caracterización de hojas de mazorca de maíz y de bagazo de caña

Madera y Bosques

ISSN: 1405-0471

[email protected]

Instituto de Ecología, A.C.

México

Prado-Martínez, Maribel; Anzaldo-Hernández, José; Becerra-Aguilar, Bruno; Palacios-Juárez, Hilda;

Vargas-Radillo, José de Jesús; Rentería-Urquiza, Maite

Caracterización de hojas de mazorca de maíz y de bagazo de caña para la elaboración de una pulpa

celulósica mixta

Madera y Bosques, vol. 18, núm. 3, 2012, pp. 37-51

Instituto de Ecología, A.C.

Xalapa, México

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37

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Madera y Bosques 18(3), 2012:37-51

Caracterización de hojas de mazorca de maíz

y de bagazo de caña para la elaboración

de una pulpa celulósica mixta

Characterization of maize leaves and of sugarcane bagasse

to elaborate of a mixed cellulose pulp

Maribel Prado-Martínez1, José Anzaldo-Hernández2, Bruno Becerra-Aguilar2, Hilda Palacios-Juárez2,

José de Jesús Vargas-Radillo2 y Maite Rentería-Urquiza1

RESUMEN

En este artículo se presentan los resultados obtenidos en la caracterización química y morfoló-gica de las hojas de mazorca de maíz (Zea mays) y del bagazo de caña (Saccharum officinarum L.).Se analizaron porcentajes de α-celulosa, holocelulosa, lignina y cenizas, según las Normas Tappi paracada componente y el método de Jayme-Wise. Se determinaron las propiedades biométricas de lasfibras de cada planta (longitud y diámetro, grosor de la pared y diámetro del lumen). Además, se esti-maron los índices de calidad de pulpa para papel. Este estudio se hizo con la finalidad de tener infor-mación de ambas plantas para su posterior tratamiento de pulpeo, blanqueo y mezcla, para la obten-ción de una pulpa celulósica óptima, a partir de sus residuos. Los resultados indican que el contenidode holocelulosa en las hojas de mazorca se encuentra en el intervalo de los materiales usados común-mente en la producción de pulpa para papel y es cercano al observado en el bagazo de caña. Lacaracterización morfológica de las fibras mostró que la longitud de las mismas es muy parecida, noasí el ancho, el espesor y el lumen. Las hojas de mazorca de maíz presentaron fibra con mejorescaracterísticas para la fabricación de una pulpa óptima, al situarse en el intervalo de “muy buena”,según la clasificación de Runkel. Por su parte, la fibra de bagazo de caña, presentó características“buenas”.

PALABRAS CLAVE:Caracterización química, morfología de fibra, pulpa celulósica, Saccharum officinarum, Zea mays.

ABSTRACT

This article presents the results obtained in chemical and morphological, characterization of corncob leaves (Zea mays), and bagasse of sugarcane (Saccharum officinarum). Percentage of α-cellu-lose, holocellulose, lignin and ashes, according to the Tappi standards and the Jayme-Wise methodfor each component, were analyzad. Biometric properties of each plant fibers (length and diameter,wall thickness and lumen diameter) were determined. Indices of quality of paper pulp for paper werealso estimated. This study was conducted in order to get information of both plants for further treat-ment of pulping, bleaching and mixing, to obtain an optimal cellulosic pulp, from their waste. Theresults indicate that the content of holocellulose in the leaves of maize ear is in the range of materialscommonly used in the production of pulp for paper and is close to that observed in sugarcane bagasse.

1 Departamento de Química, CUCEI-Universidad de Guadalajara. Blvd. Marcelino García Barragán 1451, C.P. 44430, Guadalajara Jalisco, México. C.e.: [email protected]

2 Departamento de Madera, Celulosa y Papel, CUCEI-Universidad de Guadalajara. Carretera Guadalajara-Nogales, Km. 14½ Predio Las Agujas, Nextipac, Jalisco, México.

38 Caracterización de hojas de mazorca de maíz y de bagazo de caña

Morphological characterization of fibersshowed that the length of them is verysimilar, unlike the width, thickness andlumen diameter. Corn cob leavespresented fiber with best features for anoptimal pulp manufacturing. They were“very good”, according to Runkel´s clas-sification. For its part, sugarcanebagasse fiber, presented “good”features.

KEy WORDS:Chemical characterization, morphologyof fiber, cellulose pulp, Saccharum offici-narum, Zea mays.

INTRODUCCIÓN

Teniendo en cuenta que el ciclo del papelinicia en el bosque, es de vital importanciapara las industrias de la celulosa y delpapel, impulsar en la medida de lo posible eldesarrollo forestal y la utilización racional delos recursos forestales. Es necesariocomplementar lo anterior con una culturadel reciclaje, con la utilización de los resi-duos generados con otras fibras utilizadasen la fabricación de celulosa y la producciónsustentable del papel; todo ello en labúsqueda de un desarrollo con calidad y beneficios ambientales, económicos ysociales de trascendencia para las genera-ciones actuales y las futuras. (Conafor,1992; Prado, 2007).

De acuerdo con la Organización dela Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), los productos fores-tales no madereros (PFNM) son bienesde origen biológico, distintos de lamadera, derivados del bosque, de otrasáreas forestales y de los árboles fuera delos bosques. Los PFNM pueden recolec-tarse en forma silvestre o producirse enplantaciones forestales o sistemas agro-forestales. Estos productos, en su granmayoría de origen vegetal, son utilizadoscomo alimentos y aditivos alimentarios(semillas comestibles, hongos, frutos,condimentos, aromatizantes), fibras,instrumentos o utensilios, resinas, gomas,

y otros usados con fines medicinales,cosméticos o culturales (López, 2008).

