Curso Clonar - Aula 2

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Biorrefinaria e Produtos da Biomassa
por
Fernando José Borges Gomes
fjbgomes.fg@gmail.com
Aula 2: Composição anatômica e 
química das biomassas lignocelulósicas
mailto:fjbgomes.fg@gmail.com
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Matriz composta por celulose, 
hemiceluloses, lignina, extrativos, 
minerais, entre outros
O que é madeira?
3
O que é madeira?
15- 30 %
30- 50 %
10- 25 %
3
Estrutura da parede celular
Fibras
Extrativos
Lignina
Celulose
Hemiceluloses
Tronco da madeira
Fibras
ESTRUTURA ANATÔMICA 
Cortex 
Floema
Câmbio (Cámbiun)
Alburno (Albura)
Cerne (Duramen)
Tecidos da madeira
Cerne e alburno
Conífera e folhosa
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Fibra da Madeira
Lúmen / Lume
Parede
Largura
C
o
m
p
ri
m
e
n
to
 
Diâmetro do Lume
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Seção Transversal de Traqueídeo de Conífera
S1, S2 e S3 - Camadas da parede secundária
pr - Parede primária
ml - Lamela média
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Representação da Celulose na Parede da Fibra
A - Seção transversal/longitudinal de várias fibras.
B - Parte da camada S2 de uma fibra formada por 
macrofibrilas (conjunto de microfibrilas, em branco) com 
material não-celulósico interfibrilar (em preto).
C - Parte de uma macrofibrila, formada por agregado de 
microfibrilas que, por sua vez, são formadas por 
agregados de moléculas de celulose.
D - Seção transversal de uma microfibrila.
E - Região de uma microfibrila onde as cadeias de celulose 
apresentam alto grau de ordem (região cristalina).
F - Organização de cadeias de celulose em “unidades 
celulares”, mostrando a unidade básica que se repete, a 
unidade de celobiose.
G - A unidade de celobiose: duas unidades de glucose 
conectadas por um átomo de oxigênio.
Adaptado de Esau
11
Representação da Celulose na Parede da Fibra
12
Constituição da Parede da Fibra
Camada Espessura, m Ângulo 
Fibrilar
LM 0.2-1.0 ----
P 0.1-0.2 Ao acaso
S1 0.2-0.3 50-70°
S2 1-5 10-30°
S3 0.1 50-90°
W ---- ----
Antes da polpação 0:30 hs - kraft cooking
1:00 hs - kraft cooking Cozimento completo 1:30 hs
Processo de Polpação
Fibras e Vasos de Eucalyptus
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA 
MADEIRA
Composição química da madeira
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Madeira: Características Gerais
✓Muitos componentes químicos; 
✓+ 5000 já identificados (4000 terpenos e terpenóides);
✓Comportamento químico não dedutível pela natureza 
individual dos seus componentes;
✓Constituída de macromoléculas de alto peso molecular;
✓Macromoléculas difíceis de serem isoladas sem 
alterações significativas.
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Composição dos Componentes Principais
• Celulose → constituída 100% de glicoses
• Xilanas
– Xiloses
– Arabinoses
– Galactose
– Ramnoses
– Grupos acetila
– Grupos de Ácidos Urônicos
• Mananas 
– Glicoses
– Manoses
– Grupos acetila
• Ligninas 
– Guaiacila
– Co-polímero Siringila-Guaiacila
• Extrativos 
– Mais de 5000 compostos identificados
• Inorgânicos 
– Mais de 50 elementos identificados
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Composição química variável da madeira
• Entre classes : coníferas x folhosas x gramíneas
• Entre gêneros : Picea spp x Pinus spp; Eucalyptus x Acácia x Bétula
• Dento do gênero: Eucalyptus grandis x Eucalyptus globulus
• Dentro da Espécie
– diferentes clones de E. grandis
• Dentro da mesma árvore
– base → topo
– medula → casca
– cerne → alburno
– lenho primaveril → lenho outonal
– Crescimentos anormais
• madeira de compressão (coníferas)
• madeira de tração (folhosas)
• Dentro da mesma fibra : M+P x S
• Variações do microclima, do solo e da idade também afetam a química 
da madeira 
– Clima tropical x clima temperado
– Precipitação
– Físico-química do solo
– Adubação, etc.
