por la
expresión (Freud, 1980):
n = t2 cv2 / E2
donde:
t: t student para 95 % de confianza
cv: coeficiente de variación (%)
E: Error de muestreo (10 %)
Los datos se tomaron de 120 trozas de Pinus caribaea (60 de 4 m y 60 de 3 m), de forma aleatoria,
en el interior del establecimiento. A las trozas se les midió el diámetro en el extremo inferior y la
longitud. Las mediciones de diámetro se realizaron con una forcípula de aluminio. Los cálculos se
realizaron mediante las ecuaciones establecidas por Egas (1998) para la especie Pinus caribaea, en
las condiciones de este aserradero.
Para el cálculo de volumen de trozas:
Vcc = e ( -8,9070 + 0,8135. ln Dr + 2,0085. ln l + 0,9343. ln C ) + (π/4). (Dr/100)2. l
Vsc = e ( -9,2832 + 1,8116. ln Dr + 1,2533.ln l )
Para el cálculo del porcentaje de aserrín en la línea de grandes y pequeñas dimensiones,
respectivamente:
% aserrín = 7,5554 - 0,0020 Dr2
% aserrín = 11,8000 - 0,0112 Dr2
El volumen de aserrín se calculó como sigue:
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V aserrín = Vtroza . % aserrín / 100
donde:
Dr : diámetro en el extremo (cm)
l: longitud (m)
Vcc : volumen de madera con corteza (m3)
Vsc : volumen de madera sin corteza (m3)
Cd: conicidad
3.3. Composición química del aserrín Pinus caribaea Morelet var. caribaea del aserradero
“Combate de la Tenería”
Para la realización de este experimento se tomó muestra de aserrín de Pinus caribaea Morelet var.
caribaea obtenido como residuo en el propio aserradero de Macurijes. La toma de la muestra se
realizó por el método del agotamiento en la pila, según se establece por el Control técnico-químico
de las producciones hidrolíticas (Emilianova, 1979). En el laboratorio la muestra se tamizó hasta
partículas entre 0,4 - 0,6 mm según norma standard TAPPI y se envasó en frascos de cristal para su
posterior análisis.
La caracterización química consistió en la determinación de los contenidos de celulosa, lignina,
cenizas, sustancias solubles en agua a 95 oC y sustancias solubles en disolventes orgánicos (mezcla
benceno-etanol), así como de la ceniza. La determinación de celulosa y lignina se realizó al material
libre de extractivos, para lo cual se extrajo la muestra en equipo Soxhlet con mezcla benceno-etanol
(2:1) durante ocho horas, cuatro horas con etanol y finalmente con agua durante una hora, en baño
de agua hirviente. Se emplearon las normas standard TAPPI para el estudio de la composición
química de madera (TAPPI, 1964).
3.4. Caracterización del aserrín con vistas a su transformación por la vía hidrolítica
Con este objetivo se estudió el aserrín de madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea y
Eucalyptus saligna Sm , dos especies que crecen en la región de Macurijes y representan a dos tipos
diferentes de maderas, de coníferas y latifolias, respectivamente.
El aserrín de Pinus caribaea se obtuvo de la pila en el aserradero, según se describe en el epígrafe
3.3. La muestra del aserrín de Eucalyptus saligna se obtuvo mediante aserrado en sierra circular de
banco, de seis árboles de 10 años de edad, seleccionados al azar en áreas de la Empresa Forestal
Macurijes, los cuales fueron talados, descortezados manualmente y secados de forma natural. En
todos los casos las muestras se tamizaron hasta tamaño de partícula de 0,4-0,6 mm, según norma
standard TAPPI y conservadas en frascos de cristal para su posterior análisis.
10
Se realizó una caracterización química de los materiales a utilizar para valorar su posible
potencialidad con fines hidrolíticos. Esta consistió en la cuantificación de los polisacáridos
fácilmente hidrolizables (PFH), polisacáridos difícilmente hidrolizables (PDH), según Emilianova
(1958) y de cenizas por el método TAPPI, como se describió en 3.3.
3.4.1. Obtención del cuadro cinético de la prehidrólisis.
Los parámetros que se determinaron con este fin fueron: hidromódulo, catalizador y régimen
óptimo de temperatura y tiempo.
