DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE QUÍMICOS QUE COMPÕE A ESTRUTURA DA MADEIRA QUARUBA CEDRO (Vochysia spp.)

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1 XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mar, 2016, Curitiba, PR, Brasil DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE QUÍMICOS QUE COMPÕE A ESTRUTURA DA MADEIRA QUARUBA CEDRO (Vochysia spp.) 1 Ana Claudia Gama Batista (anabatista89@hotmail.com), 2 Edsond Mauro Freitas das Dores (edsonmfreitasd@gmail.com), 2 Marcelo José Raiol Souza (mraiol@yahoo.com.br) 1 Universiadade Do Estado Do Pará Departamento de Tecnologia e Recursos Naturais /Engenharia Florestal Travessa Enéas Pinheiro, nº Universidade Do Estado Do Pará Departamento de Tecnologia e Recursos Naturais/Engenharia Florestal Travessa Enéas Pinheiro, nº 2626 RESUMO: O presente trabalho tem por objetivo caracterizar quimicamente a madeira quaruba cedro ( Vochysia spp.), Espécie florestal utilizada nas serrarias do Estado do Pará. De ocorrência na região amazônica a madeira quaruba cedro é de fácil trabalhabilidade e de ótima resistência com relação ao ataque de cupins e fungos. Essa característica de resistência ao ataque de fungo pode ser devido à quantidade das componentes químicas presentes na madeira. São certos que a celulose e a lignina são componentes fundamentais na estrutura da madeira. Os teores das componentes químicas da amostra de madeira quaruba cedro foi determinado pela metodologia da extração de extrativos em solventes água e etanol, o teor de lignina utilizando acido sulfúrico a 72% e a holocelulose sob ação de hipoclorito de sódio e ácido acético. A determinação de celulose foi realizada sob ação de hidróxido de potássio (15%). Palavras Chave: quaruba - cedro, quimica da madeira, lignina, celulose. DETERMINATION OF LEVELS CHEMICALS COMPOSING WOOD STRUCTURE QUARUBA - CEDRO (Vochysia spp.) ABSTRACT: This study aims to chemically characterize the quaruba cedro (Vochysia spp.), Forest species used in sawmills the occurrence of Pará in the Amazon region to quaruba cedro is easy workability and excellent resistance with respect to the attack termites and fungi. This characteristic of resistance to fungal attack may be due to the amount of the chemical components present in wood. They are sure that the cellulose and lignin are key components in the wood structure. The contents of chemical components quaruba wood sample - cedar were determined by the method of extraction of extractable in solvents water and ethanol, the lignin content using sulfuric acid at 72 %, holocellulose in sodium hypochlorite action and acetic acid and determination of cellulose under the action of potassium hydroxide (15%). Keywords: quaruba cedro, chemistry wood, lignin, cellulose.

2 1. INTRODUÇÃO Quaruba Cedro (Vochysia spp.) é uma espécie florestal que ocorre na Amazônia, é uma madeira muito utilizada devido sua fácil trabalhabilidade tanto com ferramentas manuais quanto com maquinas. A madeira apresenta cerne e alburno pouco distinto pela cor, às cores variam entre cerne rosado e alburno cinza claro a cinza rosado, brilho moderado ou ausente, cheiro e gosto imperceptível, baixa densidade e macia ao corte, grã revessa e textura média a grossa (IPT, 2013). Segundo MAURI & OLIVEIRA (2011), a família Vochysiaceae possui seis gêneros de 200 espécies tropicais, sem representante nas regiões temperadas, dentre os 200 gêneros ocorrem 5 nas florestas tropicais, essas espécies pertencente ao gênero Vochysia são bem distribuídas nas regiões brasileiras principalmente na região amazônica. De acordo com RIZZINI (2000), madeiras da família Vochysiaceae, são empregadas em pequenas embarcações. É indicada para pasta de papel, com cerca de 40 % de celulose, porém normalmente as espécies dessa família são muito utilizadas para fabricação de lápis, esquadrias, ripado, engradados entre outros. A madeira é um biopolimero tridimensional, constituído fundamentalmente de elementos de alto grau de polimerização e peso molecular composto de celulose, hemicelulose e lignina que são responsáveis pela formação da parede celular e pela maioria das suas propriedades estruturais e morfológicas (BATISTA, 2009). Segundo KLOCK (2005), a celulose é componente principal da parede celular da madeira; ela é um polímero de alto peso molecular composto exclusivamente de β- D- glucose. A hemicelulose é uma associação estreita com a celulose composta por cinco açucares neutros, hexoses e pentoses e a lignina é um composto complexo formado por um sistema de anéis aromáticos de unidades fenil propano. A madeira é matéria prima formada de fibras em múltiplas camadas ligadas entre si por forças interfibrilares que agem como ligante, para separação dessas fibras é preciso certa quantidade de energia e a obtenção das componentes químicas da madeira depende dessa quantidade de energia (Celulose online, 2015). Com isso, o trabalho teve como objetivo determinar os teores das componentes químicas (extrativos, lignina, holocelulose e celulose) presente na amostra da madeira quaruba cedro (Vochysia spp). 2. MATERIAIS E MÉTODO Os experimentos foram realizados nos laboratórios de Madeira e de Química da Universidade do Estado do Pará. Para realização do trabalho foi utilizada uma peça de madeira (quaruba cedro), com aproximadamente 1 m de comprimento e 3 cm de largura madeira que fazia parte do acervo madeiras utilizadas em serrarias do Laboratório de Madeira. Antes de iniciarem os testes a madeira foi medida com uma trena de 5m, depois levada para Laboratório de modelos (Serraria) da Universidade do Estado do Pará, onde foi processada. Para quantificação química da madeira quaruba cedro foi utilizado à serragem da madeira sem delimitação de porosidade. Vale ressaltar que para determinar os teores de hemicelulose e celulose deve se extrair primeiramente a quantidade de holocelulose (polioses e celulose) e depois calcular separadamente os dois teores DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE PELO MÉTODO DE SECAGEM EM ESTUFA O método de secagem na estufa consiste em colocar aproximadamente um grama de material (serragem) na estufa regulada a 105ºC por 20 horas, fazendo medições em tempos diferentes para definir se o material esta estável. O teor de umidade U% foi determinado pela equação 1 (RODRIGUES et al.,2009 ; MIRANDA et al.,2013). A análise foi feita em triplicata e o valor médio obtido foi de 12,75% com desvio padrão ± 3,63.

