Εκχυλίσματα ξύλου

Με τον όρο εκχυλίσματα ξύλου (αγγλ. wood extractives) νοούνται όλες οι οργανικές και ανόργανες χημικές ενώσεις (εξαιρουμένης της κυτταρίνης, της λιγνίνης και των ημικυτταρινών) που ανευρίσκονται στο ξύλωμα των δέντρων και φέρουν την ονομασία, συνοδές ουσίες. Ονομάζονται έτσι (εκχυλίσματα), διότι μπορούν να εκχυλιστούν (εκπλυθούν) με κοινούς οργανικούς διαλύτες (τολουόλιο, αιθανόλη, ακετόνη, μεθανόλη, διχλωρομεθάνιο κ.α.) και νερό και χημικώς είναι μονομερείς ή ολιγομερείς ενώσεις που δεν συγκροτούν τη δομή του ξύλου (μη δομικά συστατικά). Ορισμένες ενώσεις από τα εκχυλίσματα ανήκουν στους δευτερογενείς μεταβολίτες.

 Εκτός από τα δομικά πολυμερή, δηλαδή την κυτταρίνη, τις ημικυτταρίνες και τη λιγνίνη, το ξύλο περιέχει μεγάλη ποικιλία μη δομικών συστατικών, που αποτελούνται από οργανικές ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους, που ονομάζονται εκχυλίσματα. Αυτές οι ενώσεις υπάρχουν στον εξωκυτταρικό χώρο και μπορούν να εκπλυθούν από το ξύλο χρησιμοποιώντας διαφορετικούς ουδέτερους διαλύτες, όπως π.χ. τολουόλιο, ακετόνη.Ανάλογο περιεχόμενο υπάρχει στα λεγόμενα κόμμεα ή κομμεορητίνες που παράγονται από τα δέντρα ως απόκριση σε μηχανική βλάβη ή μετά από επίθεση από έντομα ή μύκητες.Σε αντίθεση με τα δομικά συστατικά, η σύνθεση των εκχυλισμάτων ποικίλλει σε μεγάλες περιοχές και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Η ποσότητα και η σύνθεση των εκχυλισμάτων διαφέρει μεταξύ των ειδών δέντρων, διαφόρων τμημάτων του ίδιου δέντρου και εξαρτάται από γενετικούς παράγοντες και συνθήκες ανάπτυξης, όπως το κλίμα και η γεωγραφία. Για παράδειγμα, τα πιο αργά αναπτυσσόμενα δέντρα και τα υψηλότερα μέρη δέντρων έχουν υψηλότερη περιεκτικότητα σε εκχυλίσματα. Γενικά, το ένα κωνοφόρο είδος είναι πιο πλούσιο σε εκχυλίσματα από ένα πλατύφυλλο είδος. Η συγκέντρωσή τους αυξάνεται από το κάμβιο μέχρι το κέντρο του κορμού, την εντεριώνη. Οι φλοιοί και τα κλαδιά περιέχουν επίσης εκχυλίσματα. Αν και τα εκχυλίσματα αντιπροσωπεύουν ένα μικρό κλάσμα της περιεκτικότητας σε ξύλο, συνήθως λιγότερο από 10%, είναι εξαιρετικά διαφορετικά και έτσι χαρακτηρίζουν τη χημεία των ειδών ξύλου. Σε λίγα τροπικά είδη, το ποσοστό τους μπορεί να είναι σημαντικά μεγαλύτερο (έως και 30%). Αρκετά από τα εκχυλίσματα είναι δευτερογενείς μεταβολίτες και μερικά από αυτά χρησιμεύουν ως πρόδρομες ενώσεις για άλλες χημικές ουσίες. Τα εκχυλίσματα ξύλου παρουσιάζουν διαφορετικές δραστηριότητες, μερικά από αυτά παράγονται ως απόκριση σε πληγές (για επούλωση πληγών) και μερικά από αυτά συμμετέχουν στη φυσική άμυνα ενάντια στα βακτήρια, τα έντομα και τους μύκητες.