Se seleccionó el valor de hidromódulo tres (HM=3) para realizar el tratamiento, por tratarse de una
hidrólisis de bajo módulo, con el fin de que asegure, además, la humedad adecuada del producto
final. Como catalizador se utilizó dihidrógenofosfato de calcio -Ca(H2PO4)2- (superfosfato de calcio
de calidad forrajera), sustancia que posee actividad catalítica conocida (Morozov, 1988). Esta es
una sal ácida, capaz de generar iones hidronio al hidrolizarse y a la vez, enriquece al hidrolizado
con elementos minerales calcio y fósforo.
Para el tratamiento de prehidrólisis se mezclaron 5 g de aserrín con 15 mL de agua (HM=3) y se
adicionó el catalizador, superfosfato de calcio de calidad forrajera, en estado sólido, en cantidad
suficiente para que su concentración alcance 4 % en base a masa seca de aserrín. La mezcla se agitó
y se introdujo cuidadosamente en el autoclave, el cual se calentó en baño de glicerina, con regulador
automático de temperatura. Se estudiaron los siguientes regímenes:
Temperatura (oC)
Tiempo (min)
150
20
40
60
80
100
120
160
20
40
60
80
100
120
170
20
40
60
80
100
120
Transcurrido el tiempo de reacción, el autoclave se enfrió. Para cada tratamiento, al producto
obtenido se le determinó el contenido como porcentaje, de sustancias reductoras totales, por el
método ebullostático (Emilianova, 1969). Con los datos experimentales alcanzados, se obtuvo un
modelo matemático, que permitió el establecimiento del régimen de prehidrólisis para cada una de
las especies estudiadas, con mayor precisión. El método que se utilizó fue un método matemático de
Estimación no Lineal (método iterativo) del tipo quasi-Newton, con auxilio del paquete
STATISTIC sobre Windows. El tiempo óptimo se seleccionó derivando el modelo para la
temperatura escogida, con auxilio del paquete DERIVE sobre Windows.
11
3.4.2. Caracterización del producto obtenido mediante la prehidrólisis
Se determinaron los indicadores organolépticos mediante examen visual (estado físico, olor, color).
3.4.3. Cálculo del rendimiento de la masa sacarificada
El rendimiento se calcula por la expresión:
R (%) = (masa del producto / masa de la materia prima) .100. (Jolkin, 1989)
donde: R es el rendimiento de masa sacarificada.
3.5. Diseño y construcción de un hidrolizador para el escalado
Una vez establecidas las condiciones experimentales a nivel de laboratorio, se procedió al diseño de
un reactor para la transformación del aserrín a mayor escala, al cual se le denominó hidrolizador. El
equipo consiste en un recipiente vertical, hermético, de 1,072 m de altura y un diámetro exterior de
55,0 cm. Está construido totalmente de acero inoxidable AESI 304 con la finalidad de garantizar la
calidad del producto y el trabajo en el medio ácido. Cuenta con un Termómetro de Carátula de
rango 0-200 ºC con vaina para su aislamiento y otros dispositivos como manómetro, válvula de
seguridad, válvula de esfera para la extracción del producto y para la entrada y salida del vapor. El
rolo interior fue pulido espejo, posee una camisa donde circulará el vapor, la cual está recubierta
con lana de vidrio, así como su fondo. El cierre del equipo es por medio de bridas y grapas. Se le
incorpora en el interior del equipo, fijado por medio de pasadores, un cesto de malla para el
deposito de los materiales a hidrolizar. El equipo está apoyado sobre tres patas que van ancladas al
suelo por mediación de pernos de anclaje.
3.6. Valoración de las cualidades alimenticias de la madera sacarificada de Pinus caribaea
Morelet var. caribaea y Eucalyptus saligna Sm.
Al aserrín sacarificado se le determinan algunas características que manifiesten sus cualidades como
alimento, según los indicadores que se establecen para suplementos alimenticios (Jolkin, 1989).
Se utilizó masa de madera sacarificada de Pinus caribaea y Eucalyptus saligna, obtenidas en
condiciones de laboratorio, bajo los regímenes óptimos que fueron previamente establecidos: 160
o
C-61 min para Pinus caribaea y 160 oC-71 min para Eucalyptus saligna.
Esta masa sacarificada, previo a los análisis fue neutralizada con amoníaco concentrado, ya que el
pH del producto es bajo (< 4).
Se realizó la determinación de humedad, sustancias reductoras libres (SRL) y totales (SRT),
celulosa, fibra bruta, proteína bruta, extracto etéreo, sustancias solubles en agua, digestibilidad,
cenizas, pH, furfural y ácidos orgánicos.
12
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. Situación de los residuos madereros en la provincia de Pinar del Río.