3 (1) Onde: U% = Teor de umidade percentual; M1 = Massa inicial da amostra em gramas; M2 = Massa da amostra seca em gramas DETERMINAÇÃO DO TEOR DE EXTRATIVOS A serragem de madeira foi tratada com água destilada e etanol para remover os compostos orgânicos de baixa massa molecular que são solúveis em meio aquoso e orgânico. Foi pesado em uma balança analítica aproximadamente 3 gramas de serragem, a qual foi colocada em um balão de fundo redondo de 500 ml e acoplado a um condensador de refluxo, onde adicionado uma solução de 300 ml de etanol e água destilada (proporção 1:1). O sistema foi deixado sob refluxo por 30 minutos a partir do ponto de ebulição da solução, após este processo a serragem foi filtrada a vácuo em papel filtro previamente pesado e de teor de umidade conhecido. O filtro mais o resíduo refluxado foram secos em estufa de circulação de ar com temperatura máxima de 40ºC. Essa baixa temperatura serve para que não ocorra a degradação da lignina e hemicelulose, os quais serão quantificados posteriormente (RODRIGUES et al.,2009 ; MIRANDA et al.,2013). Para determinar o teor de extrativo foi utilizada a seguinte equação 2. (2) Onde: S% = Teor de extrativo em porcentagem; M1 = Massa em grama da amostra seca; M2 = Massa seca em grama da amostra após extração DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGNINA Para determinar o teor de lignina foi utilizada a serragem de madeira livre de extrativos e com teor de umidade conhecido. A lignina foi isolada como resíduo utilizando ácido sulfúrico a 72%. Nesse meio os polissacarídeos são hidrolisados em açucares simples e facilmente removidos por meio de solubilização em solvente aquoso. A lignina insolúvel neste meio foi removida por filtragem simples. Para isso, pesou se aproximadamente 1 grama de serragem de madeira e transferiu para um frasco de elermayer de 125 ml com tampa. Adicionou se lentamente e sob agitação magnética 15 ml de H 2 SO 4 72%. O elermayer foi tampado e deixado sob agitação magnética por 30 minutos a temperatura ambiente, em seguida a solução foi diluída com aproximadamente 600 ml de água destilada. Filtrou se o resíduo (lignina insolúvel) em um funil com papel filtro, o resíduo foi colocado em estufa para secar a 100ºC por 24 horas, após o material seco foi pesado novamente para se obter os valores de lignina (RODRIGUES et al.,2009 ; MIRANDA et al.,2013). Para determinar o teor de lignina foi utilizada a equação 3.