Αυτές οι ενώσεις συμβάλλουν σε διάφορες φυσικές και χημικές ιδιότητες του ξύλου, όπως το χρώμα, το άρωμα, η ανθεκτικότητα, η υγροσκοπικότητα, η συγκόλληση και η ξήρανση.Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις επιπτώσεις, τα εκχυλίσματα ξύλου επηρεάζουν επίσης τις ιδιότητες του χαρτοπολτού και του χαρτιού και προκαλούν πολλά προβλήματα στη βιομηχανία χαρτιού. Ορισμένα εκχυλίσματα είναι επιφανειοδραστικές ουσίες και επηρεάζουν αναπόφευκτα τις επιφανειακές ιδιότητες του χαρτιού, όπως η προσρόφηση νερού, η τριβή και η αντοχή.Τα λιπόφιλα εκχυλίσματα συχνά δημιουργούν κολλώδεις εναποθέσεις κατά την πολτοποίηση kraft και μπορεί να αφήσουν κηλίδες στο χαρτί. Τα εκχυλίσματα ευθύνονται επίσης για τη μυρωδιά του χαρτιού, η οποία είναι σημαντική όταν φτιάχνουμε υλικά που έρχονται σε επαφή με τρόφιμα. Τα περισσότερα εκχυλίσματα ξύλου είναι λιπόφιλα και μόνο ένα μικρό μέρος είναι υδατοδιαλυτό, κυρίως οι υδατάνθρακες και μερικές από τις φαινολικές ενώσεις. Το λιπόφιλο τμήμα των εκχυλισμάτων, το οποίο συλλογικά αναφέρεται ως ρητίνη ξύλου, περιέχει λίπη και λιπαρά οξέα, στερόλες και στερυλεστέρες, τερπένια, τερπενοειδή, ρητινικά οξέα και κηροί . Η θέρμανση της ρητίνης, δηλαδή η απόσταξη, εξατμίζει τα πτητικά τερπένια και αφήνει το στερεό συστατικό – κολοφώνιο. Το συμπυκνωμένο υγρό των πτητικών ενώσεων που εκχυλίζεται κατά την απόσταξη με ατμό ονομάζεται αιθέριο έλαιο . Η απόσταξη ελαιορητίνης που λαμβάνεται από πολλά πεύκα περιέχει κολοφώνιο και τερεβινθέλαιο. Τα περισσότερα εκχυλίσματα μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες: αλιφατικές ενώσεις, τερπένια & τερπενοειδή, και φαινολικές ενώσεις. Τα τελευταία είναι τα πιο υδατοδιαλυτά συστατικά, ενώ οι δύο πρώτες ομάδες εκχυλισμάτων δεν διαλύονται σε νερό. Οι αλιφατικές ενώσεις περιλαμβάνουν λιπαρά οξέα, λιπαρές αλκοόλες και τους εστέρες τους με γλυκερίνη, λιπαρές αλκοόλες (κηρούς) και στερόλες (στερυλεστέρες). Υδρογονάνθρακες, όπως τα αλκάνια, υπάρχουν επίσης στο ξύλο. Η σουβερίνη είναι ένας πολυεστέρας από οξέα σουβερίνης και γλυκερόλη, που βρίσκεται κυρίως στους φλοιούς. Τα λίπη χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας για τα κύτταρα του ξύλου. Η πιο κοινή στερόλη είναι η σιτοστερόλη. Ωστόσο, η σιτοστανόλη, η κιτροσταδιενόλη, η καμπεστερόλη και η χοληστερόλη παρατηρούνται επίσης τόσο σε πλατύφυλλα όσο και σε κωνοφόρα ξύλα, αν και σε μικρές ποσότητες. Τα κύρια τερπένια που απαντώνται στα κωνοφόρα περιλαμβάνουν μονοτερπένια, σεσκιτερπένια και διτερπένια. Εν τω μεταξύ, η σύνθεση τερπενίων στα πλατύφυλλα είναι σημαντικά διαφορετική, αποτελούμενη από τριτερπενοειδή και άλλα ανώτερα τερπένια. Παραδείγματα μονο-, δι- και σεσκιτερπενίων είναι τα α- και β-πινένια, 3-καρένιο, β-μυρένιο, λεμονένιο, θουγιαπλικίνες, α- και