México dispone de considerablesreservas de material para la producciónde celulosa a partir de fibras no madera-bles, tales como resinas, fibras, gomas,ceras, rizomas y otros (hongos, semillas,hojas, nopal, tallos, frutos, musgo, heno,etc.) (Semarnat, 2011; Tapia, 2008). Lacelulosa puede obtenerse de la plantavirgen, pero también de los residuosgenerados por ellas. De esta forma seaprovecharía el excedente de losdesechos producidos, se crearía un mate-rial con buenas aplicaciones y surgiría unnuevo mercado industrial (Semarnat,2011; Tapia, 2008).

En el año 2011, la producción forestalno maderable en México fue de 63,9 milesde toneladas. Esta cifra es tan solo inferioren 3,8%, respecto a la producción del añoanterior. La producción más alta en losúltimos diez años se sitúa en 2003 con 97,6miles de toneladas (Semarnat, 2011; Saval,2012; Casey, 1990).

Con una combinación adecuada defibras vegetales no maderables es posibleproducir pulpa celulósica de calidad. Entrelas ventajas que presentan frente a lasfibras maderables están un menor consumode reactivos y de energía, además deproducir menos residuos tóxicos durante sutratamiento (López, 2008).

El interés en utilizar los materialesfibrosos no maderables como los resi-duos agrícolas es múltiple:

1. Sustituir, por lo menos parcialmente, lamateria prima maderable para la fabri-cación de papel, disminuyendo por lotanto la deforestación que da lugar aproblemas ambientales graves.

2. Disponer de residuos agrícolas, ya quela industria agrícola cuenta congrandes excedentes de las cosechas.

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3. Con el empleo de estas materiasprimas se podrían aumentar lasproducciones de pulpas y derivados,consiguiendo abastecer el consumo defibras en México.

Pero es necesaria la caracterización delas fibras para conocer su composiciónquímica, su morfología y la cantidad quese genera. Con esto se pueden definir lastecnologías más apropiadas para suaprovechamiento y posterior tratamiento,aunado a un enfoque de responsabilidadambiental.

El maíz es una planta herbáceaanual, nativa del hemisferio norte, origi-naria de México desde hace unos 10 milaños y que se cultiva en todo el mundo.Representa una de las principales fuentesde alimentación para casi todas las comu-nidades de México. Las regiones gana-deras de Jalisco, Guanajuato, Querétaro,Michoacán, Aguascalientes, Hidalgo, laregión lagunera y otras, cada añodestinan más maíz para la alimentaciónanimal, ya sea para ensilaje o comoforraje seco. Solo en Jalisco hay un esti-mado de 100,000 hectáreas dedicadas ausos forrajeros (Ron et al., 2006). Laproducción de biomasa residual quegenera un cultivo de maíz (cañas, hojasde maíz, hojas de mazorca de maíz ymazorcas) fluctúa entre las 20 y 35 tone-ladas por hectárea y en el maíz de choclo(cañas y hojas), varía de 16 a 25 tone-ladas por hectárea (González, 1995;IDEA, 2007; Imba, 2011).

La caña de azúcar (Saccharum offici-narum L.) es una gramínea tropical, unpasto gigante emparentado con el sorgo yel maíz. Procede del Extremo Oriente, dedonde llegó a España en el siglo IX. EnMéxico apareció tras la Conquista, instalán-dose las primeras industrias azucareras enlas partes cálidas del país, como parte de lacolonización. Suministra 70% de lademanda internacional de azúcar, seguida

de la remolacha. El azúcar se obtiene deljugo fresco y dulce de la caña, sus hojas ytallos se utilizan como forraje para elganado. Hay diferentes tipos de azúcar,desde el piloncillo o panela hasta el azúcarrefinado, los cuales se usan como alimentobásico del hombre o como materia primapara la industria. Ésta lo transforma enalcohol etílico, ácido láctico, dextrosa yglicerina. (Rutiaga et al., 2002; Sidney,1991; Matta, 1991). Es la principal actividadeconómica en 15 estados y 227 municipiosde la república, donde se siembra yprocesa caña de azúcar, aunque tienepresencia en 667 municipios (Aguilar et al.,2011). Los estados con mayor producciónson Veracruz, seguido de Jalisco, donde sealcanzan las 6 toneladas anuales y Oaxaca(Sagarpa, 2010). Actualmente, y debido alos problemas medioambientales, se hacereferencia a la caña de azúcar como fuentede biomasa para obtener energía reno-vable. Más de 70% de la producción de losresiduos de la industria azucarera sedestinan a la producción de bioetanol. Eluso de la biomasa como energía repre-senta en México 8% de la demanda deenergía primaria y está centrada en el usode leña residencial y de pequeñas indus-trias y en el uso de bagazo de caña eningenios azucareros. Sin embargo, la bioe-nergía tiene un potencial mucho másamplio y podría convertirse en uno de lospilares del desarrollo sustentable del país.(Conafor, 2012).