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Estrutura da celulose
6
5
4
3 2
1
N-2
O
OO
H, OH
OHO
H
OH
H
C H 2 OH
OH
O
H
CHO
OH
O
H
H
H
H
H
OH
OH
C H 2OH
O
OH
C H 2 OH
H
H
H
H
H
OH
H
O H
H
H
H
C H 2 OH
OH
OH
C H 2 OH
OH
-O
Grupo terminal
não redutor
Unidade central
de celobiose
Grupo terminal
redutor
1
413
3
2 2
4
C H 2 OH
H OH O
O
O
H OH O
O
C H 2O H
O
C H 2 OH
H OH O
O
O
O
43
2
1
Haworth:
Conformacional:
instável
O
H
HO
H
HO
H
OH O
O
O
H
OH
H
H CH2O
H
H
O
H
O
H
OH
O
H
H CH2O
H
O
O
H
O
H
H
OHH
OH
H CH2O
H
H
H
O
H
HO
HO
H
OH O
O
O
H
OH
H
H CH2O
H
O
O
H
OH
O
H
H CH2
O
H
O
O
H
O
H
H
OHH
OH
H CH2O
H
H
H2C
O
H
O
H
HO
HO
H
OH O
O
O
H
OHH
H CH2O
H
O
H
O
H
OH
O
H
H CH2O
H
O
O
H
O
H
H
OHH
OH
H CH2
O
H
H
H2C
O
H
HOCH2
Ligações de hidrogênio
intramoleculares
Ligações de hidrogênio
intermoleculares
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Estrutura da Fibrila de Celulose
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Conteúdo de celulose em matérias primas 
lignocelulósicas 
Planta Celulose (%)
Algodão 95-99
Bambu 40-50
Madeira 40-50
Casca de árvores 20-30
Cana-de-açúcar 40-45
Palha de arroz 30-40
Constituintes das Hemiceluloses
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-L-fucose Ác.4-O-metil- Ác. -D-galacturônico Ác. -D- glicourônico
D-glicourônico
O
OH
OH
CH3
OHOH
O
OH
HHOH 2C
O
OH
OH
OH
HO
HO
O
OH
OH
COOH
OH
HOO
OH
OH
COOH
OHH3CO
O OH
OH
OH
CH3
HO
O
OH
OH
COOH
OH
HO
-D-glicose -D-manose -D-galactose
-D-xilose -L-arabinose -L-raminose
O
OH
OH
OH
CH2OH
HO
O OH
OH
CH2OH
OH
HO
O
OH
OH
CH2OH
OH
HO
OH
H3CCHO
grupo acetila
Folhosas: Estrutura da O-Acetil-4-O-
metilglicourono-xilana
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_ Xylp _ 1
3 ( )2
Acetyl
7
4_ _ D Xylp_ _ 14_ _ D Xylp_ _ 1 4_ _ D Xylp_ _ 1
2
1
-D   
4 _ O Me_ _ GlupAD_ _
O
OAC
OAC
O
O
OH
O
O
CO2H
MeO
OH
OH
O
O
OAC
OH
n
O
O
O
OH
O
OACO
O
OH
O
O
OH
OAC
O
OH
OH
O
OAC
HO
OH
O
O
OH
OAC
O
O
Estrutural:
simbólica:
Precursores da Lignina
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Modelo Lignina - Folhosas
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Modelo Lignina - Coníferas
Modelo Lignina – Gramíneas
Extrativos : Função
❖Material de reserva
– ácidos graxos, gorduras, ceras, amido, açúcares, etc
❖Material de proteção
– terpenos, polifenóis, etc
❖Hormônios vegetais
– Terpenóides (sitosterol, betulinol, etc.)
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Minerais da Madeira
❖Normalmente associados à compostos orgânicos onde tem
função fisiológica:
– Cálcio, magnésio, potássio, sódio, fósforo, silício, ferro, cobre e
manganês na forma de carbonatos, cloretos, oxalatos, fosfatos e
silicatos
❖Abundantes na casca;
❖Predominantemente localizados na M+P e em células do
parênquima;
❖Indesejáveis para muitas aplicações.
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Estrutura da parede
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Componente Teor (%)
Celulose 40 – 45
Hemicelulose
15 – 35 (folhosas)
20 – 30 (coníferas)
Lignina
21 – 25 (folhosas)
25 – 35 (coníferas)
Extrativos 3 – 8
Cinzas 0,4 – 0,5
Composição Química da Madeira
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Análise da madeira total
• Análise Somativa: 
– Extrativos + Holocelulose + lignina + cinzas = 100%
– Extrativos + -celulose + hemiceluloses + lignina + 
cinzas = 100%
– Extrativos + -celulose + xilanas + mananas + lignina + 
cinzas = 100%
– Extrativos + cinzas + ligninas + componentes individuais 
da holocelulose (glicose, xilose, manose, galactose, 
arabinose, ácidos urônicos, acetilas, etc) = 100%