Se realizaron encuestas en varias entidades generadoras de residuos (carpinterías y aserraderos) de
ocho municipios de la provincia de Pinar del Río. La valoración de los resultados se realizó
atendiendo a los aspectos que se reflejan en la encuesta.
Se pudo constatar que no se cuantifican los residuos en ninguna de las entidades encuestadas, ni
como volumen, masa o porcentaje. Esto, por supuesto, representa una dificultad, pues no se puede
conocer con qué potencialidades del residuo se cuenta al querer enfrentar una tarea encaminada a su
utilización.
Por el estudio realizado se concluyó que son cinco los tipos de residuos madereros que se generan
indistintamente en las entidades encuestadas. Ellos son: aserrín, costanera, corteza, viruta y leña.
Esta clasificación concuerda con la que se reporta en la literatura. Por ejemplo, en el aserradero de
Valsaín, España, consideran que son tres los residuos fundamentales que se originan durante el
aserrado: corteza, serrín y astillas (Espiga, 1994). En Bogotá, Colombia, por estudio realizado en
depósitos de madera, fábricas de muebles, carpinterías y ebanisterías de la ciudad, consideran tres
tipos de residuos: virutas, aserrín y retal (Granja y Molina, 1992). Estos son los materiales
considerados por la industria como desperdicios o residuos.
En los aserraderos los residuos se separan, en las carpinterías se mezclan. En ninguno de los
establecimientos estudiados existen áreas especializadas para el almacenamiento, ni se toman
medidas para la protección de los residuos, es decir, estos permanecen a la intemperie. Este es un
aspecto que conspira contra el uso posible de los residuos. En otros países sí se toman medidas para
su almacenamiento temporal. Granja y Molina (1992), refieren cómo en Bogotá para este fin
algunas entidades destinan dentro de sus plantas un área especial para almacenar los residuos.
Además, utilizan recipientes tales como lonas y canecas plásticas y metálicas. No disponer de áreas
para el almacenamiento de los residuos puede acarrear problemas medioambientales, riesgos de
incendios y dificultades en el desarrollo normal del trabajo.
La corteza se bota en su totalidad. Esto demuestra el desconocimiento por parte de las empresas del
valor que posee este residuo y la falta de iniciativas para la búsqueda de soluciones encaminadas al
aprovechamiento de los residuos. El aserrín es el que más variedad de uso presenta según estas
categorías, si se tiene en cuenta, además, que es el residuo común a todas las entidades encuestadas.
13
Distribuido como porcentaje, los mayores usuarios de estos residuos son: hogares (38 %), empresas
estatales (26 %), granjas avícolas (16 %), educación (10 %) y hospitales (10 %). Los hogares son
los que más se benefician, dado su uso como combustible. Con este fin se usa la leña y el aserrín.
En Educación, hospitales y otras entidades, el aserrín se utiliza como elemento de aseo para los
pisos. En las granjas avícolas el aserrín y la viruta son demandados para ser usados como camas
para aves. Esta es una práctica mundial, como lo atestiguan los trabajos de Brake (1992) y Oconnell
(1997). Entre las Empresas Estatales que más utilizan los residuos se encuentran la tabacalera,
acopio y transporte. Otros usuarios de residuos, pero en menor cantidad, son: Empresa de cultivos
varios, Empresa porcina, Salud Pública, Educación.
El precio para los residuos, vendidos en el lugar de origen está determinado por la oferta y la
demanda existente para cada uno de ellos, aunque poseen precios locales. En 1998, en el aserradero
“La Jagua”, municipio La Palma, se vendió el aserrín a 50 centavos el saco; en el aserradero
“Combate de la Tenería” la leña en este mismo año se vendió a 10,00 pesos / m3. La leña es el único
residuo que tiene precio oficial según la Lista Oficial de Precios, el cual para Empresas Estatales
equivale a 6,25 pesos / m3 y 6,01 USD para Empresas como el Turismo (sub-delegación Forestal,
Agricultura).
Este estudio ha permitido establecer un diagnóstico del estado actual de los residuos madereros en
la provincia y se puede concluir que existe un potencial de recursos poco aprovechados,
fundamentalmente aserrín y corteza, los cuales pueden encontrar utilización para diversos usos.