Dado que las propiedades mecá-nicas del papel dependen no sólo de laspropiedades morfológicas, sino tambiéndel contenido de lignina y celulosa, esimportante conocer la proporción de estosen la materia prima fibrosa. Asimismo, lacomposición química indica el porcentajede rendimiento teórico a obtener duranteel proceso de transformación a pulpa,además de la cantidad de agentesquímicos para su tratamiento. Además,debido a la gran cantidad de residuos quela industria agraria del maíz (aproximada-



mente 10 toneladas de residuos porhectárea) (Sener, 2011) y los ingeniosazucareros (por cada tonelada de cañaprocesada se obtienen de 30 kg a 50 kgde este resi duo) (Pérez et al., 2011)generan en México, se tendría una solu-ción óptima para el problema del manejoy tratamiento de los mismos, así comopara el aprovechamiento de los recursosnaturales. Esto es importante puesto queestamos en una época crucial en eldesarrollo futuro de la humanidad ydentro de un contexto integral sobreprotección ambiental y sustentabilidad.

OBJETIVOS

Determinar los componentes químicos dedos plantas no madereras, maíz (hojas de mazorca) (Zea mays) y bagazo decaña (Saccharum officinarum) y conocerla morfología de sus fibras, con el fin deevaluar la factibilidad de su uso en laproducción de pulpa celulósica mixta.

METODOLOGÍA

Las hojas de maíz utilizadas fueronproporcionadas por la fábrica tamalera“La Candelaria” de la ciudad de Guadala-jara. El bagazo de caña fue recolectadode la zafra de 2006 en el ingenio “JoséMaría Martínez” del municipio de Tala,Jalisco. Tanto el muestreo como la prepa-ración de las muestras para los análisisse llevaron a cabo de acuerdo con lodescrito en las normas Tappi (Tappi,1997) y en el ensayo Jayme-Wise.

Preparación de la muestra paracaracterización química y morfológica(T 264 cm-97)

El material se pasó por un molino demartillo y se tamizó en un equipo Ro-Tap.El primer tamiz fue de malla número 40

(0,420 mm) y el segundo de mallanúmero 60 (0,25 mm). La muestra rete-nida en este último tamiz fue la conside-rada para la caracterización química. Setomaron entre 9 g y 10 g de muestra,peso base seca, para los análisisquímicos. De acuerdo con la norma T 264cm-97, la muestra debe estar libre deextraíbles, por lo cual se llevó a cabo unproceso de extracción Soxhlet usando200 ml de solvente, etanol: tolueno (1:2por volumen) durante 6 horas, seguido deun lavado con etanol y una segundaextracción también con etanol (95%pureza), durante 4 horas. Después, lamuestra fue lavada con 500 ml de aguadestilada y secada a temperaturaambiente.

Determinación de los componentes

químicos

1. Determinación de holocelulosa (métodoJayme-Wise) (Wise et al., 1946)

Para la cuantificación de la holocelu-losa se pesaron 2,5 g de muestra libre deextraíbles en un matraz Erlenmeyer de250 ml de capacidad, aplicando un trata-miento de cinco etapas con clorito sódico(NaClO2) en medio ácido (CH3COOH).Cada etapa duró 1 hora y se realizó a unatemperatura de 70 ºC en baño María conagitación ocasional. Después se enfrío lamuestra, colocando el Erlenmeyer en unrecipiente con hielo, hasta que la tempe-ratura fue de 10 °C. Se filtró la muestrapor un filtro Gooch de porosidad fina, selavó con agua fría destilada, posterior-mente con acetona y se dejó secar enuna estufa de vacío a 105 ºC durante 24horas. Por último, se colocó en un dese-cador y se pesó.

2. Determinación de α-celulosa La determinación de α-celulosa,

realizada mediante la norma T 203 cm-99, es un procedimiento que se deriva


41Madera y Bosques 18(3), 2012:37-51

del análisis de holocelulosa. Se pesaron2,0 g de muestra de holocelulosa seca enun vaso de precipitado de 300 ml y seañadieron 35 ml de una solución deNaOH al 17,5%, mezclando con unavarilla de vidrio. Cada 5 minutos seañadió un volumen de 2,5 ml de la mismasolución de NaOH, hasta completar unvolumen de 100 ml. Finalmente se adicio-naron 100 ml de agua destilada y semantuvo la mezcla a 20 °C durante unahora, antes de filtrarse.

En un matraz de 250 ml se agre-garon 10 ml de la solución filtrada más 20 ml de K2Cr2O7 0.5N y 30 ml de H2SO4

concentrado, dejando que la soluciónpermaneciera caliente durante 15 minutos,tras lo cual se añadieron 50 ml de H2O yse dejó enfriar a temperatura ambiente,añadiendo de 2 a 4 gotas de indicador“Ferroín”. Se tituló con solución deFe(NH4)2(SO4)2 0.1N hasta color púrpura(vire; verde → púrpura). El blanco paraesta titulación se preparó sustituyendo elfiltrado de la pulpa con 12,5 ml de NaOHa 17,5% y 12,5 ml de agua (Vire naranja-verde-púrpura). El contenido de α-celu-losa se calcula con la ecuación 1.