4 Onde: Li% = Teor de lignina em porcentagem; L = Massa do resíduo em gramas; P = Massa do resíduo seco em gramas. (3) 2.4. DETERMINAÇÃO DO TEOR HOLOCELULOSE Foram pesados aproximadamente 4 gramas de amostras livres de extrativos e transferiu se 55ml de água destilada,10 ml de hipoclorito de sódio (6%) e 7 ml ácido acético glacial. O material foi então levado ao banho Maria a 75ºC, onde permaneceu por 30 minutos, sendo agitada periodicamente, após esse tempo a amostra foi filtrada em um funil Gooch (previamente seco e tarado). Esse procedimento foi repetido seis vezes até o aparecimento de um resíduo branco. Lavou se o resíduo com aproximadamente 500 ml de água destilada e filtrou se. O funil, com o resíduo de holocelulose, foi levado para estufa de secagem e esterilização regulada 105ºC por duas horas para retirada de umidade. Em seguida, transferiu se o material para o dessecador até adquirir temperatura ambiente depois o material foi pesado em uma balança analítica (PEREIRA, 2010; ARAUJO, et al.,2013 ). Para determinar o teor holocelulose foi utilizada a seguinte equação 4. (4) Onde: TH% = Teor holocelulose em porcentagem; MFH = Massa do funil mais holocelulose; MF = Massa do funil limpo e seco DETERMINAÇÃO DO TEOR DE CELULOSE A partir do resíduo de holocelulose transferiu se para elermayer e foram adicionados 200 ml de hidróxido de potássio a 15% (fervente). A amostra foi levada para aquecer em ebulição suave em balão de refluxo por 30 minutos, após esse tempo o material em papel foi filtrado em papel filtro previamente tarado juntamente com pesa - filtro. O material filtrado contendo poliose foi então desprezado e o resíduo de celulose foi lavado com 200 ml de água destilada quente. Em seguida, a amostra foi transferida para papel filtro para pesafiltro e todo material foi levado para estufa de secagem a 105ºC por 2 horas para retirar a umidade, sendo levado posteriormente ao dessecador e após foi pesado PEREIRA, 2010; ARAUJO, et al.,2013 ). Para determinar o teor de celulose foi utilizada a seguinte equação 5. (5) Onde: TC% = Teor de celulose em porcentagem; MAH = Massa do funil mais celulose; MF = Massa do funil limpo e seco.

5 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO No trabalho foram determinados analiticamente os teores totais das componentes químicas da amostra de madeira quaruba cedro, os resultados dos teores de extrativos, lignina, holocelulose e celulose podem ser observados na tabela 1. Determina se holocelulose após a remoção da lignina da madeira, a deslignificação ideal é a remoção total da lignina sem ataques químicos dos polissacarídeos, porém não há procedimentos de deslignificação que satisfaça esse requisito (KLOCK, 2005). Tabela 1 Teores em Porcentagem dos Componentes Químicos da Madeira. Variáveis Teor de Químicos da Madeira Quaruba- Cedro % Extrativo 14,71 Lignina 42,97 Hemicelulose (Polioses) 23,32 Celulose 19 Total 100 A Figura1. Apresenta a distribuição dos pesos das componentes químicas da madeira quaruba cedro (Vochysia spp). Nela percebemos o comportamento quantitativo dos elementos de extrativos, lignina, polioses (hemicelulose) e celulose nessa espécie. Figura 1. Distribuição das Componentes Química da Madeira Quaruba - Cedro (Vochysia spp.). Na Figura 2. Apresenta-se as quantidades dos teores de químicos de celulose, polioses (hemicelulose), lignina e extrativos em percentuais de distribuição nas madeiras de coníferas e folhosas segundo KLOCK (2005).

