Aprovechamiento de gomas orientalesy

otros biomateriales

Jornada Técnica

Biomateriales Forestales

Luis Panizzolo y Fernando Ferreira

2019

¿Que se entiende por goma en este caso?

(originalmente):

. productos de la exudación de algunas plantas y árboles.

(actualidad):

. grupo muy amplio de polisacáridos de alto peso

molecular, obtenidos de tallos y semillas de plantas, de

algas, de microorganismos,

. con capacidad espesante y gelificante en dispersiones

acuosas,

. con propiedades de estabilizar emulsiones, espumas y

suspensiones.

Producto y Sustancia

Las gomas son ampliamente utilizados a nivel mundial en

diversos tipos de industrias:

. Alimentaria: confitería, dulces, jugos y bebidas, como

estabilizante en alimentos de bajas calorías

. Farmacéutica

. Cosmética

. Perfumería

. Minera

. Explotación petróleo y gas

. Textil

. Pinturas, barnices, colas, adhesivos, tinta de escribir e

imprenta, etc.)

Gomas

Las gomas de mayor aplicación industrial:

. Semillas:

Cyamopsis tetragonoloba (goma guar)

Ceratonia siliqua (goma garrofín o de algarrobo)

Caesalpinia spinosa (goma tara)

. Exudados de plantas:

. Acacia senegal (goma arábiga)

. género Astragalus (goma tragacanto)

. género Sterculia (goma karaya)

. Anogeissus latifolia (goma ghatti)

. Rizomas:

. Amorphophallus konjac (goma konjac)

. Algas:

. familia Rhodophyceae (carrageninas, agar)

. clase Phaeophyceae (alginatos)

. Bacterias

. especie Xanthomonas campestris (goma xantana)

¿Galactomananos?

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos son el principal componente de gomas como

la guar, la de algarrobo o garrofín y la tara.

Los galactomananos son

polisacáridos constituidos

por unidades de manosa y

galactosa, presentan una

estructura molecular lineal

formada por cadenas de

D-manosa con enlaces en

posición β-(1-4), en la cual

se unen varias ramas de

D-galactosa mediante

enlaces α-(1-6).

n

Familia Especie

Leguminosae

Caesalpina spinosa

Ceratonia siliqua

Cyamopsis tetragonoloba

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo de semillas deleguminosas.

Familia Especie

Leguminosae

Caesalpina spinosa

Ceratonia siliqua

Cyamopsis tetragonoloba

Sophora japonica

Trigonella foenum-graecum

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo de semillas deleguminosas.

Familia Especie

Leguminosae

Caesalpina spinosa

Leucaena leucocephala

Ceratonia siliqua

Cyamopsis tetragonoloba

Sophora japonica

Gleditsia amorphoides

Trigonella foenum-graecum

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo de semillas deleguminosas.

Familia Especie

Leguminosae Prosopis glandulosa

Caesalpina spinosa Prosopis pubescens

Leucaena leucocephala Prosopis velutina

Prosopis strombulifera

Prosopis laevigata

Prosopis juliflora

Prosopis pallida

Prosopis ruscifolia

Prosopis alba

Ceratonia siliqua Prosopis affinis

Cyamopsis tetragonoloba Prosopis nigra

Sophora japonica Prosopis flexuosa

Gleditsia amorphoides Prosopis chilensis

Trigonella foenum-graecum Prosopis africana

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo de semillas deleguminosas.

Familia Especie

Leguminosae Adenanthera pavonina Glycine Max Prosopis glandulosa

Caesalpina spinosa Glycyrrhiza uralensis Prosopis pubescens

Caesalpinia pulcherrima Leucaena leucocephala Prosopis velutina

Cassia angustifolia Medicago sativa Prosopis strombulifera

Cassia saltiana Mimosa bimucronata Prosopis laevigata

Cassia siamea Mimosa flocculosa Prosopis juliflora

Cassia javahikai Mimosa scabrella Prosopis pallida

Cassia pleurocarpa Mimosa tenuiflora Prosopis ruscifolia

Cassia spectabilis Parkinsonia aculeata Prosopis alba

Ceratonia siliqua Retama raetam Prosopis affinis

Cyamopsis tetragonoloba Senna obtusifolia Prosopis nigra

Dimorphandra gardneriana Sophora japonica Prosopis flexuosa

Gleditsia amorphoides Trifolium alexandrinum Prosopis chilensis

Gleditsia triacanthos Trigonella foenum-graecum Prosopis africana

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo de semillas deleguminosas.