(1)

donde:

V1: Titulación del filtrado de la pulpa, mlV2: Titulación en blanco, mlN: Normalidad exacta de la solución de

sulfato ferroso amoniacalA: Volumen del filtrado de la pulpa

usado en la oxidación, mlW: Peso del espécimen de la pulpa

secada en la estufa, g

3. Determinación de ligninaPara la determinación de lignina se

aplicó la norma T 222 om-98. Seañadieron 2,0 g de muestra anhidra librede extraíbles, en un vaso de precipitadode 100 ml y se le agregaron 15 ml de

H2S04 al 72%, macerando el material conuna varilla de vidrio. Después se transfirióa un matraz bola agregando 400 ml deagua destilada, se agitó suavemente y sediluyó con agua hasta alcanzar unaconcentración de ácido al 3% equivalentea un volumen de 575 ml. Posteriormente,se hirvió a reflujo durante 4 horas paraasegurar un volumen constante de agua.La solución se decantó, manteniendo elmatraz en una posición inclinada hastaque el material estuvo finalmente sepa-rado. Se filtró a través de un filtro Goochde porosidad fina y fue lavado con aguacaliente y secado a 105 ºC ± 3 ºC hastaalcanzar un peso constante. El cálculo serealizó con la ecuación 2.

(2)

donde:

A: peso de lignina, gW: peso del espécimen secado en la

estufa, g

4. Determinación de cenizasSe usó la norma T 211 om-93. Se

tomaron 4 g de muestra libre deextractos, colocándose en un crisol depeso conocido y dejándose secar hastapeso constante. Después se quemódirectamente a la llama y posteriormentese introdujo en una mufla a 500 ºC ± 15 ºC, para la combustión total del carbóngenerado. Finamente, se dejó enfriar lamuestra en un desecador y se pesó. Elporcentaje de cenizas se calculó conbase en el peso anhidro de la muestra(Ec. 3).

(3)

donde:

A: Peso de la ceniza, gB: Peso base seca del espécimen de

prueba, g



Caracterización morfológica

En el estudio morfológico se partió de laaplicación del método de maceraciónFranklin con la finalidad de obtenercélulas aisladas. El material fibroso secolocó en tubos de ensayo añadiéndolespartes iguales de ácido acético(CH3COOH) y peróxido de hidrógeno(H2O2). Se colocaron en baño María a 50 ºC, hasta obtener un color blanquecino(48 h). El material tratado se lavó conagua destilada y después se agitó paralograr la disociación de los elementos.Las células se tiñeron ligeramente consafranina acuosa (solución acuosa colo-rante), lavándose e introduciéndosedespués en fenol glicerina (20 ml de fenolderretido, 40 ml de glicerina y 40 ml deagua). Posteriormente, se colocó el mate-rial sobre láminas, se dispersó con agua yse colocó sobre una placa de calenta-miento a 60 ºC para evaporar el agua. Setapó con un cubreobjetos y se montaronlas láminas en un microscopio de proyec-ción marca Leitz tipo 31.047.500. Serealizaron 30 mediciones de la longitud(mm) y diámetro (μm) de las fibras ydiámetro de lumen (μm). Cada fibra semidió en tres segmentos y al final sesumaron y se multiplicaron por un factorde 0,01014 para longitud y 0,00106 para

ancho y lumen de la fibra. Con los datosobtenidos se calculó el espesor de pared(Ec. 4) e índices de calidad como coefi-ciente de flexibilidad (Ec. 5), relaciónRunkel (E. 6) y fracción de pared (Pala-cios, 2003; Juárez, 1993; Monteoliva,2005). El índice de flexibilidad y la rela-ción Runkel, se calcularon con los valorespromedio medidos en el corte transversal.

(4)

(5)

(6)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización química

Los resultados obtenidos de la caracteri-zación química de ambas plantas, sepresentan en la tabla 1. Comparados conlos valores encontrados en la literaturapara el bagazo de caña de azúcar, seconcluye, que estos dos materialesfibrosos son muy similares (Akbari, 2012;Hurter, 2001; Vega et al., 2008).

El contenido de holocelulosa en lashojas de mazorca es adecuado, dado que

Tabla 1. Composición química de la hoja de mazorca de maíz y del bagazo de caña.Comparación con valores publicados.

Compuesto Hoja de mazorca Bagazo de caña Bagazo de caña de azúcarporcentaje (%) porcentaje (%) porcentaje (%)*

base seca base seca base seca

Holocelulosa 78,86 73,24 59-76 α-Celulosa 43,14 41,67 32-44 Lignina 23,00 19,98 19-24 Cenizas 0,761 1,300 1,5-5,0

* Datos obtenidos por Hurter (2001)


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se encuentra en el intervalo de los mate-riales usados comúnmente en la produc-ción de pulpa para papel (67%-70% mate-rial base seca) (Hurter, 2001), lo mismoocurre con el bagazo de caña. En cuantoal contenido de lignina en las hojas demazorca, es relativamente bajo, compa-rado con el contenido de lignina en lasmaderas latifoliadas, en donde se sitúaentre 23% y 30% (Hurter, 2001). Caracte-rística más marcada para el bagazo,donde el porcentaje no supera 20%. Estoindica que la carga de agentes químicos ytiempo de reacción durante el proceso depulpeo, en ambos casos, serán inferioreso iguales a los aplicados para maderaslatifoliadas y plantas anuales.

Caracterización morfológica de las fibras

Propiedades biométricas de las fibras En la figura 1 se indican las dife-

rentes partes de las fibras. En la tabla 2se aprecian los resultados de las medi-ciones biométricas de las fibras queforman parte de las hojas de mazorca ylas fibras del bagazo de caña. Dichos

valores son comparados con las dimen-siones de otras especies de coníferascomo la Jacaranda acutifolia o la Tiliamexicana, entre otras (Tamarit, 1996),utilizadas en la industria de pulpa y papel.