6 Figura 2 Teores de Componentes Químicas da Madeira em Coníferas e Folhosas (KLOCK, 2005). As amostras da serragem de quaruba cedro (Vochysia spp.) analisadas no presente trabalho apresentaram um teor de extrativo de 14,71%, valor este muito acima dos valores médios previstos na literatura para coníferas e folhosas, conforme observado na figura 2. O alto valor de extrativo encontrado na espécie analisada neste trabalho mostra que para aproveitamento na produção de celulose, altas quantidades de químicos necessitarão ser utilizado, o que inviabilizaria a produção. O valor do teor de lignina na serragem de quaruba cedro apresentou valor de 42,97 % na sua estrutura, ainda de acordo com KLOCK (2005), a lignina é o terceiro componente principal que compõe a madeira, que ocorre entre 15 a 35 % do peso da madeira, porém na espécie quaruba cedro teve diferença média 17,97% entre o valor da literatura e o resultado obtido. Quando a lignina é livre de extrativo ela compreende cerca de 20 a 40 % do peso da madeira, porém a madeira quaruba cedro teve variação média de 22,97 % do valor encontrado da literatura. Esta alta quantidade de lignina encontrada mostra que esta espécie possui potencial de aproveitamento na fabricação de estruturas de madeira. Um alto teor de lignina determina uma madeira com densidade maior. O valor obtido para polioses (hemicelulose) na serragem de madeira quaruba cedro foi de 23,32%, segundo KLOCK (2005), as polioses nas coníferas e folhosas variam entre 27±2 % e 30 ±5%, respectivamente, portanto o valor encontrado no presente trabalho ficou abaixo do limite inferior aceito na literatura. Deve-se salientar que a quantidade de hemicelulose foi determinada pela diferença entre a quantidade de holocelulose e a celulose presente nas amostras. Como o valor obtido de celulose foi de 19%, teor muito abaixo do previsto na literatura, constata-se mais uma vez que, a espécie quaruba-cedro possui potencial de aplicações na fabricação de peças estruturais, não se recomendando sua utilização na fabricação de celulose branqueada. 4. CONCLUSÃO Podemos concluir com esse trabalho que a madeira quaruba cedro (Vochysia spp.), não apresenta quantidades de celuloses necessárias para produção de celulose e papel, porém a espécie pode ser empregada em serrarias com finalidade na construção civil. A madeira quaruba cedro também pode ter outras finalidades como moldura de quadros, embarcações, chapa de compensados, palitos entre outras. A característica de alta resistência ao ataque de agentes xilófagos nessa espécie é devido à grande quantidade de lignina presente nela, que determina uma madeira mais dura. Além disso, a lignina forma uma proteção que não permite reações enzimáticas advindas dos agentes xilófagos. A lignina presente na madeira Vochysia spp. Dificulta o branqueamento da celulose presente na madeira, para uma boa deslignificação dessa espécie necessita de grandes quantidades de reagentes e tempo maior para que se possa obter o material branqueado.

7 5. AGRADECIMENTOS Agradecemos a professora Msc. Eunice Macedo, coordenadora do Laboratório de madeira da universidade do Estado do Pará pelo apoio ao desenvolvimento do trabalho e a professora Dr. Maricely Janete Uria Toro, coordenadora do laboratório de química juntamente com os técnicos (Patrícia do socorro Araujo e Claudete Trindade) e o estagiário (Iuri Ferreira da Costa) que nos auxiliaram no desenvolvimento da metodologia.

8 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAUJO, Emmanoella Costa Guaraná; SILVA; Thiago Cardoso; FRANÇA, Pedro Henrique Tavares; LIMA, Anderson Oliveira; OLIVEIRA, Willams José; BARRETO, Levy Paes. DETERMINAÇÃO DOS COMPONENTES ESTRUTURAIS DA MADEIRA ANGICO VERMELHO. XIII JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO. UFRPE. Recife, BATISTA, D.F. Propriedades Químicas da Madeira. Portugal: Portal da Madeira, Celulose Online. Introdução Aos Processos de Obtenção de Celulose. Disponivel em:< Data de acesso. 5 de dez IPT Instituto de Pesquisa Tecnológica do Estado de São Paulo. Catálogos de Madeiras Brasileiras para Construção Civil. São Paulo, KLOCK, Umberto; MUÑIZ, Graciela Inez Bolzon; HERNANDEZ,José Anzaldo;ANDRADE,Alan Sulato. Química da Madeira. 3. ed.rev.curitiba: UFPR,2005. MIRANDA, Rodrigo Otávio Veiga; RANCATTI, Heloísa; MACHADO, Gilmara de Oliveira; SOARES, Izabele Domingues; ROIK, Mailson. Caracterização Química e Potencial de Utilização da Madeira Hovenia dulcis Thunb.Enciclopédia Biosfera, Centro Científico Conhecer Goiânia, V.9,n.17;p MAURI, Renata; OLIVEIRA, José Tarcísio da Silva. Anatomia Comparada de Três Gêneros Vochysia.Floresta e Meio Ambiente PEREIRA, André Luís Sousa. Extração de Nanocelulose de Fibras Vegetais. Monografia. Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, RIZZINI, Carlos Toledo. Árvores e Madeiras Úteis do Brasil: Manual de Dendrologia Brasileira. 2 ed.são Paulo,2000. RODRIGUES, Carla Krulikowki;HILLIG,Éverton;MACHADO,Gilmara de Oliveira. ANÁLISE QUÍMICA DA MADEIRA de Pinus oocarpa.universidade Estadual do Centro Oeste. Setor de Ciências Agrárias. Anais da SIEPE- Semana Integrada de Ensino e Pesquisa. Paraná, NOTA DE RESPONSABILIDADE Os autores Ana Claudia Gama Batista, Edson Mauro Freitas das Dores e Marcelo José Raiol Souza são os únicos responsáveis pelo que está contido neste trabalho.