4.2. Estimado de volumen de aserrín de Pinus caribaea var. caribaea que se genera en el
aserradero “Combate de la Tenería”
Estimar el volumen de aserrín que se genera en esta instalación permitirá conocer de cuanta materia
se dispone para proponer alguna vía de aprovechamiento. Fueron calculados los volúmenes y
porcentajes de aserrín de Pinus caribaea para las líneas de grandes dimensiones (trozas de 4 m de
largo) y de pequeñas dimensiones (trozas de 3 m de largo).
El volumen total de madera en troza resultó 32,77 m3 para la línea de 4 m y de 22,10 m3 para la
línea de 3 m. En total como promedio en una jornada de trabajo se elaboran 54,87 m3 de madera en
troza. Los porcentajes de aserrín generado fueron de 6,13 % y de 8,40 % para las líneas de cuatro y
tres metros respectivamente. Mediante una media ponderada, se obtiene un porcentaje promedio,
considerando las dos líneas, de 7,05 % de aserrín. Esto representa un volumen de aserrín de 3,86 m3
en un turno de trabajo. Este valor expresado como masa, considerando la densidad de la madera
14
verde de Pinus caribaea var. caribaea de 976,75 kg/m3, según Guevara (1998), equivale a 3,80
toneladas métricas en doce horas de trabajo.
Se encuentra similitud en los resultados de Fahey y colaboradores (1993), quienes estimaron el
rendimiento de Pinus ponderosa en el estado de Arizona, Estados Unidos, y obtuvieron valores
entre 6,7 - 8,8 % de aserrín para árboles de diámetros semejantes a los utilizados en este
experimento.
Los resultados que se han obtenido evidencian que no es correcto el criterio generalizado acerca de
que el volumen de aserrín que se obtiene durante el aserrado de la madera es de un 10 %. Este valor
depende de varios factores, como son el diámetro, la longitud, el tipo de sierra, el esquema de corte,
la calidad de la troza, los defectos de la madera, y otros. Los volúmenes de aserrín calculados dan fe
de la existencia de una biomasa aprovechable para varios fines, que van desde los energéticos hasta
la obtención de productos químicos. Esta cifra aumenta notablemente si se considera que en la
provincia existen doce aserraderos generando los mismos residuos.
4.3. Composición química del aserrín de Pinus caribaea var. caribaea
generado en el
aserradero “Combate de la Tenería” y sus posibles usos.
Del estudio de la composición química del aserrín de Pinus caribaea var. Caribaea, se puede
observar que la celulosa es el componente mayoritario en la especie de pino estudiada, con valores
que se encuentran en el rango de 43,10- 45,61 %. La lignina, que constituye el segundo componente
en abundancia en la pared celular de las plantas lignificadas, se encuentra en valores que oscilan
entre 28,41 - 31,27 %.
Para madera de coníferas se reportan valores muy similares a los obtenidos en este experimento.
Jolkin (1989) informa como promedio para la madera de pino 44,1 % de celulosa; Sjöstrom (1981),
para madera de Pinus silvestri, 40 % de celulosa y 27,7 % de lignina; Echenique y Robles (1993),
para maderas en general, reportan contenidos de celulosa entre 45 y 50 % y de lignina entre 20 y 30
%.
Los pinos de la región de Viñales, según estudios realizados por Irulegui y colaboradores (1989),
muestran un contenido de celulosa para la especie Pinus caribaea, entre 47,6- 1,1 % y la lignina en
el rango de 29,17-30,76 % , mientras Carballo (1991) reporta un contenido de celulosa entre 55,04 58,42 % y entre 27- 9 % de lignina para la misma especie.
Las sustancias solubles en agua a 95 oC oscilan entre 2,79-3,90 %, en tanto los solubles en
disolventes orgánicos ofrecen valores entre 3,08-4,71 %. Estos valores se corresponden con los
15
reportados por Díaz (1986) para la madera de pino, también con los informes de Echenique y
Robles (1993), quienes refieren que el contenido total de extractivos en la madera se encuentra en el
rango de 0-10 %. Para las especies Pinus caribaea y Pinus tropicalis de la región de Viñales,
estudiados por Irulegui (1986) y Carballo (1991), el contenido de sustancias solubles en agua a 95
o
C alcanza valores entre 3,24-12,3 %.
Las sustancias minerales, reportadas como total de cenizas, se encuentran en el rango de 0,48-0,68
%. Este resultado coincide con lo planteado por los investigadores en la química de la madera,
como Sjöstrom (1981), Jolkin (1989) y Emilianova (1979), quienes señalan para las maderas un
contenido mineral no superior al 1 %.