Los resultados para el maíz, coin-ciden con lo explicado por Palacios(2003), quien propuso una clasificación ymedidas en lo que respecta a la longitudpromedio de las fibras de las hojas demazorca, colocando a éstas dentro delgrupo de fibras moderadamente largas.Esa longitud es incluso similar a la quepresentan algunas maderas coníferascomo las ya mencionadas: Jacarandaacutifolia, Tilia mexicana, Bellotia mexi-cana o Clethra mexicana, entre otras, yque puede alcanzar los 3 mm y mayor,que para otras especies de fibras nomaderables como el bagazo de caña(cuyo dato también se analizó), el Kenaf,el bambú y maderas latifoliadas como elEucalyptus globulus, donde las fibras sonen general “fibras cortas” (Tabla 2)(Tamarit, 1996; Sanjuan, 1997; Estrada,2010; Cea, 2011). El ancho de la fibra esde 47,4 μm, mayor que el que presentanotras fibras no maderables. Esto repre-

Figura 1. Propiedades biométricas de las fibras.



senta una ventaja en el proceso de forma-ción del papel, porque origina una rigidezmayor y aumenta considerablemente laresistencia al rasgado, así como unaresistencia a la degradación por la acciónmecánica durante el batido (Monteoliva,2005; Núñez, 2004; Aguilar, 2011).Teniendo en cuenta el espesor de lapared y el ancho de la fibra, podemosdecir que las fibras de mazorca presentanuna pared delgada, de acuerdo con lodescrito por Petroff (1968). Las fibras dehojas de mazorca de maíz presentan unespesor de la pared celular promedio de7,5 μm, característica que contribuye a la producción de un volumen mayor de lapulpa, hojas más gruesas y resistentes alrasgado, explosión y tensión, lo quequeda comprobado con su coeficiente deflexibilidad (Tabla 3) y cuyo valor esmayor que 0,5 (Monteoliva, 2005). Ellumen de estas fibras es, en promedio, de32,1 μm, lo que hace aumentar la capa-cidad de impregnación en el proceso depulpeo (Monteoliva, 2005).

El análisis de la fibra de bagazo decaña muestra una fibra con una longitudde 1,50 mm, la cual, aun siendo mayorque la que presentan las maderas latifo-liadas, no alcanza los valores observados

en las coníferas. El ancho de fibra de 20μm, es menor que el observado en el casode las hojas de maíz, pero le confiere alpapel buena resistencia, sobre todo alrasgado. (Monteoliva, 2005; Núñez,2004). La pared de las fibras se consideramedia, ya que la relación que hay entre elespesor y el ancho de fibra vale 0,4(Petroff, 1968). Al igual que para el maíz,el lumen de esta fibra, 12,0 μm, origina uníndice de flexibilidad de 0,6 (Tabla 3), loque indica que el papel presentará buenaresistencia a la tracción, por tener unmayor grosor de la hoja.

Comparando ambos materialespodemos afirmar que las fibras de lashojas de maíz presentan característicasmorfológicas más adecuadas para laobtención de un papel con resistenciamecánica mayor, que el que se obtendríacon las fibras de bagazo de caña. Existeun mayor colapso de fibras en el primermaterial y eso se refleja en una mejorcalidad de la pulpa.

Índices de calidad de las fibrasA partir de la medición biométrica de

las fibras: largo, ancho, lumen y espesorde la pared celular, se calcularon losíndices de calidad de las pulpas, utili-

Tabla 2. Propiedades biométricas comparativas de fibras de diversas fuentes.

Especie Longitud promedio Ancho de la fibra Lumen Espesor(mm) (µm) (µm) (µm)

Hoja de maíz 1,86 47,4 32,1 7,5Bagazo de caña 1,50 20,0 12,0 4,0Eucalyptus globulus* 0,94 18,3 9,65 4,3Kenaf * 1,29 22,1 12,7 4,3Jacaranda acutifolia** 0,90 14,0 10,0 2,0Tilia mexicana** 1,31 28,0 20,0 4,0Bellotia mexicana** 1,49 41,0 27,0 7,0Clethra mexicana** 2,33 35,0 21,0 7,0

* Valores obtenidos para estas especies por Sanjuan (1997).** Valores obtenidos para estas especies por Tamarit (1996).


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zando la relación de Runkel (Tabla 3).Cuanto menor sea, mayor flexibilidad delas fibras y mayor posibilidad de producirpapel de buena calidad (Cea, 2011).Cuando este índice es menor que 0,25,se considera que la calidad de la pulpa esexcelente para la fabricación de papel. Siel valor se sitúa entre 0,25 y 0,50, lacalidad de la pulpa será muy buena. Entre0,50 y 1,00 se tendrá una calidad buena.Valores entre 1,00 y 2,00 indican unacalidad de pulpa regular y cuando elíndice es mayor de 2,00, la calidad de lapulpa es mala (Larios, 1979).

La relación de Runkel de las fibras dehoja de mazorca las señala comoadecuadas para producir un papel de muybuena calidad. Para el bagazo de caña, lacalidad es un poco inferior, es decir,presenta un factor mayor, pero siguesiendo de calidad buena. Ambos mate-riales presentan mejores característicasgenerales para la obtención de pulpa quela mayoría de las plantas latifoliadasconsideradas en la comparación.