Familia Especie

Leguminosae Adenanthera pavonina Glycine Max Prosopis glandulosa

Caesalpina spinosa Glycyrrhiza uralensis Prosopis pubescens

Caesalpinia pulcherrima Leucaena leucocephala Prosopis velutina

Cassia angustifolia Medicago sativa Prosopis strombulifera

Cassia saltiana Mimosa bimucronata Prosopis laevigata

Cassia siamea Mimosa flocculosa Prosopis juliflora

Cassia javahikai Mimosa scabrella Prosopis pallida

Cassia pleurocarpa Mimosa tenuiflora Prosopis ruscifolia

Cassia spectabilis Parkinsonia aculeata Prosopis alba

Ceratonia siliqua Retama raetam Prosopis affinis

Cyamopsis tetragonoloba Senna obtusifolia Prosopis nigra

Dimorphandra gardneriana Sophora japonica Prosopis flexuosa

Gleditsia amorphoides Trifolium alexandrinum Prosopis chilensis

Gleditsia triacanthos Trigonella foenum-graecum Prosopis africana

Familia Especie Familia Especie

Annonaceae Annona muricata Palmae Arenga saccharifera

Convolvulaceae Convolvulus tricolor Cocos nucifera

Rubiaceae Coffea arabica Phoenix dactylifera

¿Sólo leguminosas?

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo de semillas deleguminosas.

Cuando las gomas son galactomananos

Los galactomananos se encuentran sobre todo en el endospermo

de semillas de leguminosas.

Estructura de semillas de leguminosas productoras de galactomananos

Desde el exterior hacia el interior:

. la cáscara o cutícula,

. el endospermo o albumen. Se compone

de dos segmentos hemisféricos (splits) que

rodean el germen. Sus componentes

principales son polisacáridos (sobre todo

galactomananos).

. el germen (embrión) y cotiledones, ricos

en proteínas.

Estructura de galactomananos

● masa molecular

● relación M:G

● distribución secuencial de los sustituyentes de galactosa

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

200.000 - 1.500.000 Da.

G:M 1:1

G:M 1:2

G:M 1:2

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

La masa molecular, la relación M:G y la distribución secuencial de los

sustituyentes de galactosa depende del origen botánico del galactomanano.

Polisacáridos: estructura molecular lineal formada por cadenas de D-manosa

(enlaces β-(1-4)), con varias ramas de D-galactosa (enlaces α-(1-6)).

M: manosa - G: galactosa

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Sófora - Sophora japonica - Styphnolobium japonicum

M: manosa - G: galactosa

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Algarrobo - Ceratonia siliqua

M: manosa - G: galactosa

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Tara - Cesalpinia spinosum

M: manosa - G: galactosa

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Guar - Cyamopsis tetragonoloba

M: manosa - G: galactosa

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Polimanano

Galactomanano – G:M 1:5. Goma de sóforaA partir de endospermo de Sophora japonica o Styphnolobium japonicum

Galactomanano – G:M 1:4. Goma garrofín o de algarroboA partir de endospermo de Ceratonia siliqua

Galactomanano – G:M 1:1. Goma de alholva o fenogreco

Galactomanano – G:M 1:3. Goma tara

A partir de endospermo de Cyamopsis tetragonoloba

A partir de endospermo de Cesalpinia spinosum

Galactomanano – G:M 1:2. Goma guar

A partir de endospermo de Trigonella foenum-graecum

Alholva o fenogreco Trigonella foenum-graecum

Usos industriales de galactomananos

Alimentos

. Uso principal como agentes espesantes y gelificantes

Ej:

. Postres, budines - Efectos sinérgicos con goma xantana (co-gelificación)

. Helados interacción con carrageninas

- Estabilización del sistema (tixotropía y emulsión)

- Permite un tratamiento a alta temperatura

. Estabilización de salsa mayonesa

. Sopas crema

. Preparaciones ricas en fibra soluble

Farmacéutica

. Vitamina B12

– Estabilidad de presentaciones en disolución acuosa.