Por cuanto la composición química depende de las condiciones climáticas y edafológicas y de la
edad de los árboles, entre otros factores, se comprende la necesidad de caracterizar la madera en
cada región donde ella se elabora. Por la composición química que exhibe la madera de Pinus
caribaea var. caribaea de la localidad de Macurijes, se puede recomendar el uso de esta biomasa
para la obtención de diversos productos. Por su contenido en carbohidratos, en la industria celulosapapel o la industria hidrolítica que genera productos tan importantes como levadura forrajera, etanol
combustible, furfural y otros. Según Kalincha (1978), de 10 kg de residuos de coníferas se pueden
obtener 22,1 % de alcohol y 4-5 kg de levadura seca, con un contenido de aproximadamente 50 %
de proteína.
La lignina es uno de los polímeros orgánicos renovables sobre la tierra y constituye la fuente más
importante de material fenólico en el futuro, debido a los cada vez más limitados recursos
petroleros. No obstante, por largo tiempo se le ha considerado un subproducto de la industria de
pulpa y papel, cuyo único aprovechamiento ha sido su poder calórico. Actualmente existe una gran
necesidad de desarrollar nuevos procesos o re-evaluar los ya conocidos para la mejor utilización de
la lignina en la preparación de adhesivos, resinas, dispersantes y fenoles de baja masa molar
(Gandini, 1992).
El conocimiento del contenido mineral es también muy necesario para algunas industrias como la
hidrolítica, ya que los minerales pueden neutralizar parcialmente el medio ácido necesario para el
proceso. Las presencia en la madera de este grupo de compuestos le confiere a la misma una gran
importancia por los usos a que actualmente se está destinando, como se muestra a continuación:
En el estado de Mississipi utilizan residuos de la industria de muebles compostados con estiércol, lo
que ha tenido uso exitoso como abono para las pequeñas empresas (Borazjani, 1997). En la
Universidad de Idaho, E.U., la ceniza que se obtuvo de la madera que fue usada como combustible
16
en una planta generadora de electricidad, se utilizó compostada con otros residuos orgánicos y
resultó ser un sustituto económico de la cal (Campbell, 1997). El complejo lignocelulósico del
aserrín y la corteza puede ser utilizado, además, para elevar el nivel de humus del suelo.
4.4. Características del aserrín de Pinus caribaea Morelet var. caribaea y Eucalyptus saligna
Sm con vistas a su transformación por la vía hidrolítica.
Esta caracterización consistió en la determinación de polisacáridos fácil y difícilmente hidrolizables
(PFH y PDH) y de la ceniza. Se observa un contenido de polisacáridos fácilmente hidrolizables de
18,40 % para Pinus caribaea y de 20,5 % para Eucalyptus saligna. Estos polisacáridos representan
fundamentalmente las hemicelulosas del tejido vegetal. Incluye, además, al almidón y las pectinas.
Los polisacáridos difícilmente hidrolizables representan a la celulosa y alcanzan, para la madera de
Pinus caribaea, un valor de 49,9 % y un valor de 37,9 % para Eucalyptus saligna. Las cenizas se
encuentran en un 0,40 %, lo cual ha sido discutido anteriormente, en el epígrafe 4.3. para Pinus
caribaea y en un 0,16 % para Eucalyptus saligna.
Tanto por el contenido en polisacáridos fácil como difícilmente hidrolizables, los valores que se
alcanzaron para la madera de P. caribaea, coinciden con los que se han determinado por otros
autores para especies de coníferas (Ernst, 1982; Utkin, 1984). Emilianova (1969), reporta como
promedio para madera de pino 17,84 % de PFH y 47,65 % de PDH. Villar y colaboradores (1991)
estudiaron el comportamiento de la madera de Pinus cubensis de la región de Moa, y encontraron la
siguiente composición en polisacáridos: 15,3 % de PFH y 36,5 % de PDH. Las maderas de
coníferas presentan un menor contenido de PFH que las latifolias y mayor de PDH.
En cuanto a los valores alcanzados para E. saligna, estos resultados coinciden con los reportados
por Ladinskaya y Naumenko (1987) para madera de álamo: entre 16,3-17,4 % de PFH y entre 39,6 43,0 % de PDH. Por el porcentaje de polisacáridos fácilmente hidrolizables elevado, de 18,40 % y
20,5 % para P.caribaa y E. saligna, respectivamente (Este porcentaje en las maderas alcanza
valores entre 15 y 30 %), se cataloga a estas maderas como materia prima valiosa para el
tratamiento prehidrolítico.