Cuanto menor es la relaciónlargo/ancho, mayor es la flexibilidad de las fibras y mayor la posibilidad deproducir un papel de buena calidad.Cuando este factor es mayor que launidad, la materia prima no es apropiadapara dicha tarea (Santiago et al., 2002). Elíndice de flexibilidad indica que las fibrasde hoja de mazorca tienen la propiedadde colapsarse parcialmente, por lo que seobtendrá una pulpa menos voluminosa.Además, presentan una sección trans-versal elíptica, una unión entre fibra yfibra buena, y la pared celular es delgada.Este coeficiente está relacionado directa-mente con la resistencia al doblez, amayor flexibilidad, mayor capacidad dedoblarse (Cea, 2011). El valor observadopara el bagazo de caña es un poco infe-rior que el del maíz, por lo que su compor-tamiento diferirá un poco y su resistenciaa ser doblado, será mayor.

El coeficiente de rigidez quepresentan las fibras de hoja de mazorcaes bajo, de acuerdo con la clasificación

Tabla 3. Índices de calidad de las fibras de las hojas de maíz y de bagazo de caña en comparación con otros materiales fibrosos.

Tipo de fibra Relación Coeficiente Coeficiente Clasificaciónde Runkel de rigidez de flexibilidad calidad pulpa

según la relación de Runkel

Hoja de mazorcaZea mays 0,466 0,316 0,677 Muy buenaBagazo de cañaSaccharum officinarum L. 0,660 0,400 0,600 BuenaEucalyptus globulus* 0,895 0,472 0,527 BuenaEucalyptus dunnii* 0,686 0,407 0,592 BuenaJacaranda acutifolia** 0,400 0,280 0,710 Muy buenaTilia mexicana** 0,400 0,280 0,710 Muy buenaBellotia mexicana** 0,510 0,340 0,650 BuenaClethra mexicana** 0,660 0,340 0,600 Buena

* Valores obtenidos para estas especies por Sanjuan (1997).** Valores obtenidos para estas especies por Tamarit (1996).



presentada por Larios (1979) y cataloga ala pared de la fibra como delgada, por loque la rigidez es baja. El bagazo de caña,sin embargo, presenta un valor superior,lo que implica que la pared de sus fibrascelulares es de tipo medio, al igual que larigidez. Este coeficiente influye demanera notoria en la resistencia alrasgado, siendo ésta una de las caracte-rísticas más importantes en pulpas sinbatir. Presenta además, una relaciónnegativa en la porosidad de la hoja(Petroff, 1968).

De lo antes referido se desprendeque la calidad de las fibras de las hojas demazorca y del bagazo de caña sonadecuadas para la producción de papelcon características similares a las obte-nidas con maderas de otras plantasanuales y plantas latifoliadas como eleucalipto. Sin embargo, se han conside-rado sólo las propiedades biométricas delas fibras, sin considerar la presencia delparénquima (células que no presentancarácter fibroso) cuyo aporte a las resis-tencias mecánicas del papel es bajo(Marques, 2008).

Descripción de los elementos que conforman a la hoja de mazorcade maíz

La planta de maíz está clasificada dentrodel grupo de las monocotiledóneas, lascuales transportan las sales disueltas ylos fotosintatos, desde las raíces hacia lashojas, y viceversa, a través de los vasosde xilema y floema (Fig. 2). Estos vasos,están reforzados por fibras, conformando,junto con tejido parenquimático, los hacesfibrovasculares que se ordenan en nerva-duras paralelinervas en toda la lámina. Deestos haces fibrovasculares se obtienenlas fibras que son materia prima paraproducir papel.

El tejido de las hojas de maíz tieneuna estructura celular conformada porcélulas parenquimatosas de paredesdelgadas y con numerosas perforaciones(Fig. 3a) características en las gramíneascomo el bagazo de caña de azúcar.Algunos de los vasos que se encuentranpresentes son cribosos (vasos conpuntuaciones, Fig. 3b) y otros espiralados(Fig. 3c).

Figura 2. Segmentos de vasos y sistema del transporte de sustancias presentes en las hojas de mazorca de maíz.


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Figura 3. a) Elementos celulares. A= Vaso criboso; B= Fibra de pared gruesa; C= Parénquima; D= Células epidérmicas; b) Vaso criboso; c) E=Vaso espiralado;

d) Tejido epidérmico; e) Tricomas (pelos epidérmicos).

Las fibras son de pared celulargruesa, lumen medio, moderadamentelargas y se caracterizan por presentarextremos romos, agudos, además deotras fibras dentadas y horquilladas conpuntos en sus superficies. Las célulasepidérmicas o peines son rectangulares ypresentan dientes en los bordes laterales(Fig. 3d). Otra característica morfológicade las hojas es la presencia de pelosepidérmicos o tricromas (Fig. 3e).

El tejido del bagazo de caña tieneuna estructura celular conformada pormédula, compuesta principalmente porcélulas parenquimatosas de paredesdelgadas, elásticas y con numerosasperforaciones. Además de estar asociadaa los haces fibrovasculares, los cualesson finos, de paredes delgadas conextremos romos, orquillas, sus superficiespresentan ocasionalmente pequeñosporos. Por otro lado, las fibras de la

corteza son muy lignificadas, de mayorlongitud, diámetro y paredes gruesas ypresentan poros en toda la superficie(Stergios, 2006; Triana, 1990) (Fig. 4).

CONCLUSIONES

Por el alto contenido de holocelulosa y α-celulosa, tanto las hojas de mazorca demaíz, como el bagazo de caña, son encomparación con otras fuentes de fibra,materias primas adecuadas para la fabri-cación de papeles especiales y para laobtención de derivados de celulosa, situa-ción que permite aprovechar el excedentede residuos.