. Preparación de fármacos para el tratamiento

de úlceras gastrointestinales y diarrea.

Actividad sinérgica con sales de bismuto.

. Fármacos de liberación sostenida.

. Preparación de la tabletas comprimidas. Aglutinante.

. Microencapsulación de fármacos. Alta absorción.

Cosméticos

. Desenredante de cabello

. Alisado de cabello

. Toallas de mano

Usos industriales de galactomananos

Medicina (usos clínicos)

. Diagnóstico de aspergilosis invasiva en humanos.

Pinturas

Estabilización de la viscosidad de poli (acetato de vinilo),

pinturas de látex

Perforación de pozos de petróleo

. Bloqueo de fugas (propiedad de galactomananos de

formar geles con borato o metales de transición).

. Aumento de la productividad en la técnica de

fractura hidráulica.

Usos industriales de galactomananos

Construcción

- Se utilizan por su capacidad de retención de

agua en cemento y yeso para mejorar su

homogeneidad y maleabilidad y algunas

propiedades en el estado endurecido.

Papel

Los galactomananos reemplazan la funcionalidad de

las hemicelulosas – naturalmente presentes - en la unión de

las fibras del papel. Se absorben sobre las fibras de celulosa

hidratadas (puente de hidrógeno) y mejoran la unión.

Textil- Se utiliza en textiles para producir impresiones

brillantes y firmes.

- Se utilizan para espesar los baños de tintura.

- Los galactomananos son capaces de formar

geles con cationes metálicos.

Usos industriales de galactomananos

Explosivos

Explosivos en gel acuoso

- Se utilizan para espesar soluciones de sales de

nitrato, que son los componentes básicos de las

fórmulas de explosivos en gel acuoso.

- Mejoran la resistencia al agua y al envejecimiento.

- Formulaciones son más seguras de usar.

Lucha contra incendios

. Control de incendios forestales desde el aire (aviones).

. Proporciona aumento y estabilidad de la viscosidad.

Usos industriales de galactomananos

Consumo mundial anual de galactomananos (gomas):

Total: 90.000 - 100.000 toneladas.

Goma guar: 70.000 - 80.000 toneladas, (India).

Goma de algarrobo: 12.000 - 14.000 toneladas, (Mediterráneo).

Goma tara: 5.000 - 10.000 toneladas.

Usos industriales de galactomananos

Regional

Caesalpina spinosa se

distribuye a lo largo de la

vertiente occidental de los

Andes (Venezuela, Colombia,

Ecuador, Perú, Bolivia, Chile,

Argentina).

Gleditsia amorphoides - Espina corona o Ybopé - ArgentinaGleditsia amorphoides - Espina corona o Ybopé - Argentina Prosopis glandulosa - Mezquite dulce - MéxicoProsopis glandulosa - Mezquite dulce - México

Prosopis chilensis - Algarrobo chileno - ChileProsopis chilensis - Algarrobo chileno - Chile Prosopis ruscifolia - Vinal - ArgentinaProsopis ruscifolia - Vinal - Argentina

Otras fuentes de galactomananos en América

Gleditsia amorphoides - Espina corona o Ybopé - Argentina

Prosopis glandulosa - Mezquite dulce - México

Prosopis chilensis - Algarrobo chileno - Chile

Prosopis ruscifolia - Vinal - Argentina

En Uruguay también hay Prosopis

Proyecto L4 PEI 2011-2015 INIA.

De la bioprospección a la biorefinería:

Desarrollo de estrategias para la valorización

de la flora nativa del Uruguay.

Zohra Bennadji

Prosopis affinis - Ñandubay - Uruguay

¿Que se necesitaría para potenciar y concretar la

producción comercial de galactomananos en Uruguay?

. Caracterizar estructuralmente los galactomananos

de las especies nativas en Uruguay.

Y en eso estamos …

Existe relación entre la estructura y la

tecnofuncionalidad de los galactomananos.

¿Por qué?

. Desarrollar una metodología adecuada para la molienda de la

semilla y para la extracción de la goma, a partir de vainas de

Prosopis.

. Desarrollar programas avanzados de mejoramiento genético

para las diferentes especies de Prosopis.

. Comparar las características reométricas de la

goma obtenida con las comerciales.

Pero no solo de gomas vivirán los orientales.

¿Verdad Fernando?