4.4.1. Regímenes de prehidrólisis del aserrín de Pinus caribaea y Eucalyptus saligna.
Para cada combinación de temperatura y tiempo se determinó el porcentaje de sustancias reductoras
totales (SRT). El contenido de sustancias reductoras totales expresa la cantidad de mono y
oligosacáridos presentes en la disolución, formados a partir de las hemicelulosas, aunque incluye
una pequeña cantidad de otras sustancias reductoras que han pasado al hidrolizado durante el
tratamiento.
17
Con los datos obtenidos y el tratamiento estadístico descrito, se obtuvieron las curvas que
representan el proceso de prehidrólisis para cada temperatura durante el tiempo de reacción.
Teniendo en cuenta que el mayor porcentaje de sustancias reductoras aparece a la temperatura de
160 oC, derivando la función correspondiente, se obtiene que el tiempo óptimo de reacción es 60,93
min.
De esta manera, se seleccionó como el mejor régimen para la hidrólisis de la madera de Pinus
caribaea: 160 oC-61 min y como el mejor régimen de prehidrólisis para el aserrín de Eucalyptus
saligna: 160 oC-71 min. Estos resultados coinciden con los regímenes que han sido establecidos
para maderas de latifolias. Por ejemplo, Ernst (1984) mediante tratamiento hidrobarotérmico sin
catalizador reporta rendimientos de azúcar entre 8-10 % para el siguiente régimen: temperatura
entre 140-170 oC y tiempo de 1,5-3 horas. Diversos regímenes para la prehidrólisis han sido
establecidos por varios investigadores en diferentes partes del mundo y varían según el tipo de
tratamiento y del material vegetal que se emplee.
Para madera de coníferas, estos constituyen ejemplos de algunos regímenes: En el CNIC,
prehidrolizaron madera de Pinus cubensis, Pinus tropicalis y Pinus caribaea con diferentes
concentraciones y proporciones de ácido nítrico y sulfúrico como catalizador y recomiendan
realizar el tratamiento a temperatura de 140 oC en tiempos superiores a 45 minutos (López Planes,
1983). Por otra parte, Villar y colaboradores (1991), para residuos del aserrado de madera de Pinus
cubensis de la región de Moa, establecieron como régimen óptimo de prehidrólisis 180 oC - 40 min,
mediante el cual se alcanzó 11 % de azúcares, por tratamiento con vapor, en ausencia de
catalizador. Ladinskaya y Naumenko (1987), para maderas en general, establecieron como
parámetros óptimos de prehidrólisis: temperatura entre 145 - 160 oC y tiempo de 2 hasta 3 horas.
Ningún régimen puede garantizar, en principio, un rendimiento teórico de azúcares, ya que parte de
ella se descompone, lo cual se demuestra por la presencia de furfural en el hidrolizado. Durante el
proceso de prehidrólisis, a la disolución pasan, además, productos de la descomposición del tejido
vegetal como ácido acético, ácidos urónicos, formaldehído, trazas solubles de lignina y además
productos de la descomposición de los azúcares (furfural, hidroximetil-furfural, ácido fórmico,
ácido levulínico). El contenido de las sustancias del primer grupo depende fundamentalmente de la
composición del material. El rendimiento de los productos de la hidrólisis de los polisacáridos
depende directamente de los parámetros del proceso.
18
4.4.2. Características del aserrín hidrolizado
El producto que se obtiene como resultado de la prehidrólisis del aserrín es en sí, lignocelulosa
enriquecida en azúcares (mono y oligosacáridos) y se denomina “Masa de madera sacarificada”. Por
sus características físicas, la masa sacarificada de madera de Pinus caribaea y de Eucalyptus
saligna constituye una masa suave y desgranada que conserva el aspecto del material inicial. Posee
color pardo y olor agradable.
4.4.3. Rendimiento de la masa sacarificada
El rendimiento para ambas especies se encuentra entre 95 - 99 %, ya que el producto se utiliza
completamente. Las pérdidas que ocurren son debidas a la impregnación del producto en las
paredes del autoclave, por lo que se considera una tecnología prácticamente sin residuos (Jolkin,
1989).
4.5. Características del hidrolizador
El reactor diseñado tiene una capacidad de 60 litros y estará acoplado a una caldera de vapor para su
calentamiento. Las etapas fundamentales de trabajo en este equipo son las siguientes:
1. Carga del hidrolizador con la mezcla aserrín-agua-catalizador.
2. Calentamiento con vapor.
4. Cocción.
5. Descompresión.
6. Descarga de la masa sacarificada.
4.6. Cualidades alimenticias de la masa sacarificada de madera de Pinus caribaea Morelet var.
caribaea y Eucalyptus saligna Sm.