El estudio biométrico de las fibras delas hojas de mazorca de maíz muestraque son un material fibroso con buenaspropiedades de resistencia al batido.Además, poseen un lumen ancho,



aumentando con esto la capacidad deimpregnación en el proceso de pulpeo.Los valores observados para el caso delbagazo de caña son menores, por lo quela rigidez, la resistencia al rasgado, a laexplosión y a la tensión son inferiores.Aun así, la longitud de la fibra la sitúadentro de las fibras largas, por lo que ensu mezcla con las fibras de las hojas demazorca de maíz, se obtiene una pulpacelulósica aprovechable.

Las propiedades biométricas de lasfibras se ven afectadas por la presenciade una excesiva cantidad de parénquimaen el material, quedando las propiedadesde resistencia condicionadas a sucomportamiento como material integral ysu interacción con las fibras de la pulpadel bagazo de caña.

La hoja de maíz es una materia primaidónea para la obtención de papel especial,mezclada adecuadamente con bagazo decaña u otro material de fibra larga.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al Departamento de MaderaCelulosa y Papel, del Centro Universitariode Ciencias Exactas e Ingenierías, de la

Universidad de Guadalajara, las facili-dades prestadas para la utilización de loslaboratorios de investigación del Centro ya los investigadores Jesús Rivera Prado,José Turrado, Alma Rosa y SalvadorPérez, por facilitar la utilización del Labo-ratorio de Tecnología del Papel y aportarasesoría en el laboratorio de pruebasfísicas Al ingeniero Francisco PérezCarrillo, de la empresa tamalera “LaCandelaria”, por el financiamiento privadoque realizó para la ejecución de estetrabajo.

REFERENCIAS

Aguilar, R.N., M.G. Galindo, M.J. Fortanelli, yS.C. Contreras. 2011. Factores decompetitividad de la agroindustria de lacaña de azúcar en México. Región ysociedad (52):261-297.

Aguilar, R.N. 2011. Efecto del almacena-miento de bagazo de caña en laspropiedades físicas de celulosa gradopapel. Ingeniería Investigación yTecnología 12(1):189-197.

Akbari, M. y H. Resalati. 2012. Use of agri-cultural waste in the pulp and paperindustry. 1th International and 4th

Figura 4. Morfología del bagazo de caña de azúcar.


49Madera y Bosques 18(3), 2012:37-51

National Congress on Recycling ofOrganic Waste in Agriculture. Irán. 4 p.

Casey, P.J. 1990. Pulpa y papel. Química ytecnología química. Volumen 1. Edito-rial Limusa. México. p:187-192.

Cea P.C.E. 2011. Evaluación de fibras celu-lósicas producidas en planta de celu-losa Nueva Aldea. Tesis de maestría.Universidad Federal de Vicosa. Brasil.156 p.

Conafor (Comisión Nacional Forestal). 1992.Ley Forestal Abrogada 2003. LeyGeneral de Desarrollo Forestal Susten-table,www.conafor.gob.mx/portal/docs/subsecciones/normateca/LGDFS.pdf.México DF, 74 p.

Conafor (Comisión Nacional Forestal). 2012.Programa nacional de dendroenergíaforestal 2007-2012; http://www.conafor.gob.mx:8080/documentos/docs/4/1585Programa%20Nacional%20Dendroenergia.pdf. México DF. 12 p.

Estrada, M.M. 2010. Extracción y caracteri-zación mecánica de las fibras debambú (Guadua angustifolia) para suuso potencial como refuerzo de mate-riales compuestos. Tesis de maestría.Universidad de los Andes. Colombia.146 p.

González, A.U. 1995. El maíz y su conserva-ción. 1a. ed. Trillas. México. 399 p.

Hurter, W.R. 2001. Nonwood plant fiber usesin papermaking. Hurter Consult Incor-porated. Extracted from “AgriculturalResidues”, Tappi. 1997. Non woodfibers short course notes, updated andexpanded.

Imba, C.E.G. y C.L.M. Tallana. 2011. Acepta-bilidad del bagazo de caña, rastrojo demaíz y tamo de cebada en bloquesnutricionales como remplazo del maíz

en cobayos de engorde (Cavia porce-llus) en la granja la Pradera-Chaltura.Tesis. Universidad Técnica del Norte.Ibarra, Ecuador. 117 p.

IDEA (Instituto para la Diversificación yAhorro de la Energía). 2007. Biomasa:Cultivos energéticos. Madrid. 56 p.

Juárez, M.M.A. 1993. Estudio anatómico dela madera de tres especies del estadode Jalisco. Tesis de licenciatura.Universidad de Guadalajara, Guadala-jara. 75 p.

Larios, S.P. 1979. Índice de calidad de laspulpas de dos coníferas. Tesis profe-sional. Departamento de Bosques.Universidad Autónoma Chapingo.Texcoco, México. 68 p.

Matta, J.E. 1991. Papel periódico conbagazo y/o caña. II. Potencionalidad ymanejo de las fibras. ATIPCA.30(1):45-55.

Marques, S.G. 2008. Deslignificación depasta Kraft de eucalipto con el polioxo-metalato SiW11 MnIII en un procesomultietapas con peroxidasa versátil de Pleurotus eryngii. Universidad deSevilla, España. 43 p.

