Lignina – La química de la madera
La lignina es el tercer componente fundamental de la madera, presentándose entre el 15% y 35% de su peso.
La lignina es la substancia que los productores de celulosa y papel quieren no ver en su madera, la manipulación genética de árboles para producir menos lignina o un tipo de lignina diferentes que podría ser más fácilmente retirada son de tremendo interés económico para el sector forestal.
Se localiza principalmente en la lamela media donde se deposita durante la lenificación del tejido vegetal. Cuando el proceso de lenificación se completa, generalmente coincide con la muerte de la célula, formando lo que se considera tejido de resistencia. De allí se concluye que la lignina es un producto final del metabolismo de la planta.
Concepto de Lignina
La lignina es un polímero de naturaleza aromática con alto peso molecuar que tiene como base estructural unidades de fenil-propano y probablemente está ligada a los polisacáridos (poliosas) de la madera.
Precursores de la Lignina
Composición elemental de la lignina
Es un hecho comprobado que en la composición química elemental de la lignina aparecen única y exclusivamente carbono, hidrógeno y oxígeno. La composición básica elemental en términos de porcentajes varía particularmente si la lignina es obtenida de árboles coníferas o latifoliadas y de como ha sido el método de separación de la misma.
Base Estructural de la Lignina
La base estructural de la lignina es el fenil-propano, teniendo enlazado al anillo bencénico un número variable de grupos hidroxílicos y metoxílicos.
Esos grupos hacen con que el fenil propano tome la forma de radicales químicos bien definidos.
Así es que en la lignina que se presenta en la madera de las gimnospermas predominan radicales de:
- guaiacil-propano (metoxi–3-hidroxi-4-fenil-propano)
Mientras que en las angiosperas predominan radicales de:
- siringil-propano (dimetoxi-3-5-hidroxi-4-fenil-propano).
Grupos Funcionales de la Lignina
Grupos metoxílicos (OCH3)
Es el grupo funcional más característico de la lignina y a pesar de aparecer también en las poliosas, cerca del 90% de los grupos metoxílicos de madera son de la lignina.
De forma general, la lignina de las coníferas presenta en torno del 16% de OCH3 (0,95/unidad de fenil-propano) y de las latifoliadas cerca del 22% (1,40/unidades de fenil-propano).
Grupos Hidroxílicos (OH)
Los grupos hidroxílicos que encontramos presentes en las ligninas representan alrededor del 10% de su peso (1,1/unidad de fenil-propano) tanto para árboles coníferas como para latifoliadas. Estos grupos en general son de naturaleza fenólica o alcohólica (alcoholes primarios, secundarios y terciarios).
Otros Grupos Funcionales
En la lignina se presentan otros grupos funcionales entre los cuales se destacan los grupos carboxílicos (COOH) en torno de 0,05/unidad de fenil-propano y grupos carboxílicos (CO), 0,1% a 0,2/unidad de fenil-propano.
Propiedades de la lignina
Masa Molecular
Las masas moleculares de los derivados solubles de la lignina se sitúan en una franja bastante amplia. En la literatura podemos apreciar valores inferiores a 103 hasta valores por encima de 106, tanto para lignosulfonatos como para ligninas alcalinas.
De una cierta fórmula la molécula de lignina puede ser reducida a un tamaño suficientemente pequeño para ser considerada un compuesto químico que exhibe comportamiento de los compuestos solubles o suficientemente grande para tener el comportamiento de un alto polímero o un coloide.
La mayoría de los valores de masa molecular para ligninas aisladas está en la franja de 1.000 a 1.200, dependiendo de la intensidad de la degradación química y/o condensación ocurrida durante el aislamiento.
Considerando la masa molecular del fenil-propano (unidad formador) con 184, el grado de polimerización de las ligninas aisladas se encuentra en la franja de 5 a 60.
Transición Vítrea
La temperatura de fusión cristalina es la temperatura en la cual un polímero cristalino se funde, en tanto que la temperatura de transición vítrea es la temperatura en la cual un polímero amorfo comienza a ablandarse. Debajo de la temperatura e polímero presenta las características de un vidrio (rigidez, etc).
La lignina siendo un polímero amorfo posee un punto de transición vítrea (o de ablandamiento) que varía considerablemente conforme el origen y el método utilizado para su aislamiento, generalmente variando entre la temperatura de 135 a 190 ºC siendo influenciado esto por la humedad.
Una de las causas de variación es la masa molecular, cuanto mayor fuese esta, más alta es la temperatura de ablandamiento.
El agua también posee un efecto significativo en la temperatura de ablandamiento de la lignina, esta decrece con el aumento del tenor de humedad.
Funciones de la Lignina en la planta
- Aumenta la rigidez de la pared celular
- Une las células unas con otras
- Reduce la permeabilidad de la pared celular al agua
- Protege la madera contra microorganismos (siendo esencialmente fenólica, la lignina actúa como un fungicida)
Fórmula elemental de la lignina
El análisis elemental y determinación de la lignina Bjorkman a partir de la madera de Abeto Noruego sugieren la siguiente fórmula elemental basada en el C9 (fenilpropano)