Los resultados del estudio de algunos indicadores de la masa sacarificada de aserrín de Pinus
caribaea y Eucalyptus saligna, obtenida a escala de laboratorio destacan que mediante el
tratamiento de prehidrólisis se alcanza un rendimiento de sustancias reductoras totales superior al
10 % para las dos especies. Las SRT representan los mono y oligosacáridos existentes en el
hidrolizado como producto de la hidrólisis de las hemicelulosas. Este contenido de azúcares le
confiere a los hidrolizados de madera cualidades de sustratos idóneos para el crecimiento de
microorganismos. Para asegurar una actividad normal de la microflora y buena actividad
celulolítica, deberá estar presente cierta cantidad de carbohidratos solubles o fácilmente
fermentables en los alimentos (Dearriba, 1988). En el cromatograma de madera sacarificada de
Eucalyptus saligna se aprecia la presencia de los azúcares xilosa y arabinosa, los cuales aparecen en
proporción 4:1, lo que evidencia el predominio de cadenas de arabinoxilano en las macromoléculas
19
de hemicelulosas de la madera de esta especie, característico en las maderas de latifolias (Sharkov,
1962).
El contenido de sustancias solubles en agua aumenta considerablemente con respecto al material
inicial. Se alcanzan valores de 23,0 % para la madera de Pinus caribaea y 18,0 % para la madera de
Eucalyptus saligna. La existencia de un contenido elevado de sustancias solubles en agua, asegura
parte de la digestibilidad de los alimentos.
El extracto etéreo mide fundamentalmente el contenido de grasa bruta y comprende no sólo aceites
y grasas, sino también ácidos grasos, resinas, etc. Para Pinus caribaea este valor es de 1,60 %,
superior al encontrado para Eucalyptus saligna (0,31). Los pinos, como se conoce, se caracterizan
por su elevado contenido de sustancias resinosas (Jolkin, 1989).
El contenido de nitrógeno, expresado como proteína bruta se encuentra entre 3-5 %. Como se
observa, el nivel de proteína es bajo, ya que el contenido promedio de proteína en un pienso es de
16 % (Göhl, 1982). Las maderas en su estado natural tienen contenido muy bajo de nitrógeno, este
valor se eleva hasta 5 % debido al amoníaco que se adicionó al producto durante la neutralización.
Se conoce que la deficiencia de nitrógeno disminuye la digestibilidad de la fibra y además, que
parte del nitrógeno que necesitan los organismos celulolíticos debe ser nitrógeno no proteico. Esto
no justifica la falta de nitrógeno proteico y es la causa por la que los materiales de este tipo se
tratan con microorganismos para enriquecerlos proteicamente y elevar su nivel nutritivo.
La fibra cruda o fibra bruta representa los polímeros estructurales que contiene el producto: lignina,
celulosa y una fracción pequeña de hemicelulosas. Para Pinus caribaea la fibra cruda representa
58,0 %, mientras que para Eucalyptus saligna es menor (40 %).
La lignina se transforma poco durante este procedimiento, solamente algunas fracciones de baja
masa molar se separan de ella. La incrustación física de la lignina en las fibras de las plantas la hace
inaccesible a las enzimas que normalmente provocarían su digestión. La lignina, además de ser
indigerible, actúa como una barrera física que envuelve a la celulosa y las hemicelulosas,
impidiendo su exposición al ataque de los microorganismos del rumen.
La digestibilidad “in vitro” expresa la proporción en que se encuentran los nutrimentos digeribles y
su utilización con respecto al total del alimento. Los valores de digestibilidad que alcanza el
producto, como se observa, es mayor para el E.saligna que para P. caribaea: 49 % y 32 %
respectivamente. Estos valores se corresponden con lo que se reporta en la literatura para masa
sacarificada de madera de coníferas y latifolias. Mediante el tratamiento, la digestibilidad aumenta
20
notablemente. Según Utkin (1984), la digestibilidad natural de la madera de coníferas alcanza sólo
el 5 %, en tanto para latifolias es de 8-20 %.