Monteoliva, S. 2005. Propiedades de lamadera de seis clones de Salix y surelación con el pulpado quimimecá-nico. Tesis doctoral. UniversidadNacional de La Plata, Facultad deCiencias Agrarias y Forestales. Argen-tina. 219 p.

Núñez, C.E. 2004. Microestructura de lamadera. PROCyP. UniversidadNacional de Misiones. Argentina. 5 p.

Palacios, J.H. 2003. Monografía de apoyodidáctico para el curso de estructurasanatómicas de materiales fibrosospara la maestría de productos fores-



tales. Tesis de Licenciatura. Univer-sidad de Guadalajara, Guadalajara.175 p.

Pérez, M.M.A., H.R. Sánchez, L.D.J. Palmay G.S. Salgado. 2011. Caracterizaciónquímica del compostaje de residuos decaña de azúcar en el sureste deMéxico. Interciencia 36(1).

Petroff, G. y D. Normand. 1968. The correla-tion between the physical and mecha-nical properties of paper, and dimen-sional characteristics of papers, fromtropical hardwoods. Pulp and paperdevelopment in Africa and the ear East.FAO I. 269-287.

Prado, M. 2007. Aprovechamiento de lashojas de maíz para la obtención denuevas envolturas para tamales. Tesisde licenciatura. Universidad de Guada-lajara, Guadalajara. 76 p.

López C., R. 2008. Productos forestales nomaderables: importancia e impacto desu aprovechamiento, RevistaColombia Forestal (11):215-231

Ron, P.J., C.A. Jiménez, V.J. Carrera y L.J.Martín. 2006. Maíces nativos del occi-dente de México. Revista CientíficaScientia 8(1):2-4.

Rutiaga, Q.J.G., H.J. Anzaldo, V.J.J. Vargasy D.R. Sanjuán. 2002. Propiedades deresistencia de una pulpa Kraft de pinomezclada con médula del bagazo decaña de azúcar. Madera y Bosques8(2):17-26.

Sanjuán, D.R. 1997. Obtención de pulpas ypropiedades de las fibras para papel.Editorial Universidad de Guadalajara,Guadalajara. 293 p.

Santiago, A.D.I., Rodríguez de G.N., G.Mogollón. 2002. Potencial papelero dela fibra de sisal (Agave sisalana).

Revista Forestal Venezolona 46(2):19-27.

Saval, S. 2012. Aprovechamiento de resi-duos agroindustriales: pasado,presente y futuro, BioTecnología16(2):14-46.

Sagarpa (Secretarçia de Agricultura, Gana-dería, Desarrollo Rural, Pesca yAlimentación). 2010. Situación actualdel azúcar, http://www.infoaserca.gob.mx/ f ichas/ f icha33-Azucar201009.pdf. México, D.F. 9 p.

Sener (Secretaría de Energía, GobiernoFederal). 2011. Iniciativa para eldesarrollo de las energías renovablesen México; http://sener.gob.mx/webSener/res/0/D121122%20Inicia-tiva%20Renovable%20SENER_Biomasa.pdf. México, DF.35p

Semarnat (Secretaría de Medio Ambiente yRecursos Naturales). 2011.(http://www.semarnat.gob.mx/temas/gestionambiental/forestalsuelos/Anua-rios/ANUARIO_2011.pdf. México, D.F.226 p.

Sidney, G.E. 1991. Mexican mills utilizingbagasse to produce pulp and fiber-board mill. Non-wood Plant FiberPulping 19:45-70.

Stergios, A. 2006. Identification of fibercomponents in packaging gradespapers. IAWA Journal. 27(2):105-172.

Tamarit, U.J.C. 1996. Determinación de losíndices de calidad de pulpa para papelde 132 maderas latifoliadas. Madera yBosques 2(2):29-41.

Tappi Standards (Technical Association ofthe Pulp and Paper Industry). 1997.Asociación Técnica de la Industria dePulpa y Papel de los Estados Unidos.Atlanta.


51Madera y Bosques 18(3), 2012:37-51

Tapia-Tapia, E. del C., R. Reyes-Chilpa.2008. Productos forestales no madera-bles en México: Aspectos económicospara el desarrollo sustentable. Maderay Bosques 14(3):95-112.

Triana. O. y M. Leonard, 1990, Atlas delbagazo de la caña de azúcar. EditorialCuba 9. GEPLACEA. PNUD.ICIDICA.p:39-43.

Vega B.J., M.K. Delgado, B.M. Sibaja y A.P.Alvarado. 2008. Materiales poliméricos

compuestos obtenidos a partir de losresiduos generados por la agroindus-tria de la caña de azúcar. Una alterna-tiva adicional. II. Revista iberoameri-cana de polímeros 9(4):389-406.

Wise, L.E., M. Marphy y A. d’Adieco. 1946. Chlorite holocellulose, its fractio-nation and bearing on summativewood analysis and studies on the hemi-celluloses. Paper Trade Journal122(2):35-43.

Manuscrito recibido el 7 de septiembre de 2011.Aceptado el 19 de enero de 2012.

Este documento se debe citar como:Prado-Martínez, M., J. Anzaldo-Hernández, B. Becerra-Aguilar, H. Palacios-Juárez, J.J. Vargas-Radillo y Maite

Rentería Urquiza. 2012. Caracterización de hojas de mazorca de maíz y de bagazo de caña para la elabo-ración de una pulpa celulósica mixta. Madera y Bosques 18(3):37-51.


caracterización de hojas de mazorca de maíz y de bagazo de caña

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