β- φελλανδρένια, α-μουουρολένιο, δ-καδινένιο, α- και δ-καδινόλες, α- και β- σεδρένια, ιουνιπερόλη, λονγκιφολένιο, αβιενόλη, βορνεόλη, πινιφολικό οξύ, νοοτκατίνη, χανοτίνη, φυτόλη, β-επιμανόλη, μανοϋλοξείδιο, πιμαράλη και πιμαρόλη. Τα ρητινικά οξέα είναι συνήθως τρικυκλικά τερπενοειδή, παραδείγματα των οποίων είναι το πιμαρικό οξύ, το σανδαρακοπιμαρικό οξύ, το ισοπιμαρικό οξύ, το αβιετικό οξύ, το λεβοπιμαρικό οξύ, το παλουστρικό οξύ, το νεοαβιετικό οξύ και το δεϋδροαβιετικό οξύ. Βρίσκονται επίσης δικυκλικά ρητινικά οξέα, όπως λαμπερτιανικό οξύ, κομμουνικό οξύ, μερκουζικό οξύ και δευτεροδεϋδροαβιετικό οξύ. Η κυκλοαρτενόλη, η μπετουλίνη και το σκουαλένιο είναι τριτερπενοειδή απαντώμενα σε είδη πλατύφυλλων. Παραδείγματα πολυτερπενίων του ξύλου είναι το φυσικό καουτσούκ, η γουταπέρκα και πολλά άλλα Τα μονοτερπένια και τα σεσκιτερπένια είναι υπεύθυνα για την χαρακτηριστική μυρωδιά του πεύκου. Πολλά μονοτερπενοειδή, όπως το β-μυρσένιο, χρησιμοποιούνται στην παρασκευή γεύσεων και αρωμάτων. Τροπολόνες, όπως η ινοκιτιόλη και η α-τουγιαπλισίνη, υπάρχουν σε δέντρα ανθεκτικά στην αποσύνθεση (είδη κυπαρισσιού, άρκευθου, τούγιας) και εμφανίζουν έντονες μυκητοκτόνες και εντομοκτόνες ιδιότητες. Οι τροπολόνες δεσμεύουν ισχυρά μεταλλικά ιόντα και μπορούν να προκαλέσουν διάβρωση του χωνευτηρίου στη διαδικασία αλκαλικής πολτοποίησης. Λόγω των ιδιοτήτων τους που δεσμεύουν τα μέταλλα και τις ιονοφόρους ιδιότητές τους, ειδικά οι τουγιαπλικίνες χρησιμοποιούνται σε πειράματα φυσιολογίας. Έχουν μελετηθεί διάφορες άλλες in vitro βιολογικές δράσεις των, όπως εντομοκτόνες, αντι-ιικές, αντιβακτηριακές, αντιμυκητιακές και αντιοξειδωτικές. Οι φαινολικές ενώσεις βρίσκονται ιδιαίτερα στο ξύλο πλατυφύλλων και στους φλοιούς. Τα πιο γνωστά φαινολικά συστατικά του ξύλου είναι τα στιλβένια (π.χ. πινοσυλβίνη), οι λιγνάνες (π.χ. πινορεσινόλη, κωνιδενδρίνη, πλικατικό οξύ), οι ταννίνες και τα φλαβονοειδή (π.χ. χρυσίνη, ταξιφολίνη, κατεχίνη). Οι περισσότερες από τις φαινολικές ενώσεις έχουν μυκητοκτόνες ιδιότητες και προστατεύουν το ξύλο από την αποσύνθεση των μυκήτων και εντόμων. Οι φαινολικές ενώσεις επηρεάζουν το χρώμα του ξύλου κάνοντάς το σκουρότερο. Τα ρητινικά οξέα και οι φαινολικές ενώσεις είναι οι κύριοι τοξικοί παράγοντες που απομένουν στα μη επεξεργασμένα λύματα από την πολτοποίηση. Οι πολυφαινολικές ενώσεις είναι άφθονα βιομόρια που παράγονται από τα φυτά, όπως τα φλαβονοειδή και οι ταννίνες. Οι ταννίνες χρησιμοποιούνται στις βιοτεχνίες δέρματος και έχουν αποδειχθεί ότι παρουσιάζουν διαφορετικές βιολογικές δραστηριότητες. Τα φλαβονοειδή είναι πολύ διαφορετικά, είναι ευρέως διανεμημένα στο φυτικό βασίλειο και έχουν πολυάριθμες βιολογικές δραστηριότητες, κυρίως όμως προστατευτικές.