El furfural es una sustancia tóxica y su presencia en los alimentos está sujeta a reglamentación
(menos de 0.1 %). En el hidrolizado de pino se registró 0,017 % y en el de eucalipto, trazas. Los
ácidos orgánicos aparecen para los hidrolizados de ambas especies en muy bajas concentraciones
(trazas). Para Eucalyptus saligna se adjunta cromatograma. Las bajas concentraciones de ácido
acético y furfural, están relacionados con el régimen de hidrólisis seleccionado. Tanto el ácido
acético como el furfural, constituyen sustancias tóxicas para los microorganismos (Parajó, 1993).
Por tanto, el hidrolizado de madera de Pinus caribaea y Eucalyptus saligna obtenido bajo el
régimen de prehidrólisis establecido constituye buen sustrato para los procesos fermentativos.
En cuanto a la composición mineral estudiada, el total de cenizas para la masa sacarificada de Pinus
caribaea es de 3,88 % y de 3,80 % para Eucalyptus saligna. Esta ceniza la componen
fundamentalmente los óxidos, silicatos y fosfatos de los elementos metálicos. Se detectó la
presencia de 23 elementos. Se destaca que los mayores porcentajes corresponden a los elementos
calcio (0.38 % y 0,31 %) para masa sacarificada de Pinus caribaea y Eucalyptus saligna,
respectivamente y fósforo (0,32 % para P. caribaea y 0,30 % para E. saligna, respectivamente), lo
cual está determinado por la presencia del catalizador (superfosfato de calcio al 4 %). Se encontró
también cantidades significativas de Na, K, Mg, Fe. De otros elementos sólo aparecen trazas.
Estos resultados coinciden con lo reportado por Sjöstrom (1981) y Jolkin (1989).
Tanto la masa de Pinus caribaea como la de Eucalyptus saligna satisfacen las exigencias de
suplementos alimenticios carbohidratados, según norma soviética TUOP 64 -11- 105 - 86 (Jolkin,
1989).
21
5. CONCLUSIONES
1- El volumen de aserrín que se genera en el aserradero más moderno de Pinar del Río asciende a
3,8 toneladas métricas en un turno de doce horas de trabajo, sin embargo, el 70 % del aserrín en esta
provincia se desperdicia.
2- Los indicadores que caracterizan a este aserrín, como materia prima en el aprovechamiento
integral de la madera de Pinus caribaea var. caribaea son los siguientes: 43,10-45,61 % de
celulosa; 28,41-31,27 % de lignina; 0,48 - 0,68 % de cenizas; 2,79-3,90 % de sustancias solubles en
agua a 95 oC y 3,08-4,71 % de sustancias solubles en benceno-etanol, en base a masa absolutamente
seca, lo cual le confiere características de materia prima para diversos usos.
3- El régimen óptimo de prehidrólisis de Pinus caribaea var. caribaea es 160 oC-61 min, y la masa
sacarificada que por esta vía se obtiene, presenta las siguientes propiedades: 16,15 % de sustancias
reductoras totales; 23,00 % de sustancias solubles en agua; 3,90 % de proteína bruta; 58,00 % de
fibra bruta; 3, 80 % de elementos minerales y 32,00 % de digestibilidad.
4- El régimen óptimo de prehidrólisis del Eucalyptus saligna Sm es 160 oC-71 min y la masa
sacarificada que por esta vía se obtiene, presenta las siguientes propiedades: 13,29 % de sustancias
reductoras totales; 18,00 % de sustancias solubles en agua; 5,14 % de proteína bruta; 40,00 % de
fibra bruta; 3, 88 % de elementos minerales y 49,00 % de digestibilidad.
5- La masa sacarificada de aserrín de Pinus caribaea var. caribaea y de Eucalyptus saligna Sm
poseen cualidades que permiten su utilización como suplementos alimenticios, lo cual se
corresponde con las normas internacionales establecidas para estos productos.
6. RECOMENDACIONES
- Se recomienda tener en cuenta los resultados de esta tesis para el aprovechamiento del aserrín,
como fuente de Biomasa para diversos fines.
- Que el procedimiento de prehidrólisis del aserrín utilizado en esta tesis constituya el fundamento
necesario para el establecimiento de una Planta Piloto destinada a la obtención de masa de
madera sacarificada.
- Que el procedimiento para el aprovechamiento del aserrín establecido en esta tesis, se extienda a
otras especies de coníferas y latifolias.
- Que se amplíen las pruebas de laboratorio de la masa sacarificada de aserrín en la alimentación
animal y otros usos.
- Que se incluyan los resultados de esta tesis en los programas de docencia de pre y post-grado, en
la especialidad de Ingeniería Forestal.
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